CN109979781A - 一种铁路牵引变高压断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高压电气设备领域，尤其是一种铁路牵引变高压断路器。包括安装板、操动机构、断路器极柱、拉杆室、半导电屏蔽层。断路器由真空灭弧室、铜导电件和固体绝缘材料构成。导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。固体绝缘材料表面非连接部位，固化有半导电屏蔽层，并与壳体连接。导电体连接处均设有均匀件，消除局部尖端放电现象。本发明缩小了开关的体积；降低了产品的局部放电量，半导电缓冲层提高了产品的绝缘寿命，提高了断路器的可靠性。

Description

一种铁路牵引变高压断路器
技术领域
本发明涉及高压电气设备领域，尤其是一种铁路牵引变高压断路器。
背景技术
随着中国经济的持续发展，铁道运输在中国交通运输的重要手段发挥着越来越积极的作用，中国铁道建设将进入黄金期，高铁、动车已成为出行的主要交通工具。为电气化机车提供电力的牵引变电站的安全性和可靠性也越来越重要，随着高铁时代的到来，面临市场需求日益旺盛的局面。铁路牵引供电线路实行分段供电，当有机车通过时，该段线路电流较大（如复兴号动车需要的电流达到1000A）；当机车通过后，该段线路的电流急速变小，甚至于降到零。由此对铁路牵引开关设备冲击极大，严重影响开关设备的使用寿命。常规的铁路牵引开关设备以气体绝缘为主，如公开号CN201490613U公开了两相共箱的铁路开关柜。现有气体绝缘开关存在体积大、安全性低（存在气体泄漏、爆燃等风险）。固体绝缘开关设备具有体积小，无燃弧等优点，但在温升控制存在难度，需要解决高低温交变产生的热应力问题，防止绝缘层开裂导致的绝缘失效。
发明内容
本发明的目的是提出一种铁路牵引变高压断路器，体积小、安全性高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种铁路牵引变高压断路器，包括安装板、操动机构、断路器极柱、拉杆室、半导电屏蔽层。操动机构、断路器极柱固定在安装板两侧，断路器极柱与安装板之间有波纹套，波纹套外圈固定在断路器拉杆室法兰上，操动机构通过拉杆与绝缘拉杆连接，并将波纹套内圈固定在拉杆与拉杆压簧室之间。操动机构的驱动轴通过拐臂与拉杆连接。绝缘拉杆外部有裙边,增大绝缘爬距。拉杆压簧室内有压簧，可以缓冲操动机构的冲击。绝缘拉杆的触头压簧室内有碟形压簧。碟形压簧为真空灭弧室动端提供触头压力，克服导通瞬间的电动力。双头螺杆连接真空灭弧室动端、动端铜连接件和绝缘拉杆。动端铜连接件通过弹簧触指与动端铜导电件滑动连接。导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。固体绝缘材料表面非连接部位，固化有半导电屏蔽层，并与安装板连接。导电体连接处均设有均压件，消除局部尖端放电现象。
断路器极柱包括静端铜导电件、真空灭弧室、动端铜导电件、拉杆室、半导电缓冲层、半导电屏蔽层。静端铜导电件与真空灭弧室的静端铜件紧固在一起，动端铜导电件固定在真空灭弧室的动端并通过弹簧触指与动端的铜导电件连接。断路器极柱后部向下有外锥连接端，有外锥法兰和外锥面。外锥法兰与静端铜导电件之间有带电传感器，带电传感器超过外锥面与外锥法兰的交界线，起到外锥法兰连接面的电场均压作用。外锥连接端中间有凹槽，通过弹簧触指与接地开关或套管连接。断路器极柱中部向上的内锥连接口与接地开关或套管的外锥面连接。动端铜导电件与内锥面底部内有动端连接均压环，主要作用是对内锥底部与动端铜导电件过渡面的电场均压，防止过渡面出现电场集中现象。真空灭弧室静端设有开口向左的静端均压件，动端设有开口向右的动端均压件。真空灭弧室静端均压件和动端均压件之间的外表面有绝缘硫化层。绝缘硫化层的作用是缓冲绝缘层在加压硫化过程中对真空灭弧室绝缘壳体的冲击。动端铜导电件设有拉杆均压件，拉杆均压件开口向拉杆室，并超过真空灭弧室开断时绝缘拉杆的触头压簧室与动端铜件的连接面，主要解决绝缘拉杆与铜导件连接部位的电场均压问题。拉杆均压件高度在55mm-80mm之间。断路器极柱通过绝缘层实现电气绝缘。绝缘层外部是半导电屏蔽层。断路器极柱左部设有拉杆室，拉杆室呈锥形结构，拉杆室内表面有裙边。拉杆室外部是绝缘层。在断路器极柱底部法兰上设有波纹套凹槽，用于固定波纹套外圈。波纹套的作用是密封拉杆室，防止灰尘和水汽进入拉杆室。静端铜导电件外表面设有半导电缓冲层，动端铜导电件在动端连接均压环以内部分和拉杆均压件以外部分铜件表面设有半导电缓冲层。
半导电缓冲层主要作用是消除导电体表面存在的尖端、毛刺等影响局部放电的因素；同时在导电体发热时，缓冲因热胀冷缩带来的固体绝缘材料与导电体之间的应力，避免产生间隙和固体绝缘材料开裂。半导电缓冲层的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间。半导电缓冲层厚度在0.5-2毫米之间。半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶。半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。
壳体主体用的冷板，机构安装板是45#钢，绝缘件过板用不锈钢防涡流。
密封波纹套可以防止灰尘和水汽进入极柱拉杆室，影响绝缘性能。
本发明的有益效果是：1、采用真空灭弧室和固体绝缘材料，缩小了开关的体积；2、极柱采用了均压件和半导电屏蔽接地层，降低了产品的局部放电量；导电体和固封材料之间采用了半导电缓冲层，提高了产品的绝缘寿命；3、密封波纹套，提高了拉杆室防尘和水汽的能力，提高了产品的可靠性。
附图说明
附图1 断路器剖视示意图
附图标号说明：1、安装板，2、操动机构，2.1、拉杆，2.2、拐臂，2.3、驱动轴，3、断路器极柱，3.1、拉杆室，4、内锥连接口，5、动端铜导电件，5.1、动端连接均压环，5.2、动端缓冲层，5.3、拉杆均压件，6、真空灭弧室，6.1、动端均压件，6.2、静端均压件，6.3、绝缘硫化层，7、静端铜导电件，7.1、静端缓冲层，8、绝缘层，9、带电传感器，10、外锥连接端，10.1、外锥法兰，11、波纹套，12、绝缘拉杆，12.1、拉杆压簧室，12.2、触头压簧室，12.3、双头螺杆，13、弹簧触指，14、动端铜连接件，15、半导电屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步描述。
实施例1
如附图1所示，一种铁路牵引变高压断路器，包括安装板1、操动机构2、断路器极柱3、拉杆室3.1、半导电屏蔽层15。操动机构2、断路器极柱3固定在安装板1两侧，断路器极柱3与安装板1之间有波纹套11，波纹套外圈固定在断路器拉杆室3.1法兰上，操动机构通过拉杆5.3与绝缘拉杆12连接，并将波纹套内圈固定在拉杆与拉杆压簧室之间。操动机构2的驱动轴2.3通过拐臂2.2与拉杆2.1连接。拉杆压簧室12.1内有压簧，可以缓冲操动机构的冲击。绝缘拉杆12的触头压簧室12.2内有碟形压簧。碟形压簧为真空灭弧室动端提供触头压力，克服导通瞬间的电动力。双头螺杆12.3连接真空灭弧室动端、动端铜连接件14和绝缘拉杆12。动端铜连接件14通过弹簧触指13与动端铜导电件5滑动连接。导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。固体绝缘材料表面非连接部位，固化有半导电屏蔽层15，并与安装板1连接。导电体连接处均设有均压件，消除局部尖端放电现象。
断路器极柱3包括静端铜导电件7、真空灭弧室6、动端铜导电件5、拉杆室3.1、半导电缓冲层、半导电屏蔽层15。静端铜导电件7与真空灭弧室的静端铜件紧固在一起，动端铜导电件5固定在真空灭弧室的动端,动端铜导电件5与动端的铜连接件14之间是弹簧触指13。断路器极柱3后部向下有外锥连接端10，有外锥法兰10.1和外锥面。外锥法兰10.1与静端铜导电件7之间有带电传感器9，外锥面与外锥法兰的交界线位于带电传感器9包裹范围内，起到外锥法兰连接面的电场均压作用。外锥连接端10中间有凹槽，通过弹簧触指与接地开关或套管连接。断路器极柱3中部向上的内锥连接口4与接地开关或套管的外锥面连接。动端铜导电件5与内锥面底部内有动端连接均压环5.1，主要作用是对内锥底部与动端铜导电件过渡面的电场均压，防止过渡面出现电场集中现象。真空灭弧室静端设有开口向左的静端均压件6.2，动端设有开口向右的动端均压件6.1。真空灭弧室静端均压件和动端均压件之间的外表面有绝缘硫化层6.3。绝缘硫化层的作用是缓冲绝缘层在加压硫化过程中对真空灭弧室绝缘壳体的冲击2绝缘硫化层主要成份为硅橡胶。动端铜导电件5设有拉杆均压件5.3，拉杆均压件5.3开口向拉杆室3.1，并超过真空灭弧室开断时绝缘拉杆的触头压簧室与动端铜件的连接面，主要解决绝缘拉杆与铜导件连接部位的电场均压问题。拉杆均压件宽度在55mm-80mm之间。断路器极柱通过绝缘层8实现电气绝缘。绝缘层外部有半导电屏蔽层15。断路器极柱3左部设有拉杆室3.1，拉杆室3.1呈锥形结构，拉杆室内表面有裙边。拉杆室外部是绝缘层8。在断路器极柱底部法兰上设有波纹套凹槽，用于固定波纹套外圈。波纹套的作用是密封拉杆室，防止灰尘和水汽进入拉杆室。静端铜导电件7外表面设有半导电静端缓冲层7.1，动端铜导电件5在动端连接均压环5.1和拉杆均压件5.3之间的铜件表面设有半导电动端缓冲层5.2。
半导电缓冲层主要作用是消除导电体表面存在的尖端、毛刺等影响局部放电的因素；同时在导电体发热时，缓冲因热胀冷缩带来的固体绝缘材料与导电体之间的应力，避免产生间隙和固体绝缘材料开裂。半导电缓冲层的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间。半导电缓冲层厚度在0.5-5毫米之间。半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶。半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。
壳体主体用的冷板，机构安装板是45#钢，绝缘件过板用不锈钢防涡流。
密封波纹套可以防止灰尘和水汽进入极柱拉杆室，影响绝缘性能。
本发明的有益效果是：1、采用真空灭弧室和固体绝缘材料，缩小了开关的体积；2、极柱采用了均压件和半导电屏蔽接地层，降低了产品的局部放电量；导电体和固封材料之间采用了半导电缓冲层，提高了产品的绝缘寿命；3、密封波纹套，提高了拉杆室防尘和水汽的能力，提高了产品的可靠性。
实施例2
固体绝缘材料选用环氧树脂。均压件选用0.5毫米厚的不锈钢网制作。
其余同实施例1。
实施例3
固体绝缘材料选用三元乙丙橡胶。均压件选用碳纤维通过模具加工制作。

Claims (7)

1.一种铁路牵引变高压断路器，包括安装板（1）、操动机构（2）、断路器极柱（3）、拉杆室（3.1）、半导电屏蔽层（15），操动机构（2）、断路器极柱（3）固定在安装板（1）两侧，其特征在于：断路器极柱（3）与安装板（1）之间有波纹套（11），波纹套外圈固定在断路器拉杆室（3.1）法兰上，操动机构（2）通过拉杆（5.3）与绝缘拉杆（12）连接；拉杆压簧室（12.1）内有压簧，触头压簧室（12.2）内有碟形压簧，双头螺杆（12.3）连接真空灭弧室动端、动端铜连接件（14）和绝缘拉杆（12）；导电体与固体绝缘材料固封部分之间有半导电缓冲层。
2.如权利要求1所述铁路牵引变高压断路器，其特征在于：断路器极柱（3）采用固体绝缘材料，固体绝缘材料表面非连接部位固化有半导电屏蔽层。
3.如权利要求2所述铁路牵引变高压断路器，其特征在于：固体绝缘材料为三元乙丙橡胶或环氧树脂。
4.如权利要求1所述铁路牵引变高压断路，其特征在于：静端铜导电件（7）与真空灭弧室的静端铜件紧固在一起，动端铜导电件（5）固定在真空灭弧室的动端,动端铜导电件（5）与动端的铜连接件（14）之间是弹簧触指（13）；真空灭弧室静端均压件（6.2）和动端均压件（6.1）之间的外表面有绝缘硫化层（6.3）。
5.如权利要求4所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：动端铜导电件（5）设有拉杆均压件（5.3），拉杆均压件（5.3）开口向拉杆室（3.1），拉杆均压件（5.3）高度在55mm-80mm之间。
6.如权利要求1所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：半导电缓冲层的主要成分为碳粉和硅橡胶，半导电缓冲层（3.11）的电阻值在3000欧姆至6000欧姆之间，半导电缓冲层厚度在0.5-5毫米之间。
7.如权利要求6所述铁路牵引变高压开关设备，其特征在于：半导电缓冲层采用硅橡胶液体加碳粉混合均匀后，喷涂在导电体固封部位，然后固化，再对固化后的缓冲层外表面喷砂打磨、清洁，最后通过装入压注模具进行固封。
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