闸刀开关组件、电力配电开关柜和用于防止放电的方法 |
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| 申请号 | CN201580018848.X | 申请日 | 2015-03-18 | 公开(公告)号 | CN106165044A | 公开(公告)日 | 2016-11-23 |
| 申请人 | ABB瑞士股份有限公司; | 发明人 | J·韦斯特; | ||||
| 摘要 | 一种闸刀 开关 组件(1)，包括铰接的触刀(3、5)对，触刀(3、5)对彼此被平行布置并且在第一相应端(31、51)处相互连接，并且可在至少两个 位置 之间移动；以及包括载流导体(15)的第一电触头元件(13)，所述触刀由导电材料制成并且在所述第一端(31、51)处被电连接到第一电导体(9)。该组件进一步包括操作器设备(11)，用于在至少两个位置之间移动所述触刀对，至少两个位置中的第一位置是触刀(3、5)的相应第二端(32、52)与任何电 接触 断开连接的打开位置，并且第二位置是触刀的相应第二端(32、52)与第一电触头元件(13)电接触的第一接触位置。该组件的特征在于，其包括位于两个触刀(3、5)之间的引导构件(17、27)，所述引导构件具有两个突出侧部件(171、172；271、272)，每个突出侧部件沿着每个触刀的相应侧的至少一部分延伸，该侧面对另一触刀的相应侧，并且所述引导构件(17、27)由非导电材料制成，并且具有适于在两个突出侧部件(171、172、271、272)之间接纳第一电触头元件(13)的形状。还公开了电 力 分配开关柜以及用于防止放电的方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种闸刀开关组件(1)，包括铰接的触刀(3、5)对，所述触刀(3、5)对彼此平行布置并且在相应第一端(31、51)处相互连接，并且可在至少两个位置之间移动；以及包括载流导体(15)的第一电触头元件(13)，所述触刀由导电材料制成并且在所述第一端(31、51)处被电连接到第一电导体(9)，并且进一步包括操作器设备(11)，所述操作器设备(11)用于在所述至少两个位置之间移动所述触刀对，所述至少两个位置中的第一位置是所述触刀(3、5)的相应第二端(32、52)与任何电触头断开连接的打开位置，并且第二位置是所述触刀的相应所述第二端(32、52)与第一电触头元件(13)电接触的第一接触位置，其特征在于，包括位于所述两个触刀(3、5)之间的引导构件(17、27)，所述引导构件具有两个突出侧部件(171、 |
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| 说明书全文 | 闸刀开关组件、电力配电开关柜和用于防止放电的方法技术领域[0001] 本公开涉及闸刀开关组件，闸刀开关组件包括在至少两个位置之间可移动的铰接的触刀(contact knife)对，并且进一步包括第一接触元件和用于在至少两个位置之间移动触刀的操作器设备，其中一个位置是触刀与第一触头元件电接触的位置。本公开还涉及一种电力配电开关柜，包括三相模块，其包括闸刀开关组件。本公开还涉及用于防止在用于电力配电开关柜的开关设备中的放电或闪络的方法。 背景技术[0002] 开关柜基本上是电路断路器或较大规模的通用开关，具有使得能够切断对大的电力网络中和工业中的特定电缆的电流的功能。这样的开关柜包括断路器并且通常还包括断开开关或通用开关。整个开关柜通常被连接到地作为安全措施。 [0003] 出于控制、保护和隔离电气设备的目的，在电力系统中使用开关柜。在配电网中，开关柜位于电力变压器的高压侧和低压侧二者上。变压器的低压侧的开关可以位于建筑物中，具有用于通过若干独立开关对最终用户分配的中压断路器。 [0004] 如上所述，开关柜的基本功能之一是保护，其包括在保持对网中的其他不受影响的配电电路服务的同时的短路和过载故障电流的中断。电弧抑制器/消除器通常被设置在开关柜中，以减少或优选地消除可能由故障引起的任何损失。电弧抑制器可能短路开关柜内的电弧，并且在这样做时，其还可能促使位于电网中的上游的断路器，以通过切断对开关柜的供电来清除故障。这样的电弧抑制器可以包括具有枢转触刀的闸刀开关，枢转触刀可移动以便于将载流导体连接到地。这样的电弧抑制器还可以被称为接地开关。 [0005] 如今在用于中和/或高电压，例如1-1000kV，诸如12、24或36V的电力配电系统中使用的开关柜通常是气体绝缘开关柜(GIS)，其中，所使用的绝缘流体是六氟化硫(SF6)。开关柜位于密封封装中，填充有绝缘流体。在开关柜中的内部电弧的情况下，从导体、绝缘和外壳的汽化产生的热气体将从弧区流动到周围。这些气体将增加封装内的压力，其将最终产生井喷。为了防止过大压力的积累，可以引入电弧抑制器以最小化电弧作用时间。该电弧抑制器可以是闸刀开关类型。在获得电弧抑制器的成功使用中的挑战是确保在电弧抑制器(即，触刀)和承载电弧故障电流的导体之间的快速和充分接触。如果接触不足够快和充分，则这可能产生闪络。 [0006] 如今，解决方案是在载流导体上添加例如塑料的非导电引导构件，其中期望触刀与导体接触。该引导构件的功能是引导闸刀，以确保在闸刀和导体之间的快速和充分接触(足够大的接触面积)。闸刀必须在正确的位置与导体接触，不过早也不过晚，以便于具有足够大的接触面积。然而，该布置的缺点在于，当引导构件位于载流导体上时，由于可能非常高的电场强度而导致可能存在三相点，其中诸如塑料的非导电材料接近金属。这可能会导致开始局部放电或电气闪络。另一缺点是，当移动触刀击中引导构件时，引导构件吸收来自闸刀的一些动能，并且然后，触刀在其能够夹到导体之前，按压触刀将其分开。这可能导致将触刀过载夹到导体上。触刀将立即焊接到导体，导致过小的接触面积。发明内容 [0007] 本公开的目的是提供一种解决触上述缺点中的一些的改进的闸刀开关。 [0008] 根据本发明，定义了一种闸刀开关组件，包括铰接的触刀对，彼此被平行布置并且在第一相应端处相互连接，并且可在至少两个位置之间移动；以及包括载流导体的第一电触头元件，所述触刀由导电材料制成并且在所述第一端处被电连接到第一电导体，并且进一步包括操作器设备，用于在至少两个位置之间移动所述触刀对，其中的第一位置是其中触刀的第二相应端与任何电触头断开的打开位置，并且第二位置是其中触刀的所述第二相应端与第一电触头元件电接触的第一接触位置，其特征在于，其包括位于两个触刀之间的引导构件，所述引导构件具有两个突出侧部件，每个突出侧部件沿着每个触刀的相应侧的至少一部分延伸，该侧面对另一触刀的相应侧，并且所述引导构件由非导电材料制成，并且具有适于在两个突出侧部件之间接纳第一电触头元件的形状。 [0009] 通过使非导电材料的引导构件在两个触刀之间，而不是如现有技术中使引导构件在载流导体上，对应于第一触头元件，获得了避免在载流部件上具有三相点的风险的优点。引导构件具有引导触刀以与第一电触头元件及其载流导体适当接触的功能。 [0010] 引导构件可以例如由塑料、聚合物等制成。 [0011] 根据另一特征，引导构件可以被配置为在两个触刀之间插入时按压两个触刀以使分开。这提供了触刀被预充电的优点。这具有下述结果：触刀不必在与第一电触头元件的载流导体接触时被推开，因为其已经通过引导构件被推开。因此，不存在动能的损失。当触刀朝着包括载流导体的第一电触头元件移动时，其将不会立即夹到电触头元件，只要其在触头元件的附近。替代地，夹到电触头元件将被稍微延迟，直至相应的触刀的较大内表面接近触头元件，并且然后，电场力将高得足以使触刀夹到触头元件，导致在第一电触头元件和触刀之间的电接触。这将确保移动触刀不与第一触头元件及其载流导体接触，直至触刀的期望行程完成并且可以获得充分的电接触。 [0012] 根据另一特征，引导构件可以可拆卸地被插入在两个触刀之间，并且被配置为当触刀的相应第二端在将触刀从打开位置移动到第一接触位置期间与第一电触头元件接触时脱落，其中，第一接触位置是触刀的相应的第二端与第一电触头元件电接触。这将支持在触刀和第一电触头元件之间的立即接触，只要引导构件在接触时刻已经被布置。 [0013] 替代地，引导构件可以设置有至少一个止动构件，至少一个止动构件被配置为当触刀处于正确的位置以与第一电触头元件接触时，停止从打开位置到第一接触位置的触刀的移动。具有止动件的引导构件优选地不可拆卸。其可以被配置为确保在触刀和第一电触头元件之间的角度是最佳的以确保充分接触，并且确保触刀具的移动停止在相对于第一触头元件的正确位置中。 [0014] 根据另一特征，触刀的相应第一端电连接到的第一电导体可以被连接到地。通过这一点，针对第一电触头元件及其载流导体实现对地的连接，并且可以防止电弧和闪络。 [0015] 根据本发明的另一方面，定义了一种电力分配开关柜，包括：密封封装，至少一个三相模块位于其中，该至少一个三相模块包括闸刀开关组件，如在以上定义闸刀开关组件的权利要求中的任何一项中定义的，每个相位一个；以及至少一个载流导体，每个相位一个，形成闸刀开关组件的第一电触头元件。除了以上已经提及的优点，这具有的优点在于，可以通过所述闸刀开关组件来提供电弧抑制器开关或接地开关的功能。 [0016] 此外，密封封装可以填充有绝缘介质或绝缘介质的混合物。可能的介质的示例是任何类型的气体，诸如氮气、二氧化碳、六氟化硫(SF6)、空气、干燥空气。然后，封装应当是气密的。作为替代，在封装中可以存在真空。作为另一替代，介质可以是非气体介质，例如油。 [0017] 因此，密封封装可以填充有干燥空气或者包括与另一气体混合的空气的气体。 [0018] 根据本发明的另一方面，定义了一种方法，该方法用于防止在电力分配开关柜的开关设备中的放电或电弧闪络，包括：提供具有引导构件的闸刀开关组件，该引导构件位于闸刀开关组件的两个触刀之间，该引导构件由非导电材料制成。引导构件应当被配置为接纳电触头元件，包括在其两个突出部件之间的载流导体。 [0019] 此外，该方法可以包括通过引导构件按压触刀以使其分开来对闸刀开关组件的两个触刀进行预充电。 [0020] 另外，该方法可以包括：调整引导构件的宽度，以便于定义关于电弧接触力的预充电，其宽度是位于触刀之间的引导构件的外部宽度。 [0021] 该方法还可以包括：调整引导构件的突出侧部件的高度，以便于定义触刀将与第一电触头元件接触的位置。 [0022] 本公开的闸刀开关组件和开关柜例如适合用于电力分配系统，电力分配系统被布置为环，并且包括以环连接的多个气体绝缘开关柜(GIS)安装。 [0024] 现在将参考示意性附图来进行对作为示例给出的本发明及其实施例的具体描述，在附图中： [0025] 图1示出了根据本发明的闸刀开关组件在其打开位置中的实施例的示意性立体图， [0026] 图2示出了图1示出的闸刀开关组件在其闭合位置中的实施例的放大局部侧视图，[0027] 图3示出根据本发明的闸刀开关组件在其闭合位置中的另一实施例的放大局部侧视图， [0028] 图4是在图1和图2中示出的闸刀开关组件的放大局部主视图， [0029] 图5是图3中示出的闸刀开关组件的放大局部主视图， [0030] 图6是根据本发明的包括闸刀开关组件的开关柜的示意图， [0031] 图7是图示根据本发明的方法的图。 具体实施方式[0032] 在图1中图示了根据本公开的闸刀开关组件的实施例。闸刀开关组件1包括铰接的触刀3、5对，被布置为彼此平行并且彼此相距一定距离。每个触刀3、5具有第一端31、51和第二端32、52。触刀通过连接构件7在其相应的第一端31、51被连接。触刀由导电材料制成，并且其相应的第一端31、51还通过也由导电材料制成的所述连接构件7被连接到第一电导体9。第一电导体9可以例如是载流导体，或者其可以被连接到地。触刀3、5通过铰链设备被连接到连接构件7，以便于使触刀在至少两个位置之间是可移动的，即枢转。两个触刀总是一起彼此平行地移动。闸刀开关组件进一步包括用于在至少两个位置之间移动铰接的触刀的操作器设备11。该操作器设备可以手动或自动地被操作。闸刀开关组件还包括第一触头元件13，第一触头元件13包括载流导体15。在图示的示例中，触刀3、5可在两个位置之间移动，第一位置是图1中所述的打开位置，并且第二位置是如图2和图3中所示的触刀与第一触头元件13的载流导体15接触的闭合位置。这通过图1中的箭头示出。 [0033] 在图1中所示的实施例中，还示出了根据第一实施例的引导构件17。根据该第一实施例的引导构件也在图2和图4中图示。引导构件由例如塑料的非导电材料制成。引导构件位于触刀3、5之间，接近其相应的自由第二端32、52。引导构件被配置有两个突出侧部件171、172从其向上延伸的底部部件170。当引导构件被安装在触刀之间时，突出侧部件沿着每个触刀内侧的至少一部分延伸。引导部件的尺寸被调整为使得其相对于在两个触刀之间的距离具有外部宽度，其比该距离稍大。为此，触刀通过引导构件被按压以使其稍微分开，并且由此获得触刀的预充电的效果。引导构件的宽度可以关于预充电的量而被选择，这在每个情况下是期望的。如图2所示，引导构件可以具有接近局部圆柱体的形状，具有开口侧。 其宽度可以在开口侧稍大，其面对第一触头元件。其高度也可以根据期望使触刀3、5击中第一触头元件13的载流导体15的位置来选择，如稍后将解释的。引导构件还可以设置有例如钩形状的附接导向件装置19，其例如通过抓取(snapping)而紧固在触刀下方的引导构件。 还可以存在布置在触刀侧的弹簧设备21，其用于朝着彼此按压触刀，并且向引导构件提供相反的力件。 [0034] 根据第一实施例的引导构件17被配置为，当其通过操作设备从第一打开位置移动到闭合位置时，当触刀命中载流导体15时，从触刀脱落。这在图2中通过箭头示出。当触刀3、5对的端32、52击中载流导体15时，引导构件脱落，并且在触刀和载流导体之间产生电接触。 因此，获得在导体9和第一电触头元件13的载流导体15之间的电气路径。导体9可以被连接到地，并且因此，开关组件用作接地开关。替代地，导体9可能不被连接到地，并且因此，当在三相开关柜中时候，开关组件用作两相之间的短路。在该情况下，用于相应相的所有三个触刀被连接到同一导体9形成短路跳线。 [0035] 在图3和图5中示意性地图示了根据本发明的引导构件27的另一实施例。然而，该引导构件没有被设计成在触刀3、5击中第一触头元件13的载流导体15时脱落。替代地，引导构件27具有当触刀在闭合操作中击中该导体时相对于载流导体15停止触刀3、5的移动的附加功能。引导构件的设计应当使得触刀应当被停止在将导致在载流导体15和触刀3、5之间的最优接触。为此，引导构件具有稍微不同的设计。与引导构件17的先前实施例类似的，引导构件27具有底部部件270和两个突出侧部件271、272。此外，在引导构件27的后部，提供了从突出侧部件271、272向侧面突出的两个止动构件275、276。当引导构件27被安装在触刀3、5之间时，止动部件将从相应的触刀向侧面并且在触刀的相应上边缘上并且进一步远离地延伸。当触刀3、5击中载流导体15时，在闭合操作中，引导构件27将通过朝着触刀的内部滑动来在触刀之间向下按压。然后，止动器构件也移动，首先沿着触刀的上边缘，并且然后进一步沿着触刀的内侧，直至相应止动器构件的端处的钩部件277、278在每个触刀的上边缘上接合，并且由此停止引导构件的进一步移动。在图3中，图示了具有其钩部件277的止动器构件275和引导构件27的最终位置。可以看出，引导构件27现在已经在触刀之间向下被移位，使得触刀5内部的大部分不再由导向部件的突出侧部件271覆盖。替代地，触刀5的内部被暴露以与载流导体15接触。 [0036] 通常，引导构件17、27的设计目标应当是，触刀的预充电应当是最佳的，并且在触刀3、5和载流导体15之间的接触应当在确切的期望相对位置中发生，考虑到例如电弧接触力和电场力。因此，引导构件的不同部件的不同测量，例如引导构件的外部宽度、引导构件的突出侧部件的高度，应当被适配用于每个具体情况。 [0037] 在图6中示出了本发明在用于三相AC配电系统的开关柜300中的应用的示例。开关柜300包括三相模块位于其中的密封封装305，例如在一个和至多5个模块或甚至更多模块之间。所图示的示例是包括一个模块310的开关柜，该一个模块310包括三个极/相位311、312、313。每个相设置有一组断路器/负载断路器。 [0038] 相中的每一个被连接到经由电气衬套340进入封装310的第一载流导体15。对于每个相，根据本发明的闸刀开关组件1被布置用于与该相的载流导体15的连接和断开。在图6的示意图中，仅一个闸刀开关组件1已经被示出。在图6中，闸刀开关组件被示出处于打开位置。相应相的闸刀开关组件可以被连接到地，并且其可以用于短路和接地所有三个相，或者其可以用于在不将其连接到地的情况下短路三个相。 [0039] 在图7中示出了图示根据本发明的防止在用于配电开关柜的开关设备中的放电或电弧闪络的方法。该方法包括下述步骤： [0040] -提供具有引导构件的闸刀开关组件，该引导构件位于闸刀开关组件的两个触刀之间，该引导构件由非导电材料制成。该引导构件应当被配置为接纳电触头元件，包括在其两个突出部件之间的载流导体。 [0041] -可选地，通过借助于引导构件按压触刀以使其分开来对闸刀开关组件的两个触刀进行预充电； [0042] -可选地，调整引导构件的宽度，以便于定义关于电弧接触力的预充电，其宽度是位于触刀之间的引导构件的外部宽度； [0043] -可选地，调整引导构件的突出侧部件的高度，以便于定义触刀将与第一电触头元件接触的位置。 [0044] 本发明不应当视为限于所图示的实施例，而是在不脱离在所附权利要求书所限定的范围的情况下，可以以很多方式被修改和改变，如本领域的技术人员所实现的。例如，本发明可以用于三位置闸刀开关，而不是两位置闸刀开关。 |
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