CN1018222B - 断路器 - Google Patents

Abstract

在一个断路器中，一个断路装置，电阻装置和电容装置并联连接，一个罩装置包括用于罩住定主触头和定电阻触头第一罩和用于罩住动主触头和动电阻触头第二罩，每个第一和第二罩包括一个大罩部分和一个小罩部分，小罩部分置于这些大罩部分之间，小罩部分终止于主触头和电阻触头顶部附近，小罩部分包括在主触头和电阻触头中心连接轴方向上的宽部分和该轴垂直方向上的窄部分。至少一部分电容装置置于窄部分的上方。

Description

本发明涉及一个接地箱型的气体断路器，特别是具有断路装置、电阻装置和电容装置的接地箱型气体断路器，其中的断路装置、电阻装置和电容装置是并联连接的。

常规的高电压、大电流气体断路器具有如图18所示的断路装置1和电抗装置，并且每个电抗装置都与断路装置并联连接。常规的电抗装置为电容装置，用于减小断路装置1的瞬时恢复电压和在断路装置1中适当地分担气体断路器的电压，和具有电阻元件23和电阻触头19A的电阻装置19，用于在其接通期间减小冲击。

一个主断路装置等装置都装于一个柱形容器内（接地箱），其中充满具有高绝缘强度和高灭弧效果的绝缘气体，如SF₆。由于在均匀电场强度下这种气体可以获得高绝缘强度和高灭弧效应，断路装置由圆柱形罩覆盖并且该圆柱形罩对着接地箱内表面，从而维持断路装置和接地箱之间的绝缘。因此，圆柱形罩内部的结构安排对于减小接地箱的直径是很重要的。常规的气体断路器具有断路装置1，该断路装置包括一个定触头和一个与接地箱的轴向平行移动的使与定触头分离或接触以断开和接通电流动触头;还具有电容装置2和电阻装置19，该电阻装置包括电阻元件23和电阻触头19A，所有断路装置，电容装置和电阻装置都密集地装于在断路装置周围大直径的柱形罩内，而且所有装置的布置都经适当设计，使得整个断路装置能被有效地检查，（参见已审查的日本专利申请，公开号为57-21819和未审查的日本专利申请，公开号为60-25123）。在这种断路器中，一个用于检查断路装置的开口设置在对着断路装置1的接地箱表面上，而电容装置2，电阻元件和相关部件都不设置在断路装置1和检查口之间。

在新型断路器中，主断路装置的遮断电压增加而用于遮断一相的构成断路装置的部件数量却减少。例如，用于550kv断路器一相的断路装置数量为一个。

对于采用一相一个断路装置构成断路器以及对于高电压如何增加绝缘强度还存在下列问题：例如 为了用一相一个断路装置构成断路器，具有与常规断路器（包括每相二个断路装置）绝缘强度相对应绝缘强度的电容装置必须装于每相一个断路装置的断路器中。由于瞬间恢复电压由一个断路装置遮断，则与包括两个断路装置的断路器相比需要四倍的空间来容纳电容装置，从而使瞬间恢复电压的上升率充分降低。另外，为了增加绝缘强度，局部电场强度必须减小。但是，由于覆盖定主触头和定电阻触头的固定侧圆柱形罩和覆盖动主触头和动电阻触头的可动侧圆柱形罩间距离基本等于断路装置触头间距离，所以存在电容装置的长度大于三倍的圆柱形罩间距离的问题。如上所述，在断路器中圆柱形罩之间具有近的距离。由于等电位线被电容装置扩展或布置，存在着定主触头的罩上的点和动主触头罩上的点之间以及圆柱形罩相对的端部之间局部电场强度增加的问题。如果将断路装置和电容装置之间和/或电容装置和罩之间距离增大来减小由电容装置产生的等电位线的偏移，则圆柱形罩的外直径增加，从而断路器的尺寸增大。

本发明的目的是提供一种用于高电压大电流的接地箱型小气体断路器，它具有小直径罩和具有足够大的空间容纳电容装置。

根据本发明，断路器包括一个断路装置，一个电容装置，一个电阻装置，一个罩装置和一个接地箱。断路装置、电阻装置和电容装置并联连接，接地箱容纳断路装置、电容装置、电阻装置和罩装置。断路装置包括一个定主触头和一个动主触头。电阻装置包括一个定电阻触头和动电阻触头。定主触头和定电阻触头以及电容装置的一端相互连接，动主触头和动电阻触头以及电容装置的另一端相互连接。罩装置包括用于罩住定主触头和定电阻触头的第一罩和用于罩住动主触头和动电阻触头的第二罩，每一第一罩和第二罩均包括一个大罩部分和一个小罩部分，小罩部分位于这些大罩部分之间，小罩部分终止于主触头顶部和电阻触头顶部附近，小罩部分包括基本上位于主触头和电阻触头中心连接轴方向上的宽部分和基本上位于垂直于该轴方向的窄部分，窄部分的宽度小于宽部分的宽度，至少一部分电容装置置于该窄部分的上方。

根据本发明，在断路器中由于电容装置置于窄部分的上方，用于安置电容装置的空间大于常规的断路器，等电位线在静主触头罩顶部附近和动主触头附近的分布不会被打乱或呈无规则状态，并且可以获得主触头之间的高绝缘强度而不必很大地变化相对而置及覆盖住主触头的小罩部分终端顶部的曲率半径。

图1是本发明的接地箱型气体断路器的部分截面透视图;

图2是更具体显示本发明接地箱型气体断路器内部结构的部分截面透视图;

图3～6是沿图1中A-A线剖开截面图;

图7是用于本发明的接地箱型气体断路器的电容装置的部分截面透视图;

图8是叠层电容器部件的透视图;

图9和10用于本发明的接地箱型气体断路器的电容装置不同实施例的侧视图;

图11是用于本发明的接地箱型气体断路器的罩的透视图;

图12是表示本发明的接地箱型气体断路器组装方法的透视图;

图13是本发明的另一种接地箱型气体断路器的部分截面透视图;

图14是具有垂直布置的本发明气体断路器的三相气体断路器的示意正视图;

图15是表示图14断路器的一部分的部分示意截面图;

图16是图15取ⅪⅤ-ⅪⅤ线的截面图;

图17是在本发明的接地箱型气体断路器主触头附近的等电位线分布的截面图;

图18是带有电阻装置的气体断路器的电路图;

图19是用于本发明的接地箱型气体断路器的电阻装置截面图，其中电阻装置已完成断开;

图20是用于本发明的接地箱型气体断路器的电阻装置截面图，图中电阻装置已完成接通;

图21是用于本发明的接地箱型气体断路器的电阻装置的截面图，其中电阻动触头正从接通位置向断开位置运动;

图22和23是带有电阻装置的气体断路器的电路图;

图24是常规电阻装置的截面图。

在图1和图2中所示的本发明的一个实施例是一个具有公知的气吹型（puffer type）断路装置的气体断路器。一个紧密密封的接地箱3水平放置着，该接地箱充满具有良好灭弧效果和绝缘特性的SF₆气 体，该接地箱装有在气体中的气体断路器的装置。断路装置、一个电容装置和一个包括一电阻元件23和电阻触头的电阻装置被适当地放置在接地箱3中。断路装置具有静断路装置和动断路装置。在图1和图2中，静断路装置1置于接地箱3的左侧，动断路装置1置于接地箱3的右侧。固定的主触头5和防止电场强度集中的罩6置于固定的导体部件4上，该导体部件4与接地箱3绝缘，并支撑在箱3中以及与一个导体相连（未示出）。一个绝缘支撑柱10以其一端支撑在接地箱3上，在绝缘支撑柱另一端有一个支架9固定在该绝缘支撑柱体上。一个与电流导体13相连的电流集电器12连到支架9上。一个由位于箱3外面的操作装置（未示出）驱动的绝缘操作杆11穿过绝缘支撑柱10和支架9，并且该绝缘操作杆11驱动气吹装置，该气吹装置包括弧触头，吹气气缸，活塞和绝缘喷嘴，并且该绝缘操作杆还驱动与定主触头5相对置的动主触头7。用于接通的电阻装置具有定电阻装置和动电阻装置。定电阻装置包括：一个固定到固定导体部件4顶部或定主触头5上的固定部分的绝缘支撑件24，一个由绝缘支撑部件24支撑的电阻元件23和与电阻元件23相连的定电阻触头22，动电阻装置包括：一个与定电阻触头22相对置的动电阻触头20以及一个臂21，通过该臂21动电阻触头由气吹装置8支撑。电阻装置与断路装置并联连接。用于断路的电阻装置与用于接通的电阻装置类似。电容装置2与用于断路的或用于接通的电阻装置19以及与断路装置1并联连接。

定断路装置和定电阻装置和动断路装置和动电阻装置各自由专门构型的罩16、17罩上，罩16、17与连接臂25和连接臂26相连接，连接臂25一端固定到支架9上，连接臂26一端固定到导体元件4上，如图2所示。罩16、17包括圆柱形罩16A、17A，罩16A、17A分别覆盖定和动断路装置的较大部分，如图1和2所示，并且罩16A、17A面对着接地箱3的内表面用来减小电场强度集中。罩16、17还包括小罩16B、17B、小罩16B、17B具有椭圆形截面并且包围着断路装置1和电阻装置19的顶部且相对而置。为了有效地组装，圆柱形罩16A、17A和各自的小罩16B、17B可以是整体的或是分离的。用于减小断路装置1的瞬时恢复电压和/或其瞬时恢复电压的上升率以及用于适当分担断路器电压的电容装置被设置在圆柱罩之间小罩周围并且该电容装置在断路器动侧和静侧被支架14、15支撑。

由于罩16、17分别围绕动断路装置和动电阻装置，定断路装置和定电阻装置，也由于电容装置设置在小罩上边并且电容装置的大部分面对着接地箱3并且电容装置的端部设置在各自的圆柱罩内，如图17所示，在小罩顶部间距N（其顶部具有曲率半径r）基本等于动主触头和定触头间距离的情况下，等电位线通过电容装置2呈适当分布。沿着曲率半径r的等电位线在其间等间距分布，从而，断路装置附近和相对而置的罩部分附近，局部电场强度大大减小。因此，用于高电压大电流的断路装置尺寸可以小而绝缘强度却增加。

在图3中，示出了罩的形状和电容装置的布置。如下所述，罩17包括具有圆形截面的圆柱罩17A和具有平表面的基本为椭圆形小罩17B。小罩17B的表面一部分直径等于圆柱罩17A的直径，小罩17B包围着断路装置1和电阻装置23的顶部，电容装置设置在小罩的平表面的上方。电容装置具有：多个棒形电容器27，其每一个具有一个空心绝缘管29;多个置于空心绝缘管29中的电容元件28和连接部件。在这种罩17和电容装置2的布置中，断路装置和电阻装置可以不受电容装置的阻碍、通过接地箱上的开口检查和更换，并且断路装置附近的电场强度的集中得以减少。

在上述实施例中，电容装置2具有多个棒形电容器27。如果棒形电容器具有相同直径，装配是容易的。如果棒形电容器具有各不相同的适当直径，则电容装置的电容量可通过选择各种棒形电容器的数量适当调节，另外，如下所述，具有模压元件的电容装置使装配更容易。

分别装于动断路装置和定断路装置上的罩16、17包括各自的圆柱形罩16A、17A和各自的基本上椭圆形小罩16B、17B。圆柱形罩和基本上椭圆形小罩被分别形成，然后可以如图11所示被连接或组装成整体。圆柱形罩和基本上椭圆形小罩由铝或铜或不锈钢制成，其材料具有良好的加工性能。基本上椭圆形小罩在与主触头和电阻触头中心连接轴垂直方向上有窄的或小宽度的部分。窄或小宽度的部分可以有平坦表面或很小的圆弧形表面。

罩17和电容装置2的另一种布置如图4至6所示。图4在包括在罩17之内的小罩17B的布置上与图3有所不同。例如，小罩17B一个宽部分的半径与柱形罩17A的半径基本相等，而小罩17B的另一个宽部分的半径小于柱形罩17A的半径。电容装置2也还安装在 该较小半径的部分上方。这样布置的电容装置。可以进一步正确地调整电容装置的电容量并进一步减少电场强度的集中。在图5和6中，基本上为椭圆形的罩17B的两个宽部分的半径均小于柱形罩17A的半径，并且电容装置2被置于上述两个较小半径部分之上方。这样布置电容装置，可以更进一步改善其电容量的正确调整并且更进一步地减少电场强度的集中。用带18固定电容装置2一部分的圆弧形单元36被置于断路装置1的附近。当通过接地箱的开口检查断路装置1时，允许安装和拆除圆弧形单元36。此外，在图6中，对称地安装两个圆弧形单元36和两个半柱形单元37，从而能更有效地固定电容装置。

半柱形单元37具有一个平表面和一个半柱形表面，其形状如图7至10所示。例如，半柱形单元37包括一个模压元件30，它的两端具有安装孔35，如图7所示，它具有多个在与模压元件水平轴平行的方向上横穿模压元件的穿孔31，并且它由环氧树脂或四氟乙烯树脂制做。穿孔31中安装棒形电容器，它包括一个空心绝缘管，在该管内，电容元件28，通过压紧电容元件28而使各电容元件28之间形成电连接的弹簧34，以及位于棒形电容器28两端的导体棒32、33被安装在适当的位置。也可以不用空心绝缘管。穿孔31中安装棒形电容器之后，固定金属元件14、15通过位于模压元件两端的安装孔35被固定在模压元件上，从而固定金属元件与置于穿孔中的电容元件28形成电连接。模压元件可以包括多个具有相同直径的穿孔31A（如图9所示）或包括多个具有不同直径的穿孔31A、31B（如图10所示）。穿孔31A、31B中安装具有不同电容量的电容器。电容装置的电容量通过选择适当的穿孔来调整。

本发明中的接地箱型气体断路器按图12所示进行组装。可移动的断路装置和电阻装置以及固定的断路装置和电阻装置应在接地箱3以外分别地组装。罩16、17分别地固定到动断路装置、电阻装置和定断路装置、电阻装置上。然后，将电容装置，例如按如图12所示V方向，插入覆盖动断路装置和电阻装置的罩16中，并且通过金属固定元件14固定在罩16上。覆盖动断路装置和电阻装置的罩16和覆盖定断路装置和电阻装置的罩17分别按w和y方向插入接地箱3，并且被固定在接地箱3的适当位置上。电容装置2的另一端通过金属固定元件15固定在罩17上之后，电流导体13插入集电器12并与之电连接，并且用导体（图中未示出）与固定导体元件4相连。在本实施例中，电流导体13从接地箱3的上端插入集电器12，但是，当绝缘支撑柱体10沿接地箱3的径向放置时，电流导体13和集电器12则沿接地箱3轴向放置。除了上述安装方法以外，在动断路装置和电阻装置，定的断路装置和电阻装置，以及电容装置2在接地箱3外面整体装配之后，整个部件即可插入并固定在接地箱3之上。

图13表示本发明的气体断路器的另一个实施例。尽管本实施例与图1和2所示的实施例的区别在于柱形罩16A、17A分别与基本上为椭圆形的小罩16B、17B相隔开，但是这两种气体断路器的其余结构均相同。由于柱形罩16A、17A分别与基本上为椭圆形的小罩16B、17B相隔开，小罩16B、17B的固定、电容装置的装配以及柱形罩的固定不论在接地箱外或接地箱内进行安装均变得更加容易。

本发明的气体断路器可应用于三相气体绝缘断路器。例如，图14所示气体绝缘断路器具有一个用于容纳一个操作装置和一个机械装置的容器40，和一个置于容器40之上的垂直接地箱3。接地箱具有开口3A、3B，分别用于连接上部电路和下部电路。上部电路包括一个电流互感器41。上部电路和下部电路的右面未示出。垂直接地箱3被充以绝缘气体并包括断路器单元，其中断路装置1包括如图15和16所示的主定触头和动触头，上面图示的电容装置2和包括电阻元件和定电阻触头及动电阻触头的电阻装置19并联连接。分别用于切断三相K.L.M的断路单元形成等边三角形。断路单元结构与图4所示结构类似。由于断路装置沿接地箱径向被安装在相对于电阻装置的外侧，并且围绕断路装置的电容装置被安装在基本上相对于断路装置内侧处，故电场强度的集中得以减少，及在断路期间，各相之间的相互干扰减少并且通过置于接地箱3之上的开口（未示）进行检查也更容易。

图19至21表示一个适合于本发明气体断路器的电阻装置的实施例。

图19表示已开始连接动作的电阻装置。该电阻装置具有一个定电阻触头130，一个穿过臂115的轴135，该臂115从动断路装置伸过来，以及一个置于轴135一端并包括一个电极136的电阻动触头137。轴135可在臂115的孔内滑动。轴135向左的运动被臂115和轴止挡件138所限制，而向右的运动被轴止挡件138和一个从臂115伸出并具有一个小孔的止挡板139所 限制。一个压杆140随着断路的最后动作将轴止挡件138压向左边，从而向左移动的电极136的前端在各电阻触头之间的高电场强度情况下从罩119的左端突出来。因此电阻触头相互间的连接早于断路器触头的连接，如图23所示。在各电阻触头相互连接后，动电阻触头的轴135、电极136和轴止挡件138被压向左边并且向臂115、止挡板139和罩119的右边移动。在轴止挡件138和止挡板139相互接触后，动电阻触头的轴135、电极136和轴止挡块138向左移动直至达到定电阻触头的摩擦接触距离。图20表示电阻装置已完成连接。

图21表示电阻装置从连接位置移向断开位置。动电阻触头通过轴止挡件138和止动板139相互接触，如图21所示，移向断开位置。电极136的前端容纳在罩119内。通过装置的这些动作，各装置之间的绝缘特性得到适当调整，从而电阻装置的绝缘强度比断路装置的绝缘强度大。在断开的最后动作时，在轴止挡件138与压杆140接触之后，轴135和电极136通过断路装置的右移而向左移动，从而结束断路动作，如图19所示。

如上所述，动电阻触头在动主触头到达定主触头之前到达定电阻触头，如图23所示，并且动电阻触头在主动触头与主定触头相互分开之前就与电阻静触头相分开，如图22所示，从而各电阻触头之间的电场强度在接通动作期间大于各主触头之间的电场强度，并且电阻装置的绝缘强度在断开动作期间大于断路装置的绝缘强度。

Claims (6)

1、一种至少一相断路器，至少包括一个断路装置、一个电容装置、一个电阻装置、一个罩装置和一个箱，其中断路装置、电阻装置和电容装置并联连接，箱的内部容纳断路装置，电容装置、电阻装置和罩装置，断路装置包括一个定主触头和一个动主触头，电阻装置包括一个定电阻触头、一个电阻元件和动电阻触头；定主触头、电阻元件的一端(其另一端与定电阻触头相连)以及电容装置的一端相互连接，动主触头，动电阻触头和电容装置的另一端相互连接，罩装置包括用于罩住定主触头和定电阻触头的第一罩和用于罩住动主触头和动电阻触头的第二罩，其特征在于：每个第一罩和第二罩均包括大罩部分和小罩部分，小罩部分位于这些大罩部分之间，小罩部分终止于主触头的顶部附近及电阻触头的顶部附近，小罩部分包括基本上处在主触头和电阻触头中心连接轴方向上的宽部分和基本上处在与该中心连接轴垂直方向上的宽部分，窄部分的宽度小于宽部分的宽度，从而在窄部分和箱之间容纳电容装置的空间变大，至少有一部分电容装置置于窄部分的上方。

2、根据权利要求1的断路器，其中电容装置的两端分别设置在大罩部分内，电容装置的电容量范围较大的部分对着箱的内表面和小罩部分的外表面。

3、根据权利要求1的断路器，其中断路器进一步包括至少一个容纳电容装置，该装置容纳并包围电容装置以确保电容装置正确布置。

4、根据权利要求1的断路器，其中电阻装置进一步包括支撑臂用以使动电阻触头运动使其接通或断开，和一个压杆，该支撑臂根据动主触头的运动而运动并且支撑动电阻触头，该动电阻触头可以在支撑臂上滑动，动主触头置于定电阻触头和压杆之间，定电阻触头和动电阻触头的间距和压轩与动电阻触头的间距总值小于支撑臂行程，从而在动主触头的接通运动期间，定电阻触头和动电阻触头已接触以后，动电阻触头被定电阻触头移动并在支撑臂上滑动，而在动主触头断开运动期间，压杆已和动电阻触头接触后，动电阻触头被压杆移动并在支撑臂上滑动。

5、根据权利要求4的断路器，其中动电阻触头在支撑臂上向压杆滑动的距离限制到预定程度，并且定电阻触头被弹性支撑。

6、根据权利要求1所述的断路器，包括多个断路单元和用于容纳断路单元的箱，在箱中，断路装置在沿箱的径向上置于相对于电阻装置的外侧处，而电容装置包围断路装置，它基本上置于相对于断路装置的内侧处。

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