CN111261448A

CN111261448A - 断路器

Info

Publication number: CN111261448A
Application number: CN202010014619.3A
Authority: CN
Inventors: 韩峰; 李付永; 田利忠; 孟岩; 张琳; 赵丹丹; 彭展; 张敬涛; 马悦; 王文博; 王鹏超; 杨珂; 朱秋楠
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Pinggao Group Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Pinggao Group Co Ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: CN111261448B

Abstract

本发明涉及一种断路器，能够实现合闸电阻在灭弧室合闸前投入使用以先于灭弧室接通。包括灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂，以及带动灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂绕同一轴线同步转动的绝缘拉杆，灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂分别铰接有带动对应动触头动作的灭弧室连杆、合闸电阻连杆；灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度小于合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度，以实现合闸电阻静、动触头先于灭弧室静、动触头合闸；合闸电阻中设置有弹性支撑，用于在合闸电阻动、静触头合闸时支撑合闸电阻静触头后退，以及在合闸电阻动、静触头分闸时带动合闸电阻静触头复位。

Description

断路器

技术领域

本发明涉及一种断路器。

背景技术

在超高压电网中，断路器合空载长线，尤其是在电源电压幅值与线路残压反相时合闸，由于线路参数的突变，电网上电磁能力的震荡会引起较大的过电压。为了限制这种合闸过电压，常利用合闸电阻将电网中的部分电能吸收转化成热能，以达到削弱电磁震荡，限制过电压的目的。例如授权公告号为CN206702475U，授权公告日为2018.07.10的专利文件所公开的一种柱式高压断路器就采用了合闸电阻与灭弧室组合使用的结构。

断路器中，受电阻元件热容量的限制，电阻元件的通流持续时间必须很短，因此断路器实际运行时，要求电阻触头应该比灭弧室触头先合闸，并经过时间Δt后，灭弧室触头再合闸。由于以上原因，并联电阻合闸接入时允许的通电时间很短，合闸操作时，传动机构应保证电阻断口先于主断口（灭弧室）接通。

为实现电阻断口先于主断口接通，通过参数设计而得到的断路器技术要求其中的合闸电阻在灭弧室合闸前的8-11ms内投入使用，以实现削弱电网电磁震荡、限制过电压的目的，市场中亟需一种能够实现该功能的断路器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种断路器，能够实现合闸电阻在灭弧室合闸前投入使用以先于灭弧室接通。

为实现上述目的，本发明中的断路器采用如下技术方案：

断路器包括：

支柱；

灭弧室，固定在支柱上，灭弧室包括灭弧室静触头和灭弧室动触头；

合闸电阻，固定在支柱上，合闸电阻包括合闸电阻静触头和合闸电阻动触头；

传动机构，包括灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂，以及带动灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂绕同一轴线同步转动的绝缘拉杆，灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂分别铰接有带动对应动触头动作的灭弧室连杆、合闸电阻连杆；

灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度小于合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度，用于在灭弧室拐臂和合闸电阻拐臂同步转动时实现合闸电阻静、动触头先于灭弧室静、动触头合闸；

合闸电阻中设置有弹性支撑，位于合闸电阻静触头背向合闸电阻动触头的一侧，用于在合闸电阻动、静触头合闸时支撑合闸电阻静触头后退，以及在合闸电阻动、静触头分闸时带动合闸电阻静触头复位。

其有益效果在于：将合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度，设计为大于灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度，又因为合闸电阻拐臂与灭弧室拐臂是同步转动的，两者的角速度相同，因此会使合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点的线速度大于灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点的线速度，进而使合闸电阻连杆及合闸电阻动触头的移动速度大于灭弧室连杆及灭弧室动触头的移动速度，有利于实现合闸电阻在灭弧室合闸前投入使用以先于灭弧室接通。适应性地，在合闸电阻中设置有弹性支撑，当合闸电阻拐臂将合闸电阻动触头顶到合闸电阻静触头上后，传灭弧室拐臂仍在转动，合闸电阻动触头会随着合闸电阻拐臂的转动继续前进，随后设置在合闸电阻静触头与合闸电阻壳体之间的弹性支撑被压缩，即在合闸电阻完成合闸后，灭弧室拐臂仍能正常转动来带动灭弧室动触头朝向灭弧室静触头靠近，不会使合闸电阻动触头因运动受阻而影响灭弧室的正常分合闸动作，保证了断路器中各断口分、合闸的准确性。

进一步的，断路器处于分闸状态时，合闸电阻动、静触头之间的断口距离等于灭弧室动、静触头之间的断口距离。

其有益效果在于：合闸电阻动、静触头之间的断口距离与灭弧室动、静触头之间的断口距离相等，使技术人员在设计合闸电阻动触头、灭弧室动触头运动速度时将路程这一要素作为定值常数，更便于计算速度及设计动触头的传动结构，减少了设计制造的难度，且必然能够实现合闸电阻在灭弧室合闸前投入使用以先于灭弧室接通。

进一步的，合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.39~1.62倍。

其有益效果在于：合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.39~1.62倍，能够对应实现合闸电阻动触头先于灭弧室动触头8~11ms合闸，一方面能够满足对断路器各部分分合闸动作的时间要求，另一方面8~11ms为优选值，经济效益较高。

进一步的，合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.49倍。

其有益效果在于：合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.49倍，能够实现合闸电阻比灭弧室提前9.5ms接通，9.5ms为8~11ms的中间值，当传动机构在制造尺寸、装配尺寸上出现误差时，能够避免合闸电阻比灭弧室提前合闸的时间小于8ms或大于11ms，增加了断路器的容错率。

进一步的，传动机构包括传动轴，所述灭弧室拐臂止转装配在传动轴上，合闸电阻拐臂止转装配在传动轴上，灭弧室拐臂及合闸电阻拐臂同步转动的同一轴线为传动轴的轴线。

其有益效果在于：在灭弧室拐臂上装配传动轴并依靠该传动轴带动合闸电阻拐臂动，简化了传动结构，更方便操作人员在断路器中设计动力传递路线。

进一步的，灭弧室拐臂包括呈L形布置的第一支臂和第二支臂，第一支臂的端部与灭弧室连杆铰接，第二支臂的端部与绝缘拉杆铰接，所述传动轴止转装配第一支臂和第二支臂的相交处。

其有益效果在于：灭弧室拐臂呈L形，能够减少灭弧室拐臂摆动时所需空间，能够缩减传动机构的体积，简化传动机构的结构。

附图说明

图1为本发明中的断路器实施例1的断路器立体结构图；中灭弧室与合闸电阻相对位置的示意图；

图2为图1中断路器的俯视图；

图3为图1中断路器的灭弧室与合闸电阻动作部分的结构示意图；

图4为图1中断路器的灭弧室拐臂与合闸电阻拐臂的结构示意图；

图5为图1中断路器的内部关于弹簧的结构示意图；

图中：

10-灭弧室；11-灭弧室拐臂；111-第一支臂；112-第二支臂；12-传动杆；

13-灭弧室动触头；14-灭弧室静触头；20-合闸电阻；21-合闸电阻拐臂；

22-传动板；23-合闸电阻动触头；24-合闸电阻静触头；25-弹簧；26-电阻片；

27-导套；30-三联箱；40-传动轴；50-合闸电阻拐臂盒；60-导电板；

70-绝缘拉杆；80-支柱；81-均压电容器；82-操动机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“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。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明中断路器的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中断路器的实施例1：如图1及图2所示，本发明中的断路器包括沿竖直方向布置的支柱80，支柱80的顶部固定有灭弧室10和合闸电阻20，以及均压电容器81。断路器还包括操动机构82，操动机构82布置在支柱的底部位置处。在一个支柱80上固定的灭弧室10有两个，以图中左右方向相对布置。在一个支柱上固定的合闸电阻20也有两个，以图中左右方向相对布置。位于左侧的灭弧室10与合闸电阻20平行，位于右侧的灭弧室10与合闸电阻20平行。均压电容器81同样设置有两个，分别布置在左右两侧。支柱80的顶部设置有三联箱30，支柱80的内部为中空结构，三联箱30内空间与支柱80内空间连通。支柱80中设置有可以上下运动的绝缘拉杆70，绝缘拉杆70的顶部伸入三联箱30中。

如图3、图4及图5所示，对于灭弧室10来讲，布置在支柱顶部两侧的灭弧室10结构相同，灭弧室10包括灭弧室壳体，灭弧室壳体的外周设置有伞裙，灭弧室10的内部设置有与灭弧室壳体相对固定的灭弧室静触头14，导向设置有可以在灭弧室壳体内往复运动的灭弧室动触头13，灭弧室动触头13在运动过程中能够与灭弧室静触头14接触、分离，对应实现灭弧室10的合闸、分闸。

对于合闸电阻20来讲，布置在支柱顶部两侧的合闸电阻20结构相同，合闸电阻20包括合闸电阻壳体，本实施例中采用瓷套作为合闸电阻壳体，合闸电阻壳体的外周设置有伞裙，合闸电阻壳体内设置有合闸电阻静触头24和合闸电阻动触头23，合闸电阻静触头24和合闸电阻动触头23均能够在合闸电阻壳体内导向移动。

合闸电阻壳体内还设置有作为弹性支撑的弹簧25，再如图5所示，合闸电阻动触头23背向合闸电阻静触头24的一侧设置有电阻片26，合闸电阻静触头24背向合闸电阻动触头23的一侧也设置有电阻片26。合闸电阻静触头24导向装配在导套26内，导套的端部设置有弹簧座，弹簧25的两端分别弹性顶撑在合闸电阻静触头24和弹簧座上。弹簧25受压时所产生的弹力能够将合闸电阻静触头24推向合闸电阻动触头23。合闸电阻20靠外的一侧与灭弧室10对应端部之间连接有导电板60，同时导电板60具有足够的刚度、强度来对合闸电阻20进行支撑，保证合闸电阻20与灭弧室10的相对位置。在其他实施例中，若断路器的电压等级较低，可以将合闸电阻动触头及合闸电阻静触头暴露在空气中，此时为保证绝缘距离，应将合闸电阻动触头与合闸电阻静触头之间的开距增加。

因为断路器中左右两侧的结构是相同的，所以现对左侧的灭弧室10、合闸电阻20的配合关系进行说明。灭弧室壳体靠近支柱的端部与支柱顶部的三联箱30固定连接，断路器中的传动机构能够带动灭火室、合闸电阻20中对应动静触头动作。具体来讲，在三联箱30中布置有灭弧室拐臂11，灭弧室拐臂11包括一体成型的第一支臂111和第二支臂112，第一支臂111与第二支臂112相交以使整个灭弧室拐臂11呈L形。

第一支臂111的端部设置有铰接孔，第二支臂112的端部也设置有铰接孔，具体来讲，第一支臂111与绝缘拉杆70铰接，当绝缘拉杆70上下动作时，能够带动灭弧室拐臂11动作。第二支臂112的端部设置有两相对布置的片部，片部之间所形成的间隙供灭弧室连杆插入。在片部上设置有铰接孔，灭弧室连杆通过铰轴与第二支臂112铰接，以在灭弧室拐臂11动作时能带动灭弧室连杆动作。本实施例中，灭弧室连杆为传动杆12，传动杆12用于与第二支臂112铰接的部分被加工为扁位，扁位具有与第二支臂112中两片部对应的平面。

第一支臂111与第二支臂112相交的位置处，设置有安装孔，安装孔中穿装有传动轴40，传动轴40与灭弧室拐臂11之间通过花键连接实现止转配合，当灭弧室拐臂11在绝缘拉杆70带动下转动时，能够带动传动轴40随灭弧室拐臂11转动。传动轴40的一端支撑在三联箱30中，且能够相对于三联箱30转动，传动轴40的另一端从三联箱30中穿出，三联箱30的两个箱壁对传动轴40进行了支撑，使灭弧室拐臂11在转动时是绕传动轴40的轴线转动的。

在合闸电阻壳体的右端，设置有合闸电阻拐臂盒50，合闸电阻拐臂盒50内空间与合闸电阻壳体内空间连通。合闸电阻拐臂21和中设置有合闸电阻拐臂21，传动轴40伸入到合闸电阻拐臂盒50中，并与合闸电阻拐臂21通过花键连接以实现止转配合，当传动轴40随灭弧室拐臂11转动时也能够电动合闸电阻拐臂盒50中的合闸电阻拐臂21动作。

合闸电阻拐臂21与合闸电阻动触头23之间连接有合闸电阻连杆，本实施例中采用细长形的传动板22来作为合闸电阻连杆。合闸电阻拐臂21呈长条形，与传动板22铰接的一端设置有两相对布置的片部，两片部之间的间隔供传动板22的端部插入，在两片部上设置有铰接孔，传动板22对应位置上设置有通孔，将销轴插入铰接孔及通孔时能够实现合闸电阻拐臂21与传动板22的铰接。两片部之间的间隔形成了避让槽，避让槽的长度由合闸电阻拐臂21的端部延伸至合闸电阻拐臂21在长度方向上的中部位置处，能够避让传动板22的更多的部分使传动板22更贴近合闸电阻拐臂21。

需要说明的是，合闸电阻拐臂21与灭弧室拐臂11平行，在图3及图4中的前后方向来看，合闸电阻拐臂21与灭弧室拐臂11能够在沿传动轴40径向的方向上重合，并且合闸电阻拐臂21的长度要大于灭弧使拐臂的长度，以使合闸电阻拐臂21、灭弧室拐臂11在处于相同角速度的情况下，与合闸电阻拐臂21铰接的传动板22的线速度大于与灭弧室拐臂11铰接的传动杆12的线速度。

也可以采用简化的模型来说明合闸电阻拐臂21与灭弧室拐臂11在位置及尺寸上的关系：灭弧室拐臂11的转动轴线是传动轴40的轴线，由于合闸电阻拐臂21止转装配在传动轴40上，因此合闸电阻拐臂21的转动轴线也是传动轴40的轴线，现定义灭弧室拐臂11与传动杆12铰接的铰接点到传动轴40轴线的线段为第一线段L₁，合闸电阻拐臂21与传动板22铰接的铰接点到传动轴40轴线的线段为L₂，那么L₁与L₂在沿转动轴轴线上不共面，但是L₁与L₂在该方向上平行，并且L₁的长度要小于L₂的长度，从而使L₂的端部具有更大的线速度。

操作人员使用本发明中的断路器时，需要实现合闸电阻20在灭弧室10合闸前的8-11ms内投入使用，即合闸电阻动触头23与合闸电阻静触头24先行合闸。绝缘拉杆70动作时，能够带动合闸电阻拐臂21及灭弧室拐臂11同步转动，在合闸电阻拐臂21及灭弧室拐臂11的端部具有不同的线速度，从而使传动杆12和传动板22具有不同的移动速度。传动杆12连接灭弧室动触头13，传动板22连接合闸电阻动触头23，直观地反映出灭弧室动触头13与合闸电阻动触头23的运动速度不同。

本实施例中，灭弧室10断口开距为100mm，合闸电阻20的断口开距同样为100mm，灭弧室10的合闸速度为3.5m/s，灭弧室10实现合闸的时间为100/3.5=28.6ms，而根据参数设计要求合闸电阻20需提前主断口（灭弧室10）8~11ms接通，取8~11ms的中间值9.5ms，即可得到合闸电阻20合闸时间为28.6-9.5=19.1ms。在已知合闸电阻20合闸时间后，通过计算合闸电阻拐臂21与灭弧室拐臂11变比系数改变线速度可实现合闸电阻20提前接通的设计要求，L2/L1=100/19.1/3.5=1.49，因此将合闸电阻拐臂21长度为灭弧室拐臂11的1.49倍时，就可实现合闸电阻20比灭弧室10提前9.5ms接通。若要满足合闸电阻20需提前主断口（灭弧室10）8~11ms接通，合闸电阻拐臂21与灭弧室拐臂11的长度之比可以在1.39~1.62之中选取。

当合闸电阻拐臂21将合闸电阻动触头23顶到合闸电阻静触头24上后，传动轴40及灭弧室拐臂11仍在转动，合闸电阻动触头23会随着合闸电阻拐臂21的转动继续前进，随后设置在合闸电阻静触头24与合闸电阻壳体之间、作为弹性支撑的弹簧25被压缩，即在合闸电阻20完成合闸后，灭弧室拐臂11仍能正常转动来带动灭弧室动触头13朝向灭弧室静触头14靠近，不会使合闸电阻动触头23因运动受阻而影响灭弧室10的正常分合闸动作。

本发明中断路器的实施例2，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中断路器处于初始状态时，合闸电阻动、静触头之间的断口距离可以小于或大于灭弧室动、静触头之间的断口距离，但此时应保证合闸电阻先于灭弧室合闸，并且合闸电阻动、静触头之间的断口距离、灭弧室动、静触头之间的断口距离应满足绝缘要求。

本发明中断路器的实施例3，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度，与灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度之比可以在1.39~1.62中选取，不局限于仅采用1.49的比值，例如采用1.43或1.52等。

本发明中断路器的实施例4，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中传动机构包括主动转动的主动轴，灭弧室拐臂及合闸电阻拐臂都止转装配在主动轴上，主动轴转动带动两拐臂动作，两拐臂的角速度相同，此时是由绝缘拉杆带动主动轴动作，将动力传递至主动轴上的。

本发明中断路器的实施例5，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中三联箱中设置有供灭弧室拐臂套装的第一支撑轴，合闸电阻拐臂盒中设置有供合闸电阻拐臂套装的第二支撑轴，第一支撑轴与第二支撑轴相互独立且轴线共线，在灭弧室拐臂与合闸电阻拐臂之间仍连接有传动轴，在灭弧室拐臂被绝缘拉杆驱动而摆动时，能够通过传动杆带动合闸电阻拐臂在合闸电阻拐臂盒内绕第二支撑轴摆动。

本发明中断路器的实施例6，与上述实施例的不同之处在于，本实施例中灭弧室拐臂为直线型，灭弧室拐臂的一端与灭弧室连杆铰接，另一端与绝缘拉杆铰接，并被绝缘拉杆带动摆动，传动轴装配在灭弧室拐臂的中部位置上。

以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.断路器，包括：

支柱；

其特征在于：

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于：断路器处于分闸状态时，合闸电阻动、静触头之间的断口距离等于灭弧室动、静触头之间的断口距离。

3.根据权利要求1或2所述的断路器，其特征在于：合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.39~1.62倍。

4.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于：合闸电阻连杆和合闸电阻拐臂的铰接点与合闸电阻拐臂转动轴线的连线长度是灭弧室连杆和灭弧室拐臂的铰接点与灭弧室拐臂转动轴线的连线长度的1.49倍。

5.根据权利要求1或2所述的断路器，其特征在于：传动机构包括传动轴，所述灭弧室拐臂止转装配在传动轴上，合闸电阻拐臂止转装配在传动轴上，灭弧室拐臂及合闸电阻拐臂同步转动的同一轴线为传动轴的轴线。

6.根据权利要求5所述的断路器，其特征在于：灭弧室拐臂包括呈L形布置的第一支臂和第二支臂，第一支臂的端部与灭弧室连杆铰接，第二支臂的端部与绝缘拉杆铰接，所述传动轴止转装配第一支臂和第二支臂的相交处。