CN101101831A - 为绝缘开关提供接地和可见断路的连接器*** - Google Patents

为绝缘开关提供接地和可见断路的连接器*** Download PDF

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L·赛本斯
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Abstract

一种用于高压真空开关的连接器***，包括：电压源连接器；负载连接器；在真空瓶中的第一触点；以及与第一触点串联的第二触点，其中第二触点在真空瓶的外部。电压源通过第一和第二触点连接到负载，并且第二触点包括第一可分离接口，第二可分离接口和导电针。当导电针被取下时，绝缘针可以被***它的位置。在优选的实施例中，连接器***包括壳体和观察孔，其贯穿壳体，用于观察导电针。连接器***还可以包括第一和第二连接器，用于第一和第二可分离接口，其被用于测试连接和/或接地连接。

Description

为绝缘开关提供接地和可见断路的连接器***
本申请要求2006年5月31日申请的，序列号为No.60/809695的临时申请的优先权。
技术领域
本发明一般涉及可活动的通电触点，用于切断高压电路中的电流。本发明尤其涉及高压真空开关，以及将这些开关的触点电接地，并直观地确定断路的装置。这里使用的术语“高压”表示高于1KV的电压。
背景技术
在现有技术中，用于电力线路和***的，具有低气压的高压开关组件或真空型电路断续器是众所周知的。在美国专利Nos.4568804、3955167和3471669中示出了几个实例。密封真空型开关或电路断路器也是已知的，并被示于美国专利Nos.3812314和2870298中。
在已有技术中，提供开关组件和电路断路器，一对联动的触点，一个固定并且另一个可活动，来控制和切断电流。该触点被设在受控的空气触点组件中，其包括相对易碎的玻璃或陶瓷壳体，其通常被称为“瓶”。一个金属波纹管通常被提供在瓶的一端，并且活动触点被连接到波纹管内部。附在波纹管外部的操作杆驱动瓶内的活动触点。瓶的内部被维持在低于受控的气压，如在一个低气压以下的空气，以保护触点不受触点开关时的电弧导致的损坏。瓶的玻璃或陶瓷壁提供密封的封装，其为了设备的寿命维持受控的气压。虽然已经进行了努力来保护和加强在瓶体周围具有固体电介质材料的触点组件(如上述专利中说明的)，但是仍需要进一步的改进。
尤其，对于使用受控气压触点组件的弹性体-绝缘开关有显著的、未满足的要求，该弹性体-绝缘开关将适用于地下配电***，及其它类似的应用。在这些***中使用的开关必须满足几个苛刻的要求。在使用期间连接到线电压的开关组件的部分，包括活动触点和操作杆，必须被装入固体绝缘壳体中。该壳体必须具有足够强的电介质性，以承受可能施加在***上的最大电压，对于配电级***该最大电压通常高达数十千伏。为了安全，该绝缘壳体应该被能够接地的导电层覆盖。该开关应该能够从该电介质壳体的外部操作，不需要打开该壳体，并应该能够承受许多年暴露在极端温度、水和环境污染中。该开关还必须经受得住持续地暴露在高压下，并承受重复的操作。更重要地，该开关必须提供容易并可靠的触点位置的指示。
使用真空瓶的绝缘开关没有提供触点的外观检验的装置，以确定它们是打开的(可见的断路)或闭合的。已有技术的开关被设计为具有位于大的、填充有气体或油的箱体中的触点，该箱体允许装有一个玻璃窗，用于观察触点。然而，由于瓶由金属和陶瓷非透明材料制成，没有直接观察真空瓶中的触点的装置。需要维持真空瓶中的真空的密封，阻止了玻璃窗的安装。具有高电介质能力EPDM橡胶绝缘的更新高压开关箱真空开关如在Luzzi的美国专利Nos5667060、5808258和5864942中所述的，它们都被完整地结合在这里。
图1示出了已有技术的一个典型的使用真空瓶902的绝缘开关900。该开关被密封在真空瓶902中，并被隐藏得看不见。电压源904和负载906被连接到开关900，但是开关触点是不可见的。判定开关触点的状态的唯一装置是开关把手908的位置。如果把手908和开关触点之间的联接不起作用或有故障，就没有明确的指示允许操作人员判定触点的位置。因此，行业已经认识到使用真空瓶的绝缘开关需要提供触点位置的可靠指示。
发明内容
根据本发明，为高压真空开关提供了一个连接器***。该连接器***包括：电压源连接器；负载连接器；真空瓶中的第一触点；以及与第一触点串联的第二触点，其中第二触点在真空瓶的外部。该连接器***使用该电压源连接器和该负载连接器，通过该第一和第二触点，将电压源连接到负载。该第二触点位于壳体中，并包括第一可分离接口，第二可分离接口和导电针。该壳体可以被附加给现有的真空开关，或者该真空开关和第二触点可以被制造在一个壳体内。优选地，该壳体由固体电介质材料构造，更优选EPDM橡胶。在一些实施例中，该连接器***包括观察孔，其通过该壳体延伸，并且其被放置得通过该观察孔可以观察到该导电针。该连接器***还可以包括用于第一可分离接口的第一连接器，和用于第二可分离接口的第二连接器，它们被用于试验连接和/或接地连接。
在另一个优选实施例中，该连接器***还包括：钥匙；第一锁，用于驱动第一触点到打开或闭合位置的人工操作机械装置；以及第二锁，用于将导电针固定在壳体中的支架。该钥匙可以操作第一和第二锁，并且当人工操作机械装置被确定位置时，该钥匙只能被从第一锁取下，从而第一锁被打开。
在最优选的实施例中，该导电针由导电材料，如铜制成，并可被取下。在第一触点打开之后，该导电针可以被取下，并被由电介质材料，优选人造橡胶、塑胶、陶瓷或玻璃材料制成的绝缘针代替。该导电针和绝缘针还可以被用颜色标码，以使得它们可以被用户容易地识别。这允许用户快速地并安全地判定开关触点的位置，并给在高压电路上执行维修和维护的人员提供额外的保护。
附图说明
本发明的用于绝缘开关的连接器***的优选实施例，及本发明的其它目的、特征和优势，将从下面的详细描述中更加显而易见，下面的详细描述将结合附图来阅读，其中：
图1示出了已有技术的在真空瓶中的高压开关；
图2示出了连接到真空瓶中的高压开关的连接器***；
图3示出了连接到真空瓶中的高压开关的具有观察孔的连接器***，其中开关在闭合位置；
图4示出了连接到真空瓶中的高压开关的具有观察孔的连接器***，其中一个绝缘帽被取下，并且开关在打开位置；
图5示出了连接到真空瓶中的高压开关的具有观察孔的连接器***，其中连接器***的一侧接地，并且另一侧的绝缘帽被取下；
图6示出了连接到真空瓶中的高压开关的具有观察孔的连接器***，其中连接器***的两侧都接地，并且导电针被取下；
图7示出了连接到真空瓶中的高压开关的具有观察孔的连接器***，其中连接器***的两侧都接地，并且导电针被绝缘针代替；
图8示出了连接到真空瓶中的高压开关的连接器***，其中锁定***和开关把手在闭合位置；
图9示出了连接到真空瓶中的高压开关的连接器***，其中锁定***和开关把手在打开位置，钥匙被取下；
图10示出了连接到真空瓶中的高压开关的连接器***，其中锁定***在打开位置，并且导电针被取下。
具体实施方式
本发明是用于高压真空开关的连接器***，其提供与真空瓶中的绝缘开关的触点串联的第二套触点。该第二套触点可以与绝缘开关的触点相独立地打开，以提供断路的确认。本发明还提供一种装置，用于将瓶的负载侧和负载侧电缆接地，以用于下游有限空间中的安全实践维护。
该连接器***包括导电针(这里也称为“拔出针”)，当它被取下时，提供触点分离。相反，已有技术的连接器***需要绝缘连接器元件与所附的电缆分离。分离绝缘连接器的一个缺点是，通常连接到开关设备的大连接器电缆具有有限的弹性。这使得分离连接器的两部分很困难。
“死面(deadfront)”真空开关发送(spring)能量，负载开关设备在5-38kV的配电***上，能够产生、传送并切断约600安培的负载电流。如这里使用的，术语“死面”是指具有模制橡胶框架的开关，该框架绝缘、屏蔽并消除暴露的带电部分。这些开关的优选实施例结合具有高电介质能力的EPDM橡胶绝缘的真空开关，并被描述在Luzzi的美国专利Nos.5667060，5808258和5864942中，它们都被完整地结合在这里。
本发明的用于高压真空开关的连接器***包括串联的两个触点。典型地，第一触点是现有的位于真空瓶中的高压真空开关，其中真空瓶容纳在开关壳体中。第二触点在真空瓶外部，并容纳在一个分离的壳体中，该分离的壳体连接到开关壳体。然而，第一和第二触点能够被制造为一个完整的单元，其在一个壳体中包括两个触点。优选地，该壳体由固体电介质材料构造，最优选含双环戊二稀(“EPDM”)橡胶。该连接器***包括电压源连接器，用于连接该***到至少1KV的高压源；以及负载连接器，用于连接到电压负载。电压源连接器连接到第一触点的内侧，并且第一触点的外侧与第二触点的内侧串联连接。然后第二触点的外侧连接到负载连接器，以使得电压源通过第一和第二触点连接到负载。
第二触点可以包括第一可分离接口和第二可分离接口，它们通过导电针连接。导电针由导电材料制成，如铜，并优选当第一触点打开时可以被取下。在导电针被取下后，由电介质材料构成的绝缘针可以被安装在第一可分离接口和第二可分离接口之间，以确保电压源已经和负载断开连接。导电和/或绝缘针的状态可以被直观地监视，通过贯穿壳体的观察孔。观察孔允许用户核实开关是打开或闭合的。在优选的实施例中，导电针合绝缘针被用颜色标码，以允许快速并容易的可视识别。
该连接器***还可以包括用于第一可分离接口的第一连接器，和用于第二可分离接口的第二连接器。该第一和第二连接器被用于试验连接和/或接地连接。第一连接器允许用户进行电压测试，以核实真空瓶中的第一触点是打开的。在核实第一触点是打开的之后，第一接地电缆可以被连接到第一触点。然后可以使用第二连接器进行电压测试，并且在用户核实电路是打开的之后，第二接地电缆可以被附上。第二触点的两侧都接地给用户进行维修和线路维护提供了更多的安全性。
作为附加的安全措施，该连接器***还可以具有钥匙-锁***，其包括一个钥匙和一对锁。第一锁用于驱动第一触点到打开或闭合位置的人工操作机械装置。第二锁用于将导电针固定在壳体中的支架。一个钥匙操作两个锁。为了操作人工操作机械装置来闭合第一触点，该钥匙必须在第一锁中。只要第一触点是闭合的，该钥匙就不能从第一锁退出。这确保当电压源连接到负载时，该钥匙就不能用来开启该支架，并从壳体取下导电针。当人工操作机械装置在打开位置时，该钥匙可以被旋转并从第一锁退出。旋转钥匙将人工操作机械装置锁定在打开位置，并且它只有在用户***并旋转钥匙后才能被切换到闭合位置。
在钥匙被从第一锁取出后，它可以被***第二锁，并被用来从壳体开启支架。该支架保护壳体中的插销组件，其包括导电针或绝缘针，并且如果不首先移动该支架，该插销组件就不能被移动。移动支架允许插销组件从壳体退出。当开关被断开时，该插销组件被从壳体取出，并且导电针被绝缘针代替。然后，当第一触点在打开位置时，该插销组件被再次插进壳体，并且绝缘针仍然在第一可分离接口和第二可分离接口之间的位置。优选地，导电针由导电材料制成，并且绝缘针由电介质材料制成。优选的导电材料是铜，并且优选的电介质材料可以是橡胶、塑胶、陶瓷或玻璃材料。
导电针具有第一端，其在第一接触点电连接到第一可分离接口；第二端，其连接到插销，优选螺纹连接，和中点。导电针还具有第二接触点，其在第二端和中点之间，中点连接到第二可分离接口。导电针的大小，是以使得它的直径和它的长度随着第一端的直径而变化，其中第一端的直径小于第二端的直径。优选地，第一端的直径在第一接触点足够小，以使得，当导电针***壳体时，它能够通过第二可分离接口，但是它也要足够大，以使得它尚可接合第一可分离接口。选择导电针在第二接触点的直径，以使得当导电针***壳体中时，它可以电接合第二可分离接口。导电针的直径可以从第一端到第二端逐渐呈锥形增加。导电针还可以被设计为，从第一端到第二接触点的位置具有第一直径，并且导电针的从(并包括)第二接触点到第二端的位置具有第二直径，其中第一直径足够小，以允许第一端穿过第二可分离接口。优选地，导电针在第一接触点具有第一直径，并且在第一接触点具有第二直径，其中第二直径大于第一直径。绝缘针的直径实质上与导电针的直径相同。
为了易于说明，下面的描述基于单相开关。然而，相同的描述适用于三相开关，其具有三个与单相开关同样的支线，其连接到共同的驱动机械装置。
图2示出了连接器***16的一个实施例，其中开关组件10通过向真空瓶14中的开关触点8附加连接器***16而形成。连接器***16代替已有技术中的标准开关组件终端部件906(参见图1)。连接器***16包括两个可分离连接器触点18，20，它们在内部和导电针22连接。第一可分离连接器触点18电连接到来自真空瓶14中的触点8的输出，并连接到载流套管35。连接柱34和直接试验连接33连接到套管35。第二可分离连接器触点20电连接到载流套管37，其中载流套管37连接到负载94。导电针22电连接两个可分离连接器触点18，20，并附加到绝缘插销24。连接器***16具有第一端15，其连接到开关8；和第二端17，通过它可接近导电针22。当开关触点8打开时，导电针22/插销24组件可以通过壳体的第二端17中的孔19被取下，以保证连接的分离。在导电针22被取下后，它被绝缘杆26和插销24组件代替(参见图7)，以维持电分离，并给壳体提供密封盖。
再参考图2，可以看到电压源90连接到使用电缆肘管92的开关组件10。真空瓶14中的开关触点8由连接到驱动机械装置12的手动操作把手30驱动。当开关触点8闭合时，电压源90通过真空瓶14到输出连接器32，然后到连接器***16。当连接器***16在闭合位置时，两个可分离连接器触点18，20被导电针22电连接。那么来自连接器***16的输出通过电缆肘管96连接到负载94。
现在参看图3，示出了本发明的一个优选实施例，其中连接器***16包括观察孔42，它有位于两个可分离连接器触点18，20之间的保护帽43。观察孔42允许用户直观地检查导电针22，并判断它是否已经被取下，以及连接器***16是否已打开。图3至7示出了打开连接器***16并核实该打开状态的操作顺序。连接器***16的一个重要特征是，电压源90可以从负载94物理地分离并断电，不需要取下任一个电缆肘管92，96。该特征在应用中尤其有效，其中开关组件10设在具有有限空间的外壳中以为了取下电缆肘管92，96。
图3中的连接器***16示出了在闭合位置的导电针22。在这种结构中，当真空瓶14中的开关触点8在闭合位置时，来自电压源90的电压传到负载94。两个可分离连接器触点18，20被提供有测试连接33，39，以使得测试设备可以被连接到导电针22的每侧，以测量电压。当测试连接33，39没有被使用时，它们覆盖有绝缘帽36，40。包括连接器***16的开关组件10的结合提供更高的用户安全性和保护，通过使用串联的两个可分离触点。第一开关触点8在真空瓶14中，第二触点由连接器***16的导电针22形成。在操作把手30在打开位置之后，导电针22被取下，接地肘管80，82被连接(参见图7)，用户可以确定进行维修和/或维护是安全的。
图4示出了用于在打开位置的驱动机械装置12的把手30，并且绝缘帽36从第一可分离连接器18取下，准备直流电压测试。该直流电压测试确定真空瓶14中的开关触点8，起不能被看见，是打开的。在电压测试确定开关组件10的输出是零伏后(即真空瓶14中的开关触点8是打开的)，第一接地肘管80被附加到连接柱34，如图5中所示。随后，绝缘帽40被从负载中断抽头插销(loadbreaktap plug)38取下，并且测试连接39被用来测试在连接器***16的第二可分离连接器20侧上的电压。
参考图6，可以看出，第一接地肘管80连接到连接柱34，以将真空开关触点8的电源侧90接地，并且第二接地肘管82连接到负载中断抽头插销38，以将连接器***16的负载94侧接地。电源侧90和负载侧94的接地将连接器***16置于一种安全状态，并允许导电针22安全地取下，不需要断开接地肘管80，82。绝缘针26，优选具有高亮的颜色，如黄色，以易于辨识，并且插销29被***连接器***16中的孔17中，以增加打开点，如两个可分离连接器触点18，20之间的绝缘等级，并密封如图7中所示的孔19。使用观察孔42(这里也称为观察口)提供了导电针22已经被取下，或绝缘针26已经被***的可视确认。
通过将上述操作反向，负载94被再次连接到电源90。首先，绝缘针26被取下，并且导电针22被安装在连接器***16中。第二接地肘管82被从负载中断抽头插销38取下，并且绝缘帽40被安装。然后第一接地肘管80被从连接柱34取下，并且绝缘帽36被安装。开关把手30被移动到闭合位置，以闭合真空瓶14中的开关触点8，并将负载94再次连接到电源90。
在另一个优选实施例中，互锁***被用来确保导电针22在开关组件10在打开位置之前没有被取下。当开关把手30在闭合位置时，它将钥匙50锁位在在把手组件56上的第一锁52中。钥匙50不能从第一锁52取出，直到开关把手30移动到打开位置。然后这个同样的钥匙50被用来打开第二锁54，其将支架58固定到连接器***16的壳体，并防止插销24和导电针22被取出。图8至10示出了互锁***(包括钥匙50和两个锁52，54)是如何工作的。将开关把手30移动到打开位置，从第一锁52释放钥匙50。只有在开关把手30打开之后，钥匙50才能从第一锁52取出，并被用来打开第二锁54，并移开固定查询24的支架58。这允许拉栓(pull pin)组件(即导电针22和插销24)被取下。两个锁52，54确保导电针22只有在开关把手30在打开位置时可以被取下。
在一个优选实施例中，图6中所示的导电针22具有有螺纹的端部21，用于连接导电针22到第一可分离连接器18。导电针22被构造成具有两个直径，第一直径25和第二直径27，其中第二直径27大于第一直径25。当导电针22通过在连接器***16的第二端部17中的孔19被***时，第一直径25被设计尺寸，以使得它容易地穿过第二可分离连接器20，并接触第一可分离连接器18。当导电针22的有螺纹的端部21被旋进第一可分离连接器18中时，第二直径27接触第二可分离连接器20，以形成电连接。导电针22的末端23附加到插销24，优选通过螺纹连接。插销24可以具有孔28，用于接收工具，该工具可以被用来旋转导电针22和帽29，帽29被覆盖在插销24上，在插销24被安装在孔19中后。在另一个优选实施例中，导电针22是锥形的，以使得尖端21具有比末端23小的直径，其允许尖端21在接触第一可分离连接器18之前，穿过第二可分离连接器20。
因此，虽然已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神的范围内，可以采取其它实施例，其旨在包括在这里阐述的权利要求的真正范围内的所有这种进一步的变化和修改。

Claims (21)

1.一种用于高压真空开关的连接器***，包括：
电压源连接器；
负载连接器；
在真空瓶中的第一触点；以及
与第一触点串联的第二触点，其中第二触点在真空瓶的外部，并包括第一可分离接口，第二可分离接口和导电针，其中导电针连接第一可分离接口和第二可分离接口；
其中，电压源通过第一和第二触点连接到负载。
2.如权利要求1所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括壳体，其中所述第二触点在所述壳体中。
3.如权利要求2所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括观察孔，其中通过所述观察孔可以看到所述第二触点。
4.如权利要求3所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述壳体由EPDM橡胶构成，并且其中所述观察孔贯穿所述壳体。
5.如权利要求1所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括用于第一可分离接口的第一连接器，和用于第二可分离接口的第二连接器。
6.如权利要求5所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述第一和第二连接器被用于测试连接和/或接地连接。
7.如权利要求1所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括：
钥匙；
第一锁，用于驱动第一触点到打开或闭合位置的人工操作机械装置；以及
第二锁，用于将导电针固定在壳体中的支架，
其中，所述钥匙操作所述第一和第二锁。
8.如权利要求7所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，只有当人工操作机械装置被定位，从而第一触点在打开位置时，所述钥匙才能从所述第一锁取下。
9.如权利要求1所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针是可取下的。
10.如权利要求1所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针被取下，并且绝缘针被安装在所述第一可分离接口和所述第二可分离接口之间。
11.如权利要求10所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针由导电材料制成，并且所述绝缘针由电介质材料制成。
12.如权利要求11所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述绝缘针由橡胶、塑胶、陶瓷或玻璃材料制成。
13.一种用于高压真空开关的连接器***，包括：
壳体；
电压源连接器；
负载连接器；
在真空瓶中的第一触点；以及
与第一触点串联并延伸到真空瓶外部的第二触点，其中第二触点在所述壳体中，并包括第一可分离接口，第二可分离接口和可取下的导电针，并且其中可取下的导电针连接第一可分离接口和第二可分离接口；以及
贯穿所述壳体的观察孔，其中通过所述观察孔可以看到所述可取下的导电针；
其中，所述电压源通过所述第一和第二触点连接到所述负载。
14.如权利要求13所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括用于第一可分离接口的第一连接器，和用于第二可分离接口的第二连接器，其中所述第一和第二连接器被用于测试连接和/或接地连接。
15.如权利要求13所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针被取下，并且绝缘针被安装在所述第一可分离接口和所述第二可分离接口之间。
16.如权利要求15的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针由导电材料制成，并且所述绝缘针由电介质材料制成。
17.如权利要求13所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述壳体由EPDM橡胶构成。
18.如权利要求13所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括：
钥匙；
第一锁，用于驱动第一触点到打开或闭合位置的人工操作机械装置；以及
第二锁，用于将导电针固定在壳体中的支架，
其中，所述钥匙操作所述第一和第二锁，并且其中只有当人工操作机械装置被定位，从而第一触点在打开位置时，所述钥匙才能从所述第一锁取下。
19.一种用于高压真空开关的连接器***，包括：
壳体；
电压源连接器；
负载连接器；
在真空瓶中的第一触点；以及
与第一触点串联并延伸到真空瓶外部的第二触点，其中第二触点在所述壳体中，并包括第一可分离接口，第二可分离接口和可取下的导电针，并且其中可取下的导电针连接第一可分离接口和第二可分离接口；
用于第一可分离接口的第一连接器，和用于第二可分离接口的第二连接器，其中所述第一和第二连接器被用于测试连接和/或接地连接；以及
贯穿所述壳体的观察孔，其中通过所述观察孔可以看到所述可取下的导电针；
其中所述电压源通过所述第一和第二触点连接到所述负载。
20.如权利要求19所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，所述导电针被取下，并且绝缘针被安装在所述第一可分离接口和所述第二可分离接口之间，并且其中所述导电针由导电材料制成，并且所述绝缘针由电介质材料制成。
21.如权利要求19所述的用于高压真空开关的连接器***，其特征在于，还包括：
钥匙；
第一锁，用于驱动第一触点到打开或闭合位置的人工操作机械装置；以及
第二锁，用于将导电针固定在壳体中的支架，
其中所述钥匙操作所述第一和第二锁，并且其中只有当人工操作机械装置被定位，从而第一触点在打开位置时，所述钥匙才能从所述第一锁取下。
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