CN101068070A - 电气开关装置 - Google Patents

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Abstract

在一种电气开关装置尤其是一种中压开关装置中，包括有一个断路器(1)或者负载开关，一个隔离开关(4)以及一个设计成真空开关室(10)的接地开关(5)，要实现一种解决办法，该解决办法使形成一个较小的断开间隔长度并达到一个与现有技术相比更紧凑的开关装置构造成为可能。这通过一个壳体(3)实现，在该壳体上安装设计成真空开关室(10)的隔离开关(4)、接地开关(5)以及断路器(1)或者负载开关，并在该壳体中设置一个中心开关(2)，利用这个中心开关可以对隔离开关(4)和接地开关(5)的真空开关室(10)进行机械操纵以及可以在断路器(1)或负载开关、隔离开关(4)以及接地开关(5)的连接触头(A，B，C)之间建立电连接。

Description

电气开关装置
技术领域
本发明涉及一种开关装置，尤其是一种中压开关装置，包括一个断路器或者负载开关、一个隔离开关以及一个设计成真空开关室的接地开关。
背景技术
电气开关装置，通常也是以气体绝缘形式制成的开关装置，特别在中压技术领域应用并且它通常具有一个隔离开关和接地开关，此时能在一个开关上实现断路和接地，另外还具有一个断路器。这些可以互相进行电连接的隔离开关、接地开关以及断路器用一个分汇流排连接到一根母线上，该分汇流排比如与若干电缆接头连接。这两个开关，即隔离和接地开关以及断路器并排地安装在一个共同的、由母线的封装分接出的接地外壳中。
通常情况下这些开关是上下重叠或者并排安装的，并且平移地在同一个运动方向上运动。由CH 559977A5公知一种这样的气体绝缘的电气开关装置。基于隔离和接地开关以及断路器垂直重叠的结构，产生出一个必需的结构高度，该结构高度是由单个开关的尺寸以及必要的断开距离的尺寸，即断开间隔的长度形成。由于两个开关垂直重叠地安装，就在这个必需的结构高度上增加单个部件的长度和断开间隔的长度。
在此已经可以把断路器设计成真空开关并因此缩短必要的断开间隔，该断开间隔在真空中恰恰比在气体氛围中明显地小。由DE 102 19299 B3公知一种同类型的开关装置，该开关装置中断路器和隔离开关被设计成一个结构单元。但隔离开关继续位于一种保护气体的气氛中，因此为形成一个保险的断开间隔就必须有一个与周围气体相应的断开间隔。此外，在由该文件公知的开关装置中有一个设计成真空开关的接地开关，该接地开关垂直于断路器或者组合式负荷开关。为接地，在组合式负荷开关进入它的断开位置后，真空开关的动触头从外部向它的固定触头上靠近，接地才完成。在这个实施形式时也产生一个相对较高的结构高度，因为组合式负荷开关的断路部件设计在气体氛围中并必须要在那里形成一个确保电气线路连接断开的断开间隔。
由EP 1 218 995 B1公知一种气体绝缘的电气开关装置，它具有一个带有固定触头和可动触头的中断单元以及一个设计成旋转开关的隔离-和接地开关，该开关安装在中断单元的固定触头的一侧。旋转开关的采用使得可以调整出不同的断路和接地的位置。但是，在这种装置中不仅是隔离-和接地开关，而且带有固定触头和可动触头的中断单元都要再次设置在一种绝缘气体的氛围中。因此，在这种绝缘气体的条件下也必须更保特必要的断开间隔。
此外，由EP 0 680 063 B1公知一种设计成带有一个可旋转电极片的旋转开关形式的断路器或负载开关，此时借助设计在电极片的可动触头上的控制凸轮来操纵一个与真空开关可动触头相连接的推杆。
在现有技术公知的开关装置上，至少隔离-和接地开关的断开间隔处于绝缘气体的氛围中，但必要时还有断路器的断开间隔也要处于绝缘气体的氛围中。而为避免飞弧或者漏电路径，就需要在形成各个断开间隔的触头之间设计相对较大的距离来保证足够的断开间隔。这样就导致，使这种气体绝缘的开关装置体积很大并且要设计成相对大的结构单元。
发明内容
与之相对，本发明的目的在于，提供一种解决办法，使得形成较小的断开间隔长度并达到一个与现有技术相比更紧凑的开关装置结构成为可能。
根据本发明，该目的将在开头描述的那种开关装置上通过以下措施达到，即：一个壳体，在该壳体上安装设计成真空开关室的隔离开关、接地开关以及断路器或负载开关，并在该壳体里面安装一个中心开关，利用这个中心开关，可以对隔离开关和接地开关的真空开关室进行机械操纵并且可以在断路器或负载开关、隔离开关以及接地开关的连接触头之间建立电连接。
因此，由本发明得出一个开关装置，在该开关装置上隔离开关和接地开关的断开间隔通过以下措施缩减至最小，即隔离开关和接地开关被设计成真空开关并且各自具有一个真空开关室。众所周知，用于避免飞弧或者漏电路径的断开间隔的必要长度在真空中比在气体氛围中，比如比在电绝缘气体氛围中明显更小。因为断开间隔明显变小，那么相应必要的触头行程也要变小，以便将用于形成各自断开间隔、彼此分离的触头行程保持在一个足够的距离，现在在中压装置时是在2-3mm的范围中减小。此外，隔离开关、接地开关以及断路器或者负载开关安装在一个其内部安装有中心开关的壳体上，该中心开关既可以接通电连接又可以操纵隔离开关和接地开关的真空开关室，基于这样的事实，保证把结构形式进一步压缩到一个紧凑的结构尺寸。此外，断路器或者负载开关同样可以配备一个真空室或者真空开关室，因此它的结构长度或结构尺寸与在绝缘气体氛围中设置隔离单元的结构长度或结构尺寸相比也得以减小。
本发明有利的设计方案以及进一步扩展由从属权利要求中给出。
真空开关室以及断路器或者负载开关在中心开关的壳体上直接采取法兰连接，出于这种组合而得到必要的断开间隔长度大大减少并从而得到一个紧凑的开关装置的构造。
本发明有利的设计方案中，中心开关与断路器或者负载开关开动联锁，尤其是机械地联锁，使它只有在断路器或者负载开关断开时才可以运动或操纵。此外，在此中心开关这样设计，使利用中心开关机械地操纵真空开关室的触头推杆成为可能，同时使与各个连接触头建立电连接成为可能。
特别有利的是，这样中心开关被设计成旋转开关，这本发明同样规定。这种设计方案尤其使得实现这样的开关装置成为可能，该开关装置的中心开关可以有五个开关位置，并且采用这种方法在断路器或负载开关的、隔离开关的真空开关室到母线的和真空开关室到接地端的连接触头之间建立各期望的电连接或者断开这些电连接。
接通和开关位置包含一个标准位置，在该标准位置时，具有连接触头A和B的隔离开关和断路器或者负载开关相互连接在一起。因此借助于中心开关在这种标准位置中可以使断路器或者负载开关和隔离开关与母线建立一个导电的连接。
此外，五个开关位置包含有个第二位置，处于该第二位置时，具有连接触头B和C的隔离开关和接地开关相互连接在一起并且隔离开关和母线接地。因此，处于这第二开关位置时中心开关把断路开关的真空开关室与母线以及与接地的真空开关室连在一起，并把接在这上面的连接接地。
中心开关的第三位置在于，具有连接触头A，B和C的断路器或者负载开关、隔离开关以及接地开关是相互连接在一起的，并且断路器或负载开关和隔离开关以及母线是接地的。因此，处于这第三开关位置时，断路器或者负载开关以及与母线连接的隔离开关的真空开关室通过中心开关与接地的真空室用接地的电连接线连接在一起。
在第四位置中，具有连接触头A和C的断路器或者负载开关和接地开关相互连接在一起，并且断路器或者负载开关接地。因此，处于这第四开关位置时，断路器或者负载开关通过中心开关与接地的真空开关室连接在一起并连接与其相连的接地的连接。
最后有一个中性位置，处于该中性位置时，在具有连接触头A，B和C的断路器或者负载开关、隔离开关以及接地开关之间没有任何连接，且无论接地开关还是隔离开关都是断开的。因此，处于这第五位置即中性位置时，在隔离开关以及接地开关的两个真空开关室与断路器或者负载开关之间没有建立任何电连接。此外，隔离开关和接地开关在真空开关室中断开对地和对母线的电连接。
中心开关这样地机械联锁，即当断路器或者负载开关断开时，中心开关才能被接通。如果建立真空开关室到接地或者到母线的电连接，以致中心开关的触头和真空开关的触头推杆产生连接，就会不仅只有一个以电导线连接方式的电连接闭合，而且触头推杆会被机械地操纵并且在真空开关室里的开关会闭合，致使建立一个导电连接。
此外，为简化和标准化开关元件，本发明规定接地开关和隔离开关的真空开关室按同样结构的方式设计。
在特别有利的设计方案中，真空开关室不具有自动切断能力并且包括用于维持它断开间隔的描施。
为此，在本身的开关室之外设置一个要左右可动开关触头的压缩弹簧，在该开关室中开关触头被被此相向和彼此分离地移动，该压缩弹簧迫使具有开关触头的触头推杆到它的断开位置。为了触头闭合必须使开关触头推杆克服压缩弹簧的力向真空开关的闭合位置运动。为此本发明还设计使真空开关室具有一个在波纹管密封圈中导引的触头推杆，此时在真空开关室的断开状态下借助一个在真空开关室外面安装的并作用于触头推杆上的压缩弹簧来稳定该触头推杆或者保持它的断开位置。因此真空开关室就不具有自动切断能力而只能保持相应的断开间隔或者根据它是否被中心开关操纵来建立接触。开关触头可以设计成环形触头或者是平面触头，这本发明同样规定。
为不必以很昂贵的结构方式来实现中心开关并且尤其可以形成固体材料绝缘的开关装置，合乎目的的是，为确保围饶中心开关的壳体的绝缘性能，壳体由一种绝缘材料尤其是一种浇铸树脂制成，本发明就是这样设计的。把壳体嵌入一种这样的绝缘材料中，特别是用浇铸树脂或绝缘材料包封也是可行的。
基于这种紧凑的结构方式，壳体与中心开关和连接于其上的断路器或者负载开关、隔离开关以及接地开关形成一个紧凑的开关单元，此时开关单元在它那方面仍然可以设置在一个充入绝缘气体的外壳中，本发明也以此为特征。这里的绝缘气体主要不是用来产生足够的介电强度，而是用以保护材料防止老化。
附图说明
最后在设计方案中本发明还规定，开关装置设计成配电站或者配电柜组成部分。
下面将根据附图举例详细说明本发明。
图1根据本发明的开关装置的本发明主要元件示意的剖视图；
图2一个真空开关室的示意的剖视图。
具体实施方式
图1示出一个断路器1、一个中心开关2以及环绕并包围它的壳体3和一个隔离开关4、一个接地开关5和一根母线6。所有这些元件都是一个开关装置的组件，其中壳体3连同中心开关2、断路器1、隔离开关4和接地开关5形成一个开关单元。这个开关单元可以安装在一个此处没有示出的外壳里面，该外壳可以充入一种绝缘的、排除空气的气体N2或者充入灭弧气体特别是SF6(六氟化硫)。因此该开关装置涉及一种气体绝缘的开关装置，尤其是用于中压领域中，此外该开关装置还可以作为配电站或者配电柜的组件。但是，在这种情况下开关装置被设计成固体材料绝缘的开关装置并尤其应用于中压领域。
图1中形成导电的中心开关2位于它的标准位置。在该标准位置中，中心开关把断路器1的连接触头A和隔离开关4的连接触头B相互连在一起，以使得母线6的一根电连接线在穿过断路开关4、中心开关2接入到电源开关1上。连接触头7A和断路器1的一个固定触头7处于导电连接。断路器1处于它的“断开”位置，以便它的可动触头8在一个形成与固定触头的断开间隔时有间距地设置。断路器1经过可动触头8连接一个由箭头9象征性表示的电分汇流排，比如以电缆接头形式。因此当断路器1处于闭合位置时，中心开关2在标准位置中建立一个从母线6一直到分汇流排9的电连接。
隔离开关4和接地开关5都设有一个真空开关室10。此外，隔离开关4和接地开关5按照同样的结构方式制造。图2中是以示意的剖视图示出的一个这样的真空开关室10。该真空开关室10包括一个真空室11，该真空室构成在真空开关室10的壳体12之中。在真空室11中设置一个固定触头13，它形成从真空室11出向外的电连接。而一个触头推杆14则通过设置在真空室11另一侧的一个开口伸入真空室11中，该推杆在真空室的一侧设有一个开关15。在真空室11中，触头推杆14纵轴方向可移动地设置在一个金属波纹管密封圈16内克服设置在真空室11之外的一个压缩弹簧17的力，该波纹管密封圈16保证必要的密封。因此，触头推杆14与开关触头15形成一个可动的开关触头，该可动触头可以克服压缩弹簧17的力与作为另一个开关触头形成的固定触头13相接触。而在外侧在触头推杆14的销钉状端头18的上面构成和设置一个帽状的连接触头19。该连接触头19以一台阶紧贴在触头推杆14上并且具有一个径向的圆形空间，用以容纳压缩弹簧17。在对连接触头19施以朝向固定触头13的力时，触头推杆14可以经由连接触头19克服压缩弹簧17的力向固定触头13运动，以至于开关触头15和13彼此相接触并形成一个导线连接。连接触头19在隔离开关4上形成连接触头B而在接地开关5上形成连接触头C。此外断路开关4和接地开关5按照同样的结构方式构成。
当中心开关2处于图1所示的标准位置时，它以其触头20a和连接触头B连接并且同时通过连接触头B机械地把隔离开关4的触头推杆14推入它的所示开关位置，在此开关位置上隔离开关4的开关触头13和15相互接触并因此接通一个电的导线连接。
旋转开关2设计成T-形并且在它腿的末端上具有触头20a，20b和20c。该旋转开关2是导电的并且可以绕着一根中轴21在壳体3内转动，它便形成一个旋转开关。旋转开关2沿着箭头22的方向可以由图1所示的标准位置向第二开关位置运动，处于该位置时触头20a与连接触头C和触头20c与连接触头B建立导线-和作用连接。因为开关1，4和5对称地布置在壳体3的周围，并且各距连接触头C90°的连接触头A和B布置在壳体3侧壁的在该范围中近似呈圆弧状的部分上，使得借助于由于中心开关2的T-形造型同样布置成相应地相隔90°的触头20a，20b，20c，触头20a可以通过开关向箭头22的方向转动90°从连接触头B移动到连接触头C。同时触头20c移动向连接触头B。一旦触头20a离开连接触头B，该连接触头与紧贴的触头推杆14一起借助压缩弹簧的力向壳体3的中心方向运动，这样就导致开关13和15断开并形成一个断开间隔。在继续转动中心开关2时，触头20a与连接触头C和触头20c与连接触头B同时接触；在继续转动时，触头20a以及20c会推动连接触头C和B并用这些连接触头克服各自压缩弹簧17的力推动各自的触头推杆14，把隔离开关4和接地开关5都推向一个开关位置，处于该位置时开关触头13和15相互接触在一起。因此，在这第二开关位置，通过导电的中心开关2、隔离开关4和由此连接的母线6以及接地开关5与用箭头23表示的接地连接，使母线接地。在继续向箭头22的方向转动中心开关2时，触头22a以及22b从连接触头B和C上松开，使得隔离开关4和接地开关5连带着已断开的开关触头13，15重新运动到一个断开位置，直到触头20b与连接触头B，触头20c与连接触头C以及触头20a与连接触头A建立连接并且在这种转动结束后直至到一个90°的位置就由中心开关2到达第三开关位置，处于该第三位置时开关4和5再次闭合，以致所有的连接触头A，B和C相互连接在一起并且断路器1，隔离开关4以及母线6都接地。在继续把中心开关2转动90°时，就以类似方式达到中心开关2的第四开关位置并且在断路器1和接地开关5之间通过中心开关2建立连接，使得断路器1接地，此时触头20c和连接触头A以及触头20b和连接触头C之间各互相连接。在中心开关2的所有中间位置时，在这些中间位置中，触头20a，20b和20c没与连接触头A，B或C的任何一个处在或进入连接状态，这是中心开关的第五个位置，即中性位置。此时在断路器1和/或隔离开关4和/或接地开关5之间没有任何连接。此外隔离开关4和接地开关5的真空开关室10会被断开并各自在开关触头13和15之间形成一个断开间隔。
总之，中心开关2的结构形式以及连接触头A，B和C在壳体3器壁内侧的结构时这样设计，使带有触头20a，20b以及20c的中心开关2不仅与分别在它的连接触头20a，20b以及20c上紧贴的连联接触头A，B或者C形成电连接，而且同时还能操纵各个触头推杆14克服压缩弹簧17的力并推动到各个真空开关室10的关闭位置。断路器1和隔离开关4借助中心开关2不仅可导致彼此到导线连接位置建立向母线6的电连接，而且还可由这个导线连接位置形成一个断开间隔，此外既可使隔离开关4也可使断路器1单独或者共同形成一个与接地开关5的接地位置。
此外，中心开关2与断路器1的开动这样联锁和耦合，尤其机械地联锁和耦合，使中心开关2只有在断路器1位于断开位置时才能够运动，亦即被松开和断开。
壳体3在一个超过180°的壁范围内被设计成圆弧状并且在其外侧具有法兰连接的且与真空开关5径向相隔90°的、法兰连接的隔离开关4、真空开关5以及断路器1，这些开关用与它们的连接触头A，B和C相应的距离伸入到壳体3内部。壳体3由一种绝缘材料，尤其是一种电绝缘的浇铸树脂制成。因此，可以通过壳体3构成一个固体材料绝缘的电气开关装置。
在开关位置中，在其中没有触头20a，20b或者20c紧贴在连接触头B和/或C上，压缩弹簧17使相应可动的开关触头15保持在“断开”位置并因此保证在各个真空开关室10中形成的断开间隔，此时真空开关室10刚好不具备自动切断能力，而只保持断开间隔。开关触头13和15之间的接触面可以设计成环形接触或者是平面接触。
总之，固体材料绝缘的中压开关装置的特征在于它的紧凑的结构方式。所有的开关过程均在真空开关室内进行，因此仅仅需要最少的断开间隔。
电气开关装置当然也可以设计成气体绝缘的开关装置，并把开关单元安装在充入电绝缘气体或空气或N2或SF6的外壳内部。
电气开关装置同样也可以配备一个中心开关2，在该中心开关上在断路器的位置上设置一个负载开关，尤其是用法兰连接。

Claims (14)

1.开关装置尤其是中压开关装置，包括一个断路器(1)或者负载开关、一个隔离开关(4)以及一个设计成真空开关室(10)的接地开关(5)，其特征在于
一个壳体(3)，在该壳体上安装所述设计成真空开关室(10)的隔离开关(4)、接地开关(5)以及断路器(1)或者负载开关，并且在该壳体内安装一个中心开关(2)，利用这个中心开关可以对隔离开关(4)和接地开关(5)的真空开关室(10)进行机械操纵并且可以在断路器(1)或负载开关、隔离开关(4)和接地开关(5)的连接触头(A，B，C)之间建立电连接。
2.如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，利用中心开关(2)可以机械地操纵当时真空开关室(10)的各一个触头推杆(14)，并且同时和相应的连接触头(A，B，C)建立电连接。
3.如权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，中心开关(2)与断路器(1)或者负载开关的开动这样地尤其机械地耦合和/或联锁，使中心开关只有在断开的断路器(1)或者负载开关时才可运动或者操纵。
4.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，中心开关(2)可以设计成旋转开关。
5.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，连接触头(A，B，C)的布置和中心开关(2)的尤其是T-形的形状可以实现五个开关位置：
-标准位置，处于该标准位置时，具有连接触头(A)和(B)的隔离开关(4)和断路器(1)或者负载开关相互连接在一起，
-第二位置，处于该第二位置时，具有连接触头(B)和(C)的隔离开关(4)和接地开关(5)相互连接在一起并且断路开关(4)以及母线(6)接地，
-第三位置，处于该第三位置时，具有连接触头(A)、(B)和(C)的断路器(1)或者负载开关、隔离开关(4)和接地开关(5)相互连接在一起并且断路器(1)或者负载开关以及隔离开关(4)和母线(6)接地，
-第四位置，处于该第四位置时，具有连接触头(A)和(C)的断路器(1)或者负载开关和接地开关(5)相互连接在一起并且断路器(1)或者负载开关接地，
-中性位置，处于该中性位置时，具有连接触头(A)、(B)和(C)的断路器(1)或者负载开关、隔离开关(4)和接地开关(5)之间没有任何连接，并且隔离开关(4)和接地开关(5)都断开。
6.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，接地开关(5)和隔离开关(4)的真空开关室(10)以同样的结构方式制造。
7.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，真空开关室(10)在其到母线(6)和到接地点(23)的开关间隔中由中心开关(2)同时操纵。
8.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，真空开关室(10)的开关触头(13，15)计成环形触头或者平面触头。
9.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，真空开关室(10)不具备自动切断能力，并且包括保持其断开间隔的装置(17)。
10.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，
真空开关室(10)具有一个在波纹管密封圈(16)中导引的触头推杆(14)，其中在真空开关室(10)的断开状态下，借助一个设置在真空开关室(10)外面的并作用于触头推杆(14)上的压缩弹簧(17)来稳定触头推杆(14)和/或保持它的断开位置。
11.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，中心开关(2)的壳体(3)由一种绝缘材料特别是一种浇铸树脂制成。
12.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，壳体(3)连同中心开关(2)、连接于其上的断路器(1)或者负载开关，隔离开关(4)和接地开关(5)形成一个开关单元。
13.如前述任何一项权利要求所述的开关装置，其特征在于，开关单元被安装在一个充入绝缘气体的外壳里。
14.如前述任何一种权利所要求的开关装置，其特征在于，
开关装置是配电站或者配电柜的组成部分。
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