闸刀开关、包括闸刀开关的开关装置及开关设备 |
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| 申请号 | CN201380075182.2 | 申请日 | 2013-03-28 | 公开(公告)号 | CN105264627A | 公开(公告)日 | 2016-01-20 |
| 申请人 | ABB技术有限公司; | 发明人 | M.萨克斯加; S.塔莫; S.罗恩; T.恩德雷; T-R.布乔图夫特; | ||||
| 摘要 | 一种闸刀 开关 (100;130)，其包括能够在至少两个 位置 之间移动的铰接 接触 闸刀(103)，以及第一电接触元件(105)，所述接触闸刀能够在第一端部(104)处电连接于第一电导体(109)，并且还包括操作者装置(111)，其用于使所述接触闸刀在至少两个位置之间移动，在该至少两个位置中，第一位置为其中接触闸刀的第二自由端部(106)与任何 电触点 分开的断开位置，并且第二位置是第一接触位置，其中接触闸刀的第二自由端部(106)与第一电接触元件(105)电接触。接触闸刀的第二自由端部(106)设有包括导电元件的动态 电场 控制装置(116)。一种用于配电开关设备的开关装置(200)，其包括：包括至少部分导电的壳体(203)的双位开关(205)、包括用于将双位开关(205)连接于第一电导体(109)的闸刀开关(130)的三位开关(130)，其中至少部分导电的壳体(203)连接于第二电导体(235)。一种开关设备包括开关装置。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种闸刀开关(100;130)，包括能够在至少两个位置之间移动的铰接接触闸刀(103)，以及第一电接触元件(105)，所述接触闸刀由导电材料制成并且能够在第一端部(104)处电连接于第一电导体(109)，所述第一电接触元件由导电材料制成，并且还包括用于使所述接触闸刀在至少两个位置之间移动的操作者装置(111)，在所述至少两个位置中，第一位置为其中所述接触闸刀的第二自由端部(106)与任何电触点分开的断开位置，并且第二位置为其中所述接触闸刀的所述第二自由端部(106)与所述第一电接触元件(105)电接触的第一接触位置，其特征在于，所述接触闸刀的所述第二自由端部(106)包括邻近彼此的两个闸刀刀片(113,114)，并且各个闸刀刀片(113,114)设有包括导电元件的动态电场控制装置(116)。 |
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| 说明书全文 | 闸刀开关、包括闸刀开关的开关装置及开关设备技术领域[0001] 本发明涉及闸刀开关及包括闸刀开关的开关装置。本发明还涉及包括开关装置的配电开关设备。 背景技术[0002] 现今用于中压和/或高压，例如，1-1000kV，如12、24或36kV的开关设备通常是气体绝缘开关设备(GIS)，其中使用的绝缘流体为六氟化硫(SF6)。SF6的使用允许开关设备的紧凑设计，因为SF6在其涉及介电性能和热性能时具有良好性质，特别是关于防止和处理不需要的放电，例如，电弧和热耗散。 [0004] 大体上，现今用于中压/高压AC功率分配系统的现有技术的紧凑3相开关设备包括密封封壳内的一个到五个模块，并且各个模块包括三个开关装置，每个相一个。开关装置通常包括负载断开开关/电路断路器，其连接于经由电套管进入封壳中的第一电导体。此外，其包括选择器开关，其用于使负载断开开关/电路断路器与第二电导体如连接于另一个模块的母线连接或分开。选择器开关可包括闸刀开关，其能够在其中其与母线或地面连接或分开或与两者分开的位置之间移动。电流通路接着可经由负载断路开关/电路断路器和选择器开关从第一导体提供至第二导体。 [0005] 负载断开开关/电路断路器通常是真空断续器，并且其布置成在某些操作条件发生时使电路断开。在此类中断之后，为三位开关的选择器开关可从母线人工地或自动地分开，并且因此通过移动到中间断开位置或其中其连接于地面的位置来使负载断开开关/电路断路器与母线分开。三位开关也能够进行与地线的连接(例如，使连接短路)。 [0006] 开关设备之前从WO2012/171570已知，其包括上述类型的开关装置。真空断路器安装在导电壳体上，该导电壳体收纳引导部件用于操作真空断路器。经由选择器开关从真空断路器提供至导体/母线的电流通路的部分也位于壳体中。获得紧凑的开关设备，并且提到了其可以可能地与作为绝缘气体的空气一起使用。 [0007] 类似的开关设备和开关装置之前还从WO2011/073452已知。 [0008] 然而，将合乎需要的是获得备选解决方案，以便获得对环境更友好的紧凑气体绝缘开关设备。 发明内容[0009] 本发明的目的在于提供一种改进的紧凑闸刀开关，其可用于窄空间中，并且在具有困难的电场条件时使用。又一个目的在于提供一种闸刀开关，其适于在用于中压和/或高压开关设备的开关装置中使用。另一个目的在于提供一种紧凑的气体绝缘开关设备(GIS)，其使得有可能使用具有低于SF6的GWP的绝缘流体，并且其优选还如此紧凑，使得其基本上在空间要求上等于SF6 GIS。 [0010] 以上目的通过本发明实现。 [0011] 因此限定了一种闸刀开关，其包括能够在至少两个位置之间移动的铰接接触闸刀，以及第一电接触元件，所述接触闸刀由导电材料制成，并且能够在第一端部处电连接于第一电导体，所述第一电接触元件由导电材料制成，并且还包括操作者装置，用于使所述接触闸刀在至少两个位置之间移动，在该至少两个位置中，第一位置为其中接触闸刀的第二自由端部与任何电触点分开的断开位置，并且第二位置是第一接触位置，其中接触闸刀的第二自由端部与第一电接触元件电接触。闸刀开关的特征在于接触闸刀的第二自由端部包括邻近彼此的两个闸刀刀片，并且各个闸刀刀片设有包括导电元件的动态电场控制装置。提供动态电场控制装置提供了以下优点：通常存在并且由于其几何形状而在闸刀刀片的末梢周围特别强的电场可受控制来更均匀地分布和平衡，使得在开关处于其断开位置时减小了偶然放电的风险。由于偶然放电的风险还取决于导电部分之间的距离，故降低的风险意味着部分之间的距离可减小，并且闸刀开关可制造成更紧凑在一起。 [0012] 根据一个特征，各个闸刀刀片构造有面向内的电接触表面，其面对另一闸刀刀片的对应的电接触表面，所述接触表面构造用于与第一电接触元件电接触，并且各个闸刀刀片具有面向外的动态电场控制装置。 [0013] 根据本发明，导电元件具有至少部分圆形的形状。利用该圆形形状获得了将有助于更均匀地分布电场并且减小放电风险的表面。例如，形状可为球形、卵形、椭圆形、蛋形，或具有至少一部分，该至少一部分具有这些形式中的一种或更多种。 [0014] 具有导电元件的动态场控制装置可以以许多不同方式附接于接触闸刀，例如，通过螺钉、通过胶合、通过某一卡扣装置等。 [0015] 闸刀开关的第一电接触元件可接地。接地在期望测试连接于闸刀开关并且构成所述第一电导体的线缆时的情形中有用。 [0016] 根据一个实施例，闸刀开关的铰接接触闸刀可包括连接于第一电导体的第一导电部分，以及接合地连接于第一导电部分的第二导电部分，并且该第二导电部分能够借助于操作者装置在第一位置与第二位置以及可选的第三位置之间移动。通过将接触闸刀分成由铰链连接的部分，需要较少空间。 [0017] 继续，闸刀开关可包括用于接触闸刀的所述第一导电部分的引导器件，该引导器件包括设有至少一个通孔的绝缘条，所述第一导电部分插入穿过该至少一个通孔，并且其中所述通孔的至少一个开口在绝缘条中凹入。 [0018] 公知的是，三相点，即，其中具有不同电导率的材料或物质遇到的点，是其中介电强度受损的点。在本情形中，三相点例如出现在绝缘条中的绝缘材料、闸刀的导电材料和绝缘气体在其中接触闸刀进入通孔的绝缘条中的开口处接触的位置。为了缓解三相点的效果，开口凹入到条中并且由此隐藏。 [0019] 绝缘条还可设有构造成防止漏电流的横穿肋条。 [0020] 绝缘条还可设有支承装置用于支承第一电接触元件，并且支承装置可以可选地设有构造成防止漏电流的横向肋条。 [0021] 根据另一个特征，铰接的接触闸刀能够借助于操作者装置在三个位置之间移动，其中第三位置为其中接触闸刀的第二自由端部与由导电材料制成的第二电接触元件电接触的第二接触位置。因此，获得了具有非常紧凑设计和所有上述优点的三位开关。 [0022] 另外，第二电接触元件可设有其面向外的侧部上的动态电场控制装置，因此提供了如结合接触闸刀描述的对应的优点。第二电接触元件的相应动态电场控制装置还可包括具有至少部分圆形的形状的导电元件。 [0024] 所有提到的动态场控制装置包括导电元件，其由导电材料制成，或者至少其具有导电的表面，以便提供导电元件。例如，其可由具有导电涂层的铜、铝或塑料制成。关于闸刀开关，优选的是电场控制装置为重量轻的，以便闸刀开关能够迅速地移动，而没有影响移动的电场控制装置的任何惯性。此类重量轻的电场控制装置可通过使其中空来获得。 [0025] 根据本发明的另一个方面，限定了一种用于配电开关设备的开关装置，其包括安装于至少部分导电的壳体的双位开关、用于将双位开关连接于第一电导体的三位开关，其中至少部分导电的壳体连接于第二电导体，其中三位开关为限定三位闸刀开关的根据权利要求中任一项的闸刀开关，构造成能够在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，该第一位置是其中接触闸刀的第二自由端部与任何电触点分开的断开位置，该第二位置是其中其将第一电导体连接于接地的第一电接触元件的第一接触位置，该第三位置是其中其提供第一电导体与包括所述第二电接触元件的双位开关之间的电连接的第二接触位置，其中电流通路经由三位开关、双位开关和壳体在第一电导体与第二电导体之间提供。 [0026] 通过将本发明的闸刀开关用作三位选择器开关并且将其置于可为用作电路断路器的真空开关的双位开关之下，实现了优点：接地可通过闸刀开关进行，并且人们可避免在为真空开关的电路断路器上方连接于地面，并且因此避免通过真空开关接地。将结合开关设备的描述来进一步描述该优点。 [0027] 另一个优点在于接地在当期望测试连接于闸刀开关并且构成所述第一电导体的线缆时的情形中有用。作为安全措施，三位开关在测试线缆之前移动成接地。 [0028] 根据本发明的另一个方面，限定了一种配电开关设备，其包括密封的不透气体的封壳，包括根据本发明的开关装置的至少一个三相模块位于该密封的不透气体的封壳内，用于所述三相中的各个。带具有允许紧凑设计的用于动态电场控制的所述布置的闸刀开关的开关装置还将使得有可能建造更紧凑设计的开关设备，同时将有可能使用不同于SF6的另一绝缘气体，该气体不具有同样好的介电性能，但具有更有利的GWP。因此，密封封壳可填充有气体，该气体具有小于150的GWP。例如，可提到空气具有为1的GWP。根据本发明的特征，密封的封壳可填充有气体，其为干空气，或包括与另一气体混合的空气的气体。 [0029] 总之，本发明提供了一种闸刀开关和开关装置的介电设计，其提供获得开关设备的可能性，该开关设备可使用除SF6之外的绝缘流体，该绝缘流体具有低得多的GWP，小于150，优选小于100，和甚至更小，并且该开关设备非常紧凑。实际上其可与常规SF6气体绝缘开关设备一样紧凑。这通过使用用于获得动态防护和谐和电场分布、没有尖锐边缘、三相点中和、表面精整等的总体构想而为可能的。 [0031] 现在将参照附图来进行本发明及仅作为实例给出的其实施例的详细描述，在该附图中：图1a和1b示意性地示出了根据本发明的双位闸刀开关的实施例； 图2a-2c示意性地示出了根据本发明的三位闸刀开关的实施例； 图2d示出了根据本发明的三位闸刀开关的变型； 图3a-3c示意性地示出了根据本发明的闸刀开关的闸刀刀片的实施例； 图4示意性地示出了根据本发明的开关装置的实施例；以及 图5示意性地示出了根据本发明的开关设备的实施例。 [0032] 在附图中，对在不同实施例中相同或对应的细节给予了相同的附图标记。 具体实施方式[0033] 图1a和1b中示出了根据本发明的闸刀开关100的实施例。闸刀开关包括由导电材料制成的铰接接触闸刀103，以及由导电材料如铝、铜、铁、锌制成的第一电接触元件105。接触闸刀103具有第一端部104和第二端部106。接触闸刀能够借助于其第一端部 104电连接于第一电导体109，还见图4和5。闸刀开关还包括操作者装置111，借助于其，铰接接触闸刀103和具体是其第二可移动端部106可如箭头A所示那样在如图1a中所示的第一位置与如图1b中所示的第二位置之间移动。第一位置为断开位置，并且接触闸刀的第二端部106自由，并且与任何电触点分开。第二位置为接触位置，其中接触闸刀的第二端部106将与继而接地的所述第一接触元件105电接触。第二位置将称为第一接触位置。 [0034] 铰接接触闸刀103的第二端部106包括两个闸刀刀片113,114。这些闸刀刀片平行并且邻近彼此。当闸刀刀片处于第一接触位置时，接触元件105位于在闸刀开关103的第二端部106处设在闸刀刀片113,114之间的槽口112中。这在图1b中示出。因此，相应的闸刀刀片在其面向内的端部处具有面向内的电接触表面113a,114a，其面对其它闸刀刀片的对应电接触表面。可选的是，这些接触表面可为镀银的，以便改进电接触。在相应的闸刀刀片的面向外的端部113b,114b(即，背对彼此)上，各个闸刀刀片设有动态电场控制装置116。动态电场控制装置的功能在于提供动态防护，具体是接触闸刀上的外部末梢的动态防护，并且在闸刀开关处于其断开位置时获得良好的介电强度。 [0035] 图3a-3c中更详细示出了设有动态电场控制装置116的闸刀刀片113的实施例的实例。动态电场控制装置116包括导电元件。动态场控制装置其自身可由导电材料制成，因此构成导电元件，或者其可由另一材料制成，并且仅具有由导电材料制成的表面，该表面接着将形成导电元件。例如，其可由具有导电涂层的铜、铝或塑料制成。该导电元件优选具有至少部分为圆形的形状。为了控制动态电场并且减小其效果，将有助于更谐和和均匀的电场分布的任何类型的圆形形状是优选的。如图3a中的实施例中所示，具有导电元件的电场控制装置可具有轮的形状，其具有中空内部。图3b示出了另一个实施例，根据该实施例，其具有长形形状，其中端部形成为球的一部分，例如，半球。在图3c中所示的实施例中，具有导电元件的电场控制装置基本上定形为球形，但具有一个或更多个切口部分或凹口117。 [0036] 图2a-2c中示出了根据本发明的三位闸刀开关130。该开关具有为如图2a中所示的断开位置的第一位置，以及为如图2b中所示的第一接触位置的第二位置，它们类似于上文关于图1a和1b的双位闸刀开关所述的两个位置。此外，该闸刀开关能够移动至第三位置，其为如图2c中所示的附加第二接触位置。至第三位置的移动在图2a中由箭头B示出。三位闸刀开关130还具有与图1a-1b的双位闸刀开关相同的元件，并且这些元件给有相同的附图标记。此外，闸刀开关130具有由导电材料制成的第二电接触元件135。可选的是，该电接触元件可镀银以便增强电接触。该第二接触元件135还连接于第二电导体(未示出)。第一接触元件105接地。例如，这可借助于接地条108来实现，其例如连接于闸刀开关位于其中的壳体。在所示实施例中，第一电接触元件150位于接地条108下方，这是有利的，因为该构造中的电力工作成一旦接触闸刀经过接地条108则迫使接触闸刀向下朝第一电接触元件105。此外，接触闸刀的闸刀刀片113,114设有动态电场控制装置116，其可具有关于图3a-3c描述和论述的构造中的任一个。因此，动态场装置的设计不以任何方式限于图3a-3c中所示的设计。 [0037] 另外，第二电接触元件135可以可选地设有在其附近的动态电场控制装置137。此类动态电场控制装置137的实例在三位闸刀开关的所示实施例中示出。它们示为具有部分球形形状，但其它形状类似于上文关于闸刀刀片上的动态电场控制装置所述的也是可能的。在动态电场装置137中的各个与电接触元件135之间存在小间隙，以便在闸刀开关达到其第三位置并且闸刀刀片113,114进入而与第二电接触元件135接触时，产生用于具有它们的相应场控制装置116的闸刀刀片的端部的空间。 [0038] 在图2d中示出了三位开关的变型，其示出了接触闸刀上的场控制装置和第二触点的场控制装置的备选构造。开关示为在第三位置，其中，接触闸刀103与第二电接触元件135接触。如可看见的，接触闸刀的场控制装置116布置成使得它们在闸刀开关处于其第三接触位置时定位为第二电接触元件的场控制装置137的延长部分。这是非常紧凑的设计。 [0039] 在所示闸刀开关中的任一个中的铰接接触闸刀包括由铰链连接于彼此的两个部分103a,103b，即，连接于第一电导体109的第一导电部分103a，以及能够在所述第一位置和第二位置，以及可选的第三位置之间移动的第二导电部分103b，如图1a-1b和2a-2c中所示。作为备选，可构想出的是，铰接接触闸刀的铰链功能可由直接地布置在其第一端部104处的铰链提供，其中，其连接于第一电导体109。 [0040] 闸刀开关还包括呈由绝缘材料制成的绝缘条117形式的用于接触闸刀的所述第一导电部分103a的引导器件，见图1a-1b，2a-2c。绝缘条117装固于未示出的一些类型的支承结构，并且其设有至少一个通孔118，闸刀开关的第一部分103a通过其端部104插入穿过至少一个通孔118，使得端部104在绝缘条的后侧上突出，其中，端部104可连接于第一电导体109。通向绝缘条的上侧上的通孔118的开口119凹入。原因在于，在气体绝缘开关设备中，三相点将出现，例如，在绝缘条中的绝缘材料、闸刀的导电材料和绝缘气体与彼此接触的位置。此类三相点将在绝缘条中的开口处出现，其中，接触闸刀进入通孔。为了减小引起不利的电场分布的三相点的效果，开口凹入到条中，并且从而三相点隐藏。作为优选，绝缘条的两侧上的通孔开口凹入。 [0041] 此外，绝缘条118可以可选地设有具有防止漏电流的功能的一个或更多个横向肋条121。这些肋条优选在绝缘条的上侧上，即，在面对接触闸刀的可移动部分103b的侧部上，但是肋条还可继续沿绝缘条的垂直侧。肋条优选位于用于接触闸刀的通孔的相应侧上。 [0042] 绝缘条117还包括用于第一电触点105的支承装置123。在所示实施例中，该支承装置简单地构造为从绝缘条突出的臂。该支承装置还可包括呈在绝缘条与第一电接触元件105之间的一个或更多个横向肋条125形状的漏电防止器件。 [0043] 用于闸刀开关100,130的操作者装置111仅示意性地示为仅作为实例的正方形轴。不同位置之间的移动通过转动该正方形轴来进行，例如，通过本身已知且并未示出的某种手柄或任何其它适合的控制装置。操作者装置可包括作为正方形轴和手柄/控制装置的备选方案的其它布置。操作者装置可人工地操作或通过一些自动布置操作。 [0044] 图4中示意性地示出了根据本发明的开关装置200的实例。开关装置包括根据上文关于图2a-2c所述的三位闸刀开关的三位开关130，但在提到对应于图3a中所示的设计的接触闸刀上的动态场控制装置的设计时具有另一变型。闸刀开关连接于第一电导体109。如前文所述，闸刀开关布置成与第二电接触元件135接触，第二电接触元件135在所示的开关装置中连接于双位开关，该双位开关为安装于至少部分传导的壳体203(通常称为极壳体)的真空开关205。电连接从壳体提供至第二电导体235。如果开关装置为多模块开关设备的一部分，则该导体可为母线。真空开关可为之前已知的类型，例如，借助于可类似于操作者装置111的操作者装置210人工地或自动地操作的弹簧加载的开关。真空开关以常规方式包括电连接于第一端子的导电第一触点(未示出)，该第一端子在本情形中将为第二电接触元件135，以及电连接于位于壳体203中的第二端子的导电第二触点(未示出)，并且该第二端子电连接于第二电导体235。第二触点和第二端子能够借助于操作者装置210关于第一触点和壳体移动。当第一触点和第二触点接触时，真空开关处于闭合位置，并且当它们不接触时，真空开关处于断开位置。 [0045] 在开关装置200中，闸刀开关130可在为断开位置并且其中接触闸刀103的第二自由端部与任何电触点分开的第一位置、为第一接触位置(其中其将第一电导体109连接于接地的第一电接触元件105)的第二位置，以及为第二接触位置(其中其提供第一电导体109与包括所述第二电接触元件135的真空开关205之间的电连接)的第三位置之间移动，其中电流通路经由三位开关120、双位真空开关205和壳体203设在第一电导体109与第二电导体235之间。 [0046] 图5中以用于三相AC配电系统的开关设备300中的开关装置200示出本发明的应用的实例。所示实例为包括两个模块310,320的开关设备，并且各个模块包括三极/相。每个相设有根据本发明的开关装置200。其它开关设备预见为可包括一个和高达五个之间的模块，或甚至更多。然而，应当注意的是，不必要地需要所有模块具有根据本发明的开关装置。在所示的实例中，开关装置的闸刀开关130示为在断开位置。 [0047] 开关设备300包括密封封壳，三相模块320,330位于该密封封壳内。开关装置200中的各个连接于第一导体109，第一导体109经由电套管340进入封壳310中。一个模块的各个相借助于第二导体235或母线连接于另一模块的对应相。对于包括多于所示的两个的模块的开关设备，附加的模块/多个模块的相也将经由导体235连接，如图5中示意性示出的。密封的封壳不透气并且填充有绝缘气体，和优选具有小于150的GWP的气体。 |
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