CN103515139B - 适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构及灭弧室 - Google Patents

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适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构及灭弧室，复合触头结构由动导电杆和静导电杆组成的一对动静导电杆和分别固定于动导电杆和静导电杆近端顶端的动端触头和静端触头组成；动端触头由动端触头材料B及固定于动端触头材料B上方的和其材料不同的动端触头材料A组成，动端触头材料A覆盖动端触头材料B部分面积；静端触头由静端触头材料B及固定于静端触头材料B上方的和其材料不同的静端触头材料A组成，静端触头材料A覆盖静端触头材料B部分面积；合闸过程中，预击穿发生在动端触头材料A和静端触头材料A间；分闸过程中，主要由动端触头材料B和静端触头材料B来开断电流；本发明实现了真空灭弧室触头结构抗熔焊性能和开断性能的分开，从而保证了触头间的绝缘强度。

Description

适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构及灭弧室
技术领域
本发明涉及真空灭弧室触头结构技术领域，具体涉及一种适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构及灭弧室。
背景技术
在中压无功补偿系统运行过程中，因电网负载情况波动频繁，为调整系统功率因素、减少谐波、稳定电压和降低损耗，将会频繁地投入和切除容性负载。根据我国电网运行经验，每发出1kW的有功功率需1.2kvar～1.4kvar的无功才能维持电网的正常工作电压。据国外研究调查，真空断路器应用于容性电流操作每年可达300～700次，即每日有1～2次的合分操作。对于如此频繁的操作任务，比起其他气体开关，真空断路器本身的优点使得其更加适用于无功补偿系统中容性负载的投切操作。其优点：第一、真空断路器具有上万次的机械动作寿命；第二，真空断路器运行过程中触头无需维护；第三，真空断路器受环境影响小且对环境无任何污染；第四，真空灭弧室内部小开距能耐受高电压。由此，真空断路器容性电流开断技术也成为当前国际电力开关设备领域的研究热点之一。
容性负载关合过程中会产生4250Hz、20kA的高频率涌流，其预击穿电弧会局部烧蚀触头表面并使触头发生熔焊。在开断电容器组时，熔焊区域将被拉开并破裂，然后在触头表面会形成宏观突起。这时真空灭弧室内部触头间的绝缘耐压能力会明显降低。在开断电流过零后，直流性质的恢复会施加于电压真空灭弧室触头两端，其中开断单相电容器组或三相负载中性点接地电容器组的峰值会达到2倍系统电压Um，开断三相负载中性点不接地电容器组的峰值会达到2.5倍系统电压Um。这使得真空断路器在开断容性电流后可能会发生重击穿现象，甚至于开断电流过零几秒后仍会发生延时重击穿现象。而重击穿产生的过电压会严重损坏开关本身以及其他电力系统设备，甚至造成人员伤亡。
据绍兴试验站李电等人统计得出40.5kV真空灭弧室重击穿概率很高，一般在5%以上，2002年后有所改善，降至2.6%（真空断路器投切电容器组性能的现状与对策.高压电器.Vol.39,No.5,pp44-46.2003）。真空断路器容性电流开断能力主要决定于真空灭弧室触头表面状况，目前研究发现合闸涌流与重击穿现象之间有着密切的联系，原因在于高频涌流会在合闸过程中，局部烧蚀触头表面，使触头发生熔焊，破环触头表面结构，增大了触头表面场致发射系数β，同时在触头表面会产生大量金属微粒，从而影响真空灭弧室的绝缘强度。然而目前现有真空灭弧室设计过程中，基本采用一对具有相同触头材料的动静触头来完成真空断路器投切容性负载的操作，这就无法减少合闸涌流对真空灭弧室触头表面的破坏作用。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构及灭弧室，该复合触头结构将合闸抗熔焊功能和分闸开断功能分开，以抗熔焊性能优良的触头材料承受合闸高频涌流，以开断性能优良的触头材料来实现开断功能，可用于投切电容性负荷，如背靠背电容器组，单个电容器组等，特别适用于电力系统的无功补偿领域。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构，由动导电杆1和静导电杆2组成的一对动静导电杆和分别固定于动导电杆1和静导电杆2近端顶端的动端触头和静端触头组成；其特征在于：所述动端触头由动端触头材料B3以及固定于动端触头材料B3上方的和其材料不同的动端触头材料A4组成，所述动端触头材料A4覆盖动端触头材料B3的部分面积；所述静端触头由静端触头材料B5以及固定于静端触头材料B5上方的和其材料不同的静端触头材料A6组成，所述静端触头材料A6覆盖静端触头材料B5的部分面积；在合闸过程中，动端触头材料A4和静端触头材料A6间的间距小于动端触头材料B3和静端触头材料B5间的间距，预击穿发生在动端触头材料A4和静端触头材料A6之间；在分闸过程中，开断电流电弧建立于动端触头材料B3、动端触头材料A4、静端触头材料B5和静端触头材料A6表面，主要由动端触头材料B3和静端触头材料B5来开断电流。
所述动端触头材料A4和静端触头材料A6采用含钨触头材料；所述动端触头材料B3和静端触头材料B5采用含铬触头材料。
所述含钨触头材料为WCu。
所述含铬触头材料为CuCr。
所述动端触头材料A4和静端触头材料A6分别固定于动端触头材料B3和静端触头材料B5的中央位置或两端边缘位置。
一种真空灭弧室，由上述任一项所述的真空灭弧室复合触头结构与外壳、屏蔽罩和波纹管导构成。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
合闸过程中，动端触头材料A4和静端触头材料A6间的间距小于动端触头材料B3和静端触头材料B5间的间距，预击穿发生在动端触头材料A4和静端触头材料A6之间；分闸过程中时，开断电流电弧建立于动端触头材料B3、动端触头材料A4、静端触头材料B5和静端触头材料A6表面，主要由动端触头材料B3和静端触头材料B5来完成电流的开断功能，实现了真空灭弧室触头结构抗熔焊性能和开断性能的分开，从而保证了触头间的绝缘强度。由此这种具有复合材料的触头结构能够有效提高真空灭弧室抗熔焊性能和减小真空灭弧室容性电流开断弧后重击穿概率，能装配在各种真空灭弧室中，特别适用于电力系统的无功补偿领域。
附图说明
图1为本发明一种真空灭弧室复合触头结构。
图2为本发明另一种真空灭弧室复合触头结构。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明一种适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构，由动导电杆1和静导电杆2组成的一对动静导电杆和分别固定于动导电杆1和静导电杆2近端顶端的动端触头和静端触头组成；所述动端触头由动端触头材料B3以及固定于动端触头材料B3上方的和其材料不同的动端触头材料A4组成，所述动端触头材料A4覆盖动端触头材料B3的部分面积；所述静端触头由静端触头材料B5以及固定于静端触头材料B5上方的和其材料不同的静端触头材料A6组成，所述静端触头材料A6覆盖静端触头材料B5的部分面积。
所述动端触头材料A4和静端触头材料A6采用含钨触头材料，优选采用WCu，如WCu10,WCu20,WCu30等触头材料。
所述动端触头材料B3和静端触头材料B5采用含铬触头材料。优选采用CuCr，如CuCr25,CuCr30,CuCr40,CuCr50等触头材料。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示，动端触头材料A4和静端触头材料A6分别固定于动端触头材料B3和静端触头材料B5的中央位置。
作为本发明的另一优选实施方式，如图2所示，动端触头材料A4和静端触头材料A6分别固定于动端触头材料B3和静端触头材料B5的两端边缘位置。
一种真空灭弧室，由上述任一项所述的真空灭弧室复合触头结构与外壳、屏蔽罩和波纹管导构成。
本发明适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构的工作原理为：合闸过程中，动端触头材料A4和静端触头材料A6间的间距小于动端触头材料B3和静端触头材料B5间的间距，从电场分布的角度，合闸预击穿将发生在动端触头材料A4和静端触头材料A6之间，动端触头材料A4和静端触头材料A6采用抗熔焊性能优异的材料可有效减少高频涌流对触头表面的烧蚀破坏作用；在分闸过程中，主要由动端触头材料B3和静端触头材料B5来完成电流的开断功能，动端触头材料B3和静端触头材料B5采用大电流开断能力和耐压性能优异的材料，从而保证了触头间的绝缘强度。

Claims (2)

1.一种适用于容性电流开断的真空灭弧室复合触头结构，由动导电杆(1)和静导电杆(2)组成的一对动静导电杆和分别固定于动导电杆(1)和静导电杆(2)近端顶端的动端触头和静端触头组成；其特征在于：所述动端触头由动端触头材料B(3)以及固定于动端触头材料B(3)上方的和其材料不同的动端触头材料A(4)组成，所述动端触头材料A(4)覆盖动端触头材料B(3)的部分面积；所述静端触头由静端触头材料B(5)以及固定于静端触头材料B(5)上方的和其材料不同的静端触头材料A(6)组成，所述静端触头材料A(6)覆盖静端触头材料B(5)的部分面积；所述动端触头材料A(4)和静端触头材料A(6)分别固定于动端触头材料B(3)和静端触头材料B(5)的两端边缘位置；在合闸过程中，动端触头材料A(4)和静端触头材料A(6)间的间距小于动端触头材料B(3)和静端触头材料B(5)间的间距，预击穿发生在动端触头材料A(4)和静端触头材料A(6)之间；在分闸过程中，开断电流电弧建立于动端触头材料B(3)、动端触头材料A(4)、静端触头材料B(5)和静端触头材料A(6)表面，由动端触头材料B(3)和静端触头材料B(5)来开断电流；所述动端触头材料A(4)和静端触头材料A(6)采用WCu；所述动端触头材料B(3)和静端触头材料B(5)采用CuCr。
2.一种真空灭弧室，其特征在于：由权利要求1所述的真空灭弧室复合触头结构与外壳、屏蔽罩和波纹管导构成。
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