负荷开关设备的制作方法

本实用新型涉及电力设备技术，具体地说涉及一种兼具压气灭弧和产气灭弧两种灭弧方式的中压负荷开关设备。

背景技术：

现在市场上的12kV中压负荷开关设备中，能实现小型化的主要有二种结构：一种是利用SF6(六氟化硫)气体灭弧的形式，如中国专利CN101425421A就公开了这种技术，但SF6气体是非环保气体，其发展受到限制；另一种是用真空灭弧的形式，如中国专利CN101800137B就公开了这种技术，但成本很高也没隔离断口。

目前压气式和产气式结构的压负荷开关设备，都是以敞开式的形式出现的，它的体积大，裸露在空气中易受环境的影响，无法满足免维护的要求。

此外，目前针对压气式和产气式结构的设计都是相对粗糙的，没有针对灭弧结构和气流结构进行细化的设计，所以灭弧性能都比较差，无法实现小型化，不能有效降低成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目是，提供一种兼具压气灭弧和产气灭弧两种灭弧方式的中压负荷开关设备的负荷开关设备结构，提高灭弧性能，降低成本。

本实用新型的第二个目的是，提供一种具有优化的引弧触头结构的负荷开关设备，提高开断电流时电流转移的能力。

本实用新型的第三个目的是，提供一种具有优化的喷嘴结构的负荷开关设备，能够优化气流流场，强化灭弧能力。

为实现上述发明目的，本实用新型实施例提供一种负荷开关设备，包括箱体和负荷开关，所述负荷开关设置于所述箱体内，所述箱体为气密箱体；所述负荷开关包括第一导电端、第二导电端和导电杆，所述导电杆第一端能与第一导电端接触导电或分离绝缘，所述导电杆第二端与第二导电端可活动地保持导电接触，通过所述导电杆在接触导电或分离绝缘间直线运动，实现所述负荷开关的合闸或分闸；在分闸状态，所述导电杆第一端与所述第一导电端之间具有纯绝缘断口；所述导电杆第二端内套装有一个固定活塞，所述活塞前端至所述导电杆内部的空间形成为灭弧压气空间；所述灭弧压气空间与一个面向所述第一导电端的喷嘴连通，所述导电杆分离后移使压气空间变小，产生气流以熄灭分闸时在所述第一导电端与所述导电杆第一端之间所产生的电弧。

根据本实用新型实施例，其中所述箱体内还设置有接地开关，所述接地开关被一个接地开关操作机构控制，所述接地开关能与所述第一导电端或第二导电端接触或断开；所述箱体还设置有一个负荷开关操作机构，所述负荷开关操作机构驱动所述负荷开关合闸或分闸，所述负荷开关操作机构与所述接地开关操作机构之间设有联锁装置，通过所述联锁装置控制所述负荷开关和所述接地开关之间择一实施接触导通。

根据本实用新型实施例，其中所述导电杆为一个具有腔体的中空结构；所述导电杆安装于第二导电端与活塞之间的间隙，并将所述活塞容纳于所述腔体中，所述第二导电端的第二触头则接触在所述导电杆的外表面，所述第二触头与运动过程中的所述导电杆始终保持电连接；该活塞与所述腔体构成一个体积可变的气体容纳空间；所述导电杆包括朝向所述第一导电端的第一端，以及朝向所述第二导电端的第二端；其中所述导电杆的第一端设有一个与所述气体容纳空间连通的气流喷嘴以及一个产气元件；所述导电杆向靠近所述第一导电端的方向移动以与所述第一导电端导电连接，达到合闸状态，此时所述气体容纳空间体积变大且吸入气体；所述导电杆向远离所述第一导电端的方向移动以与所述第一导电端导分离，达到分闸状态，所述产气元件接收所述导电杆与所述第一触头分离时产生的电弧能量，释放灭弧气体以熄灭电弧；同时所述气体容纳空间的体积缩小而产生高压气流，自所述气流喷嘴喷出以熄灭电弧。

根据本实用新型实施例，其中所述导电杆端部在靠近喷嘴位置还具有产气元件，所述产气元件受电弧作用释放灭弧气体熄灭电弧。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关的气流喷嘴包括一个中空的空腔和一个嘴头，所述嘴头设于所述气流喷嘴的顶部，用于喷出气流；所述气流喷嘴以其底部结合在所述导电杆的第一端，所述空腔介于所述气流喷嘴的顶部与底部之间。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关第一导电端还包括一个第一触头座和一个静引弧触头，所述第一触头及所述静引弧触头均固定并导电连接于所述第一触头座；所述静引弧触头的末端比所述第一触头更接近所述导电杆；所述导电杆的第一端还设有一个与所述静引弧触头配合连接的动引弧触头，所述动引弧触头与所述导电杆导电连接。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关动引弧触头包括一个动引弧触头本体及自所述动引弧触头本体垂直延伸的多个花瓣状弹性触片；所述动引弧触头本体与所述导电杆电连接；所述花瓣状触片形成环状，能够环抱在所述静引弧触头的外部，使在分闸瞬间所述静引弧触头与所述动引弧触头仍保持导电连接。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关动引弧触头位于所述喷嘴的空腔的底部，而所述产气元件设在所述喷嘴的内壁与所述动引弧触头之间。

根据本实用新型实施例，其中所述联锁装置包括负荷开关联锁片、联锁板以及接地开关联锁片，所述负荷开关联锁片耦接于所述负荷开关操作机构；所述接地开关联锁片耦接于所述接地开关操作机构；所述联锁板可活动地限位在所述负荷开关联锁片以及接地开关联锁片之间，所述负荷开关联锁片以及接地开关联锁片均设有面向所述联锁板的卡合部。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关联锁片卡合部是一个凹槽，且该凹槽与所述负荷开关联锁片外边缘平滑过渡；所述接地开关联锁片卡合部是一个凹槽，且该凹槽与所述接地开关联锁片外边缘平滑过渡；所述联锁板与所述负荷开关联锁片以及接地开关联锁片之间具有间隙，该间隙大于所述联锁板单端从凹槽脱出的间隙，但小于所述联锁板双端从凹槽脱出的间隙。

根据本实用新型实施例，其中所述负荷开关操作机构包括驱动轴以绝缘拐臂，所述驱动轴从所述箱体外侧伸入；所述绝缘拐臂一端固定连接于所述驱动轴；所述绝缘拐臂另一端连接可转动地连接在所述导电杆。

根据本实用新型实施例，其中所述活塞开设有侧向贯通的轴向长孔，所述绝缘拐臂与所述导电杆之间通过一个销轴进行联动，该销轴能在该轴向长孔移动；所述绝缘拐臂上开设一个长孔限位所述销轴。

本实用新型的有益技术效果包括：针对目前市场开关设备的以上问题，本实用新型实施例提供一种新颖结构的开关设备，它安装在小型化的密闭气箱内，使用的灭弧介质是非SF6气体的环保气体。

本实用新型实施例的负荷开关将压气式结构和产气式结构巧妙结合，提高了灭弧性能，降低了成本，并实现产品小型化。

附图说明

图1：本实用新型实施例的负荷开关设备处于分闸位置的剖视图；

图2：本实用新型实施例的接地开关处于合闸位置负荷开关分闸位置的剖视图；

图3：本实用新型实施例的负荷开关处于合闸位置接地开关分闸位置的剖视图；

图4：本实用新型实施例的负荷开关的接地开关相应操作机构的正视图；

图5：本实用新型实施例的负荷开关设备结构布置的侧视图；

图6：本实用新型实施例的负荷开关设备负荷开关与接地开关一体化布置的剖视图；

图7为本实用新型实施例的灭弧负荷开关处于合闸位置的剖视图；

图8为图7所示实施例的灭弧负荷开关处于分闸位置的剖视图；

图9为图7所示实施例开关的导电杆与第二导电端分离状态的结构示意图；

图10为本实用新型实施例联锁装置动作原理示意图一；

图11为本实用新型实施例联锁装置动作原理示意图二；

图12为本实用新型实施例联锁装置动作原理示意图三。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

参照图1至6所示，本实用新型实施例提供一种负荷开关设备，主要包括气箱9与气箱9内的负荷开关。本实施例中气箱9为气密箱体，气箱9包括上封板91、左封板92、下封板93、右封板94、前封板95和后封板96，这些封板通过装配或焊接组成一个独立的密封空间。本实用新型实施例中气箱9属于小型化的密闭气箱，气箱9填充使用的灭弧介质是非SF6气体的环保气体，如干燥空气、氮气、二氧化碳等不含氟元素环保气体。

气箱9内可以选择布置有一个框架2，负荷开关等可定位或固定在内部框架2上。框架2可由侧板、梁板通过装配或焊接组成一个框架式结构支撑体。本领域技术人员应该理解的是，框架2可由多种选择和实施方式，并不以图中示意结构为限制。

具体实施例中，气箱9内包括负荷开关1和接地开关3。本实用新型实施过程中，负荷开关操作机构7可通过操作轴71来驱动负荷开关1旋转运动，实现分、合的功能，接地开关操作机构8可通过操作轴72来驱动接地开关3旋转运动，实现分闸、合闸的功能，合闸时接地开关3的动触片可与负荷开关1的第二导电端接触形成接地回路。

具体实施例中，灭弧负荷开关1包括第一导电端11、第二导电端13、一个被驱动运动的导电杆12(见图3)以及驱动导电杆12上下运动的绝缘拐臂14。通过导电杆12的运动，可将第一导电端11和第二导电端13之间达成电性导通或断开，以实现开关的合闸和分闸的操作。

在第一导电端11和第二导电端13上分别设置了屏蔽罩116和屏蔽罩139，以均压原理来改善负荷开关1断口间的电场，这里屏蔽罩选择使用导电材料制成，具体选择以金属材料制成，屏蔽罩116和屏蔽罩139均留有开口，以供设置导电杆12。设置屏蔽罩可提高负荷开关三相间以及相对地间的绝缘水平，以满足小型化的需求。

具体实施例中，气箱9上还设置了上端电缆锥51和下端电缆锥54，通过上端母线将上端电缆锥51和第一导电端11连接起来，下端电缆锥54和第二导电端13则由下端母线棒52连接起来，形成导电回路。

第一导电端11固定在绝缘基座81上，其中的梅花触片可在弹簧力的作用下与导电杆12可靠接触，形成可灵活运动的导电回路；与导电杆12配合的一个活塞杆134可固定在绝缘基座81下侧的绝缘基座83上，绝缘基座83与第二导电端13相对静止。

图7为本实用新型实施例的灭弧负荷开关处于合闸位置的剖视图；图8为图7所示实施例的灭弧负荷开关处于分闸位置的剖视图；图9为图7所示实施例开关的导电杆与第二导电端分离状态的结构示意图。

如图7-9所示，灭弧负荷开关包括第一导电端11、第二导电端13(见图9)和一个被驱动运动的导电杆12。通过导电杆12的运动，可将第一导电端11和第二导电端13之间达成电性导通或断开，以实现开关的合闸和分闸的操作。

其中图7示例为合闸状态，导电杆12的第一端121与第一导电端11的第一触头111导电接触，导电杆12的第二端122与第二导电端13的第二触头131导电接触；图8示例为分闸状态，导电杆12的第一端121离开第一导电端11的第一触头111，尽管第二导电端13的第二触头131仍与导电杆12的第二端122导电接触，但第一导电端11与第二导电端13已处于断开状态。

结合图7和图9所示，其中第二导电端13包括第二导电端绝缘基座133、固定在第二导电端绝缘基座133上的第二触头座132、第二触头131以及一活塞杆134，用于固定该活塞杆134的活塞杆基座135，活塞杆基座135固定在绝缘基座83，或与绝缘基座83一体成型。

活塞杆134的第二端固定在一个绝缘性质的活塞杆基座135上，且以竖直方向设置，活塞杆134的第一端设有一个环凹槽1341，在该环凹槽1341内填入密封圈1342，该活塞杆134的第一端配合密封圈1342共同组成一个活塞，该活塞内置于导电杆的腔体内。

在本实施例中，该第二导电端绝缘基座133、第二触头座132、第二触头131中间有孔供该活塞杆134穿过；换句话说，第二导电端绝缘基座133、第二触头座132和第二触头131是环设在活塞杆134的外部，中间具有供活塞杆134穿过的孔。其中第二触头131较佳为一个具有向内弹力的环套形导电触头，例如梅花触片；梅花触片由数个具有间隙的金属导电片围成一个环圈，在环圈的外周设有捆绑用的弹簧圈。借助该弹簧圈的弹力，使第二触头131始终保持有向内的弹力，而借助该弹力其能够环抱在杆状导电件的外部，形成可靠的导电连接。如图7所示，第二触头131的一端在弹簧力的作用下，环抱在第二触头座132的外部，并与其形成可靠的电连接和相互固定；第二触头131的另一端可供环抱在另一个杆状导电件外部，形成可靠电连接。如图9所示，第二触头131环设于活塞杆134的外部，且二者之间形成一间隙，而该间隙恰供一个导电杆12插入其间，此时导电杆12的第二端122外壁被第二触头131环抱并达成导电连接。

再结合图7至图9的结构，导电杆12实为一个中空的，具有一腔体123的管状金属件,导电杆12具有导电性。其腔体123可储存空气。导电杆12套设于活塞杆134的外部，而活塞杆134上的密封圈1342恰可与导电杆腔体123的内壁面紧密接触，实现密封效果，使腔体123中位于活塞杆134上面的部分构成一个体积可变的气体容纳空间V。换言之，活塞杆134带有密封圈1342的一端事实上构成第一个活塞结构，该活塞被容纳在腔体123中，可用于密封和压缩气体。活塞杆134还可开设有侧向贯通的轴向长孔(见图1至图3所示意)，绝缘拐臂14与导电杆12之间通过一个销轴进行联动，该销轴能在该轴向长孔移动；绝缘拐臂14上开设一个长孔限位该销轴。

导电杆12外部连接一个拐臂14，拐臂14为分闸或合闸的操作端，拐臂14带动导电杆12上下移动，在导电杆12移动的过程中，其相对第二触头131滑动，但由于第二触头131是一种具有向内弹力的导电环套，因此第二触头131可借助其向内的弹力紧紧靠在导电杆12的外部，使在导电杆12运动过程中，第二触头131与到导电杆12仍然保持导电连接，实现灵活的运动式连接。

结合图8、图9所示，导电杆12的第一端121，具体在导电杆12的第一端端部设有一个气流喷嘴15以及一个产气元件17。其中气流喷嘴15包括一个空腔151和一个嘴头152，空腔151位于气流喷嘴15的下部，可暂存一定量蓄积气体，其中也包括产气元件17产生的灭弧气体。气流喷嘴15底部与导电杆12的第一端121固定连接，且与气体容纳空间V构成气体连通状态。嘴头152设于气流喷嘴15的顶部，并向上延伸一定长度，用于蓄压喷出高速气流。产气元件17为高温高热作用下可释放灭弧气体的材料制成的固体元件。优选的，让产气元件17设置在气流喷嘴15的空腔151内。如此设计的目的是，分闸产生的电弧带来的高温高热，使产气元件17表面气化释放出灭弧气体，灭弧气体在空腔151内暂存，被从导电杆内腔腔体123内挤压出来的高压高速空气流冲带，一并从气流喷嘴15的嘴头152处喷射出去，有助于提高灭弧效率。因此，产气元件17设置在气流喷嘴15的空腔151内部，可最大程度的提高产气的能力及利用效率。举例而言，产气元件17选择是一种可由聚四氟乙烯制成的固体元件。

在导电杆12的第一端121的端部还固定结合一个动引弧触头16。如图7所示的，动引弧触头16也选择设于气流喷嘴15的空腔151内，且动引弧触头16包括一个动引弧触头本体161和触片162，触片162正对嘴头152下方，以便上导电座11的静引弧触头114可从嘴头152中间的通孔进入后，最终可与触片162导电接触。其中触片162自动引弧触头本体161垂直延伸呈一圆筒状结构，产气元件17为一个产气环，套设在该触片162的外侧，产气环中间有一个轴向的通孔，该通孔不仅可供气体容纳空间V中的气体顺利喷出，还提供静引弧触头114从中穿过。产气环与触片162之间较佳具有一定间距，该间距便于产气环产生的气体顺畅地释放出来。

再结合图7、图8所示的上导电座11的结构示意图。第一导电端11包括一个第一导电端绝缘基座113，该绝缘基座113上固定设有一个第一触头座112，第一触头座112的剖面概呈“冂”字形。第一触头111较佳为一个具有向内弹力的环套形导电触头，例如梅花触片；梅花触片由数个具有间隙的金属导电片围成一个环圈，在环圈的外周设有捆绑用的弹簧圈。借此，该第一触头111始终保持有向内的弹力，故能够环抱在一个杆状导电件的外部，形成可靠的导电连接。其中第一触头111的一端紧箍在第一触头座112外部并导电连接。第一触头111的第二端向下伸出，在第一触头111的第二端内侧形成一个可供导电杆12伸入的对接空间。第一触头座112上还固定设有一个静引弧触头114，该静引弧触头114设置在第一触头111的内侧，静引弧触头114比第一触头111的第二端更靠下方(更接近导电杆12)。该静引弧触头114固定并导电连接第一触头座112，以形成灭弧回路。静引弧触头114可从导电杆12第一端的气流喷嘴15的嘴头152处穿入，直至与位于嘴头152下方的动引弧触头的触片162连接。

该灭弧负荷开关1的合闸过程为：开关介导合闸指示，操作拐臂14，带动导电杆12向上移动，此时气体容纳空间V的体积逐渐变大并不断从嘴头152处吸入空气；随着导电杆12进入到第一触头111下方内侧的对接空间中，第一触头111以其向内收的弹力紧紧环抱住导电杆12的外壁形成了可靠的导电连接，直至导电杆12上移至最大行程，此时气体容纳空间V的体积处于最大状态(如图7的Vmax)。与此同时，第一触头座112上的静引弧触头114从导电杆12第一端的气流喷嘴15的嘴头152处穿入与动引弧触头的触片162导电连接。

该灭弧负荷开关1的分闸过程为：开关接到分闸指示，操作拐臂14带动导电杆12整体向下移动(图8右侧箭头所指)，此时由于活塞杆134是不动的(活塞杆134起到压缩气体及引导导电杆12直线运动的作用)，且活塞杆134第一端的密封圈1342与导电杆12的腔体123内壁呈密封，导致气体容纳空间V不断变小(如图8的Vmin)，并形成高速高压气体以熄灭产生的电弧。与此同时，气流喷嘴15的空腔151中所设产气元件17，其受到分闸电弧的高温高热能量影响，其表面气化产生大量灭弧气体，首先蓄积和暂存在空腔151内(避免气体外泄污染环境)，再伴随从气体容纳空间V中挤压出来的空气一起冲向电弧，提升灭弧能力。

其中，产气元件17为一个套设在动引弧触头的触片162外侧的一个产气环，因而随着开关的使用时间变长，可根据需要更换新的产气环元件。而产气环位于空腔151内部、气流喷嘴的嘴头152与动引弧触头16之间，避免高温产生的灭弧气体外泄，并可最大限度得到气体容纳空间V挤出的空气动能冲击作用，获得较大初速度。静引弧触头114较第一触头111更接近导电杆12，故在分闸时，最先断开的是导电杆12与第一触头111，其次才是静引弧触头114与动引弧触头16；因此，在开始断开的阶段，大量电流会集中到静引弧触头114与动引弧触头16的回路上，而后静引弧触头114与动引弧触头16断开，故强电弧会集中在动引弧触头16附近，因此将产气元件17套在动引弧触头16的触片162外部，更能最大程度地利用电弧能量，提高产气效率和利用效率。

再结合图1至图3所示意，活塞杆134的前端还嵌装有缓冲件138，该缓冲件138能与气流喷嘴15及动引弧触头16活动配合，缓冲件138上端减缩形成圆头，在分闸状态，缓冲件138可与喉部153进行密封接触，分闸动作时，缓冲件138可在气体压力作用下为分闸动作提供缓冲。

在本实施例中，导电杆12的运动行程最大可设定为140mm，可满足小型化的设计要求。在合闸、分闸及压气灭弧、产气灭弧过程中，唯一的运动件是导电杆12，仅导电杆12的一个下移过程即可完成了分闸、引弧、灭弧的动作。相比现有技术而言，其灭弧功能部件仅设置在导电杆12的端部(无需对第一导电端配合性地设置任何灭弧功能部件)，具有结构更加简单，设计更巧妙的特点。而且导电杆内部腔体123呈中空状，故能提供相对足够大的气体容纳空间，为形成更高压高速更多的灭弧空气气流提供有利基础条件。整体结构简单，将压气灭弧结构和产气灭弧结构有机灵巧地结合，不仅提升了灭弧效能还可降低成本，并实现产品的小型化。

在本实施例中，负荷开关分闸状态下，导电杆12的端部与第一触头111为纯绝缘断口，同时实现了负荷开关和隔离开关的功能。而本领域技术人员应该理解，纯绝缘断口是指静触头与动触头之间在分闸位置时，动、静触头间除了所充气体外，没有跨接任何其它物质；现在技术中有些产品有跨接物，跨接接物的材料主要是绝缘材料制成的，如环氧树脂、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等。

其中，本实施例中用到的第一触头111、第二触头131为梅花触片，在其他实施例中，也可选择为环形的弹簧触指或一种包含多个纵向延伸的卡爪的导电环套等类似可以环抱方式导电连接的触头结构。

虽然在本实施例中，是以密封圈1342配合活塞杆134形成一个与腔体123密封的活塞结构，但在其他实施例中，活塞杆134的第一端可结合一个橡胶塞体，代替密封圈1342。此外，在其他实施例中，拐臂14可替换成任何可驱动导电杆12上下移动的驱动结构。

如图1至图6并参照图11至图12，负荷开关操作机构7与接地开关操作机构8之间还选择设置有联锁装置41来实现以下联锁功能：负荷开关1合闸时接地开关3不能合闸，接地开关3合闸时负荷开关1不能合闸。

如图10，在负荷开关和接地开关都处在分闸位置时，负荷开关联锁片411和413的凹口都朝向联锁板412，没有联锁关系，负荷开关或接地开关都可以进行合闸操作，如图11，当负荷开关合闸时，负荷开关联锁片411的凹口旋转一角度，将联锁板412向下压，联锁板412的下端顶在接地开关联锁片413上形成联锁，此时接地开关联锁片413不能再旋转，也就是接地开关不能进行合闸操作，如图12，当接地开关合闸时，413的凹口旋转一角度，将联锁板412向上压，联锁板412的上端顶在负荷开关联锁片411上形成联锁，此时负荷开关联锁片411不能再旋转，也就是负荷开关不能进行合闸操作。

针对目前市场开关设备的以上问题，本实用新型提供一种新颖结构的开关设备，它安装在小型化的密闭气箱内，使用的灭弧介质是非SF6气体的环保气体；本实用新型负荷开关将压气式结构和产气式结构巧妙结合，提高灭弧性能，降低成本，并实现产品小型化。

以上，仅为本实用新型代表性的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。