CN1017578B - 低操作能量的高压断路器 - Google Patents

低操作能量的高压断路器

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Abstract

一种容纳带压力绝缘气体的高压断路器，至少包括一个具有绝缘外壳的断弧室，外壳内充有上述气体且容纳包括固定主触头和固定电弧触头的固定组件，以及包括活动主触头和活动电弧触头的活动组件。该断弧室还容纳一对二次触头和一个开口通向喷嘴的压气缸。该断路器还包括将二次触头间最大开断距离限制到一个值的第一装置，该值小于电弧触头间最大开断距离；还包括防止合闸过程中燃弧的第二装置。

Description

本发明涉及到一种高压断路器，其中的断弧室内充有像六氟化硫这样的绝缘气体，并且利用电弧使气体压力增加，用电弧能量降低断开时所需要的能量。
本发明具体涉及到一种断路器，它具有一个压气缸和一个第二室，在第二室中一对附加触头能够在断路器跳闸过程中产生二次电弧，该二次电弧用于提供跳闸操作所用的能量。
例如，在已公开的第2610763号法国专利中已叙述了这种断路器。
对这种型式断路器一个需要解决的问题是，当切断小电流（低操作能量）时，压气缸中压力低;而当切断大电流时此压力高，且并不相应地增加用于的操作能量。
在已公开的第2349263号德国申请中，该 问题已部分得到解决。
在该文件中，通过设置带有可闭合孔的压气活塞，保证将压气缸中的压力维持在低值。
在上述文件中介绍的断路器仍然有一些缺陷。在现有技术断路器中，在二次触头之间的最大开断距离与使二次电弧纵向拉开的电弧触头之间的开断距离一样长，因而导致了在容纳着二次触头的室的壁面上燃弧。
这种类型的电弧妨碍切断适当的电流，并增加了断路器的损耗率。
本发明的第一个目的是提供一种断路器，其中二次电弧不会再燃弧。
在现有技术断路器中，没有采取步骤去防止当断路器合闸时燃弧，但是这种电弧增加了所需要的操作能量，且导致了断路器附加的损耗。
本发明的另一个目的是提供一种断路器，其中，在断路器合闸过程中不燃弧。
本发明提供一种高压断路器，它容纳一种带压力的绝缘气体，该型式的断路器至少包括一个断弧室，该断弧室包括一个绝缘外壳，它充有上述气体并容纳一个包括一个固定主触头和一个固定电弧触头的固定组件，以及一个包括一个活动主触头和一个活动电弧触头的活动组件;断弧室还容纳一对二次触头和一个开口通向一个喷嘴的压气缸，其特征在于：上述压气缸由构成活动电弧触头的第一管、构成活动主触头的第二管以及一个固定活塞来限定;第一管及连到固定组件且与该第一管同轴的第二管限定在活塞封闭压气缸的另一侧的一个可变容积;该可变容积在一侧由一个封闭活塞封闭，在其另一侧由一个环形端部活塞封闭，该活塞连到上述第一管且沿上述第二管滑动;上述容积容纳上述二次触头，第一个二次触头固定到上述第二管且第二个二次触头被约束在第一和第二固定位置之间沿上述第一管运动;该第二个二次3触头设有簧舌装置，为了保持上述第二个二次触头固定在上述固定位置，该簧舌装置与上述第一内形成的槽配合工作;上述槽之间距离的选择使得二次触头之间的最大断开距离小于电弧触头之间的最大断开距离。
从以下对本发明断路器一个较佳实施例的叙述中，会更好地理解本发明;其中：
图1是贯穿本发明断路器断弧室的半个不完全的轴向截面，表示闭合位置;
图2是跳闸切断小电流时的一个类似的视图;
图3是表示跳闸操作终了的一个类似的视图;
图4是表示断路器闭合的一个类似的视图;
图5是表示断路器断开大电流的一个类似的视图;和
图6是贯穿本发明的一种变型断路器的半个不完全截面。
图1示出一个断弧室，它包括一个绝缘材料的外壳1（如陶瓷制品）;外壳内充有几个巴压力的绝缘气体（如六氟化硫）。外壳内，有一个固定组件，它包括一个由触指2构成的固定主触头，触指2由一个防电晕帽3保护;还有一个由一个金属管4构成的电弧触头，金属管4端部4A由能耐受电弧作用的合金制造。
活动装置包括一个金属管5，它用作为活动电弧触头，且其端部5A由能耐受电弧作用的合金制造。
管5由一个金属管6（例如一个铝管）驱动，管6固定到一个操作杆上（未示出）。管5和管6相互间不固定，相反，在它们之间有一定程度的空动，经过管5和6上的两个台阶5B和6B传递其驱动力。空动受支座6c限制。
金属管7围绕着管5同轴装设，作为活动主触头。
它带有一个由绝缘材料制造的喷嘴8。触指10将它与一个金属块9电气相接;金属块9固定到一个固定装置上，并用如铝这样的材料制造。
管5和管7由一个绝缘环12固定在一起，环12由孔12A贯穿。
容积20被管5和7限定，它靠用绝缘材料（如聚四氟乙烯）制造的一个固定系统14封闭，该固定系统14靠一个固定到块9上的金属管15固定就位。
参考号20表示由管5和7、环12、活塞14限定的容积。该容积构成了断路器的压气缸。
活塞14上贯穿有孔16，且包括有一个逆止阀17，该逆止阀17允许气体只从容积20外部向其内部流通，活塞14包括一个密封活塞杆18和一个导向环19。
活塞14的孔16靠一个环形的活塞22封闭，活塞22设置在管5和活塞14的圆筒形延长部分23构成的环形空间内滑动，该延长部分贯穿有孔 23A。借助弹簧24环形活塞22被推，靠压在孔16上，而弹簧24靠压着一个设在固定管15上的一部分。该活塞靠活塞环26和27密封。
一对辅助触头包括：
一个管形固定触头30，它固定到管15上，且其端部30A的材料适于耐受电弧;以及
一个管形触头31，它设有消耗性的耐磨端部31A;该触头31固定到一个绝缘材料的导向块32上，且设有与管5配合操作的滑动触头31B。
在位于管5和15之间的环形空间内，借助于靠压着管15的部分32A对该绝缘块导向。
这部分上设有孔33，以让气体能自由地进入管15和部件31、32以及42间的容积35内。
绝缘部件32上设有一个簧舌系统，例如包括与管5内形成的槽38和39配合工作的滚珠36和弹簧37。管15内的一个支座40限制着绝缘部件32的行程。
容积35靠绝缘活塞42封闭。活塞42固定在管5上，并且具有一个导向片43和一个逆止阀44;该逆止阀44使气体只能从容积35外部向内部流通。
管5的端部有孔46。同样，管6的端部有孔47。
部件9带着一个与管5端部49配合操作的触头48，以在跳闸行程终了时使管5与活动装置其余部分同电位。
断路器的操作如下：
当断路器闭合时（图1所示的位置），电流经过触指2、管7、触指10及部件9。
切断小电流
这是指电流不比设备额定电流大的情况。当断路器断开时（图2），活动装置由管6驱动。当触头分离时，电弧50在电弧触头4B和5A之间起燃。在室20内压力增加，反抗弹簧24的作用，将活塞22推回，结果由于气体容易通过孔16和23A膨胀，室内维持在低的恒定压力。
在容积35内产生的负压将逆止阀44打开，所以在容积35内保持其压力，于是没有负压损失。
在触30和31间的电弧60，或与电弧50同时出现，或者是稍后或稍前，使得压力增加，该压力之小足以避免干扰操作。
在电流靠触头的分离运动被切断以前，该电流经过触头4、电弧50、管5、触头31B、触头31、电弧60、触头30、管15和部件9流动。
当按照短路电流作用确定的行程长度终了后，部件32A与部件40靠压接触。管5继续其行程，在切断操作的终了，滚珠36脱离槽39且占据槽38的位置（图3），且在容积20内稍有增加的压力经过孔23A而损失掉。活塞22恢复成与固定活塞14的靠压接触。触头48使管5的端部49，还有触头31与部件9、管15和触头30同电位。
可见，根据本发明的配置，在二次触头之间的最大开断距离维持小于电弧触头之间的开断距离，结果就不存在令人担心的由于二次电弧拉得太长而出现附加燃弧的危险。
断路器合闸
在图4中，管6被向左驱动。支座6C驱动管5，且触头30和31接触时不产生电弧，因为靠部件48和49间的接触，它们处于同样电位，当它们接合时，在容积35内稍有增加的压力经过孔46和47泄入管5内的容积70中。当触头30A与带着触头31的块体靠压接触时，在合闸操作的终了滚珠36就离开槽38且再次占据槽39中的位置。
在合闸操作终了，断路器回到图1所示的形态。
可见，按照本发明的设备，在断路器合闸期间没有燃弧的可能。
借助打开逆止阀17，避免了由于室20内压力下降可能产生的任何阻尼作用。
切断大电流
大电流是指短路电流。
图5表示断路器在断开操作过程中，管6运动到图中右侧。
电弧60的强度很高，所以很快地对由触头30、31，活塞22和圆管5围绕的容积35和35B加热。
引起压力增加有两个作用：
第一个作用是反抗活塞14推动活塞22，因而关断了在容积35B和容积20之间的任何联系。在容积20内压力的上升，增加了靠自吹使一次电弧50熄灭的可能性，由于活动装置5、7相对于固定活塞14运动，则借助容积20体积减小而提高了本身的自吹作用。
第二个作用是对绝缘活塞42施加压力，因而提供了供操作用的能量。
为了做到这一点，容积35内的热气体通过部件32A的孔33。
在上述大电流下的断开操作之后，断路器又合闸，其合闸方式与上面对“断路器合闸”标题叙述内容相同。孔46和47退回到相一致位置，且在容积35内超过的压力排泄到容积70中。
图6示出了一个变型的实施例。该图和以前各图共同的部件之参数编号相同。
可以见到陶瓷外壳1、固定主触头2、固定电弧触头4、4A、活动主触头7以及活动电弧触头5、5A;5、5A固定到管100上，管100又固定到固态短管101上，管101上设有径向孔102。
还可以看到，活塞14设有它的密封环18和19，并固定到固定管15上，这样情况下，该活塞设有简单逆止阀14A和17A。
绝缘管103固定到活塞14上，该管终端为一金属部件104，其上设有一个消耗性的耐磨部件104A，并经过滑动电气触头104B与管100接触。绝缘管103上有利于设置与断路器轴线平行的槽，用于引导二次电弧。第一个二次触头105上设有一个消耗性的耐磨部件105A，且固定到管15上;而第二个二次触头106上设有一个消耗性的耐磨部件106A，且相对于管101是可动的，并靠管形的部件107延伸，管107又接到断路器操作杆上（未示出）。触头106有一个固体部件106C，其上设有径向孔108;当断路器闭合时（图6所示位置），径向孔108与孔102吻合。部件106C有一个滑动电气触头106B，它与部件101配合工作。一个像固定到杆107上的弹簧止挡这样的支座109，在合闸操作过程中靠压接触在部件101上。
活动触头7带着滑动电气触头110，使电流通过部件15;如上述，部件15连接到断路器的一个端子上。支座111限制合闸时活动装置的行程。如图1到5所示，室35由其上设有一个导向片43和一个逆止阀44的绝缘活塞42封闭。
该断路器的操作如下：
在闭合位置时，电流通过触指2、管7、触头110和管15;且孔102和108吻合。
当断路器断开时，管107被拉向图中右侧，管107驱动触头106，触头106的固态部件106C开始先关闭102，然后驱动部件102，因而驱动电弧触头5。
在电弧触头和二次触头处，基本同时出现电弧。
但是，只要端部106A达到部件104A，二次电弧就不再加长，并固定保持在这两个部件之间。结果就不存在由于二次电弧拉得过长在室35内燃弧的危险。当断路器闭合时，在触头4和5之间的任何相关动作前，杆107使触头105和106彼此相对运动。
结果，二次触头先于电弧触头闭合，且因而在合闸过程中不会存在电弧。
本发明的断路器只需要小的操作能量，而与切断的电流值无关。部件数目少，且都是旋转体;就是说它们制造价格低且组装容易、迅速。本断路器的设计消除了任何不希望的燃弧危险。

Claims (6)

1、一种高压断路器，它容纳一种带压力的绝缘气体，该型式的断路器至少包括一个断弧室，该断弧室包括一个绝缘外壳，它充有上述气体并容纳一个包括一个固定主触头(2)和一个固定电弧触头(4)的固定组件，以及一个包括一个活动主触头(7)和一个活动电弧触头(5)的活动组件；断弧室还容纳一对二次触头和一个开口通向一个喷嘴的压气缸，其特征在于：上述压气缸由构成活动电弧触头的第一管(5)、构成活动主触头的第二管(7)以及一个固定活塞(14)来限定；第一管(5)及连到固定组件且与该第一管同轴的第二管(15)限定在活塞(14)封闭压气缸的另一侧的一个可变容积(35、35B)；该可变容积在一侧由一个封闭活塞(22)封闭，在其另一侧由一个环形端部活塞(42)封闭，该活塞(42)连到上述第一管(5)且沿上述第二管(15)滑动；上述容织容纳上述二次触头，第一个二次触头(30)固定到上述第二管(15)且第二个二次触头(31)被约束在第一和第二固定位置之间沿上述第一管(5)运动；该第二个二次触头(31)设有簧舌装置，为了保持上述第二个二次触头固定在上述固定位置，该簧舌装置与上述管(5)内形成的槽(38、39)配合工作；上述槽之间距离的选择使得二次触头之间的最大断开距离小于电弧触头之间的最大断开距离。
2、一种根据权利要求1的断路器，其特征在于：上述固定组件带着一个触头（48），当断路器断开时，该触头（48）与活动电弧触头（5）接触。
3、一种根据上述权利要求1和2中任何一项的断路器，其特征在于：上述环形端部活塞（42）包括一个逆止阀（44），该逆止阀让气体只能从容纳二次触头（30、31）的容积（35、35B）的外部向其内部流通。
4、一种根据权利要求1的断路器，其特征在于;构成活动电弧触头的管（5）连接到一个驱动管（6），并能在其间有一定程序的空动，以便在断路器再次合闸时，使通过构成活动电弧触头的管的孔（46）与通过上述驱动管（6）设置的孔（47）位置对齐，以泄掉容纳二次触头（30、31）的容积（35）中的超过的压力。
5、一种高压断路器，它容纳一种带压力的绝缘气体，该型式的断路器至少包括一个断弧室，该断弧室包括一个绝缘外壳，它充有上述气体并容纳一个包括一个固定主触头（2）和一个固定电弧触头（4）的固定组件，以及一个包括一个活动主触头（7）和一个活动电弧触头（5）的活动组件;断弧室还容纳一对二次触头和一个开口通向一个喷嘴的压气缸，其特征在于：上述压气缸由第一管（5）和第三管（15）限定，该第三管（15）与上述第一管同轴设置，该第一管限定在活塞（14）封闭上述压气缸之另一侧的一个容积（35）;该容积容纳着带有一个上述二次触头（105）和另一个上述二次触头（106）的二次触头，二次触头（105）是一个固定到上述第三管（15）上的管，而二次触头（106）被连到断路器的操作杆上，该操作杆相对于上述活动电弧触头是可动的并带有一个用于驱动上述活动触头的支座;一个相对于上述活塞固定的金属部件（104），而金属部件（104）与活动电弧触头电气接触，且装设在上述容积（35）内，其装设方式使二次电弧长度受到限制。
6、一种根据权利要求5的断路器，其特征在于：上述金属部件（104）靠一个管形绝缘部件（103）固定到上述活塞上，部件（103）上设有与断路器轴线平行延伸的槽。
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