CN204067167U - 带有耦合电抗器的大功率开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有耦合电抗器的大功率开关，包括由空心管状主导体、内外连接体、静主触头和环状动主触头等组成的主导电回路，以及由具有灭弧功能的并联开断装置与耦合电抗器组成的灭弧支路，灭弧支路与主导电回路并联连接。耦合电抗器作为开关组成元件位于主导体内部。耦合电抗器的互感效应使整个灭弧回路呈现低阻抗，以便于电流转移，并使电流均分流过并联开断装置，减轻开断装置单个灭弧室的开断压力。这样的开关结构能够在不增加单个灭弧室设计复杂程度和研发制造难度的基础上，充分利用已有灭弧室产品的开断能力来开断更高数值的短路电流。

Description

带有耦合电抗器的大功率开关

【技术领域】

本实用新型涉及电气开关技术领域，特别涉及大功率开关的设计和制造。

【背景技术】

随着电力系统的发展，短路电流水平不断增长，尤其是发电机出口处，短路电流可能很高，通过改进灭弧室来提高开关的开断能力存在很高的技术难度，并且需要较长的研发周期和较高的研发成本。另一种思路是利用现有的开断技术和成熟的断路器产品，通过多个断路器并联或将限流装置与断路器配合使用来完成开断高数值短路电流的任务。

专利“基于紧耦合空心电抗器的并联型断路器”(CN101814402A)提出了一种耦合电抗器与断路器相结合的技术方案，紧耦合电抗器的两臂的电流输入端在同侧并且短接，两臂电流输出端分别与两台断路器连接，断路器的另一端短接后再接入系统，利用紧耦合电抗器实现自动均流和限流功能，提高了整体的开断能力。

该技术方案的耦合电抗器和断路器在接入系统后还要长期承载负荷电流，这对耦合电抗器和断路器的耐热能力与散热水平都提出了较高的要求；另外，大功率开关在结构、尺寸和布局等方面可能受到诸多限制，本实用新型根据开关设备的限制因素和实际需要提出了一种将该技术方案应用于大功率开关的实施方法和布置方式。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种带有耦合电抗器的大功率开关，通过在灭弧支路中整合耦合电抗器的方式，使开关具备开断更高数值短路电流的能力。

为达到上述目的，本实用新型所述的大功率开关包括空心管状第一和第二主导体、第一和第二连接体、第一和第二静主触头、动主触头、由两个灭弧室组成的并联开断装置、耦合电抗器、环状第一和第二绝缘体以及操动机构；所述第一主导体、第一连接体、第一静主触头、动主触头、第二静主触头、第二连接体和第二主导体依次串联连接组成开关的主导电回路；并联开断装置和耦合电抗器串联连接组成开关的灭弧支路，灭弧支路与主导电回路并联连接。

所述并联开断装置和耦合电抗器位于主导体内部，并且与第一主导体同轴布置。

所述耦合电抗器内外线圈的一侧接头与第一主导体连接，内外线圈的另一侧接头分别与并联开断装置的两个灭弧室相连，两个灭弧室的另一侧短接后经过第二内、外连接体连接至第二主导体上。

所述并联开断装置中的灭弧室采用真空灭弧室或者气吹灭弧室，如果并联开断装置采用真空灭弧室，则驱动开断装置的操动机构选用弹簧操动机构或者具有选相功能的永磁操动机构。

所述主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值。

所述第一和第二静主触头与动主触头一起构成了主导电回路开关，此主导电回路开关具备一定的耐电弧烧蚀能力和熄灭电弧能力。

所述第一外连接体和第一内连接体相连，第二外连接体和第二内连接体相连；第一外连接体和第二外连接体通过第一绝缘体连接，第一内连接体和第二内连接体通过第二绝缘体连接；第一和第二外连接体、第一和第二内连接体以及第一和第二绝缘体共同围成空腔；所述第一和第二静主触头以及动主触头位于该空腔内。

另一设计中，所述第一外连接体和第二外连接体通过第一绝缘体连接，第一外连接体又通过第二绝缘体和开断装置的灭弧室的静侧连接；所述第二外连接体直接和第二内连接体相连，第二内连接体的另一端与开断装置的灭弧室的动侧连接；开断装置的灭弧室的静侧之间还设置有中间绝缘体；开断装置前后两侧的第一和第二外连接体、第一和第二内连接体、第一和第二绝缘体以及中间绝缘体共同围成一个大的空腔，所述第一和第二静主触头、动主触头以及开断装置都位于该空腔内。

所述耦合电抗器与开断装置相连的一端与主导体及内连接体之间具有足够的绝缘水平，它可以通过气体间隙建立，也可通过绝缘体阻隔建立，即具备足够的耐电压能力而不会发生击穿。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的大功率开关由主导电回路与灭弧支路并联而成，采用具有较大导流截面和散热面积的主导体承载负荷电流，而耦合电抗器和并联开断装置组成的灭弧支路仅在开断短路电流的短暂时间内通流，虽然短路电流很大，但是因为从通流到开断仅有几十毫秒，时间很短发热有限，所以能降低对耦合电抗器和并联开断装置耐热水平的要求，有利于控制设计参数和降低开发成本。

本实用新型所述的大功率开关将耦合电抗器作为灭弧支路的一部分置于开关内部，增加了整个开关的集成度。

若开断装置采用真空灭弧室并联，可减少SF₆气体用量，有利于环保；再配以永磁操动机构，能够实现灭弧室的选相分合闸，从而缩短燃弧时间，既有利于开断又减少了电弧对触头的烧损，延长了开断装置的寿命。

本实用新型所述的大功率开关，在成熟开断装置的基础上，采用耦合电抗器与并联开断装置组成灭弧支路，可较快地、在花费较少的条件下实现提高短路电流开断能力的要求。本实用新型在采用成熟灭弧室和操动机构时，在可靠性指标上有优势。

【附图说明】

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为本实用新型第一实施例的结构图；

图3为本实用新型第二实施例的结构图。

其中：1、2分别为第一和第二主导体，3和3′分别为第一和第二静主触头，4为动主触头，5和5′为组成并联开断装置的两个灭弧室，6为内外线圈绕向相反的耦合电抗器，7和7′分别为第一和第二绝缘体，8为操动机构，9和10分别为第一和第二外连接体，9′和10′分别为第一和第二内连接体，11为中间绝缘体。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

请参阅图1、图2和图3，本实用新型所述的带限流器的大功率开关，包括前后两段用于承载负荷电流的第一和第二主导体1、2、第一和第二静主触头3、3′、动主触头4、第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′、由两个灭弧室5、5′组成的并联开断装置、耦合电抗器6、第一和第二绝缘体7、7′以及操动机构8。

所述第一主导体1和第二主导体2同轴布置。第一主导体1、第一外连接体9、第一静主触头3、动主触头4、第二静主触头3′、第二外连接体10和第二主导体2依次连接形成主导电回路，用于在正常工作时导通负荷电流。

所述第一和第二静主触头3、3′与动主触头4一起构成了主导电回路开关，此主导电回路开关具备一定的耐电弧烧蚀能力和熄灭电弧能力。

第一实施例(即图2)中，所述第一外连接体9和第一内连接体9′相连，第二外连接体10和第二内连接体10′相连；第一外连接体9和第二外连接体10通过第一绝缘体7连接，第一内连接体9′和第二内连接体10′通过第二绝缘体7′连接。第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′以及第一和第二绝缘体7、7′共同围成空腔，所述第一和第二静主触头3、3′和动主触头4位于该空腔内。

当由所述第一和第二外连接体9、9′、第一和第二内连接体10、10′以及第一和第二绝缘体7、7′共同围成的空腔为密闭腔体时，其内部充入绝缘气体，如SF₆。

第二实施例(即图3)中，所述第一外连接体9和第二外连接体10通过第一绝缘体7连接，第一外连接体9又通过第二绝缘体7′和开断装置的灭弧室5、5′的静侧连接；第二外连接体10直接和第二内连接体10′相连，第二内连接体10′的另一端与开断装置的灭弧室5、5′的动侧连接；灭弧室5、5′的静侧之间还设置有中间绝缘体11。开断装置两侧的第一和第二外连接体9、10、第一和第二内连接体9′、10′、第一和第二绝缘体7、7′以及中间绝缘体11共同围成一个大的空腔，所述第一和第二静主触头3、3′、动主触头4以及开断装置都位于该空腔内。该空腔为密闭空腔，内部充入绝缘气体，如SF₆。

所述并联开断装置和耦合电抗器6都位于第一和第二主导体1、2内部，且与第一主导体1同轴布置。所述耦合电抗器6内外线圈的左侧接头与第一主导体1连接，内外线圈的右侧接头分别与并联开断装置的两个灭弧室5、5′相连，两个灭弧室5、5′另一侧短接后再经过第二内连接体10′和第二外连接体10连接至第二主导体2。并联开断装置与耦合电抗器6串联形成的灭弧支路用于开断、关合负荷电流与短路电流。

所述动主触头4和并联开断装置可以由同一操动机构驱动，也可以分别由不同的操动机构驱动。开关正常通流状态下，主导电回路和灭弧支路均导通，由于主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值，所以电流主要流经主导电回路。开关开断电流过程中，先由动主触头4动作分断主导电回路，使电流转移至灭弧支路上，由于电抗器6内外线圈绕向相反，互感起到削弱作用，因此两线圈支路的阻抗大为减小，整个灭弧回路的阻抗很低，电流可迅速完成转移，此时并联开断装置的两个灭弧室5、5′各自流过开断电流的一半。灭弧室5、5′在同一操动机构操作下同步开断，若其中一个灭弧室先熄弧，则该支路断流，此时电抗器的自耦合互感效应消失，另一支路中的电抗器线圈可立即起到限流作用，将短路电流限制在输入值的一半或其他允许值的范围内，保证另一支路中的灭弧室顺利熄弧，从而完成短路电流的开断。开关关合电流过程正好相反，并联开断装置的两个灭弧室5、5′的触头先闭合，使灭弧支路导通电流，随后动主触头4使主导电回路接通，电流转移至电阻更小的主导电回路上。

Claims (9)

1.一种带有耦合电抗器的大功率开关，其特征在于：包括空心管状第一和第二主导体(1、2)、第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)、第一和第二静主触头(3、3′)、动主触头(4)；由两个灭弧室(5、5′)组成的并联的开断装置、耦合电抗器(6)、环状第一和第二绝缘体(7、7′)以及操动机构(8)；所述第一主导体(1)、第一外连接体(9)、第一静主触头(3)、动主触头(4)、第二静主触头(3′)、第二外连接体(10)和第二主导体(2)依次串联连接组成开关的主导电回路；并联的开断装置和耦合电抗器(6)串联连接组成开关的灭弧支路，灭弧支路与主导电回路并联连接。

2.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述并联的开断装置和耦合电抗器(6)位于第一和第二主导体(1、2)的内部，且与第一主导体(1)同轴布置。

3.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述耦合电抗器(6)内外线圈的一侧接头与第一主导体(1)连接，内外线圈的另一侧接头分别与并联开断装置的两个灭弧室(5、5′)相连，两个灭弧室的另一侧短接后经过第二内连接体(10′)和第二外连接体(10)连接至第二主导体(2)上。

4.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述并联开断装置中的灭弧室(5、5′)采用真空灭弧室或者气吹灭弧室。

5.如权利要求4所述的大功率开关，其特征在于：如果所述并联开断装置采用真空灭弧室，则驱动开断装置(5)的操动机构选用弹簧操动机构或者具有选相功能的永磁操动机构。

6.如权利要求1所述的大功率开关，其特征在于：所述主导电回路的阻值小于灭弧支路的阻值。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的大功率开关，其特征在于：所述第一外连接体(9)和第一内连接体(9′)相连，第二外连接体(10)和第二内连接体(10′)相连；第一外连接体(9)和第二外连接体(10)通过第一绝缘体(7)连接，第一内连接体(9′)和第二内连接体(10′)通过第二绝缘体(7′)连接；第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)以及第一和第二绝缘体(7、7′)共同围成空腔；所述第一和第二静主触头(3、3′)和动主触头(4)位于该空腔内。

8.如权利要求1至6中任意一项所述的大功率开关，其特征在于：所述第一外连接体(9)和第二外连接体(10)通过第一绝缘体(7)连接，第一外连接体(9)又通过第二绝缘体(7′)和开断装置的灭弧室(5、5′)的静侧连接；所述第二外连接体(10)直接和第二内连接体(10′)相连，第二内连接体(10′)的另一端与开断装置的灭弧室(5、5′)的动侧连接；开断装置前后两侧的第一和第二外连接体(9、10)、第一和第二内连接体(9′、10′)以及第一和第二绝缘体(7、7′)共同围成一个大的空腔，所述第一和第二静主触头(3、3′)、动主触头(4)以及开断装置都位于该空腔内。

9.如权利要求8所述的大功率开关，其特征在于：所述大功率开关进一步包括有中间绝缘体(11)，所述中间绝缘体设置在开断装置的灭弧室(5、5′)的静侧之间。