CN100444300C - 具有一电容器的放电器切断器总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于一放电器(13)的切断器总成(10)。一不导电外壳(21)具有第一和第二相对末端(91)和(93)，一内腔(27)将二者隔开。一第一电端子(12)连接到第一末端(91)。一第二电端子(41)连接到第二末端(93)。一电容器总成(95)在内腔(27)中的所述第一和第二端子(12)和(41)之间啮合并延伸。所述电容器总成(95)包括电串联的一电容器(31)和一电阻器(81)。一火花隙(75)与所述第一和第二端子(12)和(41)之间的所述电容器总成(95)电并联。一带有炸药的药筒(51)位于所述内腔(27)中，并且所述药筒(51)与所述电容器总成(95)电并联且与所述火花隙(75)电串联。

Description

具有一电容器的放电器切断器总成

技术领域

本发明涉及一种用于放电器的切断器总成。一旦放电器出现故障，所述放电器即被隔离。更特定而言，本发明涉及一对由一电容器总成耦合的电端子、一火花隙和一炸药筒。所述电容器总成包括一电容器，并且与所述火花隙电并联。

背景技术

通常将避雷器或电涌放电器连接到电线，以便将电涌电流传送到接地，以防对与放电器相连的线路和设备造成损害。放电器会对电线上的普通电压提供高阻抗，但对(例如)雷击、开关浪涌电流或暂时过压引起的突发高压情况所造成的浪涌电流提供的阻抗则非常低。浪涌之后，电压降落，放电器一般会返回高阻抗状态。但是，一旦放电器出现故障或失效，所述高阻抗状态便无法恢复，且放电器会继续提供从电线到接地的电通道。最终，线路会因短路情况或配电变压器故障而损坏，且需要更换放电器。

为了避免线路锁定，通常将切断器总成与放电器一起使用，以便将出现故障的放电器与电路分离，并且提供放电器损坏的可见指示。常规切断器总成中带有炸药，用以破坏电路通道并将电端子物理性隔开。授予Krause的第5,952,910号美国专利、授予Raudabaugh的第5,057,810号及第5,113,167号美国专利，以及授予Putt的第5,434,550号美国专利、授予Cunningham的第4,471,402号美国专利和授予Lenk的第4,609,902号美国专利中揭示了这种切断器总成的实例，每个上述专利的主题都以引用的形式并入本文。

遮盖有聚合物的分布类放电器通常与一个接地端绝缘架组装，所述绝缘架物理性地支撑所述放电器，并且在放电器操作出现故障的情况下将放电器的接地端与系统接地绝缘。一个接地引线连接器或绝缘器将所述绝缘器的接地端连接到系统中性点或接地线。

在正常操作情况下，放电器分级电流(grading current)会流经所述接地引线绝缘器。如果放电器损坏，放电器60Hz故障电流会流经已损坏的放电器并流经接地引线切断器，这会使得接地引线切断器运行。所述切断器与接地分离，从而将已损坏的放电器有效地与接地绝缘。将放电器与接地隔离，这使得所述实用物可以为用户提供不间断的服务。这也有助于识别已损坏的放电器，以便可以用新的放电器来更换它。

现有的切断器通常具有一个与火花隙并联的分级组件(gradingcomponent)。所述分级组件和火花隙的位置靠近一个起爆装置，比如一个未起爆的药筒。分级组件在正常操作情况下传导放电器分级电流。如果放电器发生故障，视放电器位置上的所述实用物系统接地而定，放电器分级电流会从数毫安上升到数安培或成千安培。这种高电流会使得电压在切断器分级组件上升高。当电压达到预定电平时，并联的火花隙进行火花放电，从而导致药筒上出现热量堆积。然后，药筒起爆并将接地引线连接分离。

所述分级组件通常为低电压精密电阻器、大功率电阻器或半导体聚合材料。然而，这些分级组件在延长的暂时过压情况下容易出现故障。分级组件的故障可使得切断器无法正确起爆。需要一种能提供更可靠的药筒起爆的切断器。此外，现有的分级组件往往会在耐受性测试时严重受损，这将导致切断器的电路完整性恶化。分级组件恶化可能导致降级的时间-电流(time-current)恶化特性。需要一种不会被耐受性测试严重损坏的分级组件。

需要一种经过改善的用于放电器的切断器总成。

发明内容

因此，本发明的首要目标是提供一种经过改善的切断器总成。

本发明的另一个目标是提供一种用于放电器的切断器总成，其提供更可靠的药筒起爆。

本发明的又一个目标是提供一种用于放电器的切断器总成，其具有不会被耐受性测试严重损坏的分级组件。

基本上可通过提供一种用于放电器的切断器总成来实现上述目标。一个不导电外壳具有被一个内腔隔开的第一和第二相对末端。第一电端子连接到第一末端。第二电端子连接到第二末端。一个电容器总成在所述内腔中的第一和第二端子之间啮合并延伸。一个火花隙与第一和第二端子之间的电容器总成电并联。一个带有炸药的药筒位于所述内腔中，所述药筒与电容器电并联且与火花隙电串联。

在另一实施例中，基本上通过提供一种用于放电器的切断器总成来实现上述目标。一个不导电外壳具有被一个内腔隔开的第一和第二相对末端。第一电端子连接到第一末端。第二电端子连接到第二末端。一个电容器总成在所述内腔中的第一和第二端子之间啮合并延伸。电容器总成包括一个电容器和一个电阻器，二者电串联。一个火花隙与第一和第二端子之间的电容器总成电并联。一个带有炸药的药筒位于所述内腔中，所述药筒与电容器总成电并联且与火花隙电串联。所述电容器的电容特性使得电容器可经受会损坏线性电阻器的延长的暂时过压情况，借此提供一种更为可靠的切断器总成。

本发明的其他目标、优点和特征将通过以下详细说明而变得显而易见，所述详细说明应结合附属图式来理解，其揭示了本发明的优选实施例。

附图说明

请参阅作为原始揭示案一部分的图式：

图1是一个根据本发明的切断器总成的部分横截面的侧面正视图；

图2是沿图1中线2-2截取的横截面的仰视平面图；

图3是根据本发明第一实施例的电路示意图，其展示了与火花隙电并联的电容器总成；

图4是根据本发明第二实施例的电路示意图，其展示了与火花隙电并联的电容器；

图5是电容器总成沿一个经过本发明的电容器总成纵轴的平面以横截面截取的正视图；且

图6是图5中的电容器总成的仰视平面图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明涉及一种用于放电器13的切断器总成10。不导电外壳21具有第一和第二相对末端91和93，内腔27将二者隔开。第一电端子12连接到第一末端91。第二电端子41连接到第二末端93。电容器总成95在内腔27中的第一和第二端子12和41之间啮合并延伸。所述电容器总成包括电串联的电容器31和电阻器81。带有炸药的药筒51位于内腔27中，所述药筒与电容器总成95电并联。弹簧垫片53接收药筒51。弹簧垫片53与第一端子12相邻，且与第二端子41隔开。

首先，请参阅图1和图2，根据本发明的切断器总成10包括：电连接到放电器13的第一上电端子12、电连接到接地17的第二下电端子或螺栓41。放电器13电连接到电线15，后者代表电力系统。端子12和41相互机械性耦合且电耦合。

放电器13是常规放电器，因此不予赘述。所述放电器可根据授予Raudabaugh的第4,656,555号美国专利来形成，所述专利的主题以引用的形式并入本文。

端子12和41通过支架21相互机械性连接。支架21可由任何强度适当的绝缘材料制成，比如不导电塑料。所述支架最好由填有玻璃的聚酯材料制成。如上所述，支架21具有底座23和大致从底座23处垂直延伸的墙壁25，墙壁25界定在底座23的表面22与墙壁25的表面28之间延伸的内腔27。圆柱形上孔30将腔室27的上端连接到支架表面26。阶梯状下腔室32将腔室27的下端连接到墙壁25的表面28。下腔室32的横径大于内腔27的横径。

在腔室27与下腔室32之间，所述支架具有一个径向延伸的下环形凸肩34。上凸肩36在腔室27与上孔30的界面处径向延伸。

上电端子12具有常规构造，并且具有一个位于腔室27内部并与上凸肩36邻接的头部38。端子12的带有外部螺纹的柄部40从所述头部延伸穿过上孔30，从而使得所述柄部至少部分地从支架21处暴露出来，以便耦合到放电器13。通过这种方式，头部表面42啮合上凸肩36，而头部表面44则暴露在腔室27中。

绝缘体总成11安置在腔室27中。所述绝缘体总成可包括一电容器31、一药筒51和一弹簧垫片53。弹簧垫片53与端子头部38的表面44邻接。弹簧垫片53提供一偏压力，用以保持腔室27内部的绝缘体总成组件的电或物理接触，并且便于将上端子12电连接到下端子(螺栓)41。接头55从弹簧垫片53向下延伸进入腔室27并接收药筒51。

电容器31安装在腔室27中，并且在弹簧垫片53与盖46的上表面47之间延伸，从而通过导电盖46在上端子12与下端子41之间提供电连接。图4展示绝缘体总成11的电路图，所述绝缘体总成具有一个位于放电器13与接地17之间的电容器31。所述电容器最好由高压材料制成，比如陶瓷。电容器31最好嵌入绝缘套或陶瓷圈71中，以防止电容器在导致药筒51放电的火花隙火花放电期间受到碳污染，如图5所示。电容器总成95包括电容器31和在绝缘套71内分别位于所述电容器上方及下方的端子99及97。端子99和97分别具有导电表面82和98(图6)，以提供从上端子12穿过电容器总成95到下端子41的电连接。绝缘套71可具有一定位在所述套管与端子99、97和电容器31之间界面内的RTV型材料，以提高所述界面的介电完整性。

高压电容器31的电容可消除延长的过压情况期间的故障，电阻器则无法做到这一点。电阻器故障会使得药筒在放电器经受延长的暂时过压情况后无法正常起爆。由于高压电容器31不会在放电器过压的情况下发生故障，所以它提供的药筒起爆更加可靠，借此消除了系统锁定给实用物及其用户带来的麻烦。与在绝缘器中仅使用的电阻器相比，高压电容器31在系统过压情况下为放电器提供了改进的暂时过压能力，借此消除了电容器发生故障和药筒不起爆的情况。因此，高压电容器31改善了放电器13在系统过压情况下的暂时过压能力。

高压电容器31的电和机械完整性，连同陶瓷圈或绝缘套71良好的介电完整性，会在串联的放电器接受耐受性测试时防止严重损坏。耐受性测试(比如100kA的雷电冲击负载)不会严重损坏具有高压电容器31的绝缘体总成11的电路完整性。仅使用电阻器的绝缘器可能会被这种负载严重损坏，从而导致切断器总成的电路完整性受损。这种损坏包括降级的时间-电流起爆特性，而这将导致不可靠的药筒起爆。

与现有的使用电阻器的绝缘体总成相比，具有高压电容器31的绝缘体总成11起爆的电流电平更低(通常约为数百毫安)，因为高压电容器具有高阻抗。当放电器13在高阻抗接地或三角形系统构型中损坏或者仅部分损坏时，所述高阻抗使得火花隙可火花放电，借此提供更加可靠的药筒51起爆和更加可靠的绝缘体总成11。

在另一优选实施例中，如图3所示，电容器总成95具有与电阻器81电串联的电容器31，用以提供放电器13与接地17之间的电通道。电阻器81改善电容器对火花隙75火花放电所引起的高频振荡的经受能力，从而将损坏电容器的可能性最小化。最好电容器31和电阻器81都收纳进绝缘套71中，以防电容器在放电器操作期间产生的火花隙火花放电期间受到碳污染。

带有炸药的药筒51安装在腔室27中，与电容器31相邻。药筒51沿一根与端子12、41和支架腔室27的纵轴大致垂直的药筒轴延伸。药筒51接收位于其头部61和主体62之间的弹簧垫片接头55，如图1所示，以便将腔室27中的药筒固定在弹簧垫片53近侧。

第二端子或下端子41是一个常规螺栓。第二端子41具有头部或盖46和有螺纹的柄部64。头部46具有上表面47，其面朝腔室27且与外壳下凸肩34邻接。端子41通过将其头部46与外壳下凸肩34啮合，并通过合适的胶粘剂(比如环氧化物)56固定在外壳21中。

位于头部46的凸肩48与墙壁25之间的胶粘剂56将第二端子固定在外壳22内部。可以使用任何合适的胶粘剂，但所述胶粘剂最好是一种能在空气中快速固化的稠密的环氧化物，以免在制造过程中污染切断器总成。

垫圈57位于头部47的凸肩48的上表面与腔室27的下凸肩34之间。所述垫圈进一步确保胶粘剂56不会进入腔室27而可能损坏切断器总成的任何组件。

如图1中所示，在药筒51的头部61与下端子41的上表面27之间提供图3、图4中示意性显示的火花隙75。火花隙75在第一端子12与第二端子41之间与电容器31电并联，如图4中所示。在图3中所示的另一实施例中，火花隙75与电容器总成95电并联。如图3和图4所示，药筒51与火花隙75电串联，以使得当火花隙在放电器故障期间火花放电时药筒可以起爆，借此将放电器13与接地17绝缘。

组装与拆卸

图1和图2中展示了一个已完全组装的切断器总成10。上电端子12插入孔30，以便将支架21连接到放电器13。接着，仅将绝缘体总成11落进腔室27内的端子12上。使用胶粘剂56垫圈57和下端子螺栓41将固定到支架21的墙壁25而使腔室27密封。接着，让胶粘剂56固化，从而将切断器总成11密封进腔室27中，借此完成切断器总成11。

在放电器13正常无故障操作期间，由于放电器的高电阻，所以很少或没有电流穿过绝缘体总成11。当放电器经受雷击或浪涌电流时，放电器会释放高脉冲电流，所述电流会穿过放电器13和绝缘体总成11。在绝缘体总成内部，电流将在药筒51的弹簧垫片55与下端子41的上表面47之间电弧放电，并放电到接地17。

当放电器正常运转时，火花隙会为高电流、短期脉冲火花放电，在雷电情况下所述短期脉冲会持续不到100毫秒，而在开关电流情况下所述短期脉冲会持续不到数毫秒。对于这种短期火花放电而言，所产生的能量不足以激活或起爆药筒。但是，如果避雷器无法经受高压，则会在足够长的时间上产生电弧以激活未起爆的药筒，从而引发爆炸，将端子12与端子41彼此机械性分离。爆炸炸药的力量迫使其中至少一个端子(通常为下端子41)离开外壳21。此举将放电器13与系统电切断，并提供需要更换放电器的视觉指示。

虽然选择了优选实施例来说明本发明，但所属领域的技术人员应了解，可在不脱离随附权利要求书所界定的本发明的范畴的情况下，在其中进行各种变化和修改。

Claims (17)

1.一种用于一放电器的切断器总成，其包括：

一具有被一内腔隔开的第一和第二相对末端的不导电外壳；

一连接到所述第一末端的第一电端子；

一连接到所述第二末端的第二电端子；

一在所述内腔中的所述第一电端子和第二电端子之间啮合并延伸的电容器；

一与所述电容器电并联的火花隙；和

一位于所述内腔中的带有一炸药的药筒，所述药筒与所述电容器电并联，并且与所述火花隙电串联。

2.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中一弹簧垫片安置在所述电容器与所述第一电端子之间。

3.如权利要求2所述的用于一放电器的切断器总成，其中一接头从所述弹簧垫片延伸，用于接收所述药筒。

4.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中所述火花隙在所述药筒的一头部与所述第二电端子之间形成。

5.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中所述电容器是一高压电容器。

6.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中所述电容器由陶瓷制成。

7.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中一胶粘剂将所述第二电端子固定到所述外壳。

8.如权利要求7所述的用于一放电器的切断器总成，其中一垫圈定位在所述第二电端子与所述外壳之间，以防止所述胶粘剂进入所述内腔。

9.如权利要求8所述的用于一放电器的切断器总成，其中所述外壳的一内表面呈阶梯状，以便接收所述垫圈。

10.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中所述外壳由一不导电塑料制成。

11.如权利要求1所述的用于一放电器的切断器总成，其中一套管在所述内腔中的所述第一电端子与第二电端子之间啮合并延伸，以便接收所述电容器。

12.一种放电器总成，其包括：

一放电器；

一具有被一内腔隔开的第一和第二相对末端的不导电外壳；

一连接到所述第一末端的第一电端子；

一邻近所述第一电端子安置并具有一由此向下延伸的接头的弹簧垫片；

一在所述外壳的所述第二末端处接地的第二电端子；

一在所述内腔中的所述弹簧垫片与所述第二电端子之间啮合并延伸的套管；

一安置在所述套管中的高压电容器；

一与所述电容器电并联的火花隙；和

一位于所述内腔中并由所述接头接收的带有一炸药的药筒，所述药筒与所述电容器电并联并且与所述火花隙电串联。

13.如权利要求12所述的放电器总成，其中所述电容器由陶瓷制成。

14.如权利要求12所述的放电器总成，其中一胶粘剂将所述第二电端子连接到所述外壳。

15.如权利要求12所述的放电器总成，其中一垫圈定位在所述第二电端子与所述外壳之间，以防止所述胶粘剂进入所述内腔。

16.如权利要求15所述的放电器总成，其中所述外壳的一内表面呈阶梯状，以便接收所述垫圈。

17.如权利要求12所述的放电器总成，其中所述外壳由一不导电塑料制成。

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