专利名称：开关机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于变电站的开关机构和采用该开关机构的变电站。
在变电站中，通常必须设置用于变电站的电路断路器的开关机构。有三种已知的上述开关机构。第一种是利用弹簧力工作的，第二种是采用压缩空气的气动系统，而第三种是液压系统。弹簧操作的机构适用于低压电路断路，但通常不适于在较高电压下工作。气动系统需要经常维修。而在需要大操作力的情况下，特别是在已知的puffer-型电路断路器中，则需要使用液压系统。该液压系统的一个实例公开于日本专利申请JP-A-62-58092号中。
在现有的液压系统中，液压流体是矿物油且该系统在如300巴的高压下工作。还应注意到，设置一种将主电路导体封闭在一封闭体内并向该封闭体内注入如六氟化硫那样的气体的变电站是众所周知的。但是，在现有的系统中，启动构成电路断路器的开关机构的可动部件的液压机构是位于该封闭体之外的。在此情况下，液压机构可封闭在一非密封壳体内，如日本专利申请JP-A-1-220320中所公开的。
最后，一篇题为“带有压缩SF6气体装置的全氟化碳液浸原型大功率变压器的发展”的文章公开了一种结构，其中，用于变电站的变压器采用全氟化碳做为冷却液环绕着变压器芯体，而外壳体带有六氟化硫。
随着地上空间价格的上涨，有人提议将变电站设在地下。然而，人们却看到如果采用标准的电路断路器，则产生火灾的危险会增大。液压系统不会是完全流体密封的，液压流体将会泄漏。由于液压流体处于压力之下，泄漏可能以喷溅的方式产生，导致矿物油蒸气出现。该矿物油蒸气是易燃的，因而发生火灾的危险极大。
因此，本发明的第一个目的是提供高燃点的液压流体。最好，该液压流体是不可燃的，但在变电站中可能产生的温度下不发生燃烧的流体也可采用。通常，燃点高于300℃的流体就可采用。采用上述高燃点的流体，由于液压流体泄漏产生火灾的和爆炸的危险大大减小。这样，上述液压流体在地下变电站中就特别适用。当然，也可用于其他变电站。
在本发明中，液压系统具有一装液压流体的密封的油箱。如果不密封，液压流体则有蒸发的危险，特别是在采用某些已知的高燃点流体的情况下。由于上述油箱通常并不被液压流体充满，在油箱内流体上方的压力由于操作压力等因素的变化而变化。因此，本发明为上述密封油箱提供了一与油箱内部连通的膨胀室，该膨胀室的体积是可变化的。这样，油箱内液压流体上方的压力变化可通过膨胀室体积的变化来承受。
如上所述，现有的开关机构可具有封闭在一壳体内的液压操作系统，而本发明的第二个目的是提供一密封的并充满非助燃气体的壳体。这样，发生爆炸的危险进一步减小。
最好，将本发明的上述两方面结合在一单一的开关机构中。然而如果需要的话，可分别实施。
在提供有密封壳体的情况下，应至少封闭开关机构的液压操作系统。如果需要的话，还可封闭开关机构的至少部分可动件。
最好，密封壳体包括一传感壳体内气体密度、压力和/或温度的传感器。如果壳体是密封的，则其内部的压力可随操作温度的变化而变化。因此，本发明如密封壳体提供了一最好具有可变体积的膨胀室。这样，以类似于液压流体油箱的膨胀室的方式，压力变化可通过膨胀室体积变化来承受。
高燃点的液压流体可以是全氟化碳、硅油或烃类油。非助燃气体可以是氮气、氩气、氦气或六氟化硫。可以看到，采用全氟化碳作为液压流体具有额外的优越性，即，全氟化碳的动态粘度为矿物油的十分之一，导致液压流体更快的流动并具有更快的响应速度。
本发明的实施例将参照附图详细描述如下。
图1为本发明第一实施例的变电站开关机构的剖视图;
图2为采用传统液压系统的油箱;
图3为可用于图1中实施例的改进的油箱;
图4为可用于图1中实施例的进一步改进的油箱;
图5为实施本发明的另一开关机构的剖视图;
图6为沿图5中Ⅶ-Ⅶ线方向的视图;
图7为本发明第三实施例的开关机构的剖视图;
图8为本发明第四实施例的开关机构的端视图;
图9为本发明第五实施例的开关机构的剖视图;
图10为本发明第六实施例的开关机构的端视图;
图11为本发明第七实施例的开关机构的剖视图。
本发明第一实施例参见图1。
在图1中，构成地下变电站的开关机构一部分的气体绝缘的开关装置8具有如SF6的绝缘介质，该介质密封在取气体容器2形式的封闭体内。在容器2内，主电路导体4由绝缘材料3支承。作为电路断路器的开关部分7以串联形式设在主电路导体的中部。该开关部分7具有固定接点5和可动接点6。可动接点6通过与主电路导体4电绝缘的杆10a连接到液压操作装置1上，该杆由液压操作装置1的液压操作系统驱动。
液压操作装置1具有一滑套在工作活塞10上的工作气缸9，活塞10与杆10a相连，控制阀13控制工作气缸的操作。装置1还具有一液压泵11、一储存由泵11提供的高压工作流体的收集器12和用于打开和闭合电路的导阀(未示出)。
工作气缸9的内部由活塞10分成与杆10a相邻的流体室9a和与控制阀13相邻的流体室9b。流体室9a与收集器12常连通，而流体室9b通过低压管道21与液压泵11的液压流体连接和通过高压管道20与收集器12的液压流体连接由控制阀13控制。
控制阀13的流体室13a接受或排出作为驱动轴14的驱动力的高压工作流体。上述供给或排出由一导阀(未示出)控制，该供给或排出则控制流体室9b的液压流体连接。
而且，液压泵11具有一流体油箱15和驱动泵16的电机17。流体油箱15是密封的。
在液压操作装置中的工作流体是不可燃流体，如全氟化硫化合物。
图1显示了开关部分7的开路状态。其中，流体室9a和具有封闭阀座的控制阀13的流体室13b连接到收集器12上并通过高压工作流体进行操作。由此，流体室9a向工作活塞10施加一向下的力，使杆10a将可动接点6保持在开放电路位置。
当闭路指令输入时，进行闭路的导阀(未示出)启动，高压工作流体流入流体室13a，轴14被驱动到图1中右方的位置。结果，阀座13d关闭而阀座13c打开。由此，流体室9b通过阀座13c与收集器12连通。工作活塞10与杆10a连接，活塞的上下表面积(压力接受表面)不等，使活塞受到向上的力，进而可动接点6由杆10a的运动而驱动，构成闭合电路。
为切换到开放电路，流体室13a内的高压工作流体由导阀(未示出)排出，轴14被驱动到图1中的左方，进入图中所示位置，流体室9b通过阀座13d和低压管道21与液压泵11连通，而工作活塞10则由流体室9a中的工作流体向下驱动。
如上所述，将非可燃流体用做上述液压操作装置中的工作流体，由此，即使工作流体流出管道和密封部分，着火的可能性也极小，因而气体绝缘的开关装置不会受到损害，也不会使绝缘介质流出。这样，开关机构就能以很大的安全性用于地下变电站。
另外，在地下变电站中，变压器通常与气体绝缘的开关装置相连。最近，曾经在前述文章是提出一种结构是采用全氟化碳化合物冷却而SF6作为绝缘介质的复合绝缘型不可燃变压器。当全氟化碳化合物用做不可燃流体时，开关机构和变压器使用的是相同的流体，使得既经济又便于维修。
应该注意到，不需要完全的不可燃性，假如液压流体的燃点足够高，在变电站产生的温度下就不会燃烧。现已确信，高于300℃的燃点是令人满意的。这样，具有高燃点的流体(以下称为“阻燃流体”)如硅油或烃类油可用做液压操作系统的工作流体，使得可获得与上述描述中大致相同的效果。
还应注意到，矿物油的动态粘度是7.5×106m2/s，而全氟化碳的动态粘度是0.8×106m2/s。因此，全氟化碳的动态粘度约为矿物油的十分之一，它使液压操作系统具有很快的响应时间。
图3是一纵剖视图，显示了地下变电站开关机构的一部分。它是本发明第一实施例的改进，即，流体泵11在图1的示基础上的改进。
做为比较，图2示出了一种已知的流体泵。其中，气流吸入一排出孔19形成在已知流体油箱15的顶部。然而在图3中，呈辅助容器23形式的膨胀室取代气体吸入一排出孔19连接到油箱15上，使油箱15可具有密封的结构。
当采用全氟化碳化合物做为工作流体时，其沸点为100℃左右，这就增大了蒸发的可能性。因此，如果象现有技术中那样存在气体吸入一排出孔19，流体数量将会由于从流体表面18的蒸发而减少。而且，由于蒸发的气体使地下变电站中氧气缺乏。然而，如图1和图3所示的流体容器具有密封结构，使上述问题不会产生。如图3所示，当设置辅助容器23时，传统的流体油箱通过稍微改动就能使用。而且，当流体油箱15内工作流体的液面18的高度随工作流体在开关操作或环境温度变化下的运动而产生变化时，在油箱15内压力就升高。这就限制了来自如图1中低压管道21的流率。这样，开关操作特性就会受到不利影响。然而，设置如图3所示的辅助容器23，有可能减小油箱15中的压力波动，就能获得更稳定的开关操作特性。可以注意到，油箱15和辅助容器23之间的连接部23a具有所需长度即可。
图4是流体泵11的纵剖视图。其中，上述问题得到进一步考虑。在图4所示的结构中，一顶部密封的可膨胀件24，如皮老虎，设在油箱15的顶部，使得当油箱15中压力升高时，可膨胀件24可沿轴向膨胀。这样就使得油箱15的有效体积得到增加。可膨胀件24在其轴向的膨胀和收缩由导向件25导向。
按照上述设置，可膨胀件24在油箱15中随压力波动而变化，使压力波动受到抑制，以获得稳定的开关操作特性。在上述设置中，采用的是可在其轴向膨胀和收缩的可膨胀件24。不过，任何响应油箱15中压力波动而允许油箱15的有效体积增大或减小的可变体积的膨胀室均可采用。
如上所述，根据第一实施例，不可燃流体或阻燃流体用做作为地下变电站开关机构一部分的液压操作系统的工作流体。这样，即使部分工作流体泄漏，也不会着火或产生爆炸，使该工作流体适用于地下变电站的气体绝缘开关装置。因此，可为地下变电站提供更安全的开关机构。
图5和图6显示了本发明的第二实施例。在图5和图6中，相应于图1所示第一实施例中部件的相同部件由相同参考号表示。该开关机构具有一液压操作系统，它包括一工作气缸9、一液压泵的油箱15、管道20、35、36和37以及压力开关38。所有部件位于壳体39内。在图5和图6的实施例中，收集器12位于壳体39之外。但如果需要的话，收集器也可位于壳体39之内。
图5和图6还示出了一油箱41，其中，设置了原型气体电路断路器的断路器部件，一支承框架43和一由液压操作电路驱动的杆10a的壳体44。
可以看到，图5和图6所示结构与JP-A-1-220320中公开的结构大致相同。然而，根据本发明，用于液压操作系统的液压流体具有高燃点，或是不可燃的。
如果图5和图6的实施例采取JP-A-1-220320的结构，则壳体39不是密封的。因此，壳体39可包括空气和液压流体蒸气的混合物。如果该蒸气是不可燃的，则不会有着火和爆炸的危险。如果液压流体的燃点低，则在壳体39内会发生爆炸。而且，壳体39内的任何爆炸都会损坏含有主导体的封闭体(见图1)并释放出SF6气体，还会使变电站周围的氧气缺乏。
本发明提出将壳体39密封并充满非助燃气体。下面将描述具有上述特征的实施例。
在以下描述中，要讨论惰性和“非可燃”气体。惰性气体并不助燃而且是不反应的。然而，某些气体，如可发生反应的SF6(非惰性的)仍可用在本发明中。这里所说的“不可燃”是指气体不助燃，而不是指气体本身不燃烧。
图7是气体电路断路器的开关机构第三实施例的侧视图。该实施例和图5、图6所示实施例的区别在于壳体39是密封的，其中空的内部充满惰性或不可燃气体。检查壳体39内部的手检孔可开在壳体39上，该孔可由盖46密封。上述结构具有防止着火和爆炸的危险，因为即使液压流体从液压操作系统管道接口或从油密封部泄漏并存在火源，惰性或不可燃气体也能防止液压流体燃烧。
适用的惰性或不可燃气体包括氮气、氩气和氦气。也可使用SF6，SF6通常用于电弧淬火并用做气体绝缘电器设备，如puffer-型气体电路断路器的绝缘气体。由于提供了上述惰性或不可燃气体壳体39内的部件的腐蚀以及液压操作系统的液压流体的氧化和降解都可以避免。
惰性或不可燃气体的压力最好大致等于大气压，以使壳体39具有足够的机械强度。这样，气体就不可能从壳体39泄漏，同时，气体也不会影响液压操作装置的液压泵11。
图8显示了本发明第四实施例，当从Ⅱ-Ⅱ方向看时，它类似于图7中的第三实施例。第四实施例中相应于第三实施例中的那些部件，则用相同参考号代表。但第四实施例包括一额外的真空泵47，它在壳体39的外面。一至少监测做为壳体内气体条件参数的密度、压力和温度之一的监测装置48设在壳体39内。通过使惰性或不可燃气体流入壳体39而使壳体39内充满该气体。然而，最好利用真空泵47彻底排出空气，然后供入惰性或不可燃气体。真空泵47的设置改进了检查的工作效率。因为监测装置48至少监测壳体39内气体密度、压力和温度之一，即监测气体的状况，气体泄漏检查的可靠性就可得到提高。
图9显示了本发明第五个实施例。该实施例类似于第三实施例并且相应部件用相同参考号代表。该实施例与图1中实施例的区别在于在封闭液压操作系统的壳体39和封闭开关机构的可动件一部分的壳体44之间有一连接孔49。壳体44是一密封容器，使其可充入惰性或不可燃气体。这样，壳体39和44构成了充满惰性或不可燃气体的密封单元。该结构具有与图7中实施例相同的优越性，同时壳体44也具有上述优越性。
图10是第六实施例的侧视图，大致类似于从图9中Ⅳ-Ⅳ线方向看的实施例。相应于图9中第五实施例的部件用相同参考号代表。在图10中，壳体50具有圆筒状轮廓，这种结构的优点在于比方形壳体制造容易。而且，可采用压力与内部包括断路器部分的油箱41压力相同的SF6气体，并且壳体内的气体处理也可简化。
图11显示了本发明的第七个实施例。该实施例前述实施例的区别在于它具有一可变体积的装置，根据壳体39内压，自动改变壳体39的内体积。该实施例中的可变体积的装置为皮老虎51。由于不管环境温度如何，壳体39的内压可一直保持为大气压，壳体39的机械强度不一定要求很高。
按照本发明第三至第七实施例，液压操作系统是封闭在充满惰性或不可燃气体的密封壳体内的。因此，即使从液压操作装置中产生油的泄漏，同时又存在火源，也能防止着火和爆炸。
本发明的第三至第七实施例中可使用具有高燃点的液压流体，就象在第一和第二实施例中一样。然而，即使在泄漏产生时，着火或爆炸的危险也被减到最小的程度，第三至第七实施例中可使用矿物油。
权利要求
1.一种开关机构，包括使电路接点(5、6)接通或断开的可动件(10)和驱动上述可动件(10)的液压操作系统(9，11，12，13，14)，其特征在于上述液压操作系统(9，11，12，13，14)具有高燃点的工作流体。
2.按照权利要求1或2的开关机构，特征在于上述工作流体是不可燃的。
3.按照权利要求1或2的开关机构，特征在于工作流体选自全氟化碳，硅油和烃类油。
4.按照前述任一权利要求的开关机构，特征在于液压操作系统(9，11，12，13，14)具有容纳液压流体的密封的油箱(15)。
5.按照权利要求4的开关机构，特征在于具有一与密封油箱(15)内部连通的膨胀室(23，24)。
6.按照权利要求5的开关机构，特征在于膨胀室(24)的体积可变化。
7.一种开关机构，包括使电路接点(5，6)接通或断开的可动件(10)和驱动上述可动件(10)的液压操作系统(9，11，12，13，14)，其特征在于上述液压操作系统(9，11，12，13，14)具有一容纳液压流体的密封油箱(15)，该油箱(15)具有与油箱(15)内部连通的膨胀室(24)，膨胀室(24)的体积可以变化。
8.按照前述任一权利要求的开关机构，特征在于具有一至少封闭上述液压操作系统(9，11，12，13，14)的中空密封壳体(39，44)。
9.按照权利要求8的开关机构，特征在于中空密封壳体(39，44)内充满非助燃气体。
10.一种开关机构，包括使电路接点(5，6)接通或断开的可动件(10)和驱动上述可动件(10)的液压操作系统(9，11，12，113，14)以及至少封闭上述液压操作系统(9，11，12，13，14)的中空密封壳体(29，44)，特征在于上述中空密封壳体(39，44)内充满非助燃气体。
11.按照权利要求9或10的开关机构，特征在于上述气体选自氮气、氩气或六氟化硫。
12.按照权利要求9至11之一的开关机构，特征在于气体的压力不低于大气压。
13.按照权利要求9至12之一的开关机构，特征在于上述密封壳体包含一至少传感气体密度、压力或温度之一的传感器(48)。
14.按照权利要求9至13之一的开关机构，特征在于壳体(39，44)还封闭至少可动件(10)的一部分(10a)。
15.按照权利要求9至14之一的开关机构，特征在于密封壳体具有一与该壳体(39，44)内部连通的膨胀室(51)，膨胀室(51)的体积可变化。
16.一种开关机构，包括使电路接点(5，6)接通或断开的可动件(10)和驱动上述可动件(10)的液压操作系统(9，11，12，13，14)以及至少封闭上述液压操作系统(9，11，12，13，14)的中空密封壳体(39，44)，特征在于中空密封壳体(39，44)具有一与该壳体(39，44)内部连通的膨胀室(51)，膨胀室(51)的体积可变化。
17.一种变电站，具有一包含主电路导体(4)的封闭体(21)和根据前述任一权利要求的开关机构，该开关机构控制上述主电路导体接通或断开。
全文摘要
一种用于地下变电站的电路断路器的开关机构，包括一使电接点接通或断开的可动杆和压操作系统。该液压操作系统采用具有高燃点或不可燃的液压流体。这样，即使该流体从液压操作系统中漏出，产生火灾或爆炸的危险也很小。液压操作系统具有容纳该流体的密封油箱和可变体积的膨胀室。液压操作系统和可动杆的一部分封闭在充满非助燃气体的密封壳体内。这样，着火或爆炸的危险进一步减少。该壳体可具有可变体积的膨胀室。
文档编号H01H33/34GK1059989SQ9110894
公开日1992年4月1日 申请日期1991年9月14日 优先权日1990年9月17日
发明者小柳修, 平泽邦夫, 筑紫正范, 黑泽幸夫, 大下阳一, 佐藤忠 申请人:株式会社日立制作所