充气式空气断路器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种发电机电路保护用的充气式空气断路器，其通过确保四个周期左右的较长可切断时间，不仅能够切断伴随着事故的大电流，还能够切断普通的断路器难以切断的零损电流。充气式空气断路器包括：固定侧主触头（2）及可动侧主触头（3）以及固定侧电弧触头（4）及可动侧电弧触头（5），其在填充绝缘气体的容器（1）内设于同一轴上；充气气缸（6）；具有充气室侧排气孔（7a）及操作杆侧排气孔（7b）的充气轴（7）；用于关闭操作杆侧排气孔（7b）的压力动作阀（15）；充气活塞（9）；具有开口部（11a）的气流控制部（11）；以及绝缘喷嘴（12）。当切断动作结束时，在充气室（10）内形成有规定的空间，充气室侧排气孔（7a）与开口部（11a）连通，操作杆侧排气孔（7b）被压力动作阀（15）关闭。
【专利说明】充气式空气断路器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种充气式空气断路器，尤其是涉及一种发电机电路保护用的充气式空气断路器，其用于确保四个周期左右的较长可切断时间，并且切断伴随着事故的大电流及零损电流。
【背景技术】
[0002]对于普通的送变电用断路器，若燃弧时间为1个周期?1.5个周期，则切断性能方面上是足够的。另一方面，在UHV1100kV系统用的高速自动接地装置(以下，称作HSGS )中，若在进行接地动作解除动作时(切断来自电路的静电感应电流时)在其他电路中产生事故，则向切断的静电感应电流施加直流部分，从而产生交流波形不通过零点的零损电流。由于零损电流在4个周期左右的较长期间不产生电流零点，因此对于普通的断路器结构而言无法实现切断。
[0003]在专利文献1中公开有能够确保4个周期左右的较长可切断时间的HSGS的结构。即，由具有大致圆筒状的凸缘部和轴部的充气气缸及被固定的活塞来形成第一充气室，将活塞设为相对于外部空间进行密封的圆筒形状，并在切断部的切断位置处收纳于充气气缸的凸缘部，将其内部空间作为第二充气室而与第一充气室连通。由此，在充气气缸的凸缘收纳部设有第二充气室，将积蓄于第二充气室的气体持续向极间喷射，从而能够延长有效燃弧时间幅度。
[0004]图11表示该现有技术所涉及的HSGS的充气压力变化的特性图。S表示切断部从接通位置“C”到切断位置“0”为止的可动电极的位移，此时的压力上升P中，虚线表示仅具有第一充气室的结构时的充气压力波形，实线表示附加有第二充气室时的充气压力波形。如此，通过仅在现有充气气缸的凸缘收纳部的部分设有新的第二充气室，增大充气室，能够以与现有的断路器相同程度的大小、且重量也几乎不增大地切断零损电流。
[0005]作为该现有技术的切断性能的特征，如图11所示，举出长燃弧时间的充气压力逐渐减小的情况。为此，虽然能够在不以切断大电流为目的的HSGS中进行应用而不会出现问题，但无法应用于像发电机电路保护用的断路器那样担负有确保4个周期左右的较长可切断时间并且切断事故产生时的大电流的职责的情况。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平6-310000号公报
【发明内容】
[0009]发明概要
[0010]发明要解决的课题
[0011]鉴于上述问题点，本发明的目的在于，提供一种发电机电路保护用的充气式空气断路器，尤其是通过确保4周期左右的较长可切断时间而切断普通的断路器难以切断的零损电流，并且还能够切断事故产生时的大电流。
[0012]解决方案
[0013]本发明的充气式空气断路器的特征在于，其具有:容器，其填充绝缘气体；固定侧主触头及可动侧主触头，它们对置配置在所述容器内，且设于同一轴上；固定侧电弧触头及可动侧电弧触头，它们分别与所述固定侧主触头及所述可动侧主触头呈同心圆状地设置于所述固定侧主触头及所述可动侧主触头的内侧；充气气缸，其在前端设有所述可动侧电弧触头；充气轴，其与所述充气气缸呈同心圆状地设于所述充气气缸的内侧，且具有充气室侧排气孔及操作杆侧排气孔；密封构件，其用于关闭所述操作杆侧排气孔；充气活塞，其在由所述充气气缸与所述充气轴形成的空间的内表面进行滑动；气流控制部，其在由所述充气气缸、所述充气轴及所述充气活塞形成的充气室中具有能够与所述充气室侧排气孔连通的开口部，且安装于所述充气活塞；以及绝缘喷嘴，其与所述可动侧电弧触头呈同心圆状地设置，并将在所述充气室内压缩后的绝缘气体向在所述固定侧电弧触头及所述可动侧电弧触头之间产生的电弧喷射，当切断动作结束时，在所述充气室内形成有规定的空间，所述充气室侧排气孔与所述开口部连通，并且所述操作杆侧排气孔被所述密封构件关闭。
[0014]优选特征在于，所述密封构件为压力动作阀，在产生电弧时因电弧空间的压力上升而打开所述操作杆侧排气孔，而在切断动作结束之后，即便电弧空间的压力再次上升，也持续关闭所述操作杆侧排气孔。在此，电弧空间是指固定侧电弧触头4、可动侧电弧触头5、及绝缘喷嘴12所围起的空间。
[0015]优选特征还在于，所述密封构件是供所述充气轴在其内周进行滑动的排气停止筒，且在切断动作时的冲程的最终端附近关闭所述操作杆侧排气孔。
[0016]优选特征还在于，在所述充气轴内的切断部侧配置通过高温气体进行蒸发的蒸发构件。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，在零损电流切断的过程中，即便切断动作结束，也能够利用残存于切断部的电弧，在充气室内维持气体压力而从绝缘喷嘴在长时间内持续喷射消弧性气体。由此，不仅能够切断在事故产生时产生的大电流，还能够切断普通的断路器难以切断的零损电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是表示本发明的第一实施例所涉及的充气式空气断路器的整体结构的剖视图。
[0020]图2是表示本发明的第一实施例所涉及的充气式空气断路器的接通状态的剖视图。
[0021]图3是表示本发明的第一实施例所涉及的充气式空气断路器的切断动作开始时(电弧产生时)的剖视图。
[0022]图4是表示本发明的第一实施例所涉及的充气式空气断路器的切断动作结束时的剖视图。
[0023]图5是本发明所涉及的充气式空气断路器的气流控制部11的详细图。
[0024]图6是对现有方式的充气压力曲线Pi与本发明所涉及的充气式空气断路器的充气压力曲线P2的特性进行比较的图。
[0025]图7是表示本发明的第二实施例所涉及的充气式空气断路器的接通状态的剖视图。
[0026]图8是表示本发明的第二实施例所涉及的充气式空气断路器的切断动作开始时(电弧产生时)的剖视图。
[0027]图9是表示本发明的第二实施例所涉及的充气式空气断路器的切断动作结束时的剖视图。
[0028]图10是表示本发明的第三实施例所涉及的充气式空气断路器的切断部的剖视图。
[0029]图11是表示现有例的HSGS的充气压力变化的特性图。
【具体实施方式】
[0030]实施例1
[0031]以下，基于附图对本发明的充气式空气断路器进行说明。图1表示基于本发明的充气式空气断路器的一实施例的切断部接通状态。
[0032]在填充有SF6气体等绝缘气体的容器1内将环状的固定侧主触头2及可动侧主触头3彼此对置地设于同一轴上。在固定侧主触头2的内侧呈同心圆状地设置固定侧电弧触头4。在可动侧主触头3的内侧呈同心圆状地设置可动侧电弧触头5。
[0033]固定侧主触头2及固定侧电弧触头4与固定侧导体13电连接。可动侧主触头3及可动侧电弧触头5经由充气气缸6而与可动侧导体14电连接。
[0034]可动侧电弧触头5设于充气气缸6的前端。充气轴7与充气气缸6呈同心圆状地设置在充气气缸6的内侧，且一端固定于充气气缸6。充气轴7的另一端与绝缘操作杆8连结，由此，操作器(未图示)的驱动力传递到可动侧。充气轴7内为空心，该空心空间具有作为由切断部产生的电弧所引起的高温气体的排气路的作用。
[0035]充气轴7具有用于排出由电弧产生的高温气体的充气室侧排气孔7a及操作杆侧排气孔7b。在充气轴7的空心内且操作器侧端部设有由圆锥形状的阀15a与复位弹簧15b构成的压力动作阀15。
[0036]该压力动作阀15具有作为密封构件的作用，具体而言，在图3中示出的电弧产生时挤压由切断部产生的高压的绝缘气体且打开操作杆侧排气孔7b，而在图4中示出的切断动作结束之后关闭操作杆侧排气孔7b。尤其是在切断动作结束之后，在因零损电流导致切断部的气体压力再次上升的情况下，也优选继续关闭操作杆侧排气孔7b。如此，在切断动作结束后也将充气室10内的压力维持得比切断部的气体压力高，能够在长时间内向残存于切断部的电弧喷射绝缘气体。
[0037]在图4所示的切断动作结束状态下，被残存于固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5之间的电弧加热后的高压的绝缘气体在充气轴7内流动，并从连通的充气室侧排气孔7a及开口部11a流入充气室10内。
[0038]然后，绝缘气体从充气室10经由排气孔16而被放出，沿着绝缘喷嘴12流出并向残存的电弧喷射。该循环在电弧残存于固定侧主触头2与可动侧主触头3之间的期间内持续。为此，能够在长时间内向固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5之间喷射高压的绝缘气体。
[0039]充气活塞9在由充气轴7及充气气缸6形成的空间的内表面进行滑动。将由该充气轴7、充气气缸6及充气活塞9形成的空间称作充气室10。在充气活塞9的前端配设有气流控制部11。切断动作结束时的充气室10的容积根据额定切断电流而被适当地调整，但与接通时的充气室10的容积相比而大体处于30%?50%的范围内。
[0040]图5示出气流控制部11的详细结构。气流控制部11具有开口部11a与气流引导部lib。如图4所示，开口部11a在切断动作结束时与充气室侧排气孔7a连通。气流引导部lib的形状优选为弯曲状。通过将气流引导部lib设为弯曲形状，能够使流入到充气室10的高温高压的绝缘气体通过排气孔16而容易回流至切断部。
[0041]图1?4所示的绝缘喷嘴12与可动侧主触头3和可动侧电弧触头5呈同心圆状地设置在可动侧主触头3和可动侧电弧触头5之间，将在充气室10内压缩后的绝缘气体向在固定侧电弧触头4及可动侧电弧触头5之间产生的电弧喷射。
[0042]接着，参照图2?图4而对本发明的充气式空气断路器的动作进行说明。图2表示接通状态、即切断部的通电状态。在该状态下，如图1所示，电流路线由将固定侧导体13、固定侧主触头2、可动侧主触头3、充气气缸6、可动侧导体14连结起来的路线形成。
[0043]绝缘操作杆8从图2的状态向纸面右侧移动，由此可动侧向纸面右方向移动，移至图3所示的电弧产生时的状态。在该状态下，在固定侧电弧触头4及可动侧电弧触头5之间产生电弧，切断部成为高温高压状态。由此，压力动作阀15被压向纸面右方向，操作杆侧排气孔7b被打开，由此将高压的绝缘气体从充气轴7放出。
[0044]然后，可动侧向纸面右方向进一步移动，固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5的位置关系成为图3与图4的状态的大致中间状态。此时，高压的绝缘气体从充气室侧排气孔7a经由充气室10及排气孔16而沿着绝缘喷嘴12向电弧喷射。以上为大电流切断的装置。
[0045]此外，可动侧向纸面右方向进一步移动，移至图4所示的切断动作结束时。在该状态下，切断部的压力比图3所示的电弧产生时低，因此压力动作阀15复原且操作杆侧排气孔7b被关闭。另外，气流控制部11的开口部11a与充气轴7的充气室侧排气孔7a连通。
[0046]在该状态下，当在固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5之间残存电弧时，由该电弧加热后的高压的绝缘气体在充气轴7内流动，从连通的充气室侧排气7a及开口部11a流入充气室10内。
[0047]然后，绝缘气体从充气室10经由排气孔16而被放出，沿着绝缘喷嘴12流出并向残存的电弧喷射。该循环在电弧残存于固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5之间的期间内持续。为此，能够在长时间内向固定侧电弧触头4与可动侧电弧触头5之间喷射高压的绝缘气体。
[0048]以下，使用图6而对现有方式的充气压力曲线Pi与本实施例的充气压力曲线P2的特性进行比较。X曲线表示断路器的切断动作冲程。在现有方式的充气压力曲线Pi中，在切断动作后半程，气体压力逐渐减小。与此相对地，在本实施例中，如充气压力曲线P2所示，在切断动作后半程中，气压再次上升。
[0049]接着，使用图6借助与现有技术的对比而对本发明的充气式断路器切断零损电流Izmiss的装置进行说明。在图6中，零损电流产生后的波形在A点首次通过零线。此时，根据现有方式，充气压力曲线Pi上的P1A点的压力残存于充气室。在该情况下，充气室10的压力不够，因此可能无法进行电流切断。
[0050]另一方面，在使用具有本发明的充气室的充气式断路器的情况下，与电流零点相当的充气室的压力由P2A点表示。由图6可知，P2A点远比P1A点的压力高。因而，在使用具有本发明的充气室的充气式断路器的情况下，能够以高于现有例的充气压力在长时间内持续喷射绝缘气体。由此，不仅能够切断因事故产生的大电流，还能够切断普通的断路器难以切断的零损电流。另外，能够防止电弧的再点燃。
[0051]实施例2
[0052]图7?图9表示本发明的第二实施例。需要说明的是，对与第一实施例相同的部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。在实施例2中，代替实施例1的压力动作阀15而使用排气停止筒18。排气停止筒18供充气轴7在其内周进行滑动，且在切断动作时的冲程的最终端附近对操作杆侧排气孔7b进行密封。
[0053]与实施例1相同地，排气停止筒18具有作为密封构件的作用，在图9中所示的切断动作结束之后对操作杆侧排气孔7b进行关闭。更优选的是，在切断动作结束之后，在切断部的电压再次开始上升的时机对操作杆侧排气孔7b进行关闭。
[0054]如此，切断动作结束后也将充气室10内的压力维持得比切断部的气体压力高，从而能够在长时间内对残存于切断部的电弧喷射绝缘气体。本实施例在实施例1所示的效果的基础上，由于构造变得简洁，还涉及到可靠性的提高及制造成本的降低。
[0055]实施例3
[0056]图10表示本发明的第三实施例。需要说明的是，对与第一及第二实施例相同的部分标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。在实施例3中，在充气轴7内的切断部侧配置通过高温气体进行蒸发的聚四氟乙烯(PTFE)等的蒸发构件19。
[0057]当进行切断动作时，因电弧产生的高温气体流入充气轴7内，蒸发构件19的温度上升而产生蒸发气体。使该蒸发气体通过充气室侧排气孔7a及开口部11a而送入充气室10，由此能够使充气室10内的气体温度进一步上升，从而能够进一步升高气压。由此，在第一及第二实施例所示的效果的基础上，能够更高效地切断大电流及零损电流。另外，还能够更可靠地防止大电流切断后的电弧的再点燃。
[0058]附图标记说明:
[0059]1 容器
[0060]2 固定侧主触头
[0061]3 可动侧主触头
[0062]4 固定侧电弧触头
[0063]5 可动侧电弧触头
[0064]6 充气气缸
[0065]7 充气轴
[0066]7a充气室侧排气孔
[0067]7b操作杆侧排气孔
[0068]8 绝缘操作杆
[0069]9 充气活塞[0070]10 充气室
[0071]11气流控制部
[0072]11a 开口部
[0073]lib气流引导部
[0074]12绝缘喷嘴
[0075]13固定侧导体
[0076]14可动侧导体
[0077]15压力动作阀
[0078]16排气孔
[0079]17排气停止筒
[0080]18蒸发构件
【权利要求】
1.一种充气式空气断路器，其特征在于，所述充气式空气断路器具有:容器，其填充绝缘气体；固定侧主触头及可动侧主触头，它们对置配置在所述容器内，且设于同一轴上；固定侧电弧触头及可动侧电弧触头，它们分别与所述固定侧主触头及所述可动侧主触头呈同心圆状地设置于所述固定侧主触头及所述可动侧主触头的内侧；充气气缸，其在前端设有所述可动侧电弧触头；充气轴，其与所述充气气缸呈同心圆状地设于所述充气气缸的内侧，且具有充气室侧排气孔及操作杆侧排气孔；密封构件，其用于关闭所述操作杆侧排气孔；充气活塞，其在由所述充气气缸与所述充气轴形成的空间的内表面进行滑动；气流控制部，其在由所述充气气缸、所述充气轴及所述充气活塞形成的充气室中具有能够与所述充气室侧排气孔连通的开口部，且安装于所述充气活塞；以及绝缘喷嘴，其与所述可动侧电弧触头呈同心圆状地设置，并将在所述充气室内压缩后的绝缘气体向在所述固定侧电弧触头及所述可动侧电弧触头之间产生的电弧喷射，当切断动作结束时，在所述充气室内形成有规定的空间，所述充气室侧排气孔与所述开口部连通，并且所述操作杆侧排气孔被所述密封构件关闭。
2.根据权利要求1所述的充气式空气断路器，其特征在于，所述密封构件为压力动作阀，在产生电弧时因电弧空间的压力上升而打开所述操作杆侧排气孔，而在切断动作结束之后，即便电弧空间的压力再次上升，也持续关闭所述操作杆侧排气孔。
3.根据权利要求1所述的充气式空气断路器，其特征在于，所述密封构件是供所述充气轴在其内周进行滑动的排气停止筒，且在切断动作时的冲程的最终端附近关闭所述操作杆侧排气孔。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的充气式空气断路器，其特征在于，在所述充气轴内的切断部侧配置通过高温气体进行蒸发的蒸发构件。
【文档编号】H01H33/915GK103748650SQ201280039468
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年8月2日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】筑紫正范 申请人:株式会社日立制作所