CN104269315B - 带限流器的大功率开关 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有限流器的大功率开关，包括由空心管状主导体、内外连接体、静主触头和环状动主触头等组成的主导电回路，以及由具有灭弧功能的开断装置与限流器等组成的灭弧支路。灭弧支路与主导电回路之间是并联关系。限流器作为开关组成元件位于主导体之内。当开关开断短路电流时，主导电回路先断开，电流转移至灭弧支路，限流器将短路电流限制在开断装置的开断容量之内，使开断装置能够在不增加尺寸体积和设计复杂程度的基础上开断更高数值短路电流，将开关的设计和制造成本控制在更加合理的范围内，提高产品经济效益。

Description

带限流器的大功率开关
【技术领域】
本发明涉及电气开关技术领域，特别涉及大功率开关的设计和制造。
【背景技术】
目前大功率开关(如发电机断路器)普遍采用载流回路和灭弧支路并联的设计，通过具有较大导流截面和散热面积的载流回路承载额定负荷电流，由灭弧支路中的灭弧室开断额定短路电流。当短路电流峰值很高时，灭弧室内触头分离时产生的强电流电弧会烧损触头，电流过零后，触头之间的等离子体又具有很高的浓度和温度，导致触头之间热击穿，使灭弧室内重新燃弧，造成开断短路电流失败。如果仅靠增大灭弧室的尺寸或增大吹弧气室体积的方法提高灭弧室的开断能力，又会增加整个开关的重量、增加成本、加重操动机构负担等。同时，对于这一类开关，重新开发新的更大开断容量的灭弧室会带来很高的技术风险和开发费用，并需要较长的开发时间，若需求量不大，则会带来很高的成本压力，达不到很好的技术经济效果。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种带有限流器的大功率开关，通过在灭弧支路中整合限流器的方式，使开关具备开断更高数值短路电流的能力。
为达到上述目的，本发明所述的大功率开关包括管状第一和第二主导体、第一和第二外连接体、第一和第二内连接体、第一和第二静主触头、环状动主触头、环状第一和第二绝缘体、具有灭弧功能的开断装置、限流器以及操动机构；所述第一主导体、第一外连接体、第一静主触头、环状动主触头、第二静主触头，第二外连接体以及第二主导体依次串联连接组成开关的主导电回路，动主触头同时与具有分合闸功能的操动机构相连；具有灭弧功能的开断装置和限流器串联组成开关的灭弧支路，开断装置同时与具有分合闸功能的操动机构相连；灭弧支路与主导电回路并联连接。
所述第一和第二主导体为空心式结构且同轴布置；所述限流器作为开关灭弧支路的组成部分与开断装置一起安置于第一主导体的内部，该限流器可以是但不限于电抗器、电阻器、超导限流器。
所述开断装置位于限流器外部空间或者部分或全部伸入限流器空腔内。
所述限流器的一端和第一主导体连接，另外一端和开断装置连接，并且限流器沿第一主导体的轴线放置。
所述限流器与开断装置相连的一端与主导体及内连接体之间具有足够的绝缘水平，它可以通过气体间隙建立，也可通过绝缘体阻隔建立，即具备足够的耐电压能力而不会发生击穿。
所述主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值。
所述第一外连接体和第一内连接体相连，第二外连接体和第二内连接体相连；第一外连接体和第二外连接体通过第一绝缘体连接，第一内连接体和第二内连接体通过第二绝缘体连接。第一和第二外连接体、第一和第二内连接体以及第一和第二绝缘体共同围成空腔。所述第一和第二静主触头和动主触头位于该空腔内。
另一种设计中，所述第一外连接体和第二外连接体通过第一绝缘体连接，第一外连接体又通过第二绝缘体和第一内连接体相连，第一内连接体的另一端与开断装置连接；第二外连接体直接和第二内连接体相连，第二内连接体的另一端与开断装置连接。第一和第二外连接体、第一和第二内连接体以及第一和第二绝缘体共同围成一个大的空腔，所述第一和第二静主触头、动主触头以及开断装置都位于该空腔内。
所述第一静主触头和第二静主触头分别设置在第一外连接体和第二外连接体上，动主触头跨接在第一静主触头和第二静主触头之间。
当由所述第一和第二外连接体、第一和第二内连接体以及第一和第二绝缘体共同围成的空腔为密闭腔体时，其内部充入绝缘气体SF6。
所述第一和第二静主触头与动主触头一起构成了主导电回路开关，此主导电回路开关具备一定的耐电弧烧蚀能力和熄灭电弧能力。
所述开断装置采用真空灭弧室或者气吹灭弧室，在开断装置采用真空灭弧室的情况下，驱动开断装置的操动机构选用弹簧操动机构或者具有选相功能的永磁操动机构。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明所述的大功率开关由主导电回路与灭弧支路并联而成，具有承载大电流及开断高数值短路电流的能力。其中灭弧支路通过串联限流器的方式，增加了短路阻抗，限制了灭弧支路中短路电流的数值，降低了电弧燃烧时释放的能量，极大地减轻了开断装置的负担，提高了开断成功率。
由于串联限流器的加入，短路电流受到抑制，开断装置的设计参数与体积尺寸可控制在更加合理的范围内，降低了设计和制造的成本，提高了产品的经济效益；串联限流器被整合进灭弧支路内，与开关合为一体，也增加了整个开关的集成度。
此外，若灭弧支路的开断装置采用真空灭弧室，可减少SF6气体的用量，有利于环保；再配以永磁操动机构，能够实现灭弧室的选相分合闸，从而缩短燃弧时间，既有利于开断又减少了电弧对触头的烧损，延长了开断装置的寿命。
本技术方案，在成熟开断装置的基础上，通过在灭弧支路串联限流器的方法，可较快地、在花费较少的条件下实现提高短路电流开断能力的要求。本方案在采用成熟灭弧室和操动机构时，在可靠性指标上有优势。
【附图说明】
图1为本发明第一实施例的结构示意图，限流器的左端(a)和第一主导体连接，右端(b)和开断装置连接；
图2为本发明第二实施例的结构示意图，限流器的左端(a)和开断装置连接，右端(b)和第一主导体连接。
图3为本发明第三实施例的结构示意图，动、静主触头与开断装置位于同一腔体之内。
其中：1、2分别为第一和第二主导体，3和3′分别为第一和第二静主触头、4为环状动主触头、5为具有灭弧功能的开断装置、6为限流器、7和7′分别为第一和第二绝缘体，8为操动机构，9和10分别为第一和第二外连接体，9′和10′分别为第一和第二内连接体。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
请参阅图1、图2和图3。本发明所述的带限流器的大功率开关，包括前后两段用于承载负荷电流的第一和第二主导体1、2、第一和第二静主触头3、3′、动主触头4、第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′、具有灭弧功能的开断装置5、限流器6、第一和第二绝缘体7、7′以及操动机构8。
所述第一主导体1和第二主导体2同轴布置。第一主导体1、第一外连接体9、第一静主触头3、动主触头4、第二静主触头3′、第二外连接体10和第二主导体2依次连接形成主导电回路，用于在正常工作时导通负荷电流。
所述第一和第二静主触头3、3′与动主触头4一起构成了主导电回路开关，此主导电回路开关具备一定的耐电弧烧蚀能力和熄灭电弧能力。
第一和第二实施例中，所述第一外连接体9和第一内连接体9′相连，第二外连接体10和第二内连接体10′相连；第一外连接体9和第二外连接体10通过第一绝缘体7连接，第一内连接体9′和第二内连接体10′通过第二绝缘体7′连接。第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′以及第一和第二绝缘体7、7′共同围成空腔，所述第一和第二静主触头3、3′和动主触头4位于该空腔内。
当由所述第一和第二外连接体9、9′、第一和第二内连接体10、10′以及第一和第二绝缘体7、7′共同围成的空腔为密闭腔体时，其内部充入绝缘气体，如SF6。
所述开断装置5可以位于限流器外部空间，也可以部分或全部伸入限流器6空腔内以使开关结构更紧凑。
第三实施例中，所述第一外连接体9和第二外连接体10通过第一绝缘体7连接，第一外连接体9又通过第二绝缘体7′和第一内连接体9′相连，第一内连接体9′的另一端与开断装置5的静侧连接；第二外连接体10直接和第二内连接体10′相连，第二内连接体10′的另一端与开断装置5的动侧连接。第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′以及第一和第二绝缘体7、7′共同围成一个大的空腔，所述第一和第二静主触头、动主触头以及开断装置都位于该空腔内。该空腔为密闭空腔，内部充入绝缘气体，如SF6。
所述开断装置5和限流器6都位于主导体内部，且与第一主导体1同轴布置。开断装置5与限流器6串联形成的灭弧支路用于开断、关合负荷电流与短路电流。
所述动主触头4和并联开断装置5可以由同一操动机构驱动，也可分别由不同的操动机构驱动。开关正常通流状态下，主导电回路和灭弧支路均导通，由于主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值，所以电流主要流经主导电回路。开关开断过程中，先由动主触头4动作使主导电回路分断，使电流转移至灭弧支路上，因为灭弧支路串有限流器，短路电流数值被限制在允许范围内，使开断装置5能够顺利开断。开关关合电流过程正好相反，开断装置5中的触头先闭合，灭弧支路导通电流，随后动主触头4使主导电回路接通，电流转移至电阻更小的主导电回路上。

Claims (11)

1.一种带限流器的大功率开关，其特征在于：包括管状第一和第二主导体(1、2)、第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)、第一和第二静主触头(3、3′)、动主触头(4)、环状第一和第二绝缘体(7、7′)；具有灭弧功能的开断装置(5)、限流器(6)以及操动机构(8)；所述第一主导体(1)、第一外连接体(9)、第一静主触头(3)、动主触头(4)、第二静主触头(3′)、第二外连接体(10)以及第二主导体(2)依次连接组成开关的主导电回路，动主触头(4)同时与具有分合闸功能的操动机构(8)相连；具有灭弧功能的开断装置(5)和限流器(6)串联组成开关的灭弧支路，开断装置(5)同时与具有分合闸功能的操动机构相连；灭弧支路与主导电回路并联连接；
所述第一外连接体(9)和第一内连接体(9′)相连，第二外连接体(10)和第二内连接体(10′)相连；第一外连接体(9)和第二外连接体(10)通过第一绝缘体(7)连接，第一内连接体(9′)和第二内连接体(10′)通过第二绝缘体(7′)连接；第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)以及第一和第二绝缘体(7、7′)共同围成空腔；所述第一和第二静主触头(3、3′)和动主触头(4)位于该空腔内。
2.一种带限流器的大功率开关，其特征在于：包括管状第一和第二主导体(1、2)、第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)、第一和第二静主触头(3、3′)、动主触头(4)、环状第一和第二绝缘体(7、7′)；具有灭弧功能的开断装置(5)、限流器(6)以及操动机构(8)；所述第一主导体(1)、第一外连接体(9)、第一静主触头(3)、动主触头(4)、第二静主触头(3′)、第二外连接体(10)以及第二主导体(2)依次连接组成开关的主导电回路，动主触头(4)同时与具有分合闸功能的操动机构(8)相连；具有灭弧功能的开断装置(5)和限流器(6)串联组成开关的灭弧支路，开断装置(5)同时与具有分合闸功能的操动机构相连；灭弧支路与主导电回路并联连接；
所述第一外连接体(9)和第二外连接体(10)通过第一绝缘体(7)连接，第一外连接体(9)的另一端通过第二绝缘体(7′)与第一内连接体(9′)连接，所述第一内连接体(9′)的另外一端与所述开断装置(5)的一侧连接；所述第二外连接体(10)直接与第二内连接体(10′)连接，所述第二内连接体(10′)的另外一端与所述开断装置(5)的另一侧连接；第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)以及第一和第二绝缘体(7、7′)共同围成空腔；所述第一和第二静主触头(3、3′)和动主触头(4)以及开断装置(5)位于该空腔内。
3.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述第一和第二主导体(1、2)为空心式结构且同轴布置；所述限流器(6)作为开关灭弧支路的组成部分与开断装置(5)一起安置于第一主导体(1)的内部。
4.如权利要求2所述的大功率开关，其特征在于：所述第一和第二主导体(1、2)为空心式结构且同轴布置；所述限流器(6)作为开关灭弧支路的组成部分与开断装置(5)一起安置于第一主导体(1)的内部。
5.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述开断装置(5)部分或全部伸入限流器(6)空腔内。
6.如权利要求2所述的大功率开关，其特征在于：所述开断装置(5)位于限流器(6)外部空间，且开断装置(5)与限流器(6)在轴向方向上串联连接。
7.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述限流器(6)的一端和第一主导体(1)连接，另外一端和开断装置(5)连接，并且限流器(6)沿第一主导体(1)的轴线放置。
8.如权利要求1至6中任意一项所述的大功率开关，其特征在于：所述主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值。
9.如权利要求1或2所述的大功率开关，其特征在于：所述第一静主触头(3)和第二静主触头(3′)分别设置在第一外连接体(9)和第二外连接体(10)上，动主触头(4)跨接在第一静主触头(3)和第二静主触头(3′)之间。
10.如权利要求1或2所述的大功率开关，其特征在于：当由所述第一和第二外连接体(9、9′)、第一和第二内连接体(10、10′)以及第一和第二绝缘体(7、7′)共同围成的空腔为密闭腔体时，其内部充入绝缘气体。
11.如权利要求1至7中任意一项所述的大功率开关，其特征在于：所述开断装置(5)采用真空灭弧室或者气吹灭弧室，在开断装置(5)采用真空灭弧室的情况下，驱动开断装置(5)的操动机构选用弹簧操动机构或者具有选相功能的永磁操动机构。
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