有载分接开关装置的制作方法

本发明涉及电能分配与转换领域，尤其涉及一种应用于高压电气设备的“三相”或“单相”有载分接开关装置，其允许选择次级绕组的匝数从而获得对高压电气设备的次级绕组中电压的调节。本发明的目的是提供一种小型分接开关装置，其具有减小的体积和重量，允许自动电压控制。

背景技术：

传统上，通过改变电气设备的变压比，根据负载情况将诸如变压器的高压电气设备的输出电压保持在所允许的或期望的范围内，使得所述电气设备的初级绕组和次级绕组之间的电压比相应改变。为此，高压电气设备设置有称为分接开关的装置，其可包括无载分接开关或有载分接开关，即，分接头的切换可以在电气设备断电或通电的情况下完成。分接开关装置增加或减少初级绕组的匝数，从而改变变压比，或换句话说改变次级绕组中的电压。

有载分接开关装置通常用于诸如电力变压器的电气设备中，其服务不能中断，从而不会严重危及配电系统的操作且接着对配电网的用户造成麻烦。

当前存在的分接开关装置例如是专利文献wo2013156268a1中提到的分接开关装置，其公开了一种包括开关装置(真空断路器)和由电动机驱动的分接选择器装置的有载分接开关。这些装置垂直安装在支撑板上，各自在支撑板的每一侧上，使得电动机的作用向所述装置的传递由中间元件(例如，凸轮轴、螺旋柄、滑架等)执行。这些中间元件通过线性运动与开关装置和分接选择器装置机械连接，即所述元件将电动机的旋转运动转换成线性运动，以启动开关装置和分接选择器装置。

使用所有这些中间元件的需要涉及分接开关装置所采用的体积的缺点，并且最终增加了安装有分接开关装置的变压器的尺寸，其涉及使用更大体积的介电流体、增加变压器的总重量、需要使用具有较大介电流体收集能力的漏油槽等。由于分接开关装置的设计，变压器的尺寸也增加，因为该装置包括安装在垂直布置的纵向板上的所有装置和元件。此外，考虑到分接开关装置安装在变压器的上盖下方，变压器的高度增加，安装分接开关装置的变压器腔体必须填充有介电流体。

另一方面，在现有技术的解决方案中，开关装置线性地彼此前后布置并竖直地布置，其开关涉及未被补偿的振动，从而损害了解决方案的机械能力。us2014159847a1公开了具有竖直布置的开关装置的解决方案的另一个示例。

已知在一些解决方案中，开关装置以120°彼此等距布置在水平面上。例如，在专利文献jps6091608和jps6047405中提到了这种类型的解决方案。也可以提到专利文献jps5687307和jps5681915的解决方案，其目的是通过布置开关装置来使解决方案的体积最小化。然而，所有这些用于电力变压器的管状解决方案都具有垂直布置，不能将这种布置有效地集成到配电变压器中。

为了检查分接开关装置所处的位置，即为了验证分接开关装置是否与合适的分接头连接，通常设置检查窗装置。这种检查窗装置通常设置在高压电气设备的上盖上，例如是在所述盖上形成的窥视孔，这意味着由于高压电气设备含有介电流体，因此窥视孔必须确保高压电气设备的密封性。另一方面，由于所述窥视孔位于设备的上盖上，有时由于电气设备的高度或低压和高压套管的布置，因此不可能不借助诸如梯子之类的一些装置就通过所述窥视孔进行观察以允许操作者确认分接开关装置的位置。

验证分接开关装置所处的位置是必要的，例如，当调试高压电气设备时，或者例如在安装的控制面板中发生任何故障的情况下，不能进行所述验证。从这个意义上说，可以提及2014年5月的cired的技术论文so1-01(sanelacarevic，mariobakaric，branimircucic和martinamikulic提出的“regulacijskidistributivnitransformator”)中出现的解决方案作为示例，因为其中考虑的解决方案包括高压电气设备上盖上的窥视孔，其视线被变压器盖的低压和高压套管阻碍。

为了使分接开关装置高效并且具有成本效益，必须有最小数量的开关装置以及最小数量的分接头，并且必须获得最大数量的变压比，而不需要使变压器的结构布置发生显著变化。

另一方面，例如，诸如变压器的高压电气设备的冷启动在介电流体甚至可能固化的极端气候中涉及特别严重的问题，妨碍了有载分接开关装置的正确切换，并将高压电气设备的完整性置于危险之中。通常在这些情况下使用高压电气设备外部的辅助装置，以使介电流体达到正确操作有载分接开关装置所需的最低工作温度。

技术实现要素：

本发明通过提供设想用于高压电气设备(例如配电变压器)中的“三相”或“单相”有载分接开关装置来解决上述缺点，所述“三相”或“单相”有载分接开关装置例如是小型分接开关装置，其具有减小的体积和重量，允许自动电压控制。

本发明的分接开关装置安装在变压器箱内，浸入容纳在箱内的相同介电流体中，其特征在于分接开关装置包括平面紧凑的结构，使得可以水平地安装(在变压器的上盖下方)和竖直地安装(在变压器的一侧上)而不改变变压器的结构布置，从而获得具有相对于现有技术的尺寸和重量减小的有载分接开关的变压器，与现有技术中具有有载分接开关的变压器相比，减少了所使用的介电流体的量以及变压器的高度。

根据本发明的分接开关装置的平面和紧凑结构的目的，已经设想该装置包括都由绝缘材料制成的第一板和第二板，第一板通过至少一个可以包括螺钉和隔套的夹紧装置连接到第二板。因此，根据涉及“三相”分接开关装置的本发明的第一实施方式，在第一板和第二板之间包括的空间中包括安装以下部件：

-每相至少一个开关装置，例如真空断路器，其设置有移动触点和固定触点，

-每相至少一个分接头，其与配电变压器的初级绕组的至少一个连接点相关，

-每相一个分接选择装置，其设置有至少一个电触点，

-每相至少一个保护元件，其类型通常用作电压峰值抑制器，例如变阻器。

本发明的分接开关装置还包括致动元件，其也安装在所述第一板和第二板之间，使得所述致动元件作为单个部件直接且同时地与开关装置和分接选择装置机械连接，因此在手动操作的情况下不需要中间元件来传输电动机或操作者的动作。

致动元件固定在轴上并且包括设置有突起的内轮廓，使得所述轴的旋转使内轮廓作用在开关装置上，以引起开关装置的打开-关闭。已经设想开关装置可以包括安装在其周围的引导元件，确保开关装置的移动触点的直线水平行进。为了获得平面且紧凑的分接开关装置，也已经设想开关装置彼此等距离地安装在水平面上，例如彼此成120°，并且进一步借助这种开关装置的布置，在开关装置切换期间引起的振动或运动得到补偿，增加了其机械可靠性和使用寿命。

致动元件又包括设置有齿的外轮廓，所述致动元件能够例如由齿轮构成，使得所述轴的旋转使致动元件旋转并使其有齿的外轮廓在分接选择装置上起作用，以引起分接选择装置的旋转。

分接选择装置的电触点与该分接选择装置一体旋转，引起这些电触点和分接头之间的连接-断开，这涉及到所述分接头之间的切换。开关装置的致动和分接选择装置的致动本质上是协调的，使得在至少一个开关装置打开的情况下进行分接头之间的切换。

另一方面，本发明的分接开关装置包括允许观察其位置的检查窗装置，即该装置连接到哪个分接头。相对于现有技术的区别在于，所述检测窗装置不位于高压电气设备的上盖上，而是布置在实际的分接开关装置中，所以不可能存在密封性问题，并降低了用于使高压电气设备适应所考虑的解决方案的成本。分接开关装置的检查窗装置还允许验证开关装置的位置，而操作者不必使用任何其它装置，例如梯子。此外，分接头的视线不会受到变压器盖的低压和高压套管的阻碍。

本发明的另一个目的是使用最少数量的开关装置和最小数量的分接头，以获得尽可能大的变压比而不改变变压器的结构布置，以确保分接开关装置的平面和紧凑的结构。

该有载分接开关装置在分接开关中匝间短路的情况下还包括每相一个限流元件，诸如电阻器或电抗器。通过在激励高压电气设备期间插入限流元件，这些限流元件也可以用于限制在激励所述设备时产生的高压电气设备的磁化电流(在标称值以上几倍)，因为由该磁化电流产生的电动力学和热应力可能会损害所述高压电气设备的使用寿命。此外，磁化电流可能导致熔断器和/或保护继电器(其用于断开变压器)的致动误差，以及波形质量的问题。

因此，提出夜间断开高压电气设备(即太阳能农场)或者在没有能量产生时断开(即风电场)的那些情况，以防止所述高压电气设备的空载损耗，分接开关装置不仅可以调节电网电压，还可以通过在启动时电路阻抗最大的位置处进行分接头的转换，以作为限制高压电气设备的磁化电流的装置。在启动位置，通过与高压电气设备的传感器系统协调，对介电流体的温度进行预先检查，以验证其温度适合于确保有载分接开关装置的正确切换。否则，保持启动位置，并且大小适于连续操作的限流装置有利于加热介电流体直到达到确保有载分接开关装置能正确操作的最小操作温度，从而防止使用外部辅助装置。

根据本发明的第二个目的，描述了“单相”有载分接开关装置，其相对于“三相”情况在结构上更简单，并且其中通过单个致动元件可以执行存在于“三相”情况下的选择装置的功能，但对于“单相”情况则不需要。“单相”分接开关装置的这种第二种情况将在后面详细介绍。本发明的最后一个方面涉及例如例如配电变压器的高压电气设备，其包括上述分接开关装置，还包括初级绕组，该初级绕组设置有与分接开关装置的至少一个分接头相关联的至少一个连接点。初级绕组的匝数是可变的，从而允许自动调节同一高压电气设备的次级绕组中的电压。

附图说明

图1示出了根据本发明的“三相”分接开关装置的立体图。

图2示出了其中安装有分接头和保护元件的“三相”分接开关装置的第一绝缘板的平面图。

图3示出了其中安装有开关装置的“三相”分接开关装置的第二绝缘板的平面图。

图4示出了“三相”分接开关装置的第一绝缘板上的致动元件和分接选择装置的平面图。

图5示出了其中安装有“三相”分接开关装置的高压电气设备的立视图。

图6a、6b、6c、6d、6e示出了包括作为限流元件的“电阻器”的“三相”或“单相”分接开关装置的五个单线图，示出了进行从一个分接头到另一个的转换的操作顺序。

图7a、7b、7c示出了包括作为限流元件的“电抗器”的“三相”或“单相”分接开关装置的三个单线图，示出了进行从一个分接头到另一个的转换的操作顺序。

图8示出了根据本发明的“单相”分接开关装置的立体图。

图9示出了其中安装有分接头和保护元件的“单相”分接开关装置的第一绝缘板的平面图。

图10示出了其中安装有开关装置的“单相”分接开关装置的第二绝缘板的平面图。

图11示出了根据“单相”分接开关装置的第一优选实施方式的第一绝缘板上的致动元件的平面图。

图12示出了根据“单相”分接开关装置的第二优选实施方式的第一绝缘板上的致动元件的平面图。

图13示出了其中安装有“单相”分接开关装置的高压电气设备的立视图。

具体实施方式

下面结合上述附图对几个优选实施方式进行描述，而这没有限制或减少本发明的保护范围。

图6a、6b、6c、6d和6e示出了包括作为限流元件(18)的“电阻器”的“三相”或“单相”分接开关装置(1、40)的单线图。该“电阻器”例如与至少一个开关装置(2、3、4、5、6、7)(例如真空断流器)串联安装。分接开关装置(1、40)例如还包括每相的至少一个与开关装置(2、3、4、5、6、7)并联安装的保护元件(17)，例如变阻器。

图7a、7b和7c示出了包括作为限流元件(18)的“电抗器”的“三相”或“单相”分接开关装置(1、40)的单线图。该“电抗器”(18)例如与至少一个开关装置(2、3、4、5、6、7)(例如真空断流器)串联安装。分接开关装置(1、40)例如还包括每相至少一个与开关装置(2、3、4、5、6、7)并联安装的保护元件(17)，例如变阻器。

图1-4中所示的“三相”分接开关装置(1)既可以与“电阻器”一起使用，也可以与“电抗器”一起使用。在图2中可以看出，“三相”分接开关装置(1)包括安装在第一绝缘板(20)上的每相的至少一个分接头(8、9、10、11、12)，所述至少一个保护元件(17)安装在相同的板(20)上。如图4所示，用于选择所述至少一个分接头(8、9、10、11、12)的致动元件(16)和至少一个选择装置(13)也安装在该第一板(20)上。

在图3中可以看出，“三相”分接开关装置(1)还包括安装有开关装置(2、3、4、5、6、7)的第二绝缘板(21)。分接头(8、9、10、11、12)、至少一个保护元件(17)、和开关装置(2、3、4、5、6、7)、以及致动元件(16)、和至少一个选择装置(13)因此安装在两个板(20、21)之间。如图1所示，两个板(20、21)通过包括螺钉(23)和隔套(24)的至少一个夹紧装置(22)彼此连接。致动元件(16)和至少一个选择装置(13)的布置允许所述致动元件(16)作为单个部件直接且同时地作用在所述开关装置(2、3、4、5、6、7)上和至少一个选择装置(13)上。

图4示出了致动元件(16)固定到轴(37)并且还包括设有突起(39)的内轮廓，使得轴(37)的旋转使内轮廓作用在开关装置(2、3、4、5、6、7)上，以引起开关装置的打开-关闭。如图4所示，转而考虑到致动元件(16)包括设置有齿(19)的外轮廓，使得轴(37)的旋转使所述外轮廓作用在选择装置(13)上，以引起选择装置的旋转。

因此，开关装置(2、3、4、5、6、7)的致动和选择装置(13)的致动在本质上是协调的，使得分接头(8、9、10、11、12)之间的切换在至少一个开关装置(2、3、4、5、6、7)打开的情况下进行。选择装置(13)包括与所述装置(13)一体旋转的至少一个电触点(14、15)，以引起这些触点(14、15)与分接头(8、9、10、11、12)之间的连接-断开，其涉及分接头(8、9、10、11、12)之间的切换。如图1和5所示，由于电动机(35)的作用，致动元件(16)可以移动或者其轴(37)能够旋转，电动机(35)可以由任何低压电源供电，或者可以由于操作员的动作而人工旋转。

如图5所示，分接开关装置(1)包括检查窗装置(34)，其允许验证装置(1)连接到哪个分接头(8、9、10、11、12)。如图3所示，同样可以设想包括固定触点(36)和移动触点(25)的开关装置(2、3、4、5、6、7)可以包括安装在其周围的引导元件(38)，无论在高压电气设备中的布置是垂直的还是水平的，确保移动触点(25)的直线水平行进，如图3所示。

图5示出了安装在诸如高压/低压配电变压器的高压电气设备(26)中的“三相”分接开关装置(1)，其中电气设备(26)包括初级绕组(27)，初级绕组(27)设置有与至少一个分接头(8、9、10、11、12)相关联的至少一个连接点(29、30、31、32、33)，初级绕组(27)的匝数是可变的，从而允许自动调节电气设备(26)的次级绕组(28)中的电压。由于分接开关装置(1)和限流元件(18)在高压电气设备(26)内的独立位置上彼此离得足够远，因此“三相”分接开关装置(1)同样处于使其不受限流元件(18)影响的布置中。

图6a、6b、6c、6d和6e示出了在使用“电阻器”作为限流元件(18)的情况下，进行从分接头(10)到分接头(11)的转换所执行的操作顺序，其目的在于增加高压电气设备(26)的次级绕组(28)中的电压。参见图6a，从其中开关装置(2)关闭并且开关装置(3)打开的分接头(10)开始；参见图6b，电触点(15)连接到分接头(11)；参见图6c，然后开关装置(3)关闭。在该位置，产生的短路电流(ic)受到“电阻器”(18)的限制。在以下步骤中，如图6d所示，开关装置(2)打开其触点，然后将电触点(14)连接到分接头(11)。在以下操作中，如图6e所示，开关装置(2)的触点关闭且开关装置(3)的触点打开，以防止由于通过限流元件(18)(即在这种情况下的“电阻器”)的电流循环而引起的焦耳效应损失。

图7a、图7b和图7c示出了在使用“电抗器”作为限流元件(18)的情况下，进行从分接头(10)到分接头(11)的转换所执行的操作顺序，其目的在于增加高压电气设备(26)的次级绕组(28)中的电压。参见图7a，从其中开关装置(2、3)关闭的分接头(10)开始；如图7b所示，开关装置(3)打开其触点，然后将电触点(15)连接到分接头(11)。在图7c所示的最后步骤中，开关装置(3)关闭其触点，短路电流(ic)受限流元件(18)(即在这种情况下的“电抗器”)限制，当“电抗器”处于永久状态时，其转而允许获得中间分接头，直到随后的分接头转换，从而将高压电气设备(26)中的损失保持在根据现行法律允许的范围内。

使用“电阻器”和使用“电抗器”作为限流元件(18)之间的区别在于，在第一种情况下在电气设备(26)的次级绕组(28)中获得“n”电压时，在第二种情况下电气设备(26)的次级绕组(28)中获得“2n-1”电压。

根据图8至13所示的本发明的第二个目的，下面描述“单相”有载分接开关装置而不是“三相”有载分接开关装置。因此，所述“单相”分接开关装置包括：至少一个开关装置(2、3)；至少一个分接头(8、9、10、11、12)；至少一个保护元件(17)；和至少一个限流元件(18)。

此外，“单相”分接开关装置包括：由绝缘材料制成的第一板(20)和也由绝缘材料制成的第二板(21)；致动元件(48)，其优选具有旋转运动部，安装在板(20、21)两者之间；其中所述致动元件(48)又包括至少一个电触点(49、50)；所述致动元件(48)作为单个部件直接与开关装置(2、3)机械连接并且通过至少一个电触点(49、50)与至少一个分接头(8、9、10、11、12)电连接。

因此，在这种单相结构中可以得到更简单的分接头开关装置的结构，其中，借助于图8、11和12中所示的单个致动元件(48)，单相结构中不需要图4所示的用于“三相”情况的三个选择装置(13)，而可以进行存在于“三相”中的所述选择装置(13)的功能。

优选地，如图8所示，至少一个保护元件(17)安装在第一板(20)和第二板(21)之间。这里应强调的是，所述保护元件(17)包括至少一个变阻器，而限流元件(18)包括“电阻器”或“电抗器”。

如图11所示，致动元件(48)固定在轴(55)上并且包括设有突起(56)的内轮廓，使得轴(55)的旋转使内轮廓作用在开关装置(2、3)上以引起开关装置的打开-关闭。

另一方面，在图12所示的视图中可以观察到，操作元件(48)包括设置有突起(56)的内轮廓和设置有齿(59)的外轮廓，外轮廓与传动轴(60)机械连接，使得传动轴(60)的旋转使内轮廓作用在开关装置(2、3)上，以引起开关装置的打开-关闭。

类似于“三相”情况，如图10所示，开关装置(2、3)包括移动触点(25)和固定触点(36)，其中所述开关装置(2、3)还包括安装在其周围的引导元件(38)，并确保开关装置(2、3)的移动触点(25)的直线水平行进。

关于图8和图11中所示的致动元件(48)的电触点(49、50)，已经设想所述触点一体地安装到致动元件(48)，以引起这些电触点(49、50)和分接头(8、9、10、11、12)之间的连接-断开，这涉及所述分接头(8、9、10、11、12)之间的切换。

因此，开关装置(2、3)的致动和致动元件(48)的致动本质上是协调的，使得在分接头(8、9、10、11、12)之间的切换是在至少一个开关装置(2、3)打开的情况下进行的。

在图9和10中可以看出，分接头(8、9、10、11、12)安装在由绝缘材料制成的第一板(20)上，而至少一个开关装置(2、3)安装在也由绝缘材料制成的第二板(21)上，分接头(8、9、10、11、12)、开关装置(2、3)和致动元件(48)从而安装在板(20、21)两者之间。

关于板(20、21)之间的连接，其采用与“三相”情况类似的方式，可以设想第一板(20)借助于包括螺钉(23)和隔套(24)的至少一个夹紧装置(22)连接到第二板(21)。

同样地，“单相”分接开关装置(40)包括如图8和13所示的检查窗(34)，其允许观察“单相”分接开关装置(40)的位置。

另一方面，图13示出了包括“单相”有载分接开关装置(40)的高压电气设备(65)，并且另外包括初级绕组(27)，该初级绕组设置有与至少一个分接头(8、9、10、11、12)相关联的连接点(29、30、31、32、33)，初级绕组(27)的匝数是可变的，从而允许自动调节电气设备(26)的次级绕组(28)中的电压。

这里应该指出，“单相”分接开关装置(40)可以水平地容纳在电气设备(65)的内部、电气设备(65)的上盖下方或者竖直地容纳在所述电气设备(65)的一侧。

也与“三相”情况类似，“单相”分接开关装置(40)包括与高压电气设备(65)的传感器系统协调的启动位置，其中，对介电流体的温度进行预先检查，以验证其温度适合于“单相”有载分接开关装置(40)的正确操作。

最后，已经设想在高压“单相”或“三相”电气设备(26、65)中使用“单相”分接开关装置(40)的可能性，通常在“三相”情况中使用三个“单相”分接开关装置(40)。