CN112786346A - 一种双断口自均压真空灭弧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自均压双断口真空灭弧室，两个商用真空灭弧室静端盖通过中间法兰连接，中间法兰连接中间屏蔽罩，上下侧真空灭弧室动端盖处分别连接上下端外部屏蔽罩，在上、下端外部屏蔽罩与中间屏蔽罩之间并联两个圆筒形陶瓷电容器，其内外表面为电极，作为上下端真空灭弧室的均压电容，实现断口间均压控制，上述圆筒形陶瓷电容器通过固体绝缘固定于外部屏蔽罩和中间屏蔽罩之间，屏蔽罩可以有效改善外部电场分布均匀性，减小断口对地杂散电容，实现比传统外部并联均压电容更好的均压效果。在上下端外部屏蔽罩分布有通气孔，便于罐式断路器中绝缘气体流入，提高内部耐压水平，同样达到对流散热效果。该发明专利具有结构简单、体积小、均压效果好等优点，作为紧凑型超特高压罐式多断口真空断路器的基本单元，为后期更高电压等级断路器奠定了基础。
Description
技术领域：
本发明属于高压断路器领域，具体涉及一种双断口自均压真空灭弧室。
背景技术：
真空灭弧室以真空介质为灭弧和绝缘介质，具有熄弧能力强、使用寿命长、绿色环保、体积小、重量轻等优点，在配电领域占有主导地位，单断口真空灭弧室由于真空击穿电压与间隙大小之间的饱和效应限制，电压等级一般低于126kV，采用多断口串联技术构成多断口真空断路器是其向超特高压领域应用的重要途径，但由于对地杂散电容的影响造成各个断口间电压分布极不均匀，在双断口真空断路器中，高压断口可能承受将近70％的总电压，高压侧断口电压可能会发生击穿进而导致低压侧断口相继击穿，造成开断失败。
多断口真空断路器电压分布不均匀，传统采用外部并联均压电容的方法，但该方法增加了整体的绝缘空间，不利于罐式组合电器的紧凑型集成设计。传统屏蔽罩均压方式未采用气体作为介质，构建的均压电容一般为100～300pF的均压电容，尚不能满足断口间的均压要求。本发明提出均压屏蔽罩和圆筒形陶瓷均压电容的集成均压结构配置，可构建较大的均压电容值，实现断口间较好的均压效果，以目前商业应用的72.5kV或126kV单断口真空灭弧室串联构成145kV和252kV双断口自均压真空灭弧室，为高压罐式真空断路器节约空间、提升绝缘性能和开断能力。
发明内容:
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提出一种双断口自均压真空灭弧室，主要包括上下端圆筒形陶瓷电容器、上下端外部屏蔽罩、中间屏蔽罩、固定绝缘材料、中间法兰、环氧树脂等，上述部件通过固封、焊接等实现。
进一步，两个真空灭弧室VI1、VI2静端盖通过中间法兰连接，可采用两个72.5kV真空灭弧室可实现145kV电压等级开断，采用两个126kV灭弧室可以实现252kV电压等级开断。
进一步，采用上下端圆筒形陶瓷电容器通过上下端外部屏蔽罩和中间屏蔽罩并联于VI1、VI2两端，VI1、VI2并联的均压电容值为500～10000pF，上端圆筒形陶瓷电容器连接于上端外部屏蔽罩与中间均压屏蔽罩重叠区域，下端圆筒形陶瓷电容器连接于下端外部屏蔽罩与中间均压屏蔽罩重叠区域，实现VI1、VI2的均压控制。
进一步，上下端圆筒形陶瓷电容器可采用陶瓷介质材料，如：BN 302、Y5P、CH、BT等陶瓷材料，高度为20～50mm，厚度为20～80mm，介电常数在1000～5000之间，电容值为500～10000pF。
进一步，上端圆筒形陶瓷电容器的外电极与上端外部屏蔽罩连接，上端圆筒形陶瓷电容器的内电极与中间外部屏蔽罩连接，下端圆筒形陶瓷电容器的外电极与下端外部屏蔽罩连接，下端圆筒形陶瓷电容器的内电极与中间均压屏蔽罩连接，上下端圆筒形陶瓷电容器通过环氧树脂进行固封。
进一步，上下端外部均压屏蔽罩采用焊接方式于VI1、VI2的动端盖处进行连接，且上下端外部屏蔽罩长度40mm-100mm，半径100-160mm，且上下端外部屏蔽罩拐角处都设有5mm倒圆角以便于使电场分布更加均匀，且在上下端外部屏蔽罩末端处都采用倒圆角进行电场强度的优化。
进一步，中间屏蔽罩与中间法兰焊接，通过中间法兰与VI1、VI2静端盖相连接，减少了断口对地杂散电容，使得双断口断路器电压分布不均匀度降低，且需要并联较小的均压电容。
进一步，上下端外部均压屏蔽罩和中间屏蔽罩均采用铜或铝材料，可以改善外部电场分布，进而提高外部绝缘强度，在上下端部外部屏蔽罩上均匀分布多个通气孔(5～10mm)，便于绝缘气体的流通，增大绝缘能力，提高耐压水平，同时满足运行工况温升要求，且在中间法兰同样来由对流孔以便于气体对流散热。
本发明的自均压双断口真空灭弧室实现方式，通过两个灭弧室的串联，在灭弧室上增加三个屏蔽罩电极，在屏蔽罩之间增加高介电常数的圆筒形陶瓷电容来提高真空灭弧室均压电容参数，实现优点：(1)屏蔽罩结构配置方式减少杂散电容，使得断口间电压分布不均匀度降低，进而需要并联较小的均压电容；(2)上下端屏蔽罩与中间屏蔽重叠区域布置两个环形陶瓷电容器，构建较大的均压电容，满足双断口真空灭弧室均压需求；(3)结构紧凑、集成化程度高，符合罐式GIS组合电器高度集成的发展趋势。
附图说明
图1是本发明双断口自均压真空灭弧室结构示意图
图2是本发明双断口真空灭弧室电压分布等值电路图
图3是本发明基于自均压双断口自均压真空灭弧室的罐式断路器示意图
图4是本发明双断口真空断路器与传统双断口的电位分布效果对比图
图中：1、上端外部屏蔽罩 2、上端圆筒形陶瓷电容器内电极 3、上端圆筒形陶瓷电容器介电材料 4、上端外部圆筒形陶瓷电容器外电极 5、上端环氧固封材料 6、中间屏蔽罩7、中间法兰 8、下端环氧固封材料 9、下端外部圆筒形陶瓷电容器外电极 10、下端圆筒形陶瓷电容器介电材料 11、下端圆筒形陶瓷电容器内电极 12、下端外部屏蔽罩 101、VI1动导电杆 102、VI1动端盖 103、VI1波纹管 104、VI1动触头 105、VI1主屏蔽罩 106、VI1静触头 107、VI1陶瓷外壳 108、VI1静端盖 201、VI2动导电杆 202、VI2动端盖 203、VI2波纹管204、VI2动触头 205、VI2主屏蔽罩 206、VI2静触头 207、VI2陶瓷外壳 208、VI2静端盖
具体实施方式
下面将结合本发明实施中的附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。
首先参照图1-4，一种自均压双断口真空个断路器，包括两个真空灭弧室VI1、VI2、上下端圆筒形陶瓷电容器3，10、上下端外部屏蔽罩1，12、中间屏蔽罩6、固定绝缘材料8、中间法兰7、环氧树脂5等，上述部件通过固封、焊接等实现。
继续参照图1-4，两个真空灭弧室VI1、VI2静端盖通过中间法兰7连接，可采用两个72.5kV真空灭弧室可实现145kV电压等级开断，采用两个126kV灭弧室可以实现252kV电压等级开断。
进一步的，所述双断口灭弧室内置于罐式腔体，罐体固定于断路器支架上，上下动导电杆通过螺栓连接于机构上，执行机构动作带动导电杆使得触头上下动作，使得动静触头分开、闭合，所述灭弧室可由一套操动机构利用联动杆实现双断口的同时闭合、断开，也可分别由操动机构实现同时动作或分别动作。
继续参照图1-4，上下端圆筒形陶瓷电容器3，10可采用陶瓷介质材料，如：COG、X7R、X5R、CH、BT等陶瓷材料，高度为20～50mm，厚度为20～80mm，介电常数在1000～5000之间，电容值为500～10000pF。
继续参照图1，采用上下端圆筒形陶瓷陶瓷电容器3，10通过上下端外部屏蔽罩1，12和中间屏蔽罩1并联于VI1、VI2两端，VI1、VI2并联的均压电容值为500～10000pF，上端圆筒形陶瓷电容器3，10连接与上端外部屏蔽罩1与中间屏蔽罩6重叠区域，下端圆筒形陶瓷电容器10连接与下端外部屏蔽罩12与中间屏蔽罩6重叠区域，实现VI1、VI2的均压控制。
进一步，上端圆筒形陶瓷电容器的外电极4与上端外部屏蔽罩1连接，上端圆筒形陶瓷电容器的内电极2与中间外部屏蔽罩6连接，下端圆筒形陶瓷电容器的外电极9与下端外部屏蔽罩12连接，下端圆筒形陶瓷电容器的内电极11与中间均压屏蔽罩6连接，上下端圆筒形陶瓷电容器通过环氧树脂5，8进行固封。
具体而言，上下端圆筒形陶瓷电容器的并联于双断口真空灭弧室的两侧作为真空灭弧室的均压电容，使得双断口真空断路器实现两个断口电压均匀分布。
继续参照图1-4，上下端外部屏蔽罩1，12采用焊接方式于VI1、VI2的动端盖处进行连接，且上下端外部屏蔽罩1，12长度40mm-100mm，半径100-160mm，且上下端外部屏蔽罩拐角处都设有5mm倒圆角以便于使电场分布更加均匀，且在上下端外部屏蔽罩末端处都采用倒圆角进行电场强度的优化。
继续参照图1-4，中间屏蔽罩6与中间法兰7焊接，通过中间法兰与VI1、VI2静端盖相连接，减少了断口对地杂散电容，使得双断口断路器电压分布不均匀度降低，且需要并联较小的均压电容。
进一步的，上下端外部屏蔽罩1，12的存在会降低屏蔽罩的对地杂散电容大小即Ce，使得双断口分布相对未加屏蔽罩的更均匀，圆筒形陶瓷电容的并联即CG1、CG2，使得双断口分布均匀。如下式所示无并联均压电容时：
由于Ce杂散电容的存在使得高压侧等效自电容参数小于低压侧等效自电容参数与对地杂散电容参数之和，导致电压在两个断口之间不均匀的分布。并联均压电容时。
从上式可得两个断口间并联均压电容CG1、CG2且远大于对地杂散电容Ce，那么对地杂散电容Ce在电压分布特性中所起的影响便微乎其微，两个断口上分担的电压近似相等，由此可见，并联均压电容可以很有效的改善双断口真空断路器的电压分布特性。
继续参照图1-4，上下端外部屏蔽罩1和中间屏蔽罩6均采用铜或铝材料，可以改善外部电场分布，进而提高外部绝缘强度，在上下端部外部屏蔽罩上均匀分布多个通气孔(5～10mm)，便于绝缘气体的流通，增大绝缘能力，提高耐压水平，同时满足运行工况温升要求，且在中间法兰同样来由对流孔以便于气体对流。
继续参照图4，双断口自均压真空灭弧室内部电场强度分布更加均匀，传统双断口真空断路器高低压断口分别占总电压的57％与43％，加有屏蔽罩双断口真空断路器提高了各个断口电压均匀度，为51％与49％，均匀度提高幅度较大，但相比较自均压双断口真空度断路器，自均压双断口真空断路器各个断口分压达到50.1％与49.9％，使得各个断口电压分布均匀。
本发明的自均压双断口真空灭弧室实现方式，通过两个灭弧室的串联，在灭弧室上增加三个屏蔽罩电极，在屏蔽罩之间增加高介电常数的圆筒形陶瓷电容来提高真空灭弧室均压电容参数，实现优点：(1)屏蔽罩结构配置方式减少杂散电容，使得断口间电压分布不均匀度降低，进而需要并联较小的均压电容；(2)上下端屏蔽罩与中间屏蔽重叠区域布置两个环形陶瓷电容器，构建较大的均压电容，满足双断口真空灭弧室均压需求；(3)结构紧凑、集成化程度高，符合罐式GIS/HGIS组合电器高度集成的发展趋势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种自均压双断口真空灭弧室，其主要特征在于包括上下侧真空灭弧室VI1和VI2、上下端圆筒形陶瓷电容器、上下端外部屏蔽罩、中间屏蔽罩、固定绝缘材料、中间法兰、环氧树脂等，上述部件通过固封、焊接等实现，其中真空灭弧室可选用72.5kV以上电压等级，上下端真空灭弧室静端盖串联固定于中间法兰上，上下端圆筒形陶瓷电容器采用BN 302等高介电常数陶瓷材料，内表面电极与中间屏蔽罩连接，外表面电极与上下端外部屏蔽罩连接，中间屏蔽罩固定于中间法兰上，上述圆筒形陶瓷电容器通过固体绝缘固定于外部屏蔽罩和中间屏蔽罩之间，屏蔽罩可以有效改善外部电场分布均匀性，减小断口对地杂散电容，实现比传统外部并联均压电容更好的均压效果。
2.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：两个真空灭弧室VI1、VI2静端盖通过中间法兰连接，可采用两个72.5kV真空灭弧室可实现145kV电压等级开断，采用两个126kV灭弧室可以实现252kV电压等级开断。
3.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：上下端圆筒形陶瓷电容器可采用陶瓷介质材料，如：BN 302、Y5P、CH、BT等陶瓷材料，高度为20～50mm，厚度为20～80mm，介电常数在1000～5000之间，电容值为500～10000pF。
4.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：采用上下端圆筒形陶瓷电容器通过上下端外部屏蔽罩和中间屏蔽罩并联于VI1、VI2两端，VI1、VI2并联的均压电容值为500～10000pF，上端圆筒形陶瓷电容器连接于上端外部屏蔽罩与中间屏蔽罩重叠区域，下端圆筒形陶瓷电容器连接于下端外部屏蔽罩与中间屏蔽罩重叠区域，实现VI1、VI2的均压控制。
5.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：上下端外部屏蔽罩采用焊接方式于VI1、VI2的动端盖处进行连接，且上下端外部屏蔽罩长度40mm-100mm，半径100-160mm，且上下端外部屏蔽罩拐角处都设有5mm倒圆角以便于使电场分布更加均匀，且在上下端外部屏蔽罩末端处都采用倒圆角进行电场强度的优化。
6.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：中间屏蔽罩与中间法兰焊接，通过中间法兰与VI1、VI2静端盖相连接，减少了断口对地杂散电容，使得双断口断路器电压分布不均匀度降低，且需要并联较小的均压电容。
7.如权利要求1所述的一种自均压双断口真空灭弧室，其特征在于：上下端外部屏蔽罩和中间屏蔽罩均采用铜或铝材料，可以改善外部电场分布，进而提高外部绝缘强度，在上下端部外部屏蔽罩上均匀分布多个通气孔，大小为5～10mm，便于绝缘气体的流通，增大绝缘能力，提高耐压水平，同时满足运行工况温升要求，且在中间法兰同样来由对流孔以便于气体对流。
8.如权利要求1所述的一种双断口自均压真空灭弧室，其特征在于：上端圆筒形陶瓷电容器外电极与上端外部屏蔽罩连接，上端圆筒形陶瓷电容器的内电极与中间屏蔽罩连接，下端圆筒形陶瓷电容器的外电极与下端外部屏蔽罩连接，下端圆筒形陶瓷电容器的内电极与中间屏蔽罩连接，上下端圆筒形陶瓷电容器通过环氧树脂进行固封，如此实现上下端圆筒形陶瓷电容器的并联于双断口真空灭弧室的两侧作为真空灭弧室的均压电容，使得双断口真空断路器实现两个断口电压均匀分布。
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