ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ НАГРУЗКИ С ГАЗОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
VACUUM LOAD-BREAK SWITCH WITH GAS INSULATION

Область техники
Изобретение относится к электрическим изделиям и технологии механообработки, в частности, к рассчитанным на среднее напряжение вакуумным выключателям нагрузки.
Уровень техники
6
В силовых распределительных электрических сетях и, в частности, в сельских распределительных электрических сетях в Китае, выключатели нагрузки (LBS) широко применяются во вспомогательных узлах замкнутых магистралей, причем около 50% выключателей нагрузки представляют собой элегазовые выключатели нагрузки (содержащие гексафторид серы SF), преимуществами которых являются надежная изоляция и небольшие размеры. Однако элегазовые выключатели нагрузки оказывают отрицательное влияние на окружающую среду. Другие 25% выключателей нагрузки представляют собой вакуумные выключатели нагрузки, достоинствами которых являются надежная изоляция и безвредность для окружающей среды, а недостатком большие размеры.
6
Известные выключатели нагрузки, использующие гексафторид серы в качестве изоляционной среды, благодаря превосходной способности обеспечивать электрическое соединение и разъединение и высоким изоляционным характеристикам гексафторида SF,могут быть очень компактными по размеру и хорошо удовлетворять требованиям вспомогательных узлов замкнутых сетей с точки зрения занимаемого пространства. Однако по мере роста осведомленности людей в вопросах защиты окружающей среды элегазовые выключатели нагрузки постепенно вытеснялись и вытесняются вследствие того, что применяемое в них изоляционное вещество негативно влияет на окружающую среду. Каждый год примерно 1% элегазовых выключателей нагрузки заменяют вакуумными выключателями нагрузки. Несмотря на то, что известные вакуумные выключатели нагрузки используют вакуум в качестве среды, разделяющей контакты в выключенном состоянии, большинство частей, находящихся под напряжением все равно полностью открыты для воздуха. Для обеспечения надежной изоляции размеры изделия должны быть достаточно большими, в результате чего необходимо использовать много пространства.
Задачей изобретения является создание нового вакуумного выключателя нагрузки, в котором отсутствуют вышеуказанные недостатки и наилучшем образом используются преимущества.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решается в вакуумном выключателе нагрузки с газовой изоляцией, содержащем высоковольтный электропроводный контур, управляющий исполнительный механизм, несущий короб и передающий аппарат. Согласно изобретению высоковольтный электропроводный контур содержит три фазы, которые имеют одинаковую конструкцию и независимы друг от друга. Каждая фаза высоковольтного электропроводного контура включает в себя блок выключателя нагрузки с вакуумным прерывателем, блок разъединителя с изолятором, пластмассовый корпус, удерживающий блок выключателя нагрузки и блок изолирующего выключателя, и блок заземляющего выключателя. Управляющий исполнительный механизм включает в себя управляющее устройство для управления блоком выключателя нагрузки, исполнительную штангу для управления блоком изолирующего выключателя и управляющее устройство для управления блоком заземляющего выключателя. Передающий аппарат включает в себя передающее устройство для блока выключателя нагрузки, передающее устройство для блока разъединителя и передающее устройство для блока заземляющего выключателя.
Предпочтительно, блок разъединителя содержит соединительную контактную шину, узел изолятора, приводную соединительную штангу изолятора, объединяющую передающее устройство с изоляцией, рычаг приводного кривошипа изолятора, приводной шпиндель разъединителя и соединительную клемму, с которой соединены выключатель нагрузки и разъединитель.
Предпочтительно, узел изолятора выполнен с возможностью отсоединения от соединительной контактной шины и образования изоляционного зазора, когда этот узел находится в горизонтальном положении, при этом приводная соединительная штанга изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, приспособлена для изоляции и уменьшения расстояния между стороной высокого напряжения и стороной низкого напряжения.
Предпочтительно, узел изолятора выполнен с возможностью соединения соединительной контактной шины и соединительной клеммы, на которой соединены выключатель нагрузки и разъединитель, когда этот узел находится в вертикальном положении, при этом приводная соединительная штанга изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, приспособлена для фиксации узла изолятора при нахождении блока разъединителя в замкнутом состоянии.
Предпочтительно, блок выключателя нагрузки и блок разъединителя зафиксированы посредством пластмассового несущего корпуса, при этом электрическое соединение между электропроводными компонентами блока выключателя нагрузки и блока разъединителя обеспечивается посредством металлического вкладыша, отлитого внутри пластмассового несущего корпуса.
Предпочтительно, пластмассовый несущий корпус имеет проходящие в разных направлениях ребра, обеспечивающие увеличение длины пути тока утечки между нагруженными объектами и повышения механической прочности пластмассового несущего корпуса.
Предпочтительно, пластмассовый несущий корпус дополнительно имеет смотровое окно для наблюдения изоляционного зазора и смотровое окно для наблюдения разрыва заземления.
Предпочтительно, блок выключателя нагрузки содержит вакуумный прерыватель, гибкую ленту, узел толкателя, рычаг приводного кривошипа толкателя, приводной шпиндель выключателя нагрузки и кабельную соединительную клемму.
Предпочтительно, приводной шпиндель выключателя нагрузки является изолятором.
Предпочтительно, блок выключателя нагрузки дополнительно содержит силиконовую втулку, надетую на приводной шпиндель выключателя нагрузки для увеличения длины пути тока утечки между фазами.
Предпочтительно, блок заземляющего выключателя содержит неподвижный контакт заземляющего выключателя и тело заземляющего выключателя, при этом неподвижный контакт соединен с кабельной соединительной клеммой, отлитой внутри пластмассового несущего корпуса, который установлен на несущем кожухе для фиксации всего высоковольтного электропроводного контура.
Предпочтительно, блок заземляющего выключателя расположен на левой стороне блока выключателя нагрузки.
Изобретение поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1A-1B схематично показана конструкция вакуумного выключателя нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению, при этом на фиг. 1A показана вся конструкция, а на фиг. 1B показана часть высоковольтного электропроводного контура;
на фиг. 2A-2C схематично показан вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению в различных состояниях, при этом на фиг. 2A выключатель показан в замкнутом состоянии, на фиг. 2B - в разомкнутом состоянии, а на фиг. 2C выключатель показан в заземленном состоянии;
на фиг. 3A-3C схематично показаны однофазный высоковольтный электропроводный контур, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению находится в различных состояниях, при этом на фиг. 3A выключатель показан в замкнутом состоянии, на фиг. 3B - в разомкнутом состоянии, а на фиг. 3C выключатель показан в заземленном состоянии, виды в разрезе;
на фиг. 4A-4C показаны однолинейные схемы, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению используется в выходном шкафу, при этом на фиг. 4A выключатель показан в рабочем состоянии, на фиг. 4B - в разомкнутом состоянии, а на фиг. 4C выключатель показан в заземленном состоянии;
на фиг. 5A-5D схематично показаны конструкции блока выключателя нагрузки, блока разъединения и блока заземляющего выключателя для трехфазного высоковольтного электропроводного контура, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению используется в выходном шкафу, при этом на фиг. 5A показан высоковольтный электропроводной контур, установленный в несущем коробе, на фиг. 5B показан трехфазный высоковольтный электропроводный контур в замкнутом состоянии, на фиг. 5C показан трехфазный высоковольтный электропроводный контур в разомкнутом состоянии, а на фиг. 5D показан трехфазный высоковольтный электропроводный контур в заземленном состоянии;
на фиг. 6A-6B показаны однолинейные схемы, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению используется во входном шкафу, при этом на фиг. 6A показан выключатель в рабочем состоянии, а на фиг. 6B - в разомкнутом состоянии;
на фиг. 7A-7C схематично показаны конструкции блока выключателя нагрузки и блока разъединителя трехфазного высоковольтного электропроводного контура, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению используется во входном шкафу, при этом на фиг. 7A показан высоковольтный электропроводной контур, установленный в несущем коробе, на фиг. 7B трехфазный высоковольтный электропроводный контур показан в замкнутом состоянии, а на фиг. 7C трехфазный высоковольтный электропроводный контур показан в разомкнутом состоянии.
Осуществление изобретения
Функции и принципы работы высоковольтного электропроводного контура будут описаны ниже в сочетании с однолинейными схемами вакуумного выключателя нагрузки с газовой изоляцией в различных сценариях применения.
На фиг. 1A-1B схематично показана конструкция вакуумного выключателя нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению, при этом на фиг. 1A схематично показана вся конструкция, а на фиг. 1B схематично показана части высоковольтного электропроводного контура.
На фиг. 2A-2C схематично показан вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению в различных состояниях, при этом на фиг. 2A схематично показан выключатель в замкнутом состоянии, на фиг. 2B схематично показан выключатель в разомкнутом состоянии, а на фиг. 2C схематично показан выключатель в заземленном состоянии.
На фиг. 3A-3C схематично показан в сечении однофазный высоковольтный электропроводный контур, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению находится в различных состояниях, при этом на фиг. 3A схематично показан выключатель в замкнутом состоянии, на фиг. 3B схематично показан выключатель в разомкнутом состоянии, и на фиг. 3C схематично показан выключатель в заземленном состоянии.
Вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению содержит высоковольтный электропроводный контур 1, управляющий исполнительный механизм 2, несущий короб 3 и передающий аппарат 4. Высоковольтный электропроводный контур 1 содержит три фазы, которые имеют одинаковую конструкцию и независимы друг от друга. Каждая фаза высоковольтного электропроводного контура 1 содержит блок 10 выключателя нагрузки с вакуумным прерывателем, блок 11 разъединителя с изолятором, пластмассовый корпус 13 для удерживания блока 10 выключателя нагрузки и блока 11 разъединителя, и блок 12 заземляющего выключателя. Управляющий исполнительный механизм 2 содержит управляющее устройство 20 для управления блоком 10 выключателя нагрузки, исполнительную штангу 21 для управления блоком 11 разъединителя и управляющее устройство 22 для управления блоком 12 заземляющего выключателя. Передающий аппарат 4 содержит передающее устройство 40 для блока 10 выключателя нагрузки, передающее устройство 41 для блока 11 разъединителя и передающее устройство 42 для блока 12 заземляющего выключателя.
Конструкция, характеристики и преимущества вакуумного выключателя нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению будут подробно описаны ниже в сочетании со случаями, когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией согласно изобретению используется в выходном шкафу и во входном шкафу.
Когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией используется в выходном шкафу, он должен выполнять функцию выключателя нагрузки, функцию разъединителя и функцию заземляющего выключателя; упрощенные однолинейные схемы выходного шкафа в различных рабочих состояниях показаны на фиг. 4A-4B, при этом на фиг. 4A показана однолинейная схема выключателя согласно изобретению в рабочем состоянии, на фиг. 4B показана однолинейная схема выключателя согласно изобретению в разомкнутом состоянии, и на фиг. 4C показана однолинейная схема выключателя согласно изобретению в заземленном состоянии.
Когда вакуумный выключатель нагрузки, использующий высоковольтный электропроводный контур согласно изобретению, применяется в выходном шкафу, он может принимать различные рабочие состояния, требуемые однолинейной схемой выходного шкафа. Высоковольтный электропроводный контур работает в соответствии со следующими принципами.
Как показано на фиг. 5A, высоковольтный электропроводный контур содержит блок выключателя нагрузки, блок разъединителя и отдельный блок заземляющего выключателя с тремя объединенными фазами.
Блок выключателя нагрузки содержит вакуумный прерыватель 101, гибкую ленту 102, узел 103 толкателя, рычаг 104 приводного кривошипа толкателя, приводной шпиндель 105 выключателя нагрузки, силиконовую втулку 115, установленную на приводном шпинделе выключателя нагрузки для увеличения длины пути тока утечки между фазами, и кабельную соединительную клемму 106. Блок разъединителя содержит соединительную контактную шину 107, узел 108 изолятора, приводную соединительную штангу 117 изолятора, объединяющую передающее устройство и изоляцию, рычаг 109 приводного кривошипа изолятора, приводной шпиндель 110 разъединителя и соединительную клемму 111, с которой соединены выключатель нагрузки и разъединитель. Блок заземляющего выключателя содержит неподвижный контакт 112 заземляющего выключателя и тело 113 заземляющего выключателя. Основные соединительные компоненты блока выключателя нагрузки и блока разъединителя соединены посредством болтов с металлическим вкладышем, отлитым внутри пластмассового несущего корпуса 114. Пластмассовый несущий корпус 114 используется для фиксации, и три неподвижных контакта 112 заземляющего выключателя соединены посредством болтов с кабельной соединительной клеммой 106, отлитой внутри пластмассового несущего корпуса 114. Пластмассовый несущий корпус 114 установлен на несущем кожухе 120 с использованием болтов для фиксации всего высоковольтного электропроводного контура. Тело 113 заземляющего выключателя установлено непосредственно на несущем кожухе 120 посредством болтов. В пластмассовом несущем корпусе 114 выполнены ребра 116, проходящие в различных направлениях, для увеличения длины пути тока утечки между нагруженными объектами и повышения механической прочности пластмассового несущего корпуса 114. Этот пластмассовый несущий корпус 114 дополнительно имеет смотровое окно 118 для наблюдения изоляционного зазора и смотровое окно 119 для наблюдения разрыва заземления, соответственно.
В известных технических решениях приводной шпиндель выключателя нагрузки выполнен из металла, вследствие чего должен быть помещен изолятор между стороной заземления и стороной высокого напряжения. Согласно изобретению приводной шпиндель 105 выключателя нагрузки является изолятором, что эквивалентно преобразованию исходного изолятора в шпиндель, так что теперь не нужен никакой дополнительный изолятор между толкателем и шпинделем. При таком подходе узел металлического толкателя может быть очень маленьким. Кроме того, приводной шпиндель 105 выключателя нагрузки снабжен силиконовой втулкой 115, что может эффективно увеличить длину пути тока утечки между фазами.
В результате установки узла 108 изолятора и тела 113 заземляющего выключателя высоковольтного электропроводного контура в разных положениях, предлагаемый вакуумный выключатель нагрузки реализует замкнутое состояние, разомкнутое состояние и заземленное состояние. Узел 108 изолятора соединен с соединительной контактной шиной 107 и соединительной клеммой 111, с которой соединены выключатель нагрузки и разъединитель, когда он находится в вертикальном положении, как показано на фиг. 5B. Приводная соединительная штанга 117 изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, расположено в позиции, показанной на фиг. 5B, обеспечивая тем самым функцию фиксации узла 108 изолятора. В это время, блок разъединителя находится в замкнутом состоянии, а блок заземляющего выключателя находится в разомкнутом состоянии. Когда блок выключателя нагрузки также находится в замкнутом состоянии, вакуумный выключатель нагрузки согласно изобретению находится в замкнутом состоянии, отвечая функциональным требованиям однолинейной схемы, показанной на фиг. 4A. Узел 108 изолятора отходит от соединительной контактной шины 107 и образует изоляционный зазор определенной величины, когда он находится в горизонтальном положении, как показано на фиг. 5C. Приводная соединительная штанга 117 изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, расположена в положении, показанном на фиг. 5C, реализуя функцию изоляции и уменьшая расстояния по прямой между стороной высокого напряжения и стороной низкого напряжения. В это время блок разъединителя находится в разомкнутом состоянии, и блок заземляющего выключателя также находится в разомкнутом состоянии. Когда модуль выключателя нагрузки также находится в разомкнутом состоянии, вакуумный выключатель нагрузки согласно изобретению находится в изолированном состоянии, отвечая функциональным требованиям однолинейной схемы, показанной на фиг. 4B. Когда узел 108 изолятора находится в горизонтальном положении, как показано на фиг. 5D, и тело 113 заземляющего выключателя также находится в горизонтальном положении, это тело 113 заземляющего выключателя соединено с неподвижным контактом 112 заземляющего выключателя. В это время модуль изолирующего выключателя находится в открытом состоянии, и блок заземляющего выключателя находится в замкнутом состоянии, неподвижный контакт 112 заземляющего выключателя заземляет сторону кабеля посредством соединения с кабельной соединительной клеммой 106, и вакуумный выключатель нагрузки согласно изобретению находится в заземленном состоянии, отвечая функциональным требованиям однолинейной схемы на фиг. 4C.
Когда вакуумный выключатель нагрузки с газовой изоляцией используется во входном шкафу, он должен иметь функцию выключателя нагрузки и функцию разъединителя, а функция заземляющего выключателя является опцией. В последующем описании входной шкаф не имеет функцию заземляющего выключателя. Если потребитель выберет функцию заземляющего выключателя, ссылки могут быть сделаны на описание первого предпочтительного варианта. Однолинейные схемы входного шкафа без функции заземляющего выключателя в различных рабочих состояниях показаны на фиг. 6A-6B, при этом на фиг. 6A представлена однолинейная схема выключателя согласно изобретению в рабочем состоянии, и на фиг. 6B представлена однолинейная схема выключателя согласно изобретению в разомкнутом состоянии.
Когда вакуумный выключатель нагрузки, использующий высоковольтный электропроводный контур согласно изобретению, применяется во входном шкафу, он может отвечать различным рабочим состояниям, требуемым однолинейной схемой входного шкафа. Высоковольтный электропроводный контур работает в соответствии со следующими принципами.
Как показано на фиг. 7A, высоковольтный электропроводный контур содержит выключатель нагрузки и блок разъединителя.
В известных технических решениях приводной шпиндель выключателя нагрузки выполнен из металла, вследствие чего должен быть помещен изолятор между стороной заземления и стороной высокого напряжения. Согласно изобретению приводной шпиндель 105 выключателя нагрузки является изолятором, что эквивалентно преобразованию исходного изолятора в шпиндель, так что теперь не нужен никакой дополнительный изолятор между толкателем и шпинделем. При таком подходе узел металлического толкателя может быть очень маленьким. Кроме того, приводной шпиндель 105 выключателя нагрузки снабжен силиконовой втулкой 115, что может эффективно увеличить длину пути тока утечки между фазами.
В результате установки узла 108 изолятора высоковольтного электропроводного контура в разных положениях, предлагаемый вакуумный выключатель нагрузки реализует замкнутое состояние и разомкнутое состояние. Узел 108 изолятора соединен с соединительной контактной шиной 107 и соединительной клеммой 111, с которой соединены выключатель нагрузки и разъединитель, когда узел изолятора находится в вертикальном положении, как показано на фиг. 7B. Приводная соединительная штанга 117 изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, расположена в позиции, показанной на фиг. 7B, обеспечивая тем самым функцию фиксации узла 108 изолятора. В это время, блок разъединителя находится в замкнутом состоянии. Когда блок выключателя нагрузки также находится в замкнутом состоянии, вакуумный выключатель нагрузки согласно изобретению находится в замкнутом состоянии, отвечая функциональным требованиям однолинейной схемы, показанной на фиг. 6A. Когда узел 108 изолятора находится в горизонтальном положении, как показано на фиг. 7C, этот узел 108 отходит от соединительной контактной шины 107 и образует изоляционный зазор определенной величины. Приводная соединительная штанга 117 изолятора, объединяющая передающее устройство с изоляцией, расположено в положении, показанном на фиг. 7C, реализуя функцию изоляции и уменьшая расстояние по прямой между стороной высокого напряжения и стороной низкого напряжения. В это время блок разъединителя находится в разомкнутом состоянии. Когда блок разъединителя нагрузки также находится в разомкнутом состоянии, вакуумный выключатель нагрузки согласно изобретению находится в разомкнутом состоянии, отвечая функциональным требованиям однолинейной схемы, показанной на фиг. 6B.
Высоковольтный электропроводный контур согласно изобретению обладает следующими преимуществами.
При применении рациональной компоновки блока выключателя нагрузки, блока разъединителя и блока заземляющего выключателя и оригинальной конструкции приводной соединительной штанги изолятора, объединяющей передающее устройство с изоляцией, указанный высоковольтный электропроводный контур отвечает функциональным требованиям к вакуумному выключателю нагрузки и вписывается в компактное пространство размером исходного выключателя нагрузки, содержащего гексафторид серы в качестве среды, тем самым значительно уменьшая пространственные размеры выключателя нагрузки без гексафторида серы и сберегая тем самым как затраты, так и пространство, занимаемое устройством.
Несмотря на то, что со ссылками на чертежи описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в этой области известно, что возможны разнообразные изменения, вариации и уточнения, не отклоняясь от идеи и объема изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными предпочтительными вариантами и чертежами, а объем изобретения определен его формулой.