CN1273685A - 真空开关和使用它的真空开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供适用于配电和变压系统的兼具结构简单性和可靠性的真空开关,以及使用这种真空开关的真空开关装置。为实现该目的,真空开关是通过将开关部分装入一真空容器内形成的,包括作为开关部分的断路器、接地开关和隔离开关,其中,真空容器至少分成两个室,断路器的开关部分设置在一个室中,接地开关和隔离开关的开关部分设置在另一个室中。

Description

真空开关和使用它的真空开关装置
本发明涉及真空开关和使用真空开关的真空开关装置，更具体来说，涉及适用于配电和变压系统的兼有结构简单性和可靠性的真空开关和使用这种真空开关的真空开关装置。
与拥挤市区中电力消耗日益增大的需求有关，存在难于获得配电分站的场址、缺少电线管路安装空间及对供电设施高操作性要求等问题。为了解决上述问题必须提高电压，即，将负载积极地吸收在一个每条线路具有大容量的电压系统中。配电电压的提高关系到形成有效的供电系统。因此，必须使配电元件及配电和变压设施制造得更为结构紧凑。
关于需要制得结构紧凑的配电及变压元件，例如，日本专利公开文本第3-27-3804号中公开了一种SF6气体绝缘开关装置。这种开关装置的构成是，分别制成一个断路器、两个隔离开关和一个接地开关装在注入绝缘气体的配电容器的一个装置室和一个母线室中。
具有气体绝缘开关装置的配电和变压设施使用气体绝缘断路器或类似装置接受例如从电力公司输送的电力、将电力变成负载适用的电压，电力被送至负载如电机等。当配电和变压设施进行保养和检查时，在关掉气体绝缘断路器之后，与气体绝缘断路器分开设置的隔离开关被打开。然后，将接地开关接地，使残余电荷和感应电流流入地下，防止电源的再次接通以保证工作人员的安全。另外，由于接地开关接地而母线加载时会发生事故，因而在断路器和接地开关之间设置互锁。
鉴于环境保护，气体绝缘开关中用作绝缘气体的SF6的使用在全球范围内日益减少。因此，需要不使用SF6的开关装置。
本发明的目的是提供利于环保的不使用任何绝缘气体的真空开关，以及提供使用这种真空开关的真空开关装置。本发明的另一个目的是提供尺寸显著减小的真空开关和使用这种真空开关的真空开关装置。
本发明的另一个目的是提供一种真空开关，这种真空开关即使在真空开关的一部分中出现真空断路也不会立即丧失整个功能，而是可以保持部分功能，以及提供一种使用这种真空开关的真空开关装置。本发明的另一个目的是单独提供只由断路器部分构成的开关装置，以及只由接地开关和隔离开关部分构成的开关装置。
本发明涉及使用接地真空开关的真空绝缘开关装置。详细来说，一个断路器、一个隔离开关、一个接地开关和一个连接于一真空容器外面的负载的母线设置在气密的真空容器中。断路器的一端形成一个活动电极，一个固定电极设置得可与活动电极连接及断开。固定电极连接于一个电力系统。
在本说明书中，开关是指一种在固定电极和活动电极之间进行连接和断开的机构。开关装置是指一种包括一个控制齿轮并含有一个或多个开关组件、一个或多个操作、测量、保护和调节组件中的组件和在一个封闭箱中的内部连接的机构。另外，在本说明书中，除了上述结构以外，开关装置还包括上述机构和具有附件和支承结构的组件的组合，而且还包括一个用于控制操作机构的控制部分。
在本申请中的断路器是一种开关装置，它用于立即使一个电力系统中出现接地故障和短路的位置与该系统隔离，以便防止大电流引起的串联连接的机器发生损坏，并防止事故机器被电弧损坏。隔离开关是指进行充电电路的开关机构，不过它并不具有大电流的断路能力，用于当电路连接改变时或当机器进行保护或检查时保证与电源的隔离。有各种用于低电压至高电压的隔离开关。接地开关是在检修过程中在零电压下使导体接地以保证安全的开关机构。断路器可以断开所有的充电电流、正常电流、异常电流。隔离开关可以断开正常电流和异常电流。接地开关不能断开充电电流、正常电流或异常电流。
按照本发明的真空开关的特征在于它是通过将开关部分装入一个真空容器形成的，它包括一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关作为开关部分，真空容器至少分成两个室，断路器的开关部分设置在一个室中，接地开关和隔离开关放置在另一个室中。另外，断路器的一端和通至真空容器外面的一个主电路构件(包括一母线和一个连接部分)用一挠性件彼此连接，和/或接地开关的一端和隔离开关的一端用一挠性件彼此连接。
虽然真空开关装置最好具有两个室，真空开关装置根据需要也可以分成只有断路器部分的一个产品和具有隔离开关和接地开关部分的产品。也就是说，在这种情形中，真空开关装置变成一个产品，其中断路器设置在一个真空容器中，断路器的一端和引至真空容器外面的主电路构件用挠性件彼此连接，以及另一个产品，其中隔离开关和接地开关设置在一个单一的真空容器中，接地开关的一端和隔离开关的一端用一挠性件彼此连接。
当然，上述产品分开制造和安装也属于本发明的范围。另外，分开购买并结合的产品，或者连接于一个现有设备的产品也属于本发明的范围。另外，与本发明的真空开关装置、真空断路器及电设备有关，上述两个部分最好在一个炉外面暂时组装，然后，一个真空泡及泡内的零件被加热以便焊接。例如，挠性件最好是通过下述方式形成的：组装多个板状构件，焊接材料夹置在其间，在暂时组装这些构件后在真空室中加热板状构件，使焊接材料熔化以接合这些板状构件。虽然这些层叠板组成的一挠性导体用作挠性件，但是在本申请中也可使用波纹管构成的挠性导体。
另外，在本发明的另一实施例中，考虑到一种套管的形状。也就是说，一个真空开关装置是通过将开关部分放入一个真空容器中形成的，包括一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关作为开关部分，真空容器分成至少两个室，断路器开关部分放置在一个室中，接地开关和隔离开关的开关部分放在另一个室中，主电路导体和电压检测导体从具有断路器开关部分的真空室伸出，每个导体的伸出部分在一个用电绝缘件包覆的套管中形成，至少两个套管形成相同的形状。当然，如果本实施例与上述挠性件的应用相结合就更为有效了。
在本发明中使用的挠性件最好具有能够耐受必要的电流容量的强度，最好用无氧的铜制成。另外，挠性件最好是用下述方式形成的挠性导体：叠放多个无氧铜片，并焊接叠置的板的两端。
为了确保性能，真空度必须为10-6至10-9乇。
附图简要说明如下：
图1的立体图表示按照本发明的真空开关的一个实施例。
图2表示按照本发明的真空开关装置的一个实施例，(A)是表示真空开关装置处于断路器“接通(ON)”、接地开关“断开(OFF)”且隔离开关“接通(ON)”的状态的侧剖图，(B)是表示真空开关装置处于同一状态的部分剖开的平面图。
图3表示按照本发明的真空开关装置的一个实施例，A是表示真空开关装置处于断路器“断开(OFF)”、接地开关“断开(OFF)”且隔离开关“接通(ON)”状态的侧剖图，(B)是表示真空开关装置处于同一状态的部分剖开的平面图。
图4表示按照本发明的真空开关装置的一个实施例，(A)是表示真空开关装置处于断路器“断开(OFF)”、接地开关“接通(ON)”且隔离开关“断开(OFF)”状态的侧剖图，(B)是表示真空开关装置处于相同状态的部分剖开的平面图。
图5表示按照本发明的真空开关装置的一个实施例，(A)是表示真空开关装置处于断路器“接通(ON)”、接地开关“断开(OFF)”且隔离开关“接通(ON)”的状态的侧剖图，(B)是表示真空开关装置处于相同状态的平面图，(C)是表示真空开关装置处于相同状态的底视图。
图6是表示按照本发明的三相真空开关装置的一个实施例的侧剖图，真空开关装置处于断路器“断开(OFF)”、接地开关“断开(OFF)”且隔离开关“接通(ON)”的状态。
图7的立体图表示在图1至图6所示装置中使用的挠性导体的外观。
现在对照附图描述本发明的实施例。图1的立体图表示按照本发明的一个真空开关的实施例。该实施例表示一个相的情况。为了简化的目的，在图1中未画出母线部分、电源线侧和罩、塞等接线部分中的零件。图2的部分剖开的平面图表示真空开关装置处于断路器“接通”、接地开关“断开”且隔离开关“接通”的状态。图3类似地表示真空开关装置处于断路器“断开”、接地开关“断开”且隔离开关“接通”的状态。另外，图4类似地表示真空开关装置处于断路器“断开”、接地开关“接通”且隔离开关“断开”的状态。
首先，本实施例的真空开关装置的真空室被分成两个部分：带有一隔壁3的第一室1和第二室2。隔壁3是电绝缘的陶瓷制成的。每个真空室1，2使用开关装置的侧面的壳体(未画出)和套管的凸缘部分4，5形成一气密结构。也就是说，凸缘部分4，5也用作真空室的端壁，由类似于隔壁3的电绝缘陶瓷制成。
在第一真空室1内设置一个断路器6及一个主电路导体9。它们中的每个形成得从壳体向上突出。一根操作杆14在断路器6中向上延伸，一个包覆环氧树脂的套管17在主电路导体9上方形成。一个活动侧电极12在断路器6一端中形成，另一端用一挠性导体10电连接于主电路导体9。挠性导体10使用螺钉或类似物机械紧固在主电路导体9上。一个固定侧电极13相对于活动侧电极12设置。断路器6包括固定电极13形成。图中箭头A表示操作杆的操作方向，根据这个运动形成图2中所示断路器“接通”状态(即，固定侧电极13与活动侧电极12接触的导通状态)或图3中所示断路器“断开”状态(即，操作杆14倾斜，固定侧电极13与活动侧电极脱离接触的状态)。一个真空表23、一个气体吸收柱25和一根排气管27安装在第一真空室的顶面上。当故障电流流动时或当断开指令从工作机输出时(当断路器为保养和检查的目的而故障断开时)，操作杆被操作。
另外，一个绝缘塞31设置在套管17的顶部，主电路导体9在塞31前的位置弯曲并引至一主电路(母线)。从弯曲部分向着母线的引出方向的主电路导体9为绝缘而包覆着橡胶。一个电流互感器41围绕套管17设置，该电流互感器41检查流过主电路的电流，因而当异常电流流动时断路器立即断开。
挠性导体10的顶端电连接于电压检测导体15，而电压检测导体15用套管16包覆。套管16类似于其它套管是用环氧树脂制成的。电容器32，在本实施例中是三个电容器串联设置在电压检测导体15的顶端。套管16的外侧用绝缘橡胶包覆。
一磁铁40围绕真空表23环形设置。一个电弧防止罩42设置在靠近挠性导体10的断路器侧连接部分的位置上，另一个电弧防止罩43也以半圆筒形围绕该位置设置，以便盖住壳体44下部内壁的大部分。隔壁3用安装夹子36安装在壳体44的内壁上。
在第二真空室2中，接地开关7、隔离开关8和真空容器端部的壁5(即，套管18的凸缘部分)顺序地从隔壁3布置，另外，套管18布置在上述端部的另一侧。接地开关7具有一个可在箭头B的方向上，即可在垂向上机械移动的部分，一个活动侧电极20在所述端部的下端形成。一个固定侧电极19与活动侧电极20相对布置，固定侧电极19和断路器6的固定侧电极13用穿过隔壁3的一个电连接部分45彼此连接。接地开关如箭头B所示垂向移动，接通在固定侧电极19和活动侧电极20之间进行接地，并在其间断开以解除接地。其构思在于接地开关7包括固定侧电极13。
隔离开关8也具有一个在箭头C所示方向上可机械移动的部分。一个活动侧电极21在该垂向移动部分的下端形成，一个固定侧电极22与活动侧电极21相对布置。接通和断开是由垂向运动(箭头C)确定的。接地开关17的固定侧电极19和隔离开关8的活动侧电极21用挠性导体11彼此连接。固定侧电极22用电连接部分46连接于主电路导体47，并通过主电路导体47连接于主电路导体48(母线)。
现对照图4描述一系列传导关系，图4的状态是断路器“断开”，这是由于断路器的活动侧电极12与固定侧电极13脱离了接触。断路器6的活动侧处于通过挠性导体10连接于主电路导体9和电压检测导体15的状态。接地开关7处于接地状态，这是由于活动侧电极20与固定侧电极19接触的缘故。隔离开关8处于断开状态，这是由于活动侧电极21和固定侧电极22彼此分开了一个足以断开电路的距离。固定侧电极22如上所述引至母线。
一个真空表24、一个气体吸收柱26和一个排气管28安装在第二真空室2的壳体的顶面上。标号29是绝缘陶瓷体。一个磁铁39围绕真空表24环形布置。围绕套管18设置橡胶35以便绝缘。标号37，38代表空气，即，连通各部分的外部空气。
套管16和套管18分别使用凸缘部分4，5借助螺钉固定在壳体上。两套管的尺寸、形状和材料相同，即，它们是通用的零件。另外，套管的顶部(包括相应于凸缘位置的部分的一个部分)的形状和尺寸与套管16，18的形状和尺寸相同。上述零件的共同性使成本下降，因而母线部分、馈电线部分和电压检测部分的布置可以按照用户的需要改变。
陶瓷体30是用于绝缘的，因而当承受电缆的电压时流过真空容器的电流可以通过使电流从接地侧流动的方式检查。
真空表23，24利用磁控管原理。磁铁39，40是设备的非主要零件，以管状布置，形成测量真空度的磁场。但是，真空室1，2制成气密的，以便在正常使用状态下保持20年或更长的真空度。
接地开关和隔离开关8借助不同于断路器6的操作机构被操作。
气体吸收柱25，26也称为真空吸气器，排气管27，28是用于抽空的，即，用于复原的。
在象本实施例中那样具有两个真空室的情形中，由于一个真空室即使在另一真空室出现真空遭到破坏时也可保持真空，因而系统不会立即丧失整个功能。另外，与产品的配售有关，下述情形是很有效果的，即，第一真空室1的组件和第二真空室2的组件是分别制造和安装的，或者，它们中的一个可替换现有部件，或者两者被组装并结合就位。
本发明的系统是在真空中组装的，即，按照下述方式进行焊接工作以得到产品：将暂时在外面组装的零件插入一个炉中，在真空中将其加热以熔化焊料，使适当的部位结合在一起。陶瓷体和真空容器之间的所有结合都是通过焊接进行的，下面描述的组成挠性导体10，11的板也是通过焊接结合在一起的。
在本实施例的系统中采用挠性导体10，11。这样做使电流的传导可以肯定地在操作过程中进行，由于在转动和垂向移动过程中电流可以肯定地传导，因而可以使结构得到简化。如果挠性导体10，11是装在真空容器外面的，那么，电流在挠性导体10，11中流动，这是危险的，除非真空容器外面的部分通过包覆SF6气体或固体绝缘件而加以绝缘。因此，通过将挠性导体10，11装入真空容器中，可以保证安全，并使系统制得更为紧凑。挠性导体10或11的电流传导面积至少为200mm2，必要的容许电流量是能够1秒承受25KA的强度。
在本实施例中，主电路导体9的下部和电压检测导体15用挠性导体10彼此电连接。这是对挠性导体10从断路器6延伸的额外部分的有效利用，其中部固定在主电路导体9上，因此，在电压检测导体和主电路导体之间的连接中无需使用挠性导体。这是由于上述两者处于固定的位置关系中，因而无需挠性的导体。同样，电连接部分46也无需是挠性的导体。
图7表示挠性导体的外观。与本实施例有关的挠性导体10或11是通过下述方式形成的：叠置多个无氧铜板，在各板间夹置焊接材料，如图7所示焊接两个端部。被焊接的部分用作与电极或导体的连接部分。导体10是由70块120至130mm长、30mm宽、0.1mm厚度的板组成的。被焊接的部分用作与电极或导体的连接部分。导体11是由50块60至70mm长，其它尺寸与导体10相同的板构成的，即，导体10追随转动运动的长度较长。
在本实施例中，描述是针对下述真空开关进行的：真空开关是由分成两个室的真空容器构成的，断路器具有气密密封在一个真空室中的开关部分，隔离开关和接地开关具有气密密封在另一真空室中的开关部分。也可以考虑一种真空开关，它是由一个真空容器和一个具有气密密封在真空容器中的开关部分的断路器构成的，或者考虑一种真空开关，它是由一个真空容器和一个具有气密密封在真空容器中的开关部分的隔离开关和接地开关构成的。在这种情形中，与前述实施例类似，与前述实施例中的挠性件类似的挠性件用在主电路和开关部分之间的电连接中，或用在开关部分之间的电连接中。
虽然上面是一相的实施例，但在下面对照图5和图6描述三相的实施例。现在参阅这些附图，标号100是一个含有金属的室。U，V，W三相的真空开关101装在室100中。每个三相真空开关101与上述实施例的真空开关结构相同，包括具有断路功能的断路器6、具有接地功能的接地开关和具有绝缘功能的隔离开关。一个主电路导体(母线)48电连接于每个真空开关101的一端，一个主电路导体9连接于每个真空开关101的另一端。室100内装有分别装纳断路器6、接地开关7和隔离开关8的操作机构的操作室102，103，104，以及一个用于向每个操作机构输出控制指令的保护控制组件105。为了三相一起地操作断路器6、接地开关7和隔离开关8，分别构制了操作机构。操作室102，103，104和保护控制组件105布置在真空开关101的主电路导体48上方的一个空间中。
如上所述，真空开关装置是由室100、三相真空开关101、主电路导体9，48、操作室102，103，104和保护控制组件105构成的。
按照本发明的真空开关和真空开关装置具有下述效果：它们有极好的防止污染的措施，并且它们可以制成小的尺寸。具有两个真空室的开关装置十分可靠，一个室的真空被破坏时另一个室可保持真空。另外，由于不仅整个系统而且系统的一部分例如，只是断路器部分也可形成真空，因而可以形成相应于一种需要的产品类似和成本低的产品。
挠性件在断路器侧的应用有助于实现系统的紧凑性，断路机构(开关)的转动和电流传导可以可靠地进行，挠性件在接地开关和隔离开关之间的应用有助于实现电流传导的可靠性和系统的紧凑性。
另外，套管尺寸和形状的通用性使成本可以借助零件的通用性而降低。

Claims (11)

1.一种真空开关，它是通过将开关部分装入一个真空容器而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中。
2.一种真空开关，它是将开关部分装入一个真空容器内而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器的开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中，所述断路器的一端和引出所述真空容器的一个主电路件用一个挠性件彼此电连接。
3.一种真空开关，它是通过将开关部分装入一个真空容器而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中，所述接地开关的一端和所述隔离开关的一端用一挠性件彼此电连接。
4.一种真空开关，它是通过将开关部分装入一个真空容器而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中，所述断路器的一端和一个引出所述真空容器的主电路件用一个挠性件彼此电连接，所述接地开关的一端和所述隔离开关的一端用一挠性件彼此电连接。
5.一种真空开关，它包括一个在一个真空容器中的断路部分，所述断路部分的一端和一个引出所述真空容器的主电路件用一挠性件彼此电连接。
6.一种真空开关，它包括在一个真空容器中的一个隔离开关的开关部分和一个接地开关的开关部分，所述接地开关的一端和所述隔离开关的开关部分的一端用一挠性件彼此电连接。
7.一种复杂的真空开关，它包括一个真空断路器，该真空断路器具有在一个真空容器中的断路部分，所述断路部分的一端和引出所述真空容器的一个主电路件用一个挠性件彼此电连接；以及一个开关组件，该开关组件具有在一个真空容器中的断路部分，所述断路部分的一端和一个引出所述真空容器的主电路件用一个挠性件彼此电连接，其中，所述断路器的开关部分的另一端和所述接地开关的开关部分的另一端彼此电连接。
8.一种真空开关装置，它是通过将开关部分装入一个真空容器而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中，主电路导体和电压检测导体从具有所述断路器的开关部分的所述真空室伸出，主电路导体从具有所述隔离开关的开关部分的所述真空室伸出，每个所述导体的一个伸出部分在包覆着电绝缘件的套管中形成，至少两个所述套管以相同的形状形成。
9.一种真空开关装置，它是通过将开关部分装入一个真空容器而形成的，包括作为开关部分的一个断路器、一个接地开关和一个隔离开关，所述真空容器至少分成两个室，所述断路器开关部分设置在一个所述室中，所述接地开关和所述隔离开关的开关部分设置在另一个所述室中，所述断路器的一端和一个引出所述真空容器的主电路件用一个挠性件彼此电连接，所述接地开关的一端和所述隔离开关的一端用一个挠性件彼此电连接，主电路导体和电压检测导体从具有所述断路器的开关部分的所述真空室伸出，主电路导体从具有所述隔离开关的开关部分的所述真空室伸出，每个所述导体的伸出部分在一个包覆着电绝缘件的套管中形成，至少两个所述套管以相同的形状形成。
10.如权利要求2至权利要求7中的每一项所述的真空开关或如权利要求9所述的真空开关装置，其特征在于：所述挠性件具有能够承受需要的容许电流量的横截面，并且由无氧铜制成。
11.如权利要求10所述的真空开关或真空开关装置，其特征在于：所述挠性件是一个挠性导体，该挠性导体是通过叠置多块无氧铜板并焊接叠置的板的两端而形成的。
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