CN111029207B - 带有用于衬套的布置的开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关设备的领域。该开关设备具有衬套，衬套包括绝缘柱状部分和绝缘平面基部部分且延伸为绝缘中空室，绝缘中空室带有开口以接纳用于与集电器电连接的真空断路器端子，集电器包括金属盘，该金属盘平行于绝缘平面基部定位且具有第一平表面、第二平表面，金属盘的第一平表面设为用于将母线连接到金属盘上，且金属盘的第二平表面设有突出的金属部分，该突出的金属部分正交地固定在金属盘的第二表面上，以用于与真空断路器的端子连接，金属盘的具有弯曲表面的边缘嵌入从绝缘平面基部部分延伸的绝缘体中。

Description

带有用于衬套的布置的开关设备

技术领域

本发明大体上涉及中压开关设备的领域，且更特别地涉及一种带有用于衬套的布置且在配电***中使用的开关设备。

背景技术

开关设备提供高压配电***中电路的接通和断开。设计良好的开关设备可承受根据它运行所需要的在若干年内正常工作期间它要经受的高电压水平值，且还能够在测试时承受比它在正常工作期间所经受的高得多的电压。因此，开关设备的构件需要设计成承受此类高电压水平。而且，同时构件需要尽可能地紧凑以最大限度地减小空间和减少材料使用，且该需求造成如下挑战：设计构件在正常工作期间和测试期间承受高电应力且不击穿。

本领域技术人员将认识到，当通电导体在处于地电位的导电材料附近时，它可在通电导体与处于地电位的导体之间的空气空间或绝缘实体空间中形成强电场。尤其是在其中电场线在导电材料和通电导体周围急剧弯曲的区域中，该电场高得多。

在开关设备中存在若干导体和连接，其中存在高电场且高电场可影响开关设备的介电性能。由于开关设备中位于附近的通电导体(如母线、集电器等)和处于地电位的材料(如开关设备的封壳)，生成介电应力。由于电场线在导体的尖锐边缘处弯曲，介电应力高度依赖于导体的构造，如形状和布置。

如之前提到的，为了改进介电性能，重要的是设计构件和它们的组件，使得由高压电位引起的电场完全在开关设备中使用的介电材料的可承受的介电强度内。而且，期望具有尽可能均匀的场分布(最少的不均匀电场分布)以改进开关设备的整体电气性能。

用来将母线与真空断路器端子连接的衬套是开关设备中重要构件中的一个。衬套是一种绝缘装置，该装置允许电导体安全地通过接地的导电屏障，诸如开关设备的封壳。衬套典型地由环氧树脂制成，但其它材料是可行的，例如热固性材料或热塑性材料或瓷料。开关设备的导电部件(如母线和集电器)通过绝缘衬套。

期望衬套布置连同通过衬套的导电材料使得存在最小的介电应力且具有均匀的电场，而同时减少硬件需求，具有改进的紧凑性，具有短暂的组装时间和具有与真空断路器的端子的接合可靠性。

发明内容

上文提到的不足、缺点和问题在本文中解决，这将通过阅读和理解以下说明书来理解。

本发明提供一种开关设备，其具有母线隔间，用于将至少一个母线与放置在真空断路器隔间中的真空断路器连接。通过衬套使至少一个母线与真空断路器连接，该衬套组装在母线隔间与真空断路器隔间之间。该衬套包括：绝缘部件，该绝缘部件具有定位在开关设备的母线隔间中的绝缘柱状部分、绝缘平面基部部分，该绝缘平面基部部分具有将衬套机械地固定在使母线隔间和真空断路器隔间分开的机械结构上的器件，且该绝缘平面基部部分在真空断路器隔间中延伸为绝缘中空室，其中中空室具有开口，以接纳与集电器电连接的真空断路器，该集电器与绝缘柱状部分中的母线电连接且部分地嵌入从绝缘平面基部部分延伸的绝缘体中。

集电器包括金属盘，该金属盘平行于绝缘平面基部定位且具有第一平表面、第二平表面和以弯曲表面分开的第一平表面和第二平表面的边缘，金属盘的第一平表面设为用于将至少一个母线连接到金属盘上，且金属盘的第二平表面设有突出的金属部分，该突出的金属部分正交地固定在金属盘的第二表面上，以用于与真空断路器的端子连接，且其中金属盘的弯曲表面嵌入从绝缘平面基部部分延伸的绝缘体中。

在开关设备的实施例中，沿着绝缘体的平行于金属盘的表面存在导电材料层。

在开关设备的实施例中，金属盘是椭圆形形状的，且突出的金属部分是沿着金属盘的长轴正交固定的D形的。

在实施例中，衬套的绝缘材料是环氧树脂。

在实施例中，金属盘是圆形形状的。

在实施例中，至少一个母线由具有长方形、管形和圆柱形截面中至少一个的电解铜制成。

在开关设备的实施例中，绝缘柱状部分在外表面上以Z字形方式设有脊部。

在开关设备的实施例中，集电器由铜和铜合金中的至少一种制成。

在开关设备的实施例中，在绝缘柱状部分的基部处存在呈环形式的导电层。

在开关设备的实施例中，绝缘平面基部部分用螺钉固定到机械结构，该机械结构将母线隔间和真空断路器隔间分开。

附图说明

附图示出如本文中公开的示例性实施例，且不应被认为限制范围。在图中：

图1示出开关设备中面板组件的简化图；

图2示出衬套的正视图；

图3示出衬套的侧视图；

图4a示出衬套的截面图；

图4b示出集电器的形状；以及

图5示出衬套中的连接到真空断路器的集电器的视图。

具体实施方式

本发明涉及一种开关设备，其具有将母线与真空断路器连接的衬套组件和用于开关设备中构件的组件，使得以最小的介电应力、减少的硬件、方便的组装和改进的紧凑性，改进基本绝缘水平。

在以下详细描述中，参照附图，附图形成其一部分且在附图中作为图示示出可实施的特定实施例。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实施实施例，且应理解的是，可使用其它实施例。因此，以下详细描述不意图在限制意义上进行。

基本的开关设备面板由断路器隔间、母线隔间、线缆隔间、低压隔间等组成。图1示出开关设备中面板组件的简化图。开关设备中的隔间通过金属分隔件彼此隔离。还提供气体管道(图1中未示出)以用于排空在电弧形成期间产生的气体。还提供低压隔间(图1中未示出)，其中容纳所有仪器和线缆。图1中示出的基本结构包括：母线隔间110，其中典型地提供三个母线112用于连接；线缆隔间120，其包含用于将功率线缆连接到断路器的下触头的分支***；断路器隔间130，其包含真空断路器132(需要在图1中示出)。通过衬套140在真空断路器132与母线之间提供连接。集电器设在衬套140中，以将母线与真空断路器132连接。母线隔间包括沿着开关设备的长度的主母线，且借助于分支连接来连接到真空断路器的固定的上隔离触头。集电器由铜或铜合金制成。在示例性实施例中，主母线由带有长方形或管形或圆柱形(杆状)截面的电解铜制成，且它由绝缘材料覆盖。

图2示出衬套的侧视图。图2a从顶侧示出衬套的三维视图，且图2a示出衬套的侧视图。图2a从顶侧示出衬套的三维视图。图2b是衬套的二维侧视图。图2a和图2b两者示出绝缘柱状部分200、绝缘平面部分(250)和绝缘中空室210，绝缘中空室210形成开关设备的衬套布置的整个部分。在绝缘平面部分的顶部表面(220)上和绝缘中空室210的底部外表面(220a)处存在导电层，该导电层在降低衬套的绝缘中空室中且尤其是在绝缘中空室与集电器中的高电应力方面起作用。如为本领域技术人员已知的，对于衬套，绝缘柱状部分300以Z字形方式设有脊部230，以增加爬电距离。

图3示出衬套的正视图。图3a从底侧示出衬套的三维视图，且图3b示出衬套的三维正视图。图3a示出衬套的三维视图，其示出通过开口的集电器的暴露部分，真空断路器待连接在该开口中。示出的集电器240的暴露部分是其中与真空断路器发生电连接的部分。集电器有一部分嵌入衬套区域250的本体中。

图4a示出衬套连同母线和衬套安装板的截面图，且图4b示出集电器的形状。图4示出衬套连同母线和衬套安装板的截面图；图4示出通过衬套410的母线400，衬套410具有定位在开关设备的母线隔间中的绝缘柱状部分410a。存在绝缘平面基部部分420，绝缘平面基部部分420具有将衬套(例如，用螺钉)机械地固定在机械结构480上的器件，该机械结构480将母线隔间和真空断路器隔间分开，且绝缘平面基部部分420在真空断路器隔间中延伸为绝缘中空室410b。中空室410b具有开口，以接纳带有用于与嵌入衬套中的集电器430电连接的指状物的真空断路器臂。母线400与集电器430的合适器件(诸如螺钉490)连接。集电器430具有盘的形状作为基部，这有助于与绝缘柱状部分410a中的母线400电连接，并且盘440的边缘表面嵌入从绝缘平面基部420延伸的绝缘体中。

图4b示出集电器的形状。图4a和图4b中示出的集电器430具有椭圆形形状的金属盘440，金属盘440大致平行于绝缘平面基部420的顶部表面定位。集电器430具有金属盘440的第一平表面440a，第一平表面440a设为用于将母线400连接到金属盘440上。且集电器430具有金属盘440的第二平表面440b，第二平表面440b设有突出的金属部分450，突出的金属部分450正交地固定在金属盘440的第二表面上。该突出的金属部分450(设为用于与真空断路器端子连接)是D形的，且沿着金属盘440的椭圆形形状的长轴(430a)定位。金属盘不是板，金属盘的边缘具有弯曲以最大限度地减小高压应力的厚度，即，第一平表面440a和第二平表面440b的边缘可视为以弯曲表面460分开。金属盘的弯曲表面460嵌入衬套绝缘体中，该衬套绝缘描绘为在从绝缘平面基部部分420延伸的部分(470)周围。金属盘的平盘形状构造(连同金属盘是椭圆形的)，金属盘边缘(弯曲表面460)嵌入衬套的实体绝缘介质中，以及导电涂层设在绝缘平面基部部分的顶部表面上，所有的这些起着减小来自衬套组件/在衬套组件中的整体电应力的作用。如之前提到的，绝缘中空室容纳真空断路器，该真空断路器被连接到集电器(特别是连接到D形金属部分450)，且可用金属百叶窗的板覆盖，该金属百叶窗处于地电位以向操作者提供安全工作条件。因此，通过集电器的形状、嵌入布置和衬套上的导电涂层，减小在容纳真空断路器的衬套的中空室中的电应力且使其均匀(即，减小不均匀性)。集电器的金属盘也可为圆形盘，该圆形盘带有足够的半径，以能够最大限度地减小突出的金属部分周围的电场。然而，从材料最大限度的减少和紧凑性出发，用于金属盘的椭圆形形状是优选的。而且，金属盘可用除了铜或铜合金之外的导电材料(例如铝或不锈钢)制成。金属盘和突出的金属部分可机加工或模制为单个件，以用于更好的电和热传导性。

图5示出衬套连同到真空断路器臂指状物540的连接的截面图。图5示出连接到真空断路器指状物的衬套中的集电器的侧视图。图5示出衬套500，衬套500容纳母线510、集电器520、沿着衬套的表面的导电涂层或绝缘平面基部部分530，该绝缘平面基部部分530具有将衬套机械地固定在机械结构上的器件，该机械结构使母线隔间110和真空断路器隔间130分开。真空断路器臂指状物540电连接到集电器520的暴露区域。

本发明提供一种用于衬套的组件，该组件可用于较高的基本绝缘水平(BIL)需求，即，例如具有25-30%的BIL性能的提高。

本发明提供一种用于衬套和导体布置的组件，以便减小电场应力和电场的不均匀性。集电器嵌入由环氧树脂制成的衬套的本体中。

本书面描述使用示例来描述本文中主题(包括最佳模式)，且还使本领域的任何技术人员能够制造和使用该主题。该主题的可专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括带有与权利要求书的字面语言无实质的差异的等同结构元件，则此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种开关设备，其具有母线隔间，用于将至少一个母线与放置在真空断路器隔间中的真空断路器连接，且其中通过衬套使所述至少一个母线与所述真空断路器连接，所述衬套组装在所述母线隔间与所述真空断路器隔间之间，所述衬套包括：

绝缘部件，所述绝缘部件具有定位在所述开关设备的母线隔间中的绝缘柱状部分、具有将所述衬套机械地固定在机械结构上的器件的绝缘平面基部部分，所述机械结构将所述母线隔间和所述真空断路器隔间分开，且所述绝缘平面基部部分在所述真空断路器隔间中延伸为绝缘中空室，其中所述中空室具有开口，以接纳用于与集电器电连接的真空断路器端子，所述集电器与所述绝缘柱状部分中的所述母线电连接且部分地嵌入从所述绝缘平面基部部分延伸的绝缘体中；

所述集电器包括

金属盘，所述金属盘平行于所述绝缘平面基部部分定位，且具有第一平表面、第二平表面和以弯曲表面分开的所述第一平表面和所述第二平表面的边缘，所述金属盘的第一平表面设为用于将所述至少一个母线连接到所述金属盘上，且所述金属盘的第二平表面设有突出的金属部分，所述突出的金属部分正交地固定在所述金属盘的第二平表面上，以用于与真空断路器的端子连接，且其中所述金属盘的弯曲表面嵌入从所述绝缘平面基部部分延伸的绝缘体中。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，沿着所述绝缘体的平行于所述金属盘的表面存在导电材料层。

3.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述金属盘是椭圆形形状的，且所述突出的金属部分是沿着所述金属盘的长轴正交固定的D形的。

4.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述衬套的绝缘材料由环氧树脂制成。

5.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述金属盘是圆形形状的。

6.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述至少一个母线由具有长方形、管形和圆柱形截面中至少一个的电解铜制成。

7.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述绝缘柱状部分在外表面上以Z字形方式设有脊部。

8.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述集电器由铜和铜合金中的至少一种制成。

9.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，在所述绝缘柱状部分的基部处存在呈环形式的导电层。

10.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述绝缘平面基部部分用螺钉固定到机械结构，所述机械结构将所述母线隔间和所述真空断路器隔间分开。

Images