CN1126363A - 气体绝缘断路器 - Google Patents

Abstract

开断极1和2分别安装且电气连接在各自的导电体4和5上，相间绝缘支撑件将导电体4和5固定并使之相互连接，极间电容器7装在极间绝缘支撑件的各个的侧壁里。开断件的元件和绝缘气体一起装在接地金属容器19中，并且通过绝缘支撑体17安装在操作箱18上。开断极1和2设计为能通过一个致动绝缘棒(未画出)从操作箱18传输致动力，并定成开断/闭合操作。因此，使开断件的装配、调整、维护和检查这些工作的效率得到大大的提高。

Description

气体绝缘断路器

本发明涉及气体绝缘断路器，尤其涉及这类气体绝缘断路器的结构，在这种断路器中，为了抑制电流断开后立即感应的恢复电压的上升率，在其开断极之间接一个电容器。

常规的断路器已在Denki shoin 1981年出版的“变电站电气工程师资格考试教程”第十三册PP102—158中做了阐述。

根据这套丛书及同类书刊，了解到有这样的需求，即用减少断点的方法来减少断路器元器件的数量和体积。

根据这套丛书及同类出刊，还进一步了解到，虽然断点的减少能使断路器的体积减小，但需要增加每个断点的开断能力，为了这个目的，屹今已研究出了许多有关开断件结构和灭弧介质的改进办法。

本发明的目的是提供一个大容量的气体绝缘断路器，此断路器能以既结构简单又便于装配的方法来增加每个断点的开断容量。

上述目的可用一个气体断路器来实现，该断路器是由一个具有静止极和可动极的开断件和一个与开断件的极间并联并且在可动极打开和闭合方向上延伸的电容器组成。其特征在于还包括一个可支承开断件的静止极和可动极的极间绝缘支撑件和一个比极间绝缘支撑件的介电常数小的，用来容纳电容器的圆柱形绝缘套筒，其中，容纳电容器的圆柱形绝缘套筒安装在极间绝缘支撑件中。

根据本发明，可获得如下的功能和优点。

由于断路器开断件的极被绝缘支撑件支撑，而保持其间的预定位置关系，开断件的极的装配工作可分别进行，并且包括用绝缘体连接的静止极和可动极的开断件可看成一个集成的整体单元，当开断件中的可动极通过另一个绝缘体连接到操作箱时，开断件的开断/闭合操作的调整工作可容易完成。

在断路器已断开故障电流后，如果开断极间产生的恢复电压的上升率很大，开断极间介电强度的恢复跟不上产生的恢复电压，断路器就不能断开故障电流。因此，如果恢复电压的上升率下降，断路器的开断电流就能增加。为了这一目的，在开断极之间连接一个电容器。然而在电容器外圆周和容纳电容器的圆柱形绝缘套筒的内圆周壁之间产生了一个小间隙。三个小间隙、一个将电容器连接到开断件的电极和容纳电容器的圆柱形绝缘套筒之处的狭小区域称之为三层连接，在圆柱形绝缘套筒的介电常数的影响下，小间隙中的电场局部地集中，使电场增强。三层连接时在小间隙处产生的电场强度的大小通常和邻近的圆柱形绝缘套筒的介电常数成比例。由于开断极负荷和在开断件操作期间引起的冲击负荷是直接施加在极间绝缘支撑件上的，极间绝缘支撑件必须具有承受这些负荷的机械强度。具有高机械强度的绝缘材料一般具有高的介电常数，因此，如果不是直接将极间电容器装入有大的介电常数的极间绝缘支撑件而是将极间电容器先装入有小的介电常数的小圆柱形绝缘套筒里，再将已套上了小圆柱形绝缘套筒的电容器装入极间绝缘支撑件，小间隙处的电场密度就会减弱。

图1是为说明根据本发明的一个特定实施例的开断件的平面图。

图2是沿着图1中II—II线剖开的剖视图。

图3是图1和图2所示的特定实施例的极间电容器放大的剖视图。

图4是为说明图3所示的特定实施例中产生的三层连接的草图。

图5是说明根据本发明的特定实施例的气体绝缘断路器的剖视图。

图6是一个曲线图，用来说明容纳极间电容器的圆柱形绝缘套筒的厚度和极间电容器上电场密集区的电场之间的关系。

在下面，将参照图1至图6来说明根据本发明的实施例。

开断极1和2分别安装在各自的导电体4和5上，并且之间有电气连接，导电体4和5被极间绝缘支撑件3紧紧固定并彼此连接，极间电容器7装在极间绝缘支撑件3各自的侧壁中，开断件的这些部件既和绝缘气体一块装入一个接地的金属容器19中，又通过绝缘支撑件17全部紧固到操作箱18上。开断极1和2被设计成能通过致动绝缘棒(没有示出)来传输从操作箱18过来的致动力，并进行分断/闭合操作。

图1所示的是具有上述结构的气体绝缘断路器的开断件的平面图，其中，开断极1和2是以使其操作轴基本水平运行这样的方式来安装，图2所示是沿图1中II—II线切开的剖视图。从这些图来看，导电体4和5以及开断极1和2被极间绝缘支撑件3集成在一起，以至开断件的这些元部件可看成是一个单元部件。此外，极间绝缘支撑件3被做成圆柱形并设计为能装入开断极1和2，使得开断件的整体尺寸减小，而使极间绝缘支撑件3保持足够的机械强度。再者，在极间绝缘支撑件3的垂直方向开了一个孔6，这样，既可通过孔6来方便地完成开断极1和2的维护、检查和更换工作，又能防止由于电流分断操作期间产生的电弧热在开断极1和2之间产生的绝缘气体分解物积累在圆柱形极间绝缘支撑件3的内表面上。分解物是一种粉末状绝缘材料，具有高的吸湿性，因此当分解物暴露在空气中时，如在检查开断件的过程中，就吸收了空气中的水份，沿附着了吸收了水份的分解物的圆柱形极间绝缘支撑件3的表面的介电强度可能减小，然而，有了孔6就防止了这种弊端。为了在极间绝缘支撑件3的垂直方向上开孔6，将极间电容器装在极间绝缘支撑件3各自的侧壁内。

图3是说明其中一个极间电容器7装入极间绝缘支撑件3的侧壁内时的剖视图。在沿极间绝缘支撑件3的侧壁开的圆柱形孔里，与圆柱形孔同轴地装上了已装在圆柱形绝缘套筒10的极间电容器7，极间电容器7的电极8a，8b和8c也一同装上，极间电容器7压向导电体4和5并通过电容器7的电极8a，8b和8c，用导电簧彼此电气连接，在本实施例中，极间绝缘支撑件3上的孔的两端的直径ΦD3和ΦD4是不同的，而且，圆柱孔的表面倾斜，于是在模制的过程中，用合适的模具及可使圆柱形孔和极间绝缘支撑件3整块同时成型，对于制造来讲，这是一个很大的优点。同理，圆柱形绝缘套筒10的孔的两端的直径ΦD5和ΦD6也是不同的，圆柱孔的表面也倾斜，因此圆柱形绝缘套筒10的生产也可以单块模制。此外，通过从极间绝缘支撑件3外圆周表面延伸到电容器安装孔的贯穿孔11，绝缘气体能导入电容器安装孔。极间绝缘支撑件3一般用环氧树脂或玻璃纤维加强塑料制作，其介电常数高达4—6。于是极间电容器7装入圆柱形绝缘套筒10中。由于圆柱形绝缘套筒10不需要高的机械强度，所以圆柱形绝缘套筒10用像四氟乙烯这样的具有低介电常数的材料制成。于是，在极间电容器7和圆柱形绝缘套筒10之间的小空气间隙24中及电容器的电极8a、8b和8c附近的局部电场密度降低。此外，圆柱形绝缘套筒10也能采用在极间电容器7的外圆周上紧紧地颤绕一层薄薄的绝缘板的方法来制作，同样也具有许多优点。

作为另一种选择，当电容器的电极8a、8b和8c电气连接到相应的导电体4和5上时，极间电容器7、电容器的电极8a、8b和8c、导电簧9和装这些元部件的圆柱形绝缘套筒10，也能绕在极间绝缘支撑件3外圆周表面安装，也基本具有这些优点。下面参照图4来说明以上的原理。

小空气间隙24、电容器的电极8a或8b与圆柱形绝缘套筒10连接处如前所述被称为三层连接。图4大致说明了一个在电极14和电介质12之间存在的小空气间隙13的三层连接。假设空气间隙13和电介质的介电常数分别是ε₁和ε₂时，厚度分别为L₁和L₂，电极14和电介质12之间的加的电位差是V。空气间隙13中的电场强度E₁和电介质12中的电场强度E₂被表示如下：

E₁＝ε₂V/(L₂ε₁＋L₁ε₂)

E₂＝ε₁V/(L₂ε₁＋L₁ε₂)

从上述方程中可知，空气间隙13中电场强度E₁的变化和电介质12的介电常数的大小成比例。因此，如果电介质12的介电常数减小，空气间隙13中的电场密度就会减弱。同理，当所用的圆柱形绝缘套筒10的介电常数相对于电介质12的介电常数低的时候，就会得到削弱电场密度的效果，此外，由于极间电容器7的各个元件在极之间施加的是同一个电压，因此，如果在开断极1和2及极间电容器7的轴线方向(箭头B的方向)的两个中心点设计成彼此基本一致，在开断极1或开断极2处就避免了高的电场密度，于是使极间绝缘支撑件3的绝缘性能大大提高。

为了在一个实际的断路器中真实地实现上述电场密度减弱的效果，有必要选择一个具有前述预定值厚度的圆柱形绝缘套筒10。图6说明的是在电容器7处的电场密集区的电场强度和圆柱形绝缘套筒10的厚度之间的关系。当圆柱形绝缘套筒的厚度足够时，在图6中的电场密度用相对值表示。从图6可知，随着圆柱形绝缘套筒10的厚度超过0.1mm，电场密度充分地被削弱了，因此，如果选择绝缘套筒厚度超过0.1mm，就可以减弱电场密度，改善极间绝缘支撑件3的介电强度，虽然圆柱形绝缘套筒10的厚度越厚，电场密度降的越低，但电场密度的减弱程度随着厚度超过10mm而降到低于0.1％，此外，当实测圆柱形绝缘套筒10的厚度超过10mm时，用于容纳已装入电容器7的圆柱形绝缘套筒10的极间绝缘支撑件3上的形成的孔的直径不得不扩大，这样会引起极间绝缘支撑件3的机械强度下降，因此，最好选择圆柱形绝缘套筒10的厚度小于10mm。

图5是根据本发明的气体断路器的剖视图，极间绝缘支撑件3所连接的开断单元通过绝缘支撑件17连接到操作箱18上。在导电体4和5上，装有各自的集电器15a和15b，各自的支路导体16a和16b连接到15a和15b上，支路导体16a和16b的一部分被省略。在将开断单元装配到金属容器19中之前，将开断单元通过绝缘支撑件17和操作箱18进行连接，就可以对开断极1和2的开断/闭合操作进行调整，这能大大提高工作效率。此外，当选择了内接带集电器15a和15b的开断部件的虚线圆柱体20的直径ΦD2小于插入开断件的金属容器19前面一端的直径ΦD1时，要选择虚线圆柱体20的高度不能使其碰到金属容器19的圆柱壁上，在和操作箱18连接时，装有集电器15a和15b的开断单元可按箭头B所指的方向直线插入，这能大大提高装配效率。此外，在金属容器19表面上有一个手孔21，正对着极间绝缘支撑件3的孔6，可通过此手孔从金属容器19外部对开断件进行调整、维护和检查。

根据本发明，既以简单的结构实现了使气体断路器具有高的绝缘性能和每一个开断点具有大的开断电流能力，又提高了装配工作的效率。

Claims (23)

1.一种气体绝缘断路器，包括一个带有静止极和可动极的开断件和一个电容器，开断件装在充满绝缘气体的金属容器中，电容器电气并联在上述开断件的静止极和可动极之间，并沿可动极的开闭方向延伸，它包括一个支承所述开断件的静止极和可动极的极间绝缘支撑件及一个有比所述极间绝缘支撑件的介电常数小的绝缘套筒，此套筒是用于容纳沿所述的极间绝缘支撑件放置的所述的电容器。

2.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中所述的极间绝缘支撑件基本为圆柱形，相对的开断极装入该圆筒中。

3.根据权利要求2的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的所述绝缘套筒的厚度的选择大于0.1mm，小于10mm。

4.根据权利要求3的气体绝缘断路器，其中所述的用于容纳所述电容器的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

5.根据权利要求2的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述电容器的所述绝缘套筒是由碳氟树脂制成。

6.根据权利要求2的气体绝缘断路器，其中所述的静止和可动极以开断/闭合操作轴线基本水平运行的方式安装，所述的装在所述的绝缘套筒里的电容器被装在所述的极间绝缘支撑件的侧壁内，此外，在所述极间绝缘支撑件侧壁上还开有一个沿垂直方向上的孔。

7.根据权利要求6的气体绝缘断路器，其中所述的用于安装所述的电容器的绝缘套筒的厚度选择为大于0.1mm，小于10mm。

8.根据权利要求7的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的所述的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

9.根据权利要求6的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的所述的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

10.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中为安放所述的容纳述的电容器的绝缘套筒，在所述的极间绝缘支撑件上开有一个孔，此外，从所述极间绝缘支座的外圆周表面到所述的孔内开有一个贯穿孔。

11.根据权利要求10的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的绝缘套筒的厚度选择为大于0.1mm，小于10mm。

12.根据权利要求11的气体绝缘断路器，其中所述的用于容纳所述的电容器的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

13.根据权利要求2的气体绝缘断路器，其中用于安放所述的电容器的绝缘套筒而在所述的极间绝缘支撑件上开的安装孔被加工成基本为圆柱形并且该圆柱形孔的两端的直径不同。

14.根据权利要求13的气体绝缘断路器，其中所述的容纳所述的电容器的绝缘套筒被加工成基本为圆柱形，而且在两端的内直径不同。

15.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中所述的容纳所述的电容器的绝缘套筒用在所述的电容器外圆周围绕一层薄的绝缘板的方法制做。

16.根据权利要求2的气体绝缘断路器，其中所述的电容器沿所述的极间绝缘支撑件外表面安装。

17.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中所述静止极和可动极被所述的极间绝缘支撑件支撑，所述的电容器沿其轴线方向的中心位于基本相同的轴线位置安装。

18.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中所述的开断件的一个极的端部被一个绝缘体所支承并连接到装有为操作所述的开断件用的操作机构的操作箱上去。

19.根据权利要求6的气体绝缘断路器，其中在金属容器上正对着所述的极间绝缘支撑件上的孔的表面上开了一个手孔。

20.根据权利要求19的气体绝缘断路器，其中，基本为圆柱体并且接地的金属容器的端部开口处的直径，要选择大于内接已装了集电器的开断件组件的虚线圆柱体，该金属容器用于容纳所述开断件和固定到所述开断件两端的集电器。

21.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的绝缘套筒的厚度选择要大于0.1mm，小于10mm。

22.根据权利要求21的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的所述的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

23.根据权利要求1的气体绝缘断路器，其中用于容纳所述的电容器的所述的绝缘套筒用碳氟树脂制成。

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