CN211907314U - 一种带非线性分合闸电阻的断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带非线性分合闸电阻的断路器。本实用新型包括开关K1，开关K1的上下带电部位并联接有非线性电阻R和开关K2，非线性电阻R和开关K2串联，合闸顺序为开关K2先合，开关K1后合，分闸顺序为开关K1先分，开关K2后分。本实用新型应用范围广、结构简单、成本低且安全性高。

Description

一种带非线性分合闸电阻的断路器

技术领域

本实用新型涉及电学领域，尤其是一种带非线性分合闸电阻的断路器。

背景技术

在各级电压的网络中，由架空线、电缆等构成的输送线路，以及发电机、变压器、电动机、电抗器、电容器等所有电气设备元件，都是用断路器来进行操控的。这些断路器在进行投切操作时会产生重燃过电压和截流过电压，破坏线路和设备绝缘，对电网的安全运行和电气设备都造成严重威胁。在断路器开断过程中，断口两端的电压(恢复电压)过高时，不但会引起重燃，产生重燃过电压，还会使断路器灭弧室发生外沿闪络，甚至灭弧室爆炸。在努力提高断路器的开断能力后，往往会出现截流过电压的大幅增加。断路器的这对矛盾，一直是困扰电力行业内的科研、设计、制造、运行等各个专业部门的难题之一。

申请人在2013年申请的专利CN103578843A，名称为不重燃断路器，给现行的断路器的断口上并联一支非线性电阻，在断路器处于闭合状态下，电阻被短接不工作；在断路器处于断开状态下，电阻仅承受相电压，不导通；只在断路器在断开过程中，电阻短暂接入参与工作。这样，便可实现对各种负荷、各种操作方式的不重燃低截流操作要求。以上结构虽然解决了断路器重燃的问题，但是在断路器在断开运行中，电阻还是会接入参与工作，这种情况下，仍然会存在一定的安全隐患，导致事故发生。

实用新型内容

本实用新型为解决背景技术中存在的技术问题，而提供一种应用范围广、结构简单、成本低且安全性高的带非线性分合闸电阻的断路器。

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型为一种带非线性分合闸电阻的断路器，其特殊之处在于：所述断路器包括开关K1，开关K1的上下带电部位并联接有非线性电阻R和开关K2，非线性电阻R和开关K2串联，合闸顺序为开关K2先合，开关K1后合，分闸顺序为开关K1先分，开关K2后分。

优选的，断路器包括壳体，开关K1、开关K2、非线性电阻R均置于壳体内。

优选的，开关K1为断路器灭弧室，包括第一真空室，第一上电杆、第一下电杆和第一制动机构，第一下电杆位于第一上电杆下方，第一上电杆上端通过上导体与非线性电阻R连接，下端伸于第一真空室内，第一下电杆上端伸于第一真空室内，下端与第一制动机构连接，第一下电杆通过软导线分别与开关K2和下导体连接。

优选的，第一制动机构包括第一制动杆、第一制动弹簧和第一绝缘子，第一制动杆和第一制动弹簧设置在第一绝缘子内，第一制动杆与第一下电杆固紧连接。

优选的，开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室、第二上电杆和第二下电杆，第二下电杆位于第二上电杆下方，第二上电杆上端与非线性电阻R连接，下端伸于第二真空室内，第二下电杆上端伸于第二真空室内，下部通过软导线与第一下电杆连接，第二下电杆下端与第一下电杆下端通过连杆固紧连接，第二上电杆和第二下电杆的间隙小于第一上电杆和第一下电杆的间隙。

优选的，开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室、第二上电杆和第二下电杆，第二下电杆位于第二上电杆下方，第二上电杆上端与非线性电阻R连接，下端伸于第二真空室内，第二下电杆上端伸于第二真空室内，下部通过软导线与第一下电杆连接，第二下电杆下端与第二制动机构连接。

优选的，第二制动机构包括第二制动杆、第二制动弹簧和第二绝缘子，第二制动杆和第二制动弹簧设置在第二绝缘子内，第二制动杆与第二下电杆固紧连接。

优选的，非线性电阻R为非线性压敏电阻。

优选的，壳体由绝缘材料制成。

优选的，壳体由树脂制成。

本实用新型在断路器断口上并联一套防止断路器重燃的非线性压敏电阻R，在断口出现反向电压、恢复电压超出断口耐压水平之前就把断口两端的电压差拉平，杜绝重燃。同时在非线性压敏电阻R上串联开关K2，主回路开关K1断开运行时，K2也断开，合闸顺序为开关K2先合，开关K1后合，分闸顺序为开关K1先分，开关K2后分。使非线性电压敏电阻R脱离主回路，进一步防止事故的发生，因此，本实用新型具有以下优点：

1、应用范围广。本实用新型可以应用在线路、变压器、电抗器、电容器、电动机等所有网络和电气设备的操作中，可以替代目前所有户内和户外，散装和套装，真空和SF6，以及从低压到高压的各种断路器。

2、结构简单且成本低。本实用新型不管是对现有断路器的改造，还是对新产品规模化制造，在常规断路器的基础成本上也都仅增加10—20％的成本，因此本实用新型使用广泛、结构简单、加装方便、价格低廉，具有极高的性价比。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理示意图；

图2为本实用新型具体实施例的电路原理示意图；

图3为本实用新型具体实施例一的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例二的结构示意图。

附图标记说明如下：

1、壳体；2、非线性电阻；3、第一上电杆；4、上导体；5、第一真空室；6、软导线；7、第一下电杆；8、第一制动杆；9、第一制动弹簧；10、第一绝缘子；11、下导体；12、第二上电杆；13、第二真空室；14、第二下电杆；15、第二制动杆；16、第二制动弹簧；17、第二绝缘子；18、连杆。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括开关K1，开关K1的上下带电部位并联有非线性压敏电阻R和开关K2，非线性电阻R和开关K2串联。

参见图2，本实用新型一个具体实施例的结构中，开关K1为断路器灭弧室，开关K2为接触器或间隙，非线性电阻R为非线性压敏电阻。非线性压敏电阻可以是氧化锌、或氧化锌与其它金属氧化物材料合成烧结的固体物件。形状为圆形、椭圆形、方形、多角形等，中间可以有孔或无孔，做成片状、棒状、盘状等，可以单只、也可以多只串联或并联、也可以串联加并联。非线性压敏电阻在正常工作时电阻呈兆欧级，仅流过微安电流，可视为不导通，在电压超过它的起始动作点时，阻值会以纳秒级速度立即聚降到欧姆级。

合闸顺序：开关K2先合，开关K1后合，分闸顺序为开关K1先分，开关K2后分。开关K1在合闸或分闸时，会产生过电压，要给开关K1并联一个非线性电组R，过电压高时，非线性电组R导通，开关K1两个断口并联，电荷会被释放，开关K2断开时，非线性电组R断开，开关K1和开关K2的电杆长度根据接触时间确定；正常运行时，非线性电阻R很大，达到兆欧级，电路不能从旁路经过，相当于开关K1把非线性电阻R短路，不论合闸还是分闸，非线性电阻R都要并联在开关K1上，开关K1分闸时，非线性电阻R很小，达到毫安级,相当于把非线性电阻R从系统中解除，非线性电阻R会串在电路中，非线性电阻R就会失去作用，开关K2后断开，其断开要求低。非线性电阻R只在开关K1合断的过程中起作用，开关K1合断之前，开关K2必须合。

本实用新型工作时，当断路器灭弧室的断口电压超过非线性压敏电阻R的动作电压时，几十欧的电阻瞬间串入回路，对合闸湧流给予了极大限制，冲击电流骤减不到2倍，实现了“软落陆”。切电感类负荷时的过程正好相反，截断电流值也因早期地接入百欧级的电阻而大大降低，从而降低了截流过电压，实现了“低截流”“柔性切断”。断开电容性质负荷，断口恢复电压超过压敏电阻动作点时，压敏电阻阻值的骤然下降，相当于给断口突加旁路，把断口两端电位差拉平，有效防止了断口的重击穿，实现了“刚性切断”。它不在乎母线电压有没有高频振荡，都能够起到保护断路器的作用。当需要开断短路，且并联的非线性压敏电阻R容量足够时，由于高电阻的快速接入，它还能够限制短路电流，实现断路器的轻松开断，当以上动作完成后，开关K2起到断开非线性电阻R的作用，进一步对断路器进行保护。

本实用新型的电路原理可以通过以下两个具体实施例结构实现：

参见图3，本实用新型具体实施例一的结构包括壳体1，开关K1、开关K2、非线性电阻R均置于壳体1内。开关K1为断路器灭弧室，包括第一真空室5，第一上电杆3、第一下电杆7和第一制动机构，第一下电杆7位于第一上电杆3下方，第一上电杆3上端通过上导体4与非线性电阻2连接，下端伸于第一真空室5内，第一下电杆7上端伸于第一真空室5内，下端与第一制动机构连接，第一下电杆7通过软导线6分别与第二下电杆14下部及下导体11连接，软导线6负责导通电路。第一制动机构包括第一制动杆8、第一制动弹簧9和第一绝缘子10，第一制动杆8和第一制动弹簧9设置在第一绝缘子10内，第一制动杆8与第一下电杆7固紧连接。开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室13、第二上电杆12和第二下电杆14，第二下14位于第二上电杆12下方，第二上电杆12与非线性电阻2连接，下端伸于第二真空室13内，第二下电杆14上端伸于第二真空室13内，第二下电杆14下端与第一下电杆7下端通过连杆18固紧连接，第二上电杆12和第二下电杆14的间隙小于第一上电杆3和第一下电杆7的间隙。壳体1由绝缘材料制成，以树脂材料制成为佳，第一真空室5和第二真空室13的壳体由陶瓷或玻璃制成,上导体4和下导体11的外端销钉处分别为带电部位A、B。

当开关K1分闸时，第一制动机构动作，第一制动杆8通过连杆18同时带动第一下电杆7和第二下电杆14向下运动，由于第二上电杆12和第二下电杆14的间隙小于第一上电杆3和第一下电杆7的间隙，因此第一上电杆3和第一下电杆7先断开，第二上电杆12和第二下电杆14后断开，即开关K1先分，开关K2后分，非线性电组2瞬间导通，电荷会被释放，开关K2断开时，非线性电组2断开。当开关K1合闸时，第一制动机构动作，在第一制动弹簧9的作用下，第一制动杆8通过连杆18同时带动第一下电杆7和第二下电杆14向上运动，第二上电杆12和第二下电杆14先接触，第一上电杆3和第一下电杆7后接触，即开关K2先合，开关K1后合，非线性电组2先并联在电路中，开关K1再串联在电路中，起到保护开关K1的作用。

参见图4，本实用新型具体实施例二的结构包括壳体1，开关K1、开关K2、非线性电阻R均置于壳体1内。开关K1为断路器灭弧室，包括第一真空室5，第一上电杆3、第一下电杆7和第一制动机构，第一下电杆7位于第一上电杆3下方，第一上电杆3上端通过上导体4与非线性电阻2连接，下端伸于第一真空室5内，第一下电杆7上端伸于第一真空室5内，下端与第一制动机构连接，第一下电杆7通过软导线6分别与第二下电杆14下部及下导体11连接，软导线6负责导通电路。第一制动机构包括第一制动杆8、第一制动弹簧9和第一绝缘子10，第一制动杆8和第一制动弹簧9设置在第一绝缘子10内，第一制动杆8与第一下电杆7固紧连接。开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室13、第二上电杆12和第二下电杆14，第二下14位于第二上电杆12下方，第二上电杆12与非线性电阻2连接，下端伸于第二真空室13内，第二下电杆14上端伸于第二真空室13内，第二下电杆14下端与第二制动机构连接。第二制动机构包括第二制动杆15、第二制动弹簧16和第二绝缘子17，第二制动杆15和第二制动弹簧16设置在第二绝缘子17内，第二制动杆15与第二下电杆14固紧连接。壳体1由绝缘材料制成，以树脂材料制成为佳，第一真空室5和第二真空室13的壳体由陶瓷或玻璃制成,上导体4和下导体11的外端销钉处分别为带电部位A、B。

当开关K1分闸时，第一制动机构先动作，第一制动杆8带动第一下电杆7向下运动，第二制动机构后动作，第二制动杆15带动第二下电杆14向下运动，第一上电杆3和第一下电杆7先断开，第二上电杆12和第二下电杆14后断开，即开关K1先分，开关K2后分，非线性电组2瞬间导通，电荷会被释放，开关K2断开时，非线性电组2断开。当开关K1合闸时，第二制动机构先动作，在第二制动弹簧16的作用下，第二制动杆15带动第二下电杆14向上运动，第二上电杆12和第二下电杆14先接触，第一制动机构后动作，在第一制动弹簧16的作用下，第一制动杆8带动第一下电杆7向上运动，第一上电杆3和第一下电杆7后接触，即开关K2先合，开关K1后合，非线性电组2先并联在电路中，开关K1再串联在电路中，起到保护开关K1的作用。

本实用新型基于ATP-EMTP软件，以典型的某35KV典型交流系统为背景建立了35KV典型交流系统模型，对带非线性分合闸电阻的断路器分合不同特性负荷时的暂态过电压、涌流特性以及过电压抑制效果，进行了仿真研究，分析了非线性分合闸电阻参数对暂态过程的影响，得出了以下结论：

1)非线性分合闸电阻对断路器分闸感性负荷产生的截流过程阻尼效果明显，抑制截流过电压效果显著。动作电压42KV的非线性分合闸电阻在断路器分闸感性负荷时产生的对地统计过电压从1.75p.u.下降到1.056p.u.，下降了40.2％，断口统计过电压下降了27.7％。

2)非线性分合闸电阻能有效分闸容性负荷时产生的重燃过电压，甚至避免重燃。动作电压42KV的非线性分合闸电阻能使两相重燃过电压下降13.3％，当其有效避免单相一次重燃的发生时，对地电压最大值从1.849p.u.下降到稳态值，下降了45.9％。

3)非线性分合闸电阻对断路器合闸产生的电压震荡与合闸涌流也有不同程度的限制作用。断路器合闸感性负荷时，动作电压42KV的非线性分合闸电阻能使对地统计过电压比无分合闸电阻时下降23.3％，合闸涌流统计值下降7.8％。

4)非线性分合闸电阻参数的选择应综合考虑对过电压的抑制效果与能力吸收能力。非线性分合闸电阻动作电压越低，抑制操作过电压效果越明显，抑制合闸涌流作用也越大，但吸收能量增加，比能量也越大。例如：动作电压分别为37.8KV、42KV和46.2KV的非线性分合闸电阻对与断路器分闸感性负荷的断口统计过电压抑制作用分别为34.7％、37.7％和20.7％，对合闸涌流的抑制作用分别为9.6％、7.8％和5.5％，比能量分别为0.546kJ/kV，0.469kJ/kV和0.424kJ/kV。根据不同工况下的最大比能量，前者应选用具有不同能量吸收能力的非线性分合闸电阻。

非线性分合闸电阻作为电路器分合闸电阻具有诸多优越性，在合理选择非线性分合闸电阻参数的前提下，带择非线性分合闸电阻的断路器能有效抑制中压系统中断路器长期困扰运行安全的重燃过电压、截流过电压以和复合过电压，以及断路器合闸时的电压震荡和合闸涌流，功能强大。

以上，仅为本实用新型公开的具体实施方式，但本实用新型公开的保护范围并不局限于此，应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述断路器包括开关K1，所述开关K1的上下带电部位并联接有非线性电阻R和开关K2，所述非线性电阻R和开关K2串联，合闸顺序为开关K2先合，开关K1后合，分闸顺序为开关K1先分，开关K2后分。

2.根据权利要求1所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述断路器包括壳体，所述开关K1、开关K2、非线性电阻R均置于壳体内。

3.根据权利要求2所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述开关K1为断路器灭弧室，包括第一真空室，第一上电杆、第一下电杆和第一制动机构，所述第一下电杆位于第一上电杆下方，所述第一上电杆上端通过上导体与非线性电阻R连接，下端伸于第一真空室内，所述第一下电杆上端伸于第一真空室内，下端与第一制动机构连接，所述第一下电杆通过软导线分别与开关K2和下导体连接。

4.根据权利要求3所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述第一制动机构包括第一制动杆、第一制动弹簧和第一绝缘子，所述第一制动杆和第一制动弹簧设置在第一绝缘子内，所述第一制动杆与第一下电杆固紧连接。

5.根据权利要求4所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室、第二上电杆和第二下电杆，所述第二下电杆位于第二上电杆下方，所述第二上电杆上端与非线性电阻R连接，下端伸于第二真空室内，所述第二下电杆上端伸于第二真空室内，下部通过软导线与第一下电杆连接，所述第二下电杆下端与第一下电杆下端通过连杆固紧连接，所述第二上电杆和第二下电杆的间隙小于第一上电杆和第一下电杆的间隙。

6.根据权利要求4所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述开关K2为真空灭弧室，包括第二真空室、第二上电杆和第二下电杆，所述第二下电杆位于第二上电杆下方，所述第二上电杆上端与非线性电阻R连接，下端伸于第二真空室内，所述第二下电杆上端伸于第二真空室内，下部通过软导线与第一下电杆连接，所述第二下电杆下端与第二制动机构连接。

7.根据权利要求6所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述第二制动机构包括第二制动杆、第二制动弹簧和第二绝缘子，所述第二制动杆和第二制动弹簧设置在第二绝缘子内，所述第二制动杆与第二下电杆固紧连接。

8.根据权利要求2至7任一权利要求所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述非线性电阻R为非线性压敏电阻。

9.根据权利要求8所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述壳体由绝缘材料制成。

10.根据权利要求9所述的带非线性分合闸电阻的断路器，其特征在于：所述壳体由树脂制成。

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