具有双导电壳体的开关装置的制作方法

本发明总体涉及一种用于封装的配电开关设备的开关装置，并且涉及一种包括这种开关装置的配电开关设备。

背景技术：

开关设备用于电力系统，旨在控制、保护和隔离电气设备。在配电网中，开关设备位于电力变压器的高压侧和低压侧上。

目前用于中压的开关设备通常是气体绝缘开关设备，其中绝缘气体是六氟化硫(sf6)。sf6的使用允许开关设备的紧凑设计，因为sf6具有出色的灭弧、电绝缘以及散热性能。

尽管sf6具有许多优点，但由于sf6的高的全球变暖潜能(gwp)，最近已经引入了替代品。

wo2014154292a1公开了一种无sf6的开关组件和开关设备，其中真空断路器安装到单个导电壳体。

us8232496b2和us7767917b2公开了吹弧式负载断路开关。在断开连接的位置，单独的场控制器电屏蔽移动和静止的触头组。这些开关具有用于致动器机构的热塑性外壳，并且主要旨在使用sf6作为介电绝缘介质。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于封装的配电开关设备的改进的开关装置。开关装置将被设计成使得开关设备的电绝缘和灭弧介质经受尽可能小的电应力。同时，必要的是开关装置以及开关设备保持紧凑并且可靠。进一步的目的包括开关装置和开关设备相对简单地组装，并且在某些时候相对简单地拆卸以便重复使用或再循环。

这些目的通过所附权利要求的装置来实现。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于封装的配电开关设备的开关装置，该开关装置包括：

-第一导电壳体，包围用于第一触头组件的致动器机构，以及

-第二导电壳体，包围第二触头组件，

-所述第一导电壳体布置在距所述第二导电壳体的距离d处。

通过将触头组件或至少将所述组件中的一个组件的致动器机构布置在单独的导电壳体中，开关装置的介电耐受能力被改善。相间和相地间的电绝缘水平均被改善。因此，减少了对开关装置周围的介质的介电要求。已经表明，通过这种方式，通常使用的电绝缘和灭弧介质sf6可以被更换为更低的全球变暖潜能的介质。

在开关装置的闭合状态下，第一触头组件与第二触头组件电连接。在开关装置的断开状态下，第一触头组件不与第二触头组件电连接。致动器机构被布置成使第一触头组件在断开状态与闭合状态之间移动。

第二导电壳体优选为具有圆形外表面的杯形。以这种方式，第二导电壳体可以形成用于第二触头组件的有效电场控制器。由此，开关装置的介电耐受能力被进一步改善。如果第二导电壳体配备有光滑的外表面，也是有益的。

优选地，第二触头组件被布置在第二导电壳体内部。这将表示第二触头组件的任何部分都不突出到第二导电壳体的轮廓之外。

通过使用相对较大的第二导电壳体，第二导电壳体可以形成甚至更有效的电场控制器。优选地，第二导电壳体的最小外尺寸至少是第二触头组件的最大外径的2倍。在大部分设计中，第二导电壳体的外尺寸不应大于第二触头组件的最大外径的4倍。

优选地，静止触头组件被布置成与第二导电壳体导热连接，使得第二导电壳体可以用作用于该静止触头组件的热交换器。静止触头组件可以直接机械地固定到第二导电壳体。如上所限定的相对较大的第二导电壳体可以使第二导电壳体成为更有效的热交换器。

第二导电壳体可以机械地固定到其中布置有开关装置的封装的配电开关设备的汇流条。第二导电壳体可以直接机械地固定到汇流条。第二导电壳体可以包括用于附接到汇流条的机械附接接口。备选地，第二导电壳体可以熔接或焊接到汇流条。

优选地，当开关装置处于断开状态时，第一导电壳体包围第一触头组件。这将表示，在断开状态下，第一触头组件的任何部分都不突出第一导电壳体的轮廓之外。

第一导电壳体可以包围接地开关的至少一个部件。所述部件可以是移动接地触头。更确切地说，接地开关部件可以是接地刀。

开关装置包括第三壳体，该第三壳体是电绝缘的、并且布置在第一导电壳体与第二导电壳体之间。第三壳体可以是第一触头组件在其中操作的壳体。第一触头组件可以是吹弧式开关的可移动触头。在这种情况下，可移动触头能够在闭合与断开状态之间在第三壳体内部线性地移动。

开关装置可以适用于在1–52kvac的电压范围内操作。1–52kvac的电压范围可被称为中压(mv)，参见标准ec62271-103。然而，1kv以上的所有电压都可以被称为高压(hv)。

上述开关装置是吹弧式开关。使用吹弧式开关的优点是可以以相对低的成本来管理相对高的电力，同时降低了对开关装置周围的介质上的介电要求。优选地，开关装置是吹弧式负载断路开关。

根据本发明的第二方面，提供了一种配电开关设备，该配电开关设备包括密封的气密外壳，如上所述的至少一个开关装置定位在该气密外壳内部。这种开关设备可以被称为气体绝缘开关设备(gis)。

配电开关设备可以包括汇流条。上述第二导电壳体可以机械地固定到所述汇流条。汇流条可以包括机械附接接口，其适用于与第二导电壳体的机械附接接口相配合。例如，第二导电壳体和汇流条两者可以配备有用于螺钉或螺栓的对应孔。

配电开关设备的外壳可以包括通孔，电绝缘材料的开关装置操作轴可以插入该通孔中。所述开关装置操作轴可以适用于操作用于第一触头组件的致动器机构。开关装置操作轴可以被构造成围绕其纵向轴线旋转，以用于操作所述致动器机构。以类似的方式，在第一导电壳体包围接地开关的至少一个部件的情况下，可以布置有接地开关操作轴。

配电开关设备可以填充有全球变暖潜能低于sf6的全球变暖潜能的介电绝缘介质。例如，介电绝缘介质可以是干燥空气或技术空气(technicalair)。介电绝缘介质还可以包括从由以下组成的一组中选择的有机氟化合物：氟醚、环氧乙烷、氟胺、氟代酮、氟代烯烃、氟代腈、以及其混合物和/或分解产物。

附图说明

将参照附图更详细地解释本发明，其中

图1示出了处于闭合状态的开关装置的本发明的实施例，

图2示出了处于断开状态的开关装置，以及

图3示出了集成在开关装置的一个壳体中的接地开关的部件的实施例。

具体实施方式

参照图1至图3，示出了开关设备100，该开关设备100包括含有开关装置10的金属外壳110。如外壳110内的点状阴影所示，开关设备100填充有电绝缘气体。

开关设备100进一步包括汇流条120，并且还可以包括呈选择器开关(参见wo2014154292a1)或类似形式的安全开关，然而本文未示出该安全开关。如wo2014154292a1中所公开的，开关设备100可以保留多个汇流条120和多个开关装置10，但是为了简洁，本文仅示出了一个汇流条120和一个开关装置10。

如通过引导到外壳110的下波浪线示意性地示出的，开关装置10连接到电源，该电源通常为1–52kvac。电力通过开关装置10被引导到汇流条120。虽然未示出，但是引导到外壳110以及从外壳110向外引导的电力线被电绝缘套管围绕。外壳110由导电材料制成并且处于地电势。在左下角示出了开关设备外壳110接地。

在本实施例中，开关装置10是吹弧式负载断路开关10。负载断路开关包括移动(或“可移动”)触头组件30和静止触头组件50。图1和图3示出了在负载断路开关10的闭合状态中集合在一起的触头组件30、50，而图2示出了在分开时(即，在负载断路开关10的断开状态中)的触头组件30、50。

移动触头组件30由致动器机构25操作，致动器机构25进而由穿过开关设备100的电绝缘材料的操作轴(未示出)操作。致动器机构包括杆25，该杆25将操作轴的旋转运动(由弯曲双箭头示出)转变为移动触头组件30的线性运动(由直双箭头示出)。可以看出，在杆25的一端处包括适配于操作轴的横截面形状的非圆形通孔，操作轴通过该非圆形通孔引导。杆25的另一端优选地经由连接杆(未示出)而被机械地连接到移动触头组件。关于如何可以设计并操作操作轴和致动器机构25的细节，参考us7767917b2。

用于移动触头组件30的致动器机构25被布置在第一导电壳体20(下文中称为“第一壳体20”)内部。如在图2中可以看出，在负载断路开关10的断开状态中，不仅致动器机构25而且整个移动触头组件30容纳在所述第一壳体20内。类似地，静止触头组件50被布置在第二导电壳体50(下文中称为“第二壳体50”)内部。

第一壳体20与移动触头组件30处于相同的电势。第二壳体40与静止触头组件50处于相同的电势。

当触头组件30、50处于闭合状态时，壳体20、40两者都处于带电电势，其由图1中的闪电示出。当触头组件30、50处于断开状态时，仅一个壳体20、40处于带电电势。在该示例中，当触头组件30、50处于断开状态时，仅第一壳体20处于带电电势，参见图2。

在第一壳体20与第二壳体40之间布置有第三壳体60。第三壳体60是电绝缘的，它可以由热塑性材料制成。如图所示，移动触头组件30在电绝缘壳体60(下文中称为“第三壳体60”)内线性地移动。更确切地说，移动触头组件30适用于从移动触头组件30从第一壳体20延伸到第二壳体40的负载断开开关10的闭合或导电状态(图1)移动到移动触头组件30基本上缩回到第一壳体20内部的断开或非导电状态(图2)。在该示例中，移动触头组件30在断开状态中完全缩回到第一壳体20内部。第一壳体20包括用于移动触头组件30的、优选地呈圆孔形式的开口(未示出)。

第一壳体20与第二壳体40之间的距离d被选择为使得隔离开关的介电强度要求被实现。因此，负载断路开关10可以用作负载断路开关和隔离开关两者。距离d对应于第三壳体60的高度。第三壳体60实现了吹弧式负载断路开关10的功能，这里没有详细描述该吹弧式负载断路开关，参见us8232496b2(“container10”)。

现在，从图2可以理解，第一触头组件30和第二触头组件50在分开的导电壳体20、40中的布置使得负载断路开关10不易受到在该负载断路开关10与任何相邻负载断路开关之间以及在触头组件、壳体或这些中的任意一个与外壳之间发生的电弧故障的影响。换言之，负载断路开关的介电耐受能力增加。第一壳体20和第二壳体40用作电场控制器，该电场控制器用于布置在第一壳体20和第二壳体40内的带电(连接到≥1kvac的电压)部件。

优选地，第一壳体20和第二壳体40被设计成具有平坦或圆形的外表面，这确保了在壳体与具有不同电势的所有相邻导电部件之间的电场的最佳分布。这里圆形表面可以被限定为曲率半径不小于5mm的表面。通过确保第一壳体20和第二壳体40的光滑外表面可以进一步改善介电耐受能力。出于此原因，第一壳体20和第二壳体40可以被抛光或甚至被研磨。

现在更详细地描述形成用于静止触头组件50的电场控制器的第二壳体40，该壳体40是杯形的，具有封闭的底部42(图中的上端)、圆柱形侧壁44和敞开的边缘46(图中的下端)。静止触头组件50电连接到第二壳体40的底部42。如图1所示，在闭合状态下，移动触头组件30穿过敞开的边缘46并且进入第二壳体40内部，在第二壳体40中与静止触头组件50触头。在断开状态中，如图2所示，杯形的第二壳体40用作静止触头组件50的电场控制器。如图所示，边缘46被倒圆角以确保电场的最佳分布。

与静止触头组件50相比，第二壳体40相对较大，这对于围绕所述壳体40的电场的分布具有有益的影响。在本示例中，第二壳体40的最小外尺寸大约是静止触头组件50的最大外径的3倍。第二壳体40的最小外尺寸可以以任何方式跨过并通过壳体40的中央被测量。静止触头组件50的最大外径在跨过静止触头组件50的任何位置处被测量。

静止触头组件50机械地固定到第二壳体40，更确切地说，固定到第二壳体40的底部42。这通过静止触头组件50与第二壳体40之间的导电而确保了优异的热传递。因此，第二壳体40用作静止触头组件50的热交换器。第二壳体40可以由与静止触头组件50的主要部分相同的材料制成，以便促进散热。第二壳体40可以由诸如铝(美式英语为aluminum)或铜的良好的导热材料制成。由于降低的原材料和制造的成本，铝是优选的材料。

第二壳体40用作静止触头组件50的电场控制器和热交换器两者。

另外，第二壳体40可以固定地附接到汇流条120，这里未示出。以这种方式，第二壳体40还可以用作电流导体。并且，通过将第二壳体40附接到汇流条120，它可以用作第二触头组件50的保持部。因此，第二壳体40可以配备有机械附接接口(未示出)，以用于将其附接到汇流条120。诸如，接口可以由针对螺钉的一个或多个孔、或通过卡扣连接的一部分(另一部分形成在汇流条上)来构成。

图3示出了如图1和图2所示的开关设备100，但添加了接地开关70。接地开关70包括移动(或“可移动”)接地触头80和静止接地触头90。接地开关70还可以包括其他部件，诸如触发装置和驱动装置，例如弹簧驱动器，其在本文没有描述。移动接地触头80示出为在右端处具有非圆形的通孔，借助于该通孔，移动接地触头80可以以类似于上述的杆25的方式来操作。

在该实施例中，接地开关70是刀开关，其具有呈接地刀80形式的移动接地触头80和呈接地突起90形式的静止接地触头90，其中，接地突起90电连接到外壳110。如图所示，接地突起90附接到外壳110。静止接地触头90处于地电势。当接地开关70被致动时(由第一壳体20下方的弯曲箭头示出)，使得接地刀80从不与接地突起90接触到与接地突起90接触。

在图3中示出的接地开关70的断开状态中，接地刀80由第一壳体20包围。这表示第一壳体20形成用于接地刀80的电场控制器。第一壳体20包括用于接地刀80的呈槽的形式的开口(未示出)。

如上所述，接地开关70可以包括本文未描述的其他部件。这些部件可以处于带电电势并且可以由第一壳体20电屏蔽，特别是在这些部件包括尖锐边缘时，尖锐边缘被已知为由于它们引起高的局部电场应力从而因此是不利的。在一个实施例中，在接地开关70的断开状态中，允许接地刀80稍微突出第一壳体20之外，但是接地开关70的至少一个带电部件完全被第一壳体20包围。

包围在导电壳体中的接地开关的至少一个带电部件的布置没有规定开关装置如本文所述具有两个分开的导电壳体。相反，这种接地开关设计也可以在仅包括布置在封装的配电开关设备中的一个导电壳体的开关装置中采用。

如本领域技术人员将理解的，第一壳体20和第二壳体40不是密封的壳体。在所述壳体20、40中存在用于移动触头进入和离开的开口。并且，可以存在用以允许冷却的开口，该原理在wo2014154292a1中描述。如已经描述的，第一壳体20和第二壳体40被设计成：确保最佳电场，应当避免尖锐边缘，并且旨在使保持不同电势的部件应当保持彼此相距最小的距离。已经陈述，第二壳体40包围第二触头组件50。术语“包围”将被构造为环绕或围绕，并不表示限定第二壳体40形成用于第二触头组件50的密封外壳。这同样对第一壳体20有效。

在附图中，虚线示出由电绝缘材料制成的部件，诸如第三壳体60和杆25。连续线示出由导电材料制成的部件，诸如外壳110、汇流条120、第一壳体20和第二壳体40及其触头组件30、50。由电绝缘材料制成的部件可以由聚合物材料制成。由导电材料制成的部件可以由金属制成。

本文没有详细描述触头组件30、50和吹弧式开关的功能。移动触头组件30可以包括耐电弧的内喷嘴和高导电的主触头，并且静止触头组件50可以包括耐电弧的触头针和高导电的多触头。详细描述参考us8232496b2。

本发明不限于上文所示的实施例，而是本领域技术人员可以在由权利要求限定的本发明的范围内以多种方式对它们进行修改。因此，本发明不限于作为负载断路开关的开关装置，该开关装置也可以是例如断路器。