真空开关及使用真空开关的真空开关设备

摘要

一种真空开关及使用真空开关的真空开关设备，在接地的真空容器内配置了相互绝缘的可动电极、固定电极和接地导体。通过使用绝缘性好的真空绝缘，通过开关的大幅度小型化和减少部件数，降低了开关和开关设备的成本。

说明书

(本申请是1998年7月22日递交的98116357.2的分案申请。)

技术领域

本发明涉及真空开关及真空开关设备，特别涉及将导电性真空容器接地的真空绝缘开关及使用该真空绝缘开关的真空开关设备。

背景技术

对都市的集中地带的增加的耗电需求，存在着配电用变电所的布局困难、配电用管道的配置无裕度以及要求高供给设备开工率化等课题。为解决该课题，配电电压的升压、即积极地使负载被吸收在每一线路的容量大的电压系统中是必要的。这关联到高效的电力供给设备的形成。因此，需要谋求配电器材，受变电设备的更小型化。

作为谋求小型化的受变电设备，考虑例如在特开平3-273804号公报中记载的SF₆气体绝缘开关设备。该开关设备分别制作断路器、两个隔离开关和接地开关，收存在在配电箱中充填了绝缘气体的单元室及母线室中。在作为断路器使用真空断路器的情况下，利用真空断路器的操作器，可动电极对固定电极上下移动、投入和断路。或者如特开昭55-143727号公报记载的真空断路器那样，左右摆动将主轴作为支点的可动电极，使其与固定电极接离，投入或断开可动电极。

包括气体绝缘开关的受电设备由隔离开关和气体断路器等接受例如从电力公司来的电力，由变压器变压为最适合负载的电压，将电力供给负载(电机等)。在维修和检查受变电设备时，在断开气体断路器后，打开与气体断路器分开设置的隔离开关。接着，通过使接地开关接地，将残留电荷和感应电流流到地中，并且防止从电源再次施加，保护操作者的安全。还有，如果母线被充电后直接使接地开关接地的话，则与事故有关联，因此，在隔离开关和接地开关间设置了联锁。

真空容器可以是绝缘物，因此，真空容器不接地。

由于作为绝缘开关装置的作为绝缘气体使用的SF₆气体给环境带来不利影响，所以，在世界范围内减少使用。因此，希望提供不使用SF₆气体的开关设备。

发明内容

本发明的目的在于提供大幅度小型化的真空开关及真空开关设备。

本发明的又一目的在于提供不使用给环境造成影响的SF₆气体等绝缘气体的真空开关设备。

本发明涉及使用接地的真空开关的真空绝缘开关以及使用真空绝缘开关的真空绝缘开关设备。具体地说，本发明提供的真空绝缘开关设备包括：气密性地密封、接地的导电性真空容器；与电源系统相连、通过绝缘物配置的固定电极；通过绝缘物、配置成与该固定电极有接离关系的可动电极；具有和可动电极相连并和用于驱动该可动电极的操作机构相连的可动部分的真空绝缘开关；和控制操作机构的控制部分。在本发明中，为了使操作员对接地真空容器、真空开关或真空开关设备进行维护和检查时，接触到真空容器也能保证安全，真空容器要接地。因此，真空容器的大部分必须由导体或有导电性覆盖物的材料构成。

在本发明中，所谓开关，是断开、闭合固定电极和可动电极的设备；所谓开关设备，是指包括控制设备，将一个以上的开关器械和进行操作、测量、保护及调整的一个以上的仪器及其内部连接组合后，将其收存在闭锁箱中的设备。开关设备除上述构成物外，还包括备有附属物及支持结构物的这些器械、装置的集合体。

还有，在本发明中，真空度小于10^-4乇(Torr)，最好是10^-6乇(Torr)以下，特别好的，是10^-8乇(Torr)以下。

而且，在本发明中，真空容器也可以用导电金属，表面有覆盖物的绝缘体，如在绝缘体上涂敷、电镀、粘贴导电材料，也可以。

例如：可以考虑在陶瓷上涂敷钼、锰的化合物，烧结后在其上电镀镍。

根据本发明的一种真空开关，包括：

主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器；

气密地封入到该真空容器内，由操作机构驱动的可动电极；

将该真空容器和固定电极绝缘的第一固体绝缘物；及

将该真空容器和可动电极绝缘的第二固体绝缘物。

根据本发明的又一种真空开关，包括：

主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器；

气密地封入到该真空容器内、与电力线相连接的固定电极；

气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动的可动电极；

气密地封入到该真空容器内、与接地导体连接的接地电极；

将该真空容器和固定电极绝缘的第一固体绝缘物；

将该真空容器和可动电极绝缘的第二固体绝缘物；及

将该真空容器和接地电极绝缘的第三固体绝缘物。

根据本发明的再一种真空开关，包括：

主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器；

气密地封入到该真空容器内、与电力线相连接的固定电极；

气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动的可动电极；

气密地封入到该真空容器内、与接地导体连接的接地电极；

气密地封入到该真空容器内、与负载连接的负载电极；

将该真空容器与固定电极绝缘的第一固体绝缘物；

将该真空容器与可动电极绝缘的第二固体绝缘物；

将该真空容器与接地电极绝缘的第三固体绝缘物；及

将该真空容器与负载电极绝缘的第四固体绝缘物。

根据本发明的一种真空开关设备，包括：

真空开关，该真空开关包括：主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器，气密地封入到该真空容器内、与电力线相连接的固定电极，气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动的可动电极，气密地封入到该真空容器内、与接地导体连接的接地电极，气密地封入到该真空容器内、与负载连接的负载电极，将该真空容器与固定电极绝缘的第一固体绝缘物，将该真空容器与可动电极绝缘的第二固体绝缘物，将该真空容器与接地电极绝缘的第三固体绝缘物，及将该真空容器与负载电极绝缘的第四固体绝缘物。

用于驱动该可动电极的操作机构；

用于收存该操作机构的操作室；

用于收存该真空开关和操作室的接地的金属容器。

根据本发明的又一种真空开关设备，包括：

真空开关，该真空开关包括：主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器，气密地封入到该真空容器内、与电力线相连接的固定电极，气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动的可动电极，气密地封入到该真空容器内、与接地导体连接的接地电极，气密地封入到该真空容器内、与负载连接的负载电极，将该真空容器与固定电极绝缘的第一固体绝缘物，将该真空容器与可动电极绝缘的第二固体绝缘物，将该真空容器与接地电极绝缘的第三固体绝缘物，及将该真空容器与负载电极绝缘的第四固体绝缘物；

用于驱动该可动电极的操作机构；

用于收存该操作机构的操作室；

用于收存与负载相连接的导体的导体室；

用于收存该真空开关、操作室及导体室的接地的金属容器。

进而，根据本发明的又一种真空开关，包括：

主体部分由导电性材料构成的接地的真空容器；

气密地封入到该真空容器内、与负载导体连接的负载电极；

气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动、使该固定电极及负载电极接离的第一可动电极；

气密地封入到该真空容器内、与接地导体连接的接地电极；

气密地封入到该真空容器内、由操作机构驱动，与该接地电极接离的第二可动电极，这里，第一可动电极及第二可动电极与负载导体的接离是非同步的；

将该真空容器与固定电极绝缘的第一固体绝缘物；

将该真空容器与第一、第二可动电极绝缘的第二固体绝缘物；

将该真空容器和接地电极绝缘的第三固体绝缘物；及

将该真空容器和负载电极绝缘的第四固体绝缘物。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，可动电极的接点部分被配置在该固定电极和接地电极之间，利用该操作机构驱动，在该固定电极和接地电极间摆动。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，可动电极的接点部分与负载电极用软导体电连接。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，可动电极的接点部分由操作机构驱动使其至少可在该固定电极和接地电极之间的Y2及Y3或Y2的位置上停止的真空开关，其中，Y2是直到可动接点的断开动作发生的弧消弧为止前所维持的位置，Y3是保持可动接点、固定电极及接地电极间的绝缘所得的位置。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，在可动电极处于该固定电极和接地电极的中间位置时，真空容器在固定电极侧的容积比接地电极侧的容积还大。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，接地导体的引出导体与真空容器连接。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，在可动电极的行程方向设有阻止从可动电极来的电流流到操作机构的绝缘装置。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，固定电极和接地电极的接点面向可动电极的行程方向倾斜而配置。

在本发明的真空开关和真空开关设备中，内部母线的一相搭接在中继端子板的一侧，另两相搭接在中继端子板的其他侧而配置。

附图说明

图1是本发明的实施例的真空开关设备的侧剖面图。

图2是本发明的其他实施例的真空开关设备的剖面图。

图3是本发明的另一其他实施例的真空开关设备的侧剖面图。

图4示出了图1的正面图，示出了打开下部的门的状态。图3是图4的A-A剖面图。

图5是说明图4的真空开关的动作的电路图。

图6是本发明所用的真空开关的主要部分的侧剖面图，示出了可动电极的接地状态。

图7是本发明使用的真空开关的主要部分的侧剖面图，示出了可动电极的闭合状态。

图8是表示本发明的其他实施例的真空开关结构的侧剖面图，示出了可动电极的闭合状态。

图9是表示图8的实施例的开关中可动电极的接地状态。

图10是表示本发明的其他实施例的集合型开关设备的电路图。

图11是表示本发明的集合型开关设备的母线中继端子板的模式图。

具体实施方式

图1示出了本发明的实施例的真空开关设备的基本结构。真空容器101的圆筒状侧壁102使用导电性材料，例如不锈钢。通过经由安装到圆筒状侧壁102上的导电性安装座103固定在操作室104上，圆筒状侧壁102经由导电性的104及支持部分116而接地。在操作室104的上部设有保护真空开关的保护板117。还有，在操作室104及支持部分116的底部设有车轮(未图示)，以便能送搬运。

在真空容器101的上部及下部设有绝缘物107及107’，分别通过该绝缘物107及107’安装固定电极105和可动电极106。可动电极106通过波纹管113，利用绝缘物107’支持。可动电极106利用操作杆112可上下移动。另外，可动电极106通过软导体110和导体114与外部电路电连接。在固定电极105和可动电极106附近设有弧护罩，防止断路时发生的弧触及真空容器而发生对地短路。固定电极105及可动电极106被气密地封入到真空容器101内。真空是最好的绝缘体，通过将电极封入到接地的真空容器中，能够减少和其他构成物的绝缘距离。还有，通过成为这样的结构，能够减少构成部件数，能够减少真空开关的成本。

图1中，通过将真空容器101接地、配置绝缘物107、107’，与使用现有的绝缘性真空容器的情况相比，能够减小操作室的深度尺寸a。结果，能够减小真空开关设备的深度尺寸b。

图2示出了本发明的其他实施例的真空开关设备的基本结构。在本实施例中，将绝缘物108、108’安装到真空容器101的圆筒状侧壁102上。还有，在真空容器101的内部设置软导体110及波纹管113。还有，在真空容器内配置了绝缘物108、108’的一部分。利用它们，能够减少真空开关的高度和真空开关与操作机构的距离，因此，能够减少包括操作室104的高度d(d＜c)的真空开关设备的深度尺寸e。

如图3所示，开关设备的结构包括：收存固定电极5、可动电极7和负载导体9的真空容器4；具有操作可动翼片30及可动电极7的操作机构部的操作室17；用于收存负载侧导体9和电缆头10等的导体室18；以及收存它们的金属容器16。

接地的真空容器4例如由不锈钢部件制作，其剖面形状最好是球面或曲面形状。由此，谋求真空容器4的机械强度的增加，谋求减薄真空容器4的厚度和减轻重量。真空开关1被收存在容器16中。容器16在真空开关1的上侧及下侧具有操作室17及导体室18。操作室17被配置在真空开关1的上部，在其正面侧安装自由开关的门19。导体室18被配置在真空容器4的左下侧。

通过真空容器4斜着配置操作室17和导体室18。操作室17收存使可动翼片30及可动电极7摆动的操作机构部。导体室18收存负载侧导体9及电缆头10。可在操作室17的真空容器4上放置维护检查工具等，维护检查容易。还有，在操作室17的跟前的正面侧配置导体室18，能够安全地进行电缆头10的安装操作。

开关设备是集断路功能、隔离功能、接地功能和母线于一体的设备。即，开关设备主要由固定电极5和在固定电极5与接地装置2的接地电极6间移动的可动电极7构成。固定电极5与内部母线8连接。内部母线有UVW三相，但各相的母线是单相连接的。可动电极7与负载侧导体9连接，负载侧导体9与伸到真空容器外的电缆头10连接。还有，可动电极7与后文所述的可动翼片30机械连接。并通过由收存在操作室17中的操作机构部驱动的可动翼片30的摆动，在上下方向或左右方向摆动。

图4是图3的开关设备的正视图。开关自由的门19内的接地装置的接地导体6通过软导体38与公共接地导体24连接。公共接地导体24的两端由接地螺钉25固定在配电盘16上。图4的开关设备是在三个线路用的各开关设备中配置各UVW相用的三个真空开关。因而，图3的开关设备共有9个真空开关。电缆头10与负载侧导体(未图示)连接。在第二电路开关的电缆头10的各相中设有变流器13。在其他第一及第三电路开关设备中，也根据需要设置变流器13。

使用图5说明本发明的开关设备的动作。可动电极7构成为在从固定电极5到接地电极39间移动时停止在图5的4位置处。可动电极7在与固定电极5接触的闭合位置91处通电。利用操作机构驱动可动翼片30，使可动电极7从闭合位置Y1向图中的下侧摆动，隔断从固定电极5来的离开电流，在Y2停止。在断路位置Y2处，在接点切离时发生的弧消弧之前一直停止在该位置。该停止时间为从弧发生到消弧的的一个周期。另外，在下侧摆动的可动电极7从固定电极5离开的距离取为雷击等不使绝缘破坏、在负载侧导体的操作员不触电的绝缘距离，在隔断位置Y3停止。

在可动电极7在Y2或Y3停止的状态下，由从驱动机构来的驱动力，可动接点摆动到Y2或接地位置Y4。可动电极向下侧摆动，在接地位置Y4与接地电极39接触。并且，通过对驱动机构提供指令可动电极7再次取为Y3、Y2或Y1的位置。还有，也可以省去隔断位置Y3，从断路位置Y2移动到接地位置Y4。

构成为在高绝缘体即真空中，在可动电极7从固定电极5向接地电极39摆动期间由一个操作依次取四个位置。可以使一个真空开关具有两个以上的功能(断路、隔离、接地)。结果，虽然在一个开关设备中需要具有现有各功能的装置，但由一个真空开关能够实现多个功能，能够减少装置数。

由于将可动电极7、固定电极5、接地电极39集合在一处，所以，能够比现有技术更小型化。在设有截断位置Y3并具有不同电源冲突的例如具有两个系统电源的两线路受电中，在任一线路的开关处于闭合位置Y1运行、其他线路的开关在截断位置Y3待机时，操作员即使接触该电路的负载侧导体9也是安全的。由于从待机切换到运行或从运行切换到待机的情况下都能够连续操作，所以，操作速度变快，操作容易。还有，能够不要称为互馈的防止误操作的机构。另外，通过用变流器13检测通电电流、使保护继电器1 4动作、使操作机构部分(未图示)解扣，也可减少系统事故。

使用图6及图7说明本发明的实施例的开关设备的结构及动作。可动电极7被设置在接地电极39和固定电极5之间，可动电极7通过可动中继金属部件44支持在陶瓷性的可动绝缘筒45上。可动绝缘筒45的一端支持在可动支持金属部件46上，可动支持金属部件46被支持在可动翼片30上。可动翼片30贯通指示板47延伸到外部。指示板47被固定在真空容器4中。可动翼片30被包围在可自由伸缩的可动波纹管48中。可动波纹管48的一端安装在支持接头46上，另一端安装在可动指示板47上。可动翼片30能够进行左右、上下摆动动作。在可动翼片30的尖端设置的可动电极7利用收存在操作室17内的操作机构部分的驱动，将主轴作为支点而摆动。动作轴50连接可动翼片30和操作机构部分。可动电极7在两极有使固定电极5和接地电极39接离的接点部分。

可动电极7的尖端和负载侧导体9由软导体22连接。负载侧导体9贯穿陶瓷材料制成的负载侧套管21，与电缆头10连接。在负载侧套管21端部设有负载侧封闭金属部件53，在真空容器4中空的开口周围，用原材料包容并支持负载侧封闭金属部件53。在真空容器4的外部和电缆头10间露出的负载侧套管21的陶瓷表面上设有接地金属层54，漏电流通过真空容器4流到设置中。通过实施这样的安全对策，即使操作员接触电缆头10的周围，也不会发生危险。作为软导体，可以是使金属束在一起、编在一起或重叠在一起的导体。最好是容易谋求真空中的防止金属间粘合的铜薄板重叠的方法。

在可动电极7闭合时，为了阻止从可动电极7来的电流流到驱动机构中，在可动电极的行程方向设有绝缘装置。这样，抑制了通电时的发热。作为绝缘装置，在可动电极7和可动翼片30间设置了可动绝缘筒45。作为可动绝缘筒45使用绝缘陶瓷材料，但也可以是耐真空容器制造时的高温的绝缘部件。

接地装置2如下构成：在接地侧底金属部件31的一端侧连接有接地电极6及接地侧导体37。在接地侧底金属部件31的另一端侧连接了开口的由陶瓷材料构成的接地侧套管32。在接地侧套管32的外周设有凸缘33，将安装到凸缘33上的接地侧封闭金属部件34熔接到真空容器4中。在接地侧凸缘内配置接地侧波纹管35、弹簧36及接地侧导体37。接地侧导体37贯通接地侧底金属部件31延伸到外部，其端部由弹簧连接到接地导体38的上述公共接地导体24上。接地导体38由软导体构成，即使接地侧导体37动作，也能接地到大气中。还有，将接地电极39固定到与此相反一侧的接地侧导体37上。如果将接地电极39按到接地侧底金属部件侧31的话，接地侧波纹管35和弹簧36一起收缩。此时，利用弹簧36压缩的力将接地电极39向可动电极7方向按压。

固定电极5及接地电极39的接点面最好向可动电极的行程方向倾斜。这样，能够缩小固定电极5和接地电极39的间隔，从而能够缩小真空容器。

通过固定电极5及中继端子固定中继金属部件41支持在由陶瓷材料构成的固定绝缘筒42上。支持固定绝缘筒42的另一端的固定支持金属部件43内用原材料固定在真空容器内。将固定中继金属部件41和固定支持金属部件43预先安装到固定绝缘筒42的两端。将中继端子板27配置在真空容器4的内表面，与固定支持金属部件43连接。

图6中，可动电极与接地位置接触处为接地位置Y4，接地电极39总是在可动电极方向用弹簧36按压可动电压。图7中，可动电极7与固定电极5接触并同时与负载侧导体9连接处为闭合位置Y1。

在闭合位置Y1，可动电极7与固定电极5接触，并同时与负载侧导体9连接。在这种情况下，不经过可动翼片30，由可动电极7通过固定电极5和软导体22向负载侧导体供电，所以，与现有技术相比，能够大幅度缩短电流通路。结果，电阻减少，能够减少其电力损失及发热。

另一方面，在闭合位置Y1，常时向负载供电，处于该状态的时间比其他时间长。如果将可动电极7和负载侧导体接触的话，就存在两者熔接的可能性。

在本发明中，可动电极7和负载侧导体9不摆动，利用软导体22连接在负载侧导体9和可动电极7之间，不产生可动电极7和负载侧导体9的熔接。

在本发明中，即使除去接地装置及隔断装置也能够使用，由于除去时真空容器、操作机构部分能够更小型化，所以，开关设备整体也当然能小型化。

由于用连接可动电极7及负载侧导体9的软导体22连接，所以，能够以最短距离连接在可动电极7和负载侧导体9及电缆头10间。结果，电阻减小，能够降低其在真空容器中的发热。还有，由于使用软导体22，若将可动电极与负载侧导体9电连接，则能左右摆动。

在图6及图7所示的实施例中，绝缘物42被配置在可动电极7的行程方向上。因此，即使可动电极7与固定接点5碰撞，也能抵抗其碰撞力，将固定接点5按压到可动电极7上。

图8及图9示出了本发明的其他实施例。将负载侧公共导体56安装到接地型真空容器4中，将负载侧公共导体56连接到负载侧导体9上。在该负载侧公共导体56上安装接地侧接点57及负载侧接点58。支持在真空容器4上的接地侧可动电极59及负载可动电极7与接地侧接点57及负载侧接点58对应配置。在负载侧可动电极7与负载侧接点58接触时，即在闭合状态时，接地侧可动电极59与接地侧接点57脱离。与此相反，在接地侧可动电极59与接地侧接点57接触时，即处于接地状态时，负载侧可动电极7与负载侧接点58脱离。

在本实施例中，在负载侧可动电极7与负载侧接点的负载侧接点58成直角的方向上配置连接多相母线8的固定端子60，用软导体22连接在固定端子60和负载侧可动电极7之间以及接地侧可动电极59和接地侧导体37之间。

在图8及图9所示的实施例中，绝缘物70或70’在接地侧可动电极59或负载侧可动电极7的行程方向上通过负载侧公共导体56而接地。因而，接地侧可动电极59或负载侧可动电极7即使在接地侧接点57或负载侧接点58碰撞，也能抵抗该碰撞力而将接地侧接点57或负载侧接点58按压到接地侧可动电极59或负载侧可动电极7上。

本发明的电路开关设备除上述之外，也能够作为将可动电极和固定电极打开和闭合的断路器、真空断路器的开关器、使固定电极和可动电极接离的隔离开关、接地开关器和开关器等的单独制品使用。

图10是将集合型开关设备的电路即三个电路的电路开关设备收存到一个真空容器中的图。作为电路开关，是有U、V、W三相的开关。多电路例如在接地的真空容器4中配置三个电路开关1、2、3。各电路开关设备1、2、3的结构相同。说明第二电路开关设备，省略其他电路开关设备的说明。电路开关设备2是集合了两相开关设备2X、2Y、2Z的三相的开关设备。电路开关1通过电源侧电缆11与系统电源12电连接。电路开关2通过变流器13与负载相连接，电路开关3向其他电路送电。

图11示出了中继端子板27的结构。在将内部母线8配置到中继端子板27中时，根据从中继端子板27的左侧到右侧的顺序依次配置第一电路开关到第2、第3电路内部开关的内部母线8。在配置时，各电路开关的内部母线8配置为其第一相1X、2X、3X搭接在中继端子板的一侧、第二相及第三相2X的2Z、3X的3Z搭接在另一侧而依次成为U、V、W三相。这样，布线容易，并且可望防止布线不同和内部母线的分散配置引起的热劣化。

根据本发明的开关和开关设备，通过使用绝缘性好的真空绝缘，利用开关的大幅度小型化和部件数的减少，降低了开关和开关设备的成本。