CN1160921A - 电子电磁产气式灭弧开关 - Google Patents

Abstract

一种高压开关，由静触头、动触头和电子电磁产气式灭弧装置构成。其中第一、第二灭弧室采用产气材料做成，静触头与灭弧装置电接，动触头具有与灭弧装置的辅助触头电接和断开两种状态，该开关在运行时，灭弧装置处于短路无损耗状态，断路操作时，动触头通过辅助触头将电弧引入灭弧室进行灭弧。该开关以空气为绝缘介质，灭弧能力更强，体积小，结构简单，成本低，便于维修。适用于中、高压电力系统作断路开关使用。

Description

电子电磁产气式灭弧开关

本申请涉及一种高压断路开关，尤其是一种电子电磁产气式开关。

目前高压断路开关主要有油开关和SF₆开关，其缺点是体积大，维修困难。另一种为真空开关，其缺点是易引起过电压，露天使用时一般置于油介质的保护中。以上这些开关断开后均无明显的断开点不利于安全操作。与电子电磁式开关相比，本开关具有灭弧能力更强等优点。

本申请的目的在于公开一种用空气作为介质的电子电磁产气式灭弧开关。

其技术方案如下：在电子电磁式开关的动、静触头之间改装上电子电磁产气灭弧装置，该装置由至少两个以上的灭弧室串接组成，各灭弧室的端部有辅助触头引出，各触头之间有分流阻抗电接，各灭弧室内有若干灭弧栅片，其中第一第二两个灭弧室为产气材料窄缝灭弧室。该电子电磁产气灭弧装置的一端通过一磁吹线圈与静触头电接，其余辅助触头具有与动触头电接或断开两种状态。开关电流互感器采用套管式和穿心式，用光电转换和光纤传输讯号。

当开关闭合时，动触头与静触头电接，灭弧装置处于电路短路无损状态。当开关断开时，动静触头分离，动触头依次通过各辅助触头，在磁吹线圈和各触头的引导下，将高压电弧引入各灭弧室进行灭弧，动静触头之间的电绝缘由空气间隙距离保证达到灭弧断路目的。

上述技术方案仅由静、动触头，电子电磁产气式灭弧装置组成，对高压电弧进行诱导灭弧，不会出现突然截流现象，有明显的断开点，并且具有灭弧能力更强，成本低，体积小，便于维修等优点。

以下结合实施例附图对高压灭弧开关的构造原理作进一步详述。

图1为电子电磁产气式灭弧开关垂直安装的外形结构图

图2为电子电磁产气式灭弧开关双断口水平安装的外形结构图

图3为电子电磁产气式灭弧开关的电路图

图4为电子电磁产气式灭弧装置的内部结构图(去盖)

图5为图4的A-A视图

图6为图4的B-B视图

参见图1，图2，静触头K_A和灭弧装置1固定在开关绝缘子2上，动触头K_B和导电杆3互相固定连接，图1导电杆3的另一端连接在套管绝缘子8上，该绝缘子8中部装有套管式电流互感器和供电池充电的取能电容10。该绝缘子8上还固定有导电杆3的导向板4，绝缘子5起操纵导电杆3的作用并与操作装置9连接，图2水平安装方式的绝缘子5是空心的，上部装有两个空心式电流互感器10，中心装有光纤以传递电流信号，操作用旋转绝缘子5方式开合开关。灭弧装置由固定板6和固定板7固定，整个开关及操作装置9固定支撑在开关支架11上。

图3、4、5、6中开关的静触头K_A分别与电源母线C和负荷侧线路E的两个接点电接，另外静触头K_A还通过磁吹线圈W1、电阻R1与灭弧电路相接，灭弧电路包含有4个灭弧室G1、G2、G3、G4，并分别有端触头K1、k2、K3、K4。每个灭弧室都有若干灭弧栅，G1、G2灭弧室为窄缝产气材料灭弧室。为了加强和加快G1灭弧室的灭弧能力和速度，静触头KA上连接有引弧触头Ka和引弧线圈Wa，当Wa电动力过大时，可在Wa内装一短路片或线圈，或在Wa线圈两端并接以电阻，以减小电动力。G1灭弧室的两片与Ka触头固定连接，随着动触头K_B在Ka的出入，在电动力作用下，灭弧片缝隙宽度也随之变化，以利灭弧效果。G2灭弧室的弧道缝隙随着电弧进入愈深愈向外侧缝隙愈窄，弧道的走径并向线圈一侧端部倾斜，其作用一是为加宽弧道，二是将电弧走径引向线圈端部磁场较强处。并在灭弧室外侧有塑料薄片灭弧栅，栅间有通向外部的窄缝，以使电弧吹出。G2灭弧室的下端有电弧进入口，弧道插入在马蹄形铁芯的缺口狭窄空气通道内，其作用一是使电弧在强磁力作用下，由窄缝入口拉入灭弧室内，二是使电弧路线与K1间保持足够距离，三是使K1与K2间产生的弧压降，使磁吹线圈W2有较大电流通过，以产生电弧沿K1绕线圈行进的足够磁力。在K_A与K1间并接有磁吹线圈W1和电阻R1，以取得磁能，在K1与K2间并接有磁吹线圈W2、电阻R2起助磁及限流作用，以保证灭弧过程始终有足够的磁力，磁吹线圈W1与W2叠绕在铁芯上，铁芯两臂伸向前端，形成窄狭空气间隙，呈马蹄状。G3、G4灭弧室为金属棚片，两端辅助触头K2、K3间并接有电阻R3和一组高反压二极管D，两端还并接有放电间隙9，以保护二极管D防止过电压损坏，当二极管D总的允许反向电压大于故障恢复反向峰值电压时，可不加放电间隙9，放电间隙尽量设计成在开断过程中正常情况下不动作，电阻R3起限制通过二极管电流的作用，以防过载。在K3、K4间当二极管D反向漏电流较大时可接一高值电阻，以平衡G3、G4灭弧室压降。辅助触头K1设计成在动触头K_B通过的过程中磨擦接触的方式，以加速电流进入线圈W1，加快灭弧速度和减少触头烧伤，其它触头除K3外均位于动触头K_B运动路线附近，可不直接接触。

附图4、5、6为电子电磁产气灭弧装置内部结构示意图。12为磁吹线圈，W1在内，W2在外，互相叠绕，其绕线方向始终是使产生的磁力将电弧推向灭弧室内部，13为马蹄形铁芯，两臂伸向前端，一臂形状如图4中虚线所示，14为线圈护套，15为G2灭弧室电弧进入口，口壁上刻有窄槽，两端留有空气间隙21，以加长绝缘长度，16为塑料灭弧室，17为塑料灭弧栅，18为排气孔，19为金属棚片，20为绝缘小圆柱(绝缘距离大处可为金属的)，22为塑料窄缝弧道，23为电阻盒，24为高反压二极管盒，25为放电间隙盒，26为绝缘外壳。

以下对开关灭弧原理作进一步详述。

当开关闭合时，动触头K_B与静触头K_A紧密电接，使电路接通正常运行，此时灭弧电路处于短路无损耗状态，当开关需断开时，动静触头分离，K_B向远离K_A方向运动，首先与K1电接，使磁吹线圈W1有电流通过，并产生强磁力，由于G1灭弧室两片与Ka固定连接，当动触头K_B离开K1时，G1灭弧室变窄，产气增多加强了灭弧能力，同时W1线圈磁力也将电弧拉向线圈侧而使灭弧能力更强。当K_B继续运动至K2时，在强磁力作用下，电弧从G2灭弧室下部窄缝入口迅速拉入，并不断推向上部塑料窄缝内，由于塑料在电弧作用下分解气体，对电弧冷却并产生压力，使K1与K2间电压升高，线圈W2和电阻R2即有部分电流通过，随着电弧不断向窄缝塑料灭弧室内部前进，缝隙愈来愈窄，电弧电流也逐渐减少，K1，K2间电压不断提高，线圈W2电流就不断增加，相反W1线圈电流逐渐减少，这样就保证了线圈周围始终有很强的磁力，在强磁力的推动下，电弧沿线圈周围从前面不断推向外侧及后面，沿窄缝塑料灭弧室外侧用塑料薄片灭弧栅隔开成许多通向外部的缝口，所以电弧在推向外侧时被分成小段，在气体及磁力的作用下吹出而切断，电弧沿线圈向后部运动的距离由故障电流的大小而定，当电弧电流大时，电弧行进的距离长，反之则短。当为负荷电流时，由于W2、R2阻抗较小，所以电弧一般不进入G2灭弧室即可熄灭。同样因W1、R1阻抗很小，负荷电流在G1灭弧室也不产生电弧，只在切断短路故障电流时，电弧才进入塑料灭弧室，因电弧进入灭弧室后在磁力推动下行进速度极快，所受对外推力很大，灭弧时间很短，所以塑料材料就消耗很少，这样就保证了开关有足够长的使用寿命。因塑料在电弧作用下有炭化现象，使绝缘降低，这样就必须保证K1与K2之间在电压峰值时有足够的绝缘长度，但K1与K2之间从加快灭弧速度，缩小灭弧室体积的需要考虑，又要尽量的短。为此，采用两个办法，一是在K1或K2与塑料灭弧室G2端头之间，留一小段空气间隙，另一个办法是在塑料灭弧室外部空间大的两个壁上刻较深的窄槽以加长绝缘，下部窄缝入口处作成曲折窄缝槽。为了防止塑料室壁在电弧作用下变形，在两片塑料壁之间留一些小圆柱体，电弧可顺利越过但不会成为障碍，适当排列可对气流产生一定阻力，也有利灭弧。

当动触头K_B运动至K4时，电弧在铁芯末端磁力及热气流作用下升至K3，K3的构造是上部分成两片，一片进入G3灭弧室，一片进入G4灭弧室，电弧在K3上部两片引导下，一路进入G3灭弧室，一路进入G4灭弧室，在G3灭弧室内当电弧电流方向与二极管导通方向相反时，电弧不能熄灭，当与二极管导通方向相同且压降小于G3灭弧室灭弧压降时，则电弧熄灭。此时电弧在G4灭弧室也运动至上部。当动触头K_B继续向灭弧室外部运动过程中，电弧电流反向时，原导通的二极管D所在的G3灭弧室电弧已熄灭，所以电弧电流不能通过，只有很小的反向电流通过，此反向电流在G4灭弧室及空气间隙内无法维持而灭弧。随着反向电压不断升高，如超过二极管允许反向电压时，放电间隙9放电，保护了二极管，反之则电弧熄灭。此后随着动触头继续运动，空气间隙愈来愈长，灭弧过程如前重复进行，直至反向电流不能维持电弧而全部熄灭。当二极管安装个数的总允许反向耐压超过系统实际反向电压时，则可不加放电间隙和G4灭弧室，这样灭弧速度更快。当开关使用在切断短路电流较小的地方，G3内可不加高反压二极管D。

在用于中性点不接地电力系统中，可采用一相不接二极管，另两相增加二极管个数的办法。这样灭弧时间较长，但容易做到二极管不加过电压保护。

Claims (4)

1、一种高压灭弧开关，含有静触头和动触头，其特征在于：它还有一个电子电磁产气式灭弧装置，该装置至少由两个以上灭弧室串接组成，灭弧室的辅助触头之间含有分流阻抗，灭弧室内有灭弧栅，该电子电磁产气灭弧装置的一端通过一磁吹线圈W1、电阻R1与静触头电接，静触头上装有引弧触头Ka、引弧线圈Wa，Wa内可装有短路片，其余各触头具有与动触头电接或断开两种状态。

2、如权利要求1所述的灭弧开关，其特征在于所述电子电磁产气灭弧装置含有三个主要灭弧室，一个次要灭弧室，第一和第二灭弧室为窄缝产气材料灭弧室，其分流阻抗分别由W1、R1，W2、R2串接组成，第二灭弧室入口插入在马蹄形铁心狭窄通道内，其余部份在线圈周围，第三灭弧室为金属灭弧栅片，分流阻抗为R3和一组高反压二极管D，两端接有过电压保护装置，第四灭弧室也为金属灭弧栅片，一般无分流阻抗。

3、如权利要求1所述的灭弧开关，其特征在于安装方式是垂直的，负荷侧有两支套管，套管中部装有套管式电流互感器和取能电容。

4、如权利要求1所述的灭弧开关，其特征在于是双断口水平安装方式，动触头导电杆中间装有穿心式电流互感器和电光转换装置，中间固定在空心绝缘子上，心内穿有光纤以传输电流讯号，用转动中间支撑绝缘子方式实现开关分合。

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