CN1025390C - 带变阻器的断路器 - Google Patents

Abstract

一个具有变阻器(20)的六氟化硫断路器，该变阻器与断弧室布置对准。其特征在于，断开和闭合时，变阻器(20)的插入是由两个在外边绕着主触头的两个电极(100、105)与其同轴移动来实现的。

Description

本发明涉及一台装配着限制跳闸冲击波（surge）变阻器的高压断路。

每个变阻器动作阈值越低，则其阻止冲击波的保护性能越有效。为获得低变阻器的动作阈值，只需要少量的变阻元件串联在一起，遗憾的是，这样做提高了每一变阻元件所吸收的能量。

提供由变阻器的保护能限制的冲击波值当前为1.6pu（其峰值电压1pu＝（ $\sqrt{2}/\sqrt{3}$ ）Un，Un为额定相电压）。

为限制冲击波使之低于1.6pu，而且要使在变阻器里的能量损耗保持在可接受的程度，曾经有过一些人建议，特别是法国专利No.9002416，是以延时系统和一个柔性的驱动部件把变阻插入的方案。

在法国专利申请No，8914433中曾建议使用一压缩弹簧和一牵引弹簧的系统。

这些系统能满足要求，但它都是比较复杂并且很昂贵。

法国专利No.7908039描述了一个压缩空气断路器，包括一个在跳闸时插入电阻的系统，其中插入电极位于电弧的通路上，曾经有过采用此插入变阻器的技术的尝试，但是事实上把电极插入电弧通道上会引起变阻器的迅速磨损，因而增加了维护成本。

本发明之目的是提供一种断路器，它装配着一个在断路器断开操作时能插入变阻器的设备，这种设备简单、可靠、便宜、特别是既不包括一个延时系统，也没有复杂的活动部件，也不包括在电弧通道上插入电极。

本发明提供一种用具有良好介电特性气体绝缘的高压断路器，该断路器每相至少包括一个断弧室，每个断弧室里有一固定的主触头与第一电流端子相连，以及一个活动主触头，该活动主触头与第二电流端子电气连接，并构成活动装置一部分，该活动装置与一个传动机构相连;每一断弧室包括着一个变阻器，变阻器沿主触头的公共纵轴与主触头对准，且在断路断开和关闭期间由两个部置在外面环绕着主触头（3，9）的电极把它插入;一个第一电极在电气上和机械上都与上述阻器相连;第二电极被连接在活动装置上并且与活动主触头电气相连;此断路器的特征在于：第二电极（205）可滑动地安装在活动装置之上，成为半活动的，且在断路器断开期间沿与活动装置运动方向相反的方向运动。

现将以举例并参看附图来描述本发明的实施例，其中：

图1为穿过电路断路器的轴向断面的局部视图，其中变阻器与介电气体是分开的，带着变阻器插入机构并以图解方式表示;

图2为穿过本发明的断路器轴向的局部断面图，表示局部啮合 位置;

图3是同一断路器的局部视图，在断开时的状况;

图4为同一断路器的局部视图，为断路器未释放时的状况。

在图1中，参考号1表示圆柱形绝缘外壳，最好是用瓷料作成，它限定的内部空间2构成断路器断弧室，其中充满具有高介电强度 的气体，比如在几巴压力下的六氟化硫。

该断路器包括一个用管子3构成的固定主触头，该主触头由臂4与断路器第一电流端子5机械地和电气相连。触头3固定在一个固定的弧触头6上，弧触头6同样地用一管件构成。该触头6在电气上与触头3相接。

断路器的活动装置包括一个主活动触头，它由一个触指9构成，被一个防电晕帽子10保护着，且与管3配合动作。它还包括一个由指11构成的且与管6和喷咀12配合动作的弧触头。防电晕帽10形成金属圆筒件10A一个整体部分，或与其固定。此金属圆筒件10A固定在一个驱动杆上（图上未表示），且通过适当的接触与第二电流端子电气连接（图上未表示）。断路器也包括喷气装置，该装置尤其包括一个固定的喷气活塞13。喷气装置并不是本发明的部分，因而并未详细表示。对熟练技术人员，可以常规方式实现。

断路器中有变阻器20，放在断弧室里面。这种变阻器最好由一堆金属的氧化片作成，这种氧化片是以氧化锌（ZnO）为基础制成的。此金属片构成一圆柱，与外壳1同轴。在图纸上电阻片20A，用符号简单表示，只是在厚度上与片20有所区别，它与片20可以通过将上述片堆延伸来串联连接。如同下面所描述的，这些电阻片是为了限制在变阻元件中的功率耗损而设的。

片堆在断弧室的顶部用弹簧21压紧，弹簧21同时也承担着顶压金属帽22的作用，以封闭断弧室，此金属帽与电流端子5相连。金属编带19是为保证金属帽22与电阻和变阻器的之间电气 连续性而设的。

这些片被绝缘管23所支承，此绝缘管底部由一个金属端件24所封，此金属件与片堆的最后的片体电气接触。

现在描述变阻器插入机构（如果有电阻的话，此机构也插入电阻）。

这个机构含有一个电极100，该电极包括一个金属环101（例如铜的），它有一接触指102。金属环101由两个臂103支撑，该两臂是固定在端件24上的。触指102与金属的管状电极105相摩擦，而此管状电极是固定在活动装置上并与活动触头电气连接。

当断路器在断开的位置时，金属环102与电极105之间的距离d₁大约等于距离d₂的一半，这时距离d₂在电弧触头6和11之间延伸。

现在解释断路器的运行，在恒定电压（1    P、U、）下变阻器的特性就象一个电容器。在高电压下使用时，要求有相当大量的变阻器片相串联。变阻器电容量在正常条件下大约为30微微法拉。这样，其电容电流是非常小的。

当断路器断开时，在主触头分开之后，在弧触头6和11之间就产生电弧。设电弧在活动装置达到其冲程的终端前熄灭，就是说，平均电弧有12毫秒（60周波下）或15毫秒（在50周波下）的持续时间。在此期间，101和105之间维持接触或是直接地，或是当部件101和105分开时通过一短的电弧。这种接触具有在要断开的电路间插入变阻器的效果。如果出现足够大的冲击 波，那么变阻器就要动作，把它的电阻插入电路中。以此来限制冲击波。

可以观察到上述的电弧持续时间相应于变阻器插入的15毫秒的情况。这样长的持续时间对于在断开三相故障时断路器的各要断开的极中第一个电极来说足可以提供对冲击波有效的限制，特别是在去掉线路电抗，断开空载线路时。

在活动装置冲程的终点，件101和105之间不再有任何接触了，最终电弧被拉断。

在此瞬间，电极间的间隙d₁被施加大部分的重建的电压（在80%与85%之间，取决于变阻器的电容（capacitance）和部件101和105之间的电容，这两个电容是串联的）。

在断开的位置上，只有一小部分电压加在变阻器上，但是全部电压在电极间的间隙d₁的两端。

当断路器在断开位置时，加在变阻器上的低电压可以保证变阻器避免在运行中发生热失控和局部放电等危险，…就象上面所描述的在先有技术串联开关。

断路器合闸时，变阻器从开始就通过部件101和105接触插入到电路中，弧触头6和11之间随后接触，把变阻器短路掉。

在额定电压下，变阻器不运行。

以在2p.u.下相位相反为例，这时变阻器将在闭合时动作。

正如上述，要降低变阻器内的能量，可以在变阻器上串接一个低阻抗的电阻。

变阻器能量取决于在相位相反时，形成的闭合一断开循环。

因为管23不是气密的，变阻器可被安放在介电气体内。

图1的实施例里，变阻器在断弧室里以一个气密的绝缘锥部110与断弧室气体分开。这时变阻器安放在大气压下的干空气中。

这种布局具有优点，使得有可能在不需抽空断弧室中的六氟化硫，而在其存在的压力下来更换变阻器。

图2至图4，表示本发明的插入机构的可用性，特别是当断路器具有较短的距离d₂时。

上述所描述的管状电极105，现在被一个绕着管10和10A平滑地滑动的管状电极205所代替。在第一端，管205带着一个与环102之间建立电的接触的凸出部分205A。而在它的相对端有一个凸缘205B构成弹簧203第一端的支承点。该弹簧装在其一端固定在管10上的金属管件204中，且此管件的另一端上有一个凸缘206。弹簧203的第二端支承在凸缘206上。管件204与管件205的凸缘205B接触。与该凸缘比邻冲着它的另一端，管件204带有小孔204A，其作用将在下面讲述。管10上也有小孔10B，开在管件204的固定装置附近。

当断路器在啮合位置时（图2），弹簧203在松弛状态，而电极205处在低位。电极102与管204接触，喷气活塞13处在低位。

在断路器断开期间（图3），管10向图中下方移动，喷气容积V₁中的气体被压缩，通过小孔10B向凸缘205A施加 压力，由此引起电极205顶着弹簧203向相反方向移动，环203被压缩。动触头朝着断开位置加速也促使电极205位移。孔204A用于将气体从管204和205之间容积抽出，这样，使它有可能避免过大地增加驱动能量。借助于电极205的这样与活动装置相反方向的运动，变阻器插入足够的持续时间，电极102开始与管204有电气接触，而后与凸出部分205A接触。

在断路器完全断开后（图4），活塞13已经移过了孔10B。作用在凸缘205B上的过量的压力就消失了，弹簧203膨胀，使电极205返回到初始的位置上，因而使它才有可能维持足够的绝缘距离。

在闭合的时候，电极205被活动接头的加速和在容积V₁中建立的空吸而顶着凸缘206受压。

在某些情况下，把电极205做成金属棒状在粘到管10上小直径的管腔中滑动，这样做法是有其优点的。这种布局有可能使在小电极205下面的有一个被压缩气体空间。

图2到4的布局，使它有可能以对已有的断路器进行最小的改动来实现本发明，既始在断路器中的触头在断开的位置上距离很小时也能实现。

本发明可用于高压断路器，常规断路器和金属壳断路器。

Claims (5)

1、一种用具有良好介电特性气体绝缘的高压断路器，该断路器每相至少包括一个断弧室，每个断弧室里有一固定的主触头与第一电流端子相连，以及一个活动主触头，该活动主触头与第二电流端子电气连接，并构成活动装置一部分，该活动装置与一个传动机构相连；每一断弧室还包括着一个变阻器，变阻器沿主触头的公共纵轴与主触头对准，且在断路器断开和关闭期间由两个布置在外面环绕着主触头(3、9)的电极把它插入；一个第一电极在电气上和机械上都与上述变阻器相连；第二电极被连接在活动装置上并且与活动主触头电气相连；此断路器的特征在于：第二电极(205)可滑动地安装在活动装置之上，成为半活动的，且在断路器断开期间沿与活动装置运动方向相反的方向运动。

2、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于上述第二电极（205）的运动是由断路器的喷气气体压缩来驱动的，上述第二电极在断路器断开操作终点借助弹簧（203）返回其原始位置。

3、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于变阻器（20）被封闭在一壳体中，此壳体中充有良好介电特性的带压力的气体。

4、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：变阻器（20）被封闭在充有大气压力下干空气的壳体中。

5、根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：变阻器（20）串联着一个低阻值的电阻（20A）。

Images