CN101752108B - 配电器中的高速闸刀开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电器中的高速闸刀开关，其包括：壳体，其形成外观；第一电极，其设置在所述壳体内且包括通孔；第二电极，其具有面对所述通孔的容纳凹槽；可动触点构件，其具有筒形部和凸缘部，所述筒形部被容纳在所述通孔中以便被置入所述容纳凹槽中，所述凸缘部形成在所述筒形部的一端；以及合闸线圈，其缠绕在所述壳体的底座上，其中，在所述第二电极的所述容纳凹槽处形成有阻尼孔。当置入所述容纳凹槽中的所述可动触点构件接近其最终位置时，对所述可动触点构件施加阻尼力以稳定且精确地控制所述最终位置。

Description

配电器中的高速闸刀开关

技术领域

本发明涉及一种引入配电器内的高速的断路开关，尤其涉及这样一种高速闸刀开关：当在配电器处发生电弧事故时，通过将高电压功率高速地导向地面而立即使事故电流绕行，该高速闸刀开关能够将可能由配电器的电弧事故所引起的损害降到最低。

背景技术

配电器通常是这样一种设备：其将特高电压的电力转换成低电压并且分配该低电压以提供安装在每个用电设备处的负载设备所需的功率，并且配电器通常包括开关、避雷器、变压器、断路器以及其它各种测量装备。

设置在配电器中的断路器是指这样一种装置：当线路接通或断开时或当发生诸如短路的事故时该装置切断电流，并且即使在正常状态下和在诸如短路的异常状态下，也按照需要通过接通或断开来稳定地保护电力系统。断路器包括断路单元，断路单元在充满SF₆的箱式容器内用绝缘材料来绝缘，SF₆是一种具有良好的绝缘特性并无味、无臭且无毒的惰性绝缘气体。

当在配电器电路内产生电弧时，由于电弧的高温和高压，可能损害诸如各种测量设备等的内部装置，并且根据情况，绝缘被破坏，从而对与其接触的用户造成损害。因此，需要弧阻测量来处理这种状况。当在配电器中产生电弧时，因为断路器的跳闸速度不足以快过电弧速度以切断事故电流，所以断路器不再有效。

用在配电器中的大多数弧阻结构是：安装有用于释放内部压力的通道以降低由于电弧增加的压力，或增加结构的机械强度以在结构上允许随着电弧事故而增加的温度和压力。或者，使用专用的电弧断路装置来处理电弧的产生。

然而，当产生电弧时，因为电弧非常快速地达到了其最高温度和最高压力，所以现有技术的方法不能有效地处理该电弧速度。而且，如果使用高速电弧断路(中断)装置，断路装置的移动单元应该高速地移动以处理电弧速度。在这方面，在移动单元的最终位置处，应该减小移动单元的移动速度，以减小冲击并且适当地控制位置。然而，因为断路装置的移动单元高速地移动，所以难以减小最终速度，因此，难以控制移动单元的最终位置。

发明内容

因此，为了解决上述问题，已经构思了于此描述的各种特征。示范实施例中的一个方案是提供一种能够快速地熄灭产生在配电器中的电弧的高速闸刀开关。

本发明的另一方案是提供一种用于在移动单元高速移动时有效地控制开关的移动单元的最终位置的方法。

本说明书提供了一种配电器中的高速闸刀开关，包括：壳体，其形成外观；第一电极，其设置在壳体内且包括通孔；第二电极，其具有面对通孔的容纳凹槽；可动触点构件，其具有筒形部和凸缘部，筒形部被容纳在通孔中以便被导入(置入、引入或插入)容纳凹槽中，凸缘部形成在筒形部的一端；以及合闸线圈，其缠绕在壳体的底座上，其中，在第二电极的容纳凹槽处形成有阻尼孔。

利用形成在容纳凹槽处的阻尼孔的构造，当可动触点构件接近最终位置时，对可动触点构件施加阻尼力，从而稳定且精确地控制最终位置。

可动触点构件在导入操作中受到合闸线圈的斥力时被导入容纳凹槽中，并且断路线圈缠绕在第一电极的一侧并且在断开操作中对可动触点构件提供斥力。

可动触点构件的筒形部形成为空腔式，并且引导构件设置在壳体的底座处，并被插入筒形部的空腔中以引导筒形部的移动。

与可动触点构件接触的接触元件形成在第一电极的通孔的内周表面上和第二电极的内周表面上。接触元件可以是形成在通孔的内周表面上的螺旋凹槽中的突起或安装在形成于通孔的内周表面上的螺旋凹槽中的弹簧。

高速闸刀开关还包括导管，第一电极结合到导管的内周表面的一侧，并且另一侧与壳体的底座结合。

阻尼孔可以在第二电极的容纳凹槽的上部沿径向形成。可以形成一个或多个阻尼孔。如果形成有多个阻尼孔，则它们可以在容纳凹槽的上部沿径向放射状地形成。

第一电极接地，而第二电极连接到高电压侧。

壳体的内部充满惰性气体并且是密封地封闭的，并且惰性气体可以是SF₆、N₂或不含水分的空气。

为了使第一电极与第二电极电连接，将第一电极置入形成在第二电极处的容纳凹槽中，并且此时，容纳凹槽内的气体通过形成在容纳凹槽处的阻尼孔而被排出。

第二电极通过第二电极与位于第二电极下侧的线圈之间的斥力而被置入容纳凹槽中。

当结合附图时，通过对本发明的下列详细描述，本发明的上述和其它目的、特征、方案和有益效果将变得更加明显。

附图说明

图1为示出了根据本发明的实施例的配电器的整体轮廓图；

图2为图1的高速闸刀开关的截面图；

图3为图2的第一电极和可动触点构件的详细截面图；

图4A为第二电极的详细截面图；

图4B为图4A的俯视图；

图4C为根据本发明的另一实施例的第二电极的俯视图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的高速闸刀开关的断开状态；

图6示出了图3的高速闸刀开关的导入状态；以及

图7为根据本发明的另一实施例的高速闸刀开关的截面图。

具体实施方式

现将结合附图对根据本发明的示范实施例的配电器的高速闸刀开关进行描述。

图1是示出了根据本发明的实施例的配电器的整体轮廓图。

根据本发明的实施例的配电器1包括：灭弧系统2、变压器3、主断路器4、电流传感器5、第一断路器6、第二断路器7和高速闸刀开关100。

为了处理配电器中所产生的电弧，当检测到配电器1的控制系统(未示出)内所产生的电弧时，将跳闸信号传输到主断路器4，并且同时操作专用的高速闸刀开关100。然后，高速闸刀开关100使电弧事故电流朝地面绕行(detour)，从而将由于配电器内的电弧而可能产生的损害降到最低。此后，主断路器4阻断(shut out)事故电流，从而圆满地解决了事故并且保护了配电器。

为了判定电弧事故的发生，将用于接收从所产生的电弧释放出的光的光接收传感器安装在配电器内。因此，当发生电弧事故时，将由光接收传感器检测到的光信号传输到系统主体或者将从设置在配电器中的电流传感器输出的过电流信号传输到系统主体，并且控制系统能够基于条件来判定是否已经发生了电弧事故。可选地，可以通过同时传输两个信号来判定是否已经发生了事故。

当发生电弧事故时，控制系统的主体将信号传输到主断路器4。此时，因为主断路器4操作需要花费长时间(即，花费约50ms)，所以主断路器4不能够快速地处理电弧事故，因此需要以较快速度反应的专用的高速闸刀开关。换句话说，当产生电弧时，其在10ms到15ms内达到最高温度(20,000K)和最高压力(2×10⁵Pa)。因此，如果产生电弧，则在电弧被接地之前，专用的高速闸刀开关需要在5ms内完成事故判定和合闸操作。

图2到图6图示了根据本发明的实施例的包括利用电排斥力的排斥装置(Thomson线圈)的高速闸刀开关。图2为图1的高速闸刀开关的截面图，图3为图2的第一电极和可动触点构件的详细截面图，图4A为第二电极的详细截面图，图4B为图4A的俯视图，图4C为根据本发明的另一实施例的第二电极的俯视图，图5示出了根据本发明的一个实施例的高速闸刀开关的断开状态，而图6示出了图3的高速闸刀开关的导入状态。

结合图2，高速闸刀开关100包括第一电极10和第二电极20，第二电极20在壳体200内以面对第一电极10的方式设置在第一电极的上侧，壳体200形成高速闸刀开关100的外观。第一电极10中包括通孔14，并且第二电极20包括面对通孔14的容纳凹槽24。

在本发明的实施例中，高速闸刀开关100包括可动触点构件30，可动触点构件30被容纳在通孔14内从而其能够上下移动。当可动触点构件30向上移动并且被容纳在第二电极20的容纳凹槽24中时，可动触点构件30的外周表面与通孔14的内周表面彼此接触，并且可动触点构件30的外周表面还与容纳凹槽24的内周表面彼此接触，据此，第一电极与第二电极被电连接。

可动触点构件30包括筒形部31和凸缘部33：筒形部31被容纳在通孔14中以便被置入容纳凹槽24中，凸缘部33形成在筒形部31的下部。合闸线圈80位于可动触点构件30的凸缘部33的下方并且缠绕在壳体200的底座60上。当发生电弧事故时，在合闸线圈80的周围形成不同的磁场，在可动触点构件30的凸缘部33处产生涡电流。涡电流再次形成磁场。在合闸线圈80的周围形成的磁场与由涡电流形成的磁场具有相反的方向，在合闸线圈80与凸缘部33之间形成强斥能(repulsive power)。该斥能立即产生将凸缘部33从缠绕在底座60上的合闸线圈80向上推动的强力，因此，可动触点构件30立即快速地向上移动以便被置入第二电极20的容纳凹槽24中。以下，由于产生在可动触点构件30与合闸线圈80之间的强斥能而将可动触点构件30导入第二电极20的容纳凹槽24中的操作将被称为“导入操作”。

在导入操作中，可动触点构件30由于早期存储的斥能而快速移动。因此，在可动触点构件30被置入容纳凹槽24以后，需要吸收可动触点构件的动能而不对壳体200等施加冲击，以使可动触点构件精确地停止在其适当的位置处。为此，在本发明中，用作出口(orifice)的阻尼孔90形成在第二电极20的容纳凹槽24处。

结合图4A至图4C，阻尼孔90可以形成为在第二电极20的容纳凹槽24的上部向上直立。优选地，阻尼孔90在容纳凹槽24的上部沿径向形成，并且可以形成一个或多个阻尼孔。多个阻尼孔90可以在容纳凹槽的上部沿径向放射状地形成。虽然考虑容纳凹槽24或可动触点构件30的形状或尺寸可以确定出对可动触点构件30提供阻尼力的阻尼孔90的尺寸，但是为了提供足够的阻尼力，阻尼孔应该具有足够小的直径。

优选地，第二电极20的容纳凹槽24的下部的内径形成为比可动触点构件30的筒形部31的外径大，从而当在早期导入可动触点构件30时，不会产生由压缩气体形成的阻尼力，而当可动触点构件30的筒形部的上部与容纳凹槽的内周表面接触时，在此时可动触点构件30的电接触作用完成，因此开始产生机械阻尼力。即，第二电极20的容纳凹槽24的内周表面的直径在下部略微地增大。

关于阻尼孔的阻尼力操作，当在导入操作中可动触点构件30因斥能向上移动并且开始被置入容纳凹槽中时，容纳凹槽24内存在的气体开始施加阻尼力。即，当可动触点构件的上部被置入容纳凹槽中时，可动触点构件的上端塞住容纳凹槽的下部，并且容纳凹槽内的气体仅可以通过可动触点构件的外周表面与容纳凹槽的内周表面之间的缝隙或通过阻尼孔90而从容纳凹槽泄漏。此时，如果缝隙或阻尼孔的尺寸足够小，则随着可动触点构件被导入，容纳凹槽内的空气被压缩，并且空气泄漏的量非常小，增加了容纳凹槽内的气压。

内部气体的压缩力对置入容纳凹槽中的可动触点构件30起到斥力的作用，吸收了可动触点构件的动能，从而产生了阻尼效应。换句话说，在本发明中，可动触点构件具有杆状，所以当其被插入第二电极中时，密封气体沿着小的排出通道泄漏，由此，在可动触点构件的最终位置处，能够通过流体阻力来降低可动触点构件的速度。

第一电极10和第二电极20中的一个接地而另一个连接到高电压侧。从而，当在配电器中出现电弧时，可动触点构件根据导入操作而使第一电极与第二电极电连接，从而将所产生的电弧接地。

在可动触点构件30中，筒形部31的内部是空腔式的，以便通过质量减小来提高速度，并且引导构件35设置在筒形部31内，从而在可动触点构件30移动时引导筒形部31移动。

引导构件35具有筒形并且形成为从壳体的底座60向上延伸。引导构件35被插入可动触点构件30的筒形部31的内部空腔32中以引导筒形部31移动。引导构件30需要具有足够的纵向长度以在导入操作中引导触点构件向上移动。

当通过导入操作而使由所产生的电弧引起的事故电流完成绕行时，其应该返回断开状态。为此，在受到闭合线圈80的斥力时，为了断开已经被置入容纳凹槽24中的可动触点构件30使其处于初始位置，将断路线圈70缠绕在第一电极10的下方。即，通过可动触点构件30的凸缘部33和断路线圈70的斥力而使可动触点构件返回其初始位置。下文中，此操作将被称为“断开操作”。

当根据导入操作而将可动触点构件置入第二电极的容纳凹槽中时，可动触点构件30的凸缘部33位于第一电极10的下方，并且在这种情况下，因为断路线圈70缠绕在第一电极的下方，所以对断路线圈施加电流以提供对凸缘部的斥力，从而使可动触点构件向下移动。因为产生斥力的原理与导入操作中的原理相同，所以将省略其详细描述。

在根据本发明的实施例的高速闸刀开关中，接触元件形成在通孔14的内周表面上和第二电极20的容纳凹槽24的内周表面上，并且所述接触元件与可动触点构件30接触以便被电连接。第一凹槽11以螺旋形式形成在通孔14的内周表面上，而第一突起12以螺旋形式形成在第一凹槽11之间。第二凹槽21以螺旋形式形成在第二电极20的容纳凹槽24的内周表面上，而第二突起22形成在第二凹槽21之间。可动触点构件30的外周表面通过与第一突起12或第二突起22接触而被电连接。

导管40设置在壳体200内，覆盖第一电极10。导管40具有基本空腔式的筒形形状。第一电极10被结合在空腔的内周表面的上部，并且导管40的下部与壳体的底座60结合。导管40覆盖以保护第一电极，并且导管40由导电材料制成以用作导体。

壳体200的内部充满惰性气体并且对于壳体外部是密封的。填充在壳体200内侧的惰性气体为SF₆、N₂或不含水分的空气。

在以上描述中，虽然第一电极10、第二电极20和可动触点构件30是分开制造和相结合的，但是所述元件中的任何一个均可以与另一个元件整体地形成。例如，第一电极10和可动触点构件30可以整体地形成并且通过利用产生在合闸线圈与凸缘部之间的斥力来执行导入操作。即，在这种情况下，第一电极用作可动触点构件。

图7为根据本发明的另一实施例的高速闸刀开关的截面图。如图7所示，第一凹槽11以螺旋形式形成在第一电极10的通孔14的内周表面上，而第一弹簧13安装在第一凹槽中。第二凹槽21以螺旋形式形成在第二电极20的容纳凹槽24的内周表面上。第一弹簧13和第二弹簧23分别安装在第一凹槽和第二凹槽中。可动触点构件30的外周表面与第一弹簧和第二弹簧接触从而与第一电极和第二电极电连接。

根据本发明的实施例，配电器包括保护系统免受电弧损害的专用的高速闸刀开关。第一电极、第二电极、可动触点构件和用于排斥可动触点构件的线圈集成在同一空间中。特别地，虽然在早期以非常强的斥力来移动可动触点构件，但是其最终速度由于可动触点构件的形状和用于将可动触点构件容纳在第二电极处的容纳部的形状而减小，从而减小了冲击，因此便于控制可动触点构件的最终位置。

利用这样的构造，设置专用的高速闸刀开关以处理配电器内所产生的电弧，并且通过利用高速闸刀开关的结构形状和壳体内的绝缘气体，能够在移动单元的最终位置处实施有效的阻尼性能。另外，因为壳体内存在的气体吸收了高速导入操作中所产生的冲击，所以当使高速闸刀开关突然停止其操作时，噪声和冲击能够被减小。因此，在根据本发明的高速闸刀开关中，能够平稳地控制移动单元的最终位置。

由于本发明可以在不背离其特性的情况下以多种形式来表现，因此还应该理解的是，除非另有说明，上述实施例不受上述说明书中的任何细节所限制，而应该在如权利要求所限定的其范围内做扩大性解释，因此，落入权利要求的界限和范围内的所有的变化和改进或者所述界限和范围的等同布局也因此旨在由所附权利要求所包含。

Claims (14)

1.一种配电器中的高速闸刀开关，其特征在于，所述高速闸刀开关包括：

壳体，其形成外观；

第一电极，其设置在所述壳体内且包括通孔；

第二电极，其具有面对所述通孔的容纳凹槽；

可动触点构件，其具有筒形部和凸缘部，所述筒形部被容纳在所述通孔中以便被置入所述容纳凹槽中，所述凸缘部形成在所述筒形部的一端；以及

合闸线圈，其缠绕在所述壳体的底座上，

其中，在所述第二电极的所述容纳凹槽处形成有阻尼孔，并且

其中，断路线圈缠绕在所述第一电极的一侧，从而在断开操作中对所述可动触点构件提供斥力。

2.如权利要求1所述的开关，所述可动触点构件在导入操作中受到所述合闸线圈的斥力时被置入所述容纳凹槽中。

3.如权利要求1所述的开关，其中

所述壳体容纳所述第一电极和所述第二电极并且具有位于其下部的所述合闸线圈。

4.如权利要求1所述的开关，其中，所述可动触点构件的所述筒形部的内部是空腔式的，并且引导构件设置在所述壳体的底座处，以便被插入所述筒形部的空腔中从而引导筒形部的移动。

5.如权利要求1所述的开关，其中，所述第二电极的所述容纳凹槽的内径的下部比所述容纳凹槽的内径的中部大。

6.如权利要求1所述的开关，其中，与所述可动触点构件接触的接触元件形成在所述第一电极的所述通孔的内周表面上和所述第二电极的所述容纳凹槽的内周表面上。

7.如权利要求6所述的开关，其中，螺旋凹槽形成在所述通孔的所述内周表面上，所述接触元件为形成在所述螺旋凹槽之间的突起。

8.如权利要求6所述的开关，其中，螺旋凹槽形成在所述通孔的所述内周表面上，所述接触元件为安装在所述螺旋凹槽中的弹簧。

9.如权利要求3所述的开关，还包括：

导管，其使所述第一电极结合到所述导管的内周表面的一侧，并且使另一侧结合到所述壳体的底座上。

10.如权利要求1所述的开关，其中，所述阻尼孔在所述第二电极的所述容纳凹槽的上部沿径向形成。

11.如权利要求10所述的开关，其中，形成有多个阻尼孔。

12.如权利要求1所述的开关，其中，所述第一电极接地，而所述第二电极连接到高电压侧。

13.如权利要求3所述的开关，其中，所述壳体的内部充满惰性气体并且对于外部是密封地封闭的。

14.如权利要求13所述的开关，其中，所述惰性气体包括SF₆、N₂或不含水分的空气。

Images