CN101582345B

CN101582345B - 中压和高压隔离开关断路器

Info

Publication number: CN101582345B
Application number: CN2009101364856A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·皮克科兹; 布鲁诺·科林; 迪迪埃·托马斯; 帕特里克·卡萨尔泰利; 克莱尔·克雷翁
Original assignee: Areva T&D SAS
Current assignee: Grid Solutions SAS
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-05-12
Also published as: ES2374019T3; CN101582345A; EP2120242B1; FR2931290A1; EP2120242A1; ATE526673T1

Abstract

一种中压和高压隔离开关断路器，被设置为在有利的条件(诸如高电流或减少的断开时间)下切断中压和高压电流。径向相对的固定触头(1)端接在绝缘外壳(14)内，以这种方式，每个固定触头能够与可旋转的移动触头(2)的端部(21)接触。每个固定触头(1)由用于通过部分升华促进消弧的聚甲醛元件围绕。由聚四氟乙烯制成的保护带(15)沿着移动触头(2)的端部(21)的圆形路径设置在外壳(14)的内壁上，其有助于完全灭弧和装备的保护。本发明可应用于中压输电线路的断开。

Description

中压和高压隔离开关断路器

技术领域

本发明涉及中压和高压配电的领域，并且尤其涉及由用于中压输电线路中的隔离开关断路器组成的开关设备。

背景技术

目前，市场上有各种隔离开关断路器。它们彼此的区别在于它们断开电流的方式。

第一种隔离开关断路器在六氟化硫(SF₆)的大气中工作，其中电流的中断和断开大部分通常通过在用于保证断开的足够大的距离上将移动开关触头彼此机械地分开而同时发生。通常，安装这些断路器的各室的宽度很小，例如对于24千伏(kV)，宽是375毫米(mm)。

另一种技术是在户外断开电流。再次，通过机械地分离开关触头同时执行电流的中断和断开功能。在该技术中，安装这些断路器的各室具有相当大的宽度，例如对于24kV，宽度为600mm至700mm。

又一技术是在真空中断开电流，例如借助于布置为与连接电力线的隔离开关串联的真空室。该布置证明是昂贵的且很少使用。

在另一方法中，通过在油中工作的断路器断开电流。这应用于较老的开关设备。

其他方法是在其他气体(诸如N₂和CO₂)中断开电流。通过机械地分离开关触头同时执行电流断开功能。应当注意到，以这种方式运转的开关设备比在SF₆中运转的开关设备对温室效应的影响更小。

无论如何，这些技术都具有某些缺点。

中压的在SF₆中运转的隔离开关断路器能够中断600安培(A)至800A量级的电流。高于800A(并且尤其是值为1250A)时，这种断路器的成本大于其他隔离开关断路器的成本。

在空气中工作的电流断开室非常大，并且其电流断开的性能比能够利用SF₆装备获得的那些电流断室开要更差。

因此，本发明的目的在于提出另一种中压隔离开关断路器技术，其避免了使用以上所提出的技术的断开条件，而且，其不具有很高的制造成本，且对温室效应造成很小的影响。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于提供一种用于通过开关触头的机械分离来中断的中压和高压隔离开关断路器，这种断路器包括：

至少一个固定触头，其连接至导线；以及

移动触头，其在预定的方向可移动，以便于能够允许电流在两个位置中流通和断开，两个位置分别为第一位置(电流流通位置)和第二位置(电流断开位置)，在所述第一位置中，移动触头与至少一个固定触头接触，第二位置相对于电流流通位置偏置并且在第二位置中移动触头与固定触头分隔开。

根据本发明，从由所述固定触头和所述移动触头组成的两种类型触头中选出的第一种触头沿着一个或多个移动触头位移的预定方向串联，所述第一种触头具有由聚甲醛(POM)制成的第一元件及由聚四氟乙烯(PTFE)制成的第二元件，从而在电流断开的操作中，初生电弧首先遇到POM第一元件，然后遇到PTFE第二元件。

在根据本发明的隔离开关断路器的第一个被提出的实施例中：

存在两个所述固定触头并且将它们分隔开；

移动触头为旋转触头，其长度稍大于将两个固定触头分隔开的距离，移动触头可旋转地安装于位于两个固定触头之间的中途的旋转轴上，以便于能够允许电流在所述两个对应的位置中流通和断开，所述两个对应的位置为第一(电流流通)位置和第二(电流开断)位置，在所述第一位置中，移动触头通过其每个端部与固定触头接触，所述第二位置相对于电流流通位置成角度地偏置且在所述第二位置中所述移动触头的端部与固定触头分隔开；

每个POM第一元件为围绕其相应的固定触头的固定环；并且

每个PTFE第二元件为固定带或固定板，所述固定带或固定板与构成所述第一元件的所述环邻近并且在沿着由移动触头的两个端部的旋转所限定的圆周的一段圆弧上延伸。

在根据本发明的隔离开关断路器的第二个被提出的实施例中：

存在两个所述固定触头，并且将它们分隔开；

移动触头是可旋转的，并且所述移动触头的长度稍大于分隔两个固定触头的距离，移动触头被安装为在位于两个固定触头中的第一个触头上的旋转轴线上枢轴移动，以便于能够允许电流在两个分别的位置中流通和断开，所述两个对应的位置为第一(电流流通)位置和第二(电流开断)位置，在第一位置中，移动触头通过其旋转端部与两个固定触头中的第二个触头接触，所述第二个固定触头与枢轴地安装有所述移动触头的所述固定触头相对，第二位置相对于第一或电流流通位置成角度地偏置，并且在所述第二位置中移动触头的旋转端部与第二固定触头分隔开；

POM元件是围绕相应的第二固定触头的固定环；并且

每个PTFE第二元件是固定带或固定板，所述固定带或固定板与构成所述第一元件的该环邻近，并且沿着在由移动触头的所述旋转端部的位移所限定的圆周的一段圆弧上延伸。

在根据本发明的隔离开关断路器的第三实施例中：

存在单个所述固定触头，其为具有预定外径的管状形状；

移动触头也是管状形状，并且具有的内径稍小于固定触头的预定外径，移动触头与固定触头共轴，移动触头沿着限定所述管状形状的回转轴线可纵向地移动；并且

POM第一元件和PTFE第二元件都是旋转体的形式，所述元件两者都与固定触头和移动触头共轴，并且具有稍大于固定触头的预定外径的内径。

在这一构造中，提出POM第一元件和PTFE第二元件位于移动触头上。

POM材料优选为均聚物。

PTFE优选地属于由天然PTFE、以SiO₂加固的PTFE、以CaF₂加固的PTFE、以MoS₂加固的PTFE组成的组的材料类型。

附图说明

通过参考附图阅读以下描述，能够更清楚地理解本发明及其不同的技术特征，其中：

图1示出了本发明的第一实施例；

图2为所述本发明第一实施例的细节图；

图3为针对三个不同电流相位的所述实施例的等角图；

图4为横截面的工作图，示出了使用本发明的安装，具有对应于图3的三个不同的电流相位；

图5示出了本发明的第二实施例；以及

图6为示出了本发明的第三实施例的原理的半剖面图。

具体实施方式

参考图1，其主要示出了绝缘外壳14，绝缘外壳14具有在外壳壁上彼此径向相对的两个固定的开关触头1和安装在外壳内用于围绕与外壳14同心的轴枢轴移动的移动开关触头2。移动触头2为杆状，其长度稍小于绝缘外壳14的内径，移动开关触头的端部21能够与伸入绝缘外壳14内部的触头1的端部17上接触。

电流输入由第一箭头12表示，并且应用于第一固定触头1，而输出由从与第一触头1径向相对的另一固定触头1输出的第二箭头13表示。

根据本发明，第一元件由聚甲醛(POM)制成，优选为均聚物的形式，并且由放在每个固定触头1的端部17周围的POM环11组成。这些POM环11位于绝缘外壳14的内壁的区域中，以便每个固定触头的端部17能够伸入绝缘外壳14的内部。通过两个第二元件，装配在绝缘外壳14的内壁上完成，两个第二元件由两个保护PTFE带15的形状的PTFE制成，每个第二元件由圆弧形状的带(或板)组成并且靠着绝缘外壳14的内表面设置，带的第一端部刚好碰触POM环11，而其另一端部位于距移动触头1的端部21的不可忽视的距离处。因此，两个保护带15彼此径向相对，并且具有对应于被安装用于围绕中心轴A旋转的移动触头2的端部的位移的形状。优选地选择天然PTFE、或以SiO₂加固的PTFE、以CaF₂加固的PTFE、以MoS₂加固的PTFE。

因此，将理解到，移动触头围绕其旋转轴A旋转一个或两个或若干个十几度，将移动开关触头从第一或电流流通位置移动至第二或电流开断位置，在第一或电流流通位置中，其所述端部21与固定触头1的端部17接触，在第二或电流断开位置中，随着移动触头2的旋转，移动触头2的端部21与两个固定触头1分隔开。

聚甲醛POM材料生成气体。现在，在移动触头2从第一或电流流通位置的旋转开始，在固定触头1的端部17和移动触头2的端部21之间生成电弧。由于每个POM环围绕固定触头1的每个端部17，因此，电弧将引起一部分POM环11升华，从而POM环的该部分升华释放具有亲电性的甲醛气体(CH₂O)。换句话说，通过电弧的形成所释放的热效应将与电弧接触的POM表面的状态从固态变成气态。当高温改变POM时，由这一化学变化生成的气体为POM的分解气体。由于气体的性质，以这种方式产生的气体将干扰电弧的等离子体，将其冷却，并且有助于灭弧。在热效应下产生甲醛的其他材料包括聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚甲基丙烯酸乙酯等。

保护带15的功能使得此作用能够继续，以便快速和完全消除出现在固定触头的端部17和移动触头的端部21之间的两个电弧。

在CO₂气体下的测试已经显示出超过电流安培数50％的显著功效，POM环11的存在使得在12kV下能够断开630A量级的电流，相对地在不存在POM时，在12kV下能够断开400A量级的电流。

关于在SF₆中执行的测试中的电流开断时间，还可以看到有改善。

图2主要示出了与POM环11相关联的PTFE保护带15，POM环自身围绕固定触头1的端部17。可以看到紧固凸耳18从绝缘外壳内部伸出并且伸入PTFE保护带15的孔19中。

图3示出了本发明的隔离开关断路器的装配示例，其使用在此之前描述的技术并且应用于三相，例如三相关系的载流线路。在此示出的主要部分为绝缘外壳14，其内壁具有三个PTFE保护带15，每个PTFE保护带借助于舌状物18固定。旋转轴A上的可旋转轴安装在构成绝缘外壳14的半壳内，并且支撑移动触头2(示出了其一个端部17)。可旋转轴A还支撑用于保护移动触头2的保护元件19。因此，将会理解到，在可旋转轴A已转过十度后，当这些端部17中的每个沿着PTFE保护带15通过时，移动触头2的端部17经过一个圆弧。

图4示出了具有大量细节的横截面工作图形式的布置。该图中只需要提及密封外壳14以及安装在密封外壳内的可旋转轴A。可以看到三对固定触头1，其端部17伸入绝缘室14的内部。每个固定触头由POM环11围绕，并且固定触头与电流输入装置21接触。在图中，PTFE保护带15由移动触头2后的更细的线表示。这里的移动触头具有双带或板的形状，其端部21围绕固定触头1的端部17。

参考图5，图5示出了可被称作枢转版本的本发明的第二实施例，其可与第一实施例比较。与第一实施例相同，其具有相对或面对面的关系的两个固定触头50和57，但它们彼此以预定的距离分隔开。还提供POM环51，其以与第一实施例相同的方式位于固定触头(50)(这里称作第二固定触头)的接触端部周围；并且弯曲的PTFE保护带或带55与POM环51邻近设置。该保护带55的直径等于一个移动触头52的长度，该移动触头围绕由位于固定触头57(这里称作第一固定触头)上或与固定触头57接触的枢轴销5A限定的旋转轴枢轴转动。因而，移动触头52能够通过枢轴移动而与第二固定触头50的端部分隔开，其远端沿着保护带55的内壁通过。

图6示出了本发明的第三实施例，其可被称作纵向版本，而第一实施例可以被称作圆形或管形版本。

图6示出了具有纵向轴B的管状形状的固定触头31。沿着固定触头31(仍然以旋转体的形状)，存在可移动的装置40，其至少在与固定触头31相同的一侧包括由以POM制成的套筒41局部地围绕的移动触头42。在固定触头31和POM套筒41之间，存在PTFE带45，其内径对应于POM套筒41的内径。另外，应当注意到，固定触头31的外径稍小于PTFE保护带45的内径，并且也稍小于POM套筒41的内径。相比之下，移动触头42的最小内径必须稍小于固定触头31的外径，以便当可移动的装置40朝向固定触头31移动时，这两个元件能够以足够的压力相互接触。能够借助于外鞘43或固定板44完成可移动的装置40。

将会理解到，在可移动的装置40相对于固定触头31的相对轴向移动之后，移动触头42将与固定触头31的端部32分隔开；POM套筒41在与电弧接触时将发生局部升华作用；并且随着相对的分开移动的进展，PTFE保护带将有助于完全消除电弧。

Claims

1.一种用于通过开关触头的机械分离来中断的中压和高压隔离开关断路器，所述断路器包括：

至少一个固定触头(1，31)，其连接至导线(21)；以及

移动触头(2，42)，其在预定的方向可移动，以便能够允许电流在两个位置中流通和断开，所述两个位置分别为第一位置，即电流流通位置，和第二位置，即电流断开位置，在所述第一位置中，所述移动触头(2，42)与至少一个所述固定触头(1，31)接触，所述第二位置相对于所述电流流通位置偏置，并且在所述第二位置中所述移动触头(2，42)与所述固定触头(1，31)分隔开；

其特征在于，从由固定触头和移动触头组成的两种类型触头中选出的第一种触头沿着一个或多个所述移动触头位移的预定方向串联完成，所述第一种触头具有由聚甲醛制成的第一元件(11，41)及由聚四氟乙烯制成的第二元件(15，45)，从而在电流断开操作中，初生电弧首先遇到所述第一元件(11，41)，然后遇到所述第二元件(15，45)。

2.根据权利要求1所述的中压和高压隔离开关断路器，其特征在于：

所述固定触头(1)的数量为两个，并且它们被彼此分隔开；

所述移动触头(2)为旋转触头，其长度稍大于所述两个固定触头(1)分隔开的距离，所述移动触头可旋转地安装在位于所述两个固定触头(1)之间的中途的旋转轴线(A)上，以便能够允许电流在所述两个对应的位置中流通和断开，所述两个对应的位置为所述第一位置，即电流流通位置，和所述第二位置，即电流断开位置，在所述第一位置中，所述移动触头(2)通过其每个端部(21)与所述固定触头(1)接触，所述第二位置相对于所述电流流通位置成角度地偏置，并且在所述第二位置中所述移动触头的所述端部(21)与所述固定触头(1)分隔开；

每个所述第一元件(11)是围绕其相应的固定触头的固定环；并且

每个所述第二元件(15)是固定带或固定板，所述固定带或固定板与构成所述第一元件的所述环(11)邻近，并且在沿着由所述移动触头(2)的两个端部的旋转所限定的圆周的一段圆弧上延伸。

3.根据权利要求1所述的中压和高压隔离开关断路器，其特征在于：

所述固定触头(50，57)的数量为两个，并且它们被分隔开；

所述移动触头(52)枢轴转动，并且所述移动触头的长度稍大于两个固定触头(50，57)分隔开的距离，所述移动触头被安装为在位于所述两个固定触头中的第一个触头(57)上的旋转轴线上枢轴移动，以便于能够允许所述电流在所述两个对应的位置中流通和断开，所述两个对应的位置为所述第一位置，即电流流通位置，和所述第二位置，即电流断开位置，在所述第一位置中，所述移动触头(52)通过其旋转端部与所述两个固定触头中的第二个触头(50)接触，所述第二个固定触头与枢轴地安装有所述移动触头的所述固定触头相对，所述第二位置相对于所述电流流通位置成角度地偏置，并且在所述第二位置中所述移动触头(52)的所述旋转端部与所述第二固定触头(50)分隔开；

所述第一元件是围绕相应的第二固定触头(50)的固定环(51)；并且

所述第二元件是固定带或固定板(55)，所述固定带或固定板与构成所述第一元件的所述环邻近，并且在沿着由所述移动触头(52)的所述旋转端部的位移所限定的圆周的一段圆弧上延伸。

4.根据权利要求1所述的中压和高压隔离开关断路器，其特征在于：

所述固定触头(31)是唯一的，其为具有预定外径的管状形状；

所述移动触头(42)也是管状形状，并且具有的内径稍小于所述固定触头(31)的所述预定外径，所述移动触头与所述固定触头共轴，所述移动触头沿着限定所述管状形状的回转轴线(B)可纵向移动；并且

所述第一元件(41)和所述第二元件(45)都是旋转体的形状，所述元件都与所述固定和移动触头共轴，并且具有稍大于所述固定触头(31)的所述预定外径的所述内径。

5.根据权利要求4所述的隔离开关断路器，其特征在于，所述第一元件(41)和所述第二元件(45)，所述第二元件为保护带，固定于所述移动触头(42)上。

6.根据权利要求5所述的隔离开关断路器，其特征在于，所使用的所述聚甲醛材料为均聚物类型。

7.根据权利要求5所述的隔离开关断路器，其特征在于，所述聚四氟乙烯材料属于由天然聚四氟乙烯、以SiO₂加固的聚四氟乙烯、以CaF₂加固的聚四氟乙烯、以MoS₂加固的聚四氟乙烯组成的组的材料类型。