CN110223878A - 一种不抽真空高压断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不抽真空高压断路器，分断室内包括静触头和动触头；静触头包括静触头本体和第一电阻材料层，静触头本体包括环绕形成通孔的环形侧壁；所述第一电阻材料层贴合所述环形侧壁的内侧壁设置以环绕形成收容空间；动触头包括底座、导电结构和动态绝缘层，底座包括安装面，导电结构设于所述安装面，导电结构外侧套设有动态绝缘层，收容空间用于收容所述导电结构和所述动态绝缘层；当所述导电结构收容于收容空间时，导电结构与第一电阻材料层接触；当所述导电结构和所述动态绝缘层完全收容于收容空间时，所述安装面和所述环形侧壁的一端接触。本发明无需抽真空，动静触头接触面无烧灼，能够彻底安全，具有免维护的优点。

Description

一种不抽真空高压断路器

技术领域

本发明属于电气技术领域，特别涉及一种不抽真空高压断路器。

背景技术

断路器是电力系统中的重要开关设备，在运行电网中，用于控制电力线路或设备的投入与退出，保护线路正常运行。在所有的电网运行事故中，高压断路器所造成的事故无论是在次数上，还是在事故所造成的停电时间上都占有相当大的比重。

现有断路器的灭弧方法主要为：利用真空(压强在0.013Pa以下)，六氟化硫气体、绝缘油的介质灭弧法，利用气体或油吹弧法，利用狭缝灭弧法，利用多断口灭弧法，这些灭弧方法不或结构复杂易损坏或成本高昂或灭弧不完美。

真空断路器因其灭弧介质和灭弧后触头间隙的绝缘介质都是高真空而得名；其具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，在配电网中应用较为普及。真空断路器结构一般包含为:操作机构、面板、上出线座、绝缘铜、真空灭弧室、导电夹、下出线座、触头弹簧、绝缘拉杆、传动拐臂组成，其中真空灭弧室为核心部件，约占总成本的1/3左右，生产难度最大并且被外国厂商掌控专利。

现有断路器灭弧室生产难度高、高价材料易消耗、电能消耗大。

现有断路器灭弧室多需抽真空、需检查电压过零点，动静触头接触面经常有烧灼、燃弧、弹跳震颤现象，极易引发事故，维护成本高，维修难度大。

综述急需一种不抽真空高压断路器解决现有技术中的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种不抽真空高压断路器，旨在解决现有技术中高压断路器需抽真空，动静触头接触面经常有烧灼和燃弧现象，易引发事故的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种不抽真空高压断路器，包括分断室，分断室内包括静触头和动触头；

所述静触头包括所述静触头本体和第一电阻材料层，所述静触头本体用于导电，所述静触头本体包括环绕形成通孔的环形侧壁；所述第一电阻材料层收容于所述通孔内，所述第一电阻材料层贴合所述环形侧壁的内侧壁设置以环绕形成收容空间；所述动触头包括底座、导电结构和动态绝缘层，所述底座包括安装面，所述导电结构凸出于所述所述安装面设置；所述导电结构外侧套设有所述动态绝缘层，所述收容空间用于收容所述导电结构和所述动态绝缘层；当所述导电结构和所述动态绝缘层收容于所述收容空间时，所述导电结构与所述第一电阻材料层接触；当所述导电结构和所述动态绝缘层完全收容于所述收容空间时，所述所述安装面和所述环形侧壁的一端接触；所述动态绝缘层的高度小于所述导电结构的高度。

优选的，所述动触头还包括绝缘盖，所述绝缘盖连接于所述导电结构的背离所述底座的一端，所述动态绝缘层的背离所述底座的一端与所述绝缘盖间隔设置，所述收容空间还用于收容所述绝缘盖。

优选的，所述导电结构包括第二电阻材料层和第三电阻材料层，所述第三电阻材料层与所述底座连接，所述第二电阻材料层设置于所述第三电阻材料层的背离所述底座的一端，所述第三电阻材料层完全容纳于所述动态绝缘层，所述第二电阻材料层的电阻高于所述第三电阻材料层的电阻。

优选的，所述静触头还包括静态绝缘层，所述静态绝缘层连接于所述第一电阻材料层的靠近所述底座的一端。

优选的，所述静触头本体的电阻分别低于所述第一电阻材料层、所述第二电阻材料层和所述第三电阻材料层的电阻；所述底座的电阻分别低于所述第一电阻材料层、所述第二电阻材料层和所述第三电阻材料层的电阻。

优选的，所述第一电阻材料层和所述第二电阻材料层为石墨材料层、锰材料层和铁铬铝材料层中的一种或多种。

优选的，所述第三电阻材料层为氧化锌材料层。

优选的，所述动触头还包括伸缩件，所述伸缩件的一端与所述所述安装面固定连接，且所述伸缩件能够沿所述导电结构的延伸方向伸缩，所述导电结构套设于所述伸缩件外，以使所述伸缩件能够带动所述动触头往复运动。

优选的，所述动触头远离所述静触头一端设有动导电件，所述动触头通过所述动导电件与所述分断室固定相连。

与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

1)本发明提出的一种不抽真空高压断路器结构无需抽真空、无需检查电压过零点，动静触头接触面无烧灼、无燃弧、无弹跳震颤，能够彻底安全，具有免维护的优点。

2)本发明动触头和静触头采用铜合金，更优采用紫铜，电阻率低无额外热辐射，灭弧能力增强约10倍，降低了灭弧室生产难度、减少了高价材料消耗、节约了电能消耗，可节约20-70％综合成本。

3)本发明线路闭合之时，在动静触头接近接触闭合的过程中，线路电流成阶梯增加，具有软启动特性，可延长下游设备使用寿命，安全开闭次数提高100倍，线路安全性提高百倍；等同于电机软启动器，软启动断路器代替传统断路器分断线路，可大大降低电网中的谐波含量，降低减少购买谐波控制柜的费用。

4)本发明用于高低压开关柜，可使体积缩小一半，成本降低一半，改造跌落开关可以使跌落开关柔性开闭大负荷线路且不产生外露燃弧。

附图说明

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种不抽真空高压断路器深度接触状态结构示意图；

图2为本发明一种不抽真空高压断路器完全闭合状态结构示意图；

图3为本发明一种不抽真空高压断路器初始分断状态结构示意图；

图4为本发明一种不抽真空高压断路器继续分离状态结构示意图；

图5为本发明一种不抽真空高压断路器彻底分离状态结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	静触头	221	第二电阻材料层
110	第一电阻材料层	222	第三电阻材料层
				120	静态绝缘层	230	安装面
200	底座	240	动导电件
				210	动态绝缘层	300	绝缘盖
220	导电结构

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种不抽真空高压断路器，请参考附图1-附图4，一种不抽真空高压断路器，包括进出线接电排、分断室、支撑装置、控制装置。分断室内包括静触头100和动触头；静触头包括静触头本体100和第一电阻材料层110，静触头本体100用于导电，静触头本体100包括环绕形成通孔的环形侧壁；所述第一电阻材料层110收容于所述通孔内，所述第一电阻材料层110贴合所述环形侧壁的内侧壁设置以环绕形成收容空间；

动触头包括底座200、导电结构220和动态绝缘层210，底座200和导电结构用于导电，所述底座200包括安装面230，所述导电结构220凸出于所述安装面230设置；所述导电结构220外侧套设有动态绝缘层210，所述收容空间用于收容所述导电结构220和所述动态绝缘层210；当所述导电结构220和所述动态绝缘层210收容于所述收容空间时，导电结构220与第一电阻材料层110接触，静触头，导电结构220和底座200承担线路电压电流输送工作；当所述导电结构220和所述动态绝缘层210完全收容于所述收容空间时，即断路器完全闭合状态，所述安装面230和所述环形侧壁的一端接触，动触头和静触头通电并长期承担线路电压电流输送工作。所述动态绝缘层210的高度小于所述导电结构220的高度。

本发明高压断路器的灭弧分断室外观尺寸与其他真空灭弧室基本相同，不抽真空，静触头本体100的电阻和底座的电阻均低于第三电阻材料层222的电阻，第三电阻材料层222的电阻低于第二电阻层料层221的电阻，第三电阻材料层电阻低于第一电阻层料层110的电阻。

静触头本体100为铜材质，例如紫铜；所述底座200为铜材料底座200，例如紫铜，底座200采用紫铜代替铜合金，电阻率低无额外热辐射，灭弧能力增强十倍，降低了灭弧室生产难度、减少了高价材料消耗、节约了电能消耗。

所述动触头还包括绝缘盖300，绝缘盖300连接于导电结构220的背离所述底座200的一端，所述动态绝缘层210的背离所述底座200的一端与所述绝缘盖300间隔设置，所述收容空间还用于收容所述绝缘盖300。

此设计便于绝缘盖300通过静态绝缘层120并达到完全灭弧的目的。

导电结构220包括第二电阻材料层221和第三电阻材料层222，所述第三电阻材料层222与所述底座200连接，所述第二电阻材料层221设置于所述第三电阻材料层222的背离所述底座200的一端，第三电阻材料层222完全容纳于动态绝缘层210中，所述第二电阻材料层221的电阻高于所述第三电阻材料层222的电阻。

所述静触头还包括静态绝缘层120，所述第一电阻材料层110贴合所述通孔的孔壁设置，所述静态绝缘层120连接于第一电阻材料层110的靠近底座200的一端。

在本实施例中，所述第一电阻材料层110为静触头石墨材料层，第二电阻材料层221为导电结构石墨材料层。所述第三电阻材料层222为导电结构氧化锌材料层。线路导通状态时，导电结构氧化锌材料层运行电压小于线电压。所述动触头还包括伸缩件，所述伸缩件的一端与所述安装面230固定连接，且所述伸缩件能够沿所述导电结构220的延伸方向伸缩，所述导电结构220套设于所述伸缩件外，以使所述伸缩件能够带动所述动触头往复运动。伸缩件为弹簧，通过外部机构与灭弧室外部连接，由外部机构控制弹簧带动整个底座200上下运动。

所述动触头远离静触头一端设有动导电件，动触头通过动导电件与灭弧分断室固定相连。静触头远离动触头一端设有静导电件，静触头100通过静导电件与灭弧分断室固定相连。

动触头和静触头处于分离状态时，静触头上的绝缘盖将静触头和底座200隔离遮挡起来，其下部导电结构石墨材料层产生感生电压，只要该感生电压小于避雷器的运行电压和操作冲击电压，则该感生电压能量会被导电结构氧化锌材料层持续转化为小于1mA的弱电流排泄掉，由于这种排泄效应的存在，静触头上的辐射电磁场无法逾越导电结构石墨材质部分在底座200安装面230之间直接产生击穿电弧，线路始终处于分断状态。绝缘盖300的增加进一步保证了底座200和静触头处于分离状态或者继续分离状态的灭弧作用。

动触头进一步向静触头靠拢，其顶端的绝缘盖300逾越静态绝缘层120，静触头石墨层和导电结构石墨层接触，此时线电压瞬间击穿导电结构氧化锌材料层阈值，线路导通。

一种不抽真空高压断路器深度接触状态电流路径轨迹，参见图1：静触头本体100→静触头石墨材料层→导电结构石墨材料层→导电结构氧化锌材料层→安装面230→动导电件240。此线路时，静触头石墨材料层和导电结构石墨材料层相接触。

断路器完全闭合状态电流路径轨迹，参见图2：静触头本体100→安装面230→动导电件240。

断路器初始分断状态电流路径轨迹，参见图3：静触头本体100→静触头石墨材料层→导电结构石墨材料层→导电结构氧化锌材料层→安装面230→动导电件240。

断路器继续分离状态电流路径轨迹，参见图4：静触头本体100→静触头石墨材料层和导电结构石墨材料层产生电弧和感应电流→导电结构氧化锌材料层→安装面230→动导电件240。此线路时，静态绝缘层120和绝缘盖300接触，静触头石墨材料层和导电结构石墨材料层不接触。

彻底分离状态电流路径轨迹，参见图5：静触头本体100和底座200分离，线路无电流通过。

在动静触头接近接触闭合的过程中，石墨电阻大于氧化锌电阻，氧化锌电阻大于铜材质电阻，动静触头100之间的电阻逐渐成阶梯降低，电流成阶梯增加，有软启动特征，可大大降低电网中的谐波含量，降低减少购买谐波控制柜的费用，增加下延设备使用寿命。

动静触头从完全接触到深度接触状态，将断路器分断时燃弧的产生点由动静触头的接触面转移到了底座200的内部导电结构220，做到了断路器动静触头的无弧分断，大大增加了断路器的安全开闭次数。

动静触头从深度接触到继续分离状态，暴增的电压可能会瞬间击穿空气引起燃弧，但与此同时该暴增的电压击穿该空气备用路径，并导通，使该线路中有微弱电流。

导电结构氧化锌材料层设置原则，采用如下测试方法选定氧化锌的型号：将放电极连接到相应电压等级的线路上，其下方依次摆放连接一个绝缘遮挡板、受电棒、氧化锌材料、放电计数器并牢固接地，不断的更换氧化锌型号和数量，经实验验证得出结论如下：安全间距与氧化锌阀片型号、绝缘遮挡板的大小形状厚度、放电极形状、受电极形状、受电极材料的介电常数均有关系，并且当氧化锌阀片的运行电压大于放电电压时，无论安全间距多么小，都不会引发放电计数器动作。并且对于10KV/35KV/45KV/110KV线路，只要选取合适厚度的氧化锌阀片和绝缘挡板，均可以获得0-10mm的安全间距。绝缘遮挡板的厚度与选取的氧化锌阀片的厚度成反比，绝缘挡板的厚度越厚，击穿氧化锌阀片时的冲击电流越小。即在本发明中，绝缘盖300的厚度越厚，电柱氧化锌层可选取厚度小的氧化锌材料，击穿导电结构氧化锌材料层的冲击电流越小。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种不抽真空高压断路器，包括分断室，其特征在于，分断室内包括静触头和动触头；

所述静触头包括所述静触头本体和第一电阻材料层，所述静触头本体用于导电，所述静触头本体包括环绕形成通孔的环形侧壁；所述第一电阻材料层收容于所述通孔内，所述第一电阻材料层贴合所述环形侧壁的内侧壁设置以环绕形成收容空间；

所述动触头包括底座、导电结构和动态绝缘层，所述底座包括安装面，所述导电结构凸出于所述所述安装面设置；所述导电结构外侧套设有所述动态绝缘层，所述收容空间用于收容所述导电结构和所述动态绝缘层；当所述导电结构和所述动态绝缘层收容于所述收容空间时，所述导电结构与所述第一电阻材料层接触；当所述导电结构和所述动态绝缘层完全收容于所述收容空间时，所述所述安装面和所述环形侧壁的一端接触；

所述动态绝缘层的高度小于所述导电结构的高度。

2.根据权利要求1所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述动触头还包括绝缘盖，所述绝缘盖连接于所述导电结构的背离所述底座的一端，所述动态绝缘层的背离所述底座的一端与所述绝缘盖间隔设置，所述收容空间还用于收容所述绝缘盖。

3.根据权利要求1所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述导电结构包括第二电阻材料层和第三电阻材料层，所述第三电阻材料层与所述底座连接，所述第二电阻材料层设置于所述第三电阻材料层的背离所述底座的一端，所述第三电阻材料层完全容纳于所述动态绝缘层，所述第二电阻材料层的电阻高于所述第三电阻材料层的电阻。

4.根据权利要求1所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述静触头还包括静态绝缘层，所述静态绝缘层连接于所述第一电阻材料层的靠近所述底座的一端。

5.根据权利要求3中所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述静触头本体的电阻分别低于所述第一电阻材料层、所述第二电阻材料层和所述第三电阻材料层的电阻；所述底座的电阻分别低于所述第一电阻材料层、所述第二电阻材料层和所述第三电阻材料层的电阻。

6.根据权利要求3或5中所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述第一电阻材料层和所述第二电阻材料层为石墨材料层、锰材料层和铁铬铝材料层中的一种或多种。

7.根据权利要求3或5中所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述第三电阻材料层为氧化锌材料层。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述动触头还包括伸缩件，所述伸缩件的一端与所述所述安装面固定连接，且所述伸缩件能够沿所述导电结构的延伸方向伸缩，所述导电结构套设于所述伸缩件外，以使所述伸缩件能够带动所述动触头往复运动。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的一种不抽真空高压断路器，其特征在于，所述动触头远离所述静触头一端设有动导电件，所述动触头通过所述动导电件与所述分断室固定相连。