CN1707716A - 电能断路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明设计断路装置，其设计成将电路(11)的第一部分(11.1)和所述电路的第二部分(11.2)电气隔离，所述断路装置包括：至少一触点对(16)，其中一个触点(16.2)是活动触点，所述触点对具有打开状态和闭合状态；和柔性导体(21)，其在一端固定到所述活动触点(16.2)，并可以在另一端固定到所述电路的部分(11.1)。所述导体包括至少其表面是导电的柔性管(21)，所述柔性管具有足够低的弯曲刚度，使其可以不扭结地弯曲，和足够高的抗扭刚度，使其至少在所述闭合状态时具有基本上可以重复的形状和位置。具体应用到气体绝缘高压变电站。

Description

电能断路装置
技术领域
本发明涉及电能断路装置。使用术语“电断路装置”覆盖了断路器、电路断电器、接地装置或开关。
背景技术
更具体地，本发明涉及简化的高压断路器，该断路器可以分开和/或连接具有低工作电流(例如小于1安培)的高压电路的两部分。这样的一个开关设备控制闭合。断路器是一种设计成将电路的一部分与该电路的支柱隔离的装置，从而希望停止所述部分的工作或者没有危险地在其上工作或检查。可以使用这种断路器，特别是用于将位于气体绝缘变电站(GIS)中的变压器与变电站的支柱电气隔离。当检查电压值的时候，可以希望它将变压器与气体绝缘变电站的支柱分开。
在电的输送和分发网络中，高压是指电压高于大约35000伏特到36000伏特(较低的电压视为是中压)。
变电站是位于电输送线路和电分发线路之间的装置。特别地它包括保护设备、转换设备和断路设备，作为操作约束的功能，该断路设备可用于改变其连接的电网的一些特性。
存在着各种各样的将变压器与高压气体绝缘变电站的支柱分开的解决方案。可能是将高压断路器插入到变压器的主绕组(位于较高电压侧)和气体绝缘变电站的支柱之间。这个解决方案是比较昂贵的，因为并没有使用断路器的所有特性。例如，并没有必要断开和重新连接工作中的变压器。
另一种使用在中压应用中的解决方案是，增加至少一个简化的断路装置3到变压器1.1，该变压器是气体绝缘变电站1的一部分，如图1所示。然后断路装置3作为断路器。这可以是在封闭状态或打开状态下。变电站1安装在一般是金属的气密外壳4中，该外壳设计成充满绝缘气体，例如是六氟化硫SF6。
变压器1.1位于气密外壳4的第一部分4.1中。图示地在图1中用附图标记1.2代表的变电站的支柱位于气密外壳4的另一部分4.2中。
变压器1.1具有一组或多组绕组W，每组都有主绕组(在较高电压侧)和至少一组第二绕组(在较低电压侧)。在图中，并不可能区分主绕组和第二绕组。总体上用附图标记W表示绕组。单相变压器仅具有一组绕组，多相变压器具有多组绕组。在图1例子中显示出，变压器假定是三相的，但是仅可以看到一组绕组。
断路装置3安装在第一外壳部分4.1，该部分围绕着变压器1.1。电介质隔离件5将气密外壳4的第一部分4.1与其他部分4.2隔开，该其他部分围绕着气体绝缘变电站的支柱1.2。
断路装置3具有一或多对6的触点6.1，6.2。触点对6的数目对应于变压器的相数。每个触点对6包括固定触点6.1和活动触点6.2。固定触点6.1用于通过插入触点7与气体绝缘变电站1的支柱1.2连接。插入触点7插入到电介质隔离件5中。
活动触点6.2设计成连接变压器1.1的主绕组W。它移动去打开或闭合断路装置3。它固定到电介质柔性片8。电介质柔性片具有8固定端8.1和自由端8.2。它连接到促动杆9的两端之间，该促动杆可以从第一外壳部分4.1的外面接近。促动杆9的运动使柔性片8运动，从而可以使每对的活动触点6.2与该对的固定触点6.1相接触或分开。电介质柔性片8当作弹簧以保证电气接触。
杆9适于锁定在两个端部位置，在这两个端部位置断路装置6处于打开状态或闭合状态。活动触点6.2通过柔性导体10电气连接到变压器的主绕组W。导体10的长度比当触点对6处于闭合位置时所述触点对的活动触点6.2和所述导电体固定到绕组的点之间的间距长。不管断路装置6是否处于打开状态或闭合状态，导体10跟随着随机运动的曲线。
这种结构的缺点是对于高压应用并不可靠。导体10的表面上的电压梯度非常陡。当处理的时候，曲线的形状和它的位置是不稳定的和不可重复的。不可能预先知道导体10会占据的准确位置。可能会发现其处于接地区附近或者另一个带电的导体附近。如果它们的隔开距离相对于电压梯度过小，那么在导体10和接地区之间或者两个导体之间就存在产生电弧放电的危险。继而会毁坏断路装置3。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种没有上述局限和困难的电能断路装置。
具体目的是提出一种在高压时可靠的简化电能断路装置。
本发明的另一个目的是提出一种便宜的及紧凑的断路装置。
为了达到这些目的，本发明提供了一种更精密的断路装置，其设计成将电路的第一部分和所述电路的第二部分电气隔开，所述断路装置包括：
至少一触点对，其中一个触点是活动触点，触点对具有打开状态和闭合状态；和
柔性导体，其一端固定在所述活动触点上，另一端固定在所述电路的其中一部分，所述断路装置的特征在于：
所述导体包括导电的、至少其表面是导电的柔性管，该柔性管具有足够低的弯曲刚度，使其不扭结地弯曲，和足够高的抗扭刚度，使其至少在所述闭合状态时具有基本上可以重复的形状和位置。
为了使所述管不扭结地弯曲，优选是其最小的允许曲率半径小于或等于其外直径的大约三倍。
为了使所述管至少在闭合状态时占据正确的位置，当活动触点沿第一轴线构造时，优选是柔性管的每端沿第二轴线固定，所述第二轴线与所述第一轴线大致平行或重合，所述两第二轴线之间相互偏移。
为了同样的目的，当触点对处于闭合状态时，柔性管的长度比柔性管连接到活动触点的点和柔性管连接到电路的部分上的点之间的距离大。
为了防止发生意外的放电，柔性管的外直径最好是大约位于10毫米(mm)到60mm的范围内。
柔性管可以是由柔性管状主体和外护套组成，该外护套由交织的线组成。
柔性管状主体可以用金属制成，也可以用塑料材料制成，可以是波纹状的，也可以覆盖有导电层。
外护套是用金属制成的。
柔性管的至少一端装有固定接头。
所述接头也可以是带螺纹接头。
所述固定接头内部可以提供可枢轴安装的衬套，从而当活动触点移动而引起柔性管的曲率半径变化的时候，可以允许柔性管适当扭转。
在一个实施例中，活动触点的移动是大致沿其轴线的。
在一个变化中，活动触点的移动可以发生在大致垂直于其轴线的方向上。
为了使活动触点可以移动，所述活动触点可以安装在电介质支撑件上，该支撑件是大致圆柱形的适于沿其轴线移动的杆件。
本发明还提供了变压器，在其外壳内部具有至少一对绕组和带上述特征的电能断路装置。
用于移动活动触点的位移装置可以从外壳的外面接近。
变压器可以是单相变压器，多相变压器。
本发明还提供了一种气体绝缘的变电站，在其气密外壳内部，具有至少一个带上述特征的变压器，气密外壳的一部分当作变压器的外壳。
断路装置的触点对的另一个触点是固定触点，安装在电介质隔离件上，该隔离件将当作变压器外壳的气密外壳的所述部分与气密外壳的支柱隔开。
附图说明
参照附图，通过阅读下面对仅是指示性的和非限制性示例的实施例的描述，可以更清楚地理解本发明，其中：
图1示出了现有技术的安装在中压变压器中的断路装置；
图2A和2B分别示出了处于打开状态和闭合状态的本发明断路装置的第一实施例；
图3示出了柔性管的一个实施例；和
图4A和4B分别示出了处于闭合状态和打开状态的本发明断路装置的第二实施例。
下面描述的各个图中相同的，类似的或相当的部分用相同的附图标记表示，以助于阅读各图。
在图中示出的各个部分并不需要按同样比例绘画，因而使图更易读。
具体实施方式
参见图2A和2B，示出了本发明断路装置的第一实施例，分别处于打开和闭合状态。所述断路装置设计成将高压电路11的第一部分11.1与其第二部分11.2电气隔开。
在这个例子中，电路的第一部分11.1概略地用变压器代表。电路11是高压气体绝缘变电站的一部分。电路11的第二部分11.2通过导体连接到变电站的支柱，概略地用圆柱杆件代表该导体。
本发明断路装置的其他应用自然是可能的。
电路11设置于气密外壳14中，该外壳设计成充填有绝缘气体，例如是六氟化硫SF6。
变压器11.1位于气密外壳14的第一部分14.1中。电路的支柱11.2位于气密外壳14的其他部分14.2中。如前面例子中，变压器11.1具有一组或多组绕组W，每组绕组具有主绕组和至少一组第二绕组。在这个例子中，还假设变压器11.1是三相的，绕组组W中仅两组是可以看见的，遮盖了绕组的第三组。在这种变压器中，绕组组W安排成三角布局，大致位于外壳第一部分14.1的中间部分中。如果只有一组绕组，所述组大致布置在外壳第一部分14.1的中间部分的中心。
本发明的断路装置13也安装在外壳14的第一部分14.1中。气密电介质隔板15将气密外壳14的第一部分14.1和气密外壳14的其他部分14.2隔开。隔板15当作外壳第一部分14.1的底部。它大致在xoy平面上延伸。
断路装置13具有一对或多对16的触点16.1，16.2。触点对的数目等于变压器的相数。图2A和2B中可以看见三对触点。触点对16中的每一对包括固定触点16.1和活动触点16.2。当一对触点16.1和16.2电接触时，触点对16处于闭合状态，也就是断路装置(图2B)闭合。当一对触点16.1和16.2相互隔开的时候，触点对16处于打开状态，也就是断路装置(图2A)。
将一对固定触点16.1设计成通过插入触点17电气连接到气体绝缘变电站11的支柱11.2。插入触点17和固定触点16.1固定在电介质隔板15上。使固定触点16.1的形状满足将变电站绝缘的要求，并具有流过它的直流电流值(例如是0.1安培A或0.01A)。固定触点16.1围绕着沿z轴延伸的轴线构造。
一对16活动触点16.2固定到“+”形的刚性电介质支撑件18上。在这个实施例中，不管断路装置的状态如何，它都面对着该对的固定触点16.1。它也是围绕着沿z轴延伸的轴线构造。一触点对16固定的和活动的触点16.1，16.2绕着同一轴线对齐。
活动触点16.2弹性地固定在支撑件18上，以调节当一对活动触点和固定触点闭合时产生的接触力。可以通过螺旋弹簧18.1实现该弹性固定，使得活动触点16.2可以伸缩。
电介质支撑件18与位移装置19配合把活动触点16.2移动。位移装置19包括杆件19.1，该杆件的一端连接到电介质支撑件18，另一端可以从外壳14的第一部分14.1的外面接近。所述杆件设计成在沿z轴线的两个端位置之间通过推压和牵拉而往复运动。当它被推压的时候，使断路装置处于闭合状态。当它被牵拉的时候，使断路装置处于打开状态。为了助于促动，可从外部接近的杆件19.1的端部可以与适当的工具(未示出)连接，例如是把手形式的。促动可以通过工具手动操作。杆件19.1大致设置于第一外壳部分14.1的中心，它穿过绕组组W，所述绕组组设置成三角布局或更一般地沿第一外壳部分14.1的壁布置。
提供了密封装置19.3，用于在杆件从外壳穿出处保持气密封。
在这个例子中，电介质支撑件18在参考坐标系(o，xyz)的xoy平面上延伸，所述杆件大致垂直于电介质支撑件18的平面延伸，即沿z轴。位移装置19可以安装有锁定装置19.2，用于将支撑件18锁定在两端位置上，每个位置对应于断路装置13的两种状态的相应一种。锁定可以通过在杆件19.1的周围设置的凹槽19.2实现，杆件19.1从中穿出的第一外壳部分中的孔的边缘收纳在凹槽19.2中。
支撑件18安装有导向装置20。导向装置20可以设置在支撑件18的两端，它们可以通过栓销和凹穴组实现，每组的栓销和凹穴使一个在另一个中滑动。栓销20.1可以固定到支撑件18，凹穴20.2可以由外壳的第一部分14.1的壁部支撑，反之也可以。
导电的，至少其表面是导电的柔性管21固定在每对触点对16的活动触点16.2的第一端21.1上，并可在其第二端21.2通过终端23固定到变压器11.1的主绕组W(位于高压侧)。柔性管21的第一端21.1和活动触点16.2位于支撑件18的相相对面上。柔性管21将变压器11.1的主绕组W电气连接到断路装置16的活动触点16.2。柔性管21的端部21.1中至少一个由包围在其周围的防护屏罩22保护，其适当的外形使它可以控制此处的电场。在图2A中只有一个屏罩，而在图2B中则有2个这样的屏罩。
柔性管21具有足够低的弯曲刚度，使它可以不扭结地弹性弯曲，还具有足够高的抗扭刚度，使它具有基本上可以重复的形状和位置，至少是在触点对16处于闭合状态也就是断路装置处于闭合状态时。当断路装置处于打开的状态下所述形状和位置最好也是基本上可以重复的。
现有技术中的断路装置，例如图1中示出的装置，并不具备的这种重复性。缺乏重复性使这些断路装置不可靠。
柔性管21最小的允许曲率小于或等于它的外直径的三倍。当断路装置闭合的时候，柔性导体21遵循其两端之间具有大曲率半径的“自然”曲线，而当断路装置打开的时候，柔性导体则遵循其两端之间具有较小曲率半径的“压迫”曲线。在这样的压迫位置上，柔性管21形成的曲率半径比最小的曲率半径大。
在柔性管21的端部21.1，21.2的每个端部处，柔性管21沿着与活动触点16.2的轴线平行或者重合的轴线，固定，所述柔性管与活动触点连接。第一端21.1的轴线和第二端21.2的轴线之间具有偏移。在这个实施例中，不管断路装置的状态如何，所述偏移大致是不变的。所述偏移可以是位于大约柔性管21的外直径的4倍到10倍之间的范围。柔性管21的长度稍微比当断路装置处于闭合位置时活动触点16.2和所述柔性管21固定到绕组W的点之间的距离I长。典型地，该长度大约是距离I的值的1.1倍到1.2倍之间。在三相结构中，用于连接到绕组的三个终端23在xoy平面安排成三角布置。图2B中示出的距离I是在zox平面的投影。
柔性管的长度和偏移可以优化，从而当断路装置闭合时所述管跟随着自然曲线，当断路装置打开时所示管跟随着压迫曲线。
图3示出了柔性管21的一个例子。该柔性管可以由柔性管状主体210组成，所述主体外表用交织线护套覆盖。所述线是金属的。管状主体210可以做成波纹状，并形成螺旋盘绕的轮廓，所述轮廓可以通过电镀的冷轧钢条形成。护套211的线也可以用电镀的或镀锡的钢，或镀锡的铜做成。护套211给予了所述管良好的和基本恒定的电导率。例如，可以使用商业上有的，和可以使用在液压或气动场合，或者用于保护低压电线和电缆的保护管。
在一个变化中，柔性管可以用电介质材料制成，例如是外表覆盖着导电材料如交织的镀锡铜线的塑料，又或者是覆盖着薄导电层的塑料。
柔性管的外直径选择成足够大，以防止柔性管成为局部放电处。这并不适用于现有技术，因为在断路装置的活动触点和变压器之间的连接是单股电缆。典型地，柔性管的外直径大约是10mm到60mm的范围。
断路装置适用于低工作电流的场合，例如，如果导电表面的电阻小于0.1欧姆/米(Ω/m)时，低于1/10安培。在同等的导电截面面积下，本发明断路装置的柔性管具有的外表面积，比图1的断路装置的单股导体的外表面积大得多。因此，减少产生不希望放电的风险。
柔性管21的至少一端21.1，21.2可以安装有旋上的接头24。在图3中，显示出了一个接头24。所述接头旋旋固定在柔性管21上，所述柔性管通过旋旋固定到绕组23的终端或者活动触点16.2。接头24是导电的，有利地用黄铜制成，从而机械地和电气地与柔性管21连接。有利地接头24可以做成两部分。第一部分形成接头的主体24.1，它可以旋进绕组的终端或活动触点中。第二部分是衬套24.2，可以旋进柔性管21以及按扣进主体24.1中，衬套24.2可以枢轴转动地安装，以便允许柔性管有一些自由，从而使当断路装置打开时它可以扭转而使其更容易弯曲，而当断路装置闭合时它可以变直。术语“变直”并不必须表示所述管变成直线的，而是没有那么弯曲。
图4A和4B概略地示出了本发明断路装置的另一个实施例，同样是断路器应用。这些图可以从图2A和2B衍生而来。为了简化起见，这两个图中某些部件没有示出。具体是，插入触点，气密外壳的支柱，和电路11的第二部分11.2没有示出。
在图4A中，断路装置是闭合的，而在图4B中它是打开的。对于图2A和图2B中的实施例，主要区别在于，当断路装置从一个状态到另一个状态时活动触点16.2的移动程度。与沿着平行于固定触点16.1的轴线的移动不同的是，该移动大致垂直于所述轴线。
活动触点16.2固定到电介质支撑件25，在这个实施例中，所述支撑件是大致圆柱杆的形式。
活动触点的轴线大致垂直于杆件25的轴线。但是，支撑件25适于沿它的轴线(在这个例子中，沿着x轴)在两个端部位置往复运动。
当断路装置在它的打开状态下，固定触点和活动触点的轴线就不再重合了。它们是大致平行。
支撑件25具有可以从第一外壳部分14.1的外面接近的一端，所述第一外壳部分用于变压器11.1。在出口处设有一个或多个密封圈19.3，支撑件25通过所述出口从外壳中穿出。
支撑件25的另一端位于第一外壳部分14.1中，它安装有导向装置20，防止杆件25旋转。所述导向装置可以是至少一组栓销和凹穴对，凹穴20.2由支撑件25承载，栓销20.1由第一外壳部分14.1的壁承载，反之也可以。
在这个实施例中，不再需要促动杆。支撑件25可以直接从第一外壳部分14.1的外面促动。在一个变化中，可以使用延长支撑件25的部件。在从第一外壳部分14.1的外面可以接近的一侧，支撑件25可以具有锁紧装置19.2，以将它固定在端部位置。所述锁紧装置19.2可以是例如凹槽形式。在单相变压器中优选使用这种结构。
在图4A中，支撑件25被压推进第一外壳部分。每个活动触点16.2与该触点对的固定触点电气连接。触点对处于其闭合状态。柔性管21的两端21.1，21.2在沿z轴延伸的轴线上固定，两轴之间有偏移Δ。在三相的结构中，三个接头24在xoy平面上安排成三角布置。在图4A和4B中示出的偏移Δ是沿x轴的投影。在图4B中，支撑件18被向左牵拉，每个触点对16的活动触点16.2已向左移动。触点对16处于其打开状态。柔性管的两端21.1，21.2的轴之间的偏移Δ已经变化，但是依然有偏移。从一个断路装置状态变化到另一个状态，柔性管21的曲率也发生变化。
这个实施例优选使用在单相应用中，因为省略了沿第一外壳部分的中间部分中的沿z轴延伸的杆件。
当然这个实施例可以使用在多相应用中。
本发明的断路装置特别便宜，因为它仅使用了少数元件。使用了商业上有的柔性管有助于这个低成本。
本发明并不严格限于所描述的仅是示例的实施例。

Claims (23)

1.一种断路装置，其被设计成将电路(11)的第一部分(11.1)与所述电路的第二部分(11.2)电气隔离，所述断路装置包括：
至少一触点对(16)，其中一个触点(16.2)是活动触点，所述触点对具有打开状态和闭合状态；和
柔性导体(21)，其在一端固定到所述活动触点(16.2)，并可以在另一端固定到所述电路的部分(11.1)之一上，
其特征在于：
所述导体包括导电的、至少其表面是导电的柔性管(21)，所述柔性管具有足够低的弯曲刚度，使其可以不扭结地弯曲，和足够高的抗扭刚度，使其至少在所述闭合状态时具有基本上可以重复的形状和位置。
2.根据权利要求1所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管(21)具有小于或等于其外直径的三倍的最小允许曲率半径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的断路装置，其特征在于，所述活动触点(16.2)围绕第一轴线构造，所述柔性管(21)的每一端(21.1，21.2)沿第二轴线固定，所述第二轴线与所述第一轴线大致平行或重合，所述两第二轴线相互偏移。
4.根据上述权利要求1至3中任一项所述的断路装置，其特征在于，当所述触点对处于闭合状态时，所述柔性管(21)的长度比所述柔性管(21)连接到所述活动触点(16.2)的点和所述柔性管(21)连接到所述电路部分(11.1)上的点之间的距离(I)大。
5.根据上述权利要求1至4中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管(21)的外直径大约是10mm至60mm的范围之间。
6.根据上述权利要求1至5中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管(21)具有柔性管状主体(210)和由交织线构成的外护套(211)。
7.根据上述权利要求6所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管状主体(210)是用金属制成的。
8.根据上述权利要求6所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管状主体(210)是用塑料制成的。
9.根据上述权利要求6至8中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述柔性主体(210)是波纹状的。
10.根据上述权利要求8至9中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述柔性主体覆盖有导体层。
11.根据上述权利要求6至9中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述护套(211)是用金属制成的。
12.根据上述权利要求1至11中任一项所述的断路装置，其特征在于，所述柔性管的端部(21.1，21.2)至少之一安装有固定接头(24)。
13.根据上述权利要求12所述的断路装置，其特征在于，所述接头(24)是旋进接头。
14.根据上述权利要求12或13所述的断路装置，其特征在于，所述接头(24)内提供了可枢轴安装的衬套(24.2)。
15.根据上述权利要求1至14中任一项所述的断路装置，所述活动触点(16.2)围绕一轴线构造，所述活动触点(16.2)的移动大致沿其轴线。
16.根据上述权利要求1至14中任一项所述的断路装置，所述活动触点(16.2)围绕一轴线构造，所述断路装置的特征在于，所述活动触点的移动大致垂直于其轴线。
17.根据上述权利要求16所述的断路装置，所述活动触点安装在电介质支撑件(25)上，所述支撑件(18)是适于沿其轴线移动的大致圆柱形的杆件。
18.一种变压器，其具有在外壳(14.1)中的至少一组绕组(W)，
其特征在于，
所述变压器包括在所述外壳内部根据前述任一项权利要求所述的断路装置。
19.根据权利要求18所述的变压器，其特征在于，用于移动所述活动触点(16.2)的位移装置(19)可以从所述外壳(14.1)的外面接近。
20.根据权利要求18或19所述的变压器，其特征在于，所述变压器是单相变压器。
21.根据权利要求18或19所述的变压器，其特征在于，所述变压器是多相变压器。
22.一种气体绝缘的变电站，其特征在于，所述变电站在气密外壳(14)内部，具有包括至少一个根据前述任一项权利要求所述变压器的电路(11)，所述气密外壳的一部分(14.1)当作所述变压器的外壳。
23.根据权利要求22所述的气体绝缘变电站，其特征在于，断路装置的对(16)的另一个触点(16.1)是安装在电介质隔板(15)上的固定触点，所述隔板将当作所述变压器外壳的所述气密外壳的部分(14.1)和所述气密外壳(14)的支柱隔开，所述固定触点连接到所述电路(11)的支柱。
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