CN102484015A - 操作能量降低的用于中压或高压断路器的中断腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及操纵能量降低的新的中断腔室(1)。

Description

操作能量降低的用于中压或高压断路器的中断腔室
技术领域
本发明涉及中断腔室，用在通常是7.2千瓦(kV)至800kV的中压或高压断路器中。
所关注的一个特定应用是用在发电机断路器中。
背景技术
在上述特定应用中要求能够中断通常是63千安培(kA)或更大的高短路电流，在这个特定应用中，对三极断路器的断开和闭合操作必须完全通过操纵安装于中断腔室外面的弹簧式驱动机构来完成。
现今，短路电流流经的部件的必要质量和尺寸(体积)随着短路电流的幅值而增大。
因此，操作断路器以中断短路电流所需的操纵能量增加，该增加使得不可能再使用中断腔室外面的标准的低能量弹簧式驱动机构。
为解决这个问题，已提出了各种可替选的解决方案，这些方案过度加大了外部驱动机构的尺寸。
为此，专利FR 2 435 118描述了一种解决方案，该方案在中断腔室内集成了卷簧20，该卷簧在闭合操作期间被外部驱动机构压缩，并具有在断开操作期间压缩存在于气流容积(gas-blast volume)中的灭弧气体的功能。参考前述专利中的图5及图6的实施例，抵靠气流活塞15的卷簧20在闭合操作期间由连接至驱动机构的其它电弧触点21压缩，其中气流活塞15与电弧触点18整体形成且围绕电弧触点18。在断开操作期间，卷簧20伸展并因此压缩存在于气流容积30中的气体。当中断大电流时，来自电弧25的能量引起的气体加热使该容积30中的压力进一步增大。
这种解决方案的主要缺点是，当来自电弧的能量使压力增大时，活塞15被推回(至图5和图6的左侧)。这增加了气流容积30，这会在中断期间减小灭弧气体的压力。另一个缺点是灭弧限于穿过喷嘴27b的单气流。
同一专利FR 2 435 118的图36及图37的实施例包括理论上能够缓解上述主要缺陷的手段，其包括布置在气流容积30边沿且由板簧44驱动的锁闩43，该锁闩43可容纳在设置于活塞15中的凹槽中，从而在平移中将卷簧20固定在压缩了气体的弹簧的伸展位置。在实际中，发现用于在平移中固定活塞的这些机械装置43，44，45不能有效地应用在压力变化太高(60bar或更多)的最近的中断腔室中。换言之，在中断大短路电流时，机械平移固定装置43，44，45实际上不能固定活塞15。
专利EP 0 441 292公开了与上述类似的解决方案，其进一步包括：在图3和图4中所示的短路操作模式中，朝向电弧触点4A和穿过喷嘴16并行地从容积V1和V4产生双气流。然而，当中断大电流时容积V1增大，因而产生用于灭弧的附加压力减小。另一个缺点是，如果弹簧13的力量不足，当中断大短路电流时，两个电弧触点4A和7A可能将对方推回。而且，来自容积V1和V4的并行气流容易相互干扰。换言之，这种解决方案不能应用于大短路电流(大于25kA)。
专利WO 2006/066420公开了另一种解决方案，其包括：通过容积24中产生的气流对电弧触点4和5之间产生的电弧进行冷却，如该专利的图1所示。由于通过通道29而来自容积27的压缩气体，同时由于来自电弧的能量对气体加热，使容积24中的压力增大。
这种解决方案的一个缺点是，容积27位于容积24的外径上。该外径大，容易增加绝缘体3、3c的直径。
这种解决方案的其它缺点在于，由于每个运动部件要执行不同的冲程，气流活塞28和电弧触点4必须通过复杂的联动装置由相同的机构移动，且在电弧触点4和5之间产生电弧之前该联动装置必须已完成容积27中的压缩。
从一个很早的专利GB 1570035可知，断路器的中断腔室包括安装在电弧气流活塞37上的杆41以及在与所述杆临时邻接的可活动电弧触点30周围滑动的罩杯30，通过操纵单元移动可活动电弧触点14，可允许在弹簧38的作用下同时移动气流活塞，直至完全压缩了压缩容积40。
根据该文件GB 1570035的中断腔室不适用于最近的从7.2kV至800kV的高压断路器所要求的性能。实际上，在公开的中断腔室里，通过在气流容积6，26内产生初始电弧27会导致冲击气体的温度升高。这导致容积6和26中所含的介电性能明显变差，因此意味着不适于最近的高压断路器。
因此，本发明的目的是提出用于通常是7.2kV至800kV的高压或中压断路器的中断腔室，该中断腔室不存在现有技术的缺点，并且需要的操纵能量低，特别是当中断高短路电流(大于等于63kA)时需要的操纵能量低。
发明内容
为此，本发明包括用于中压或高压断路器的中断腔室，该中断腔室沿纵轴线延伸且包括：
一对电弧触点，其中一个触点是固定的，且其中另一个触点沿着纵轴线XX’通过操纵杆可活动，以在中断电流时这两个触点相互分离，可活动触点的平移冲程足以中断任何值的电流且提供断路器所需的电介质强度；
附连至固定电弧触点的气流喷嘴；
气流腔室，其具有的容积V2恒定且可向气流喷嘴泄放；
实质上平行于纵轴线XX’而布置在气流腔室后面的压缩腔室，该压缩腔室具有可变的且通过活塞可向气流腔室泄放的容积V1；
卷簧，该卷簧以其一端直接固定到活塞且以其另一端固定到固定部件；
在活塞和可活动电弧触点之间的临时机械耦合装置，用于在闭合所述触点的操纵期间对直接固定在活塞上的弹簧进行压缩，并获得可活动电弧触点的、比实现容积V1的完全压缩的弹簧冲程更大的冲程，容积V1中气体的所述完全压缩还近似在电弧触点一被分离就达到；
其中，气流腔室通过气流通道向气流喷嘴泄放，以将气流注入气流腔室外侧的区域，其中，在该区域中，当中断电流时在触点之间发生电弧。
换言之，本发明因而实质上包括以下组合：
限定恒定的气流容积及固定气流喷嘴，从而减小可活动质量，因而减小中断腔室的动能；
当中断高电流时主要通过加热气体来增加气流容积中的压力，而当中断低电流时通过压缩容积的手段增加压力；
几乎在电弧触点一旦被分离时，完全通过推动活塞从而减小压缩容积的卷簧产生对气体的压缩，然后通过打开阀门将该压力增加传给气流容积；弹簧就放置在活塞后面并在闭合操作期间被临时机械耦合装置推动压缩；由于弹簧接近压缩容积，所以这减小了用于压缩气体所需的能量。
实现一种简单的方式，用于移动活塞及可活动电弧触点经过它们各自的必要冲程，可活动电弧触点的冲程等于活塞的压缩冲程加上附加冲程，以获得足以中断任意值的电流的、处于打开位置的电弧触点之间的距离，并且实现断路器的必要电介质强度。
定义“双气流”几何形状；
使得可使用断路器外部的操纵驱动机构，该操纵驱动机构提供用于恰好足以闭合触点以及在断开期间操作可活动电弧触点的足够能量。
与背景技术中提到的文件GB 1570035的中断腔室相比，根据本发明的中断腔室完全适合于现代高压断路器(通常是7.2kV至800kV)所需的性能。
与背景技术提到的文件FR 2 435 118和EP 0 441 292的中断腔室相比，本发明的中断腔室具有：
恒定的气流容积V2，其在中断大电流时并不随着压力增加而增加；
具有如在现代高压断路器中使用的标准形状那样的气流腔室，且该气流腔室通过小直径通道向产生电弧的区域泄放；
针对电弧的双熄灭气体气流。
与根据背景技术提到的专利WO 2006/066420的中断腔室相比，本发明的中断腔室具有：
由于压缩腔室设置在中断腔室的后面，有效部件的直径小；
用于移动活塞及可活动电弧触点的机构更简易；
由于弹簧接近于压缩容积，效率得以改进；
气流腔室的形状标准且将气流腔室连接到电弧区域的通道的形状标准，如常在高压断路器中使用的那样，这可在气流容积的热气和冷气之间实现最佳混合。
在第一实施例中，临时机械耦合装置相对于纵轴线在气流腔室和压缩腔室外面。
临时机械耦合装置的有益变型包括：固定在活塞上的管部并该管部具有与本身固定在可活动电弧触点上的永久触点实质相同的直径，所述管部抵靠永久可活动触点的端部直至容积V1内的气体被完全压缩。
在第二实施例中，临时机械耦合装置相对于纵轴线在气流腔室和压缩腔室里面。
在有益变型中，固定电弧触点具有大致管状的形状，临时机械耦合装置在固定电弧管部内部。这个变型是有利的，因为它与根据临时机械耦合装置(包括具有与永久触点直径本质相同的直径的管部)的另一个变型相比，允许获得更紧凑的腔室。
在这个有益变型中，临时机械耦合装置包括固定在活塞上且具有比固定触点更小的直径的管部，所述管部抵靠可活动电弧触点的端部直至容积V1被完全压缩。此处指定了与可活动电弧触点临时邻接的新的功能，这与具有临时机械耦合装置(包括具有与永久触点直径实质相同的直径的管部)的另一个变型相比可简化实现。
本发明涉及高压或中压断路器，其针对一个极包括一个或多个上述中断腔室。
附图说明
通过阅读参考以下附图提供的以下详细说明，更容易理解本发明的优点和特征。
图1-图4表示纵剖面形式以及处于不同位置的本发明中断腔室的第一实施例，其中不同位置包括从触点闭合到触点完全打开且电流中断；
图5是图1至图4所示中断腔室的横截面图；
图6及图7表示纵剖面形式的、以及触点闭合、以及触点完全打开且电流中断的本发明中断腔室的第二实施例。
具体实施方式
用于中压和高压断路器的本发明中断腔室1沿纵轴线XX’延伸，且包括绝缘壳体10和一对永久触点2和3，其中，触点3是固定的，另一个触点2通过操纵杆(未示出)沿着纵轴线XX’可活动。
中断腔室还包括一对电弧触点4和5，其中，一个触点4固定且附连到固定的永久触点3上，另一个触点5沿纵轴线XX’可活动且附连到可活动的永久触点2上。当中断电流时，电弧触点4和5彼此分离。可活动电弧触点5的平移冲程足以中断任何值的电流，并提供断路器的所需电介质强度。
电弧触点4附连有灭弧喷嘴6。
由固定部件70和气流喷嘴6限定的气流腔室7限定恒定容积V2，该恒定容积V2通过具有更小直径的气流通道700向气流喷嘴6泄放，以将气流注入腔室7外部的Z区域，在该区域中，当中断电流时在电弧触点之间发生电弧。
压缩腔室8限定出容积V1，该容积V1会变化，且通过活塞9而泄放至气流腔室7中。压缩腔室8和气流腔室7平行于纵轴线XX’而实质上彼此前后放置。
卷簧11通过其一端110直接固定在活塞上，且通过其另一端111固定在固定部件12上。
中断腔室1进一步包括用于在活塞9和可活动电弧触点5之间产生临时机械耦合的装置13，从而在闭合触点4和5的操作期间压缩弹簧11而抵靠活塞，且得到比实现对容积V1的完全压缩的弹簧11冲程更大的可活动电弧触点5的冲程。而且，当电弧触点4、5一分离，就几乎达到对容积V1中气体的完全压缩(图2)。
在第一实施例中，弹簧11被腔室的部件外部的临时耦合装置压缩(图1-5)。如所示，这些装置13包括通过销钉131固定至活塞9的管部130。
在第二实施例中，弹簧11被腔室1内部的临时耦合装置压缩(图6-7)。如所示，这些装置13包括安装在活塞9上且直径小于固定触点4的管部132，所述管部132抵靠可活动电弧触点5的端部直至容积V1被完全压缩。
下面会更详细地描述中断腔室1如何工作。
在闭合触点时，可活动部件2推动管部130，继而推动通过销钉131与其连接的活塞9(例如，参见图5)，并压缩弹簧11。设置于活塞9的开口90的阀门14防止容积V1(图1)中的压力下降。
在打开触点时，弹簧11推动活塞9以及与其耦合的管部130(朝向图2右侧)，包括电弧触点5和永久触点2的部件也被推动且同时被操纵杆平移(未示出)。尺寸使得：管部130和部件2、5在C处保持接触直至到达图2的位置。在这个位置，永久触点2与永久触点3分离。在这个阶段过程中，在容积V1中气体被压缩，且增大的压力将容积V1和V2之间的阀门打开，因而，在来自电弧的能量加热容积V2中的气体之前容积V2被预压缩。
然后，电弧触点4保持固定，而电弧触点5通过操纵杆移动，这在图中未示出(图3和4)。在电弧触点4、5已分离之后，电弧持续一段时间，且来自该电弧的能量对容积V2中的气体加热并使容积V2中的压力增大。在零电流处，进入腔室7中的增加的压力通过气流通道700产生气流，该气流冷却腔室7外部的Z区域中的电弧，因而该电弧被消灭。
在图6的实施例中，当活塞9被可活动电弧触点5经由绝缘管部132推向左侧时，弹簧11被压缩。
图7示出了处于完全打开位置的第二实施例的中断腔室1。

Claims (7)

1.一种用于中压或高压断路器的中断腔室(1)，该中断腔室(1)沿纵轴线XX’延伸且包括：
一对电弧触点，其中一个触点(4)是固定的，而另一个触点(5)沿着所述纵轴线XX’通过操纵杆可活动，以在中断电流时使所述一对电弧触点相互分离，所述可活动触点的平移冲程足以中断任何值的电流且提供所述断路器的所需电介质强度；
附连至所述固定电弧触点的气流喷嘴(6)；
具有的容积(V2)恒定且与所述气流喷嘴连通的气流腔室；
实质上平行于所述纵轴线XX’布置在所述气流腔室后面的压缩腔室(8)，该压缩腔室(8)的容积(V1)可变且通过活塞(9)向所述气流腔室泄放；及
卷簧(11)，该卷簧(11)以其一端(110)直接固定到活塞(9)且以其另一端(111)固定到固定部件(12)；
在所述活塞(9)和所述可活动电弧触点(5)之间的临时机械耦合装置(13、130、131、132)，用于在闭合所述触点的操作期间压缩直接固定在所述活塞上的弹簧，并获得可活动电弧触点的、比实现所述容积(V1)完全压缩的所述弹簧的冲程更大的冲程，所述容积(V1)中气体的所述完全压缩还近似在所述电弧触点一分离就实现；
其中，气流腔室(7)通过气流通道(700)向气流喷嘴(6)泄放，以将气流注入所述气流腔室外侧的区域，在该区域，当中断电流时在所述电弧触点之间发生电弧。
2.根据权利要求1所述的中断腔室(1)，其中，所述临时机械耦合装置相对于所述纵轴线(XX’)在所述气流腔室和所述压缩腔室的外面。
3.根据权利要求2所述的中断腔室(1)，其中，所述临时机械耦合装置包括固定在所述活塞上的管部(130)且具有与本身固定在所述可活动电弧触点上的永久触点实质相同的直径，所述管部抵靠所述永久可活动触点(2)的端部直至所述容积(V1)中的气体被完全压缩。
4.根据权利要求1所述的中断腔室(1)，其中，所述临时机械耦合装置相对于所述纵轴线(XX’)在所述气流腔室和所述压缩腔室里面。
5.根据权利要求4所述的中断腔室(1)，其中，所述固定电弧触点(4)大致为管状形状，所述临时机械耦合装置在所述固定电弧管部里面。
6.根据权利要求5所述的中断腔室(1)，其中，所述临时机械耦合装置包括固定在所述活塞(9)上的管部(132)且具有比所述固定触点小的直径，所述管部抵靠所述可活动电弧触点的端部直至所述容积(V1)被完全压缩。
7.一种高压或高中压断路器，其针对一极包括一个或多个根据任一前述权利要求所述的中断腔室(1)。
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