(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921985336.2
(22)申请日 2019.11.18
地址 271000 山东省泰安市泰山区东部新
区
专利权人 中国电力科学研究院有限公司
(72)发明人 孙如水 李志兵 张志国 张然
安德宝 颜湘莲 柴新君
(74)专利代理机构 济南誉丰专利代理事务所
(普通合伙企业) 37240
代理人 程仁军
(51)Int.Cl.
H02B 13/055(2006.01)
H02B 13/035(2006.01)
H02B 1/20(2006.01)
H01H 33/10(2006.01)H01H 33/04(2006.01)H01H 33/22(2006.01)H01H 33/02(2006.01)H01H 1/025(2006.01)(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
C4F7N环保气体环网柜
(57)摘要
本实用新型涉及适用于C4F7N环保气体环网
柜，包括气箱，在气箱内充有C4F7N和CO 2混合气
关、分支母线和出线绝缘子，所述母线绝缘子为
两个，两个母线绝缘子分别安装在气箱相对的两
个内壁上，两个母线绝缘子通过主母线连接，主
母线与负荷开关连接，负荷开关连接多个分支母
线，每个分支母线连接一个出线绝缘子。C4F7N环
保气体环网柜主要是与C4F7N和CO 2混合气体的
绝缘、开断性能进行匹配，进行结构设计以及灭
弧栅式负荷开关设计，以满足开关设备的安全运
行。权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 210490254 U 2020.05.08
C N 210490254
U
1.C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：包括气箱(14)，在气箱(14)内充有C4F7N和CO 2混合气体，在气箱(14)内安装有母线绝缘子(15)、主母线(16)、负荷开关、分支母线(18)和出线绝缘子(19)，所述母线绝缘子(15)为两个，两个母线绝缘子(15)分别安装在气箱(14)相对的两个内壁上，两个母线绝缘子(15)通过主母线(16)连接，主母线(16)与负荷开关连接，负荷开关连接多个分支母线(18)，每个分支母线(18)连接一个出线绝缘子(19)。
2.根据权利要求1所述的C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：所述负荷开关包括与气箱(14)内壁连接的安装座(10)，在安装座(10)上安装灭弧机构和接地触座(9)；所述灭弧机构包括支撑绝缘子(1)、静触座(2)和灭弧室，静触座(2)通过软连接(17)与主母线(16)连接；所述灭弧室包括灭弧栅架(3)以及安装在灭弧栅架(3)上的多个灭弧栅片(5)；所述静触座(2)为直角板，静触座(2)的其中一个直角边与灭弧栅架(3)连接，静触座(2)的另外一个直角边与支撑绝缘子(1)连接，支撑绝缘子(1)与安装座(10)连接；接地触座(9)和静触座 (2)通过与导体(12)连接的触刀(11)组成三工位刀闸，触刀(11)在绝缘主轴(13)的带动下在导体(12)上转动，组成转动导电结构，导体(12)与多个分支母线(18)连接。
3.根据权利要求2所述的C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：静触座(2)与灭弧栅架
(3)连接的直角边上设有电流阻断槽(8)和铜钨弧触头(4)。
4.根据权利要求1所述的C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：灭弧栅片(5)的材质为电工纯铁。
5.根据权利要求1所述的C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：灭弧栅架(3)与静触座
(2)的直角边通过弹性销(6)连接。
6.根据权利要求5所述的C4F7N环保气体环网柜，其特征在于：支撑绝缘子(1)与静触座(2)的直角边通过螺栓(7)连接。
权 利 要 求 书1/1页CN 210490254 U
C4F7N环保气体环网柜
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力开关设备技术领域，尤其涉及C4F7N环保气体环网柜。
背景技术
[0002]由于SF6在1997年的防止地球变暖京东会议上被指定为温室效应气体而限制排放，促使不使用SF6气体的开关柜的诞生。因容易向高电压、大容量化扩展的环保气体环网柜在技术上、经济上均占有很大的优势，导致市场对充SF6的充气环网柜的需求在逐年递减，代替SF6充气环网柜的环保型环网柜将成为市场的主流，并逐渐取代SF6充气环网柜。[0003]环保气体C4F7N具有优良的绝缘性能、灭弧性能和环保性能，绝缘性能达到SF6的80％以上，灭弧性能温室效应小于SF6的5％，放电分解产物无毒、环保、安全，是SF6的理想替代气体。
[0004]本申请基于SF6充气环网柜的缺陷，提出一种采用新型环保气体C4F7N作为灭弧、绝缘介质的环网柜。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对现有技术的不足，提供C4F7N环保气体环网柜，C4F7N环保气体环网柜主要是与C4F7N和CO2混合气体的绝缘、开断性能进行匹配，进行结构设计以及灭弧栅式负荷开关设计，以满足开关设备的安全运行。
[0006]本实用新型是通过如下技术方案实现的，C4F7N环保气体环网柜，包括气箱，在气箱内充有C4F7N和CO2混合气体，在气箱内安装有母线绝缘子、主母线、负荷开关、分支母线和出线绝缘子，所述母线绝缘子为两个，两个母线绝缘子分别安装在气箱相对的两个内壁上，两个母线绝缘子通过主母线
连接，主母线与负荷开关连接，负荷开关连接多个分支母线，每个分支母线连接一个出线绝缘子。
[0007]作为优选，所述负荷开关包括与气箱内壁连接的安装座，在安装座上安装灭弧机构和接地触座；所述灭弧机构包括支撑绝缘子、静触座和灭弧室，静触座通过软连接与主母线连接；所述灭弧室包括灭弧栅架以及安装在灭弧栅架上的多个灭弧栅片；所述静触座为直角板，静触座的其中一个直角边与灭弧栅架连接，静触座的另外一个直角边与支撑绝缘子连接，支撑绝缘子与安装座连接；接地触座和静触座通过与导体连接的触刀组成三工位刀闸，触刀在绝缘主轴的带动下在导体上转动，组成转动导电结构，导体与多个分支母线连接。
[0008]作为优选，静触座与灭弧栅架连接的直角边上设有电流阻断槽和铜钨弧触头。[0009]作为优选，灭弧栅片的材质为电工纯铁。
[0010]作为优选，灭弧栅架与静触座的直角边通过弹性销连接。
[0011]作为优选，支撑绝缘子与静触座的直角边通过螺栓连接。
[0012]本实用新型的有益效果为：
[0013]1、C4F7N环保气体环网柜主要是与C4F7N和CO2混合气体的绝缘、开断性能进行匹
配，进行结构设计以及灭弧栅式负荷开关设计，以满足开关设备的安全运行。具有结构新颖、可靠性好、布置灵活、占地面积小，高度模块化，生产成本低的特点。
[0014]2、结构设计主要进行主母线与负荷开关灭弧栅的相对位置，确保主母线的电流不会影响到灭弧栅内的电弧，造成开断失败；更改分支母线的搭接位置，通过将搭接位置更该为远离气箱位置，优化搭接位置高度，增加绝缘净距，减小场强，提高绝缘裕度。原有分支母线考虑加工方便，由圆铜棒更改为两件硬铜排搭接完成空间换向的要求。分支母线左右移动，使绝缘净距增加。 [0015]3、C4F7N气体的开断性能较SF6气体有所降低，负荷开关为匹配新型环保气体C4F7N而研发的专用负荷开关，采用三工位刀式负荷开关，灭弧方式采用灭弧栅式灭弧，即通过调整负荷开关结构，增加电流阻断槽、增加弧触头、以及改变灭弧栅片材质，达到负荷开关在C4F7N气体中开断能力的要求。
[0016]4、静触座上的电流阻断槽的目的主要是更改流过静触座的电流，尽量减小I1电流的长度，以减小电弧电流I2所受F12的电动力。增加触刀长度，原触刀长度100mm，更改后的触刀长度150mm，触刀长度增加1.5倍，相应的电流I3增加1.5倍，电流I3作用于电弧上的电动力增加1.5倍。以增加电流I3的长度，从而增加电弧电流I2所受F32的电动力。因电流I3长度远大于电流I1的长度，所以电弧电流I2所受电动力F32远大于F12，电弧在电动力的作用下会向灭弧栅方向移动，方便电弧更顺利的进入灭弧栅片，增强负荷开关开断能力。[0017]5、通过在静触座上增加铜钨弧触头，使负荷开关在开断时电弧弧根不烧灼
紫铜材质的静触座，而是烧灼抗烧灼能力更强的铜钨材质的弧触头，以减少金属带电粒子的飞出，使阴极区正电荷带电粒子减少，从而增大近阴极区压降，利于灭弧。
[0018]6、灭弧栅片的材质为电工纯铁，选用导磁性更好的电工纯铁代替普通碳钢，使电弧在槽内高速运动，加速电弧冷却，利于电弧熄灭。
[0019]7、通过增加灭弧栅片之间的间隙，现有灭弧栅片之间的间隙为2mm，增大后的间隙为3mm，在该间隙下能可靠保证栅片之间的绝缘，防止击穿而影响电弧被拉长。使电弧在电动力的作用下快速进入灭弧栅，因灭弧栅片间距大，电弧会在灭弧栅内部被拉长，使维持电弧的电压增加，利于灭弧。电弧被拉长后可与C4F7N充分接触，带走部分热量，从而增强了电弧能量耗散。
[0020]8、分支母线为铜排折弯、搭接而成，电场更为均匀，避免了用不可降解的环氧树脂等有机固体材料包覆就可以满足工频耐压50kV水平，达到国外24kV电压等级要求。[0021]9、在每个灭弧栅片上均设有多个通气孔，相邻灭弧栅片上的通气孔错开，形成错落的气流通道。在电弧进入灭弧栅片后产生大量的热量，造成灭弧栅片内部气流场的变化，产生通过灭弧栅片通气孔的气流，该气流吹拂电流，带走大量的热量，使电弧加速冷却，利于灭弧。
[0022]10、增加触刀长度，原有长度100mm，现有长度150mm，保证开断后的断口距离绝缘可靠。开断时还可以尽量长的拉长电弧，加速电弧的冷却及增大维持电弧的弧压，利于开断。
附图说明
[0023]图1为本实用新型整体结构示意图；
[0024]图2为本实用新型负荷开关结构示意图；
[0025]图3为本实用新型灭弧机构正视结构示意图；
[0026]图4是图3左视结构示意图；
[0027]图5为本实用新型静触座正视结构示意图；
[0028]图6是图5左视结构示意图；
[0029]图7是图5俯视结构示意图；
[0030]图8为本实用新型电流及电动力方向示意图；
[0031]图9为本实用新型灭弧栅片结构示意图；
[0032]图中所示：
[0033]1、支撑绝缘子，2、静触座，3、灭弧栅架，4、铜钨弧触头，5、灭弧栅片，6、弹性销，7、螺栓，8、电流阻断槽，9、接地触座，10、安装座，11、触刀，12、导体，13、绝缘主轴，14、气箱，15、母线绝缘子，16、主母线，17、软连接，18、分支母线，19、出线绝缘子。
具体实施方式
[0034]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。[0035]如图1所示，本实用新型包括气箱14，在气箱14内充有C4F7N和CO2混合气体，在气箱14内安装有母线绝缘子15、主母线16、负荷开关、分支母线18和出线绝缘子19，所述母线绝缘子15为两个，两个母线绝缘子15分别安装在气箱14相对的两个内壁上，两个母线绝缘子15通过主母线16连接，主母线16与负荷开关连接，负荷开关连接多个分支母线18，每个分支母线18连接一个出线绝缘子19。
[0036]如图2所示，所述负荷开关包括与气箱14内壁连接的安装座10，在安装座10上安装灭弧机构和接地触座9。如图3、4所示，所述灭弧机构包括支撑绝缘子1、静触座2和灭弧室，静触座2通过软连接17与主母线16连接。所述灭弧室包括灭弧栅架3以及安装在灭弧栅架3上的多个灭弧栅片5。所述静触座2为直角板，静触座2的其中一个直角边与灭弧栅架3连接，静触座2的另外一个直角边与支撑绝缘子1连接，支撑绝缘子1与安装座10连接。接地触座9和静触座2通过与导体12连接的触刀11组成三工位刀闸，触刀11在绝缘主轴13的带动下在导体12上转动，组成转动导电结构，转动导电结构为现有结构形式。导体12与多个分支母线18连接。
[0037]如图5、6、7所示，静触座2与灭弧栅架3连接的直角边上设有电流阻断槽8和铜钨弧触头4。通过在静触座2上增加铜钨弧触头4，使负荷开关在开断时电弧弧根不烧灼紫铜材质的静触座2，而是烧灼抗烧灼能力更强的铜钨材质的弧触头，以减少金属带电粒子的飞出，使阴极区正电荷带电粒子减少，从而增大近阴极区压降，利于灭弧。参照图8所示，对电流阻断槽8的作用进行说明，电流I1为流过静触座2的电流，电流I2为开断时的电弧电流，电流I3为流过触刀11的电流。F12为电弧电流I2在电流I1产生的磁场中所受的电动力，F32为电弧电流I2在电流I3产生的磁场中所受的电动力。静触座2上的电流阻断槽8的目的主要是更改流过静触座2的电流，尽量减小I1电流的长度，以减小电弧电流I2所受F12的电动力。增加触刀长度，以增加电流I3的长度，从而增加电弧电流I2所受F32的电动力。因电流I3长度远大于电流I1的长度，所以电弧电流I2所受电动力F32远大于F12，电弧在电动力的作用下会向灭弧栅方向移动，方便电弧更顺利的进入灭弧栅片，增强负荷开关开断能力。
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