CN109449044A - 一种用于高压开关柜的断路器及高压开关柜 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种高压开关柜的断路器及高压开关柜，其中，该断路器包括由超导材料制成的静侧燃弧电流导电杆和动侧燃弧电流导电杆、保温壳体、用于向保温壳体注入制冷介质的制冷装置。通过将断路器的动、静侧燃弧电流导电杆设计为超导材料，同时将其浸入低温制冷介质中，当断路器正常工作时，超导块材处于超导态，因此通流损耗小，进而可以解决正常开关内部散热的问题。当故障电流出现或断路器投切并联电容器组、并联电抗器组时，超导块材失超，并产生一定的阻值，可有效的抑制故障电流及设备两端的过电压，进而本申请提供的断路器可有效解决高压开关柜内部散热及过电压大电流所造成的绝缘故障问题，可以提高开关柜的可靠性及使用寿命。

Description

一种用于高压开关柜的断路器及高压开关柜

技术领域

本申请涉及大电流关断技术领域，尤其涉及一种用于高压开关柜的断路器及高压开关柜。

背景技术

在多种电力系统中，开关柜是必不可少的设备，断路器作为开关柜的核心元件，其分闸动作的可靠性是保证电网安全工作的重要保障。

对于常规的空气开关柜，存在着长时间工作导致的温升过高，造成其在高温下自动断路。为使开关柜留有更高的绝缘裕度，目前通常将空气开关柜绝缘距离等比例放大，但该方法会造成开关柜体积增大，导致成本大幅度提高等问题。同时，在开关柜投切电容器或电抗器时，会产生过大的合闸涌流，容易造成断路器的触头熔焊等问题，尤其当开关柜在高海拔地区运用时，由于运行电压等级高、电场不均匀程度较高，对外界环境温湿度影响更加敏感，从而造成缺陷和故障频发，从而大大降低了开关柜的可靠性及其使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于高压开关柜的断路器及开关柜，解决高压开关柜内部散热，以及过电压、大电流所造成的绝缘故障问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种用于高压开关柜的断路器，主要包括保温壳体和制冷装置，其中：

所述保温壳体的一端穿设有静侧燃弧电流导电杆，所述静侧燃弧电流导电杆的端部设有静侧燃弧触头；

所述保温壳体的另一端穿设有动侧燃弧电流导电杆，所述动侧燃弧电流导电杆的端部设有动侧燃弧触头；

所述静侧燃弧电流导电杆和所述动侧燃弧电流导电杆由超导材料制成；

所述制冷装置与所述保温壳体相连通，用于向所述保温壳体注入制冷介质，以使所述静侧燃弧电流导电杆和所述动侧燃弧电流导电杆处于超导状态；

所述保温壳体上还设有限压阀。

可选地，所述静侧燃弧触头和所述动侧燃弧触头由超导材料制成；

所述静侧燃弧触头和所述动侧燃弧触头的接触端面镀有金属薄膜。

可选地，所述保温壳体的两端还分别设有第一缓冲密封装置和第二缓冲密封装置，其中：

所述静侧燃弧电流导电杆穿过所述第一缓冲密封装置；

所述动侧燃弧电流导电杆穿过所述第二缓冲密封装置。

可选地，所述制冷装置包括制冷介质存储装置、第一引流管、限流阀以及第二引流管，其中，

所述第一引流管一端与所述保温壳体相连接、另一端与所述限流阀的一端相连接；

所述限流阀的一端与所述第二引流管的一端相连接，所述第二引流管的另一端与所述制冷介质存储装置相连接。

可选地，所述保温壳体内还设有液位检测装置，所述液位检测装置与所述限流阀相连接。

可选地，所述超导材料为钇钡铜氧或铋锶钙铜氧。

根据本发明实施例第二方面，提供了一种开关柜，该开关柜包括本发明实施例第一方面提供的断路器，还包括控制器、信号线以及操动机构，其中：

所述控制器与所述信号线的一端连接，所述信号线的另一端连接与所述操动机构连接，所述操动机构与所述断路器的动侧燃弧电流导电杆连接。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的用于高压开关柜的断路器及高压开关柜，通过将断路器的动、静侧燃弧电流导电杆设计为超导材料，同时将其浸入低温制冷介质中。当断路器正常工作时，超导块材处于超导态，因此通流损耗小，进而可以解决正常开关内部散热的问题。当故障电流出现或断路器投切并联电容器组、并联电抗器组时，超导块材失超，并产生一定的阻值，可有效的抑制故障电流及设备两端的过电压，进而本发明实施例提供的断路器可有效解决高压开关柜内部散热及过电压大电流所造成的绝缘故障问题，可以提高开关柜的可靠性及使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的一种用于高压开关柜的断路器的基本结构示意图；

图2为本申请提供的另一种用于高压开关柜的断路器的基本结构示意图；

图3为本申请提供的一种用于开关柜的基本结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本申请提供的一种用于高压开关柜的断路器的基本结构示意图。如图1所示，本实施例提供的断路器主要包括保温壳体12和制冷装置，其中，制冷装置主要包括制冷介质存储装置11、第一引流管8、限流阀9以及第二引流管10。

具体的，保温壳体12可以采用杜瓦壳体，其形状可以为圆柱形、长方体等。保温壳体12的两端分别穿设有静侧燃弧电流导电杆2和动侧燃弧电流导电杆6，静侧燃弧电流导电杆2的一端设有静侧燃弧触头4，动侧燃弧电流导电杆6的一端设有动侧燃弧触头5。静侧燃弧触头4和动侧燃弧电流导电杆6的一部分、以及静侧燃弧触头4和动侧燃弧触头5设置在保温壳体12的内部。

静侧燃弧电流导电杆2和动侧燃弧电流导电杆6由超导材料制成，超导材料可选择但不限于钇钡铜氧(YBCO)和铋锶钙铜氧(BSCCO)。静侧燃弧触头4和动侧燃弧触头5结构可选择但不限于平板触头、杯状触头、万字型触头等，触头材料可选择但不限于不锈钢材料，纯铜材料，合金材料等。

为了实现对导电杆的密封以及运动的缓冲，本实施例还在保温壳体12中用于穿设静侧燃弧触头4和动侧燃弧电流导电杆6的端面上分别设置第一缓冲密封装置1和第二缓冲密封装置7，其中，静侧燃弧电流导电杆2穿过第一缓冲密封装置1，动侧燃弧电流导电杆6穿过第二缓冲密封装置7。第一缓冲密封装置1和第二缓冲密封装置7可用波纹管制成，但并不限于波纹管，还可以为其它结构，如橡胶垫片等。

进一步的，在制冷装置中，第一引流管8一端与保温壳体12相连通、另一端与限流阀9的一端相连接，限流阀9的一端与第二引流管10的一端相连接，第二引流管10的另一端与制冷介质存储装置11相连接。制冷介质存储装置11中的制冷介质通过第二引流管10、限流阀9及第一引流管8向保温壳体12内注入制冷介质，使静侧燃弧导电杆2及动侧燃弧导电杆6完全浸入制冷介质中并充分制冷，其中，制冷介质可选择但不限于液氮、液氦等。保温壳体12上还设有限压阀3，用于在断路器使用过程中保温壳体12超过预设压力时，限压阀3通过排气孔排气工作，避免保温壳体12内部压力继续升高。

需要说明的是，该断路器除了包括上述灭弧室部分，还包括用于控制动侧燃弧触头5与静侧燃弧触头4分离和接触的操动机构，基于该部分不是本发明的重点，在此不再赘述。

利用上述结构，在断路器使用过程中，制冷介质存储装置11中的制冷介质通过第二引流管10，限流阀9及第一引流管8向杜瓦壳体内注入制冷介质，使静侧燃弧导电杆2及动侧燃弧导电杆6完全浸入制冷介质中并充分制冷。在断路器正常工作，额定通流情况下，静侧燃弧触头4和动侧燃弧触头5相接触，静侧燃弧导电杆2与动侧燃弧导电杆5承载额定电流，此时，通过制冷介质使得保温壳体12内温度低于超导材料的临界温度，由于超导材料处于超导态，因此通流损耗小，进而可以解决正常开关内部散热的问题。当故障电流出现时，在动侧燃弧导电杆6的作用下，动侧燃弧触头5与静侧燃弧触头4分离。同时，在故障电流的作用下，由超导材料制成的静侧燃弧导电杆2及动侧燃弧导电杆6失超，产生一定的阻值，从而限制故障电流幅值。同时，在然后触头开断过程中，由于电弧作用使保温壳体12内压力增加，此时通过限压阀3调节保温壳体12内的气压，防止其炸裂。

因此，本实施例提供的超导断路器，在额定通流时，具有通态损耗小的优点，解决传统断路器散热问题。同时，在开断故障电流及并联电容器、电抗器投切问题时，可以限制故障电流大小，具有开断能力大及过电压保护功能。

图2为本申请提供的另一种用于高压开关柜的断路器的基本结构示意图。本实施例以上述实施例的主要区别在于，静侧燃弧触头4和动侧燃弧触头5由超导材料制成。

进一步的，由于动静触头分开时，会产生温度极高电弧，如果此时触头表面采用超导材料可能会烧坏超导块材，超导块材在温度极高的条件下，会影响其限流效果甚至损坏，造成不可恢复的影响。因此，本实施例在静侧燃弧触头4和动侧燃弧触头5的接触端面镀有金属薄膜13，金属材料可选择但不限于不锈钢材料、纯铜材料以及合金材料等。

制冷装置与保温壳体12相连通，用于向保温壳体12注入制冷介质，以使静侧燃弧电流导电杆2和动侧燃弧电流导电杆6处于超导状态。其中，制冷介质存储装置11可由制冷机替代。为了实现保温壳体12中制冷介质的自动填充，保温壳体12内还设有液位检测装置，液位检测装置与限流阀9相连接。当液位检测装置检测到保温壳体12内液位低于预设值时，则发送信号给限流阀9，控制限流阀9打开，以向保温壳体12内充入制冷介质，当液位达到预设值时，则控制限流阀9关断，停止制冷介质充入。

基于上述断路器的发明构思，本实施例还提供了一种开关柜。图3为本申请提供的一种用于开关柜的基本结构示意图。如图3所示，本实施例提供的开关柜除了包括上述实施例提供的断路器外，还包括用于控制该断路器的控制器14和信号线15，以及断路器中的操动机构16，其中，控制器14与信号线15的一端连接，信号线15的另一端连接与操动机构16连接，操动机构16与断路器的动侧燃弧电流导电杆6连接。当然除了上述结构外，还可以包括柜体相关组件、主母线组件等等，本实施例在此不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于高压开关柜的断路器，其特征在于，包括保温壳体(12)和制冷装置，其中：

所述保温壳体(12)的一端穿设有静侧燃弧电流导电杆(2)，所述静侧燃弧电流导电杆(2)的端部设有静侧燃弧触头(4)；

所述保温壳体(12)的另一端穿设有动侧燃弧电流导电杆(6)，所述动侧燃弧电流导电杆(6)的端部设有动侧燃弧触头(5)；

所述静侧燃弧电流导电杆(2)和所述动侧燃弧电流导电杆(6)由超导材料制成；

所述制冷装置与所述保温壳体(12)相连通，用于向所述保温壳体(12)注入制冷介质，以使所述静侧燃弧电流导电杆(2)和所述动侧燃弧电流导电杆(6)处于超导状态；

所述保温壳体(12)上还设有限压阀(3)。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述静侧燃弧触头(4)和所述动侧燃弧触头(5)由超导材料制成；

所述静侧燃弧触头(4)和所述动侧燃弧触头(5)的接触端面镀有金属薄膜(13)。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述保温壳体(12)的两端还分别设有第一缓冲密封装置(1)和第二缓冲密封装置(7)，其中：

所述静侧燃弧电流导电杆(2)穿过所述第一缓冲密封装置(1)；

所述动侧燃弧电流导电杆(6)穿过所述第二缓冲密封装置(7)。

4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述制冷装置包括制冷介质存储装置(11)、第一引流管(8)、限流阀(9)以及第二引流管(10)，其中，

所述第一引流管(8)一端与所述保温壳体(12)相连接、另一端与所述限流阀(9)的一端相连接；

所述限流阀(9)的一端与所述第二引流管(10)的一端相连接，所述第二引流管(10)的另一端与所述制冷介质存储装置(11)相连接。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于，所述保温壳体(12)内还设有液位检测装置，所述液位检测装置与所述限流阀(9)相连接。

6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述超导材料为钇钡铜氧或铋锶钙铜氧。

7.一种开关柜，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的断路器，还包括控制器(14)、信号线(15)以及操动机构(16)，其中：

所述控制器(14)与所述信号线(15)的一端连接，所述信号线(15)的另一端连接与所述操动机构(16)连接，所述操动机构(16)与所述断路器的动侧燃弧电流导电杆(6)连接。