CN208904522U - 一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，柜体内设有断路器、隔离开关、隔离开关机构和控制器；断路器、隔离开关分别与控制器连接，隔离开关机构与隔离开关连接；所述断路器的底部或下部设有隔离上静触头；所述隔离开关包括动触头组件、转轴、传动组件和接地触头组件，所述转轴通过传动组件与动触头组件连接；所述隔离开关机构驱动转轴转动，使动触头组件与隔离上静触头接触或分开；所述断路器和隔离开关本体上均设有均压环；所述隔离上静触头的外侧设有均压罩；所述均压环的外圈和内圈均设有倒圆角。采用本实用新型的技术方案，均匀化技术的基础上，实现开关快速分合闸，达到快速隔离故障源，有效保护配电设备的目的。

Description

一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜

技术领域

本实用新型属于电力配电设备技术领域，尤其涉及一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜。

背景技术

随着我国城市建设的规模和经济的快速发展，对电力配电网提出了较高的要求，尤其对配网开关的要求是高可靠、环保、智能化。国家电网十三五规划中将“优化电网结构，提高系统安全水平”，“升级改造配电网，推进智能电网建设”列为重点任务，将“环保气体绝缘环网柜”列入重点推广新技术目录(2017版)。与此同时，响应国家大力发展智能电网的号召，广东电网近年来在佛山、东莞、深圳多个城市在永磁环网柜的招标比重不断提高。由此可见，环保气体绝缘环网柜以及永磁机构作为环保、高可靠的典型代表已经成为城市环网设备的发展趋势。

目前，我国城市使用的环网柜大多数还是采用SF6气体绝缘环网柜，而环保型的环网柜有三种：混合气体绝缘环网柜(少SF6)，复合绝缘环网柜(固体+环保气体复合绝缘)，环保气体绝缘环网柜。从绝缘介质来说，前两种环网柜并不属于真正意义的环保柜，属于过渡产品。根据国家电网重点推广新技术目录(2017版)，环保气体绝缘环网柜才是今后环保型环网柜的发展方向。

操动机构方面，环网柜中使用的断路器操动机构有电磁式和弹簧式两种，随着电网要求的不断提高，电磁操动机构由于合闸功大、合闸速度不稳定，已逐渐被淘汰，而弹簧操动机构因为电动操作失效时能手动分合，且技术相对成熟，因此市场上还是以弹簧操动机构为主。永磁操动机构是近年来发展起来的一种新型操动机构，具有元器件少，结构简单，可靠性高，能实现分相控制，特别适用智能电网的一种操作机构，早期常用于户内真空断路器中，这两年开始在环网柜中应用。永磁机构从结构上分可分为安装在环网柜气箱外部的常规永磁机构和安装在气箱内部的三相直动型速断永磁机构。

目前来看，现有技术存在的问题及缺陷主要为：

1)混合气体绝缘环网柜(少SF6)尽管只使用的少量的SF6，但是并不是真正意义上的环保。

2)复合绝缘环网柜是在气箱内部，采用固体和环保气体复合绝缘，部分高压带电体用环氧树脂包裹起来，以达到增强绝缘，减小体积的目的，但是这种结构由于采用的环氧树脂为极难降解的材料，并不环保，且受工艺限制容易产生气泡、杂质、开裂问题，会导致局部放电问题，存在和固体绝缘环网柜一样的问题，运行可靠性差。

3)目前市场上的环保气体绝缘环网柜采用的大多数是弹簧操动机构，这种机构零部件多、传动复杂、故障率较高，且机构输出力曲线与开关分合闸曲线不匹配。

4)常规永磁机构环网柜是在弹簧机构的基础上，利用永磁线圈代替储能弹簧，减少机构的传动部件，与弹簧机构相比，可靠性更高，但是这种结构仍存在多级传动，在动作时间上达不到快速合分闸的要求，无法满足广东电网招标技术规范。

实用新型内容

针对以上技术问题，本实用新型公开了一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，在环保气体绝缘下的电场均匀化技术的基础上，结合三相直动型速断永磁机构，实现开关快速分合闸而且环保，达到快速隔离故障源，有效保护配电设备的目的。

对此，本实用新型采用的技术方案为：

一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其包括柜体，所述柜体内设有断路器、隔离开关、隔离开关机构和控制器；所述断路器、隔离开关分别与控制器连接，所述隔离开关机构与隔离开关连接；

所述断路器包括永磁机构、动铁芯、分闸弹簧、绝缘拉杆、真空灭弧室，所述控制器与永磁机构电连接，发出上电以及电流信号，所述真空灭弧室位于动铁芯的正下方；所述动铁芯通过绝缘拉杆与真空灭弧室连接，所述动铁芯与分闸弹簧连接；所述断路器的底部或下部设有隔离上静触头；

所述隔离开关包括隔离开关本体，所述隔离开关本体上设有动触头组件、转轴、传动组件和接地触头组件，所述转轴与隔离开关本体转动连接，所述转轴通过传动组件与动触头组件连接；所述隔离开关机构与转轴连接，驱动转轴转动，并通过传动组件传动带动动触头组件旋转，使动触头组件与隔离上静触头接触或分开，实现隔离开关合闸或分闸；所述接地触头组件位于隔离上静触头下方的外侧，并位于所述动触头组件转动的行程上；

所述断路器和隔离开关本体上均设有均压环；所述隔离上静触头的外侧设有均压罩；所述均压环的外圈和内圈均设有倒圆角。其中，传动组件可以采用常规的传动组件，如连杆传动组件。

采用此技术方案，隔离开关机构通过带动转轴转动，经过传动组件传动带动动触头组件旋转，转至与隔离上静触头接触，隔离开关合闸。隔离开关合闸完成后，通过控制器发出合闸输出命令，控制永磁机构(三相，每相一个)内的线圈获得合闸电流，产生与永磁铁同向磁场，驱动动铁芯向下运动，通过绝缘拉杆带动真空灭弧室合闸，同时给分闸弹簧储能，永磁铁使真空灭弧室保持在合闸位置；至此，环网柜完成合闸动作。在合闸过程中，由于永磁线圈到真空灭弧室之间是直线传动，中间没有任何力矩的转换，避免了力矩转换过程中的损耗以及间隙配合产生的动作延迟，为实现快速合闸提供了技术保证。

另外，分闸时，由控制器发出分闸输出命令，控制永磁机构的永磁线圈获得反向驱动电流，削弱合闸磁回路磁通，分闸弹簧能量释放，绝缘拉杆在动铁芯的带动下，拉动真空灭弧室的动端向上运动，完成分闸。断路器分闸后，隔离开关机构带动转轴转动，使动触头组件与隔离上静触头分开，隔离开关分闸。至此，环网柜分闸完成。同样，在分闸过程中，永磁线圈到真空灭弧室之间是直线传动，避免了力矩转换过程中的损耗以及间隙配合产生的动作延迟，从而实现快速分闸。

对于隔离开关接地时，隔离开关在分闸状态下，隔离开关机构通过带动转轴转动，使得动触头组件与接地触头组件接触，至此，环网柜下端接地完成。

进一步的，所述转轴为六方转轴。

进一步的，所述接地触头组件位于隔离上静触头的左侧。

作为本实用新型的进一步改进，所述均压罩为半球结构，所述均压罩的直径为动触头组件宽度的3-4倍，同时，均压罩与隔离上静触头之间的间隙为2-4mm。

进一步的，所述均压罩的直径为70～90mm，所述均压罩的厚度为20～28mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述断路器上设有第一均压环，所述隔离开关本体上设有第二均压环，所述第一均压环、第二均压环的外圈的倒圆角半径分别为第一均压环、第二均压环厚度的一半。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一均压环的外圈的倒圆角的半径为10～18mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二均压环的外圈的倒圆角的半径为10～15mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离上静触头在进刀方向的端部设有第一倒圆角；所述隔离上静触头的另一端设有第二倒圆角的半径，所述第二倒圆角的半径小于第一倒圆角的半径。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离上静触头的底座棱边设有第三倒圆角，所述第三倒圆角的半径小于第二倒圆角的半径。

作为本实用新型的进一步改进，所述隔离开关包括隔离支撑架，所述动触头组件与隔离支撑架转动连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述断路器还包括凸轮、连接组件和同步轴，所述动铁芯与连接组件连接，所述连接组件通过同步轴与绝缘拉杆连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述柜体内设有开关室、机构室、底座和二次箱，所述断路器、隔离开关设在开关室内，所述隔离开关机构设在机构室内；所述底座上设有套管、泄压通道、柜门；所述控制器设在二次箱内；所述控制器通过气密封航空插头、控制线与永磁机构的永磁线圈连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

第一，采用本实用新型的技术方案，采用三相永磁机构通过绝缘拉杆直接带动三相真空灭弧室动端动作的方式，由于是直线传动，不存在力矩转换产生的损耗和配合间隙带来的动作延迟，从而可实现快速分合闸，以满足国网、南网对电网系统响应时间日渐严格的要求；特别是应用于12kV环网配电系统中。

第二，本实用新型的技术方案，采用了大量的电场均匀化处理，通过特殊的导电体形状，加特殊结构的均压环、均压罩等措施，使本实用新型在保证与SF6环网柜尺寸相当的前提下，保证其电气绝缘性能；另外，永磁机构线圈与外部控制器的信号传输都是通过安装在气箱上的气密型航空插头实现，以保证气箱内是全绝缘全密封环境，是环网柜可靠性的重要技术保证。

附图说明

图1是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的截面结构示意图。

图2是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的断路器的结构示意图。

图3是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的隔离开关的结构示意图。其中，左图为侧面结构示意图，右图为正面结构示意图。

图4是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的均压环的结构示意图。其中，左图为侧面结构示意图，右图为正面结构示意图。

图5是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的均压罩的结构示意图。其中，左图为侧面结构示意图，右图为正面结构示意图。

图6是本实用新型一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜的隔离上静触头的结构示意图。其中，左图为侧面结构示意图，右图为正面结构示意图。

附图标记包括：101-开关室，102-断路器，103-隔离开关，104-机构室，105-传动指示机构，106-隔离开关机构，107-底座，108-控制器，109-航空插头，110-二次箱；

201-永磁线圈，202-动铁芯，203-凸轮，204-绝缘拉杆，205-真空灭弧室，206-连接组件，207-同步轴，208-控制线，209-分闸弹簧；

301-六方转轴，302-隔离支撑架，303-动触头组件，304-接地触头组件，305-传动组件，307-隔离上静触头，308-第一均压环，309-均压罩，310-第二均压环。

具体实施方式

下面对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1～图6所示，一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，包括开关室101、机构室104、底座107和二次箱110。所述开关室101内设有断路器102、隔离开关103和其他通电回路；所述机构室104内设有传动指示机构105和隔离开关机构106；所述底座107设有套管、泄压通道、柜门等；所述二次箱110内设有控制器108以及其他二次元器件。所述断路器102、隔离开关103分别与控制器108连接，所述隔离开关机构106与隔离开关103连接。

如图2所示，所述断路器102包括永磁机构、动铁芯202、分闸弹簧209、绝缘拉杆204、真空灭弧室205，所述控制器与永磁机构电连接，发出上电以及电流信号，所述真空灭弧室205位于动铁芯202的正下方；所述动铁芯202通过绝缘拉杆204与真空灭弧室205连接，所述动铁芯202与分闸弹簧209连接；所述断路器102的底部或下部设有隔离上静触头307。所述断路器102还包括凸轮203、连接组件206和同步轴207，所述动铁芯202与连接组件206连接，所述连接组件206通过同步轴207、凸轮203与绝缘拉杆204连接。所述控制器108通过气密封航空插头109、控制线208与永磁机构的永磁线圈201连接

如图3所示，所述隔离开关103包括隔离开关103本体，所述隔离开关103本体上设有动触头组件303、转轴、传动组件305和接地触头组件304，所述转轴与隔离开关103本体转动连接，所述转轴通过传动组件305与动触头组件303连接；所述隔离开关机构106与转轴连接，驱动转轴转动，并通过传动组件305传动带动动触头组件303旋转，使动触头组件303与隔离上静触头307接触或分开，实现隔离开关103合闸或分闸；所述接地触头组件304位于隔离上静触头307下方的外侧，并位于所述动触头组件303转动的行程上。所述隔离开关103包括隔离支撑架302，所述动触头组件303与隔离支撑架302转动连接。

如图1～图3所示，所述断路器102上设有第一均压环308，所述隔离开关103本体上设有第二均压环310，所述第一均压环308、第二均压环310的外圈的倒圆角半径分别为第一均压环308、第二均压环310厚度的一半。所述隔离上静触头307的外侧设有均压罩309；所述第一均压环308、第二均压环310的外圈和内圈均设有倒圆角。

为解决高压电极的电场集中，尤其是隔离断口的电场问题，对高压电极进行了结构优化处理，如下面针对隔离上静触头307进行说明。

所述隔离上静触头307在进刀方向的端部设有第一倒圆角；所述隔离上静触头307的另一端设有第二倒圆角的半径，所述第二倒圆角的半径小于第一倒圆角的半径。所述隔离上静触头307在进刀方向的端部设有第一倒圆角；所述隔离上静触头307的另一端设有第二倒圆角的半径，所述第二倒圆角的半径小于第一倒圆角的半径。具体而言，如图6所示，隔离上静触头307在进刀方向的端部进行了R15倒圆角，以解决隔离断口之间的电场集中，在另一端进行了R8倒圆角处理，在底座107棱边也进行了R2倒圆角处理，以优化电场。

另外，还对均压环、均压罩309以及高压电极结构优化，解决电场均匀化问题，是该实用新型的关键技术之一。

如图4所示，第一均压环308，材料优选为铝合金6061，外部为全倒圆设计，并在内圈进行了R3倒圆角设计，结合有限元分析，分析不同的第一均压环308的厚度d和第一均压环308的外圈的倒圆角的半径R下，在此处的场强，具体数值E_b如下表1所示。

表1第一均压环的形状参数与场强数据表

d(mm)	R(mm)	Eb(kV/mm)	备注
				5	2.5	5.23	当d≤5，未能包裹住螺母
10	5	3.78
				16	8	2.66
18	9	2.95	极间间隙变近
				20	10	3.17	当d≥20，安装干涉

优选的，所述第一均压环308的外圈的倒圆角的半径为10～18mm。进一步优选的，第一均压环308的第二均压环310的厚度d在15-18mm之间，对应第二均压环310的外圈的倒圆角的半径R在7.5-9mm之间。

如图4所示，第二均压环310，材料优选为铝合金6061，外径为全倒圆设计，并在内圈进行了R2倒圆角设计，结合有限元分析，分析在第二均压环310的厚度d和第二均压环310外圈的倒圆角的半径R下，在此处的场强，具体数值E_b如下表2所示。

表2第二均压环的形状参数与场强数据表

d(mm)	R(mm)	Eb(kV/mm)	备注
				5	2.5	4.73	当d≤5，未能包裹住螺栓和螺母
10	5	2.96
				12	6	2.85
15	7.5	3.55	极间间隙变近
				20	10	4.08

优选的，所述第二均压环310的外圈的倒圆角的半径为10～15mm。进一步优选的，第二均压环310的厚度d在10-12mm之间，对应第二均压环310的外圈的倒圆角的半径R在5-6mm之间。

如图5所示，对于均压罩309，材料优选为铝合金6061，类似半圆球结构，直径为ΦD，厚度为H，结合有限元分析，分析在不同的均压罩309的直径ΦD和均压罩309的厚度H下，在此处的场强，具体数值E_b如表3所示。

表3均压罩的形状参数与场强数据表

优选的，所述均压罩309的直径为70～90mm(3-4倍动触头宽度)，同时，与隔离上静触头之间的间隙为2-4mm。进一步优选的，所述均压罩309的ΦD＝80mm，H＝24mm。

本实施例用于配网线路的通断，其合分闸操作主要由断路器102和隔离开关103共同完成，以下对动作部分进行说明：

隔离开关合闸：隔离开关机构106通过带动六方转轴301顺时针转动，经过传动组件305传动带动动触头组件303顺时针旋转，转至A位置时，与隔离上静触头307接触，隔离开关103合闸。

断路器合闸：隔离开关103合闸完成后，通过控制器108发出合闸输出命令，经过气密封的航空插头109、控制线208到永磁机构(三相，每相一个)，永磁机构内的线圈获得合闸电流，产生与永磁铁同向磁场，驱动动铁芯202向下运动，通过绝缘拉杆204带动真空灭弧室205合闸，同时给分闸弹簧209储能，永磁铁使真空灭弧室205保持在合闸位置。

至此，环网柜完成合闸动作。

在合闸过程中，由于永磁线圈201到真空灭弧室205之间是直线传动，中间没有任何力矩的转换，避免了力矩转换过程中的损耗以及间隙配合产生的动作延迟，为实现快速合闸提供了技术保证。

断路器分闸：由控制器108发出分闸输出命令，经过气密封的航空插头109、控制线208到永磁线圈201(三相，每相一个)，永磁线圈201获得反向驱动电流，削弱合闸磁回路磁通，分闸弹簧209能量释放，绝缘拉杆204在动铁芯202的带动下，拉动真空灭弧室205的动端向上运动，完成分闸。

隔离开关分闸：断路器102分闸后，隔离开关机构106带动六方转轴301逆时针转动，经过传动组件305传动带动动触头组件303逆时针旋转，转至B位置时，隔离开关103分闸。至此，环网柜分闸完成。

同样，在分闸过程中，永磁线圈201到真空灭弧室205之间是直线传动，避免了力矩转换过程中的损耗以及间隙配合产生的动作延迟，从而实现快速分闸。

隔离开关接地：隔离开关103在分闸状态下，隔离开关机构106通过带动六方转轴301逆时针转动，经过传动组件305传动带动动触头组件303逆时针旋转，转至C位置，与接地触头组件304接触，至此，环网柜下端接地完成。

采用本实施例的一种速断型永磁环保气体绝缘环网柜，在环保气体绝缘下的电场均匀化技术的基础上，结合三相直动型速断永磁机构，实现开关快速分合闸的环保型的气体绝缘环网柜，以达到快速隔离故障源，有效保护配电设备的目的。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其包括柜体，其特征在于：所述柜体内设有断路器、隔离开关、隔离开关机构和控制器；所述断路器、隔离开关分别与控制器连接，所述隔离开关机构与隔离开关连接；

所述断路器包括永磁机构、动铁芯、分闸弹簧、绝缘拉杆、真空灭弧室，所述控制器与永磁机构电连接，发出上电以及电流信号，所述真空灭弧室位于动铁芯的正下方；所述动铁芯通过绝缘拉杆与真空灭弧室连接，所述动铁芯与分闸弹簧连接；所述断路器的底部或下部设有隔离上静触头；

所述隔离开关包括隔离开关本体，所述隔离开关本体上设有动触头组件、转轴、传动组件和接地触头组件，所述转轴与隔离开关本体转动连接，所述转轴通过传动组件与动触头组件连接；所述隔离开关机构与转轴连接，驱动转轴转动，并通过传动组件传动带动动触头组件旋转，使动触头组件与隔离上静触头接触或分开，实现隔离开关合闸或分闸；所述接地触头组件位于隔离上静触头下方的外侧，并位于所述动触头组件转动的行程上；

所述断路器和隔离开关本体上均设有均压环；所述隔离上静触头的外侧设有均压罩；所述均压环的外圈和内圈均设有倒圆角。

2.根据权利要求1所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述均压罩为半球结构，所述均压罩的直径为动触头组件的动触头宽度的3-4倍，同时，均压罩与隔离上静触头之间的间隙为2-4mm。

3.根据权利要求1所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述断路器上设有第一均压环，所述隔离开关本体上设有第二均压环，所述第一均压环、第二均压环的外圈的倒圆角半径分别为第一均压环、第二均压环厚度的一半。

4.根据权利要求3所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述第一均压环的外圈的倒圆角的半径为10~18mm。

5.根据权利要求4所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述第二均压环的外圈的倒圆角的半径为10~15mm。

6.根据权利要求1所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述隔离上静触头在进刀方向的端部设有第一倒圆角；所述隔离上静触头的另一端设有第二倒圆角的半径，所述第二倒圆角的半径小于第一倒圆角的半径。

7.根据权利要求6所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述隔离上静触头的底座棱边设有第三倒圆角，所述第三倒圆角的半径小于第二倒圆角的半径。

8.根据权利要求6所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述隔离开关包括隔离支撑架，所述动触头组件与隔离支撑架转动连接。

9.根据权利要求6所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述断路器还包括凸轮、连接组件和同步轴，所述动铁芯与连接组件连接，所述连接组件通过同步轴与绝缘拉杆连接。

10.根据权利要求6所述的永磁式速断型环保气体绝缘环网柜，其特征在于：所述柜体内设有开关室、机构室、底座和二次箱，所述断路器、隔离开关设在开关室内，所述隔离开关机构设在机构室内；所述底座上设有套管、泄压通道、柜门；所述控制器设在二次箱内；所述控制器通过气密封航空插头、控制线与永磁机构的永磁线圈连接。