專利名稱：氣體斷路開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及安裝于變電站、配電站等中的氣體斷路開關，尤其是吹氣(puffer)型氣體斷路開關，該吹氣型氣體斷路開關用于通過絕緣氣體而減小固定和活動觸頭之間產生的電弧。
當吹氣型氣體斷路開關的活動觸頭與固定觸頭斷開時，在它們之間產生高溫等離子體電弧。這需要將高壓絕緣氣體吹向電弧以便截斷該電弧。這時，絕緣氣體被電弧加熱并轉變成高溫氣體(熱氣體)；然后它分成兩股氣流以排向固定部件和活動部件側。
例如，日本專利申請公開公報No.Hei08-195149公開了熱氣體在吹氣型氣體斷路開關中的排氣結構，尤其是在活動部件側的排氣結構。根據該公報，活動部件側的排氣結構設計成這樣，即流過活動軸的空心部分的熱氣體通常從活動軸的排出口并通過吹氣活塞的排出口幾乎垂直排向容器的內表面。
為了避免由于熱氣體直接吹到容器的內表面上而使容器的絕緣強度嚴重惡化，具有上述排氣結構的吹氣型氣體斷路開關采用了以下措施在吹氣活塞的排出口和容器內表面之間提供有一柱形遮護板。也可選擇，采用較大直徑的容器，以便增大從吹氣活塞的排出口到容器內表面之間的距離。
近年來，因為由于價格競爭而導致的成本降低、電力站面積的局限性、由于需要在地下電力站采用更多裝置而導致的安裝面積的局限性，因此越來越希望減小氣體斷路開關的尺寸。不過，由于遮護板的影響，具有上述排氣結構的吹氣型氣體斷路開關不能減小尺寸。因此，即使在沒有該遮護板的情況下，吹氣型氣體斷路開關也需要防止容器的絕緣強度顯著降低。
發明簡介本發明的目的是提供一種氣體斷路開關，該氣體斷路開關能夠阻止由于熱氣體而引起的容器的絕緣強度的顯著降低，且該氣體斷路開關能減小尺寸。
解決問題的方式本發明的氣體斷路開關的特征在于具有一種熱氣體排出結構，該結構設計成能夠保證流過軸的空心部分而排出的熱氣體在分離和供給活動部件側后，能夠在氣體溫度和速度由于氣體的對流而降低后再排向容器的內表面。
本發明的氣體斷路開關提供有第一和第二排出口，排入氣體排出室的氣體通過該第一和第二排出口分散和排入到在容器內側和氣體排出室外側之間的空間。
本發明的氣體斷路開關有布置于氣體排出室內的排出口，其特征在于從該排出口排出的氣體斜向排入在容器內側和氣體排出室外側之間的空間。
根據該熱氣體排出結構，在分離和供給活動部件側后通過軸的空心部分而流向絕緣桿側的熱氣體被排入氣體排出室。熱氣體進入氣體排出室，且溫度和速度降低。溫度和速度降低的熱氣體流向第一和第二排出口，并排向容器的內表面。溫度和速度降低的熱氣體從第一和第二排出口排出，同時還可以控制直接吹到容器內表面上的熱氣體的量。而這能阻止容器絕緣強度的顯著降低。
因為排出口如上述布置，因此，從排出口到容器內表面的距離增大，且直接吹到容器內表面上的熱氣體的量就能得到控制。這能進一步阻止容器絕緣強度的顯著降低。
附圖的簡要說明
圖1是表示斷路單元的內部結構的橫剖圖；圖2是表示本發明的一個實施例的斷路開關的整體結構的局部橫剖圖；圖3是表示本發明一個實施例的斷路開關的工作情況的視圖，表示在固定主觸頭與活動主觸頭接觸且固定電弧觸頭也與活動電弧觸頭接觸時的閉合狀態；圖4是與圖3相同的側視圖，只是不包括容器4；圖5是表示本發明一個實施例的斷路開關的工作情況的視圖，表示在固定主觸頭與活動主觸頭分離且固定電弧觸頭也與活動電弧觸頭分離時的斷開狀態；圖6是與圖5相同的側視圖，只是不包括容器4。
優選實施例的詳細說明下面將參考附圖介紹本發明的實施例。
圖1至3表示本發明第一實施例的吹氣型氣體斷路開關的結構。本實施例的斷路開關設計成所謂的相位分離式結構，其中，對于三相中的每一相的斷路單元是分開的。圖中標號3表示機架。三相斷路單元1布置在機架3的頂部。用于在工作時操作三相斷路單元1的斷開/閉合機構的操作機構2安裝在機架3的一側。
斷路單元1包括操作斷開/閉合的機構，該操作機構由在容器4中的斷路開關的電觸頭構成，該容器4充滿作為絕緣氣體和滅弧氣體的六氟化硫氣體(下文稱為SF6)。容器4是金屬匣，并通過機架3與地面相連。在水平布置的長方形容器4頂部的兩個位置處有沿斜上方向凸出的分支點4a和4b。在分支點4a和4b的頂端有襯套5。
襯套5起到將電流從傳輸線供給斷路單元1或者將電流從斷路單元1供給傳輸線的接線端的作用。它包括中心導體7，該中心導體7從容器4的內部引出并布置在陶瓷絕緣襯套6的中心軸上。在陶瓷絕緣襯套6的頂端有金屬接線端配件8，該金屬接線端配件8與引入或輸出電纜導電連接，該引入或輸出電纜與中心導體7和傳輸線都導電連接。用于減小在陶瓷絕緣襯套6和分支點4a和4b之間的邊界上的電場的內屏蔽9安裝在陶瓷絕緣襯套6和中心導體7之間并在該陶瓷絕緣襯套6的底側。
電流互感器10安裝在分支點4a和4b周圍并在襯套5和容器4之間。該埋設(interment)電流互感器10構成用于測試加在中心導體7上的電流的測量裝置的檢測器。由該埋設電流互感器10檢測的加在中心導體7上的電流值輸入給斷路開關的控制器(未示出)。斷路開關的控制器根據該輸入電流值確定該斷路開關是斷開或者閉合，并將閉合或斷開指令傳送給操作機構2，從而控制操作機構2以保證正確接通或斷開斷路開關的導電接觸。
安裝在容器4內的斷開/閉合機構布置成這樣，即通過絕緣支架11安裝在容器4的一側(面向圖時的左側)上的固定斷開/閉合機構與通過絕緣支架15安裝在容器4的另一側(面向圖時的右側)上的活動斷開/閉合機構布置成在容器4的中心軸方向上彼此面對面。
絕緣支架11通過支架4c鎖定和保持就位。與中心導體7相連的導電件12鎖定并支承在絕緣支架11的支架4c的相對側。
導電件12是導電柱形件。向上凸出的柱形導體連接件12a安裝在該導電件的頂部。中心導體7插入該導體連接件12a內，且絕緣支架11的、與支架4c相反的端頭固定在導體連接件12a中。
根據本發明，導體連接件12a由絕緣支架11鎖定和支承；即，導電件12鎖定和支承在容器4的中心軸的上部。熱氣體通過導電件12的內周邊排入對著活動斷開/閉合機構的空間內。而且，熱氣體能排出，這樣，它不會與絕緣支架11直接接觸。這使得熱氣體能在固定斷開/閉合機構的一側有效排出，并能防止絕緣支架11的絕緣性能惡化。
在導電件12的、與絕緣支架11相反側的頂端處有固定主觸頭13。該固定主觸頭13是一柱形接觸電極，并且活動斷開/閉合機構的側部頂端徑向向內凸出。支架12b從導電件12的內周表面徑向向內凸出。固定電弧觸頭14由支架12b鎖定并保持就位。固定電弧觸頭14是安裝在容器4的中心軸上(或在固定主觸頭13的中心軸上)的桿形接觸電極。它從支架12b延伸向固定主觸頭13的頂端。
絕緣支架15為柱形，并由容器4鎖定和支承。端蓋18在容器4的另一端。
在端蓋18內部布置有旋轉軸控制桿17，該旋轉軸控制桿17與絕緣桿16和從操作機構2處延伸的操縱桿(未示出)相連。絕緣桿16布置于容器4的中心軸上，并通過絕緣支架15的內徑面朝固定斷開/閉合機構的側面延伸。由于操作機構2通過操縱桿和旋轉軸控制桿17的驅動力，絕緣桿16可以沿容器4的中心軸的方向(水平方向)運動。在絕緣桿16的、在固定斷開/閉合機構一側的頂端上有活動軸19。沿容器4的中心軸方向延伸的空心部分19a形成于該活動軸19。
可沿容器4的中心軸方向運動的活動軸19和活動電弧觸頭20在活動軸19的固定斷開/閉合機構的頂部。活動電弧觸頭20是一接觸電極，并布置成這樣，即它能夠沿容器4中心軸方向與面對面安裝的固定電弧觸頭14連接或斷開。換句話說，該結構能夠形成如下方式當活動軸19朝固定斷開/閉合機構運動時，活動電弧觸頭20的內周邊與可相對滑動的固定電弧觸頭14的外周邊接觸。當活動軸19離開固定斷開/閉合機構時，活動電弧觸頭20的內周邊離開固定電弧觸頭14的外周邊。
與活動軸19形成一體并可沿容器4的中心軸方向運動的吹氣氣缸21安裝在活動軸19的外周邊上。吹氣氣缸21是由導電材料制成的導體件，并設計成為包括外壁(也稱為外套管)和內壁(也稱為內套管)的雙套管。活動主觸頭27安裝在吹氣氣缸21的外壁的固定斷開/閉合機構的側端外表面上。活動主觸頭27是一接觸電極，并設計成這樣，即它能夠沿容器4的中心軸方向與面對面安裝的固定主觸頭13連接和斷開。換句話說，該結構能夠形成如下方式當吹氣氣缸21與活動軸19一起朝固定斷開/閉合機構運動時，活動主觸頭27的外周邊與可相對滑動的固定主觸頭13的內周邊接觸。當吹氣氣缸21與活動軸19一起離開固定斷開/閉合機構時，活動主觸頭27的外周邊離開固定主觸頭13的內周邊。
絕緣噴嘴22安裝在吹氣氣缸21的、在固定斷開/閉合機構一側的頂端上，以便覆蓋活動電弧觸頭20的外周邊。絕緣噴嘴22是柱形件，并與活動電弧觸頭20的外周邊配合，以便形成引導絕緣氣體從吹氣氣缸21排向活動電弧觸頭20的頂端的氣流通道22a。
在絕緣支架15的、在固定斷開/閉合機構一側的頂端上有與中心導體7相連的導電件23。該導電件23是柱形導體件，一柱形導體連接件23a以向上凸出的形式布置于該導電件23上方。中心導體7插入導體連接件23a中。導電觸頭24安裝在導電體23的、在固定斷開/閉合機構一側的頂端。導電觸頭24是柱形接觸電極，且其徑向厚度設計成大于其它部件的徑向厚度，從而保證在固定斷開/閉合機構一側的頂端沿徑向向內凸出。該導電觸頭設計成與相對其滑動的吹氣氣缸21的外壁的外表面接觸。
吹氣活塞25的、在絕緣支架15一側的頂端由支架23c鎖定和支承，該支架23c從導電件23的內表面徑向向內凸出。該吹氣活塞25是柱形件，其徑向厚度設計成大于其它部件的徑向厚度，從而保證它的在固定斷開/閉合機構一側的頂端沿徑向向外凸出。該吹氣活塞安裝在吹氣氣缸21內部。該吹氣活塞25的、在絕緣支架15一側的內徑大于其它部分的內徑。
在活動軸19的外周由吹氣氣缸21和吹氣活塞25形成吹氣室26。當吹氣氣缸21作用于固定吹氣活塞25上時，作為絕緣氣體的SF6氣體在吹氣室26內被壓縮。在吹氣室26內被壓縮的絕緣氣體通過排出口(未示出)排入流動通道22a中，該排出口在吹氣室26的絕緣噴嘴22側面并穿過流動通道22a和吹氣室26，該絕緣氣體通過流動通道22a吹到在固定電弧觸頭14和活動電弧觸頭20之間形成的電弧上。
由導電件23和觸頭24構成的排氣室28在吹氣室26附近，也就是在絕緣支架15那一側。被分開并供給到活動部件側的熱氣體通過活動軸19的空心部分19a排入排氣室28。在活動軸19的絕緣桿16一側，沿垂直于水平面的方向在兩徑向位置形成有排出口19b，熱氣體通過該排出口19b流過空心部分19a。該排出口19b沿斜向形成，以保證熱氣體從固定機構朝活動機構排出。排入排氣室28的熱氣體的溫度和速度由于氣體的對流而降低。活動部件側的排氣結構設計成能保證上述過程的結構，這樣，氣體就可以排入容器4內表面。而且，在導電件23的對著容器4的內表面的周向壁的吹氣室26的那一側上，與吹氣活塞25在絕緣支架15一側的內徑大于其它部件的內徑相對應，用于將排氣室28內的熱氣體排向容器4內部的排出口布置在以90度間隔開的四個徑向位置處。熱氣體從活動機構排向固定機構。
在導電件23上，氣體排出口55布置成水平方向，如后面所述。
下面介紹本發明的氣體斷路開關的工作過程，尤其是從閉合到斷開狀態的工作情況圖3所示為閉合狀態，圖4是除了不包括容器4外，其余與圖3相同的側視圖。
在該狀態下，固定主觸頭13與活動主觸頭27接觸，固定電弧觸頭14與活動電弧觸頭20接觸。這樣，從襯套5一側例如從固定斷開/閉合機構供給斷路開關的電流從金屬接線端配件8和中心導體7并通過導電件12流向固定主觸頭13和固定電弧觸頭14。流向固定主觸頭13和固定電弧觸頭14的電流再流向與該固定主觸頭13和固定電弧觸頭14接觸的活動主觸頭27和活動電弧觸頭20。供給到活動主觸頭27和活動電弧觸頭20的電流從吹氣氣缸21、觸頭24和導電件23并通過在套筒5另一側(活動斷開/閉合機構側)上的中心導體7和金屬接線端配件8直通該斷路開關。在該狀態下，活動軸19在氣體排出室28一側的排出口19b開口通過吹氣活塞25的內表面而保持封閉。
在氣體排出室28中，沿水平方向彼此相對的位置處布置有兩氣體排出口55。在間開氣體排出口45度角的位置處，排出口23b布置在徑向的四個位置處(圖3中，特意表示了排出口23b的橫截面，以便能很容易地看出其形狀)。
當故障電流由于系統故障而流入斷路開關時，該故障電流可以由電流互感器10檢測。該檢測使得斷路開關的控制器能夠向操作機構2發送斷開斷路開關的操作指令。然后，操作機構2起動斷開操作，以便使絕緣桿16向固定斷開/閉合機構的反向側運動，該斷路開關斷開。
圖5表示斷開狀態，圖6是除了不包括容器4外，其余與圖5相同的側視圖(在圖5中，特意表示了排出口23b的橫截面，以便能很容易看出其形狀)。
在斷開過程中，活動主觸頭27與固定主觸頭13分離，固定電弧觸頭14與活動電弧觸頭20接觸。這時，吹氣氣缸21位于活動斷開/閉合機構一側。絕緣氣體在吹氣室26中被壓縮。
當絕緣桿16向活動斷開/閉合機構的反向側運動時，吹氣氣缸21向活動斷開/閉合機構一側運動。這使得吹氣室26內的絕緣氣體進一步壓縮，并達到更高氣壓。活動軸19的、在氣體排出室28一側的排出口19b開口向絕緣支架15運動，氣體被釋放。
當如圖5所示活動電弧觸頭20與固定電弧觸頭14分離時，在固定電弧觸頭14和活動電弧觸頭20之間產生電弧30。這時，在吹氣室26內壓縮的絕緣氣體通過流動通道22a導向固定電弧觸頭14和活動電弧觸頭20之間的位置，并吹向電弧。這樣，電弧由該絕緣氣體消滅。
消滅電弧后的絕緣氣體變成熱氣體，并被分開導向固定斷開/閉合機構和活動斷開/閉合機構。這時，斷路開關完全斷開，即固定電弧觸頭14與活動電弧觸頭20的內表面分離，如圖5所示。
導向固定斷開/閉合機構的熱氣體通過導電件12的內表面排向對著活動斷開/閉合機構的空間。
這時，送向活動斷開/閉合機構的熱氣體通過活動軸19的空心部分19a流向絕緣桿16的側部，并通過排出口19b排入氣體排出室28。這時，朝氣體排出室28的排出口19b開口沿斜向生成，以便與活動軸19的空心部分形成銳角，且熱氣體從固定斷開/閉合機構排向活動斷開/閉合機構。
氣體排出室28的內部和絕緣支架15的內周彼此相連，如圖1至3所示。不過，在圖5和6所示狀態下，導電件23在絕緣支架15一側的開口被絕緣桿16上的圓形關閉件29封閉。因此，排入氣體排出室28內的熱氣體不會流向絕緣支架15的內部。
盡管溫度和速度將由于在氣體排出室28中的對流而降低，排入氣體排出室28內的熱氣體流向導電件23和氣體排出口55，并由排出口23b和氣體排出口55排向容器4的內表面。這時，排出口23b斜向形成，以保證在容器4側面的開口比在氣體排出室28側面的開口更靠近吹氣室26，因此，溫度和速度降低的熱氣體排向固定斷開/閉合機構。
氣體排出口55布置在與排出口19b偏離90度的位置處。因此，從排出口19b出來的熱氣體并不直接從氣體排出口55排出。它將排入絕緣支架15和容器4之間的空間內。
根據本發明，供給活動斷開/閉合機構的熱氣體從排出口19b排向氣體排出室28的、與吹氣室26反向的一側，該氣體排出室形成于吹氣室26的后面。在氣體的溫度和速度由于氣體排出室28中的對流而降低后，氣體通過排出口23b和氣體排出口55排入容器4。而在以前，氣體僅由氣體排出口55排出。排出口23b的增加使得氣體排出口55的排氣量可以控制。而且，它還可以抑制由于熱氣體直接吹到容器4的內表面上而引起容器4的絕緣強度的明顯降低。這樣就不需要使用遮護板以防止熱氣體直接吹到容器的內表面上，因此，容器4的直徑可以減小。這使得氣體斷路開關的尺寸減小。
本實施例允許溫度和速度降低的熱氣體通過排出口23b排向固定斷開/閉合機構。這可以中斷熱氣體從排出口23b向容器4的內表面運動的距離，從而減少熱氣體直接吹到容器4的內表面上。這進一步阻止容器4的絕緣強度的旋轉降低，由此，容器4的直徑能進一步減小，導致該氣體斷路開關的尺寸能進一步減小。
根據本實施例，兩個排出口19b、兩個氣體排出口55和四個排出口23b同心布置。這三種類型的排出口布置在不同位置，這樣，它們的位置不會相互重疊。這能增大熱氣體從排出口19b向氣體排出口55或排出口23b運動的距離，從而延長熱氣體在氣體排出室28中進行對流的時間。這還能阻止由于熱氣體直接吹到容器4的內表面上而引起容器4的絕緣強度顯著降低。因此，容器4的直徑能減小，從而使氣體斷路開關的尺寸減小。
根據本發明，在氣體溫度和速度由于在氣體排出室內的對流而降低后，熱氣體排向容器的內表面。這可以在沒有采用遮護板的情況下阻止由于熱氣體直接吹到容器的內表面上而引起容器的絕緣強度顯著降低。這使得容器的直徑能夠減小，從而使氣體斷路開關的尺寸減小。因此，本發明提供了一種氣體斷路開關，其中，容器的直徑可以減小，從而使氣體斷路開關的尺寸能減小。
權利要求
1.一種氣體斷路開關，包括一個裝有絕緣氣體的容器；一個固定觸頭，該固定觸頭安裝在所述容器內；一個活動觸頭，該活動觸頭與所述固定觸頭面對面安裝，這樣，它能夠與所述固定觸頭斷開；一個有空心部分的軸，用于使所述活動觸頭能夠由于通過絕緣桿傳遞的操作機構的力而運動；一吹氣室，該吹氣室在所述軸的外部，用于壓縮將要吹向在所述固定和活動觸頭之間所產生的電弧的氣體；一絕緣噴嘴，用于將所述吹氣室內的壓縮氣體引向所述電弧；以及一氣體排出室，該氣體排出室在所述吹氣室的后面；所述氣體斷路開關的特征在于從所述軸的空心部分排出的熱氣體由于在所述氣體排出室內的氣體對流而使氣體溫度和速度降低后，再排入所述容器的內部。
2.一種氣體斷路開關，包括一個裝有絕緣氣體的容器；一個固定觸頭，該固定觸頭安裝在所述容器內；一個活動觸頭，該活動觸頭與所述固定觸頭面對面安裝，這樣，它能夠與所述固定觸頭斷開；一個有空心部分的軸，用于使所述活動觸頭能夠由于通過絕緣桿傳遞的操作機構的力而運動；一吹氣室，該吹氣室在所述軸的外部，用于壓縮將要吹向在所述固定和活動觸頭之間所產生的電弧的氣體；一絕緣噴嘴，用于將所述吹氣室內的壓縮氣體引向所述電弧；以及一氣體排出室，該氣體排出室在所述吹氣室的后面；所述氣體斷路開關的特征在于提供有第一排出口，以便將已排入所述氣體排出室內的氣體排出到所述容器內側和所述氣體排出室外側之間的空間內；以及提供有第二排出口，該第二排出口比所述氣體排出室的所述第一排出口更靠近所述吹氣室；其中，所述第二排出口將使已排入所述氣體排出室內的氣體排出到所述容器內側和所述氣體排出室外側之間的空間內。
3.根據權利要求2所述的氣體斷路開關，其特征在于所述第二排出口布置成能保證所述氣體排出室內的氣體排向所述固定觸頭。
4.根據權利要求2或3所述的氣體斷路開關，其特征在于四個所述第二排出口環繞所述氣體排出室等間隔布置。
5.一種氣體斷路開關，包括一個裝有絕緣氣體的容器；一個固定觸頭，該固定觸頭安裝在所述容器內；一個活動觸頭，該活動觸頭與所述固定觸頭面對面安裝，這樣，它能夠與所述固定觸頭斷開；一個有空心部分的軸，用于使所述活動觸頭能夠由于通過絕緣桿傳遞的操作機構的力而運動；一吹氣室，該吹氣室在所述軸的外部，用于壓縮將吹向在所述固定和活動觸頭之間所產生的電弧的氣體；一絕緣噴嘴，用于將所述吹氣室內的壓縮氣體引向所述電弧；以及一氣體排出室，該氣體排出室在所述吹氣室的后面；一排出口，該排出口布置在所述氣體排出室內；所述氣體斷路開關的特征在于排入所述排出口的氣體斜向排出到所述容器內側和所述氣體排出室外側之間的空間內。
6.根據權利要求5所述的氣體斷路開關，其特征在于在所述氣體排出室中提供有第二排出口，從固定觸頭方向看，所述第二排出口在比所述排出口更靠近活動觸頭的位置處。
7.根據權利要求5和6所述的氣體斷路開關，其特征在于四個所述排出口環繞所述氣體排出室等間隔布置。
全文摘要
為了提供能減小熱氣體引起的容器絕緣強度顯著降低且尺寸能減小的氣體斷路開關,本發明特征在于活動斷開/閉合機構的熱氣體排出機構,它能保證分離和供給活動斷開/閉合機構的熱氣體從排出口排向氣體排出室的與吹氣室相反的一側,氣體排出室形成于吹氣室后面,能保證氣體在其溫度和速度由于吹氣室內對流而降低后再通過排出口排向容器內表面。其能阻止由于熱氣體直接吹到容器的內表面上而引起的容器的絕緣強度顯著降低。
文檔編號H01H33/91GK1372287SQ0113304
公開日2002年10月2日 申請日期2001年9月14日 優先權日2001年2月22日
發明者今村正興, 河本英雄 申請人:株式會社日立制作所