CN104145318A - 一种带有固定断口的真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

一种带有固定断口的真空灭弧室，可以与操动机构组成真空负荷开关、真空接触器或者真空断路器，包括由绝缘外壳、动端端盖和静端端盖组成的内部为真空状态的密闭空间，密闭空间内配置有可动断口和由屏蔽罩构成的固定断口，所述可动断口由一对动静触头组成，用于承载额定电流，并用于切断容性负荷完成真空灭弧室的分断性能；所述固定断口由一对固定于动端端盖和静端端盖上的屏蔽罩组成，当组成可动断口的动静触头达到满开距位置时，便进入到组成固定断口的屏蔽罩内部，此时容性电流开断后的直流性质的恢复电压就由固定断口承担，从而实现真空灭弧室的绝缘性能；本发明可有效减少真空灭弧室容性电流开断重击穿概率。

Description

一种带有固定断口的真空灭弧室 技术领域

本发明涉及真空灭弧室技术领域， 具体涉及将开断性能和绝缘性能分开 的， 专用于电容器组投切用的带有固定断口的真空灭弧室。

背景技术

在中压配电***中， 真空灭弧室已广泛应用于投切电容器组。关合过程 中会产生 4250Hz、 20kA的高频率涌流， 其预击穿电弧会局部烧蚀触头表 面并使触头发生熔焊； 开断电容器组时， 开断电流有几百 A， 此时熔焊区域 被拉开， 然后破裂最终在触头表面形成微突起。 开断电流过零后， 真空灭弧 室触头两端会承受直流恢复电压，开断单相电容器组或三相负载中性点接地 电容器组的峰值会达到 2倍***电压 1! ， 开断三相负载中性点不接地电容 器组的峰值会达到 2.5倍***电压 _s。这使得真空断路器在开断容性电流后 可能会发生重击穿现象，甚至于开断电流过零几秒后仍会发生延时重击穿现 象。而重击穿产生的过电压会严重损坏开关本身以及其他电力***设备， 甚 至造成人员伤亡。

据绍兴试验站李电等人统计得出 40.5kV真空灭弧室重击穿概率很高， 一般在 5%以上， 2002年后有所改善， 降至 2.6% (真空断路器投切电容器 组性能的现状与对策.高压电器. Vol.39, No.5, pp44-46.2003 ) 。 目前研究发 现产生重击穿的原因与投切过程中产生的高频涌流密切相关，原因在于高频 涌流会在合闸过程中， 局部烧蚀触头表面， 使触头发生熔焊， 破环触头表面 结构， 增大了触头表面场致发射系数； 8。

目前传统结构的真空灭弧室内部都使用一对可动触头，几个公司已针对 现有真空灭弧室进行了改进。如施奈德电器工业公司发明的包括真空盒的断 电和切断开关装置通过真空灭弧室内部的可动触点的不同位置完成了电流 的接通、 开断以及最后切断三个功能（专利号： ZL02813593.8 ) 。 通用电气 公司发明的高电压真空开关通过设计真空灭弧室内部的一对可动触头在完 全打开位置位于另一对屏蔽触头内部实现了真空灭弧室的高耐压特性

(HIGH-VOLTAGE VACUUM SWITCH, Appl.No: 499,740 ) 。但上述专利 只是实现了真空灭弧室的达到多种工位的目的，并非是将真空灭弧室的电流 开断功能和开断后的绝缘功能分开以实现真空灭弧室的容性电流开断的目 的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于针对真空灭弧室投切 容性负载的特殊物理现象， 提出了一种带有固定断口的真空灭弧室， 将开断 功能和绝缘功能分开，以可动触头实现开断功能，以固定触头实现绝缘功能， 可用于开断电容性负荷， 如背靠背电容器组， 单个电容器组等， 特别适用于 电力***的无功补偿领域。

为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案：

一种带有固定断口的真空灭弧室， 包括由绝缘外壳、动端端盖和静端端 盖组成的内部为真空状态的密闭空间，密闭空间内配置有可动断口和由屏蔽 罩构成的固定断口，所述可动断口由一对动静触头组成，用于承载额定电流， 并用于切断容性负荷完成真空灭弧室的分断性能；所述固定断口由一对固定 于动端端盖和静端端盖上的屏蔽罩组成，当组成可动断口的动静触头达到满 开距位置时， 便进入到组成固定断口的屏蔽罩内部， 此时容性电流开断后的 直流性质的恢复电压就由固定断口承担， 从而实现真空灭弧室的绝缘性能。 由此涌流破环的仅为完成电流开断功能的动静触头的表面，而真空灭弧室的 绝缘耐压能力是由固定断口决定的。

所述可动断口个数和固定断口个数可以为一个， 也可以为多个。而带有 多个固定断口的真空灭弧室的优点在于容性电流开断后的直流恢复电压是 由这多个固定断口一起承受的， 当一个固定断口发生击穿时， 而另一个固定 断口一般不会同时发生击穿， 这样整个线路电流就不会产生， 即真空开关没 有发生重击穿现象。这能有效减少真空灭弧室在投切容性负载时发生的延时 重击穿现象。

此外这种带有固定断口的真空灭弧室可以装配到操动机构上，组成真空 负荷开关、真空接触器或者真空断路器。 同时由这种真空灭弧室构成的真空 负荷开关和真空接触器可与熔断器配合组成投切容性负载的专用组合电器。 附图说明

图 1为带有一个固定断口的真空灭弧室剖面图； 图中各符号为： 1绝缘 外壳， 2动端端盖， 3静端端盖， 4波紋管， 5动导电杆， 6静导电杆， 7 动端屏蔽罩， 8静端屏蔽罩， 9固定断口， 10动触头， 11静触头， 12可动 断口， 13主屏蔽罩， 14端屏蔽罩。

图 2为带有两个固定断口真空灭弧室剖面图； 图中各符号为： 201第一 绝缘外壳， 202第二绝缘外壳， 203第一动端端盖， 204第二动端端盖， 205 静端端板， 206第一动端波纹管， 207第二动端波纹管， 208第一动导电杆， 209第二动导电杆 210第一动端屏蔽罩， 21 1第二动端屏蔽罩， 212静端屏 蔽罩， 213第一固定断口， 214第二固定断口 215第一动触头， 216第二动 触头， 217静触头， 218第一可动断口， 219第二可动断口。

图 3为带有三个固定断口的真空灭弧室剖面图； 图中各符号为： 301绝 缘外売， 302动端端盖， 303静端端盖， 304波紋管， 305动导电杆， 306静 导电杆， 307动端屏蔽罩， 308静端屏蔽罩， 309第一屏蔽罩， 310第二屏蔽 罩， 31 1动触头， 312静触头， 313固定断口， 314第一固定断口， 315第二 固定断口， 316第三固定断口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明

如图 1所示， 本发明的带有一个固定断口的真空灭弧室， 包括由绝缘外 壳 1、 动端端盖 2和静端端盖 3构成的一个密闭空间， 密闭空间内部为真空 状态； 动导电杆 5穿过动端端盖 2， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空间 外，动导电杆 5可上下运动；动导电杆 5在密闭空间内的一端套有波紋管 4， 端头上固定有动触头 10， 其中波紋管 4的一端与动端端盖 2固定在一起， 另一端与动导电杆 5固定在一起：静导电杆 6穿过静端端盖 3并与静端端盖 3固定在一起， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空间外； 静导电杆 6在密 闭空间内的一端端头上固定有静触头 1 1 ; 动触头 10和静触头 1 1之间构成 了一个可动断口 12; 在密闭空间内部， 由动端屏蔽罩 7和静端屏蔽罩 8构 成固定断口 9; 动端屏蔽罩 7与动端端盖 2固定在一起， 静端屏蔽罩 8与静 端端盖 3固定在一起； 当达到满开距位置时， 动触头 10、 静触头 1 1分别进 入到动端屏蔽罩 7和静端屏蔽罩 8的内部。

密闭空间内部带有主屏蔽罩 13， 主屏蔽罩 13固定于真空灭弧室的绝缘 外壳 1中间部位， 并位于固定断口 9的外侧。

密闭空间内部带有端屏蔽罩 14， 端屏蔽罩 14分别与真空灭弧室的动端 端盖 1和静端端盖 3固定在一起， 并分别位于动端屏蔽罩 7和静端屏蔽罩 8 的外侧。

本发明的工作原理为： 在关合容性负载过程中， 动触头 10在操动机构 作用力下， 向静触头 1 1靠近， 当可动断口 12无法承受住施加于触头间的电 压时， 便产生预击穿现象， 额定电流从动触头 10流入， 由静触头 1 1流出， 最后两触头紧压于一起。 当切断容性负载时， 动触头 10会在操动机构作用 力下， 离开静触头 11并产生电弧， 然后再电流零点熄灭， 至此可动断口 12 便完成了容性电流的开断功能。 当可动断口 12达到满开距位置时， 动触头 10、 静触头 1 1就运动至动端屏蔽罩 7和静端屏蔽罩 8的内部。 从电场分布 的角度， 动端屏蔽罩 7和静端屏蔽罩 8分别将动触头 10、 静触头 1 1屏蔽起 来， 此时直流恢复电压就有固定断口 9承受， 即真空灭弧室的绝缘性能决定 于固定断口 9。 整个投切过程中， 只有动触头 10、 静触头 1 1的触头表面会 被电流烧蚀破坏， 但真空灭弧室的绝缘能力却不会下降， 这能有效减少容性 电流开断的重击穿概率。

本发明的带有固定断口的真空灭弧室，其可动断口个数和固定断口个数 可以为一个，也可以为多个。当可动断口和固定断口为 2个时，如图 2所示， 真空灭弧室包括由第一绝缘外壳 201、第二绝缘外壳 202、第一动端端盖 203 和第二动端端盖 204构成的密闭空间， 其内部为真空状态， 密闭空间中部配 置静端端板 205， 静端端板 205将密闭空间分成第一密闭空间和第二密闭空 间， 静端端板 205上固定有静触头 217; 第一动导电杆 208穿过第一动端端 盖 203， 一端在第一密闭空间内， 另一端在第一密闭空间外， 第一动导电杆 208可上下运动； 第一动导电杆 208在第一密闭空间内的一端套有第一动端 波紋管 206， 端头上固定有第一动触头 215， 其中第一动端波紋管 206的一 端与第一动端端盖 203固定在一起，另一端与第一动导电杆 208固定在一起； 第二动导电杆 209穿过第二动端端盖 204， 一端在第二密闭空间内， 另一端 在第二密闭空间外， 第二动导电杆 209可上下运动； 第二动导电杆 209在第 二密闭空间内的一端套有第二动端波紋管 207， 端头上固定有第二动触头 216， 其中第二动端波紋管 207的一端与第二动端端盖 204固定在一起， 另 一端与第二动导电杆 209固定在一起；第一动触头 215与静触头 217之间构 成第一可动断口 218 ; 第二动触头 216与静触头 217之间构成第二可动断口 219； 在密闭空间内部， 第一动端端盖 203上固定有第一动端屏蔽罩 210， 第二动端端盖 204上固定有第二动端屏蔽罩 21 1， 静端端板 205上固定有静 端屏蔽罩 212; 第一动端屏蔽罩 210与静端屏蔽罩 212构成第一固定断口 213； 第二动端屏蔽罩 211与静端屏蔽罩 212构成第二固定断口 214; 当第 一可动断口 218和第二可动断口 219达到满开距时，第一动触头 215和第二 动触头 216将分别进入到第一动端屏蔽罩 210和第二动端屏蔽罩 21 1的内 部。 从电场分布的角度， 第一动端屏蔽罩 210、 第二动端屏蔽罩 21 1和静端 屏蔽罩 212分别将第一动触头 215、第二动触头 216和静触头 217屏蔽起来。

此种带有两个固定断口的真空灭弧室的工作原理为：在关合容性负载过 程中， 由第一动触头 215、 第二动触头 216和静触头 217三者一起承载额定 电流， 同时由这三个触头组成的第一可动断口 218、 第二可动断口 219在切 断容性负荷时用于完成容性电流的分断功能。 当第一可动断口 218、 第二可 动断口 219分别达到满开距位置时，第一动触头 215和第二动触头 216已分 别运动至第一动端屏蔽罩 210和第二动端屏蔽罩 21 1内部，从电场分布的角 度， 第一动端屏蔽罩 210、 第二动端屏蔽罩 21 1和静端屏蔽罩 212分别将第 一动触头 215、 第二动触头 216和静触头 217屏蔽起来， 此时直流恢复电压 就有第一固定断口 212和第二固定断口 214共同承受。只要两个固定断口不 同时发生击穿， 这样整个线路电流就不会产生， 即真空开关没有发生重击穿 现象， 这使得真空灭弧室投切容性负载时更为可靠。

当固定断口为 3个时， 如图 3所示， 真空灭弧室包括由绝缘外壳 301、 动端端盖 302和静端端盖 303构成的一个密闭空间，密闭空间内部为真空状 态； 动导电杆 305穿过动端端盖 302， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空 间外， 动导电杆 305可上下运动； 动导电杆 305在密闭空间内的一端套有波 纹管 304，端头上固定有动触头 31 1，其中波纹管 304的一端与动端端盖 302 固定在一起， 另一端与动导电杆 305固定在一起； 静导电杆 306穿过静端端 盖 303并与静端端盖 303固定在一起， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空 间外； 静导电杆 306在密闭空间内的一端端头上固定有静触头 312; 动触头 31 1和静触头 312之间构成了一个可动断口 313 ; 动端屏蔽罩 307与动端端 盖 302固定在一起， 静端屏蔽罩 308与静端端盖 303固定在一起； 当达到满 开距位置时， 动触头 31 1、 静触头 312分别进入到动端屏蔽罩 307和静端屏 蔽罩 308的内部； 第一屏蔽罩 309和第二屏蔽罩 310分别固定于绝缘外壳 301内部； 此时动端屏蔽罩 307和第一屏蔽罩 309之间组成了第一固定断口 314； 第一屏蔽罩 309和第二屏蔽罩 310之间组成了第二固定断口 315 ; 第 二屏蔽罩 310和静端屏蔽罩 308之间组成了第三固定断口 316。

此种带有 3个固定断口的真空灭弧室的工作原理为：在关合容性负载过 程中， 由动触头 31 1和静触头 312三者一起承载额定电流， 同时由这 2个触 头组成的可动断口 313在切断容性负荷时用于完成容性电流的分断功能。当 可动断口 313达到满开距位置时，动触头 31 1和静触头 312已分别运动至动 端屏蔽罩 307和静端屏蔽罩 308内部， 从电场分布的角度， 动端屏蔽罩 307 和静端屏蔽罩 308分别将动触头 31 1和静触头 312屏蔽起来，此时直流恢复 电压就有第一固定断口 314、 第二固定断口 315和第三固定断口 316共同承 受， 这使得真空灭弧室投切容性负载时更为可靠。

此外这种带有固定断口的真空灭弧室可以装配到不同的操动机构上，组 成真空负荷开关、真空接触器或者真空断路器。 同时由这种真空灭弧室构成 的真空负荷开关和真空接触器可与熔断器配合组成投切容性负载的专用组 合电器。其中熔断器的保护特性， 应避开投入容性负荷时的合闸涌流， 即在 涌流阶段熔断器不允许发生动作； 在额定工作条件下， 其保护特性应与负荷 特性相匹配； 在出现故障情况下， 熔断器自带得撞针装置可使真空负荷开关 或者真空接触器完成脱扣分闸。

Claims (1)

1. 权 利 要 求 书

   1. 一种带有固定断口的真空灭弧室， 包括由绝缘外壳、 动端端盖和静端 端盖组成的内部为真空状态的密闭空间， 其特征在于： 密闭空间内配置有可 动断口和由屏蔽罩构成的固定断口， 所述可动断口由一对动静触头组成， 用 于承载额定电流， 并用于切断容性负荷完成真空灭弧室的分断性能； 所述固 定断口由一对固定于动端端盖和静端端盖上的屏蔽罩组成，当组成可动断口 的动静触头达到满开距位置时， 便进入到组成固定断口的屏蔽罩内部， 此时 容性电流开断后的直流性质的恢复电压就由固定断口承担，从而实现真空灭 弧室的绝缘性能。

   2.根据权利要求 1所述的一种带有固定断口的真空灭弧室，其特征在于： 可动断口为单断口或者多断口。

   3. 根据权利要求 1所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在 于- 固定断口为单断口或者多断口。

   4. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在于： 包括由绝缘外壳 （1) 、 动端端盖 （2) 和静端端盖 （3) 构成 的一个密闭空间， 密闭空间内部为真空状态； 动导电杆 （5) 穿过动端端盖

   (2) ， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空间外， 动导电杆 （5) 可上下运 动； 动导电杆 （5) 在密闭空间内的一端套有波紋管 （4) ， 端头上固定有动 触头 （10) ， 其中波紋管 （4) 的一端与动端端盖 （2) 固定在一起， 另一端 与动导电杆 （5) 固定在一起； 静导电杆 （6) 穿过静端端盖 （3) 并与静端 端盖 （3) 固定在一起， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空间外； 静导电 杆 （6) 在密闭空间内的一端端头上固定有静触头 （U) _; 动触头 （10) 和 静触头 （11) 之间构成了一个可动断口 （12) ； 在密闭空间内部， 由动端屏 蔽罩 （7) 和静端屏蔽罩 （8) 构成固定断口 （9) ； 动端屏蔽罩 〔7) 与动端 端盖 （2) 固定在一起， 静端屏蔽罩 （8) 与静端端盖 （3) 固定在一起； 当 达到满开距位置时， 动触头（10)、静触头（11)分别进入到动端屏蔽罩（7) 和静端屏蔽罩 （8) 的内部。

   5. 根据权利要求 4所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在 于： 密闭空间内部带有主屏蔽罩 （13) ， 主屏蔽罩 （13) 固定于真空灭弧室 的绝缘外壳 （1) 中间部位， 并位于固定断口 （9) 的外侧。

   6. 根据权利要求 4所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在 于： 密闭空间内部带有端屏蔽罩 （14) ， 端屏蔽罩 （14) 分别与真空灭弧室 的动端端盖 （2) 和静端端盖 （3) 固定在一起， 并分别位于动端屏蔽罩 （7) 和静端屏蔽罩 （8) 的外侧。

   7. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在于： 包括由第一绝缘外壳 （201) 、 第二绝缘外売 （202) 、 第一动 端端盖（203)和第二动端端盖（204)构成的密闭空间， 其内部为真空状态， 密闭空间中部配置静端端板（205) ， 静端端板（205)将密闭空间分成第一 密闭空间和第二密闭空间， 静端端板 （205) 上固定有静触头 （217) ； 第一 动导电杆 （208) 穿过第一动端端盖 〔203) ， 一端在第一密闭空间内， 另一 端在第一密闭空间外，第一动导电杆（208)可上下运动；第一动导电杆（208) 在第一密闭空间内的一端套有第一动端波紋管 （206) ， 端头上固定有第一 动触头 （215) ， 其中第一动端波紋管 （206) 的一端与第一动端端盖 （203) 固定在一起，另一端与第一动导电杆（208)固定在一起；第二动导电杆（209) 穿过第二动端端盖 （204) ， 一端在第二密闭空间内， 另一端在第二密闭空 间外， 第二动导电杆 （209) 可上下运动； 第二动导电杆 （209)在第二密闭 空间内的一端套有第二动端波紋管（207)，端头上固定有第二动触头（216)， 其中第二动端波紋管 （207) 的一端与第二动端端盖 （204) 固定在一起， 另 一端与第二动导电杆（209)固定在一起； 第一动触头（215)与静触头（217) 之间构成第一可动断口 （218) ； 第二动触头 （216) 与静触头 （217) 之间 构成第二可动断口 （219) ； 在密闭空间内部， 第一动端端盖 （203) 上固定 有第一动端屏蔽罩 （210) ， 第二动端端盖 （204) 上固定有第二动端屏蔽罩

   (211) ， 静端端板 （205) 上固定有静端屏蔽罩 （212) ； 第一动端屏蔽罩

   (210) 与静端屏蔽罩 （212) 构成第一固定断口 （213) ； 第二动端屏蔽罩

   (211) 与静端屏蔽罩 （212) 构成第二固定断口 （214) ； 当第一可动断口 (218) 和第二可动断口 （219) 达到满开距时， 第一动触头 （215) 和第二 动触头（216)将分别进入到第一动端屏蔽罩〔210)和第二动端屏蔽罩（211) 的内部。从电场分布的角度，第一动端屏蔽罩（210)、第二动端屏蔽罩（211) 和静端屏蔽罩 （212) 分别将第一动触头 （215) 、 第二动触头 （216) 和静 触头 （217) 屏蔽起来。

   8. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种带有固定断口的真空灭弧室， 其特征在于： 包括由绝缘外壳 （301) 、 动端端盖 （302) 和静端端盖 （303) 构成的一个密闭空间， 密闭空间内部为真空状态； 动导电杆 （305) 穿过动 端端盖〔302) ， 一端在密闭空间内， 另一端在密闭空间外， 动导电杆（305) 可上下运动； 动导电杆 （305) 在密闭空间内的一端套有波紋管 （304) ， 端 头上固定有动触头 （311) ， 其中波纹管 （304) 的一端与动端端盖 （302) 固定在一起， 另一端与动导电杆 （305) 固定在一起； 静导电杆 （306) 穿过 静端端盖 （303) 并与静端端盖 （303) 固定在一起， 一端在密闭空间内， 另 一端在密闭空间外； 静导电杆 （306) 在密闭空间内的一端端头上固定有静 触头（312);动触头（311)和静触头（312)之间构成了一个可动断口（313); 动端屏蔽罩 （307) 与动端端盖 （302) 固定在一起， 静端屏蔽罩 （308) 与 静端端盖 （303) 固定在一起； 当达到满开距位置时， 动触头 （311) 、 静触 头 （312) 分别进入到动端屏蔽罩 （307) 和静端屏蔽罩 （308) 的内部； 第 一屏蔽罩 （309) 和第二屏蔽罩 （310) 分别固定于绝缘外壳 （301) 内部； 此时动端屏蔽罩（307)和第一屏蔽罩（309)之间组成了第一固定断口（314); 第一屏蔽罩 （309) 和第二屏蔽罩 （310) 之间组成了第二固定断口 （315) ； 第二屏蔽罩 （310) 和静端屏蔽罩 （308) 之间组成了第三固定断口 （316) 。

   9. 根据权利要求 1-8所述的一种带有固定断口的真空灭弧室的应用， 其特征在于： 真空灭弧室与操动机构构成真空负荷开关、真空接触器或者真 空断路器。

   10. 根据权利要求 9所述的一种带有固定断口的真空灭弧室的应用， 其 特征在于：真空负荷开关或真空接触器可与熔断器配合组成投切容性负载的 组合电器， 所述熔断器的保护特性， 应避开投入容性负荷时的合闸涌流， 即 在涌流阶段熔断器不允许发生动作； 在额定工作条件下， 其保护特性应与负 荷特性相匹配； 在出现短路故障情况下， 熔断器自带的撞针装置可使真空负 荷开关或者真空接触器完成脱扣分闸。