CN202758804U

CN202758804U - 真空断路器

Info

Publication number: CN202758804U
Application number: CN 201220340826
Authority: CN
Inventors: 李禹成; 鲍丽华; 陆马丁
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2022-07-13

Abstract

本实用新型涉及真空断路器(1)，包括沿轴向延伸的固封极柱(2)，该固封极柱包括真空灭弧室(3)，其具有沿轴向的壳体(9)，该壳体的上端部和下端部分别装有端盖。设置在真空灭弧室内部分别密封地穿过所述上端盖和下端盖的触头(6)，设置在该触头和所述绝缘壳体之间的用于吸收当触头开断时产生的飞溅物质的金属罩(7)。包封真空灭弧室（3）起绝缘和支撑作用的绝缘层(5)，其具有内周壁和外周壁，内周壁与真空灭弧室(3)的所述壳体(9)贴合。在所述绝缘层(5)的壁内包封有至少一个由高导磁率材料制成的磁屏蔽筒(4)，该磁屏蔽筒(4)沿其轴向的尺寸满足当所述触头打开后达到最大开距时仍能将该两个触头(6)包围在其内部。

Description

真空断路器

技术领域

本实用新型涉及输变电领域，尤其涉及应用于该领域主要由固封极柱组成的真空断路器。

背景技术

真空断路器是一种以真空为灭弧介质的开关电器。近年来，随着世界范围内对环境保护的日益重视，以及真空断路器自身具有的独特优点，其已在输变电设备、配电系统等许多领域得到推广并获得广泛的应用。

随着对真空断路器小型化发展的进一步需求，其内部结构被设计得更加紧凑，各相间距离也逐渐减小，因此开始大量使用固封的真空灭弧室--固封极柱以提高装配效率并且保证装配质量。但是，真空断路器小型化在带来优势的同时不可避免地产生了一些不良影响，主要表现在外部磁场对真空灭弧室内部磁场产生干扰，进而降低真空灭弧室的灭弧效能。具体地说，一方面由于各相间距离的减小导致各相间电磁场的干扰随之增大，因而真空灭弧室内部磁场易受到其他两相的干扰。另一方面，从真空断路器内部引出的导线或外部设备母线产生的磁场也对真空灭弧室内部磁场造成了干扰，影响了真空灭弧室内部磁场的分布。这种由外部磁场对真空灭弧室内部动静触头开断时形成的电弧的稳定性影响较大，即电弧在外部磁场作用下可能发生偏移，导致电弧无法均匀分布于动静触头表面而集中于局部，造成触头局部过热，甚至烧损，进而降低真空灭弧室的开断能力。

中国专利CN2664152Y提供了一种用于真空断路器的磁屏蔽罩，该磁屏蔽罩直接包覆在真空灭弧室不锈钢屏蔽罩的外部，即这两个罩体之间没有任何其他物质阻隔，这样的结构缩短了击穿路径，导致真空灭弧室外部绝缘容易被击穿。这种情况下，实际上是降低了实际应用当中真空断路器的绝缘性能，增加了真空灭弧室被击穿的机率。

实用新型内容

基于上述现有技术，本实用新型的目的是提供一种真空断路器，以解决背景技术中提到的问题，保证真空灭弧室有效绝缘。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种真空断路器，包括至少一个（通常为三个）沿轴向延伸的固封极柱。固封极柱又包括真空灭弧室，真空灭弧室具有沿轴向的绝缘壳体，绝缘壳体的上端部和下端部分别装有上端盖和下端盖。设置在真空灭弧室内部分别密封地穿过上端盖和下端盖的一对触头。设置在两个触头和绝缘壳体之间的用于吸收当触头开断时产生的飞溅物质的金属罩（通常优选为铜罩）。包封真空灭弧室并起到起绝缘和支撑作用的绝缘层，绝缘层具有内周壁和外周壁，内周壁与真空灭弧室的绝缘壳体紧密贴合。在绝缘层的壁内包封有至少一个由高导磁率材料制成的磁屏蔽筒，磁屏蔽筒沿其轴向的尺寸满足当触头打开后达到最大开距时仍能将两个触头包围在其内部。

根据本实用新型，至少要屏蔽掉两触头打开后达到最大开距时所及范围的外部磁场。磁屏蔽筒在尺寸上至少满足这种基本要求，不但可以实现本实用新型屏蔽外部磁场的基本目的，并且易于进行装配以及节省材料从而降低制造成本。将磁屏蔽筒包封在绝缘层的壁内则是考虑到要保证固封极柱内部的绝缘性，解决将磁屏蔽筒直接包覆在真空灭弧室金属罩外部或外壳时可能导致的真空灭弧室易被击穿的问题。

根据本实用新型可以想到所述磁屏蔽筒可以是由硅钢片、电工纯铁、铸铁、坡莫合金等高导磁率材料制成。由于磁屏蔽筒的磁导率远大于周围空间的磁导率，因此在磁场环境中，磁屏蔽筒相当于提供一个磁阻极低的导磁通道，使磁力线都通过磁屏蔽筒壳体短路，从而降低对真空灭弧室两触头间电场分布的影响，提高真空断路器的可靠性。

对于高导磁率材料，可以是通过焊接、热轧、冷轧或者激光切割一体成型等工艺制造而成的。特别是对于通过焊接技术加工出来的磁屏蔽筒，还需要经过热处理，消除存在于材料内部的应力，以恢复加工成型后的磁屏蔽筒的磁屏蔽能力。

根据本实用新型可以想到磁屏蔽筒是两端非封闭的圆筒结构，以适配真空灭弧室以及固封极柱的形状，使易于加工及装配。

本实用新型可以作出进一步改进，考虑到由于导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时必然会感生出电流，进而导致能量损耗，所以为避免或减小这种损耗还可以在磁屏蔽筒上开槽或小孔，以减小这种能量损耗。

附图说明

图1是本实用新型真空断路器的侧视图；

图2是图1中示出的固封极柱的局部剖视图；

图3a-3b是用于说明根据本实用新型磁屏蔽筒包封在绝缘层壁内对于保证真空灭弧室绝缘有效性的效果的示意图。

具体实施方式

下面结合图1-3及实施例对本实用新型进行详细说明。

图中示出根据本实用新型一个实施例的真空断路器，总体用数字1表示，如图1示出由一个操作机构8操动三相开关的具有框架14的传统真空断路器。实际上，本实用新型同样适用于具有其他类型操作结构的真空断路器，只要是具有固封极柱这样的结构，就可以采用根据本实用新型的磁屏蔽筒实现在降低外部磁场影响的同时保持绝缘有效性的目的。

参见图1和图2，具体参见图2。真空断路器总体以数字1标注，其包括至少一个沿轴向延伸的固封极柱2，通常固封极柱2的数量为三个。固封极柱2又包括真空灭弧室3，真空灭弧室3具有沿轴向的绝缘壳体9，绝缘壳体9的上端部和下端部分别装有上端盖10和下端盖11。设置在真空灭弧室3内部分别密封地穿过上端盖10和下端盖11的一对触头6。设置在两个触头6和绝缘壳体9之间的用于吸收当触头6开断时产生的飞溅物质的金属罩7，虽然通常优选为铜罩，但也可以是由其他金属例如不锈钢制成的罩体。包封真空灭弧室3并同时起到起绝缘和支撑作用的绝缘层5，绝缘层5具有内周壁和外周壁，内周壁与真空灭弧室3的绝缘壳体9紧密贴合。在绝缘层5的壁内包封有至少一个由高导磁率材料制成的磁屏蔽筒4，磁屏蔽筒4沿其轴向的尺寸满足当触头6打开后达到最大开距时仍能将两个触头6包围在其内部的基本要求。

要说明的是，为了叙述简便，上下文中所指的“上”、“下”与说明书附图本身的上下方向一致。但这种方向上的限定仅仅是为了叙述清晰简洁，并不会对本实用新型产生任何限制作用。

根据本实用新型，至少要屏蔽掉触头6开断后达到最大开距时所及范围的外部磁场。并且要将磁屏蔽筒4包封在绝缘层5优选为环氧树脂层5的内部，显然环氧树脂层5要具有一定的厚度。这种结构，可以实现本实用新型屏蔽外部磁场的基本目的，从制造方面讲，也更易于进行装配，节省材料以降低制造成本。而最重要的是，在实现磁屏蔽目的的同时，保证固封极柱2内部真空灭弧室3的绝缘有效性。

下面结合图3a和图3b具体说明本实用新型对于保证真空灭弧室3绝缘有效性的有益效果。为简洁起见，图3b中仅以L2标注出击穿路径，与图3a中相同的部件或结构不再进行标注。

图3a示出通常情况下真空灭弧室3的击穿路径L1。图3b示出，当直接在壳体9外部包覆磁屏蔽筒4时真空灭弧室3的击穿路径L2。很明显，击穿路径L2短于击穿路径L1。这表明，若直接贴靠真空灭弧室3的壳体9设置磁屏蔽筒4，绝缘距离（击穿路径）会明显缩短，进而使真空灭弧室3容易被击穿，降低真空灭弧室3以及固封极柱2的整体绝缘性能。

因此直接贴靠真空灭弧室3的壳体9设置磁屏蔽筒4对于真空断路器1的实际应用领域造成了限制，导致其仅适用于外部.缘距离较大、绝缘裕度较大的情况。

而根据本实用新型的实施例是将磁屏蔽筒4包封在真空灭弧室3外部的环氧树脂层5（即绝缘层5）中，因此不会降低真空灭弧室3及固封极柱2整体的绝缘性能。从而本实用新型在有效屏蔽外部磁场的同时又能保证绝缘可靠性，使得真空断路器1更能满足小型化的要求，应用于更加广泛的领域。

结合图2中示出的各构成部分，要说明的是例如绝缘层5，按照传统真空浇注技术可以采用任何固体绝缘材料制造固封极柱2，而在环氧树脂浇注工艺技术（APG技术）中则以环氧树脂作为浇注材料形成固封极柱。即本实用新型中的绝缘层5优选为环氧树脂层5。

同样地，真空灭弧室的绝缘壳体9在本实用新型中优选为陶瓷外壳，当然还可以是微晶玻璃外壳等。同样地，图中示出的金属罩7优选为由铜制成的屏蔽罩，除此之外还可以是例如由不锈钢制成的罩体，其主要作用是为了吸收触头6开断时产生的飞溅物质。

图2中示出了上出线座12和下出线座13，以及例如波纹管、动导线杆虽未在图中示出或标注，但并不影响本实用新型所要保护的范围。本实用新型适用于任何类型的真空开关而不脱离本实用新型的精神与实质，具有广泛的实际应用领域。

总之，只要是具有根据本实用新型的固封极柱2这样的基本结构，就可以采用根据本实用新型的磁屏蔽筒4的设计实现在降低外部磁场影响的同时保持绝缘有效性的目的。

真空灭弧室3整体上通常为圆柱形，所以为了有效地屏蔽外部磁场，也考虑到制造加工及装配的方便，根据本实用新型的一个实施例将磁屏蔽筒4设计成两端非封闭的圆筒结构。但并不排除磁屏蔽筒4还可以是其他的形状。

进一步地，为了最有效地屏蔽掉外部磁场，减少漏磁，可以想到利用无缝焊接技术使磁屏蔽筒4在其周向上实现无缝接合。

当然加工制造磁屏蔽筒4可以使用各种方法，例如通过热轧、冷轧技术等加工成无缝筒形结构，通过激光切割技术加工成型，或者还可以采用传统的焊接技术焊接而成。

但要注意，本实用新型多用于低频交变磁场中，对于低频磁场的屏蔽常采用的是利用高导磁率材料例如电工纯铁过硅钢片等的导磁特性形成通路，引导磁感线从磁屏蔽筒4的壁内通过，而保护磁屏蔽筒4内部的真空灭弧室3，具体说是触头6之间的电磁场，免受外部磁场的影响。

基于上述，保证磁屏蔽筒4屏蔽能力的前提就是要保证高导磁率材料的磁导率不会因为加工制造而有所降低。为此，对上述加工工艺还可以想到采用例如经真空冶炼炉冶炼、退火状态的电工纯铁或硅钢片进行加工。

而对于传统的焊接工艺，在焊接时要尽量选用与制造磁屏蔽筒4时使用的相同的高导磁率材料对焊缝进行焊接，以最有效地保证磁屏蔽筒4的屏蔽效能。同样地，要对加工成型以后的磁屏蔽筒4进行热处理以恢复其磁屏蔽效能。

上述对于磁屏蔽筒4尺寸的限定仅仅是为实现本实用新型基本目的而要满足的最基本要求。在此基础上，还可以将磁屏蔽筒4设计成例如更大的尺寸。

还可以想到，由于导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时必然会感生出电流，进而导致能量损耗，即涡流损耗，所以为避免或减小这种损耗，根据本实用新型还可以进一步想到在磁屏蔽筒4上开槽或小孔，以减小这种能量损耗。

应理解，以上描述皆为示范性而非限制性的，对于阅读了以上描述的本领域技术人员而言，除了所给出的实施例外，任何在本实用新型教导的基础上做出的显而易见的改变、变型及等同替换都属于本实用新型所保护的范围。

Claims

1.一种真空断路器，包括至少一个沿轴向延伸的固封极柱(2)，该固封极柱(2)包括：

-真空灭弧室(3)，其具有沿轴向的绝缘壳体(9)，该绝缘壳体的上端部和下端部分别装有上端盖(10)和下端盖(11)；

-设置在该真空灭弧室(3)内部分别密封地穿过所述上端盖(10)和下端盖(11)的一对触头(6)；

-设置在该两个触头(6)和所述绝缘壳体(9)之间的用于吸收当该触头(6)开断时产生的飞溅物质的金属罩(7)；

-包封该真空灭弧室(3)起绝缘和支撑作用的绝缘层(5)，该绝缘层具有内周壁和外周壁，该内周壁与所述真空灭弧室(3)的所述绝缘壳体(9)紧密贴合；

其特征在于：

在所述绝缘层(5)的壁内包封有至少一个由高导磁率材料制成的磁屏蔽筒(4)，该磁屏蔽筒沿其轴向的尺寸满足当所述触头(6)打开后达到最大开距时仍能将该两个触头(6)包围在其内部。

2.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于：所述高导磁率材料是电工纯铁或硅钢片。

3.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于：所述磁屏蔽筒(4)为圆筒状或封闭的圆筒状。

4.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于：在所述磁屏蔽筒(4)的表面开有槽或孔。

5.根据权利要求3所述的真空断路器，其特征在于：在所述磁屏蔽筒(4)的表面开有槽或孔。