CN103854887A - 带有并联电容器的气路遮断器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制操作机构的大型化、具有简单的结构且可靠性高的带有并联电容器的气路遮断器。在封入有绝缘性气体的密封容器内设有遮断部，遮断部由固定部及可动部构成。在可动部连接高电压导体，使驱动可动部的遮断部侧绝缘杆在操作器壳体内与构成电动致动器的可动件连结。在密封容器内使并联电容器与遮断部电并联地连接。在并联电容器电连接有可动触点，可动触点与电容器侧绝缘杆连结。遮断部侧绝缘杆或可动件在操作器壳体内具有卡合部，电容器侧绝缘杆在操作器壳体内比卡合部更远离遮断部的一侧具有被卡合部，利用接通弹簧将被卡合部与密封容器连结。

Description

带有并联电容器的气路遮断器

技术领域

本发明涉及一种在电力系统的变电站或发电站中使用的高电压规格的气路遮断器，尤其是涉及一种利用电动来驱动而对高电压进行遮断的带有电动驱动方式的并联电容器的气路遮断器。

背景技术

在气路遮断器中，在电流遮断后的遮断器接触件之间显现出过渡恢复电压。该过渡恢复电压的上升率对遮断器的遮断性能影响很大。为了使过渡恢复电压的上升率平稳化，在现有的气路遮断器中，通过与消弧室的极间并联地设置电容器来提高遮断性能。

在专利文献1中公开有如下所述的遮断器，该遮断器具备收纳于容器内的主遮断部和经由电容器触点部与该遮断部并联连接的电容器，并设有对主遮断部进行开闭操作的主遮断部用操作装置和对电容器触点部进行开闭操作的电容器触点用操作装置。

另外，在专利文献2中公开有如下所述的气路遮断器，该气路遮断器的特征在于，具备与遮断器的可动接触件相对于固定接触件的移动方向平行且呈棒状配置的电容器，并设有将位于该电容器的可动接触件侧的端部的延长部分设为固定触点、而将对该可动接触件进行操作的转动杆的可动侧的端部设为可动触点的断路部。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-161622

专利文献2：日本特开平4-341718

发明概要

发明要解决的课题

在专利文献1公开的带有并联电容器的遮断器中，必须另行设有对主遮断部进行开闭操作的主遮断部用操作装置和对电容器触点部进行开闭操作的电容器触点用操作装置。另外，必须设有对上述操作装置进行控制的动作延迟控制装置，故存在操作机构大型化这样的问题。

另外，在专利文献2公开的带有并联电容器的遮断器中，由于采用旋转杆，因此结构复杂且大型化，另外，在对于遮断动作而需要意欲使并联电容器的触点动作延迟的时间的调整的情况下，还存在无法灵活地应对的问题。

另外，遮断器在使遮断部的开闭动作反复而组合的动作模式中，也由规格来限定必须维持其功能的职责。该动作职责具有几个种类，其中，存在有在遮断部的开路动作的0.3秒后再次进行闭路动作，连续且直接地开路的高速再接通的动作职责。在专利文献2公开的带有并联电容器的遮断器中，需要将并联电容器的触点动作的开闭收敛在0.3秒以内，故存在为了实现高速再接通而需要大操作力的操作器的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供一种抑制操作机构的大型化、具有简单的结构且可靠性高的带有并联电容器的气路遮断器。

解决方案

为了解决上述课题，本发明提供一种带有并联电容器的气路遮断器，其特征在于，由封入有绝缘性气体的密封容器和操作器壳体来构成遮断器，在所述密封容器内设有遮断部，所述遮断部由固定部及可与该固定部分离或接触的可动部构成，在所述可动部连接高电压导体。在所述可动部安装有使所述可动部沿着接通方向及遮断方向动作的遮断部侧绝缘杆，所述遮断部侧绝缘杆在所述操作器壳体内与构成电动致动器的可动件连结。在所述密封容器内，电容器与所述遮断部电并联地连接，在所述电容器电连接有可动触点，在所述可动触点安装有电容器侧绝缘杆，所述遮断部侧绝缘杆或所述可动件在所述操作器壳体内具有卡合部，所述电容器侧绝缘杆在所述操作器壳体内比所述卡合部更远离所述遮断部的一侧具有与所述卡合部卡合的被卡合部，利用接通弹簧将所述被卡合部与所述密封容器的操作器侧端部连结。

发明效果

根据本发明所涉及的电动驱动方式的带有并联电容器的气路遮断器，能够采用单一的操作机构，且采用简单的结构，在遮断时实现并联电容器的触点的延迟遮断动作，故能够实现遮断器的小型化及可靠性的提高。

另外，虽然为单一的操作机构，但能够通过控制而分开使用遮断动作和并联电容器的触点动作的连续执行有无，故能够利用操作力小的操作器来实现遮断器的高速再接通。

附图说明

图1是基于本发明的第一实施例的带有并联电容器的气路遮断器的概要图。

图2是表示在图1的气路遮断器中刚刚遮断后的状态的概要图。

图3是表示在图1的气路遮断器中将并联电容器断离后的状态的概要图。

图4是表示本发明的电动致动器的一例的概要图。

图5是表示图4的电动致动器的沿着Z方向的剖面结构的图。

图6是表示本发明的电动致动器的另一结构例的立体图。

图7是表示图6的剖面结构的图。

附图标记说明如下：

1…密封容器、2…绝缘支承衬垫、3…固定侧电极、4…可动侧导体、5…喷嘴、6…可动电极、7…绝缘支承筒、8…高电压导体、21…遮断部侧绝缘杆、31…可动件、32…电动致动器、33…密封端子、34…电源单元、35…控制单元、40…并联电容器、41…固定触点、42…可动触点、43…被卡合部、44…电容器侧绝缘杆、45…接通弹簧、46…卡合部、47…导向导体、48…导体、51…变流器、61…操作器壳体、62…直线密封部、63…直线密封部、101…第一磁极、102…第二磁极、103…磁性体、104…绕组、105…固定件、106…永久磁铁、107…磁铁固定构件

具体实施方式

以下，基于作为实施例而表示的附图来说明本发明的气路遮断器。

实施例1

使用图1～图5对实施例1进行说明。图1～图3是带有并联电容器的气路遮断器的一例。如该图所示，本实施例所涉及的遮断部大致区分为用于对事故电流进行遮断的遮断部和用于对该遮断部进行操作的操作部。图1表示气路遮断器的闭合状态，图2表示气路遮断器的刚刚断开后的状态，图3表示气路遮断器的并联电容器断离状态。

如图1至图2所示，遮断部构成在封入有SF6气体的密封容器1的内部，大致分为固定侧和可动侧。遮断部的固定侧由设于密封容器1的操作部的相反侧的端部的绝缘支承衬垫2和固定在绝缘支承衬垫2的固定侧电极3构成，固定侧电极3和密封容器1通过绝缘支承衬垫2而被电绝缘。

在遮断部的可动侧具有设于密封容器1的操作部侧的端部的绝缘支承筒7和固定在绝缘支承筒7的可动侧导体4，可动侧导体4和密封容器1通过绝缘支承筒7而被电绝缘。

在可动侧导体4连接有高电压导体8，也进行电导通。在可动侧导体4之中设有可动电极6，可动电极6被支承于可动侧导体4，但形成为沿着图中箭头a的方向(以下，称为a向。)具有自由度而仅仅能够沿着a向移动的结构。

另外，可动电极6和可动侧导体4经由相互的接触面而电导通。在可动电极6的前端设有喷嘴5，喷嘴5和可动电极6一体移动。

可动电极6形成为能够向固定侧电极3之中接通的结构，如图1所示，在可动电极6接通于固定侧电极3的状态下，可动电极6和固定侧电极3经由相互的接触面而电导通。

即，在图1的状态下，固定侧电极3、可动电极6、可动侧导体4、及高电压导体8电导通，因此，当对固定侧电极3与高电压导体8之间施加电压时流通有电流。

在可动电极6向a向右侧移动而与固定侧电极3分离的图2的状态下，固定侧电极3和高电压导体8的电连结断开。在可动电极6的操作部侧连接有遮断部侧绝缘杆21，遮断部侧绝缘杆21通过绝缘支承筒7的内侧而与操作部连接。

在来自操作部的操作力的作用下，当遮断部侧绝缘杆21向a向移动时，可动电极6也追随地移动，因此，通过使可动电极6动作而与固定侧电极3电敞开、连接，由此能够实现向固定侧电极3与高电压导体8之间流通的电流的遮断及接通。

在高电压导体8的周围设有作为用于对向高电压导体8流通的电流进行检测的电流检测器的变流器51。

与上述的遮断部并联地具有固定于从固定侧电极3分支的导体48的并联电容器40、固定触点41、可动触点42、及从操作部侧与可动触点42连接的电容器侧绝缘杆44。可动触点42支承于与可动侧导体4连接的导向导体47，可动触点42形成为在始终保持与导向导体47电导通的状态下能够沿着a向移动的结构。

操作部在与密封容器1邻接设置的操作器壳体61内具有电动致动器32，在电动致动器32内配置有沿着a向进行直线动作的可动件31。

可动件31通过以能够在始终保持密封容器1的气密的状态下进行驱动的方式设置的直线密封部62而与遮断部侧绝缘杆21连结。遮断部侧绝缘杆21与可动电极6连结。也就是说，在可动件31的动作下，能够使遮断部中的可动电极6动作。

在可动件31的旁边配置有具有与可动件31的动作轴大致平行的动作轴的电容器侧绝缘杆44，电容器侧绝缘杆44通过以能够在始终保持密封容器1的气密的状态下进行驱动的方式设置的直线密封部63而与密封容器1内的可动触点42连结。也就是说，在电容器侧绝缘杆44的动作下，能够使可动触点42动作。

可动件31具有卡合部46，可动件31构成为，能够在沿着远离遮断部的方向(a向朝右)动作的行程的中途使卡合部46与被卡合部43卡合，并借助电动致动器32的操作力，使电容器侧绝缘杆44沿着远离电容器40的方向移动。需要说明的是，卡合部46只要在操作器壳体61内能够与被卡合部43卡合，也可以设于遮断部侧绝缘杆21。

即，遮断部中，在a向朝右的动作中，能够从行程的中途使可动电极6与可动触点42一体地移动。需要说明的是，如图2所示，可动件31的卡合部46在刚刚遮断后必须设置在不按压被卡合部43的位置处。

被卡合部43通过意欲将可动触点42保持为接通状态的接通弹簧45等弹性体而与密封容器1的操作器侧端部连结。当使可动件31沿着a向朝左动作时，在接通弹簧45的弹性力的作用下，可动触点42复原到与固定触点41接触。需要说明的是，接通弹簧45需要选定比可动件31的推力弱且对可动触点42的动作具有充分的弹性力的结构。

另外，接通弹簧45优选具有与电容器侧绝缘杆44、可动件31及遮断部侧绝缘杆21各自的动作轴大致平行的动作轴。如此，能够将来自电动致动器32的驱动力有效地用于电容器侧的开闭动作中。

电动致动器32通过设于操作器壳体的表面的密封端子33而与产生向电动致动器32供给的驱动电流的电源单元34电连接。

电源单元34以进而与控制单元35连接且接收来自控制单元35的指令的方式形成。控制单元35将用于控制电动致动器32的动作的控制信号向电源单元34输送，电源单元34根据从控制单元35输入来的控制信号，使向电动致动器32供给的驱动电流的电流量或相位变化。

控制单元35与变电站、发电站内的指令站连接，根据从指令站输入来的遮断部的接通指令、切断指令，使从电源单元34向电动致动器32供给的电流量或相位变化，从而作为控制遮断器的开闭动作的机构而发挥作用。

以下，使用图4～图5对电动致动器32的结构进行说明。图4是电动致动器32的一例，图5是表示沿着Z方向的、图4所示的固定件105的剖面形状的图。

电动致动器32例如由固定件105和可动件31构成。如图5所示，固定件105由磁性体103、磁性体103所具有的第一磁极101、与该第一磁极101对置配置的第二磁极102、设于第一磁极101及第二磁极102的外周的绕组104构成。在固定件105的第一磁极101及第二磁极102之间隔着空隙配置由永久磁铁106及将该永久磁铁106夹在中间而进行支承的磁铁固定构件107构成的可动件31，从而构成电动致动器32。

永久磁铁106的磁化方向为Y方向(图4中，上下方向)，按照相邻的磁铁交替地进行磁化。另外，磁铁固定构件107的材质为非磁性的材料。

可动件31为了保持永久磁铁106与第一磁极101及第二磁极102之间的间隔，由对相对于Z方向以外的方向的动作进行约束的机械部件来支承。为了固定件105和永久磁铁106相对地沿着Z方向进行驱动，通过对固定件105进行固定，从而使包括永久磁铁106在内的可动件31向Z方向移动。

在驱动时，通过向绕组104流通电流而产生磁场，从而能够产生与固定件105和永久磁铁106的相对位置相应的推力。另外，通过对固定件105与永久磁铁106的位置关系、向绕组104流通的电流的相位及大小进行控制，能够实现推力的大小、及朝向的调整。

可动件31的动作控制以如下的方式进行，即，根据将断开指令及闭合指令向控制单元35输入的情况，从电源单元34向电动致动器32流通电流，并借助电动致动器32将电信号转换为可动件31的驱动力。

电动致动器32通过使电流导通而产生操作力，由此无需设置复杂的连杆机构，除了行程的前进端位置、后退端位置以外，还可实现在行程中间位置的计三处以上的位置使可动电极6停止。

需要说明的是，上述的说明仅是一例，只要是能够将电信号转换为驱动力并控制驱动力的大小、朝向，且能够在行程的前进端位置、后退端位置、行程中间的计三处以上的位置使可动件停止及再驱动的结构，也可以采用其他类型的电动致动器。

使用图6、7对适用于本实施例的电动致动器进行说明。在本实施例中，三个单位的电动致动器32a、32b、32c沿着Z方向(可动电极的动作轴方向)排列配置。在本实施例中，如上所述，一个单位由两个固定件构成，三个单位的电动致动器由计六个固定件构成，但一个单位也可以由一个以上的固定件构成，三个单位的电动致动器也可以由其3倍个数的固定件构成。

电动致动器32b以电相位相对于电动致动器32a错离120°的方式配置，对于电动致动器32c而言，以电相位错离240°的方式配置。

在该电动致动器配置中，当向各电动致动器的绕组104流通三相电流时，能够实现与三相的线性马达相同的动作。通过使用三个单位的电动致动器，还能够将各电动致动器作为三个独立的电动致动器而单独地对电流进行控制来调整推力。

能够从控制机构分别向各致动器中的绕组通入大小不同或相位不同的电流。作为一种做法，可考虑将从一个交流电源供给的U、V、W的三相电流进行分开供给。在这种情况下，无需具备多个电源而变得简便。另外，在这种情况下，也可以将上述的密封端子33设为共有。

以下，对本实施例中的带有并联电容器的气路遮断器的动作进行说明。图1表示带有并联电容器的气路遮断器的闭合状态。在该状态下，根据控制单元35的指令，固定件31被保持在遮断部侧的行程端，固定侧电极3和可动侧导体4经由可动电极6电连接而形成主电路。另外，固定接点41和可动触点42也闭合，并联电容器40与主电路电并联连接。

在这种状态下，当对控制单元35输入来自指令站的切断指令时，根据控制单元35的指令驱动电动致动器32，使可动电极6沿着a向朝右移动而电敞开。图2示出刚刚进行该遮断动作后的状态。

在这种状态下，由于可动件31的卡合部46尚未按压被卡合部43，故可动触点42不移动，而并联电容器40在极间被电并联连接。

在遮断动作时，即便固定侧电极3和可动电极6分离，在极间也产生电弧，始终处于电连结的状态，因此，通过从喷嘴5吹附压缩后的气体，从而衰减并遮断电弧。在上述方式的遮断器中为了使遮断成功，需要使极间的绝缘耐受遮断刚刚成立之后产生的过渡恢复电压。

另外，一直以来广泛地采用如下方法：与遮断部的极间并联地连接电容器，使过渡恢复电压的上升迟缓来提高遮断性能，不过，在现有的方法中由于保持着电容器并联连接的状态，故在遮断后经由电容器而流通电流。当在遮断完成后变流器对经由电容器的电流进行检测时，遮断的成功与否变得不清楚，可能使变电站内的控制混乱。

另外，在变电站的作业中，利用遮断器完成系统的遮断而在安全这种认识下进行作业，存在因经由并联电容器的系统电压的施加而引发触电事故的危险性。遮断的电流越大，遮断器所需的电容器的容量也越大，故存在采用并联电容器的风险变高的问题。

在本实施例中，在遮断刚刚成立后保持图2的状态，利用并联电容器40，使刚刚遮断后的过渡恢复电压的上升迟缓而妨碍再起弧。然后，在过渡恢复电压收敛之后，根据来自控制单元35的指令驱动电动致动器32，使可动电极6进一步沿着a向朝右移动。此时，可动件31的卡合部46按压被卡合部43，与其连动地，可动触点42也移动，从而可动触点42从固定触点41断离。

另外，与此同时地，接通弹簧45伸展，蓄积再接通时的弹性力。图3示出将遮断部打开至操作部侧的行程端的状态。在该动作的作用下，并联电容器40从主电路断离，故消除经由并联电容器40而流通电流的风险。

现有技术中，在气路遮断器的操作部中广泛地利用借助弹簧的弹性、压缩油的供给而能够瞬间获得大推力的弹簧操作器、液压操作器，不过，遮断部的驱动速度由作用于可动部分的惯性力、在滑动面上产生的摩擦力、及遮断部的可动部分从因电弧而发热的SF₆气体受到的反作用力和操作器的操作力的平衡来确定，因此，在遮断部的动作中，对于无法变化为任意的推力的弹簧操作器或液压操作器而言，无法自如地控制遮断部的驱动速度。另外，在弹簧、液压工作缸的结构方面，难以在行程的中途使动作停止、再开。

为了采用一个弹簧操作器或液压操作器来实现本实施例的各种各样的使遮断动作延迟的并联电容器的触点动作，考虑有如下的各种方法：通过连杆机构等的组合，在操作器的动作行程的前半行程中进行遮断，在紧接着的动作行程的后半行程中将并联电容器的触点打开，但均使结构变得复杂而导致操作部的大型化。另外，在对于遮断动作而需要对意欲使并联电容器的触点动作延迟的时间进行调整的情况下，可能还需要对操作部进行分解的重组。

与其相对地，如本实施例那样，若操作部采用电动致动器32，则通过向电动致动器32供给的电流的大小或相位的控制，能够在行程中途使可动件31的动作加速、减速，从而也能够在任意的位置处将停止状态保持任意的时间。因而操作部也成为小型化，对于遮断动作而意欲使并联电容器40的触点动作延迟的时间也能够通过来自控制单元35的指令变更来应对，故也不会产生对操作部进行重新组装的作业。

另外，遮断器在使遮断部的开闭动作反复而组合的动作模式中，也由规格来限定必须维持其功能的职责。该动作职责具有几个种类，其中，存在有在遮断部的开路动作的0.3秒后再次进行闭路动作、连续且直接地开路的高速再接通的动作职责。

在通过前述的单一的操作机构、和机构的组合来实现并联电容器的触点延迟动作的方法中，遮断部的开闭动作和并联电容器的触点动作连续，故存在如下问题：需要将并联电容器的触点动作的开闭收敛在0.3秒以内，为了实现高速再接通而需要大操作力的操作器。

与其相对地，本实施例的电动致动器虽然为单一的操作机构，但在动作行程内能够对作用于可动件的推力的大小、朝向进行自如地控制，并能够分开使用连续执行遮断动作与并联电容器的触点动作的控制、和转向在始终保持闭合并联电容器的触点的状态下再次闭合遮断部的动作的控制，故能够利用操作力小的操作器来实现遮断器的高速再接通。

在带有电容器的气路遮断器中，在遮断成功后将并联电容器断离的方法在现有技术中也被发明，但另行需要用于使主遮断部动作的操作器和用于使并联电容器触点动作的操作器，存在设备大型化的顾虑。

在基于本实施例的方式中，可动触点42的复原需要接通弹簧45，但其他的动作能够汇集于一个电动致动器，故可预见能够使设备小型化的效果。

另外，设置通过一个操作器在操作器的动作行程的前半行程中进行遮断、在紧接着的动作行程的后半行程中将并联电容器的触点打开那样的机构部，获得与本实施例相同的效果的方法在现有技术中也被发明，但机构部的结构复杂化。与其相对地，基于本实施例的方式具有结构简单且能够使可靠性提高这样的优点。

即，根据电动致动器方式的操作器，无需采用复杂的连杆机构，能够实现一种带有并联电容器的气路遮断器，其除了具有能够在行程的前进端位置、后退端位置、及行程中途的任意一处以上的位置使可动件自如停止的效果以外，还具有小型且可靠性高等优点。

Claims (4)

1.一种带有并联电容器的气路遮断器，其中，

由封入有绝缘性气体的密封容器和操作器壳体来构成遮断器，

在所述密封容器内设有遮断部，

所述遮断部由固定部及可与该固定部分离或接触的可动部构成，

在所述可动部连接高电压导体，

在所述可动部安装有使所述可动部沿着接通方向及遮断方向动作的遮断部侧绝缘杆，

所述遮断部侧绝缘杆在所述操作器壳体内与构成电动致动器的可动件连结，

在所述密封容器内，电容器与所述遮断部电并联连接，

在所述电容器电连接有可动触点，

在所述可动触点安装有电容器侧绝缘杆，

所述遮断部侧绝缘杆或所述可动件在所述操作器壳体内具有卡合部，

所述电容器侧绝缘杆在所述操作器壳体内比所述卡合部更远离所述遮断部的一侧具有与所述卡合部卡合的被卡合部，

利用接通弹簧将所述被卡合部与所述密封容器的操作器侧端部连结。

2.根据权利要求1所述的带有并联电容器的气路遮断器，其特征在于，

所述可动件、所述遮断部侧绝缘杆、所述电容器侧绝缘杆、及所述接通弹簧分别具有大致平行的动作轴。

3.根据权利要求1或2所述的带有并联电容器的气路遮断器，其特征在于，

所述电动致动器具有：

可动件，其以交替反转磁化方向的方式排列有多个永久磁铁或磁性材料并一体形成；

固定件，其由从上下方向将所述可动件夹在中间而配置的第一磁极及第二磁极、将所述第一磁极与所述第二磁极连结并形成磁通的路径的磁性体、及分别卷绕于所述第一磁极与所述第二磁极的绕组构成；

电流检测器，其对在所述高电压导体中流通的电流进行检测；及

控制机构，其根据由所述电流检测器检测到的电流值而使向所述绕组供给的电流量变化。

4.根据权利要求3所述的带有并联电容器的气路遮断器，其特征在于，

沿着所述可动件的动作方向配置有3的整数倍的所述固定件的一个单位，

所述绕组为按照相邻的所述固定件的一个单位错离120°电相位的配置，通过向所述电动致动器的各个绕组流通三相电流，能够实现作为三相线性马达的动作。

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