CN1372287A - 气体断路开关 - Google Patents

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Abstract

为了提供能减小热气体引起的容器绝缘强度显著降低且尺寸能减小的气体断路开关,本发明特征在于活动断开/闭合机构的热气体排出机构,它能保证分离和供给活动断开/闭合机构的热气体从排出口排向气体排出室的与吹气室相反的一侧,气体排出室形成于吹气室后面,能保证气体在其温度和速度由于吹气室内对流而降低后再通过排出口排向容器内表面。其能阻止由于热气体直接吹到容器的内表面上而引起的容器的绝缘强度显著降低。

Description

气体断路开关
发明的背景技术
本发明涉及安装于变电站、配电站等中的气体断路开关，尤其是吹气(puffer)型气体断路开关，该吹气型气体断路开关用于通过绝缘气体而减小固定和活动触头之间产生的电弧。
当吹气型气体断路开关的活动触头与固定触头断开时，在它们之间产生高温等离子体电弧。这需要将高压绝缘气体吹向电弧以便截断该电弧。这时，绝缘气体被电弧加热并转变成高温气体(热气体)；然后它分成两股气流以排向固定部件和活动部件侧。
例如，日本专利申请公开公报No.Hei08-195149公开了热气体在吹气型气体断路开关中的排气结构，尤其是在活动部件侧的排气结构。根据该公报，活动部件侧的排气结构设计成这样，即流过活动轴的空心部分的热气体通常从活动轴的排出口并通过吹气活塞的排出口几乎垂直排向容器的内表面。
为了避免由于热气体直接吹到容器的内表面上而使容器的绝缘强度严重恶化，具有上述排气结构的吹气型气体断路开关采用了以下措施：在吹气活塞的排出口和容器内表面之间提供有一柱形遮护板。也可选择，采用较大直径的容器，以便增大从吹气活塞的排出口到容器内表面之间的距离。
近年来，因为由于价格竞争而导致的成本降低、电力站面积的局限性、由于需要在地下电力站采用更多装置而导致的安装面积的局限性，因此越来越希望减小气体断路开关的尺寸。不过，由于遮护板的影响，具有上述排气结构的吹气型气体断路开关不能减小尺寸。因此，即使在没有该遮护板的情况下，吹气型气体断路开关也需要防止容器的绝缘强度显著降低。
发明简介
本发明的目的是提供一种气体断路开关，该气体断路开关能够阻止由于热气体而引起的容器的绝缘强度的显著降低，且该气体断路开关能减小尺寸。
解决问题的方式
本发明的气体断路开关的特征在于：具有一种热气体排出结构，该结构设计成能够保证流过轴的空心部分而排出的热气体在分离和供给活动部件侧后，能够在气体温度和速度由于气体的对流而降低后再排向容器的内表面。
本发明的气体断路开关提供有第一和第二排出口，排入气体排出室的气体通过该第一和第二排出口分散和排入到在容器内侧和气体排出室外侧之间的空间。
本发明的气体断路开关有布置于气体排出室内的排出口，其特征在于从该排出口排出的气体斜向排入在容器内侧和气体排出室外侧之间的空间。
根据该热气体排出结构，在分离和供给活动部件侧后通过轴的空心部分而流向绝缘杆侧的热气体被排入气体排出室。热气体进入气体排出室，且温度和速度降低。温度和速度降低的热气体流向第一和第二排出口，并排向容器的内表面。温度和速度降低的热气体从第一和第二排出口排出，同时还可以控制直接吹到容器内表面上的热气体的量。而这能阻止容器绝缘强度的显著降低。
因为排出口如上述布置，因此，从排出口到容器内表面的距离增大，且直接吹到容器内表面上的热气体的量就能得到控制。这能进一步阻止容器绝缘强度的显著降低。
附图的简要说明
图1是表示断路单元的内部结构的横剖图；
图2是表示本发明的一个实施例的断路开关的整体结构的局部横剖图；
图3是表示本发明一个实施例的断路开关的工作情况的视图，表示在固定主触头与活动主触头接触且固定电弧触头也与活动电弧触头接触时的闭合状态；
图4是与图3相同的侧视图，只是不包括容器4；
图5是表示本发明一个实施例的断路开关的工作情况的视图，表示在固定主触头与活动主触头分离且固定电弧触头也与活动电弧触头分离时的断开状态；
图6是与图5相同的侧视图，只是不包括容器4。
优选实施例的详细说明
下面将参考附图介绍本发明的实施例。
图1至3表示本发明第一实施例的吹气型气体断路开关的结构。本实施例的断路开关设计成所谓的相位分离式结构，其中，对于三相中的每一相的断路单元是分开的。图中标号3表示机架。三相断路单元1布置在机架3的顶部。用于在工作时操作三相断路单元1的断开/闭合机构的操作机构2安装在机架3的一侧。
断路单元1包括操作断开/闭合的机构，该操作机构由在容器4中的断路开关的电触头构成，该容器4充满作为绝缘气体和灭弧气体的六氟化硫气体(下文称为SF6)。容器4是金属匣，并通过机架3与地面相连。在水平布置的长方形容器4顶部的两个位置处有沿斜上方向凸出的分支点4a和4b。在分支点4a和4b的顶端有衬套5。
衬套5起到将电流从传输线供给断路单元1或者将电流从断路单元1供给传输线的接线端的作用。它包括中心导体7，该中心导体7从容器4的内部引出并布置在陶瓷绝缘衬套6的中心轴上。在陶瓷绝缘衬套6的顶端有金属接线端配件8，该金属接线端配件8与引入或输出电缆导电连接，该引入或输出电缆与中心导体7和传输线都导电连接。用于减小在陶瓷绝缘衬套6和分支点4a和4b之间的边界上的电场的内屏蔽9安装在陶瓷绝缘衬套6和中心导体7之间并在该陶瓷绝缘衬套6的底侧。
电流互感器10安装在分支点4a和4b周围并在衬套5和容器4之间。该埋设(interment)电流互感器10构成用于测试加在中心导体7上的电流的测量装置的检测器。由该埋设电流互感器10检测的加在中心导体7上的电流值输入给断路开关的控制器(未示出)。断路开关的控制器根据该输入电流值确定该断路开关是断开或者闭合，并将闭合或断开指令传送给操作机构2，从而控制操作机构2以保证正确接通或断开断路开关的导电接触。
安装在容器4内的断开/闭合机构布置成这样，即通过绝缘支架11安装在容器4的一侧(面向图时的左侧)上的固定断开/闭合机构与通过绝缘支架15安装在容器4的另一侧(面向图时的右侧)上的活动断开/闭合机构布置成在容器4的中心轴方向上彼此面对面。
绝缘支架11通过支架4c锁定和保持就位。与中心导体7相连的导电件12锁定并支承在绝缘支架11的支架4c的相对侧。
导电件12是导电柱形件。向上凸出的柱形导体连接件12a安装在该导电件的顶部。中心导体7***该导体连接件12a内，且绝缘支架11的、与支架4c相反的端头固定在导体连接件12a中。
根据本发明，导体连接件12a由绝缘支架11锁定和支承；即，导电件12锁定和支承在容器4的中心轴的上部。热气体通过导电件12的内周边排入对着活动断开/闭合机构的空间内。而且，热气体能排出，这样，它不会与绝缘支架11直接接触。这使得热气体能在固定断开/闭合机构的一侧有效排出，并能防止绝缘支架11的绝缘性能恶化。
在导电件12的、与绝缘支架11相反侧的顶端处有固定主触头13。该固定主触头13是一柱形接触电极，并且活动断开/闭合机构的侧部顶端径向向内凸出。支架12b从导电件12的内周表面径向向内凸出。固定电弧触头14由支架12b锁定并保持就位。固定电弧触头14是安装在容器4的中心轴上(或在固定主触头13的中心轴上)的杆形接触电极。它从支架12b延伸向固定主触头13的顶端。
绝缘支架15为柱形，并由容器4锁定和支承。端盖18在容器4的另一端。
在端盖18内部布置有旋转轴控制杆17，该旋转轴控制杆17与绝缘杆16和从操作机构2处延伸的操纵杆(未示出)相连。绝缘杆16布置于容器4的中心轴上，并通过绝缘支架15的内径面朝固定断开/闭合机构的侧面延伸。由于操作机构2通过操纵杆和旋转轴控制杆17的驱动力，绝缘杆16可以沿容器4的中心轴的方向(水平方向)运动。在绝缘杆16的、在固定断开/闭合机构一侧的顶端上有活动轴19。沿容器4的中心轴方向延伸的空心部分19a形成于该活动轴19。
可沿容器4的中心轴方向运动的活动轴19和活动电弧触头20在活动轴19的固定断开/闭合机构的顶部。活动电弧触头20是一接触电极，并布置成这样，即它能够沿容器4中心轴方向与面对面安装的固定电弧触头14连接或断开。换句话说，该结构能够形成如下方式：当活动轴19朝固定断开/闭合机构运动时，活动电弧触头20的内周边与可相对滑动的固定电弧触头14的外周边接触。当活动轴19离开固定断开/闭合机构时，活动电弧触头20的内周边离开固定电弧触头14的外周边。
与活动轴19形成一体并可沿容器4的中心轴方向运动的吹气气缸21安装在活动轴19的外周边上。吹气气缸21是由导电材料制成的导体件，并设计成为包括外壁(也称为外套管)和内壁(也称为内套管)的双套管。活动主触头27安装在吹气气缸21的外壁的固定断开/闭合机构的侧端外表面上。活动主触头27是一接触电极，并设计成这样，即它能够沿容器4的中心轴方向与面对面安装的固定主触头13连接和断开。换句话说，该结构能够形成如下方式：当吹气气缸21与活动轴19一起朝固定断开/闭合机构运动时，活动主触头27的外周边与可相对滑动的固定主触头13的内周边接触。当吹气气缸21与活动轴19一起离开固定断开/闭合机构时，活动主触头27的外周边离开固定主触头13的内周边。
绝缘喷嘴22安装在吹气气缸21的、在固定断开/闭合机构一侧的顶端上，以便覆盖活动电弧触头20的外周边。绝缘喷嘴22是柱形件，并与活动电弧触头20的外周边配合，以便形成引导绝缘气体从吹气气缸21排向活动电弧触头20的顶端的气流通道22a。
在绝缘支架15的、在固定断开/闭合机构一侧的顶端上有与中心导体7相连的导电件23。该导电件23是柱形导体件，一柱形导体连接件23a以向上凸出的形式布置于该导电件23上方。中心导体7***导体连接件23a中。导电触头24安装在导电体23的、在固定断开/闭合机构一侧的顶端。导电触头24是柱形接触电极，且其径向厚度设计成大于其它部件的径向厚度，从而保证在固定断开/闭合机构一侧的顶端沿径向向内凸出。该导电触头设计成与相对其滑动的吹气气缸21的外壁的外表面接触。
吹气活塞25的、在绝缘支架15一侧的顶端由支架23c锁定和支承，该支架23c从导电件23的内表面径向向内凸出。该吹气活塞25是柱形件，其径向厚度设计成大于其它部件的径向厚度，从而保证它的在固定断开/闭合机构一侧的顶端沿径向向外凸出。该吹气活塞安装在吹气气缸21内部。该吹气活塞25的、在绝缘支架15一侧的内径大于其它部分的内径。
在活动轴19的外周由吹气气缸21和吹气活塞25形成吹气室26。当吹气气缸21作用于固定吹气活塞25上时，作为绝缘气体的SF6气体在吹气室26内被压缩。在吹气室26内被压缩的绝缘气体通过排出口(未示出)排入流动通道22a中，该排出口在吹气室26的绝缘喷嘴22侧面并穿过流动通道22a和吹气室26，该绝缘气体通过流动通道22a吹到在固定电弧触头14和活动电弧触头20之间形成的电弧上。
由导电件23和触头24构成的排气室28在吹气室26附近，也就是在绝缘支架15那一侧。被分开并供给到活动部件侧的热气体通过活动轴19的空心部分19a排入排气室28。在活动轴19的绝缘杆16一侧，沿垂直于水平面的方向在两径向位置形成有排出口19b，热气体通过该排出口19b流过空心部分19a。该排出口19b沿斜向形成，以保证热气体从固定机构朝活动机构排出。排入排气室28的热气体的温度和速度由于气体的对流而降低。活动部件侧的排气结构设计成能保证上述过程的结构，这样，气体就可以排入容器4内表面。而且，在导电件23的对着容器4的内表面的周向壁的吹气室26的那一侧上，与吹气活塞25在绝缘支架15一侧的内径大于其它部件的内径相对应，用于将排气室28内的热气体排向容器4内部的排出口布置在以90度间隔开的四个径向位置处。热气体从活动机构排向固定机构。
在导电件23上，气体排出口55布置成水平方向，如后面所述。
下面介绍本发明的气体断路开关的工作过程，尤其是从闭合到断开状态的工作情况：
图3所示为闭合状态，图4是除了不包括容器4外，其余与图3相同的侧视图。
在该状态下，固定主触头13与活动主触头27接触，固定电弧触头14与活动电弧触头20接触。这样，从衬套5一侧例如从固定断开/闭合机构供给断路开关的电流从金属接线端配件8和中心导体7并通过导电件12流向固定主触头13和固定电弧触头14。流向固定主触头13和固定电弧触头14的电流再流向与该固定主触头13和固定电弧触头14接触的活动主触头27和活动电弧触头20。供给到活动主触头27和活动电弧触头20的电流从吹气气缸21、触头24和导电件23并通过在套筒5另一侧(活动断开/闭合机构侧)上的中心导体7和金属接线端配件8直通该断路开关。在该状态下，活动轴19在气体排出室28一侧的排出口19b开口通过吹气活塞25的内表面而保持封闭。
在气体排出室28中，沿水平方向彼此相对的位置处布置有两气体排出口55。在间开气体排出口45度角的位置处，排出口23b布置在径向的四个位置处(图3中，特意表示了排出口23b的横截面，以便能很容易地看出其形状)。
当故障电流由于***故障而流入断路开关时，该故障电流可以由电流互感器10检测。该检测使得断路开关的控制器能够向操作机构2发送断开断路开关的操作指令。然后，操作机构2起动断开操作，以便使绝缘杆16向固定断开/闭合机构的反向侧运动，该断路开关断开。
图5表示断开状态，图6是除了不包括容器4外，其余与图5相同的侧视图(在图5中，特意表示了排出口23b的横截面，以便能很容易看出其形状)。
在断开过程中，活动主触头27与固定主触头13分离，固定电弧触头14与活动电弧触头20接触。这时，吹气气缸21位于活动断开/闭合机构一侧。绝缘气体在吹气室26中被压缩。
当绝缘杆16向活动断开/闭合机构的反向侧运动时，吹气气缸21向活动断开/闭合机构一侧运动。这使得吹气室26内的绝缘气体进一步压缩，并达到更高气压。活动轴19的、在气体排出室28一侧的排出口19b开口向绝缘支架15运动，气体被释放。
当如图5所示活动电弧触头20与固定电弧触头14分离时，在固定电弧触头14和活动电弧触头20之间产生电弧30。这时，在吹气室26内压缩的绝缘气体通过流动通道22a导向固定电弧触头14和活动电弧触头20之间的位置，并吹向电弧。这样，电弧由该绝缘气体消灭。
消灭电弧后的绝缘气体变成热气体，并被分开导向固定断开/闭合机构和活动断开/闭合机构。这时，断路开关完全断开，即固定电弧触头14与活动电弧触头20的内表面分离，如图5所示。
导向固定断开/闭合机构的热气体通过导电件12的内表面排向对着活动断开/闭合机构的空间。
这时，送向活动断开/闭合机构的热气体通过活动轴19的空心部分19a流向绝缘杆16的侧部，并通过排出口19b排入气体排出室28。这时，朝气体排出室28的排出口19b开口沿斜向生成，以便与活动轴19的空心部分形成锐角，且热气体从固定断开/闭合机构排向活动断开/闭合机构。
气体排出室28的内部和绝缘支架15的内周彼此相连，如图1至3所示。不过，在图5和6所示状态下，导电件23在绝缘支架15一侧的开口被绝缘杆16上的圆形关闭件29封闭。因此，排入气体排出室28内的热气体不会流向绝缘支架15的内部。
尽管温度和速度将由于在气体排出室28中的对流而降低，排入气体排出室28内的热气体流向导电件23和气体排出口55，并由排出口23b和气体排出口55排向容器4的内表面。这时，排出口23b斜向形成，以保证在容器4侧面的开口比在气体排出室28侧面的开口更靠近吹气室26，因此，温度和速度降低的热气体排向固定断开/闭合机构。
气体排出口55布置在与排出口19b偏离90度的位置处。因此，从排出口19b出来的热气体并不直接从气体排出口55排出。它将排入绝缘支架15和容器4之间的空间内。
根据本发明，供给活动断开/闭合机构的热气体从排出口19b排向气体排出室28的、与吹气室26反向的一侧，该气体排出室形成于吹气室26的后面。在气体的温度和速度由于气体排出室28中的对流而降低后，气体通过排出口23b和气体排出口55排入容器4。而在以前，气体仅由气体排出口55排出。排出口23b的增加使得气体排出口55的排气量可以控制。而且，它还可以抑制由于热气体直接吹到容器4的内表面上而引起容器4的绝缘强度的明显降低。这样就不需要使用遮护板以防止热气体直接吹到容器的内表面上，因此，容器4的直径可以减小。这使得气体断路开关的尺寸减小。
本实施例允许温度和速度降低的热气体通过排出口23b排向固定断开/闭合机构。这可以中断热气体从排出口23b向容器4的内表面运动的距离，从而减少热气体直接吹到容器4的内表面上。这进一步阻止容器4的绝缘强度的旋转降低，由此，容器4的直径能进一步减小，导致该气体断路开关的尺寸能进一步减小。
根据本实施例，两个排出口19b、两个气体排出口55和四个排出口23b同心布置。这三种类型的排出口布置在不同位置，这样，它们的位置不会相互重叠。这能增大热气体从排出口19b向气体排出口55或排出口23b运动的距离，从而延长热气体在气体排出室28中进行对流的时间。这还能阻止由于热气体直接吹到容器4的内表面上而引起容器4的绝缘强度显著降低。因此，容器4的直径能减小，从而使气体断路开关的尺寸减小。
根据本发明，在气体温度和速度由于在气体排出室内的对流而降低后，热气体排向容器的内表面。这可以在没有采用遮护板的情况下阻止由于热气体直接吹到容器的内表面上而引起容器的绝缘强度显著降低。这使得容器的直径能够减小，从而使气体断路开关的尺寸减小。因此，本发明提供了一种气体断路开关，其中，容器的直径可以减小，从而使气体断路开关的尺寸能减小。

Claims (7)

1.一种气体断路开关，包括：
一个装有绝缘气体的容器；
一个固定触头，该固定触头安装在所述容器内；
一个活动触头，该活动触头与所述固定触头面对面安装，这样，它能够与所述固定触头断开；
一个有空心部分的轴，用于使所述活动触头能够由于通过绝缘杆传递的操作机构的力而运动；
一吹气室，该吹气室在所述轴的外部，用于压缩将要吹向在所述固定和活动触头之间所产生的电弧的气体；
一绝缘喷嘴，用于将所述吹气室内的压缩气体引向所述电弧；以及
一气体排出室，该气体排出室在所述吹气室的后面；
所述气体断路开关的特征在于：从所述轴的空心部分排出的热气体由于在所述气体排出室内的气体对流而使气体温度和速度降低后，再排入所述容器的内部。
2.一种气体断路开关，包括：
一个装有绝缘气体的容器；
一个固定触头，该固定触头安装在所述容器内；
一个活动触头，该活动触头与所述固定触头面对面安装，这样，它能够与所述固定触头断开；
一个有空心部分的轴，用于使所述活动触头能够由于通过绝缘杆传递的操作机构的力而运动；
一吹气室，该吹气室在所述轴的外部，用于压缩将要吹向在所述固定和活动触头之间所产生的电弧的气体；
一绝缘喷嘴，用于将所述吹气室内的压缩气体引向所述电弧；以及
一气体排出室，该气体排出室在所述吹气室的后面；
所述气体断路开关的特征在于：
提供有第一排出口，以便将已排入所述气体排出室内的气体排出到所述容器内侧和所述气体排出室外侧之间的空间内；以及
提供有第二排出口，该第二排出口比所述气体排出室的所述第一排出口更靠近所述吹气室；
其中，所述第二排出口将使已排入所述气体排出室内的气体排出到所述容器内侧和所述气体排出室外侧之间的空间内。
3.根据权利要求2所述的气体断路开关，其特征在于：所述第二排出口布置成能保证所述气体排出室内的气体排向所述固定触头。
4.根据权利要求2或3所述的气体断路开关，其特征在于：四个所述第二排出口环绕所述气体排出室等间隔布置。
5.一种气体断路开关，包括：
一个装有绝缘气体的容器；
一个固定触头，该固定触头安装在所述容器内；
一个活动触头，该活动触头与所述固定触头面对面安装，这样，它能够与所述固定触头断开；
一个有空心部分的轴，用于使所述活动触头能够由于通过绝缘杆传递的操作机构的力而运动；
一吹气室，该吹气室在所述轴的外部，用于压缩将吹向在所述固定和活动触头之间所产生的电弧的气体；
一绝缘喷嘴，用于将所述吹气室内的压缩气体引向所述电弧；以及
一气体排出室，该气体排出室在所述吹气室的后面；
一排出口，该排出口布置在所述气体排出室内；
所述气体断路开关的特征在于：排入所述排出口的气体斜向排出到所述容器内侧和所述气体排出室外侧之间的空间内。
6.根据权利要求5所述的气体断路开关，其特征在于：在所述气体排出室中提供有第二排出口，从固定触头方向看，所述第二排出口在比所述排出口更靠近活动触头的位置处。
7.根据权利要求5和6所述的气体断路开关，其特征在于：四个所述排出口环绕所述气体排出室等间隔布置。
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