CN109616373B - 一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器 - Google Patents

一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器。本发明提供的真空灭弧室复合触头采用不同材质的不同触头分别承受合闸高频涌流和分闸电弧，实现了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，进而减小真空灭弧室容性电流开断弧后重击穿概率。本发明提供的真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器能够用于背靠背电容器组、单个电容器组等投切电容性负荷，更适用于电力系统的无功补偿领域。

Description

一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器。
背景技术
电力系统中存在着大量的容性负载与感性负载，这些负载会在电力系统运行过程中产生大量的无功功率。无功功率会使得系统电压偏离额定值，增加系统损耗，因此为保证电力系统的电压水平，提高传输能力，必须进行无功功率补偿。在电力系统实际运行过程中，电网负载会频繁波动，因此进行无功补偿的电容器组也会被频繁地从系统中投入和切除，以便维持电力系统电压的稳定。目前，主要通过电力开关设备完成用于无功补偿的电容器组的投切任务，因此，频繁操作工况对投切电容器组开关设备的开断能力和稳定性能都提出了很高要求。
目前，应用于电力系统无功补偿领域的电力开关设备主要有SF6断路器和真空断路器。SF6断路器是以SF6气体为绝缘介质的断路器。在SF6断路器频繁投切过程中，SF6气体在开断电弧高温作用下分解出有毒的化学气体。该有毒的化学气体会直接危害人体健康，同时对金属部件具有腐蚀和劣化的作用。真空断路器具有环境友好、环境影响小、开断性能好、可维护性好以及机械寿命和电寿命长的优点，因而相对于SF6断路器，真空断路器更加广泛应用于电力系统的无功补偿中。
在实验研究和电力系统实际运行情况中发现，真空断路器投切容性负载存在发生重击穿的风险，即真空断路器中，真空灭弧室中的触头在电弧的侵蚀下发生变形或运动，触头在变形或运动的过程中，触头间隙或附近区域出现局部的重击穿放电现象。重击穿会导致过电压问题或出现影响电网电能质量的高频暂态过程，对断路器或其他电气设备都有可能造成危害，也会威胁电力系统安全运行。由此，真空断路器投切容性负载的重击穿与真空灭弧室中的触头有关。
目前的真空灭弧室中，通常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，但这无法避免合闸涌流对真空灭弧室触头表面的破坏作用，进而投切容性负载过程中发生重击穿的概率较大。
发明内容
本发明提供一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器，以解决现有真空断路器在投切容性负载过程中重击穿概率较大的问题。
本发明提供一种真空灭弧室复合触头，包括：框型触头和静端触头；
所述框型触头的中空内部滑动设有动端触头；所述动端触头包括相连接的接触部和连接部；
所述接触部通过所述框型触头上的开口相对所述框型触头滑动；
所述连接部位于所述框型触头的中空内部，且所述连接部通过弹性件连接所述框型触头的内壁；
所述静端触头包括材质不同的第一接触区和第二接触区，所述第一接触区的两侧分别设有所述第二接触区；
所述接触部位于所述第一接触区的上方，位于所述接触部两侧的所述框型触头位于所述第二接触区的上方。
优选地，所述框型触头和所述第二接触区采用抗熔焊材料制备。
优选地，所述抗熔焊材料为含钨材料。
优选地，所述动端触头和所述第一接触区采用抗大电流断开强度和耐压强度的材料制备。
优选地，所述抗大电流断开强度和耐压强度的材料为含镉材料。
优选地，所述真空灭弧室复合触头还包括静导电杆和动导电杆；
所述静导电杆上设有静端触头，所述动导电杆上设有框型触头；
所述框型触头位于所述静端触头和所述动导电杆之间。
优选地，所述动端触头为T型触头。
优选地，所述弹性件为弹簧。
本发明提供一种真空灭弧室，包括陶瓷外壳、位于所述陶瓷外壳内部的屏蔽罩以及位于所述屏蔽罩内部的真空灭弧室复合触头，所述真空灭弧室复合触头中的框型触头与所述陶瓷外壳之间设有波纹管。
本发明提供一种真空断路器，包括上述真空灭弧室。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明提供一种真空灭弧室复合触头、真空灭弧室及真空断路器。真空灭弧室复合触头中，动端触头能够相对框型触头发生滑动，进而使得真空灭弧室复合触头适用于分闸过程和合闸过程。合闸过程中，框型触头向靠近静端触头方向运动，在弹性件未压缩前，动端触头位置不变。此时，框型触头与静端触头之间的距离小于动端触头与静端触头之间的距离，因而合闸高频涌流发生在框型触头与静端触头之间。合闸结束时，框型触头和动端触头同时与静端触头相接触，弹性件处于压缩状态。分闸过程中，框型触头向远离静端触头方向运动，在弹性件弹起阶段，动端触头位置不变。此时，框型触头与静端触头之间的距离大于动端触头与静端触头之间的距离，因而分闸电弧发生在动端触头与静端触头之间。由此，本发明提供的真空灭弧室复合触头采用不同材质的不同触头分别承受合闸高频涌流和分闸电弧，实现了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，进而减小真空灭弧室容性电流开断弧后重击穿概率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的真空灭弧室复合触头的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的真空灭弧室的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的真空灭弧室合闸过程中的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的真空灭弧室合闸结束时的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的真空灭弧室分闸过程中的结构示意图；
符号表示：
01-陶瓷外壳，02-屏蔽罩，03-真空灭弧室复合触头，04-波纹管；
1-框型触头，2-静端触头，21-第一接触区，22-第二接触区，3-动端触头，31-接触部，32-连接部，4-弹性件，5-静导电杆，6-动导电杆。
具体实施方式
请参考附图1，附图1示出了本申请实施例提供的真空灭弧室复合触头的结构示意图。由附图1可见，本申请实施例提供的真空灭弧室复合触头包括框型触头1和静端触头2。其中，静端触头2在真空灭弧室中的位置固定，一直处于静止状态。框型触头1能够相对于静端触头2发生相对运动，进而使得真空灭弧室复合触头适用于分闸过程和合闸过程，实现真空断路器的投切功能。
具体地，框型触头1为框型结构，其中空内部设有动端触头3，且动端触头3能够相对于框型触头1发生滑动。在一般状态下，动端触头3位于框型触头1内部。在真空灭弧室复合触头03开闸和合闸状态下或过程中，动端触头3部分滑出框型触头1。
动端触头3包括相连接的接触部31和连接部32。框型触头1面向静端触头2的一侧设有开口，动端触头3的接触部31能够通过该开口相对框型触头1滑动，进而带动与接触部31相连接的连接部32相对于框型触头1滑动。连接部32位于框型触头1的中空内部，且连接部32通过弹性件4连接框型触头1的内壁。进一步，连接部32的宽度大于框型触头1开口的宽度，由此，在弹性件4的作用下，即使接触部31带动连接部32相对于框型触头1滑动，连接部32也不会滑出框型触头1。
进一步，本申请实施例中的动端触头3为T型触头，T型触头相互垂直的两部分分别形成接触部31和连接部32。当然，动端触头3还可以采用其他结构，只要在相对于框型触头1滑动的过程中，部分动端触头3位于框型触头1的外部，另一部分动端触头3位于框型触头1的内部即可。更进一步，本申请实施例中的弹性件4为弹簧。
静端触头2包括材质不同的第一接触区21和第二接触区22，其中，第一接触区21的两侧分别设有第二接触区22。接触部31位于第一接触区21的上方。当接触部31相对于框型触头1滑动时，接触部31能够与第一接触区21相接触。接触部31两侧的框型触头1位于第二接触区22的上方。当框型触头1向静端触头2运动时，框型触头1能够与第二接触区22相接触。
本申请实施例中的框型触头1和第二接触区22采用抗熔焊材料制备。其中，该抗熔焊材料为含钨材料，如WCu10、WCu20以及WCu30等。动端触头3和第一接触区21采用抗大电流断开强度和耐压强度的材料制备。其中，该抗大电流断开强度和耐压强度的材料为含镉材料，如CuCr25、CuCr30、CuCr40以及CuCr50等。
本申请实施例提供的真空灭弧室复合触头还包括静导电杆5和动导电杆6。其中，静导电杆5用于连接真空灭弧室中的静端导电块以及连接静端触头2，因此，静导电杆5上设置上述静端触头2。动导电杆6用于推动框型触头1，以使框型触头1相对于静端触头2发生运动，因此，动导电杆6上设有上述框型触头1，且框型触头1位于静端触头2和动导电杆6之间。
请参考附图2，附图2示出了本申请实施例提供的真空灭弧室的结构示意图。由附图2可见，本申请实施例提供的真空灭弧室包括陶瓷外壳01、屏蔽罩02以及上述真空灭弧室复合触头03。陶瓷外壳01采用陶瓷制备，以形成气密绝缘系统，进而使得真空灭弧室内部的真空状态与外部的大气状态隔离开来。触头在燃弧过程中会产生的大量金属蒸汽和液滴，为防止金属蒸汽和液滴喷溅至陶瓷外壳01而造成陶瓷外壳01的绝缘强度下降或产生闪络，屏蔽罩02设置于陶瓷外壳01与真空灭弧室复合触头03之间。真空灭弧室复合触头03中的框型触头1与陶瓷外壳01之间设有波纹管04，以便于通过波纹管04确保真空灭弧室复合触头03在一定范围内运动和长期保持高真空，进而确保真空灭弧室具有很高的机械寿命。
在本申请实施例提供的真空灭弧室中，当真空灭弧室复合触头处于合闸过程中时，如附图3所示，框型触头1向靠近静端触头2的方向运动，在弹性件4未压缩前，动端触头3的位置不变。此时，框型触头1与静端触头2之间的距离小于动端触头3与静端触头2之间的距离。从电场分布的角度看，合闸高频涌流将发生在框型触头1与静端触头2之间。由于框型触头1与第二接触区22采用抗熔焊材料制备，具有优异的抗熔焊性能，因而当合闸高频涌流发生在框型触头1与静端触头2之间时，框型触头1与第二接触区22能够有效减少高频涌流对触头表面的烧蚀破坏作用。
框型触头1继续向靠近静端触头2的方向运动，弹性件4发生压缩。此时，动端触头3向靠近静端触头2的方向运动。当合闸结束时，框型触头1和动端触头3同时与静端触头2相接触，弹性件4处于压缩状态，如附图4所示。
当真空灭弧室复合触头处于分闸过程中时，如附图5所示，框型触头1向远离静端触头2的方向运动，在弹性件4弹起阶段，动端触头3的位置不变。此时，框型触头1与静端触头2之间的距离大于动端触头3与静端触头2之间的距离。从电场分布的角度看，分闸电弧将发生在动端触头3与静端触头2之间。由于动端触头3与第一接触区21均采用抗大电流断开强度和耐压强度的材料制备，因而当分闸电弧发生在动端触头3与静端触头2之间时，动端触头3与第一接触区21能够完成电流的开断功能，从而保证动端触头3与静端触头2之间的绝缘强度。
由上述内容可知，本申请实施例提供的真空灭弧室以抗熔焊性能优良的框型触头1与第二接触区22承受合闸高频涌流，以开断性能优良的动端触头3与第一接触区21实现开断功能，实现了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，进而减小真空灭弧室容性电流开断弧后重击穿概率。本申请实施例提供的真空灭弧室复合触头和真空灭弧室能够用于背靠背电容器组、单个电容器组等投切电容性负荷，更适用于电力系统的无功补偿领域。
基于本申请实施例提供的真空灭弧室复合触头和真空灭弧室，本申请实施例还提供一种真空断路器，该真空断路器包括上述真空灭弧室，并能够适用于电力系统的无功补偿领域。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种真空灭弧室复合触头，其特征在于，包括：框型触头(1)和静端触头(2)；
所述框型触头(1)的中空内部滑动设有动端触头(3)；所述动端触头(3)包括相连接的接触部(31)和连接部(32)；
所述接触部(31)通过所述框型触头(1)上的开口相对所述框型触头(1)滑动；
所述连接部(32)位于所述框型触头(1)的中空内部，且所述连接部(32)通过弹性件(4)连接所述框型触头(1)的内壁；
所述静端触头(2)包括材质不同的第一接触区(21)和第二接触区(22)，所述第一接触区(21)的两侧分别设有所述第二接触区(22)；
所述接触部(31)位于所述第一接触区(21)的上方，位于所述接触部(31)两侧的所述框型触头(1)位于所述第二接触区(22)的上方；
所述框型触头(1)和所述第二接触区(22)采用抗熔焊材料制备，所述动端触头(3)和所述第一接触区(21)采用抗大电流断开强度和耐压强度的材料制备。
2.根据权利要求1所述的真空灭弧室复合触头，其特征在于，所述抗熔焊材料为含钨材料。
3.根据权利要求1所述的真空灭弧室复合触头，其特征在于，所述抗大电流断开强度和耐压强度的材料为含镉材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的真空灭弧室复合触头，其特征在于，所述真空灭弧室复合触头还包括静导电杆(5)和动导电杆(6)；
所述静导电杆(5)上设有静端触头(2)，所述动导电杆(6)上设有框型触头(1)；
所述框型触头(1)位于所述静端触头(2)和所述动导电杆(6)之间。
5.根据权利要求4所述的真空灭弧室复合触头，其特征在于，所述动端触头(3)为T型触头。
6.根据权利要求4所述的真空灭弧室复合触头，其特征在于，所述弹性件(4)为弹簧。
7.一种真空灭弧室，其特征在于，包括陶瓷外壳(01)、位于所述陶瓷外壳(01)内部的屏蔽罩(02)以及位于所述屏蔽罩(02)内部的如权利要求1-6中任一项所述的真空灭弧室复合触头(03)，所述真空灭弧室复合触头(03)中的框型触头(1)与所述陶瓷外壳(01)之间设有波纹管(04)。
8.一种真空断路器，其特征在于，包括权利要求7所述的真空灭弧室。
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