CN1143257A - 缓冲型气体断路器 - Google Patents

Abstract

提供一缓冲型气体断路器，其特征在于：被在一大电流断流后立即产生的一电弧所加热的高温气体高速排出从而提高了极间的绝缘性能。用来固定一固定电弧触点的一固定部分设置在一圆柱形排气管中，该排气管用来排放被在一大电流断流后极间立即产生的电弧所加热的高温气体。一调节件或调节件组设置在圆柱形排气管的固定部分中。在圆柱形排气管的固定部分中形成一个或多个排气孔(口)，在排气孔外围部分周围设置一个罩。

Description

缓冲型气体断路器

本发明涉及缓冲型气体断路器，尤其是涉及适于使大电流断流的缓冲型气体断路器。

近来，随着供电系统电压升高和电流增大，城市对供电需求也在增加。为此，相应于高电压和大电流断流性能的增强及在城市中安装区域减小的要求就希望能减小断路器尺寸。

目前，采用SF6作为一种良好的绝缘及灭弧介质的缓冲型气体断路器已广泛使用，且随着电压升高和电流增大，断路器的小型化也已实现。

作为实现断路器尺寸减小所必须改善的问题之一，即是：必须改善大电流断流之后瞬间的极间、相间、或地间的绝缘性能。如果在电流断开时，受极间产生的电弧所加热的高温气体被排出并停滞，通常高温气体所停滞部位的绝缘强度将降低。关于这些问题已知有一种三相间歇型气体断路器，其中如日本专利发行No.60-36050中的实例所示：一个带有排气孔的圆柱形排气管安装在一个固定触点的侧壁且受极间产生的电弧加热的高温气体被导入该圆柱形排气管，在这个气体断路器中，排气孔的方向和位置可以调节以增强极间或地间的绝缘性能。

这种气体断路器将在下文参照如图12所示的普通缓冲型气体断路器的剖视结构进行描述。

母线导体管9和15通过连接件8和14分别与一个固定的活塞5和一个中空导管25电气连接。当气体断路器处于充电状态时，一个主动触点23和一个主定触点24彼此电气互连且有导电电流流过。

反之，当供电系统出现终端短路故障时，连接在一个缓冲轴4a上的绝缘杆16被一个操纵单元(未画出)所驱动以响应一个断流指令，同时在与绝缘喷口3和一个可动电弧触点2做成一整体的缓冲气缸4与通过绝缘管7固定在接地箱1上的固定活塞5之间出现一个缓冲作用。被缓冲作用压缩的吸入气体13以高速喷向在可动电弧触点2和固定电弧触点10之间点燃的断流电弧。当这种情况发生时，吸入气体13被电弧加热变成高温气体。一部分高温气体形成一股自绝缘喷口3流向固定电弧触点10的气流28，并通过中空导管25，从安装在中空导管25下游侧的一组排气孔12b中作为排气14b被排出。另外，剩余高温气体通过缓冲轴4a从一组排气孔12a作为排气14a而被排出。这样就形成了所谓的高温气体的双股流。

通过绝缘喷口3排向固定电弧触点10并以高速导入中空导管25的高温气体，在穿过中空导管25时，与中空导管25内的常温气体混合，同时与中空导管25的内表面相接触。因此，由于构成中空导管25的金属导管的高热传导性高温气体被冷却。这样，通过中空导管25的下游排气孔12b排出的排气14b与中空导管25外表面的常温气体混合并保证充分大的气体密度。这样即可恢复高温状态下的绝缘性能。

因此，在出现终端短路故障必须断流时，当断路器极间的电压得到恢复，就抑制了高压区与接地箱1之间绝缘性能的降低并增强了终端短路故障的断流性能。

然而，在普通的断路器中，由于从绝缘喷口3排出并被电弧加热的高温气体只是简单地流过中空导管25。因此致冷效率较低。因而，根据高温气体的绝缘强度与常温气体相比是显著降低的这样一个事实，由于排气14b从中空导管25排出，高压区与接地箱1之间的绝缘强度是局部减少的从而出现了绝缘性能降低。为此，在终端短路故障的某些情况中无法实现断流。

为解决这个问题，在普通断路器中从保证绝缘强度的观点来说高压区和接地箱1之间的距离要较长。另外，为了提高中空导管25的致冷效率，必须增长高温气体在中空导管25中所流过的距离。上述任何一种方法都存在气体断路器尺寸增加的问题。

此外，为进一步减小断流区(段)自身的尺寸大小，就要求从电极间流至固定电弧触点侧壁上圆柱形排气管的高温气体的排出能更有效地完成。这就变成了一个紧随大电流断开后尽快冷却极间气体并增强极间绝缘性能的问题。在普通断路器中，由于固定电弧触点固定在圆柱形排气管的入口部分，故圆柱形排气管入口部分的气流通道面积缩小。因此，排向入口部分的高温气体不能顺利穿过圆柱形排气管，高温气体冲击固定部位，气体朝向电极逆向流动，从而产生了高温气体致冷效率不令人满意的问题。

本发明的第一个目的是提供一个缓冲型气体断路器，其中自极间至固定电弧触点侧壁上的圆柱形排气管的高温气体的排出能有效地完成，且增强了极间的绝缘性能，以便使断流区的电压升高，电流增大，并且尺寸减小。

本发明的第二个目的是：提供一个缓冲型气体断路器，其中：处于一个中空导管中，自绝缘喷口排向固定电弧触点侧壁的高温气体的致冷效率得到提高，而且不必增加断路器的尺寸，并且终端短路故障的断流性能得到增强。

为实现前述第一个目标，在本发明的缓冲型气体断路器中，一个用于安装固定电弧触点的固定部分设置在圆柱形排气管内。而且，一个调整件设置在圆柱形排气管的固定部分内。此外，一个排气孔(口)设置在圆柱形排气管内的固定部分上且在排气孔外表面周围设置了一个罩。

因为用于安装固定电弧触点的固定部分设置在圆柱形排气管内，即使高温气体冲击排气管的固定部分且排气管中的高温气流受到干扰也不会影响极间的灭弧性能。另外，由于大多数高温气体穿过圆柱形排气管，来自极间的高温气体的排出效率得到提高，且极间的绝缘性能得到增强。此外，因为调整件装配在固定部分内，圆柱形排气管中气流通道的效率增加了。还有，因为排气孔设置在圆柱形排气管中固定电弧触点的固定部分内，部分停滞在固定部分的高温气体被排出到圆柱形排气管外，因此圆柱形排气管内气流通道损失可以减少。此外，由于在排气孔外表面周围装配了一个罩，进一步加速了曾在圆柱形排气管内被冷却的气体的扩散和冷却，从而可以防止除断流区以外部分的绝缘性能降低诸如极间或地间绝缘性能的降低。

为实现前述第二个目标，本发明的缓冲型气体断路器其特点在于：一个与一个绝缘喷口同轴的固定电弧触点被固定，其特点还在于：除了一组设置在与母线导体电气相连的中空导管下游侧表面上的排气孔外，还有一组进气孔设置在中空导管的上游侧表面。存在于中空导管外部的常温气体通过进气孔(口)被导入中空导管使得高温气体能被充分冷却。

另外，本发明的特点在于：通过用金属片分隔中空导管而在中空导管内形成一组气流通道；其特点还在于：被导入中空导管的高温气体被散布到该组将要通过的气流通道中。

此外，本发明的特点还在于：通过在与固定电弧触点同轴的一固定杆上安装一螺旋形金属片而在中空导管内形成一螺旋形气流通道。

从绝缘喷口排出并被导入中空导管的高温气体以高速穿过中空导管，因此中空导管内部的压力低于中空导管外部的压力。因而中空导管外部的常温气体通过设置在中空导管上游侧的进气孔而被导入中空导管。由于这个原因，导入中空导管的高温气体被充分冷却并从中空导管的下游排气孔中排出。因此，排出气体的温度已充分降低并与存在于中空导体外围部分和接地箱之间的常温气体相混合、而排出气体的绝缘强度得到恢复。

当受电弧加热的高温气体被分散并通过一组设置在中空导管内，且由具有较好热传导性的金属片分割开的气流通道时，高温气体通过并与金属片接触。因此与普通断路器相比金属片的热传导面积增加了，这样可以获得更充分的冷却。

当高温气体穿过由设置在中空导管内的金属片所形成的螺旋形通道时，高温气体穿过中空导管，同时沿气流通道做螺旋形运动。因此，由于高温气体与金属片充分接触，同时被搅动并穿过中空导管，故中空导管的气流通道长度得以加长。因此与普通断路器相比金属片的热传导面积增加。相应地，致冷效率得到提高。

因此，按照本发明，与终端短路故障有关的气体断路器断流性能得到增强，同时避免了为提高致冷能力而引起中空导管长度增加，也避免了为保证绝缘距离而引起的气体断路器尺寸增加。

当结合附图理解下面的详细描述时，上述和其它目的及优点将显而易见。其中，

图1是按照本发明一个实施例的缓冲型气体断路器断流区的纵向剖视图。

图2是图1所示气体断路器固定部分的放大的透视图。

图3是按照本发明第二个实施例的缓冲型气体断路器固定部分的放大的透视图。

图4是按照本发明第三个实施例的缓冲型气体断路器的局部剖视图。

图5是按照本发明第四个实施例的缓冲型气体断路器的局部剖视图。

图6是按照本发明第五个实施例的缓冲型气体断路器的纵向剖视图。

图7是按照本发明第六个实施例的缓冲型气体断路器的纵向剖视图。

图8是按照本发明第七个实施例的缓冲型气体断路器中空导管的放大的透视图。

图9是按照本发明第八个实施例的缓冲型气体断路器中空导管的横截面图。

图10是中空导管另一实施例的横截面图。

图11是中空导管又一实施例的放大的透视图。

图12是普通缓冲型气体断路器的纵向剖视图。

参照图1至5在下文中对本发明的实施例进行描述。

图1表示按照本发明一个实施例的缓冲型气体断路器断流区的剖视图。在图1中示出一个断流操作的中间状态，灭弧气体诸如SF6充满容器1或接地箱1。一个可动电弧触点2和绝缘喷口3与缓冲气缸4成一整体或固定在气缸4上。缓冲气缸4和固定活塞5大体上构成一个缓冲腔6，该腔作为压力生成部分。可动电弧触点2通过固定活塞5和连接件B与母线导体9电气相连。固定活塞5通过绝缘管7固定在容器1上。固定电弧触点10固定在设置于圆柱形排气管11内的固定部分12上，圆柱形排气管11又通过一绝缘管13连至容器1。固定电弧触点10通过圆柱形排气管11和一连接件14与另一个母线导体15电气连接。缓冲气缸4被一操纵单元(未画出)通过一个与缓冲轴4a机械连接的绝缘杆16从容器1外所驱动。标号17和18表示传导触点，标号5a和11a表示排气孔。在图1中，断流操作时产生的气流用箭头表示。在图2中示出固定触点10和固定部分12附近部分的局部视图。标号12a和19分别表示固定肋和通气孔。

如果在断流操作时缓冲气缸4被操纵单元(未画出)所驱动，缓冲腔6内的气体将被压缩。随着这个压缩动作，在可动电弧触点2和与触点2相对的固定电弧触点10之间将点燃一个电弧。在缓冲腔6内被压缩的灭弧气体以高速从绝缘喷口3喷向电弧，电弧被熄灭。当这种情况发生时，灭弧气体被电弧加热变成高温气体，高温气体沿朝向固定电弧触点10的方向排出，并且也通过设置在可动电弧触点2侧壁上的缓冲轴4a排出。以高速喷向电弧并向固定电弧触点10排出的高温气体，以高速排入具有圆形或矩形横断面的金属制圆柱形排气管11，并在穿过圆柱形排气管11时被分散和冷却，然后从排出孔11a中排出。

由于图12中所示普通断路器中的固定电弧触点10被固定在圆柱形排气管11的入口部分，圆柱形排气管11入口部分的气流通道面积被缩小因此，高温气体停滞在圆柱形排气管11的入口部分。即高温气体向圆柱形排气管11的排出受到限制，但是如按本发明固定电弧触点10固定在设置于圆柱形排气管11内的固定部分12上，则大部分极间的高温气体将被排入圆柱形排气管11。从而自极间的高温气体排出效率得到提高，因此它具有增强极间绝缘性能的优点。

图3是一个表示本发明第二实施例的局部视图。该实施例基本上与图1和图2的第一实施例相同，不同之处在于一组锥形的调整件20设置在固定肋12a内，而固定电弧触点10被固定在该固定肋上。如图2所示，在第一实施例的固定部分12中，用于安装固定电弧触点10的肋12a是结构上所要求的，但是气流通道面积被缩小了。通过设置调整件20，圆柱形排气管11内高温气体的气流通道损失可以被减小。因此它有使进入圆柱形排气管11的气体的排出效率增大的优点。

图4是一个表示本发明第三实施例的局部视图。该实施例基本上与图1和图2的第一实施例或图3的第二实施例相同，不同之处在于圆柱形排气管11内的固定部分12附近设置了一个排气孔11b。因为可从排出孔11b向外排出由于固定部分12所造成的气流通道损失而停滞的高温气体，故此实例同样具有能减少圆柱形排气管11内气流通道损失的优点。当曾被冷却的高温气体由排气孔11b排出时，圆柱形排气管11内的气压由于流过固定部分12的气流作用而减小。这种气压减小导致气体从排气孔11b流入圆柱形排气管11。因此它具有利用通过排气孔11b的气流来加速圆柱形排气管11中气体冷却的优点。

图5是一个表示本发明第四实施例的局部视图。该实施例基本上与图4的第三实施例相同，不同之处在于排气孔11b的外表面周围设置了一个罩21。它具有基本上能防止由圆柱形排气管11内曾被冷却气体所引起的断流区和容器1之间绝缘性能降低的优点。另外，在一个三相间歇式箱型断路器中，按照本发明的该实施例与图12的普通断路器相比具有能增强相间绝缘性能的优点。

本发明的第五实施例将在下文对照图6加以描述。与图12的普通断路器相同的部分用相同的标号表示，因此不再对这些相同部分进行描述。

图6表示出按照本发明一种缓冲型气体断路器的第五实施例。

在图6的缓冲型气体断路器的剖视结构中，断流区由与一个可动电弧触点2和绝缘喷口3成一整体的缓冲气缸4，固定活塞5，和固定电弧触点10构成。缓冲气缸4被一个通过绝缘杆16与缓冲轴4a机械连接的操作单元(未画出)所驱动从而产生一个缓冲作用。固定活塞5通过一绝缘管7固定在接地箱1上并通过一连接件8与母线导体9电气连接。

电弧在可动电弧触点2和设置在触点2相对位置处的固定电弧触点10之间点燃。包含有被缓冲作用压缩的绝缘灭弧气体的吸入气流13以高速喷向电弧。灭弧气体被电弧的热能加热成高温气体。高温气体沿绝缘喷口3的下游方向排出，也可通过缓冲轴4a沿绝缘喷口3的上游方向排出。这样就形成了所谓的高温气体的双股流。

固定电弧触点10固定在中空导管25上，而该导管又通过一连接件14至一母线导体15电气连接。中空导管25通过一绝缘管13与接地箱1机械连接。

通过绝缘喷口3以高速排向固定电弧触点10的高温气体，被高速导入具有圆形或矩形横截面的金属制中空导管25中。导入的高温气体以高速穿过中空导管25，中空导管25内的压力变得比中空导管25外部的压力低。因此，中空导管25外部的常温气体通过一组设置在中空导管25上游侧的进气孔29作为吸入气流34被迅速导入中空导管25内。因此高温气体在中空导管25内与从进气孔29导入的常温气体混合并搅拌，从而被充分地冷却。接着，当冷却气体穿过中空导管25从排气孔12b排出时，排出气体14b与中空导管25外表面部分的常温气体相混合。因此，排出气体14b的绝缘强度得到恢复，且抑制了高压区与接地箱1之间的绝缘性能降低。

图7表示本发明第六实施例的缓冲型气体断路器断流区的剖视图。另外，图8表示图7中所示中空导管的放大的透视图。

在图8中，由金属片30分隔开的一组气流通道形成于中空导管25中，且金属片30起具有高热传导性的冷却片的作用。

导入中空导管25的高温气体如图7中所示穿过一组气流通道，从而与图12的普通断路器相比，金属片30的热传导面积得到增加。为此，高温气体所具有的热能通过金属片30而被充分地转移了。

图9表示一个按照本发明第八实施例的缓冲型气体断路器的中空导管的横截面图。如图9所示，该实施例的特点在于，设置网格状的金属片30来细分一个气流通道。因此，用于传导高温气体热量的金属片30的热传导面积进一步增大从而增强了金属片的致冷效果。

图10表示一个按照本发明中空导管的另一实施例的横截面图。该实施例的特点在于：一组金属管31被捆在一起以形成一组气流通道。同样地，由于高温气体被分散入一组金属管中并流过该组金属管，金属管31的热传导面积得到增大并且获得充分的致冷效果。

图11表示一个按照本发明第九实施例的缓冲型气体断路器断流区的透视图。该实施例特点在于：中空导管25中心轴上设置了一个金属支承杆33，一个螺旋形金属片32固定在该支承杆33上从而形成一个螺旋形气流通道。以高速导入中空导管25的高温气体前进的同时与中空导管25内的常温气体混合并搅拌。因此中空导管25的气流通道长度明显增长且中空导管25的致冷效率显著增高。

为此，按照本发明，与普通断路器相比，通过提高中空导管25的致冷效率，从绝缘喷口3排向固定电弧触点10侧的高温排出气体14b的温度就可被充分降低；并且气体绝缘强度得到恢复。因此，不必增加气体断路器尺寸就能保证高压区和接地箱1之间的绝缘强度并能实现终端短路故障时的断流性能。

按照本发明，与普通气体断路器相比，极间的高温气体被充分排入圆柱形排气管内。因此，能够提供一种缓冲型气体断路器，其极间的绝缘性能在大电流断开后瞬间能得到大大增强。

另外，由于在中空导管内对高温气体的致冷性能得到显著提高，从而能保证高压区与接地箱之间有足够大的气体密度。

因此，就可不必增加气体断路器的尺寸，而且不会出现由于瞬间恢复电压而引起的高压区和接地箱之间的静电绝缘性能降低，且能实现终端短路故障时的绝缘性能增强。

尽管本发明是参照特定的实施例加以描述的，那些精通本行业技术人员会理解：本发明可有许多变型，改进型和类似实施例，相应地，所有这些变型，改进型和类似实施例都被认为属于本发明的范围。

Claims (11)

1.一缓冲型气体断路器包括：位于充满灭弧气体的容器中的一可动电弧触点；一固定电弧触点；通过一缓冲气缸和一绝缘管与所述容器连接固定的一固定活塞；一绝缘喷口，它与所述可动电弧触点一起与所述缓冲气缸连接固定，它用来将灭弧气体喷射到相互间有一定距离的所述可动电弧触点和所述固定触点之间；和一个圆柱形排气管，所述固定电弧触点就固定在此排气管上，该断路器的改进之处特点在于：用来固定所述固定电弧触点的一固定部分设置在所述圆柱形排气管内。

2.如前述权利要求1中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：气体调节件设置在所述固定部分中。

3.如前述权利要求1中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：一开口部或多个开口部形成于所述圆柱形排气管的所述固定部分内；其特征还在于：在所述开口部或所述多个开口部的外围部分周围设置有一个罩。

4.一缓冲型气体断路器包括：一可动电弧触点；设置在所述可动电弧触点相对侧的一固定电弧触点；一个与所述可动电弧触点和一绝缘喷口做成一体的缓冲气缸；与所述绝缘喷口相对的一个中空导管，所述固定电弧触点固定在此中空导管中；一操纵单元，它驱动一与所述缓冲气缸机械连接的绝缘杆从而提供一缓冲作用，该缓冲作用压缩缓冲腔中的绝缘气体从而断流时将压缩气体喷向所述可动电弧触点和所述固定电弧触点之间点燃的一电弧，该断路器的改进之处特点在于：在所述中空导管的上游侧表面和下游侧表面上分别设置一组开口部。

5.如前述权利要求4的一缓冲型气体断路器，其特征在于：所述中空导管具有一圆形或矩形横截面。

6.一缓冲型气体断路器包括：一可动电弧触点；设置在所述可动触点相对侧且与之同轴的一固定电弧触点；一个与所述可动电弧触点和一绝缘喷口做成一体的缓冲气缸；与所述绝缘喷口相对的一个中空导管，所述固定电弧触点固定在此中空导管中，一操纵单元，它驱动一个与所述缓冲气缸机械连接的绝缘杆从而提供一缓冲作用，该缓冲作用压缩缓冲腔中的绝缘气体，从而断流时将压缩气体喷向所述可动电弧触点和所述固定电弧触点之间点燃的电弧，该断路器的改进之处特点在于：在所述中空导管中形成一组气流通道。

7.如前述权利要求6中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：所述中空导管具有一圆形或矩形横截面。

8.如前述权利要求6中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：通过设置一组薄层(片)形式的分隔片，在所述中空导管中形成一组所述的气流通道。

9.如前述权利要求6中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：通过设置一组网格形式的金属片，在所述中空导管中形成一组所述的气流通道。

10.如前述权利要求6中的一缓冲型气体断路器，其特征在于：通过设置一组金属的圆形管，在所述中空导管中形成一组所述的气流通道。

11.如前述权利要求6中的一缓冲型气体断路器，其特征在：通过利用一螺旋形金属片，使在所述中空导管中的一组所述气流通道形成呈螺旋形气流通道形式。

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