CN116364465A

CN116364465A - 一种新型大电流触头结构及具有该触头结构的高压设备

Info

Publication number: CN116364465A
Application number: CN202310344101.XA
Authority: CN
Inventors: 李六零
Original assignee: Shaanxi Shanrui Electric Co ltd
Current assignee: Shaanxi Shanrui Electric Co ltd
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2023-04-03
Publication date: 2023-06-30

Abstract

本发明提供一种新型大电流触头结构，包括静触头座、动触头、第一触头栅和第二触头栅，第一触头栅和第二触头栅均包括触片、弹簧片和固定环。本发明的动触头在使用中，回路产生的电弧不会烧蚀触头栅的静态导电面CC，并让动触头在合闸过程中自动同心，不碰撞触头栅的静态导电面CC，极大地延长了该大电流触头结构的使用寿命，提高了设备的运行安全水平。两组触头栅的并联使用，可以极大地缩小动触头和触头座的直径，使设备小型化，触头栅的触片和弹簧片直接由绝缘体的固定环固定，在使用中触头栅中没有环流、涡流电流产生，主回路电流大小对触头栅没有任何副作用，弹簧片不会退火而影响触头栅的导电性能，完美解决了现有触头在大电流情况下的性能劣化的问题。

Description

一种新型大电流触头结构及具有该触头结构的高压设备

技术领域

本发明涉及高压输配电领域，具体为一种新型大电流触头结构及具有该触头结构的高压设备。

背景技术

高压设备，不管是空气绝缘还是SF6绝缘的，是由接地的金属外壳，中间有流过高压电流的导体和支撑导体并让导体与接地外壳绝缘的绝缘子组成。由于高压设备需要连接不同的设备，还有设备之间的距离不同，需要将导体分段来制造。为了保证两个导体可靠连接并通过大电流，目前有三种方式来连接导体：1）是把两根导体直接焊接起来；2）是把两个导体通过螺栓压到一起；3）是把两个导体通过中间加上过渡电流用的触头来连接。

1）焊接的方式连接可靠，但不好施工、焊接后设备也不能拆卸。宜适用于小设备之间的连接。

2）螺栓连接对板状导体间的连接适用。一般用在空气绝缘的设备、中压开关柜中，不适用在本文所述的气体绝缘高压电器中。

3）两根导体加上触头连接方式，多应用于气体绝缘高压设备中。见图1。气体绝缘高压设备中导体多为圆形导体，体积小且要求通过的电流比较大，（3000A以上到2万安培），所以触头连接这种结构用得比较多。常见的触头结构有：梅花触头、表带触头、园弹簧圈触头等。为了提高触头的通过电流能力，往往轴向用几层触头的结构来提高通流能力，但因为两导体通过触头连接时偏心，导致触头上每个部位的电流不均衡，为了尽量使触头上的电流保持平衡，通常用中心限位杆来缩小导体的活动范围。但这种结构通常做到6300A左右;如果设备需通过更大的电流，因安装、设计原因，并联的几个触头中每个触头上压力很难做到平衡，就不能保证并联的几个触头上的电流相等，往往会引起其中一个触头或多个触头烧毁。

对于开关（见图1），两端为触头座及触头栅组成，分别固定在绝缘子上，触头座带高压电，中心导体左右运动，其中一个触头座在导体运动中始终导体保证在其内部，这个导体叫动触头座（图1右侧的）；另外一个触头座在导体运动时会脱离连接，这个触头座叫静触头座（图1左侧的）；中心导体通过左右运动连通动、静触头部分，中心导体叫动触头。

由于是高压回路，开关动触头分开静触头座时，会产生电弧（电弧是因为开关要开断回路中的感应的电容电流、或负载电流等），电弧会烧损与动触头相连的触头栅（图1中）。目前常规的开关采用的梅花触头、表带触头或圆弹簧触头时，电弧烧损他们的表面，造成触头毛糙，接触电阻变大，当通过大电流时，触头会发热严重，甚至烧毁，这些触头结构达不到现有国家标准的要求。

一般电厂的封闭母线电流都比较大，以30万千瓦发电机为例，要求设备的额定电流为10kA，电压17.5KV，热稳定电流为125KA，3秒；100万千瓦机组要求设备的额定电流为22.5kA，电压36KV，热稳定电流为210KA，3秒。这么大的电流，常规的表带触头、螺旋弹簧触头就无法使用；而梅花触头因为其外部缠绕了弹簧来给触片施加压力，来保证触头导电。但在大电流情况下，因弹簧和载流导体同心，这样弹簧在导体通流的情况下，弹簧内部有环流、涡流产生，环流在弹簧电阻上产生热来加热弹簧本身，使弹簧的温度升高；当导体电流很大时，环流电流也很大，产生的热量足以使弹簧退火从而失去弹力，这样，梅花触头上的触片压力就丧失，触片与导体间接触电阻增大，其后果是烧毁触片与导体的接触面，引起整个触头烧毁。见图2。

因此，一定要解决设备的小型化和运行中防止触头性能下降的问题，这样才能保证电气设备的运行可靠性。

发明内容

本发明目的在于提供一种新型大电流触头结构及具有该触头结构的高压设备，能够小型化的同时延长使用寿命。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种新型大电流触头结构，包括：

静触头座（001）；

动触头（002）；动触头（002）在静触头座（001）内滑动，动触头（002）的端部设置有一个斜面倒角Φ；

第一触头栅（003）和第二触头栅（004）；第一触头栅（003）和第二触头栅（004）均安装在静触头座（001），第一触头栅（003）和第二触头栅（004）均包括触片（010）、弹簧片（011）和固定环（012），所述触片（010）安装在弹簧片（011）上形成组合结构，弹簧片（011）固定在固定环（012），固定环012 为绝缘体，以保证每组触片（011）和弹簧片（011）的组合不和另一组触片（011）和弹簧片（011）组合间有电流通过，当穿过触头栅（003）的动触头（002）上由电流流过时，触片（010）、弹簧片（011）和固定环（012）中没有环流、涡流产生。

进一步的，在本发明中，所述倒角Φ的度数为30 ~ 45度。

进一步的，在本发明中，第一触头栅（003）和第二触头栅（004）对称设置。

进一步的，在本发明中，所述触片（010）的外缘依次包括弧形面（BB）、导电面（CC）和斜面（AA），导电面（CC）为外缘的端面，起导流作用，弧形面（BB）与动触头（002）端部的倒角面相配合，当动触头（002）合闸接近触头栅（003）的弧形面（BB）时，弧形面（BB）首先对动触头（002）的倒角面放电，从而保护触片（010）的正常导电位置的导电面（CC）不烧损。

进一步的，在本发明中，触片（010）的厚度为3毫米。

一种高压设备，包括上述的一种新型大电流触头结构。

上述的一种新型大电流触头结构的用途，用于隔离开关、换相开关、启动开关、电制动开关、接地开关、中压开关柜、气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘输电线路、高压电缆接头、变压器出线套管、空气套管或者穿墙套管。

有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：

1、本发明的动触头在使用中，回路产生的电弧不会烧蚀触头栅的静态导电面，并让动触头在合闸过程中自动同心，不碰撞触头栅的静态导电面；极大延长了该大电流触头结构的使用寿命，提高了设备的运行安全水平。

2、两组触头栅的并联使用，可以极大地缩小动触头和触头座的直径，使设备小型化。

3、触头栅的触片和弹簧片直接由绝缘体的固定环固定，在使用过程中，触头栅中没有环流、涡流电流产生，主回路电流大小对触头栅没有任何副作用，弹簧片不会退火而影响触头栅的导电性能，完美解决了现有触头在大电流情况下的性能劣化问题。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为一种带新型大电流触头结构的开关图。

图2为触头烧毁示意图。

图3为本发明一种新型大电流触头结构示意图（剖面图）。

图4为本发明动触头接近触头栅时的放电示意图局部放大图。

图5为本发明动触头接近触头栅时的放电示意图。

图6为本发明动触头端部倒角的示意图。

图7为本发明触头栅的结构示意图。

图8为本发明触头栅的立体结构示意图。

图9为一种带新型大电流触头结构的开关示意图（剖面图）。

图10为一种带新型大电流触头结构的开关示意图（剖面透视图）。

图中，各附图标记的含义如下：001、静触头座；002、动触头；003、第一触头栅；004、第二触头栅；010、触片；011、弹簧片；012、固定环；AA、斜面；BB、弧形面；CC、导电面；005、绝缘子；006、底座；007、动触头座；008、第三触头栅；009、第四触头栅。

实施方式

为了更好了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

实施例

如图3-8，一种新型大电流触头结构，包含静触头座001，动触头002及2个相同结构第一触头栅003和第二触头栅004，第一触头栅003和第二触头栅004对称地安装在静触头座001中，如图3，这是为了提高整体导电性能，在每个静触头座001中安装了两只触头栅，这样可以减小动触头002的直径，从而使设备小型化。

对动触头002，其端部有1个斜面倒角Φ，见图6。倒角Φ是斜面与触头中心线之间的夹角，最优的数值为 30 ~ 45度。

如图7，第一触头栅003和第二触头栅004均包括触片010，弹簧片011和固定环012，触片010组合弹簧片011后，由固定环012固定。特别的，固定环012 为绝缘体，来保证每组触片010和弹簧片011组合不和另一组触片010、弹簧片011组合间有电流通过。当穿过触头栅003的动触头002上由电流流过时，触片010、弹簧片011和固定环012中没有环流、涡流产生。因为弹簧片011是与电流流动的方向平行布置，且弹簧片011间由于用绝缘的固定环012来固定，所以弹簧片011间无电流通过。

触片010外缘上有三个面，触片010的外缘依次包括弧形面BB、导电面CC和斜面AA，导电面CC为外缘的端面，起导流作用，弧形面BB与动触头002端部的倒角面相配合，当动触头002合闸接近触头栅003的弧形面BB时，弧形面BB首先对动触头002的倒角面放电，如图4-5，从而保护触片010的正常导电位置的导电面CC不烧损。

因为触头栅003、004的特殊设计，可以保证穿过它的动触头002在与静触头座001在中心偏角4度以下仍能保持良好的导电性能。因此动导体002在两个触头栅003、004间运动，动触头002与静触头座间的不同心偏转问题可以被触头栅003、004自身来化解。因此上述结构可以使动触头002在使用中，回路产生的电弧不会烧蚀触头栅003的静态导电面CC；让动触头002在合闸过程中使动触头002和静触头座001间自动同心，不碰撞触头栅003和004的静态导电面CC；这两条措施可以极大地提高大电流触头结构的使用寿命，从而提高了设备的安全运行。

触片010的优选厚度为3毫米，每个触头栅003上包含的触片010的数量优选与安装触头栅003的动触头002的直径的毫米数相等。

第一触头栅003和第二触头栅004的并联使用，可以极大地缩小动触头002和静触头座001的直径，使设备小型化。

第一触头栅003和第二触头栅004的触片010和弹簧片011直接由绝缘体的固定环012固定，在使用过程中，触头栅中没有涡流电流产生，主回路电流大小对触头栅003、004没有任何副作用，弹簧片不会退火而影响触头栅的导电性能。这样就没有任何使弹簧片011温度额外升高的因素，弹簧片011的温度始终与触片010的温度相同，即按照国家标准要求不高于105°C，远低于弹簧的退火温度600度左右。所以弹簧片011不会退火，这样就保证了弹簧片011施加给触片010的压力，使触片010与动触头002间的接触电阻不变。同样，套装在动触头002外的固定环012为绝缘体，也不会形成环流。完美解决了现有触头在大电流情况下的性能劣化问题。

还有，触头栅第一触头栅003和第二触头栅004对称设置，是为了动触头002穿过第一触头栅003后继续穿过第二触头栅004时，首先碰上触片010的斜面AA，阻力更小，这样方便动触头002穿入。当动触头002穿过触头栅003后，导电回路已构成，所以动触头002穿入触头栅004时不会有电弧产生。

同样，当动触头002从触头栅004拔出时，触头栅003仍然形成导电回路，所以触头栅004与动触头002间也不会有电弧产生；只有当动触头002拔出触头栅003时，才会产生电弧，电弧仍然在触片010的弧形面BB与动触头002的端部斜面间产生，如图4-5，不会影响触片010的静态导电面CC。

从上面分析，就可以知道，本大电流触头结构在当作开关的动、静触头使用时，开关的分合闸操作均不会影响触头的导电性能。

同样，因为第一触头栅003的触片010上的弧形面BB和动触头002上的角度为Φ的斜面倒角一起配合，可以方便地使动触头002同心地进入第一触头栅003。还因为第二触头栅004的触片010上的斜面AA和动触头002上的角度为Φ的斜面倒角一起配合，可以方便地使动触头002同心地进入第二触头栅004。实现了自动同心功能。

实施例

包含一种新型大电流触头结构的开关，开关为高压设备的开关，例如用于发电机与变压器之间的大电流回路中。

如图9-10，将一套新型大电流触头结构包含静触头座001、动触头002、第一触头栅003和第二触头栅004装在绝缘子005上，而绝缘子005固定在底座006上；这些构成开关的静触头部分；

同样，将另一个共用动触头002的新型大电流触头结构包括动触头座007，第三触头栅008和第四触头栅009对称安装在右侧绝缘子005上，绝缘子005的另一端固定在底座006上，构成动触头部分。

动触头002在动触头座007中向静触头座001方向运动，穿过第一触头栅003和第二触头栅004，就完成了合闸操作；动触头002反向运动，从第一触头栅003和第二触头栅004抽出，再运动到动触头002与动触头座007左端头平齐时，就完成了分闸操作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种新型大电流触头结构，其特征在于：包括：

静触头座（001）；

第一触头栅（003）和第二触头栅（004）；第一触头栅（003）和第二触头栅（004）均安装在静触头座（001），第一触头栅（003）和第二触头栅（004）均包括触片（010）、弹簧片（011）和固定环（012），所述触片（010）安装在弹簧片（011）上形成组合结构，弹簧片（011）固定在固定环（012），固定环012 为绝缘体，以保证每组触片（011）和弹簧片（011）的组合不和另一组触片（011）和弹簧片（011）组合间有电流通过，当穿过触头栅（003）的动触头（002）上有电流流过时，触片（010）、弹簧片（011）和固定环（012）中没有环流、涡流产生。

2.根据权利要求1所述的一种新型大电流触头结构，其特征在于：所述倒角Φ的度数为30-45度。

3.根据权利要求1所述的一种新型大电流触头结构，其特征在于：第一触头栅（003）和第二触头栅（004）对称设置。

4.根据权利要求2所述的一种新型大电流触头结构，其特征在于：所述触片（010）的外缘依次包括弧形面（BB）、导电面（CC）和斜面（AA），导电面（CC）为外缘的端面，起导流作用，弧形面（BB）与动触头（002）端部的倒角面相配合，当动触头（002）合闸接近触头栅（003）的弧形面（BB）时，弧形面（BB）首先对动触头（002）的倒角面放电，从而保护触片（010）的正常导电位置的导电面（CC）不烧损。

5.根据权利要求1所述的一种新型大电流触头结构，其特征在于：触片（010）的厚度为3毫米。

6.一种高压设备，其特征在于：包括如权利要求1-5任意一项所述的一种新型大电流触头结构。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种新型大电流触头结构的用途，其特征在于：用于隔离开关、换相开关、启动开关、电制动开关、接地开关、中压开关柜、气体绝缘金属封闭开关设备、气体绝缘输电线路、高压电缆接头、变压器出线套管、空气套管或者穿墙套管。