气体绝缘开关装置

本发明涉及气体绝缘开关装置，尤其是包括断路器和断开器的气 体绝缘开关装置。

包括在充满绝缘气体的金属匣内的断路器、断开器、接地开关等 的气体绝缘开关装置已经广泛应用。例如，日本专利申请公开 No.8-275323公开了一种气体绝缘开关装置，该气体绝缘开关装置包括 在充满SF6气体的接地金属匣内的断路器、断开器、接地开关等装置， 该SF6气体具有良好的绝缘特性和良好的灭弧特性。因为如上所述，该 气体绝缘开关装置包括在充满具有良好绝缘特性和良好灭弧特性的SF6气体的接地金属匣内的装置，因此，该气体绝缘开关装置能够提高适应 不良环境的特性，减小该设备的尺寸或者减少单位容量的安装面积。

发明简介

普通的上述气体绝缘开关装置的结构通常为包括在一个金属匣内 部的断路器、断开器、接地开关等装置，如日本专利申请公开 No.8-275323所述。因此，当在检查断路器时断路器的断路部分向外界 空气打开时，装于同一金属匣内的其它开关也向外界空气打开。因此， 在检查和维修断路器时，需要在该期间切断母线。

本发明用于解决上述问题，本发明的一个目的是使整个开关装置 紧凑和提供一种在进行维修和检查时不需要切断母线的气体绝缘开关 装置。

本发明利用下面的装置来解决上述问题。

一种气体绝缘开关装置，包括：一个第一金属匣，该第一金属匣 装有断路器；引向负载的衬套；第二金属匣，该第二金属匣装有多个母 线断开器；以及多个用于引导母线与母线断开器相连的衬套；该第一金 属匣和第二金属匣通过气体隔板彼此相连。而且，该多个引向母线的衬 套在引向母线的相邻衬套之间以预定的散开角的形式安装在第二金属 匣上。

附图的简要说明

图1是表示本发明的气体绝缘开关装置第一实施例的视图。

图2是表示本发明的气体绝缘开关装置第二实施例的视图。

图3是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的正视图。

图4是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的侧视图。

图5是说明第四实施例的视图。

图6是说明第四实施例的视图。

图7是说明第五实施例的视图。

图8是说明第六实施例的视图。

图9是说明第六实施例的视图。

图10是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的一种断开器的详 图。

图11是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的另一种断开器的 详图。

图12是说明第七实施例的视图。

图13是说明第七实施例的视图。

图14是说明另一种操作效果的视图。

图15是说明另一种操作效果的视图。

图16是表示本发明另一实施例的视图。

图17是表示本发明另一实施例的视图。

图18是表示本发明另一实施例的视图。

图19是表示用于本发明的3位置断开器的结构的视图。

发明的优选实施例的说明

下面将参考附图介绍本发明的实施例。附图1是表示本发明的气 体绝缘开关装置第一实施例的视图。该图表示了一个用于双母线电路的 水平断路器实例。引向负载的衬套6a通过在负载侧的、装有断路器的 金属匣9c安装在装有断路器的接地金属匣9a上。另一方面，引向母线 的衬套6b和6c安装在装有母线断开器的接地金属匣9b上。而且，金 属匣9a和9b通过一气体隔板7a彼此相连。参考标号3是插入内导体 和地线之间的接地开关，参考标号14是安装在金属匣9a的一端的断路 器操作单元，而参考标号15a、15b、15c分别是装于金属匣9c和9b内 的断开器操作单元。

负载侧的断开器装于接地的金属匣9c内，并通过气体隔板7b与 金属匣9a气体隔开。而且，引向母线的衬套6b和6c通过气体隔板7c 与金属匣9b气体隔开。因为各衬套6a、6b、6c布置成接近垂直于接地 金属匣的中心轴，作用在各衬套安装部分上的负载能变小，装配时的可 操作性提高。而且，接地金属匣9a、9b的长度可以缩短至由衬套6a、 6b、6c之间的所需空气绝缘距离来确定的长度。

在本气体绝缘开关装置实施例中，因为高压开关单元所必须的部 件例如断路器、断开器和接地开关都各自装于气体隔开的金属匣内，因 此它能够提供紧凑且在进行维修和检查断路器时不需要切断母线的气 体绝缘。

图2是表示本发明的气体绝缘开关装置第二实施例的视图。该图 所示为用于双母线电路的水平断路器的一个实例。在该图中，与图1所 示部件相同的部件以相同的参考标号表示，且省略对它的说明。

与第一实施例的区别点在于引向母线的衬套6c以相对于接地金属 匣9b的中心轴线倾斜的方式安装在接地金属匣9b上，且没有在负载侧 的断开器。通过省略在负载侧的断开器，衬套6a的高度降低。这样， 所有衬套6a、6b、6c的高度均匀。此外，通过使衬套6c斜向外安装， 装有母线断开器的接地金属匣9b的长度能缩短，因此，整个开关装置 结构就能紧凑。

图3和图4是表示本发明的气体绝缘开关装置第三实施例的正视 图和侧视图。该图表示了用于双母线电路的水平断路器的一个实例。如 图所示，气体绝缘开关装置包括接地的、近似圆柱形的金属匣9a、9b， 该金属匣9a、9b充满绝缘气体，例如SF6气体等。金属匣9a、9b的、 用于三相的三个单元一起由单个基座18支承。为了缩短金属匣9a、9b 的总长度，全部衬套都以相对于水平放置的金属匣9a、9b的轴线倾斜 的方式安装。例如，当引向母线的衬套6b和6c之间的散开角设计成在 30度至70度的范围内时，很容易平衡该气体绝缘开关装置的高度和长 度。

而且，如图4的侧视图所示，通过使衬套的安装角的倾斜角度在 与经过金属匣中心轴线的垂直平面成30至60度的范围内，金属匣9的 相间距离能够减小，同时还能保持衬套6顶端部分的相间绝缘距离。

通过如上所述以倾斜状态安装衬套，该开关装置能够更紧凑。从 在污染环境下耐压性能以及抗震性能来考虑，优选是采用双层绝缘体管 作为衬套，该双层绝缘体管由一骨架结构构成，该骨架结构由涂覆有硅 橡胶的玻璃钢制成。与采用陶瓷衬套相比，通过采用双层管，该开关装 置的重量能非常轻。因此，可以用很小的起重机作为安装该开关装置所 需的起重机，安装该开关装置的底座也可以简化。而且，紧凑的开关装 置能够有效减小安装工作的成本和底座工作的成本。

图5和图6是表示本发明第四实施例的视图。图5是表示可用于 单母线系统的母线的气体绝缘开关装置的视图，图6是采用了该开关装 置的1.1/2断路系统的母线的单线布线图。

本发明的气体绝缘开关装置包括：金属匣9a，该金属匣9a装有断 路器1、断开器2和接地开关3；以及金属匣9b，该金属匣9b装有断 开器2和接地开关3。

当一个3位置断开器用作靠近双母线系统的断路器的断开器时， 通过仅省略在端部的母线衬套和母线断开器，就能将该气体绝缘开关装 置用于1.1/2母线。而且，通过用装有将在后面介绍的两母线断开器2a、 2b的较小金属匣9b代替金属匣9b，能够使该开关装置制成较小。而且， 如图6所示，当该气体绝缘开关装置用于1.1/2断路系统的母线时，变 电站或开关站的场地长度能缩短。因此，还能有效使变电站或开关站的 场地面积减小。

图7是说明本发明第五实施例的视图，表示能用于双母线系统的 母线的气体绝缘开关装置。

如图所示，接地开关3a、3b布置在断路器1的两侧。而且，在母 线23a、23b侧的接地开关3a和母线断开器2a、2b装于一个金属匣9b’ 中，而上述断路器1、开关2c和接地开关3b装于另一金属匣9a中。通 过上述结构，即使拆下前述金属匣9a，暴露导体的电压也能通过接地开 关3a而肯定接地。因此，能够提高在更换断路器1的匣子时的安全性。

而且，因为采用低灭弧特性的绝缘气体几乎不会降低断开器的性 能，因此能够改变在装有断路器和母线断开器的金属匣内所充满的绝缘 气体的种类、混合比或气压。例如，N2气体和SF6气体的混合气体用作 断路器和断开器的绝缘气体。在用于母线断开器的混合气体中，SF6气 体的含量可以降低。此外，用于母线断开器的混合气体的气压也可以降 低。这样，SF6这种导致全球变暖的气体使用量就能减小。

图8和图9是表示本发明第六实施例的视图，其中省略了负载侧 的断开器，该气体绝缘开关装置实例用于双母线。在该实例中，前述断 路器1也起到负载侧的断开器的作用。

在除了1.1/2断路系统的母线情况的其它大多数情况下，当需要维 修和检查断路器时，与前述断路器相连的电路都不能通电。因此，通过 断开断开器2a、2b，接地开关3a、3b能够闭合，因此，尽管省略了在 负载侧的断开器，也能够在不切断母线23a、23b的情况下对断路器1 进行维修和检查，如图8和9所示。

因此，能够使整个气体绝缘开关装置紧凑，且能够改善成本效益。 图9表示了一种还省略了在负载侧的接地开关3b的实例。这时，通过 在负载侧的输电线一侧没有(in-air)布置接地开关，可以减少整个气 体绝缘开关装置内的接地开关数目。

图10是用于本发明的气体绝缘开关装置中的一种断开器的详图。 在该图中，参考标号8a、8b分别是在活动接触电极侧和在固定接触电 极侧的屏蔽物，参考标号9是金属匣，参考标号20是用于转换驱动方 向的齿轮，参考标号21a、21b是接触电极。当操纵杆24被驱动旋转时， 操纵杆的旋转力转换成驱动力，以便通过齿轮20以垂直方向驱动活动 接触电极19。在该结构中，通过使活动接触电极19与接触电极21b接 触而获得令人满意的导电性能，且通过屏蔽物8a、8b而获得令人满意 的绝缘性能。在该断开器中，不需要在断开器的轴的延长线上布置操纵 杆24，这与用连杆的普通线性驱动型断开器不同。

图11是表示用于本发明的气体绝缘开关装置中的另一种断开器的 详图。参考该图，参考标号19a是在断开器侧的活动接触电极，参考标 号19b是在接地开关侧的活动接触电极，参考标号25是接地开关的接 地侧的接触电极。

因为该开关是复合开关(DS/ES)，它起到断开器和接地开关的功 能，其中当一个功能闭合时另一功能断开。因此能简化互锁机构部件。 而且，因为在该开关中，接地开关的活动接触电极19b和断开器的活动 接触电极19a布置在一条轴线上，因此，通过驱动操纵杆24，断开器和 接地开关能够同时被驱动。因此能减少操作装置的数目。

图12和图13是表示本发明第七实施例的视图。图12是表示具有 旁路断开器的气体绝缘开关装置的视图，图13是表示用于双母线的开 关装置的实例的视图。参考附图，参考标号9c是装有旁路断开器2d的 金属匣，金属匣9c布置成几乎平行于装有断开器1的金属匣9a和装有 断开器的金属匣9b。而且，通过将电流互感器安装在由旁路断开器形 成的电路的外部，在使用旁路电路时可以通过电流互感器测量传送的电 流。

图14和图15是表示本发明的另一操作效果的视图，图14是表示 在单个金属匣中装有断路器1和断开器2a、2b的气体绝缘开关装置的 视图，图15是表示在各金属匣中分别装有断路器1和绝缘体2a、2b的 气体绝缘开关装置的视图。

也就是，在断路器1和绝缘体2a、2b装于单个金属匣中的情况下， 如图14所示，如果采用没有在电极之间采用具有高绝缘可靠性的绝缘 支架的断路器，通过凸缘13a、13b而安装在金属匣上的内部导体4将 偏斜，从而导致断路器1和绝缘体2a、2b的轴线错位。另一方面，在 断路器和绝缘体分别装在各金属匣中时，在断路器1和绝缘体2a、2b 之间可以布置有气体隔板7a，如图15所示。因为气体隔板7a也起到内 部导体4a、4b的支架的作用，从而缩短了内部导体4a、4b的支承长度， 因此很容易提高内部导体自身的机械强度。而且，因为断路器1和断开 器2a、2b的轴线调节可以分开进行，因此在装配时可以很容易地进行 轴线调节。

下面将介绍本发明的其它实施例。

图16和图17是说明电流互感器的结构和表示3位置断开器所用 于的实施例的详细视图，图中以相同参考标号表示的部件基本是与前述 部件相同的部件。在图16所示实例中，电流互感器10布置于断路器1 两端且这两个电流互感器中的一个电流互感器10装在母线断开器匣内。 图中没有表示PD和制动器。通过将电流互感器装在装有母线侧断开器 2的匣子9b内，能够减少该机器结构中匣子的数目。因此，装配变得 容易，且开关装置可以做得紧凑。

而且，通过将在引向母线6c的衬套下面的断开器2布置成在断路 器1侧面的3位置断开器(将在后面介绍)，可以减少所用的操作单元 的总数目。而且，在本实施例用于单母线断路系统或1.1/2母线断路系 统的母线时，仅省略在图中左侧的断开器2和衬套6b，就可使用本实 施例。因此，部件的公用性可以提高成本效益。根据本实施例，因为电 流互感器10布置在断路器的两端，因此，即使出现接地故障时，它也 能判断出现接地故障的位置是在断路器的内侧还是在外侧。此外，作为 另一种电流互感方法的实例，电流互感器中任何一个都可以省略，因为 断路器的可靠性非常高。因此，该电流互感方法的实例可以使开关装置 更紧凑。尽管本实施例所示为采用缠绕型电流互感器10的实例，通过 采用罗氏线圈代替缠绕型线圈，该开关装置可以做得更紧凑。而且，当 在本实施例中采用多孔隔板7作为布置在衬套6a、6b、6c底部的隔板 时，母线断开器和母线衬套可以装在单个气体室内，从而减少气体室的 数目。因此，其作用是不需要提供用于衬套的排气件，且匣子的结构和 部件的结构能够简单，装配效率能提高，且可以防止进行错误的充气和 排气操作。

在图17所示实施例中，母线侧的断开器的气体室由多个匣子形成， 这与图16的开关装置不同。类似于图16的实施例，图17的实施例的 结构为电流互感器10布置在断路器1的两侧，且在图中没有表示PD 和制动器。在本实施例中，后面将介绍的3位置断开器布置于图中左侧 衬套6b的底部。母线断开器2通过气体隔板7d与断路器1分隔开，且 母线断开器2、接地开关3和电流互感器10装在作为单个气体室的匣子 9b内，衬套6a、6b和6c的气体室分别由隔板7a、7b和7c构成。通 过该结构，匣子的容积可以减小，因为接地开关3部分也可以作为微粒 截留装置(particle trap)。尽管本实施例中所示为采用缠绕型电流互 感器10的实例，也可以用罗氏线圈代替缠绕型线圈而使该开关装置更 紧凑。

在图18所示实施例中，在图17中形成母线侧断开器2的气体室 的匣子与一个匣子结合成一体。类似于图17，本图中也没有表示PD和 制动器。因为通过减少匣子的数目而减少了法兰的数目，气体密封的可 靠性增加，还提高了装配的可操作性。而且，在本实施例所示实例中， 用杆状定位板(post spacer)来支承母线侧断开器2，该杆状隔板76的 横截面由剖面线表示。因为通过使用杆状隔板76，衬套和断开器装于单 个气体室内，因此可以简化气管以及充气和排气件。尽管在本实施例中 有断路器内部的接地不能被检测的缺点，因为电流互感器10仅布置在 断路器的一端，但是可以使该开关装置紧凑，且能提高成本效益。而且， 电流互感器10可以布置在断路器1的两侧，类似于图16和图17所示

实施例。

而且，在上述实施例中，电流互感器10布置在断路器1的两端， 在断路器两侧的电流互感器的精度可以彼此不同。例如，通过将较高精 度的缠绕型电流互感器布置在一侧，而将较低精度的罗氏线圈型电流互 感器布置在另一侧，具有较高精度的缠绕型电流互感器用于测量电功 率，而罗氏线圈型电流互感器用于检测断路器的内侧是否接地。这样， 该开关装置能够检测断路器内侧的接地，同时还有可与GIS相比的性能 和具有成本效益。

而且，作为上述实施例的一种变化形式，三个用于单相的气体绝 缘开关装置并排布置以形成用于三相的气体绝缘开关装置，它可以在断 开器或接地开关操作时采用链条，从而通过用于三相的操作机构而将断 开器或接地开关一起同时操作到相同的位置。这样，可以消除各相的断 开器或接地开关在操作上的差异，且总体的操作机构的数目内减少。

图19是从图16的气体绝缘开关装置的横截面A来看，表示3位 置断开器的详细结构的视图。

3位置断开器采用这样的驱动方法，即从由马达219构成的操作机 构15向用于操作断开器2和接地开关3的操作杆24传动的传动机构由 链条218驱动。

该图中，接地开关3和断开器2装在气体绝缘开关装置的金属匣9 内。断开器2包括一接触电极21b，接地开关3包括接地侧接触电极25。 断开器通过活动电极19的运动而形成开(on)、关(off)和接地三个 位置。活动电极19是能够与接触电极21b和接地侧接触电极25导电接 触的部件。而且，活动电极19有齿条形齿轮20，该齿条形齿轮20与小 齿轮216啮合以便传送驱动力。杆24与齿轮20相连，以便从外部传送 驱动力。杆24通过作为传动机构的链条218与操作机构15相连。

当用于充满金属匣9的绝缘气体是SF6或其它绝缘气体时，例如是 SF6和下面一组气体中选定的一种或多种构成的混合气体，该组气体为 N2、CO2、CF4、O2和干空气。而且，根据使用条件，也可以使金属匣 9内部为真空状态。

下面将详细介绍3位置断开器的工作情况。

活动电极19布置于导体23中，断开器2的接触电极21b和接地 开关3的接地侧接触电极25布置成与活动电极19的两端相对。其中， 接地侧接触电极25是接地的。小齿轮216布置在活动电极19中，接触 电极21b、接地侧接触电极25和小齿轮216轴向布置在一直线上。在 齿轮20与小齿轮216啮合时和在活动电极19运动时产生的导电外部物 体(extraneous object)被屏蔽件8包围，从而不会进入高压场空间。

长度为L1的齿条216布置在活动电极19上作为驱动力接受件， 即使当作为驱动力传递件的齿轮20旋转以使活动电极19与接触电极 21b或与接地侧接触电极25接触时，齿条216的长度为L1使得其不会 与活动接触部分212接触，该活动接触部分212使活动电极19与导体 23接触。也就是，通过将活动接触部分212布置在离作为参考位置的齿 轮20的距离超过长度L1的位置处，该长度L1是作为驱动力接受件的 齿条216所能运动的最大长度，可以防止在小齿轮216和齿轮20中产 生的外部物体粘附在活动接触部分212上。这样，因为外部物体不会粘 附在活动接触部分212上，因此，即使当活动电极19被驱动时，在小 齿轮216和齿轮20中产生的外部物体不会传播到活动电极19部分上。 而且，它可以防止由于活动电极19和活动接触部分212相互滑动而产 生的外部物体通过小齿轮216和齿轮20传播以进入高压电场空间。

在本实施例中，活动接触部分212设计成这样的结构，即布置于 活动电极19中的齿轮20可以与活动接触部分212接触，以便产生导电 外部物体，且一个活动接触部分212作为断开器2和接地开关3的活动 接触部分。

下面将介绍活动电极19的驱动机构。

操作杆24以垂直于布置有导体23、断开器2和接地开关3的平面 的方向布置。操作杆24的一端伸出到金属匣9的外部，旋转密封件布 置于操作杆24和金属匣9之间，以便防止气体泄漏和减小转动摩擦。 链轮239固定在操作杆在匣子外的端部上。小齿轮16通过一绝缘体固 定在操作杆24的另一端，并通过齿条-小齿轮机构将操作杆24的旋转 运动转换成直线运动，以便操作活动电极19。

尽管图19的3位置断开器的结构是作为一个实例来介绍的，不用 说，该结构也可以用于图17和图18所述的3位置断开器。

因为在本发明的气体绝缘开关装置中，高压开关装置单元所需的 全部断路器和开关(如断路器、断开器、接地开关)都在两种金属匣周 围，该开关装置可以做得紧凑。此外，还有在进行维修和检查时不需要 切断母线的优点。因为该开关装置可以代替现有的开关装置，且它可以 在不切断母线的情况下进行维修和检查，因此，它提供了一种能够向用 户供给高品质的电力的开关装置。而且，因为如上所述，该开关装置可 以做得紧凑，开关站等的场地能够有效利用。而且，由于整个开关装置 紧凑，该开关装置可以在完全装配好的状态下运送，现场工作仅仅是母 线和负载引线的连接工作和关于继电器装置的安装和连接工作，从而大 大减小了现场工作的量。

如上所述，根据本发明，提供了能使整个开关装置紧凑和能在不 切断母线的情况下进行断路器的维修和检查的气体绝缘开关装置。

本发明是申请人株式会社日立制作所于申请日2001年9月14日 提交的发明名称为“气体绝缘开关装置”，申请号为01133041.4的申请 的分案申请。

发明的背景技术