CN101770891A - 气体断路器 - Google Patents

Abstract

一种气体断路器，具备：由包含固定触头(2)的固定侧和包含可动触头(3)及气体吹入装置(5)的可动侧组成的切断部SD；驱动切断部SD的可动侧的操作器(10)；包含连接切断部SD和操作器(10)之间的链路机构LM的驱动操作系统，在驱动操作系统中设置弹性体扭力杆(8)而组成。

Description

气体断路器

技术领域

本发明关于气体断路器，尤其是关于不必加大操作器的能耗就可以提高影响切断性能的切断部的平均切断速度，一种适于高压规格的气体断路器。

背景技术

设置在高压规格的变电站或者配电站等上的气体断路器，作为其他吹入装置有双重压力方式和单一气压方式(缓冲型)，当前的主流是可以简单实现小型化和易保养的缓冲型气体断路器。

一般，缓冲型气体断路器，在接地的金属制容器内配置由固定及可动触头和其他部件组成的切断部的同时，填充绝缘性能和消弧性能良好的六氟化硫(SF₆)等绝缘气体。

切断部，其组成包含：和通电导体连接的固定及可动触头、在切断动作时压缩绝缘气体而组成缓冲装置的缓冲缸及活塞、把压缩的气体吹入电弧而消弧的绝缘喷嘴等。

包含切断部的可动触头和缓冲装置的可动侧整体，通过操作器驱动，切断动作时，可动触头和固定触头在保持电气连接的同时移动(或称偏移)在这些断开时，由绝缘喷嘴把缓冲装置压缩的绝缘气体吹入由各触头产生的电弧而消弧，由此切断电流。

气体断路器的主要性能之一是上升小电流切断性能，对可动触头的移动速度(或称断开速度)依赖很大，以往为了提高切断性能，功夫都花在了缩短可动触头的开动到全部行程为止的时间(或称断开时间)上。

例如，特许公开公报2007-87836号(特许文献1)所记述的高压规格的气体断路器中，使用者利用了能小型化轻量化的弹簧的操作器，通过弹簧可以以低操作能耗保证切断速度。

发明概要

作为缩短断开时间的主要对策有减轻切断部的可动侧和加大操作器的驱动能量。但是，切断部的可动侧的轻量化是有限度的，而且增大操作器而加大驱动能量时，也有经济负担变大的问题。

又，上述特许文献1的发明，通过在切断初期加大作用在可动触头上的驱动力，不加大操作器，就想缩短断开时间，但依据这种以往技术，很显然不能指望大幅提高切断性能。

切断性能依赖触头之间产生电弧并被吹灭期间的可动触头的断开速度，所以，如果能加大这个指定期间的断开速度，在整个可动触头的全程中，即使不加大断开速度，也能得到所指望的切断性能。

也就是说，从切断部断开，在触头之间产生电弧开始到电弧被吹灭，复原电压到达峰值为止的期间，可以通过提高可动触头的平均(下面称平均切断速度)断开速度来提高断开性能。

本发明的目的在于提供一种可经济制作且切断性能优良的气体断路器。

发明内容

本发明的气体断路器，其具备：由包含固定触头的固定侧和包含可动触头及气体吹入装置的可动侧组成的切断部；驱动上述切断部的可动侧的操作器；包含连接上述切断部和上述操作器之间的链路机构的驱动操作系统，该气体断路器中，上述驱动操作系统设置有弹性体。

最为理想的是，上述弹性体，为连接在第一杠杆和第二杠杆之间，并兼做旋转轴的扭力杆；所述第一杠杆接续于组成上述链路机构的上述可动侧，所述第二杠杆接续于上述操作器。

又更为理想的是，上述弹性体，为设置于连接上述链路机构和上述操作器之间的操作杆的线圈弹簧。

又，设置上述弹性体的弹簧常数，以便上述弹性体到上述切断部的可动侧为止的固有振动频率达到15～85Hz。

又，把上述切断部的可动侧的质量设为M(Kg)时，上述弹性体的弹簧常数k(N/mm)设为10·M≤k≤280·M。

发明效果

依据本发明的气体断路器，包含连接切断部和操作器之间的链路机构的驱动操作系统，设置了弹性体，因此，不必对切断部的可动侧的质量和操作器改变驱动能量，就可以提高从切断部的电极间断开到电流切断后，复原电压达到峰值时间的平均切断速度，所以能提高上升小电流切断性能。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例气体断路器的概略剖面图；

图2的a及b是图1的链路机构的动作说明图；

图3是图1的链路机构的放大立体图；

图4是表示本发明其它实施例的气体断路器的概略剖面图；

图5的a及b是图4的链路机构的动作说明图；

图6是图4的链路机构的放大立体图；

图7是表示本发明的其它实施例的气体断路器的概略剖面图；

图8是切断2个周期的气体断路器的切断部的切断特性图；

图9是扭力杆到切断部的可动侧为止的固有振动频率和平均切断速度之比的关系图；

图10是切断部的可动侧的质量和扭力杆的弹簧常数之间的关系图。

具体实施方式

下面，参照图示说明本发明的实施例。

实施例1

本发明的图1至图3表示的气体断路器，在圆筒形的接地容器1内以规定的压力封装绝缘气体，接地容器1的下面安装了操作器10。在接地容器1内，绝缘套管分别树在了固定侧(上流侧)和可动侧(下流侧)，变电站和配电站中的输电线接续于绝缘套管内部的导体上。

切断部SD，由包含固定触头2等的固定侧和包含可动触头3、绝缘杆4、气体吹入装置绝缘喷嘴5A、由缓冲缸和缓冲活塞组成的缓冲装置5B等的可动侧大致组成。

链路机构LM通过绝缘杆4等与切断部SD的可动侧连接，又，该链路机构LM通过操作杆9与接地容器1外部的操作器10连接，由切断部的可动侧和操作器之间构成驱动操作系统。

在气体断路器的切断部SD和操作器10之间的驱动系统所具有的链路机构LM，如图2a的电流导通状态及图2b的电流切断状态、更如图3所放大表示，具有第一杠杆6和第二杠杆7。两个杠杆6和7，作为环比变换杠杆作用。第二杠杆7的另一端则连接在操作杆9上。链路机构LM中的第一杠杆6和第二杠杆7的连接，通过普通钢材制造的旋转轴进行，本发明中，为了提高切断部的平均切断速度，在这个部分通过既是弹性体且又可兼做旋转轴功能的量轻且储蓄能量大的扭力杆8进行。且本发明中的弹性体指的是可以随意弹性变形的弹性体。

这样组成的气体断路器中，连接在电力系统而使用时，当因雷击等电力系统产生故障时，启动操作器10使操作杆9移动到下方，从而使切断部的可动侧动作。

当操作杆9移动到下方时，存在于链路机构LM中的扭力杆8被拧而存储旋转能量，在超过某时间点时，第一杠杆6和第二杠杆7和扭力杆8共同顺时针旋转，可动触头3脱离固定触头2，通过由气体吹入装置5吹入的压缩的绝缘气体消灭电弧，切断电流。这时，扭力杆8，在可动触头3脱离固定触头2而经过一定时间之后，通过气体吹入装置的绝缘气体吹入时用以加速。

上述的本发明的驱动操作系统中，扭力杆8设置于链路机构LM之间，所以操作器10的动作开始后为了给扭力杆8上存储驱动力需放缓初始断开速度，但如图8所示，却能加快切断部的电极间的断开时间点到电流切断后的复原电压到达峰值为止的时间tA中的平均切断速度。关于它，利用图8具体说明。

时间tA中的平均切断速度，切断部的切断特性如图8所示，有扭力杆的情况下的特性曲线SA和没有扭力杆情况下的特性曲线SN所表示。这里，由操作器10加上驱动能量时，可动侧加上的阻力(擦蹭时的摩擦力+为加速可动部的必要的力+可动部的摩擦力)以RF表示，加在扭力杆8上的弹簧力以SF表示。又，纵轴表示平均断开速度(m/s)及阻力RF、弹簧力SF的力量强度，横轴表示可动触头动作开始到全程为止的时间(ms)。而且，图8表示的是以40ms横跨全程的切断2个周期的气体断路器的例子。

具有扭力杆8的情况，在RF>SF时间点上，扭力杆8上储蓄来自操作器10的驱动能量，RF＝SF的时间点，能量储蓄结束，RF＜SF的时间点释放所储蓄的能量。之后，扭力杆8在一段时间内重复能量的储蓄和释放。

也就是说，从切断部的电极间的断开时间点O和电流切断之后加上的复原电压到达峰值为止的时间点P上看，和特性曲线SN中速度缓慢上升不同，在特性曲线SA中，因弹性体扭力杆8上具有储蓄的能量，所以一过断开时间点O时速度急剧上升。为此，使用扭力杆8，使之成为特性曲线SA时，能提高切断部的平均切断速度，且切断性能也能良好。

又，如本发明的气体断路器，在切断部SD的可动侧和操作器10之间的驱动操作系统上设置弹性体的情况，弹性体的扭力杆8的弹簧常数，通过到切断部可动侧为止的质量之间的关系适当选择时，就可以在切断初期，使扭力杆8上储蓄的能量和断开时间点O一致，并释放能量。扭力杆8的弹簧常数和扭力杆8到可动触头为止的可动侧的质量，和这个部分的固有频率有关系，所以扭力杆8到可动触头为止的固有频率设在指定的范围时，如下所说明，能进一步加快平均切断速度。

图9a及图9b中表示了扭力杆8到切断部SD的可动侧为止的固有频率和具有扭力杆8的情况时的平均切断速度和没有扭力杆8时的平均切断速度之比的关系，断开速度快的典型的切断2个周期的气体断路器的情况是图9a，断开速度缓慢的典型的切断3个周期的气体断路器情况是9b。

这些图中，固定及可动触头之间的接触长度(擦蹭长)是10mm时的平均切断速度的特性曲线以W10表示，擦蹭长度是50mm时的平均切断速度的特性曲线以W50表示。而且，A0及B0分别是擦蹭长度为10mm和50mm，并没有扭力杆8时的平均切断速度比值(1.0)。又，A及B的直线，分别表示的是把没有上述扭力杆8时的平均速度乘以1.2(提高两成)的值作为比较线的情况。

图9a所示的特性曲线W10和W50中，求超过比较线A、B的范围，则驱动系统中的扭力杆8到先前的切断部的可动侧的固有频率f(Hz)，就分别成为27Hz＜f＜85Hz和18Hz＜f＜55Hz的范围。又，图9b中，只是特性曲线W10超过比较线A时，这个切断部的可动侧的固有频率f就成为15Hz＜f＜52Hz的范围。

取上述固有频率f的范围集合时，就成为15Hz～85Hz。由此，在固有频率f＝15Hz～85Hz的范围上，由扭力杆8设置先前切断部SD的可动侧为止的固有频率数时，能进一步加快平均切断速度。尤其，上述的固有频率设定为20Hz～60Hz的范围时，平均切断速度能提高4成。这个范围，从图9a的特性曲线W10、W50的峰值分别处于40Hz附近，或者图9b的特性曲线W10的峰值处于30Hz附近的情况，也能设想得到。

又，表示从扭力杆8到切断部的可动侧为止的固有频率和扭力杆的弹簧常数之间的关系的式子，如下所示。

K＝M·(2·π·f)²

其中，k是扭力杆8的弹簧常数(N/m)，M是切断部的可动侧的质量(Kg)。所以，固有频率f是15Hz～85Hz的情况，上式子的k设为单位(N/mm)时，如下所表示。

10·M≤k≤280·M

之后，图10中，当上述固有频率f是15Hz或者85Hz的情况，这个和切断部的可动侧的质量和弹簧常数的关系以特性曲线F15和F85表示。而且，切断部的可动侧的质量，还包含了来自弹性体扭力杆8的先前的驱动操作系统的质量。

在特性曲线F15和F85之间的图10的斜线部的范围内，具有弹簧常数时，图8所示的时间tA中的平均切断速度加快，因此能提高切断部的上升小电流切断性能。一般，切断部SD的可动侧的质量，考虑为3Kg～50Kg的程度，所以通过设置弹簧常数满足上述10·M≤k≤280·M，平均切断速度能加快2成以上。

如上所述，当设定驱动操作系统中的扭力杆8到切断部的可动侧为止的固有频率和扭力杆8的弹簧常数时，即使不改变切断部的可动侧的质量和操作器10的驱动能量，也能加快时间tA中的平均切断速度，能提高上升小电流切断性能。又，扭力杆8又兼做旋转轴，在本实施例的气体断路器中，不必增加部件个数就能很容易提高平均加快速度。

实施例2

依据本发明的气体断路器的其它实施例表示在了图4至图6，和图1相同的部分以同样的标号表示。这个实施例是，气体断路器的操作器10设在了接地容器1的侧面的例子，为此，链路机构LM中的扭力杆8，贯通了接地容器1这个扭力杆8，又兼做旋转轴，所以使用了固定在贯通部的壁面上的旋转封铅11。

即使是如上所述的结构，也能达到和实施例1相同的效果，而且，驱动操作系统中的扭力杆8到切断部的可动侧为止的固定频率和扭力杆8的弹簧常数如上所设定时，能加快tA中的平均切断速度，能提高上升小电流切断性能。又，通过使用旋转封铅11，能防止来自外部的灰尘等入侵，可以保持高度的封闭性。

实施例3

依据本发明的气体断路器的其它实施例表示在了图7，这个例子中，也是和图1相同的部分以相同的标号表示。本实施例中，在接地容器1的外部为了对驱动操作系统中的操作杆9和操作器10之间进行连接，设置了弹性体线圈弹簧12。

依据这个结构，不必变更接地容器1内部的结构，在驱动操作系统中设置线圈弹簧12，并设置固有频率f和弹簧常数值，就能达到和上述实施例一样的效果。

Claims (5)

1.一种气体断路器，其具备：由包含固定触头的固定侧和包含可动触头及气体吹入装置的可动侧组成的切断部；驱动上述切断部的可动侧的操作器；包含连接上述切断部和上述操作器之间的链路机构的驱动操作系统，其特征在于，

该气体断路器中，上述驱动操作系统设置有弹性体。

2.根据权利要求1所述的气体断路器，其特征在于，

上述弹性体，为连接在第一杠杆和第二杠杆之间，并兼做旋转轴的扭力杆；所述第一杠杆接续于组成上述链路机构的上述可动侧，所述第二杠杆接续于上述操作器。

3.根据权利要求1所述的气体断路器，其特征在于，

上述弹性体，为设置于连接上述链路机构和上述操作器之间的操作杆的线圈弹簧。

4.根据权利要求2或者3所述的气体断路器，其特征在于，

从上述弹性体到上述切断部的可动侧为止的固有振动频率设为15～85Hz。

5.根据权利要求2或者3所述的气体断路器，其特征在于，

当上述切断部的可动侧的质量设为M Kg时，上述弹性体的弹簧常数kN/mm值为10·M≤k≤280·M。

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