一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜的制作方法

一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜
【技术领域】
1.本实用新型涉及配电电器技术领域，具体涉及一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜。


背景技术：

2.目前广泛使用的配电开关(柜)包括负荷开关(柜)、组合电器(柜)和断路器(柜)等，为了提高绝缘和开断性能，较多采用sf6(六氟化硫)气体作为绝缘和开断介质，利用sf6优良的绝缘和灭弧性能，并采用全密封全绝缘方式，使绝缘和开断不受环境影响，并且体积小、安装使用简单、相比常规开关柜经济实用，因而在中压配电系统和用户侧得到广泛应用。但是sf6是一种具有强烈温室效应的人工合成气体，其温室效应约为co2(二氧化碳)的23900倍，而且难以参与自然界的循环，在大气中的存续时间长达3200年，长期使用和排放必然带来严重的后果。
3.为此，全世界都在努力寻找sf6的理想替代气体，但到目前为止这一目标仍不理想；同时其他的解决方案也在积极进行，如固体绝缘、常压空气绝缘负荷开关(柜)等，以及像环保气体绝缘充气柜那样，采用氮气、干燥空气或其他环保气体绝缘+真空开合单元的技术路线和结构方式，这些都得到了一定的应用但也带来另一些问题，如固体绝缘柜采用的环氧树脂本身就是难降解的材料，大量使用后废弃环氧树脂的处理和降解又将成为环保问题；常压空气绝缘实际不是全密封绝缘，长期运行后仍会不同程度地受到凝露和大气污染影响；环保气体绝缘+真空开合单元的方式虽然具有合理性，但目前的结构普遍沿用sf6气体绝缘+真空开合单元的断路器柜结构方式，即隔离开关(或三工位开关)采用闸刀式，而且与真空开合单元是独立分开的，操动机构也是各自配备，使负荷开关(柜)的结构像断路器(柜)那样，甚至可以说就是断路器(柜)用做负荷开关(柜)，而且隔离开关(或三工位开关)普遍沿用闸刀式，既不利于电场优化缩小体积也不利于改进动、热耐受水平，因而结构功能重复、操作复杂、成本高，影响了其在配电和新能源领域的推广应用。
4.本实用新型环保气体绝缘和真空开合技术，对配电开关柜作了技术改进。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是，提供一种基于环保气体绝缘+真空开合，结构简单、操作方便、成本低的配电开关柜。
6.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，包括密封气室、电缆室、和机构控制室；所述密封气室包括气箱及安装在所述气箱外的泄压装置、安装在所述气箱内的三相负荷开关或隔离断路器组合，所述气箱是全密封结构并充有环保绝缘气体；所述负荷开关或隔离断路器组合由真空开合单元和三工位开关串联构成；所述电缆室包括用于电缆连接的电缆套管；所述机构控制室包括用于电气、机械控制和联锁的操动机构；所述气箱内还包括母线、连接导体和穿越所述气箱的母线套管，所述三相负荷开关或隔离断路器组合通过母线套管连接母线实现柜间母线的扩展，所
述三相负荷开关或隔离断路器组合通过连接导体与所述电缆套管连接实现电缆连接；所述操动机构以拐臂导杆驱动方式控制所述真空开合单元的合、分，所述操动机构以齿轮齿条传动方式控制所述三工位开关的合、分、地，所述拐臂导杆驱动方式和齿轮齿条传动方式配合实现所述的负荷开关或隔离断路器组合的合闸、分闸和接地操作。
7.优选地，所述三工位开关包括动触头、静触头、接地静触头、动触座、齿轮、齿条、支撑架、第一传动轴以及串联软连接；所述真空开合单元包括真空灭弧室、第二传动轴、驱动拐臂、动导杆、触头压力弹簧、上支撑、中支撑、下支撑、左支撑板和右支撑板，所述真空灭弧室内包括真空动触头和真空静触头；所述操动机构包括第一输出轴和第二输出轴。
8.优选地，所述支撑架固定在所述真空开合单元侧面的左支撑板上，所述串联软连接的一端与所述真空开合单元的动导杆相连，另一端穿过所述支撑板与所述动触座相连，构成所述真空开合单元和所述三工位开关的串联连接；所述动触座和所述导电串联软连接安装在所述支撑架上，所述动触头依次穿过所述动触座、所述支撑架并以滑动电接触方式与所述动触座构成导电连接；所述齿条嵌入在所述动触头的右侧面上，所述齿轮固定在所述第一传动轴上，所述第一传动轴的一端通过转动密封凸出到所述气箱外并与所述操动机构的第一输出轴联动，在所述气箱内所述第一传动轴的另一端穿过所述支撑架获得转动支撑并在所述支撑架内通过所述齿轮与所述齿条啮合实现所述动触头三相同步联动；所述静触头固定在所述母线上，所述接地静触头固定在安装有三相短接接地排的第一固定支架上并与所述气箱的接地系统相连；在所述操动机构驱动下所述第一传动轴旋转带动所述齿轮顺时针或逆时针旋转时，驱动所述齿条并带动所述动触头上、下运动，实现所述三工位开关的合、分和地，即所述动触头插入所述静触头是合，所述动触头插入所述接地静触头是地，所述动触头保持或回到中间位置是分。
9.优选地，所述真空动触头相对于真空静触头接触或分开构成所述真空灭弧室、所述真空开合单元的合和分；所述真空灭弧室的上、中、下端由所述上支撑、中支撑、下支撑固定，所述真空灭弧室的两侧由所述左支撑板、右支撑板固定；所述串联软连接的一端与所述动导杆相连，另一端与所述三工位开关的所述动触座相连，所述动导杆的另一端与所述真空灭弧室内的真空动触头相连；所述第二传动轴的一端通过转动密封凸出到所述气箱外与所述操动机构的第二输出轴联动，另一端在所述气箱内并通过所述驱动拐臂和所述动导杆的销轴旋转滑动驱动三相动导杆和所述真空动触头上下运动以实现三相真空灭弧室的分或合。
10.优选地，所述真空开合单元和所述三工位开关在所述操动机构驱动下通过所述真空动触头、所述动触头的合、分与所述三工位开关的合、分、地配合实现所述的负荷开关或隔离断路器组合的合闸、分闸和接地操作；在操动机构驱动下所述动触头先向上运动插入所述静触头以实现与母线的连接，然后所述真空动触头再快速闭合以完成所述的合闸操作并到达合闸状态；在操动机构驱动下所述真空动触头先快速分开，然后所述动触头先向下运动到达隔离位置以完成所述的分闸操作并回到分闸状态；在操动机构驱动下所述动触头继续向下运动插入接地静触头以连接接地回路，然后所述真空动触头再闭合以完成所述接地操作并到达接地状态。
11.优选地，所述动触头、所述静触头、所述接地静触头、所述动触座均采用圆柱、圆筒结构，相互间的滑动电接触方式均为同轴圆电接触方式。
12.优选地，采用固体材料浇筑固封方式固定所述真空灭弧室和所述动触座。
13.优选地，所述三工位开关简化为隔离开关使用，结构上省却所述接地静触头及其所述第一固定支架，功能上仅有合、分，与所述真空开合单元的合、分配合实现所述配电开关柜的合闸、分闸。
14.优选地，所述母线套管是内锥型的，安装在所述密封气室内并在所述密封气室侧面通过母线连接器实现开关柜间母线的连接和扩展；或者，所述母线套管是外锥型的，安装在所述密封气室外并在所述密封气室顶部与绝缘母线一起实现开关柜间母线的连接和扩展。
15.本实用新型一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜有如下有益效果：在环保气体绝缘+真空开合单元和全密封全绝缘方式基础上，通过真空开合单元与三工位开关的串联组合和两者合、分动作配合，在操动机构的拐臂导杆驱动方式和齿轮齿条传动方式配合驱动下实现负荷开关柜或断路器柜的合闸、分闸(隔离)和接地三个功能，并可使真空开合单元、三工位开关和操动机构都集成一体，充分利用真空开合的优势实现配电开关柜的环保气体绝缘，不仅简化了负荷开关柜或断路器柜的内部结构和功能组合，并且可共用一个操动机构，从而不仅简化结构降低成本，而且简化操作和联锁，适用于电压、电流等级的提高和功能、应用的提升和扩展，有力促进配电开关柜和中压配电系统的绿色发展。
【附图说明】
16.图1是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜三维立体视图。
17.图2是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室1、电缆室2、机构控制室3的左侧板后的左视图。
18.图3是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室正视图。
19.图4是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室左视图。
20.图5是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室后视图。
21.图6是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室真空开合单元及三工位开关串联的后视图。
22.图7是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜合闸状态示意图。
23.图8是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜分闸状态示意图。
24.图9是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜接地状态示意图。
25.附图中涉及的附图标记和组成部分如下：1、密封气室，2、电缆室，3、机构控制室，4、三相负荷开关或隔离断路器组合，5、母线套管，6、电缆套管，7、操动机构，8、连接导体，9、真空开合单元，10、三工位开关，11、气箱，12、泄压装置，13、母线，14、动触头，15、静触头，16、接地静触头，17、动触座，18、齿轮，19、齿条，20、支撑架，21、串联软连接，22、左支撑板，23、右支撑板，24、上支撑，25、中支撑，26、下支撑，27、真空灭弧室，27.1、真空动触头，27.2、真空静触头，28、第二传动轴，29、驱动拐臂，30、第一传动轴，31、第一固定支架，32、下接线端，33、动导杆，33.1、销轴，37、第一输出轴，38、第二输出轴，39、触头压力弹簧。
【具体实施方式】
26.下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.实施例
31.本实施例实现一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜。
32.本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，其中负荷开关或隔离断路器组合由位于一侧上下布置的真空开合单元9和位于另一侧上下布置的三工位开关10串联组成。
33.图1是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜三维立体视图。如图1所示，本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，是负荷开关柜或断路器柜(以下简称为柜)，该柜包含密封气室1、电缆室2、机构控制室3。
34.图2是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室1、电缆室2、机构控制室3的左侧板后的左视图。如图2所示，本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，所述密封气室1位于所述的柜的后面上部并是完全密封的，所述密封气室1包含三相负荷开关或隔离断路器组合4等并充有环保绝缘气体，所述三相负荷开关或隔离断路器组合4的上面，母线13通过两侧的母线套管5连接并实现柜间母线的扩展，所述三相负荷开关或隔离断路器组合4的下面通过连接导体8与所述的电缆套管6连接实现电缆连接，所述三相负荷开关或隔离断路器组合4的前面与操动机构7连接；所述电缆室2位于所述的柜的下部，包含用于电缆连接的电缆套管6，所述机构控制室3位于所述的柜的前面上部，包含操动机构7及其电气、机械控制和联锁等装置。
35.图3是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室正视图。图4是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室左视图。图5是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室左侧板、后盖板后的密封气室后视图。如图3、图4、图5所示，本实施例一种环保气体
绝缘、真空开合的配电开关柜，所述密封气室1包含气箱11及安装在所述气箱11外的泄压装置12和操动机构7、安装在所述气箱11内的所述的负荷开关或隔离断路器组合4和母线13及连接导体8、穿越所述气箱11的母线套管5和电缆套管6等构成的全密封结构并充有所述的环保绝缘气体，所述负荷开关或隔离断路器组合4由位于一侧上下布置的所述真空开合单元9和位于另一侧上下布置的所述三工位开关10串联构成(或其他串联形式，如所述三工位开关10采用三相水平布置与垂直布置的所述的真空开合单元9上下串联)，并且与所述操动机构7配合满足负荷开关或隔离断路器组合4的合闸、分闸(隔离)和接地功能要求，所述负荷开关或隔离断路器组合4在所述气箱11内采用后、中、前三相纵向(或其他排列方式，如左、中、右横向排列方式)，所述环保绝缘气体为环境友好型气体或混合气体(如氮气、干燥空气等)。
36.图6是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜隐藏密封气室真空开合单元及三工位开关串联的后视图。如图6所示，本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，所述三工位开关10包含动触头14、静触头15、接地静触头16、动触座17等触头系统、齿轮18、齿条19、支撑架20、第一传动轴30等第一传动系统和第一支撑系统、以及串联软连接21等，所述支撑架20固定在所述真空开合单元9侧面的左支撑板22上，所述串联软连接21的一端与所述真空开合单元9的动导杆33相连，另一端穿过所述支撑板22与所述动触座17相连，构成所述真空开合单元9和所述的三工位开关10的串联连接，所述动触座17和所述导电连接21安装在所述支撑架20上，所述动触头14依次穿过所述动触座17、所述支撑架20并以滑动电接触方式与所述动触座17构成导电连接，所述齿条19嵌入在所述动触头14的右侧面上，所述齿轮18固定在所述第一传动轴30上，所述第一传动轴30的一端通过转动密封凸出到所述气箱11外并与所述操动机构7的第一输出轴37联动，在所述气箱11内所述第一传动轴30的另一端穿过所述支撑架20获得转动支撑并在所述支撑架20内通过所述齿轮18与所述齿条啮合实现所述动触头14三相同步联动，所述静触头15固定在所述母线13上，所述接地静触头16固定在安装有三相短接接地排的第一固定支架31上并与所述气箱11的接地系统相连，在所述操动机构7驱动下所述第一传动轴30旋转带动所述齿轮18顺时针或逆时针旋转时，驱动所述齿条19并带动所述动触头14上、下运动，实现所述三工位开关10的合(闸)、分(闸)和(接)地，即所述动触头14插入所述静触头15是合，所述动触头14插入所述接地静触头16是地，所述动触头14保持或回到中间位置是分；并且所述动触头14、所述静触头15、所述接地静触头16、所述动触座17等均采用圆柱、圆筒或组合结构以改善所述三工位开关10的电场分布，相互间的所述的滑动电接触方式均为同轴圆电接触方式(如采用表带触指、弹簧触指或梅花触头等方式)以提高所述三工位开关10的电气绝缘、电接触和峰值耐受(动稳定)性能。
37.如图6所示，本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，所述真空开合单元9包含真空灭弧室27及其内含的真空动触头27.1和真空静触头27.2等、第二传动轴28、驱动拐臂29、动导杆33、触头压力弹簧39等第二传动系统、和上支撑24、中支撑25、下支撑26、左支撑板22、右支撑板23等第二支撑系统，所述真空动触头27.1相对于真空静触头27.2接触或分开构成所述真空灭弧室27、所述真空开合单元9的合和分，所述真空灭弧室27的上、中、下端由所述上支撑24、中支撑、25、下支撑26固定，两侧由所述左支撑板22、右支撑板23固定，所述串联软连接21的一端与所述动导杆33相连，另一端与所述三工位开关10的所
述动触座17相连，所述动导杆33的另一端与所述真空灭弧室27内的真空动触头27.1相连，所述第二传动轴28的一端通过转动密封凸出到所述气箱11外与所述操动机构7的第二输出轴38联动，另一端在所述气箱11内并通过所述驱动拐臂29和所述动导杆33的销轴33.1旋转滑动驱动三相所述动导杆33和所述真空动触头27.1上下运动从而以实现三相所述真空灭弧室27的分或合(即开断或关合电流)，并且所述真空开合单元9也可采用固体材料浇筑(固封)方式固定所述真空灭弧室27和所述动触座17等以简化结构、保证机械和电气性能。所述真空开合单元9通过所述左支撑板22、所述右支撑板23固定在所述气箱11内，通过下接线端32接线引出。
38.图7是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜合闸状态示意图。图8是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜分闸状态示意图。图9是一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜接地状态示意图。如图7、图8、图9所示，本实施例一种环保气体绝缘、真空开合的配电开关柜，所述真空开合单元9和所述三工位开关10在所述操动机构7驱动下通过所述真空动触头27.1、所述动触头14的合、分与所述三工位开关10的合、分、地配合实现所述的负荷开关或隔离断路器组合4的合闸、分闸(隔离)和接地操作，即在操动机构7驱动下所述动触头14先向上运动插入所述静触头15以实现与母线13的连接，然后所述真空动触头27.1再快速闭合以完成所述的合闸操作并到达合闸状态；在操动机构7驱动下所述真空动触头27.1先快速分开，然后所述动触头14先向下运动到达隔离位置以完成所述的分闸(隔离)操作并回到分闸(隔离)状态；在操动机构7驱动下所述动触头14继续向下运动插入接地静触头16以连接接地回路，然后所述真空动触头27.1再闭合以完成所述接地操作并到达接地状态。
39.进一步地，所述三工位开关10可简化为隔离(二工位)开关使用，如此结构上省却所述接地静触头16及其所述第一固定支架31，功能上仅有合、分，与所述真空开合单元9的合、分配合实现所述的柜的合闸、分闸(隔离)；而且所述三工位开关10、所述隔离开关以及所述负荷开关或所述隔断路器组合4可集成一体或成为单独的元器件(如独立的三工位开关、隔离开关、负荷开关、隔离断路器等)应用到其他结构或类型的开关柜中，而且所述气箱11可以是金属的也可以是绝缘材料浇筑而成的。
40.进一步地，所述母线套管5可以是内锥型的，安装在所述密封气室1内并在所述密封气室1侧面与通过母线连接器实现开关柜间母线的连接和扩展(侧扩方式)；也可以是外锥型的，安装在所述密封气室1外并在所述密封气室1顶部与绝缘母线一起实现开关柜间母线的连接和扩展(顶扩方式)；同样，所述电缆套管6可以是内锥型的也可以是外锥型的，以满足不同用户的需求、方便电缆的连接。
41.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。