CN1068136C

CN1068136C - 断路器

Info

Publication number: CN1068136C
Application number: CN97110235A
Authority: CN
Inventors: L·策恩德; R·安德列斯; B·布吕尔; C·达勒; K·卡尔腾纳格
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 2001-07-04
Anticipated expiration: 2017-04-03
Also published as: KR100434927B1; US5929409A; JP4297993B2; EP0800191B1; EP1359597B1; DE19613568A1; EP0800191A3; UA42021C2; CA2199350A1; DE59712446D1; CA2199350C; KR970071877A; DE59711587D1; CN1170948A; JPH1031945A; EP1359597A2; EP0800191A2; EP1359597A3; RU2189657C2

Abstract

本发明断路器具有至少一个充绝缘介质的、沿中心轴延伸的并带有一条断路电流路径的灭弧室和两个布置在中心轴上并在轴向内相隔一定距离的布置在断路电流路径内的燃弧触头结构，在合闸状态下，这两个燃弧触头结构通过一个活动的搭接触头电连接，在固定的燃弧触头结构之间是电弧区。额定电流路径与断路电流路径平行布置。搭接触头沿中心轴布置在燃弧触头结构的内部。这种布置可将搭接触头的质量作得很小，所以，可提高搭接触头的分闸速度。

Description

断路器

本发明涉及一种断路器。

DE42 00 896 A1公知的一种断路器具有一个带两个相隔一定距离的固定燃弧触头的灭弧室，该灭弧室充有一种绝缘气体，最好是有一定压力的SF6(六氟化硫)气体。在灭弧室接通状态下，两个燃弧触头借助于一个活动的搭接触头相互电连接。该搭接触头同心布置在圆筒形燃弧触头中间。搭接触头和两个燃弧触头构成一个断路电流路径，只有在断开时，这个断路电流路径才有电流通过。在断开时，搭接触头从第一燃弧触头滑下并产生电弧，电弧首先在第一燃弧触头和面对它的搭接触头的端部燃烧。一旦该端部达到第二燃弧触头，电弧的弧根便从搭接触头的一端转换到第二燃弧触头。这时电弧在两个燃弧触头之间燃烧，直至被吹灭为止。吹灭电弧所需的压力绝缘气体通常由一个与搭接动触头连接的吹弧活塞产生。

这种断路器具有一个与断路电流路径平行的额定电流路径，在断路器合闸状态下，额定电流路径接通工作电流。额定电流路径围绕断路电流路径同心布置。搭接触头在这里与一个布置在额定电流路径中的额定电流动触头机械刚性连接。在断开时，额定电流路径首先断开，然后待开断的电流转换到断路电流路径，如上所述，在断路电流路径中产生电弧，然后熄灭。

搭接接头由于它的尺寸而具有相当大的运动质量需要在开断过程中加速和制动。所以断路器的操作机构必须具有为此所需的能量。

DE31 27 962 A1公知的另一种断路器具有一个带两个相隔一定距离的固定燃弧触头的灭弧室。该灭弧室充有一种绝缘气体，最好是有压力的SF₆气体。在灭弧室接通状态下，两个燃弧触头借助于一个活动搭接触头相互电连接。搭接触头同心布置在圆筒形燃弧触头中间。搭接触头在这里同时作为额定电流触头。这种断路器在开断时与上述断路器相似。

这种搭接触头同样由于它的尺寸而具有相当大的运动质量，需要在开断过程中加速和制动。所以，这种断路器的操作机构必须具有为此所需的能量。

本发明的目的是：提出一种用相当小的能量的操作机构就能提高搭接触头速度的上述那类断路器，同时断路器的额定电流路径具有特别高的耐用性。

由于这种断路器的搭接触头布置在燃弧触头内部沿中心轴线延伸，所以，这种断路器具有小的直径和特别小的质量。因此，这种断路器可用相当大的开断速度工作，因为这种质量小的搭接触头可用相当小的和廉价的操作机构有效加速并在开断运动结束时可靠制动。

此外，这种搭接触头在这里作成简单的导电杆而不具有弹性接触元件，因而制作简单、价格低廉。

根据本发明的断路器，额定电流动触头的运动速度比与它通过一个减速连杆机构连接的搭接触头的运动速度慢得多。由于较小的机械负荷，额定电流触头的寿命显著提高，从而大大改善断路器的利用率。

在本发明断路器结构中，额定电流动触头放在一个与由电弧产生热气体和烧损微粒的断路器范围完全隔开的容积中，所以这种热气体和烧损微粒不可能对额定电流触头产生副作用，从而提高额定电流触头的耐用寿命。

根据本发明断路器结构，由于燃弧触头及部分壳体采用对称于一个对称平面的相同部件构成，所以进一步降低了成本。

下面借助于只是表示一种可能实施例的附图来详细说明本发明及其改进以及由此可能达到的优点。

附图是：

图1表示在合闸状态下本发明断路器第一种结构型式的触头区的一个截面；

图2表示在分闸过程中本发明断路器第一种结构型式的触头区的一个截面；

图3表示本发明断路器第二种结构型式的触头区的部分截面；

图4表示本发明断路器的一个简化截面，图的右半部表示断路器处于合闸状态，左半部表示断路器处于分闸状态。

在全部图中，凡作用相同的件都用相同的参考符号表示，凡是对直接理解本发明不需要的件在图中都未示出。

图1表示本发明断路器在合闸状态下第一种结构型式的灭弧室触头区1的简化截面。灭弧室围绕中心轴2同心对称布置。沿这种中心轴2延伸的圆柱形金属导电杆3借助于图中未示出的操作机构沿中心轴2运动。导电杆3具有一个有利于绝缘的端部形状4，在必要时该端部可用耐弧导电材料作成。在合闸状态下，导电杆3搭接两个燃弧触头结构5，6之间的距离a形成导电状态。

燃弧触头结构5具有一个在图中简化的触头7，该触头与金属的板状支座8的一个凸台电连接。触头7具有弹性紧贴在导电杆3表面上的金属接触指。在面对燃弧触头结构6的支座8的一侧上，在两个燃弧触头结构5和6之间的最小距离的部位用公知的一种方法与支座8连接一块耐弧板9，以保护接触指的两端10不受烧损。耐弧板9最好用石墨制造，亦可用其他导电的耐弧材料如钨铜化合物制造。背向支座8的耐弧板9的表面用耐弧绝缘材料制成的环形罩36保护，以免电弧作用。此外，环形罩36还防止弧根移入存贮容积17太远。

燃弧触头结构6与燃弧触头结构5相同，并对称布置，点画线11表示垂直于中心轴2的对称平面。燃弧触头结构6具有一个简化的触头12，该触头与金属板状的支座13的凸台电连接。触头12的金属接触指弹性紧贴在导电杆3的表面上。在支座13面向燃弧触头结构5的一侧上，在两个燃弧触头5和6之间的最小距离位置上有一块耐弧板14，该板用一种公知的方法与支座13连接成使接触指的端部15不受烧损。耐弧板14最好用石墨制造，但亦可用其他导电的耐弧材料例如铜钨化合物制造。背向支座13的耐弧板14的表面用耐弧绝缘材料作成的环形防护罩41保护，以免电弧作用。此外，保护罩41还防止弧根移入贮气容积17太远。

在支座8和13之间卡入一个与中心轴2同心布置的环形绝缘隔板16。支座8和13以及隔板16包围环形贮气容积17，该容积用来存贮吹灭电弧所需的压力绝缘气体。支座8表示圆筒形全封闭金属壁排气容积18的端面，而支座13则是圆筒形全封闭金属壁排气容积19的端面。如果存在一条额定电流路径，则在断路器合闸状态下位于此额定电流路径中的额定电流动触头在两个排气容积18、19的金属壁之间建立电连接。在这种情况下，导电杆3只有相当小的杂散电流通过。

支座13有一个孔20，此孔用一个简化表示的单向阀21封闭。管道22连接在此孔上并在开断过程中由与导电杆3连接的活塞缸将压缩绝缘气体送入贮气容积17中。但只有当贮气容积17中的压力低于管道22内的压力时，压力绝缘气体才可流入贮气容积17中。

图2表示本发明断路器在开断过程中灭弧室的第一种结构型式的触头区1的简化截面。导电杆3在它的开断运动过程中在耐弧板9和14之间的箭头27方向内引起电弧23。电弧23将其周围的绝缘气体加热，从而在短时间内使灭弧室这个叫做电弧区24的区域内压力升高。压力绝缘气体短时间存贮在贮气容积17中。但压力绝缘气体的一部分一方面通过孔25流入排气容积18中，另一方面则通过孔26流入排气容积19中。

导电杆3与一个在开断过程中将绝缘气体压缩的活塞缸连接。如箭头28所示，当贮气容积17内的压力低于管道22内的压力时，这种压缩的绝缘气体通过管道22流入贮气容积17中。例如当电弧23的电流很弱，以致不可能剧烈加热电弧区24时就是这种情况。但当强电流的电弧23剧烈加热电弧区24而使贮气容积17内的绝缘气体产生较大的压力时，则在超过预定极限值后过压阀29打开，于是剩余的压力泄入排气容积18中。但当断路器例如设计成相当小的开断电流时，亦可不用过压阀。

如果电弧23围绕中心轴2旋转，则由此而使电弧区24的加热显著增加。图3表示本发明断路器在开断状态下在吹弧线圈30和31的接触区的部分截面。在开断时，吹弧线圈30和31的磁场按公知的方式引起电弧23旋转。吹弧线圈30放入支座8的一个槽中，其中线圈的一端32具有金属接触面，该接触面用螺丝33压到支座8的金属表面上。这样线圈端32就与支座8电连接。在吹弧线圈30面对支座8的表面的其余部分和支座8之间设置有电绝缘板34，该绝缘板34还将吹弧线圈30的线圈隔开。吹弧线圈30的另一端35与耐弧板9电连接。背向支座8的吹弧线圈30的表面和耐弧板9表面的一部分用耐弧绝缘材料制作的罩36保护，以免受电弧作用。

吹弧线圈31放入支座13的一个槽中，其中线圈的一端37具有金属接触面，该接触面用螺丝38压到支座13的金属表面上。这样线圈端37就与支座13电连接。在吹弧线圈31面对支座13的表面的其余部分和支座13之间设置有电绝缘板39，该绝缘板39还将吹弧线圈31的线圈隔开。吹弧线圈31的另一端40与耐弧板14电连接。背向支座13的吹弧线圈31的表面和耐弧板14表面的一部分用耐弧绝缘材料制作的罩41保护，以免受电弧作用。

两个吹弧线圈30和31布置成能使这两个吹弧线圈30和31产生的磁场相互加强。在这种结构型式中，两个保护罩36和41构成一个环形喷口，该喷口的最窄处的距离为a并沿径向扩大直至过渡到贮气容积17。

图4表示本发明断路器的简化截面，图的右半部表示断路器处于合闸状态，左半部表示断路器处于分闸状态。断路器围绕中心轴2同心布置，它的断流触头设有吹弧线圈30,31。充有压力绝缘气体最好是SF6气体的排气容积18用支座8和一个与该支座连接的圆筒形壳壁42以及一个位于支座8对面的用螺丝与壳壁42连接的封闭盖43封闭。封闭盖43有一个圆柱形的沿孔25方向延伸的气流偏转板44。外壳壁42和封闭盖43以及支座8一般用导电好的金属制作。

壳壁42与一个圆筒形的绝缘管45气密连接。在壳壁42对应端上，绝缘管45与另一个圆筒形壳壁46气密连接。壳壁46与壳壁42完全相同，但与它镜象对称布置，点画线11表示镜象对称平面。绝缘管45与绝缘隔板16同心布置。壳壁46与支座13连接。充有压力绝缘气体最好是SF6气体的排气容积19用支座13封闭，与此支座13连接的壳壁46和此支座对边的盖47用螺丝与壳壁46气密连接。盖47的中心有一个圆筒48。壳壁46和盖47以及支座13一般都用导电好的金属制造。在两个壳壁42和46之间有一定的距离b。壳壁42外部设置有电流接线头49的固定卡。壳壁46外部也设置有电流接线头50的固定卡。绝缘管45设置在一个由两个壳壁42和46构成的槽中，从而将排气容积18和19内的压力所引起的、使绝缘管45轴向受力的拉力减小到最低限度。由于绝缘管45的外表面布置在槽中而对防止运输损坏特别有利。

与导电杆3连接的压力活塞51在圆筒48中滑动，并在导电杆3开断运动过程中压缩圆筒48内的绝缘气体。压缩的绝缘气体经管道22和22a流入贮气容积17中。当圆筒48内产生过高的压力时，可通过一个图中未示出的过压阀将过压力泄入排气容积19中。

导电杆3通过一个图中未示出的操作机构驱动。在该导电杆3上至少铰接一根连杆52，连杆的另一端可在壳壁46内旋转和移动。回转杆53可旋转地与连杆52连接，并将连杆52作用的力传递到铰接杆54上。铰接杆54与中心轴2的方向平行运动，并在壳壁46和支座13上进行摩擦很小的导向运动。杆54的另一端与一个用三角形简化表示的接触指支座55连接。接触指支座55用来固定多个单独的弹性悬挂的接触指56。如图4所示，为了避免倾斜，至少设置了两根这样的连杆来操作接触指支座55。在合闸状态下，接触指56构成断路器额定电流路径的活动部分。图4右部表示断路器处于合闸状态下的接触指支座55，在这个位置上接触指56搭接距离b实现导电。电流通过断路器例如从电流接线头49经壳壁42、接触指56和壳壁46流到电流接线头50。

容纳额定电流路径活动部分的空间57用绝缘隔板16和支座8、13完全与电弧区24隔开，所以电弧区24产生的烧损粒子不可能到达额定电流触头的范围而对它产生不利影响。因而额定电流触头的寿命大大提高，从而提高断路器的利用率。

各由一个连杆52、回转杆53和杆54组成的杠杆机构设计成可由图中未示出的操作机构使导电杆3产生的10米/秒至20米/秒的相当高的开断速度变换成接触指支座55大约小10倍的1米/秒至2米/秒的开断速度。由于接触指支座55这种较慢的运动，所以，接触指支座和接触指56的机械应力都较小，因此，这两个部件可作得相当轻巧，因为，不需耐受大的机械应力。由于只有相当小的速度和没有大的机械反作用力作用到接触指50上，所以把接触指56压到壳壁42和46的接触面上所用的弹簧也可设计得相当弱。由于相当小的弹力，所以大大减少了接触指56接触点的磨损和接触指56滑动的接触面上的磨损。

导电杆3一方面由圆筒48中滑动的压气活塞51导向，另一方面又在一个导向件58中导向。导向件58用一个星形筋条与支座13连接。

断路器的断路触头的上述三种结构中，触头部件都作成相同部件，使用相同部件有利于降低断路器的制造成本和简化断路器备件的仓库管理。

为了说明动作原理，下面来详细观察各个附图。在开断时，导电杆3在其断开运动的过程中，在耐弧板9和14之间产生电弧23。导电杆3本身以相当高的开断速度运动，所以电弧23只短时间地在导电杆3的顶部4燃烧，并随即转移到耐弧板14上。所以顶部4几乎没有烧损痕迹，耐弧板9和14用特别耐弧的材料制成，因此具有相当高的寿命。所以断路器只需相当少的检修，因而具有相当高的利用率。

由于导电杆3的开断速度很快，所以电弧23很快到达它的整个长度，因而在触头分离后的一瞬间，整个弧能都用于使电弧区24的绝缘气体的压力升高。电弧23加热它周围的绝缘气体，从而短时间内就使灭弧室电弧区24的压力升高。压力绝缘气体短时间内贮存在贮气容积17中。但压力绝缘气体的一部分一方面通过孔25流入排气容积18中，另一方面又通过孔26流入排气容积19中。导电杆3通常与一个在开断过程中压缩绝缘气体的活塞缸连接。这种压缩绝缘气体还有因热产生压力的绝缘气体都通过管道22流入贮气容积17中。

但只有当贮气容积17内的压力低于管道22内的压力时才可能流入贮气容积17中。例如在触头分离前当电弧23电流很弱，以致电弧不能足够加热电弧区24时，就是这种情况。但如果电弧23加热燃弧区很厉害，以致在贮气容积17中的绝缘气体产生相当大的压力时，则在这样大的压力下活塞气缸中产生的压力气体暂先不能流入。当贮气容积17中贮气压力超过预定极限值时，则在这个预定值超过后，过压阀29打开，并将剩余压力泄入排气容积18中。这样就可靠防止了这个范围内的元件出现超过不容许的机械荷载。

只要电弧区24保持过压力，则很热的电离气体亦可通过孔25和26流入排气容积18和19中。在设计这两个气流区时已经考虑到了结构几何形状的相似性，以便在两个排气容积18和19中达到相同的气流工况。导电杆3的端部4布置在孔26对面的排气容积19的中间并与导向件57的筋条共同影响这个范围的气流。导流板44布置在排气容积18中孔25对面相当于端部4的位置，并以相同的方式控制该处的气流。由于气流范围的结构很相似，所以两个气流的形状很近似，因此，在电弧区24产生的压力接近均匀和可控地向两侧分布，所以，贮气容积17中用来熄灭电弧23的压力绝缘气体可贮存这样久直至电弧23吹灭为止。

本发明断路器特别适用于中压开关设备。断路器紧凑的圆筒结构特别适用于装入金属封闭的开关设备，尤其适用于金属封闭的发电机出口断路器。此外，断路器特别适用于代替过时的断路器，因为它在相同或较大开断能力时比老式断路器占地面积小得多，通常在进行这种改装时，不需要麻烦的结构改变。如果本发明断路器用于24千伏至30千伏的工作电压，则距离a与b必须加大，并必须与要求的电压匹配，必要时还必须相应提高导电杆3的分闸速度。

本发明断路器的导电杆3的合闸速度为5米/秒至10米/秒，而额定电流触头的接触指56则以0.5米/秒至1米/秒的相应速度运动到它的合闸位置。

Claims

1．断路器，它包括：

至少一个充绝缘介质的并沿一条中心轴延伸的圆筒形灭弧室，所述至少一个灭弧室具有一条断路电流路径和两个固定燃弧触头结构，所述两触头结构相互间隔一距离布置在中心轴上并位于断路电流路径内；

一个在一合闸状态下将燃弧触头结构电连接的活动搭接触头，所述灭弧室具有一个在固定燃弧触头结构之间的电弧区；

一个与所述断路电流路径平行布置的具有活动额定电流触头的额定电流路径；其特征是，

所述搭接触头沿所述中心轴延伸布置在燃弧触头结构的内部；

每个所述燃弧触头结构在背离所述电弧区侧具有开口，用于电离气体以可控的方式流出电弧区进入邻近的相应排气容积中。

2．按权利要求1的断路器，其特征是，活动额定电流触头通过至少一个连杆机构与搭接触头连接；所述至少一个连杆机构具有一定的长度并连接到所述活动额定电流触头和所述搭接触头的一定位置上，这样的位置使得当搭接触头沿所述中心轴移动时额定电流触头的运动速度总是低于搭接触头的运动速度。

3．断路器，它包括：

活动额定电流触头通过至少一个连杆机构与搭接触头连接；

所述至少一个连杆机构具有一定的长度并连接到所述活动额定电流触头和所述搭接触头的一定位置上，这样的位置使得当搭接触头沿所述中心轴移动时额定电流触头的运动速度总是低于搭接触头的运动速度；

4．按权利要求3的断路器，其特征是，搭接触头设置在燃弧触头结构的内部并沿所述中心轴延伸。

5．按权利要求1的断路器，其特征是，搭接触头设计成一根导电杆。

6．按权利要求5的断路器，其特征是，导电杆构造为用10米/秒至20米/秒的分闸速度驱动。

7．按权利要求6的断路器，其特征是，还包括一个与电弧区完全隔开的空间，所述额定电流路径的活动额定电流触头布置在该空间内。

8．按权利要求1的断路器，其特征是，还包括在固定燃弧触头结构之间布置的一个环形的喷嘴区，这个喷嘴区向一个被一块绝缘隔板隔开的环形贮气容积打开。

9．按权利要求8的断路器，其特征是，贮气容积与一个活塞缸连接，该活塞缸附加地将压力作用到绝缘介质上并由导电杆操作。

10．按权利要求1的断路器，其特征是，燃弧触头结构作成相同的件，这些件相对于一个垂直于所述中心轴布置的对称平面镜像对称布置。

11．按权利要求1的断路器，其特征是，所述排气容积分别用隔板隔开，一第一排气容积用一第一壳壁和一个与它连接的第一支座以及一个封闭盖封闭，而一第二排气容积用一第二壳壁和一个与它连接的支座以及一个盖封闭；而且所述第一壳壁通过至少一根绝缘管与所述第二壳壁连接，并在所述两个壳壁之间留有一个电绝缘距离。

12．按权利要求11的断路器，还包括可导电地搭接所述第一壳壁和所述第二壳壁之间的所述电绝缘距离的接触指；其特征是，所述第一壳壁、所述第二壳壁和搭接第一壳壁和第二壳壁之间的电绝缘距离的接触指构成断路器的所述额定电流路径；而且所述第一壳壁和所述第二壳壁作成相同的件，它们相对于垂直于中心轴布置的对称平面镜像对称布置。

13．按权利要求1的断路器，其特征是，所述燃弧触头结构包括至少一个吹弧线圈。