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    • 专利摘要:
    本实用新型涉及高压开关领域，特别是涉及到了一种适用于低温环境的GIS用断路器。该适用于低温环境的GIS用断路器，包括本体和操动机构。本体包括筒体、动触头和静触头，筒体外设有筒体加热装置；操动机构包括机构箱和设于所述机构箱内的储能部件；筒体外部全覆盖有保温层，仅在所述保温层的局部内侧处设置所述筒体加热装置。本实用新型的适用于低温环境的GIS用断路器以聚热的思路代替现有技术中“加大火力”的思路，仅在保温层的局部内侧处设置了所述筒体加热装置，由此可降低加热装置的功率需求，解决用于低温环境的GIS用断路器加热功率高的问题，不至于使筒体加热器功率过大而导致变电站的主变压器容量不足，避免增加变电站的建设成本和负担。
    公开号:CN214336628U
    申请号:CN202022873123.XU
    申请日:2020-12-04
    公开日:2021-10-01
    发明作者:吴运泽；黄坤鹏；李健；刘超峰；王晓磊；康留涛；毕海波；李建彬；娄晓丹；赵恒�；董清华；赵海洋；马延柯；王成名；贺莹莹；李世亚；侯聪
    申请人:Henan Ping Gao Electric Co ltd；State Grid Corp of China SGCC；Pinggao Group Co Ltd；
    IPC主号:H01H33-53
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及高压开关领域，特别是涉及到了一种适用于低温环境的GIS用断路器。
    [n0002] 气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是关键的高压电器，包括断路器、隔离开关、接地开关等设备，具有安全可靠、配置灵活、环境适应能力强、检修周期长、安装方便等优点，在高压、超高压和特高压电网领域被广泛应用。
    [n0003] 断路器作为GIS的核心构成部分，其稳定性和可靠性对GIS的正常安全运行起着至关重要的作用。GIS用断路器的构成部分包括本体和操动机构，本体包括筒体以及设于筒体内的动触头和静触头，操动机构包括壳体以及设于壳体内的储能机构等，为了保证一定的绝缘和灭弧性能，断路器的筒体内充装有惰性气体，目前所述惰性气体主要为SF6气体。SF6气体的优异性能是在一定密度和压力下实现的，当温度降到一定程度时，断路器内部的SF6气体将出现液化现象。由于断路器内部SF6 气体液化，部分气体变成液体，SF6 气体的密度和压力将逐渐减小，从而会造成断路器的绝缘性能和开断能力下降，严重影响断路器的可靠运行。
    [n0004] 目前，解决在低温条件下高压断路器中SF6 气体液化的问题，主要有两种方案：方案一是在SF6 气体中加入N2 气或CF4 气体组成混合气体，作为断路器的灭弧和绝缘介质，以降低其液化温度，保证断路器在低温下正常运行。方案二是采用直接加热的方法来提高断路器内部SF6 气体的温度，防止SF6 气体液化，在筒体外侧加装电加热带，为提高加热效率，在电加热带外部需加装保温层和防护层。
    [n0005] 上述方案一种，断路器的开断容量下降，一般降低20％左右，且制造技术要求较高，成本昂贵。因此一般采用方案二来解决中SF6 气体液化的问题。而目前在筒体外加装电加热带，均是采用局部加装的方式，一般是期望通过加大电加热带的功率的方式来满足温度要求，但是一处变电场站往往会配备多个断路器，各个断路器的电加热带的功率累加以后非常巨大，连接于主变压器以后，会给主变压器带来极大的负担，甚至经常会出现原主变压器功率不能满足需求，还需升级改造的情况，这显然是不利于断路器产品的推广实施的。
    [n0006] 本实用新型的目的是提供一种适用于低温环境的GIS用断路器，以解决用于低温环境的GIS用断路器加热功率高的问题。
    [n0007] 本实用新型中适用于低温环境的GIS用断路器采用如下技术方案：适用于低温环境的GIS用断路器，包括：
    [n0008] 本体，包括筒体和设于筒体内的动触头和静触头，所述筒体外设有筒体加热装置；
    [n0009] 操动机构，包括机构箱和设于所述机构箱内的储能部件；
    [n0010] 所述筒体外部全覆盖有筒体保温层，仅在所述筒体保温层的局部内侧处设置所述筒体加热装置。
    [n0011] 有益效果：本实用新型的适用于低温环境的GIS用断路器中，所述本体的筒体上全覆盖了保温，从而可以减少断路器本体内部热量的流失和降低热量流失的速度，以聚热的思路代替现有技术中“加大火力”的思路，仅在筒体保温层的局部内侧处设置了所述筒体加热装置，由此可降低加热装置的功率需求，解决用于低温环境的GIS用断路器加热功率高的问题，不至于使筒体加热器功率过大而导致变电站的主变压器容量不足，避免增加变电站的建设成本和负担。
    [n0012] 更进一步地，所述筒体加热装置设于筒体的两端之间靠近中部的位置。将筒体加热装置设于筒体的两端之间靠近中部的位置，距离筒体内各部的距离大致一致，能够更加均匀的对筒体内环境进行加热。
    [n0013] 更进一步地，所述筒体加热装置设于筒体的底部。根据热气上升的原理，筒体加热装置设于筒体底部将更加有利于对热量的充分利用。
    [n0014] 更进一步地，所述筒体保温层为拼块拼成的拼接式结构，拼装固定于所述筒体外部。拼接式结构的筒体保温层具有便于加工和便于安装的优势。
    [n0015] 更进一步地，所述拼块的横截面呈弧形，沿径向上下对扣固定于筒体，位于筒体表面突出物处的拼块上设有避让筒体表面突出物的避让豁口。采用上下对扣的拼块，能够减少拼块的数量，有助于装配效率的提高。
    [n0016] 更进一步地，所述拼块上设有外翻的边沿，上下对应的拼块之间通过边沿的紧固件固定连接。边沿的设置更加便于实现拼块的互相连接，能够进一步提高对拼块的装配效率。
    [n0017] 更进一步地，所述筒体加热装置配置有温控器，用于采集环境温度，并在环境温度小于设定值时开启筒体加热装置，在环境温度大于设定值时关闭筒体加热装置。温控器能够保证筒体加热装置仅在需要时启动，一方面可以节省能源，另一方面可以避免不必要的加热引起的不利结果，如筒体内压力升高、气体泄漏等。
    [n0018] 更进一步地，所述操动机构的机构箱中设有机构加热装置。机构加热装置用来保证操动机构能够在低温环境下正常运行。
    [n0019] 更进一步地，所述机构箱中还设有温度传感器，用于采集机构箱内温度，在温度低于设定值时启动机构加热装置，在温度高于设定值时关闭机构加热装置。温度传感器用于保证机构加热装置仅在需要时启动，一方面可以节能，另一方面可以避免不必要的加热所引起的机构故障以及元器件老化。
    [n0020] 更进一步地，所述机构加热装置为板型硅橡胶加热器，所述板型硅橡胶加热器包括硅橡胶加热器和与硅橡胶加热器模压为一体的支撑架。支撑架可方便对硅橡胶加热器的安装，在机构箱内空间较为有限的情况下，使之可装的位置的选择性更大。
    [n0021] 对于本专利要保护的主题，同一主题下的各优选技术方案均可以单独采用，在能够组合的情况下，也可以将同一主题下的两个以上优选的技术方案任意组合，组合形成的技术方案此处不再具体描述，以此形式包含在本专利的记载中。
    [n0022] 图1是本实用新型的适用于低温环境的GIS用断路器的实施例的结构示意图；
    [n0023] 图2是图1中的操动机构的结构示意图；
    [n0024] 图3是图2中的机构中部加热装置的结构示意图。
    [n0025] 图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：101、本体；102、操动机构；11、筒体；12、第一端盖；13、第二端盖；14、支腿；15、第一法兰；16、第二法兰；17、拼块；18、第一筒体加热装置接线盒、19、第二筒体加热装置接线盒；20、第一电缆线；21、第二电缆线；22、温控器；23、板型硅橡胶加热器；24、温度传感器；25、转接架。
    [n0026] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
    [n0027] 因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0028] 需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
    [n0029] 在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
    [n0030] 在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
    [n0031] 以下结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。
    [n0032] 本实用新型中适用于低温环境的GIS用断路器的实施例：
    [n0033] 如图1-2所示，该适用于低温环境的GIS用断路器包括本体101和操动机构102。
    [n0034] 本体101包括筒体11以及设于筒体11内的动触头和静触头。其中筒体11的一端通过第一端盖12封闭，另一端通过第二端盖13与操动机构102连接。第一端盖12和第二端盖13与筒体11之间均为法兰连接结构并设有密封圈，连接第一端盖12与筒体11以及第二端盖13与筒体11所用的螺栓为低温螺栓，第一端盖12和第二端盖13与筒体11之间的密封圈均为耐低温密封圈，其中耐低温密封圈的材料采用EPDM-70，使用环境温度为-45℃～+100℃；低温螺栓的材料采用30CrMoA或35CrMoA铬钼合金钢；在低温（-40℃～-25℃）环境下，低温密封圈不会失去弹性，低温螺栓性能稳定不会变形，从而保证使用该断路器的GIS产品的密封性能稳定可靠。筒体11的下部设置了支腿14，上部设置了第一法兰15和第二法兰16，第一法兰15和第二法兰16分别用于连接隔离开关等GIS元件，第一法兰15和第二法兰16处也分别设置了低温密封圈。支腿14、第一法兰15、第二法兰16均构成了筒体11表面突出物。
    [n0035] 筒体11上设置了筒体保温层和筒体加热装置。筒体保温层对筒体11进行了全覆盖，当然，本领域的技术人员应当理解，对于表面存在突出物的筒体11来讲，此处所述全覆盖仅指基本全覆盖，即覆盖了筒体11外周面的绝大部分，并非绝对的全覆盖。筒体保温层具体采用的是拼接式结构，由多个拼块17构成，每个拼块17由外至内分别包含外护板和位于外护板内侧的保温体，其中外护板采用不锈钢板，不锈钢板的材料为304不锈钢，厚度≥1.5mm；保温体采用三元乙丙橡胶(EPDM)，厚度≥20mm，导热系数≤0.032W/m*k，阻燃等级不低V0级。在本实施例中，拼块17的横截面呈弧形，总共有八块，沿径向上下对扣固定于筒体11，其中正对筒体加热装置的两片与筒体加热装置进行了集成，位于筒体11表面突出物处的拼块17上设置了避让筒体11表面突出物的避让豁口。当然，在其它实施例中，还可以采用较小的拼块17，此种情况下，当拼块17的面积足够小时，为了避免与筒体11表面突出物干涉，直接不设与筒体11表面突出物干涉的拼块17即可。在拼块17上设有外翻的边沿，上下对应的拼块17之间通过边沿的紧固件固定连接。
    [n0036] 仅在筒体保温层内侧的局部设置了筒体加热装置，本实施例中，筒体加热装置设于筒体11两端之间中部靠下的位置，筒体加热装置包括硅橡胶加热器，硅橡胶加热器采用镍铬合金电阻丝为发热体。本实施例中，筒体加热装置设置了两个，分别为第一筒体加热装置和第二筒体加热装置，第一筒体加热装置在一端引出耐高温导线至第一筒体加热装置接线盒18，第二筒体加热装置在一端引出耐高温导线至第二筒体加热装置接线盒19。在实际应用中将第一筒体加热装置接线盒18中的第一电缆线20接入第二筒体加热装置接线盒19中，由第二电缆线21接入装设在GIS就地控制柜中的温控器22，温控器22可以根据断路器的外部环境变化而控制筒体加热装置工作。当断路器的外部环境温度低于设定温度（如零下-25℃）时，温控器22将自动启动控制筒体加热装置工作，对断路器的本体101中的SF6气体进行自动均匀的加热，从而使断路器的本体101中的SF6气体不发生液化从而不影响产品的绝缘和灭弧性能。而当断路器的外部环境温度高于设定温度（如零下-25℃）时，温控器22将控制筒体11加热器停止工作，防止断路器的本体101中的SF6气体压力过高。
    [n0037] 操动机构102包括机构箱和设于机构箱内的储能部件，在本实施例中，操动机构102具体采用的是碟簧储能操动机构，储能部件具体为碟簧。在机构箱内设置了机构加热装置并为机构加热装置配置了温度传感器24。机构加热装置具体采用的是板型硅橡胶加热器23，共有六片。每片板型硅橡胶加热器23由1.5mm厚的铝合金板（电泳黑漆）与硅橡胶加热板经模压成一体，以镍铬合金电阻丝为发热体，其中铝合金板构成了板型硅橡胶加热器23的支撑架，以便于对机构加热装置进行固定。机构加热装置在一端引出耐高温导线经机构的插接件至GIS就地控制柜中的温控器22。当断路器机构内部的温度传感器24感知机构内部的温度低于设定温度（如-25℃）时，温度传感器24将信号传至GIS就地控制柜中的温控器22，此时温控器22将自动启动控制机构加热装置工作对断路器机构进行自动均匀的加热，从而保证在低温（-40℃～-25℃）环境下断路器机构内部的各传动环节和电器元件能够正常工作，使断路器的机械性能保持稳定能够正常分合。而当断路器机构内部的温度传感器24感知机构内部的温度高于设定温度（如-25℃时），温度传感器24将信号传至GIS就地控制柜中的温控器22，温控器22将控制加热器停止工作，防止机构箱内的温度过高导致损坏机构箱内的电器元件。六片板型硅橡胶加热器23中的两片通过螺栓固定在了操动机构102的机构箱端部，另外四片通过转接架25固定安装在了机构箱的两端之间的中部处，如图3所示。
    [n0038] 以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。
    权利要求:
    Claims (10)
    [0001] 1.适用于低温环境的GIS用断路器，包括：
    本体（101），包括筒体和设于筒体内的动触头和静触头，所述筒体外设有筒体加热装置；
    操动机构（102），包括机构箱和设于所述机构箱内的储能部件；
    其特征在于，所述筒体（11）外部全覆盖有筒体保温层，仅在所述筒体保温层的局部内侧处设置所述筒体加热装置。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述筒体加热装置设于筒体（11）的两端之间靠近中部的位置。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述筒体加热装置设于筒体（11）的底部。
    [0004] 4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述筒体保温层为拼块（17）拼成的拼接式结构，拼装固定于所述筒体（11）外部。
    [0005] 5.根据权利要求4所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述拼块（17）的横截面呈弧形，沿径向上下对扣固定于筒体（11），位于筒体表面突出物处的拼块（17）上设有避让筒体表面突出物的避让豁口。
    [0006] 6.根据权利要求5所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述拼块（17）上设有外翻的边沿，上下对应的拼块（17）之间通过边沿的紧固件固定连接。
    [0007] 7.根据权利要求1-3任一项所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述筒体加热装置配置有温控器（22），用于采集环境温度，并在环境温度小于设定值时开启筒体加热装置，在环境温度大于设定值时关闭筒体加热装置。
    [0008] 8.根据权利要求1-3任一项所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述操动机构（102）的机构箱中设有机构加热装置。
    [0009] 9.根据权利要求8所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述机构箱中还设有温度传感器（24），用于采集机构箱内温度，在温度低于设定值时启动机构加热装置，在温度高于设定值时关闭机构加热装置。
    [0010] 10.根据权利要求8所述的适用于低温环境的GIS用断路器，其特征在于，所述机构加热装置为板型硅橡胶加热器（23），所述板型硅橡胶加热器（23）包括硅橡胶加热器和与硅橡胶加热器模压为一体的支撑架。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202022873123.XU|CN214336628U|2020-12-04|2020-12-04|一种适用于低温环境的gis用断路器|CN202022873123.XU| CN214336628U|2020-12-04|2020-12-04|一种适用于低温环境的gis用断路器|
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