有外殼的電開關裝置、尤其高壓斷路器的製作方法

2023-05-31 13:18:56 3

專利名稱：有外殼的電開關裝置、尤其高壓斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電開關裝置，尤其高壓斷路器，它有一個外殼和一個 被外殼圍繞的斷續單元、以及至少一個用於在外殼上電絕緣地支承斷續單 元的支承絕緣子。
背景技術：
例如由公開文件DE4418797A1已知一種這類電開關裝置。在那裡介紹 了一種形式上為高壓斷路器的電開關裝置，它有一個斷續單元。斷續單元 用於建立導電連接或斷開電連接。斷續單元裝在外殼內部以及藉助支承絕 緣子電絕緣地支承在外殼上。
尤其在高壓和最高壓範圍內，也就是說在電壓超過1000伏的情況下， 使用電開關裝置，可能導致產生高電場。這種高電場是基於，沿儘可能短 的距離彼此隔開大的電位差。為了歷經多年仍能承受住由高的電場造成的 持續的負荷，已知的支承絕緣子尺寸設計導致較大的體積。支承絕緣子必 須一方面承擔電絕緣功能，以及另一方面保證機械地支承斷續單元。針對 這些任務應使用高質量的絕緣材料，它們基於所要求的質量價格比較昂貴 並導致使用複雜的加工方法。

發明內容
因此本發明要解決的技術問題是，將本文開頭所述類型的電開關裝置 設計成，使支承絕緣子更好地承受介電負荷。
在前言所述類型的電開關裝置中按照本發明是這樣解決上述技術問題 的，即，支承絕緣子具有控制的電容器片(Kapazi您sbelag )。
支承絕緣子的介電負荷一方面取決於要分離的電位的值和電位分離距 離的長度。此負荷另一方面取決於在支承絕緣子上電位是如何變化的。在 不利的情況下有可能形成沿支承絕緣子的一種電壓分布，它在短的區段上 有大的電位差和在較長的區段上只有小的電位差。因此在支承絕緣子形成不均勻的電壓分布。在短的區段上大電位差的區域內絕緣材料承受巨大的 應力。支承絕緣子總的結構應針對這種極端區域設計。由此要使用顯然超 尺寸設計的大型結構的支承絕緣子或比較昂貴的絕緣材料。
通過按照本發明設計電開關裝置上具有控制的電容器片的支承絕緣 子，可以使在支承絕緣子上的電壓分布均勻化，也就是說，支承絕緣子的 絕緣間隔在不同的間隔段應隔離近似相同的電位差。電容器片用於控制電 場。由此避免不利的峰值負荷。例如可以使用較便宜的絕緣材料，以及減 小支承絕緣子的結構體積。此外，在這裡還應當注意，產生的機械負荷也 可以由支承絕緣子承受。
還可以採用一種有利的設計，.即，將支承絕緣子設計為基本上相對於 旋轉軸線旋轉對稱，以及電容器片設計為與旋轉軸線同軸。
支承絕緣子旋轉對稱的結構意味著是一種能良好地承受機械負荷的基 本形狀。這些基本形狀例如是圓柱形、圓錐形、截錐形等。通過電容器片 的同軸定向，在很小的程度上改變支承絕緣子的基本機械結構。電容器片 例如可以由多個互相同軸排列的電容器極板或膜構成。但也可以規定採用 螺旋形巻圈構成電容器片。螺旋形巻圈可例如有空心圓柱體的形狀。電容 器片可例如獨立於支承絕緣子製造以及套裝在支承絕緣子上。
有利地可以進一 步規定，將電容器片埋入到支承絕緣子的壁內。
將電容器片埋入到支承絕緣子內使支承絕緣子的製造與電容器片的制 造可以互相協調。例如可以規定，電容器片部分或全部被支承絕緣子的絕 緣材料覆蓋。尤其當支承絕緣子是空心結構時，建議將電容器片完全布設 在支承絕緣子壁的內部。
在這方面可有利地規定，電容器片設在一個由與絕緣體套疊的空心絕 緣子和該絕緣體限界的空隙內部。
將電容器片設置在空隙內，可以實現一種可變的配備不同電容器片的 支承絕緣子。所述絕緣體以及套疊的空心絕緣子在這裡構成電容器片的一 種薄殼狀外殼。在這種情況下可以規定，絕緣體同樣是一個空心絕緣子。 因此具有絕緣體和套疊的空心絕緣子的支承絕緣子可以在整體上設計為空 心絕緣子。於是穿過絕緣體內的空腔可例如置入驅動杆、控制導線等。通 過使用絕緣體和套疊的空心絕緣子，可以利用不同絕緣體和不同空心絕緣 子的整個系統，由它可以根據電容器片的尺寸組合成各種模塊式支承絕緣子。
還可以有利地規定，電容器片由多個互相導電連接的電容器裝置構成。 通過恰當地導電連接多個電容器裝置，可以有目的地調整電容器片的 總電容量。例如可以互相併聯多個電容器裝置，以製成一個有大電容量的 電容器片。但也可以規定串聯不同的電容器裝置以及串聯與並聯組合。例 如可以規定，電容器裝置例如設計為圓盤巻的形式，將它插入前面介紹的 絕緣體與套疊的空心絕緣子之間的空隙中並在那裡互相電連接。
有利地可以規定，支承絕緣子是一個基本上旋轉對稱的空心體。 旋轉對稱的空心體帶來的優點是，當質量較小時可期望有高的機械穩 定性。此外，可以利用空心體內形成的空間安裝其他構件。例如在此空腔 內置入驅動件，如驅動杆或控制和監測導線。此外空腔還可以用於導引開 關氣體或冷卻劑。
可以採用另一項有利的設計，令電容器片構成斷續單元的導電的電流 路徑與地電位之間的電容。
在使用電開關裝置時也可以規定，將它設計為高壓斷路器。斷路器按 其構型規定，能可靠地中斷出現的全部電流，亦即工作電流、過電流以及 還有短路電流。在交變電網中可能產生不同的短路類型。這些短路類型之 一例如是近距離短路。在近距離短路故障時，例如在離斷路器斷開位置幾 米、幾百米或幾千米遠出現短路。在切斷近距離短路電流時，在有故障的 導線上產生高頻補償過程，它疊加在饋電網的瞬態電壓上。導線上瞬態電 壓的變化過程通過兩個相同的行波確定，它們在電流切斷後4皮此獨立地沿 反方向運動。它們在打開的開關觸點上正反射，而在導線上的短路點處負 反射。
通過接通架空線與在導線端開關觸點處接地之間的電容器形式的電 容，可以減小導線上瞬態電壓引起的斷路器負荷。輸入的行波不再在分離 部位的斷開的開關觸點上反射，而是在由電容形成的終端電阻上反射，也 就是說，反射係數因此不大於1而是<1。
若通過導線端瞬態電壓的切線描述其受電容影響的變化過程，可以確 定一個"延遲時間"t化，它直接取決於此電容量並與之成比例。
迄今對於這種電容器必須例如在外殼外面或裡面設附加的裝置，以及 提供附加的安置這種衰減電容器的結構空間。通過配備支承斷續單元所需的支承絕緣子和使用控制的電容器片， 一方面可以積極影響在支承絕緣子 上的電壓分布，從而可以實現在絕緣強度方面比較大的能力儲備或支承絕 緣子較小的結構尺寸。另 一方面在保持外殼內部存在結構空間的情況下提 高斷路器的短路排除能力，也就是說，可以取消外殼外部或外殼內部附加 的電容器裝置。由此電開關裝置在其體積方面不會附加地增大。為了造成 在斷續單元的導電的電流路徑與地電位之間的電容器片特別有效地耦合， 可以在支承絕緣子上設相應的電連接點，它可以實現電容器片各自端部的 電觸點接通。這可以這樣實現，即，例如在裝配支承絕緣子期間規定用於 將支承絕緣子壓緊在外殼上的點造成電觸點接通。這種結構同樣也可以在 支承絕緣子那一側採用，即，電開關裝置的斷續單元在這一側擋靠在支承 絕緣子上。


下面藉助附圖中的實施例示意性表示本發明並在下面詳細說明。 其巾
圖1表示電開關裝置的剖面圖2表示支承絕緣子第一種設計方案；以及 圖3表示支承絕緣子第二種設計方案。
具體實施例方式
圖1表示形式上為高壓斷路器的電開關裝置1的剖面。電開關裝置1 具有一個外殼2。外殼2用導電材料製造，例如鋼或鋁。在本例中外殼設計 為，它可充填一種負電性氣體，例如六氟化硫、氮或適用的氣體混合物， 以及外殼與周圍環境密封地隔絕。採用這種結構也可以在高壓和最高壓範 圍內實現緊湊的電開關裝置，也就是說，針對電壓在1000V,尤其在30kV 與1000kV之間進行結構設計。外殼2被施加地電位。在外殼2內部相對於 外殼2電絕緣地安裝電開關裝置1的斷續單元3。斷續單元3例如原則上有 在公開文件DE4418797中所說明的結構，也就是說，具有其分離部位4的 斷續單元3可通過電引線5、 6在電流路徑內連成環路。電流路徑可通過分 離部位4^矣通或斷開。在本例中，分離部位4由兩個彼此可以相對運動的 觸頭構成。斷續單元3相對於外殼通過氣體間隔電絕緣。為了使斷續單元也能固 定在一個此時提供耐擊穿的氣體間隔的位置上，採用一個第一支承絕緣子7
和一個第二支承絕緣子8。第一支承絕緣子7安置在基本上沿軸線9延伸的 斷續單元3的端側。第一和第二支承絕緣子7、 8分別在剖面圖內示出。在 本例中第一支承絕緣子7設計為實心體，而第二支承絕緣子8設計為空心 體。
第一支承絕緣子7有絕緣體7a，它與空心絕緣子7b套疊。絕緣體7a 和空心絕緣子7b設計為旋轉對稱和彼此同軸定向。在絕緣體7a與空心絕緣 子7b之間形成一個環形的空心圓柱形空隙，其中裝一個電容器片8a。存在 將絕緣體7a同樣設計為空心體的可能性，從而形成一種整體上設計為空心 體的支承絕緣子。
在絕緣體7a與空心絕緣子7b之間的空心圓柱形空隙內裝入多個盤狀 巻，它們彼此有軸向間距地構成電容器片8a。盤巻可以按恰當的方式互相 連接。可以規定，盤巻分別由許多同軸排列的環形套筒構成，或一個螺旋 形巻繞的扁帶構成巻。電容器片8a可以裝在第一支承絕緣子7內例如一種 流體內部，例如六氟化碌或一種絕緣液體。電容器片8a埋入第一支承絕緣 子7的壁內。
第二支承絕緣子8設計為旋轉對稱結構的空心體。旋轉軸線9a相對於 斷續單元3沿其延伸的軸線9的徑向定向。圍繞旋轉軸線9 a構成電容器片 10。電容器片IO設計為巻圈的形式。通過此電容器片使斷續單元3與外殼 2之間沿第二支承絕緣子8的電位分布均勻化。電容器片IO由巻圈構成， 它在第二支承絕緣子8的加工過程中完全用硬化後的絕緣材料圍繞。由此 電容器片10緊密地與第二支承絕緣子8的絕緣材料連接。與第二支承絕緣 子的電容器片IO有利地影響電壓分布一樣，設在第一支承絕緣子7上的電 容器片8a也有利地影響那裡的電壓分布。支承絕緣子7、 8也可以在其他適 合的位置安裝在斷續單元10上。同樣，所使用的支承絕緣子數量也可以改
變
除了使電壓均勻外，電容器片8a、 IO也可以利用於衰減在近距離短路 時引起的過電壓行波。由此提高斷路器的短路排除能力。在這種情況下電 容器片8a、 IO意味著分別是在導電的電流路徑(有引線5、 6的斷續單元) 與地電位(外殼2)之間的一個電容。在引入行波時電容器片充電，並基於能量的加入而使行波衰減。使通過分離部位4可能出現的電壓增大緩慢化。
由圖l可以看出，由支承斷續單元所需的支承絕緣子7、 8—方面承擔固定 功能以及另一方面承擔衰減功能。因為支承絕緣子7、 8相對於接地的外殼 2滿足絕緣地固定斷續單元3的條件，所以也在斷續單元3的導電電流路徑 與地電位之間形成 一 個電容。
圖2表示支承絕緣子第一種設計方案。可以看出，設計為空心的絕緣 體20同軸地被空心絕緣子21覆蓋。在絕緣體20外表面與空心絕緣子21 內表面之間形成空隙。在此空隙內可裝入可任意設計的電容器片。通過組 合尺寸設計不同的絕緣體20和空心絕緣子21，可以構成不同尺寸的空隙。 因此在此空隙內可以裝入不同尺寸的電容器片。例如可以在空隙中裝入單 個穿過支承絕緣子的盤巻。但也可以規定在空隙中裝入多個例如沿軸向錯 開的盤巻。
圖3表示支承絕緣子第二種設計方案。在這裡的支承絕緣子端側制有 凸緣。在這些凸緣上可以安裝外殼2或斷續單元3的相應固定件。在圖3 中電容器片通過各三個電容器的兩個串聯電路象徵性地表示，它們又互相 並聯地電連接。可以規定，在凸緣上設相應的觸點，電容器片可通過它們 分別施加電壓或地電位。這例如可以是單獨的環圈或極孰。但也可以規定， 在那裡設接觸面，它們與斷續單元3或外殼2上的固定裝置導電地觸點接 通。在這些圖中表示的設計方案在其方式上可以不同組合，也就是說，可 以互換各特徵。例如可以使用不同的凸緣。可以採用不同的空心或實心絕 緣子。可以使用不同設計形式的電容器片。
權利要求
1.一種電開關裝置(1)、尤其高壓斷路器，它具有外殼(2)和被該外殼(2)圍繞的斷續單元(3)、以及至少一個用於在外殼(2)上電絕緣地支承斷續單元(3)的支承絕緣子(7、8)，其特徵為支承絕緣子(7、8)具有控制的電容器片(8a、10)。
2. 按照權利要求1所述的電開關裝置(1 )，其特徵為，支承絕緣子(7、 8)設計為基本上相對於旋轉軸線旋轉對稱，以及電容器片(8a、 10)設計 為與旋轉軸線同軸。
3. 按照權利要求1或2所述的電開關裝置(1),其特徵為，電容器片 (8a、 10)埋入支承絕緣子(7、 8)內。
4. 按照權利要求1至3之一所述的電開關裝置(1 )，其特徵為，電容 器片(8a)設在由與絕緣體(20)套疊的空心絕緣子(2)和該絕緣體(20) 限定的空隙內。
5. 按照權利要求1至4之一所述的電開關裝置(1 ),其特徵為，電容 器片(8a、 10)由多個互相電連接的電容器裝置構成。
6. 按照權利要求1至5之一所述的電開關裝置(1)，其特徵為，支承 絕緣子(8)是一個基本上旋轉對稱的空心體。
7. 按照權利要求1至6之一所述的電開關裝置(1 ),其特徵為，電容 器片(8a、 10)構成斷續單元(3)的導電的電流路徑(5、 6)與地電位之 間的電容。
全文摘要
本發明涉及一種電開關裝置(1)，它有一個外殼(2)。外殼(2)圍繞斷續單元(3)。為了絕緣地支承斷續單元(3)而設有支承絕緣子(7、8)。支承絕緣子配備有一個電容器片(8a、10)，通過它實現沿支承絕緣子(7、8)的電壓分布均勻化。此外，這些電容器片(8a、10)還可以用於抑制在排除近距離短路故障時產生的電壓行波，並由此增大電開關裝置(1)的短路遮斷容量。
文檔編號H01H33/02GK101331571SQ200680047248
公開日2008年12月24日 申請日期2006年12月12日 優先權日2005年12月16日
發明者弗蘭克·萊因克 申請人:西門子公司