CN1373921A - 一种气体绝缘开关装置 - Google Patents

Abstract

一种气体绝缘开关装置,包括用来容纳第一端子的第一套管和容纳第二端子的第二套管,以及里面装有一断路单元的第一壳体,该第一壳体中还包含至少一个第一隔离单元,带有电连接到断路单元的第一固定触头和处于接地电位的第二固定触头,以及电连接到第一端子并可与第一和第二固定触头连接的第一活动触头,该活动触头固定到一旋转操作元件上并可刚性地与其一起转动,可与第一活动触头连接的固定触头位于该活动触头的旋转平面上。

Description

一种气体绝缘开关装置

技术领域

本发明涉及一种用于中高电压即电压大于1000伏特的气体绝缘开关装置，具有改进了的性能和特征。具体地说，根据本发明的装置由于其创新的结构，可按照一种简单、有效且紧凑的解决方案使所要求的电气开关的运行最优化。

背景技术

在本技术领域中，气体绝缘断路器和隔离开关中用于断路和隔离的电气开关的操作是借助于一个或多个活动触头的平移运动来实现的，活动触头通过平移运动可以与相对应的固定触头连接/分开。巳知类型装置的一个主要缺点是各种开关动作如在输入线或输出线上的隔离是通过专用部件来完成的，这些专用部件在结构上是独立的且互不相同，这样，用来实现各种开关动作的部件数目很多，因而必然使所占据的空间和装置的总体积增大，结果使成本增加。

此外，必需的开关动作是通过执行装置来完成的，执行装置包括用机械方法连接到活动触头的机械或液压类型的执行元件，活动触头借助于适当的操作部件来运动。

已知技术的执行装置中通常需要有复杂的传动系统将运动传递到活动触头。尤其是，隔离的开关动作需要一个或多个活动触头的协调运动，因此隔离触头的断开/闭合以预定的顺序发生。这样通常就必须要有复杂的联接机构和/或复杂的执行和控制系统，尤其是在多棒系统上进行隔离时。

由于运动部件的机械复杂性，必须要进行维护以保持标准性能和确保运动的可重复性，补偿由系统磨损和老化所引起的偏差。

发明内容

本发明的目标是要提供一种气体绝缘开关装置，其中的电气开关操作尤其是隔离操作是以一种简单和易于控制的方式进行的。

在此目标范围内，本发明的一个目的是要提供一种相对于已知技术的装置来说机械复杂性较低和结构较简单的气体绝缘开关装置。

本发明的另一个目的是要提供一种气体绝缘开关装置，其中隔离的开关动作是利用数目较少的机械部件来实现的。

本发明的另一个目的是要提供一种尺寸较小、占据空间较少的气体绝缘开关装置。

本发明的另一个目的是要提供一种高可靠性的、比较容易制造且成本具有竞争力的气体绝缘开关装置。

在下文中将变得更加清楚的目标、以及这些和其它目的通过一种气体绝缘开关装置来实现，该开关装置包括用来容纳第一端子的第一套管和容纳第二端子的第二套管，以及里面装有一断路单元的第一壳体，其特征在于，所述第一壳体中包含至少一个第一隔离单元，所述第一隔离单元带有电连接到所述断路单元的第一固定触头和处于接地电位的第二固定触头，以及电连接到第一端子并可与所述第一和第二固定触头连接的第一活动触头，所述活动触头固定到一旋转操作部件上并可刚性地与其一起转动，可以与所述第一活动触头连接的固定触头位于所述活动触头的旋转平面上。

根据本发明的装置可以是用于单棒或多棒系统、带有单极或三极执行装置的单部或多部类型。

因此在根据本发明的装置中，隔离动作是通过活动触头绕旋转轴的转动来实现的。实际上构成第一端子的转动延长部分的活动触头通过转动与两个对应固定触头中的一个连接/分开，以实现第一端子的隔离和接地开关动作，或使其保持电气连接。活动触头还可以处于一中间位置，使第一端子只是被隔离而不接地。为了达到上述目的，活动触头和固定触头的相互位置布置成可使要与活动触头末端接合的固定触头末端位于由所述活动触头末端旋转所形成的平面上。为了简单起见，当在本发明中提到固定触头和活动触头的相对位置时，总是指固定触头末端和可与之连接的活动触头末端的相对位置。

通过适当地选定固定触头和活动触头的位置，可以使隔离单元以及整个装置所需要的空间减到最小，同时保持隔离的开关动作易于进行。

根据本发明的装置的另一个优点在于它实际上形成一个可方便地运送到安装现场的预制组件。

附图说明

通过对根据本发明的开关装置的一些优选但并不排它的实施例的说明，将使本发明的其它特征和优点变得更加清楚，在附图中仅以非限定性的实例示出，其中：

图1是根据本发明的用于单棒系统的带有单极执行机构的气体绝缘开关装置实施例的剖视图；

图2是根据本发明的用于双棒系统的带有单极执行机构的气体绝缘开关装置实施例的剖视图；

图3是可以用来隔离图1和2所示装置中输入线的隔离单元的详图；

图4是图3所示隔离单元对输入线进行隔离和接地操作过程的示意图；

图5a-5d是可用图2所示装置实现的一些输出隔离开关操作的示意图。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的装置包括其中装有一断路单元4和绝缘气体的壳体1、容纳第一端子2的第一套管40、容纳第二端子3的第二套管41；其中第二套管41在结构上是通过一法兰盘42连接到壳体1上的。例如，端子2和3可分别连接到向开关装置输入和从开关装置输出的电力线上；或者，可以根据实际用途将它们连接到其它电气装置上。

在根据本发明的装置中，第一隔离单元100设在输入套管40和壳体1之间，并位于套管40本身的底部。如图3和4中所详细示出的，隔离单元100包括一壳体99，带有基本上是球形的中间部分和两个相对的端部97、98，其中端部97和98在结构上分别连接到壳体1和第一套管40上。所述隔离单元100还包括电连接到断路单元4的第一固定触头96、设置在球形壳体99上并处于接地电位的第二固定触头95、以及第一活动触头94。与输入端子2电连接的活动触头94固定在旋转操作部件93上，且刚性地与之一起转动。具体地说，旋转操作部件93是由用绝缘材料制成的转轴93构成，并通过在图3中以标号90示意性表示的执行元件如受到适当控制的电动机驱动转动。其优点在于，绝缘转轴93的一端连接到输入端子2，并充当所述端子2的支撑结构，因此可避免使用额外的支撑件。

在一优选实施例中，根据一种在结构和功能上简单及有效的方案，活动触头94由一旋片构成，旋片用键固定在绝缘转轴93上并基本上垂直于所述转轴的旋转轴线；此外，活动触头94、第一固定触头96和第二固定触头95布置成可使得所述固定触头的末端位于由活动触头94的末端旋转所形成的旋转平面上。在正常工作状态下，活动触头94与固定触头96连接从而确定输入端子2和断路单元4之间的电气连接。通过转动转轴93来进行输入端子2的隔离和接地开关操作；于是，刚性连接在转轴93上的活动触头94与固定触头95连接，从而实现接地连接。根据结构非常紧凑的这种技术方案，这种方式可使开关操作十分简单，而且只需有限的部件。

这种解决方案的另一个优点在于，布置在保护壳体中的隔离单元100处于与空气介质隔绝的状态，因此可减少所需要进行的维护；此外，基本上是球形的壳体99可以使所述隔离单元100中的电场分布最优化，而无需笨重的结构件。

在与固定触头96连接的位置和与固定触头95连接的位置之间的活动触头94的旋转角可以介于30度至150度之间，更好是在60度和120度之间，在80度和100度之间就最好；尤其是，如图4所示，所述旋转角大约为90度。此外还可以使活动触头94处于既不与固定触头95又不与固定触头96连接的中间位置，这样输入端子2可以在不接地的情况下被隔离。

有利的是，在根据本发明装置的一优选实施例中设有位于壳体1里面并电连接到断路单元4的第二隔离单元5；如图所示，隔离单元5布置在断路单元4相对于第一隔离单元100的另一侧。第二隔离单元5包括与输出端子3相连的第三固定触头6和处于接地电位的第四固定触头7。在图1所示的情况下，固定触头7与处于接地电位的壳体1相连。隔离单元5包括最好是转轴8的第二操作部件，通过用装置9示意性表示的执行元件进行运动，如一受适当控制的电动机。

电连接到断路单元4的第二活动触头10固定在转轴8上，并刚性地与之一起转动。在图1的实施例中，第二活动触头10由一旋片构成，该旋片具有扇形外形并用键固定在转轴8上。活动触头10和第三、第四固定触头6、7布置成可使得所述固定触头的末端位于由活动触头10的末端旋转所形成的旋转平面上。在这种情况下，通过转动转轴8来进行隔离操作；因此刚性地连接在转轴8上的活动触头10与固定触头6或7连接，从而分别实现输出端子3的线路或接地连接。图1中，活动触头10连接到固定触头7；因此接地连接是闭合的，而输出连接是断开的。

根据未在图中示出的另一个可供选择的实施例，可以有两个固定在转轴8上的活动触头，每个活动触头都可以与相应的固定触头连接。在这种情况下，固定触头6位于两个活动触头中一个可与之连接的活动触头的旋转平面上，而固定触头7位于可与之连接的另一个活动触头的旋转平面上。此外，两个活动触头以相关的角度位置固定在转轴8上，使它们不能同时与固定触头6和7连接。这样，借助于转轴8的旋转，可以使比如固定触头6与第一活动触头之间分开，然后使固定触头7与第二活动触头连接，从而实现接地连接。如果想要断开接地连接触头和闭合线路触头，可以同样的方式进行。

现在参见图2介绍用于双棒系统的气体绝缘开关装置。如前面所介绍的，图2所示装置包括其中装有一隔离单元5和一断路单元4以及绝缘气体的壳体1、容纳输入端子2的第一套管40、容纳第一输出端子11的第二套管41。在套管40和壳体1之间有一隔离单元100；此外，该装置还包括容纳第二输出端子13的第三套管43。在这种情况下，隔离单元5包括与输出端子11相连的第三固定触头21、处于接地电位的第四固定触头22、以及与第二输出端子13相连的第五固定触头23。与图1中的一样，固定触头22与处于接地电位的壳体1相连。隔离单元5包括一转轴8，通过用装置9示意性表示的执行元件如一受到适当控制的电动机产生转动。

电连接到断路单元4的第二活动触头31、第三活动触头32和第四活动触头33固定在转轴8上，并刚性地与之一起转动。在图2的实施例中，活动触头31、32和33由旋片构成，这些旋片具有扇形外形并用键固定在转轴8上。活动触头31、32、33和固定触头21、22、23布置成可使得对于每一对触头(21、31)、(22、32)和(23、33)来说，固定触头都位于相应活动触头的旋转平面上。此外，活动触头31、32和33以一定的角度设置固定在转轴8上，要使得当活动触头31和/或活动触头33与相应的固定触头21和23连接时，活动触头32不能与固定触头22连接。通过转动转轴8来进行输出端子侧的隔离开关操作，刚性地连接在转轴8上的活动触头31、32和33可与相应的固定触头21、22和23连接。在图2中，活动触头32与固定触头22连接，而活动触头31和33与相应的固定触头21和23分开；因此接地连接是闭合的，而输出连接是断开的。

在图5a-5d中示意性地示出了工作原理，其中活动触头由用键固定在转轴8上的旋片构成。

参见图5a，示出了活动触头32与相应的固定触头22连接，而活动触头31和33与相应的固定触头分开的情况。通过沿箭头方向转动转轴8，接地触头断开，接着活动触头31与固定触头21连接，使得至输出端子11的连接闭合(图5b)。通过沿同一方向进一步转动转轴8，在触头21与31分开之前，活动触头33与固定触头23连接。这样，使得至输出端子13的连接闭合，而同时又使至端子11的连接保持闭合(图5c)。如果转轴8继续旋转，可以将触头31从触头21上分开，从而断开至端子11的连接，并保持至端子13的连接闭合(图5d)。还可以进行未在图中示出的一种开关操作，其中所有活动触头都与相应的固定触头分开，因此可以在不接地的情况下隔离输出端子。

根据未在图中示出的另一个可供选择的实施例，第二隔离单元5只包含两个固定在转轴8上的活动触头。固定接地触头22和其它两个固定触头中的一个如固定触头21位于所述活动触头的旋转平面上，该活动触头可以交替地与固定触头21或固定触头22连接；第三个固定触头23位于另一个活动触头的旋转平面上并可与之连接。这两个活动触头以相关的角度位置固定在转轴8上，可使它们不能同时与触头22和23连接，而它们的相关角度位置却可以使它们同时与固定触头21和23连接。

如前面所指出的，在图1和2的两个实施例中，根据本发明的开关装置包含一断路单元4，其中有一容纳固定触头14和活动触头15的断路室，断路室的纵向轴线基本上与第二操作部件8的旋转轴线对准。在这种情况下，断路单元4的断开/闭合开关操作是通过该断路单元的活动触头沿该装置的纵向轴线平移运动来进行的，而输出端子侧的隔离是通过隔离单元5的活动触头绕所述纵向轴线的旋转来进行的。

根据未在图中示出的一特定实施例，隔离单元5的操作部件由断路室的壳体80构成。在这种情况下，第二隔离单元5的活动触头用键固定在断路室的外表面上，可相对于该装置的壳体1转动。这种运动是通过执行元件如一受到适当控制的电动机来施加的。取决于是单棒还是双棒系统，固定触头和活动触头的相互布置方式类似于图1或2中所示的情况。通过采用这一技术方案，根据本发明的装置特别紧凑，因为隔离单元5所占的空间沿断路室分布在壳体1的里面。

如上所述，隔离元件通过适当的执行装置产生运动，该执行装置最好由一可控的电动机构成。尤其是，已经发现对于第一隔离单元100和第二隔离单元5，以及断路单元4中活动触头的运动来说，使用伺服电机在开关操作的精度和速度方面具有显著的优点。或者，可以使用机械或液压执行装置。作为选择或作为补充，也可以给上述执行装置提供手动执行装置，尤其是用于进行紧急情况的手动开关操作。

根据本发明的装置可以是单极执行类型，其中在每个单部上设有执行装置以进行隔离开关操作；或者作为选择，该装置可以是三极执行类型，其中用来在该装置的三个部上进行隔离开关操作的动力由单个执行装置提供，该执行装置与各个部的隔离单元机械连接。

这样构思设计的气体绝缘开关装置可以在本发明构思的范围内进行各种修改和变化；而且所有的构造细节还可以用技术上等效的元件来替代。实际上，只要与具体的应用相适合，根据需求和技术状况，所考虑的构造方式以及单独的部件都可以具有任何形式。

Claims (15)

1.一种气体绝缘开关装置，包括用来容纳第一端子的第一套管和容纳第二端子的第二套管，以及里面装有一断路单元的第一壳体，其特征在于，所述第一壳体包含至少一个第一隔离单元，所述第一隔离单元带有电连接到所述断路单元的第一固定触头和处于接地电位的第二固定触头，以及电连接到所述第一端子并可与所述第一和第二固定触头连接的第一活动触头，所述活动触头固定到一旋转操作部件上并可刚性地与其一起转动，可与所述第一活动触头连接的所述固定触头位于所述活动触头的旋转平面上。

2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述第一隔离单元包括一壳体，带有基本上是球形的中间部分和两个相对的端部，所述端部在结构上分别与所述第一壳体和所述第一套管相连。

3.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述处于接地电位的第二固定触头布置在所述球形部分上。

4.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述第一活动触头由用键固定在所述操作部件上并基本上垂直于所述操作部件的旋转轴线的旋片构成。

5.根据上述权利要求中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述第一活动触头可以在与所述第一固定触头连接的第一位置以及与所述第二固定触头连接的第二位置之间转动，所述第一位置和所述第二位置之间的旋转角介于30度至150度之间，更好是在60度和120度之间，在80度和100度之间就最好。

6.根据上述权利要求中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述旋转操作部件包括用绝缘材料制成的转轴，所述转轴的一端连接到所述第一端子，而且适合在结构上支撑所述第一端子。

7.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括设置在所述第一壳体里面的第二隔离单元，其带有连接到所述第二端子的第三固定触头和处于接地电位的第四固定触头，以及至少一个可以与所述第三和第四固定触头中的至少一个相连接并电连接到所述断路单元的第二活动触头，所述第二活动触头固定在第二旋转操作部件上并可刚性地与其一起转动，与所述第二活动触头连接的所述固定触头布置在所述第二活动触头的旋转平面上。

8.根据权利要求7所述的开关装置，其特征在于，所述第二隔离单元包括单个活动触头，且所述第三和第四固定触头位于所述活动触头的旋转平面上。

9.根据权利要求7所述的开关装置，其特征在于，所述第二隔离单元包括固定在所述第二操作部件上的第二活动触头和第三活动触头，且所述第三和第四固定触头分别位于所述第二和第三活动触头的旋转平面上，所述第二和第三活动触头以相关的角度位置固定在所述第二操作部件上，使它们不能同时分别与所述第三和第四固定触头连接。

10.根据权利要求7至9中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括用来容纳第三端子的第三套管，且所述第二隔离单元包括连接到所述第三端子的第五固定触头，以及固定在所述第二操作部件上的第二活动触头和第三活动触头，所述第三和第四固定触头布置在所述第二活动触头的旋转平面上，所述第五固定触头布置在所述第三活动触头的旋转平面上，所述第二和第三活动触头以相关的角度位置固定在所述第二操作部件上，使得它们不能同时分别与所述第四和第五固定触头连接。

11.根据权利要求1至9中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置包括用来容纳第三端子的第三套管，且所述第二隔离单元包括连接到所述第三端子的第五固定触头，以及固定在所述第二操作部件上的第二活动触头、第三活动触头和第四活动触头，所述第三、第四和第五固定触头分别布置在所述第二、第三和第四活动触头的旋转平面上，所述活动触头以相关的角度位置固定在所述操作部件上，使得当所述第二和/或第四活动触头与相应的所述固定触头连接时，所述第三活动触头不能与所述第四固定触头连接。

12.根据权利要求8至11中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，属于所述第二隔离单元的所述活动触头中的至少一个是由用键固定在所述第二操作部件上并基本上垂直于所述第二操作部件的旋转轴线的旋片构成。

13.根据上述权利要求中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述断路单元包括容纳一固定触头和一活动触头的断路室，所述断路室的纵向轴线基本上与所述第二操作部件的旋转轴线对准。

14.根据权利要求13所述的开关装置，其特征在于，所述断路室的壳体构成所述第二操作部件。

15.根据上述权利要求中一项或多项所述的开关装置，其特征在于，所述第一和/或第二隔离单元中的所述旋转操作部件由一旋转伺服电动机驱动。

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