CN101064226B - 吹气型气体断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能的。在划分为热吹气室(11)和压缩吹气室(12)的隔板(10)上设有止回阀(14b)。止回阀(14b)通常时为在电弧(7)侧收缩的圆锥形。在大电流断路时的状态下，热吹气室(11)内部的压力较高，分割的止回阀(14b)相互无间隙地紧密地接触。在此状态下，灭弧性气体从热吹气室(11)侧向电弧(7)侧流动。在中小电流断路时，在热吹气室(11)的压力变得比压缩吹气室(12)的压力低的情况下，该止回阀(14b)向电弧(7)侧打开。一旦止回阀(14b)打开，便在压缩吹气室(12)与热吹气室(11)之间形成流路(21)。灭弧性气体通过该流路(21)，完全不经由热吹气室(11)而引向电弧(7)附近。

Description

吹气型气体断路器

技术领域

本发明涉及能够以较小的驱动力使大电流断路的吹气型气体断路器。

背景技术

在电力系统中进行电流开闭的气体断路器中，目前称之为吹气型(puffer type)的类型已经广泛普及。特别是近年来，已经公知的是在进行电流断路时能够降低所必需的驱动力的称之为串联吹气型的方式。这种类型的吹气型气体断路器例如记载在专利文献1及专利文献2中。

图6表示公知的串联吹气型断路器的内部构造。该吹气型气体断路器呈夹着图6的中心线的对称形状。在图6中，中心线右侧表示闭极状态、即通常时的电流通电状态，左侧表示开极途中、即电流断路动作中的状态。

图6所示的内部构造收容在填充有灭弧性气体1的图中未示出的容器内。在该内部构造中，对置电弧触点2及对置通电触点3与可动电弧触点4及可动通电触点5相向配置在同心轴上。

作为灭弧性气体1，通常使用电弧断路性能(灭弧性能)及电气绝缘性能均优良的SF₆气体，但也可以使用其它介质。

在图6的右侧所示的闭极状态下，对置电弧触点2与可动电弧触点4接触，对置通电触点3与可动通电触点5接触。而且通过这些触点的接触进行电流通电。

另一方面，在需要将电流断路时，可动电弧触点4及可动通电触点5通过中空状的驱动杆6而向图6中的下方向驱动。于是，在对置电弧触点2与可动电弧触点4之间产生电弧放电7。在此情况下，对置侧的触点常常被固定，或者向着与可动侧的触点相反的方向驱动。

与该开极动作相伴随，通过后述的机构，灭弧性气体通过绝缘喷嘴8进行整流而强力地喷向电弧放电7，由此电弧放电7失去其导电性，从而使得电流得以断路。一般地说，为了得到较高的电流断路性能，需要较高的喷吹压力、以及丰富的灭弧性气体流量。

下面就在开极动作中、对电弧放电7喷吹灭弧性气体的机构进行说明。上述的可动电弧触点4、可动通电触点5、绝缘喷嘴8及吹气缸9为一体构造，它们同时受到上述驱动杆6的驱动。由吹气缸9与驱动杆6所包围的空间被垂直地配置在中心轴上的隔板10分隔。在隔板10的两侧，设有电弧放电侧的热吹气室11和与其相反侧的压缩吹气室12。

压缩吹气室12由隔板10及不被驱动而总是处于静止状态的活塞15包围而形成。在隔板10上设有连通孔13、和与之相伴的止回阀14a。在压缩吹气室12的压力比热吹气室11的压力高的情况下，灭弧性气体从压缩吹气室12流入到热吹气室11中。反之，在热吹气室11的压力比压缩吹气室12的压力高的情况下，通过止回阀14a的作用，热吹气室11的压力的影响不会波及压缩吹气室12。

在活塞15上设有排气孔16和吸气孔17。如果压缩吹气室12的压力上升到某个设定值以上，则通过排压阀18的作用而将气体排出，从而压缩吹气室12的过剩的压力上升得以抑制。在从开极状态向闭极状态变化等时，在压缩吹气室12的压力变得比灭弧性气体1的填充压力更低的情况下，在吸气阀19的作用下，将灭弧性气体吸入到压缩吹气室12中而补充气体。

下面就在该串联吹气断路器中、对大电流进行断路时的动作加以说明。在大电流断路时，电弧放电7的温度升至很高，从而引起周围的灭弧性气体的温度显著上升。热吹气室11的压力通过该作用而显著升高，从而能够得到足够使电弧放电7灭弧的压力。

作用于活塞15的压力、即压缩吹气室12的压力作为开极驱动时的驱动反作用力而产生作用。另一方面，由于热吹气室11的较高的压力通过止回阀14a的作用而不会波及到压缩吹气室12，所以不会作为驱动反作用力而产生作用。在压缩吹气室12中，通过由活塞15产生的压缩动作而使压力上升，但通过排压阀18的作用不会上升到某个设定值以上。

如以上那样，在大电流断路时，通过电弧放电7的加热作用而使热吹气室11的压力上升到足够断路的压力。同时，由于能够通过止回阀14a及排压阀18的作用而避免压缩吹气室12的压力的过度上升，所以能够以较小的驱动力进行大电流断路。

下面就中小电流断路时的动作进行说明。在将中小电流断路时，电弧放电7的加热作用较小。因此，不能期待由加热作用产生的热吹气室11的压力上升。在这样的情况下，由于压缩吹气室12的压力相对于热吹气室11的压力较高，所以止回阀14a打开。于是，在活塞15的压缩作用下，气体从压缩吹气室12流入到前方的热吹气室11中，从而确保电流断路所需的压力和灭弧性气体的流量。

如以上那样，在串联吹气型断路器中，在对大电流进行断路时，利用由电弧放电7产生的加热作用而使热吹气室11的压力上升，并主要利用热吹气室11的压力上升而进行电流断路。另一方面，在对中小电流进行断路时，由于不能期待由电弧放电7产生的加热作用，所以在活塞15的压缩作用下，由压缩吹气室供给灭弧性气体进行电流断路。由此，能够抑制对活塞15作用的过剩的压力，能够以较小的驱动力进行电流断路。

正如以上所说明的那样，串联吹气型断路器能够降低断路动作所需的驱动力。但是，在对中小电流进行断路时，并不一定能够得到良好的断路性能。这主要是基于以下的理由。

如图6所示，由压缩吹气室12流入的灭弧性气体在向绝缘喷嘴8内部的电弧放电7流入之前，必然需要经由热吹气室11。因此，从连通孔13流向电弧放电7的流路面积在热吹气室11部分大大扩展，从而妨碍了气体的顺利流动。再者，从压缩吹气室12流入的灭弧性气体为了使热吹气室11的压力上升到与压缩吹气室12同等的压力而被消耗。因此，存在的问题是向电弧放电7侧流入的气体流量减少。

此外，由于热吹气室11的内部距高温的电弧放电7较近，所以一般温度较高。由于要经由该高温的热吹气室11，所以灭弧性气体在高温下成为低密度状态，该灭弧性气体喷向电弧放电7。高温、低密度的灭弧性气体的灭弧性能、电气绝缘性能较低，结果难以得到良好的断路性能。

如上所述，现有技术在主要借助于由压缩吹气室12供给的灭弧性气体进行电流断路的中小电流断路时，有可能不一定能够得到良好的断路性能。

【专利文献1】日本特开2001-155595号公报

【专利文献2】日本特公平07-109744号公报

发明内容

本发明的目的在于解决上述那样的以往的串联吹气型断路器的课题。本发明的具体的目的在于提供一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能。

为了达到上述目的，本发明的吹气型气体断路器的特征在于将其设计为如下的结构。

(1)在填充有灭弧性气体的密闭容器内，将对置电弧触点及对置通电触点与可动电弧触点及可动通电触点相向配置在同心轴上。

(2)可动电弧触点及可动通电触点以相对于对置电弧触点及对置通电触点可接触分离的方式安装在驱动杆上。

(3)其构成为：在可动侧触点及对置侧触点离开时，能够在可动电弧电极与对置电弧电极之间产生电弧放电。

(4)为了向上述电弧放电喷吹上述灭弧性气体而配置绝缘喷嘴，以使其包围上述电弧放电。

(5)在上述可动侧触点上设有与其成一体而驱动的吹气缸，在该吹气缸的内部设有总是处于静止状态的活塞。

(6)由上述吹气缸和活塞包围的空间通过相对于轴垂直地配置的隔板划分为电弧放电侧的热吹气室和与其相反侧的压缩吹气室。

(7)在上述隔板上设有连通上述热吹气室和上述压缩吹气室的连通孔、以及开闭该连通孔的止回阀。

(8)上述止回阀的构成为：总是限制从热吹气室向压缩吹气室的气体的流动，仅在热吹气室的压力比压缩吹气室的压力低的情况下在该压力差的作用下开放。在该止回阀开放时，从压缩吹气室到电弧放电附近形成不经由热吹气室而通过的流路。

具有上述结构的本发明的吹气型气体断路器在大电流断路时的状态下，热吹气室内部的压力较高，从而止回阀14b关闭。因此，灭弧性气体从热吹气室强力地喷向电弧。在中小电流断路时，在热吹气室的压力变得比压缩吹气室的压力低的情况下，止回阀向电弧侧打开。一旦止回阀打开，便在压缩吹气室与热吹气室之间形成流路。灭弧性气体通过该流路，完全不经由热吹气室而引向电弧附近。

根据本发明，通过由止回阀控制气体的流动，能够得到一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方案的吹气型气体断路器的开极状态的剖面图。

图2是图1的A面的剖面图。

图3是表示本发明的第1实施方案的吹气型气体断路器的闭极状态的剖面图。

图4是表示本发明的第2实施方案的吹气型气体断路器的开极状态的剖面图。

图5是表示本发明的第2实施方案的吹气型气体断路器的闭极状态的剖面图。

图6是表示以往的吹气型气体断路器的构造的剖面图。

符号说明：

1    灭弧性气体          2         对置电弧触点

3    对置通电触点        4         动电弧触点

5    可动通电触点        6         驱动杆

7    电弧放电            8         绝缘喷嘴

9    吹气缸              10        隔板

11   热吹气室            12        压缩吹气室

13   连通孔              14a～14c  止回阀

15   活塞                16        排气孔

17   吸气孔              18        排压阀

19   吸气阀              20        挡块

21   流路                22        凸缘

23   挡块                24        弹簧

25   细径部

具体实施方式

(1)第1实施方案

(结构)

以下利用图1至图3说明本发明的第1实施方案。在图1及图2中，中心线的左侧表示大电流断路时的状态，中心线的右侧表示中小电流断路时的状态。图2表示图1所示的A面中的剖面图。此外，图3表示闭极状态。

本实施方案中的断路器的基本结构与图6中说明的以往的吹气型气体断路器同样。本实施方案的吹气型气体断路器在划分热吹气室11和压缩吹气室12的隔板10上具备止回阀14b。该止回阀14b的构成如下：

该止回阀14b由分割的至少多片、例如3片以上的板构成，配设为与热吹气室11同心的圆筒状。止回阀14b在自身具有的弹性、或附带的弹簧的作用下，在通常时形成在电弧7侧收缩的圆锥形。也就是说，止回阀14b的与电弧7相反侧的部分固定在隔板10上，止回阀14b的电弧7侧的部分与驱动杆6的外周接触或离开。

在大电流断路时的状态下，热吹气室11内部的压力较高，分割的止回阀14b相互无间隙地与驱动杆6接触。因此，在该状态下，从热吹气室11侧向压缩吹气室12侧的气体的流动受到制约。

另一方面，在热吹气室11的压力变得比压缩吹气室12的压力低的情况下，在其压力差的作用下，该止回阀14b向挡块20侧打开，将挡块20上具有的开口部20a堵塞。该止回阀14b的状态如图1的右侧所示。由于该止回阀14b打开，所以在压缩吹气室12与热吹气室11之间形成流路21。灭弧性气体通过该流路21，完全不经由热吹气室11而引向电弧7附近。

该止回阀14b如图3所示，由于通常时(闭极时)成为圆锥状而关闭，所以构成止回阀14b的多张板相互无间隙而紧密地接触。因而如图2的右侧所示，在止回阀14b于挡块20侧开放的情况下，在构成止回阀的各板之间产生间隙。于是，为了将开放的止回阀14b的各板的间隙堵塞而设置了挡块20。

该挡块20如图2的剖面图所示，是与止回阀14b及驱动杆6同心地设置的筒状的部件。在该筒状的挡块20上设有开口部20a。在大电流断路时，通过该开口部20a使灭弧性气体从热吹气室11向电弧7侧移动。另一方面，在中小电流断路时，止回阀14b的各板将该开口部20a堵塞。因而从压缩吹气室12流入的灭弧性气体不会泄漏到热吹气室11侧，均被引向电弧7附近。

(作用)

在大电流断路时，热吹气室11的压力在电弧7的加热作用下显著上升。因而如图1的左侧所示，止回阀14b不开放，热吹气室11的较高的压力不会作用在活塞15上。因此，在本实施方案中，与以往的串联吹气型断路器同样，能够以较小的驱动力进行电流断路。此外，由于在挡块20上设有开口部20a，所以挡块20不会妨碍热吹气室11内的气体的流动，因此，通过来自热吹气室11的灭弧性气体能够得到良好的大电流断路性能。

另一方面，在将中小电流断路时，由于电弧7的加热作用较小，所以热吹气室11的压力并没有上升那么多。因而将止回阀14b开放，便将电流断路所需的灭弧气体从压缩吹气室向电弧7供给。通过从压缩吹气室12到电弧7附近的流路21，使灭弧性气体从压缩吹气室12直接流向电弧7。此时，灭弧性气体完全不经由容积较大且处于高温状态的热吹气室11。因此，由于在低温状态下顺利地向电弧空间流入，所以对于中小电流也能够得到良好的断路性能。

特别地，在本实施方案中，止回阀14b形成从压缩吹气室到电弧附近的上述流路的一部分。因此，止回阀14b是简单的构造，不需要复杂的附带构造及部件。进而根据同样的理由，当将止回阀开放时，便可以很顺利地形成从压缩吹气室12到直接电弧放电7附近的流路。

(效果)

根据本实施方案，能够提供一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能。

(2)第2实施方案

利用图4及图5就第2实施方案进行说明。在图4中，中心线的左侧表示大电流断路时的状态，中心线的右侧表示中小电流断路时的状态。此外，图5表示闭极状态。本实施方案中的断路器的基本结构与在图1至图3中说明的第1实施方案同样。

(结构)

本实施方案的止回阀14c如图4及图5所示，形成电弧7侧较细的圆筒状。止回阀14c的变细的前端部以可滑动的程度与驱动杆6的表面接触，在止回阀14c的圆筒形部分和驱动杆6之间形成流路21。在该止回阀14c的与电弧7的相反侧，设有向外侧延伸的凸缘22。

在上述隔板10的与凸缘22对置的部分上设有连通孔13，该连通孔13由凸缘22开闭。在隔板10的电弧7侧的表面上设有与凸缘22卡合的L字形的挡块23。该挡块23使其卡合部距离隔板10的表面保持一定的距离而设置。因此，止回阀14c能够移动从隔板10的表面到挡块23的距离。

在挡块23与凸缘22之间设有将止回阀14c向隔板10的表面侧推压的弹簧24。止回阀14c通常在该弹簧24的作用下关闭，仅在热吹气室11的压力比压缩吹气室12的压力低的情况下，在该压力差的作用下开放。

驱动杆6的电弧7侧的部分的直径变细。在止回阀14c打开的状态下，该电弧7侧的前端部分进入到该细径部25中，在止回阀14c的前端与驱动杆6的表面之间形成间隙。

(作用)

在具有上述结构的第2实施方案中，可得到与第1实施方案同样的作用。也就是说，在大电流断路时，热吹气室11的压力在电弧7的加热作用下显著地上升。因而如图4的左侧所示，止回阀14c不开放，热吹气室11的较高的压力不会作用在活塞15上，所以与以往的串联吹气型气体断路器同样，能够以较小的驱动力进行电流断路。

圆筒状的止回阀14c与热吹气室同心地配置，并且在热吹气室11的空间中完全不存在成为流动的障碍的部件，所以热吹气室11内的流动是很顺利的。因此，可以通过从热吹气室11吹出的灭弧性气体的作用而得到良好的大电流断路性能。

另一方面，在将中小电流断路时，由于电弧7的加热作用较小，所以热吹气室11的压力并不上升那么多。因而如图4的右侧所示，将止回阀14c开放，从压缩吹气室12供给电流断路所需的灭弧气体。在将止回阀14c开放的状态下，通过驱动杆6的细径部25与止回阀14c的前端之间的间隙，自动地形成从压缩吹气室12到电弧7附近的流路21。

在此情况下，从压缩吹气室12流入的灭弧性气体完全不经由容量较大且处于高温状态的热吹气室11而向电弧7附近流入。因此，灭弧性气体在低温状态下顺利地向电弧空间流入，对于中小电流也能够得到良好的断路性能。

在本结构中，上述止回阀14c的外侧形成热吹气室11的一部分，其内侧形成从压缩吹气室向电弧放电的连续流路的一部分。因此，能够将吹气型气体断路器设计为不需要复杂的附带构造及部件的简单构造。进而在将止回阀开放时，很顺利地形成从压缩吹气室12到电弧放电7附近的流路。

(效果)

如以上所述，在本实施方案中，能够提供一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能。

(3)第3实施方案

(结构)

本实施方案的特征在于，作为灭弧性气体5，使用地球变暖系数比SF₆气体(六氟化硫气体)小的气体。

也就是说，作为绝缘气体，使用N₂、O₂、干燥空气、CO₂、CF₄、c-C₄F₈、CCl₂、C₂F₆、C₃F₈或CF₃I之中的任一种单体气体、或将这些气体中的任意2种以上的气体混合而成的混合气体。

(作用)

以往，作为灭弧性气体，使用具有良好灭弧性能及电气绝缘性能的SF₆气体。但是，据称SF₆气体的地球变暖效果为二氧化碳气体的23900倍，因而优选的是避免它的使用。

但是，如果替代使用对环境影响较小的气体、具体而言如果使用地球变暖系数比SF₆气体小的空气、氮气、二氧化碳等，则由于灭弧性能及电气绝缘性能比SF₆气体差，所以担心断路性能变差。

为了使用SF₆气体以外的绝缘气体并获得与以往设备同等的断路性能，就必须加大吹气缸9及活塞15等结构部件，或者以较大的驱动力驱动可动部分。

通过设计为第1及第2实施方案所说明的结构，能够使用地球变暖系数比SF₆气体小的气体作为灭弧性气体，同时能够防止设备的大型化以及驱动力的增大。

(效果)

第3实施方案通过设计为上述的结构，能够提供一种吹气型气体断路器，它即使以较小的驱动力也能够将大电流断路，并且即使在中小电流区域也具有良好的电流断路性能，而且抑制了对地球变暖的影响。

(4)其它实施方案

以上举出了各种实施方案，但在哪个实施方案中，都具有止回阀，它制约从热吹气室向压缩吹气室的流动，仅在热吹气室的压力比压缩吹气室的压力低的情况下开放。而且在将该止回阀开放时，自动地形成从压缩吹气室通至电弧放电附近的同轴上的流路，从压缩吹气室到电弧附近的上述流路完全不经由热吹气室。本发明的特征在于形成有由这样的止回阀产生的流路，用于实现该特征的结构也可以考虑其它结构。

Claims (4)

1.一种吹气型气体断路器，其特征在于，

在填充有灭弧性气体的密闭容器内，对置电弧触点及对置通电触点与可动电弧触点及可动通电触点相向配置在同心轴上；

可动电弧触点及可动通电触点以相对于对置电弧触点及对置通电触点可接触分离的方式安装在驱动杆上；

所述断路器的构成为：在可动侧触点及对置侧触点离开时，能够在可动电弧触点与对置电弧触点之间产生电弧放电；

为了向所述电弧放电喷吹所述灭弧性气体而配置绝缘喷嘴，以使其包围所述电弧放电；

在所述可动侧触点上设有与其成一体而驱动的吹气缸，在该吹气缸的内部设有总是处于静止状态的活塞；

由所述吹气缸和活塞包围的空间通过相对于轴垂直地配置的隔板划分为电弧放电侧的热吹气室和与其相反侧的压缩吹气室；

在所述隔板上设有连通所述热吹气室和所述压缩吹气室的连通孔、以及开闭该连通孔的止回阀；

所述止回阀的构成为：总是限制从热吹气室向压缩吹气室的气体的流动，仅在热吹气室的压力比压缩吹气室的压力低的情况下在该压力差的作用下开放，而且在该止回阀开放时，从压缩吹气室到电弧放电附近形成不经由热吹气室而通过的流路；

所述止回阀形成从压缩吹气室到电弧附近的所述流路的至少一部分。

2.如权利要求1所述的吹气型气体断路器，其特征在于，

所述止回阀由分割的至少3片板形成为圆筒状；

所述止回阀与热吹气室同心地配置；

所述止回阀的可动电弧触点侧通常以向中心轴方向收缩的方式而维持为圆锥状，在此状态下限制从热吹气室向压缩吹气室的气流；

在热吹气室的压力比压缩吹气室的压力低的情况下，将所述止回阀的可动电弧触点侧的收缩打开，形成从压缩吹气室到电弧放电附近的流路。

3.如权利要求1所述的吹气型气体断路器，其特征在于，

所述止回阀形成为可动电弧触点侧较细的圆筒状，其细的前端部与驱动杆的表面接触；

在所述止回阀的与可动电弧触点侧的相反侧，设有向外侧延伸的凸缘；

在所述隔板的与该凸缘对置的部分上设有由凸缘开闭的连通孔；

在所述隔板上设有与凸缘卡合而限制止回阀的移动范围的挡块；

在该挡块与凸缘之间，设有将止回阀向堵塞连通孔的方向施力的弹簧，仅在热吹气室的压力比压缩吹气室的压力低的情况下，通过该压力差使止回阀开放。

4.如权利要求1所述的吹气型气体断路器，其特征在于，作为所述灭弧性气体，使用地球变暖系数比六氟化硫气体小的气体。

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