CN100530480C - 一种新型单断口电压至252kV的高压真空断路器 - Google Patents

一种新型单断口电压至252kV的高压真空断路器 Download PDF

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本发明公开了一种单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，该高压断路器由三相组成，每一相均设有真空灭弧室极柱，真空灭弧室极柱与地面呈垂直布置，真空灭弧室极柱的两端分别设置有第一散热器和第二散热器，第二散热器下面设有瓷套绝缘支柱，瓷套绝缘支柱下面配有操动机构。本发明将真空灭弧室由带裙边的陶瓷制成，陶瓷外壳兼作绝缘支柱，因此省去了原真空灭弧室玻璃外壳与绝缘支柱之间的气体或液体绝缘。在真空灭弧室极柱的静导电杆中装有热管。真空灭弧室静触头和动触头使用单匝式纵向磁场触头或三分之二匝式纵向磁场触头。高压真空断路器的操动机构采用永磁操动机构或弹簧操动机构或液压弹簧操动机构。

Description

一种新型单断口电压至252kV的高压真空断路器
技术领域
本发明涉及一种高压真空断路器，特别涉及一种单断口额定电压至252kV的高压真空断路器。
背景技术
当前在72.5kV及以上的高压和超高压断路器中SF6断路器为主流产品。SF6气体是《京都议定书》指定的六种温室效应气体中最强的一种，其地球温暖化系数是CO2的23900倍，其大气中寿命长达3200年。真空断路器具有环境友好，产品可靠性高，维护工作量小，无火灾***危险，产品技术性能高等优点，目前在中压等级是主流产品。世界上单断口真空断路器的额定电压最高为145kV。发展高压真空断路器是减少SF6排放的一种很好的选择。
在已有的72.5kV至252kV高电压真空断路器的专利技术中，采用玻璃作为真空灭弧室的外壳，然后用气体如SF6、压缩空气、N2，或液体如硅油或β油作为真空灭弧室的外绝缘，将外绝缘气体或液体密封隔离在瓷套里面，即真空灭弧室外壳与外瓷套是两个部分。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种新型的单断口电压等级至252kV的高压真空断路器，该高压真空断路器采用带有外陶瓷裙边的真空灭弧室极柱作为真空灭弧室的外壳和真空灭弧室极柱的外瓷套，省去了原来的外瓷套和外绝缘气体或液体，即将原有技术中的属于两个部分的真空灭弧室外壳与外瓷套合二为一。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，该高压断路器由三相组成，每一相设有一只真空灭弧室极柱，其特征在于，所述的真空灭弧室极柱与地面呈垂直布置，真空灭弧室极柱的两端分别设置有第一散热器和第二散热器，第二散热器下面设有瓷套绝缘支柱，瓷套绝缘支柱下面配有操动机构。
所述的操动机构采用永磁操动机构、弹簧操动机构或液压弹簧操动机构，该操动机构供高压断路器三相共同使用，或者高压断路器三相各使用一个操动机构。
所述的真空灭弧室极柱由陶瓷上外壳和陶瓷下外壳组成，陶瓷上外壳和陶瓷下外壳由法兰连接在一起，陶瓷上外壳和陶瓷下外壳上均带有陶瓷裙边，陶瓷上、下外壳兼作绝缘支柱；
陶瓷上外壳上有上法兰，上法兰上有上接线端子，上法兰的中心设有上导电环；
陶瓷下外壳上有下法兰，下法兰上安装有下接线端子，下法兰中心有绝缘拉杆；绝缘拉杆上套有触头弹簧和导向套，导向套镶嵌于导电支撑内；
陶瓷上外壳的腔体内分别安装有主屏蔽罩、第一端部屏蔽罩、第二端部屏蔽罩；主屏蔽罩和第一端部屏蔽罩之间设有静导电杆，静导电杆上有上导电环，静导电杆内布置有热管，静导电杆周围有静端波纹管，静端波纹管位于第一端部屏蔽罩内；主屏蔽罩和第二端部屏蔽罩之间设有动导电杆，动导电杆上有下导电环；动导电杆周围有动端波纹管；在主屏蔽罩内，静导电杆和动导电杆上分别有静触头和动触头。
所述的真空灭弧室极柱由陶瓷上外壳和陶瓷下外壳组成，陶瓷上外壳和陶瓷下外壳由法兰连接在一起，陶瓷上外壳和陶瓷下外壳上均带有陶瓷裙边，陶瓷上、下外壳兼作绝缘支柱；
陶瓷上外壳上有上法兰，上法兰上有上接线端子，在上法兰的上方，连接第一散热器；上法兰的中心设有上导电环；
陶瓷下外壳上有下法兰，下法兰连接第二散热器；下法兰上安装有下接线端子，下法兰中心有绝缘拉杆；绝缘拉杆上套有触头弹簧和导向套，导向套镶嵌于导电支撑内；陶瓷下外壳与导电支撑之间的空隙中有绝缘液体或绝缘气体；
陶瓷上外壳的腔体为真空，腔体内分别安装有主屏蔽罩、第一端部屏蔽罩、第二端部屏蔽罩；主屏蔽罩和第一端部屏蔽罩之间设有静导电杆，静导电杆上有上导电环，静导电杆内布置有热管，静导电杆周围有静端波纹管，静端波纹管位于第一端部屏蔽罩内；主屏蔽罩和第二端部屏蔽罩之间设有动导电杆，动导电杆上有下导电环；动导电杆周围有动端波纹管；在主屏蔽罩内，静导电杆和动导电杆上分别有静触头和动触头。
静端波纹管对真空断路器在合闸时起缓冲作用，以防止过大的合闸冲击力使真空灭弧室漏气。
所述的瓷套绝缘支柱包括有绝缘瓷套，绝缘瓷套内有波纹管，波纹管连接穿入绝缘瓷套内的绝缘拉杆，绝缘拉杆与陶瓷下套管通过法兰相连接，瓷套绝缘支柱内有绝缘气体或绝缘液体；瓷套绝缘支柱的绝缘瓷套和机构框架通过法兰连接。
真空断路器的分闸和合闸由操动机构完成。操动机构可以三相使用一个操动机构，也可以三相各使用一个操动机构。操动机构可以是弹簧操动机构、永磁操动机构或液压弹簧操动机构。操动机构与机构框架相连接。
静触头和动触头使用单匝纵磁触头或三分之二匝式纵向磁场触头。
本发明的意义在于高电压真空灭弧室的绝缘由于受到玻璃外壳的限制不可能做得很大，而采用陶瓷外壳后使得真空灭弧室在径向和轴向上都可以扩大，其中在径向上可以达到原来真空断路器的外瓷套的尺寸，这就大大有利于真空灭弧室的内绝缘设计，使得电场强度大大降低。另外由于瓷套可以设置外裙边作为外绝缘使用，省去了原来的气体或液体作为外绝缘使用。因此本发明在简化真空灭弧室的内绝缘和外绝缘的同时，还节约了玻璃外壳和外绝缘的成本。
附图说明
图1为用新型单断口电压至252kV的高电压真空断路器图；图中各符号为：1、陶瓷外壳真空灭弧室极柱，2、第一散热器，3、第二散热器，4、瓷套绝缘支柱，5、操动机构。
图2为陶瓷外壳真空灭弧室极柱图；图中符号为：101、陶瓷上外壳，102、静导电杆，103、动导电杆，104、静端波纹管，105、上导电环，106、上法兰，107、上接线端子，108、动端波纹管，109、下导电环，110、静触头，111、动触头，112、主屏蔽罩，113、第一端部屏蔽罩，114、第二端部屏蔽罩，115、陶瓷下外壳，116、法兰，117、导电支撑，118、触头弹簧，119、导向套，120、下法兰，121、下接线端子，122、绝缘拉杆。
图3为三分之二匝纵向磁场触头图；图中符号为：21、圆柱形导体，22、支臂，23、上弧形导体，24、下弧形导体，25、触头片，26第一缝隙、27、第二缝隙、28、第三缝隙。
图4为单匝式纵向磁场触头；图中符号为：31、导电杆，32、线圈，33、第一触头片，34、第二触头片，35、线圈，36、导电杆。
图5为瓷套绝缘支柱结构图；图中符号为：400、绝缘瓷套，401、波纹管，402、绝缘液体，403、机构框架。
以下结合附图和发明人给出的126kV单断口真空断路器具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
本发明的126kV单断口高压真空断路器如图1所示。由3相组成，每一相均有一只真空灭弧室极柱1。真空灭弧室极柱1总高度为1400mm，与地面呈垂直布置。真空灭弧室极柱1的上面设有第一散热器2，真空灭弧室极柱1的下面设有第二散热器3；在真空灭弧室极柱1下面设有瓷套绝缘支柱4；每个瓷套绝缘支柱4下面配有操动机构5，操动机构5可以三相共用；操动机构5可采用永磁操动机构、弹簧操动机构或液压弹簧操动机构。操动机构按照分合闸特性曲线来完成分合闸要求，并与真空电弧特性相配合满足短路电流开断的要求。当进行同步操作时，126kV真空断路器开断40kA短路电流时，动触头分闸速度应在电流过零前0.5ms时达到3.5m/s。
真空灭弧室极柱1的结构如图2所示。真空灭弧室极柱1由陶瓷上外壳101和陶瓷下外壳115组成，陶瓷上外壳101和陶瓷下外壳115由法兰116连接在一起，陶瓷上外壳101和陶瓷下外壳115上均带有陶瓷裙边，以满足爬电距离要求，陶瓷上外壳101由高强度氧化铝材料制成，陶瓷上、下外壳101、115兼作绝缘支柱；
陶瓷上外壳101上有上法兰106，上法兰106上有上接线端子107，在上法兰107的上方，连接第一散热器2；上法兰106的中心设有上导电环105；
陶瓷下外壳115上有下法兰120，下法兰120连接第二散热器3；下法兰120上安装有下接线端子121，下法兰120中心有绝缘拉杆122；绝缘拉杆122上套有触头弹簧118和导向套119，导向套119镶嵌于导电支撑117内；陶瓷下外壳115与导电支撑117之间的空隙中有绝缘液体或绝缘气体；
陶瓷上外壳101的腔体为真空，腔体内分别安装有主屏蔽罩112、第一端部屏蔽罩113、第二端部屏蔽罩114；主屏蔽罩112和第一端部屏蔽罩113之间设有静导电杆102，静导电杆102上有上导电环105，静导电杆102内布置有热管，静导电杆102周围有静端波纹管104，静端波纹管104位于第一端部屏蔽罩113内；主屏蔽罩112和第二端部屏蔽罩114之间设有动导电杆103，动导电杆103上有下导电环109；动导电杆103周围有动端波纹管108；在主屏蔽罩112内，静导电杆102和动导电杆103上分别有静触头110和动触头111。
陶瓷上外壳101的高度为1000mm，陶瓷上外壳101的腔体内部真空度为10-4Pa或更高真空度；
静导电杆101内布置热管，可以提高等效热导率，因此热管与散热器配合以增加真空断路器的额定电流导通能力。
静端波纹管104对真空断路器在合闸时起缓冲作用，以防止过大的合闸冲击力使真空灭弧室漏气。
静触头110与动触头111的背面都设置有均压环，用来防止触头和主屏蔽罩112之间的击穿。
陶瓷下外壳115的高度为400mm。
触头弹簧118的目的是使动触头111和静触头110在达到最终闭合位置后具有足够的压力，保证温升不超过额定值，能够通过动热稳定实验，以及保证足够的刚分速度等。导向套119保证动触头运动时的同轴度。陶瓷下外壳115是导电支撑117、触头弹簧118和导向套119的支柱。
参见图5，瓷套绝缘支柱4包括有绝缘瓷套400，绝缘瓷套400内有波纹管401，波纹管401连接穿入绝缘瓷套400内的绝缘拉杆122，绝缘拉杆122与陶瓷下外壳115通过法兰120相连接，瓷套绝缘支柱4内有绝缘液体402(如硅油或β油)；瓷套绝缘支柱4的绝缘瓷套400和机构框架403通过法兰连接。
当采用弹簧操动机构时，三相共用一台操动机构。当采用永磁操动机构或液压弹簧操动机构时，每相均设有一个操动机构，三相共设有三个操动机构。
126kV单断口真空灭弧室的静触头110和动触头111可采用三分之二匝式纵向磁场触头，如图3所示。当额定短路电流开断能力为40kA时，触头直径为100mm，触头开距为60mm，触头由导体材料(无氧铜)构成，触头材料为CuCr50。触头的结构特点为有一个圆柱形导体21在触头中间，圆柱形导体21与三个形状相同的支臂22相连，每个支臂22与一个弧形导体23相连，弧形导体23对应的角度约为120°，每个弧形导体23与背面的另一个与弧形导体23形状相同的另一个弧形导体24相连接，弧形导体24对应的角度也约为120°。弧形导体24与触头片25连接在一起。
电流I由圆柱形导体21流入，分为三份进入支臂22中，每个支臂电流约为I/3。支臂22中的电流I/3流入弧形导体23中，进而流入弧形导体24中，最后此电流由弧形导体24与触头片25之间的连接进入触头片25中。为了保证电流按照规定路径流动，设置了一些缝隙，如图中的缝隙26、27、28，在缝隙中可以设置一些机械支撑以保证机械强度。
三分之二匝纵向磁场触头与现有技术三分之一匝纵向磁场触头相比，是增加了弧形导体24，使得电流在弧形导体中走了三分之二的圆周，比现有技术走三分之一圆周增加了电流路径，从而增强了纵向磁场。
126kV单断口真空灭弧室的静触头(110)和动触头(111)可以采用申请人的实用新型专利(专利号zl 200420086276.8)中所述的单匝式纵向磁场触头，如图4所示。当额定短路电流开断能力为40kA时，触头直径为100mm，触头开距为60mm，触头由导体材料(无氧铜)构成，触头材料为CuCr50。

Claims (4)

1.一种单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，该高压断路器由三相组成，每一相均设有真空灭弧室极柱(1)，真空灭弧室极柱(1)与地面呈垂直布置，真空灭弧室极柱(1)的两端分别设置有第一散热器(2)和第二散热器(3)，第二散热器(3)下面设有瓷套绝缘支柱(4)，瓷套绝缘支柱(4)下面配有操动机构(5)，其特征在于：所述的真空灭弧室极柱(1)由陶瓷上外壳(101)和陶瓷下外壳(115)组成，陶瓷上外壳(101)和陶瓷下外壳(115)由法兰(116)连接在一起，陶瓷上外壳(101)和陶瓷下外壳(115)上均带有陶瓷裙边，陶瓷上、下外壳(101、115)兼作绝缘支柱；
陶瓷上外壳(101)上有上法兰(106)，上法兰(106)上有上接线端子(107)，在上法兰(107)的上方，连接第一散热器(2)；上法兰(106)的中心设有上导电环(105)；
陶瓷下外壳(115)上有下法兰(120)，下法兰(120)连接第二散热器(3)；下法兰(120)上安装有下接线端子(121)，下法兰(120)中心有绝缘拉杆(122)；绝缘拉杆(122)上套有触头弹簧(118)和导向套(119)，导向套(119)镶嵌于导电支撑(117)内；陶瓷下外壳(115)与导电支撑(117)之间的空隙中有绝缘液体或绝缘气体；
陶瓷上外壳(101)的腔体为真空，腔体内分别安装有主屏蔽罩(112)、第一端部屏蔽罩(113)、第二端部屏蔽罩(114)；主屏蔽罩(112)和第一端部屏蔽罩(113)之间设有静导电杆(102)，静导电杆(102)上有上导电环(105)，静导电杆(102)内布置有热管，静导电杆(102)周围有静端波纹管(104)，静端波纹管(104)位于第一端部屏蔽罩(113)内；主屏蔽罩(112)和第二端部屏蔽罩(114)之间设有动导电杆(103)，动导电杆(103)上有下导电环(109)；动导电杆(103)周围有动端波纹管(108)；在主屏蔽罩(112)内，静导电杆(102)和动导电杆(103)上分别有静触头(110)和动触头(111)。
2.如权利要求1所述的单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，其特征在于，所述的瓷套绝缘支柱(4)包括有绝缘瓷套(400)，绝缘瓷套(400)内有波纹管(401)，波纹管(401)连接穿入绝缘瓷套(400)内的绝缘拉杆(122)，绝缘拉杆(122)与陶瓷下外壳(115)通过法兰(120)相连接，瓷套绝缘支柱(4)内有绝缘气体或绝缘液体(402)；瓷套绝缘支柱(4)的绝缘瓷套(400)和机构框架(403)通过法兰连接。
3.如权利要求1所述的单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，其特征在于，所述的操动机构(5)采用永磁操动机构、弹簧操动机构或液压弹簧操动机构，高压真空断路器的三相每一相使用一台操动机构(5)，或者高压真空断路器的三相共同使用一台操动机构(5)。
4.如权利要求1所述的单断口额定电压至252kV的高压真空断路器，其特征在于，所述的静触头(110)和动触头(111)使用单匝纵磁触头或三分之二匝式纵向磁场触头。
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