套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器及断路装置的制作方法

本发明涉及一种套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器及断路装置。适用于电力系统中高压电气设备制造领域。

背景技术：

高压断路器是一种专用于断开或接通电路的开关设备，它具有在大电流下灭弧的能力，不仅能在正常时通断负荷电流，而且能在出现短路故障时在保护装置作用下切断短路电流。

随着电力系统的高速发展，短路电流水平急剧增加，原有开关设备的遮断容量将不能满足要求。电力系统的短路电流也越来越大，尤其是500kv变电站短路电流急剧增加后，造成变电站已装设备遮断容量不够。电网公司远景的500kv短路电流将达到80kv，220kv系统短路电流将可能超过100ka，这超出了国产最大遮断容量的断路器最大63ka的开断能力。断路器并联技术可以成倍提高断路器遮断容量。通过多个灭弧室并联方式提高断路器分断能力，但是，直接将断路器并联存在操作的不同期问题，仍然不能解决短路电流过大的问题。

目前，常用的六氟化硫断路器是利用六氟化硫(sf6)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器，简称sf6断路器。六氟化硫用作断路器中灭弧介质始于20世纪50年代初，由于这种气体的优异特性，使这种断路器单断口在电压和电流参数方面大大高于压缩空气断路器和少油断路器，在20世纪60～70年代，sf6断路器已广泛用于超高压大容量电力系统中。sf6气体对环境危害极大，它对大气臭氧层破坏能力是co2的29000倍，因此sf6断路器需要对且对sf6气体的应用、管理、运行都要有严格要求。

sf6断路器是目前开关电器中使用的最优良的灭弧和绝缘介质之一，具有无色、无味、无毒、不易燃烧等特点。sf6气体比空气重5.135倍，在150℃以下，sf6具有良好的化学稳定性，不与断路器中常用的金属、塑料及其他材料发生化学作用。

sf6气体经电弧游离瓜会产生剧毒的附加气体，对大气环境影响巨大。sf6气体的密度大约是空气的五倍，sf6气体如有泄漏必将沉积于低洼处，如电缆沟中。浓度过大会出现使人窒息的危险，设计户内通风装置时要考虑到这一情况。问题严重的是在高压电弧作用下sf6的分解物如sf4、s2f2、sf2、sof2、so2f2、so2f4和hf等，它们都有强烈的腐蚀性和毒性。

况且现有500kv电压等级的sf6断路器最大开断能力为80ka，而目前电网的要求已经达到110ka～120ka，无法满足新的大规模电网的短路电流的要求，因此迫切需要开发开断能力大于100ka的500kv电压等级及以上的大开断短路电流能力的断路器装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种结构简单、制作方便、安全可靠的套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器及断路装置。

本发明所采用的技术方案是：一种套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器，其特征在于，具有：

静触头；

动触头，电网正常时与所述静触头之间阻值为0；

过渡单元，能在电网短路时往所述静触头和动触头之间接入电阻，且电阻阻值由0开始逐渐增大，电阻阻值达到一定数值后使静触头和动触头之间断路。

所述过渡单元具有绝缘杆、电阻丝和操动机构；

所述绝缘杆分成位于上端的绝缘段和位于下端的电阻段，其中电阻段侧壁上制有绕于该绝缘杆上的螺纹状槽沟，该槽沟内嵌入有电阻丝，且电阻丝表面与绝缘杆侧壁齐平；

所述静触头套装固定于所述绝缘杆下端，并与绝缘杆上的电阻丝可导电相连；

所述动触头可沿所述绝缘杆轴向移动的套装于该绝缘杆上，动触头具有同轴套装于绝缘杆上的导电套筒，导电套筒下端固定有一圈同轴套装于绝缘杆上并能与下方的所述静触头接触导电的接触环，接触环内制有一圈同轴套装于绝缘杆上的灭弧环，所述导电套筒内壁上制有能与绝缘杆上电阻丝接触导电的接触机构；

所述操动机构连接所述动触头，用于带动动触头沿述绝缘杆轴向移动。

电网正常时，动触头中的导电套筒经接触环与静触头直接导通；

电网短路故障时，操动机构带动动触头沿绝缘杆轴向向远离静触头方向移动，动触头中的接触环与静触头分离，动触头中的导电套筒经接触机构及电阻丝与静触头直接导通，且随着动触头的移动，电阻丝接入导电套筒与静触头之间的阻值逐渐增大；操动机构带动动触头移动至绝缘杆的绝缘段后，导电套筒上的接触机构仅接触绝缘杆侧壁，导电套筒与静触头之间断路。

所述接触机构具有若干均匀设置于所述导电套筒内壁上的滚珠，滚珠安装于导电套筒内壁上的安装孔内，安装孔内设有用于将滚珠推向所述绝缘杆以与绝缘杆侧壁接触的铜丝弹簧。

具有真空罩体，所述绝缘杆、静触头和动触头均设置于真空罩体内。

所述真空罩体内设有波纹管，该波纹管一端连接真空罩体内的一端，波纹管另一端经封盖连接所述动触头，动触头与所述操动机构之间的操动拉杆设置于波纹管内。

所述绝缘杆采用陶瓷杆；所述电阻丝采用高电阻率的合金丝，所述绝缘杆上的电阻丝的电阻值为0.001ω～0.25ω；所述灭弧环材料为氧化铝、氧化镁等耐高温陶瓷或者是聚四氟乙烯耐高温的绝缘材料。

所述灭弧环内壁上制有多个用于吸收电弧的孔洞。

所述静触头包括位于上端的弹簧式压力电极和位于下端的底座。

一种断路装置，其特征在于：具有若干并联或串联在一起的所述的套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器。

本发明的有益效果是：本发明通过过渡单元在电网发生故障时往静触头和动触头之间接入电阻，且该电阻的阻值逐渐增大，消耗短路大电流，并在电阻阻值增大到一定数值后使静触头和动触头之间断路。本发明不同于现有断路器在电路短路后直接断路，通过接入阻值逐渐增大的电阻消耗短路电流的影响，避免现有断路器直接断路时由于分闸时间上不能完全同步，导致电流集中在某个后分闸的断路器上造成损坏。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1中绝缘杆的示意图。

图3为实施例1中静触头与绝缘杆的连接示意图。

图4为实施例1中动触头与绝缘杆的连接示意图。

图5为实施例1中导电套筒的示意图。

图6为实施例1中导电套筒的截面示意图

图7为实施例1的工作状态示意图。

图8为实施例1的工作状态等效电路图。

图9为实施例2的结构示意图。

图10为实施例3的结构示意图。

图11为实施例3的等效电路示意图。

1、静触头；1-1、底座；1-2、弹簧式压力电极；2、动触头；2-1、导电套筒；2-1-1、安装孔；2-1-2、滚珠；2-2-3、铜丝弹簧；2-2、接触环；2-3、灭弧环；3、绝缘杆；3-1、槽沟；3-2、电阻丝；4、操动拉杆；5、连接线；6、真空罩；7、波纹管。

具体实施方式

实施例1：本实施例为一种断路装置，该断路装置视电网短路电流容量情况设置有几十上百对套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器，断路器以串联或并联方式达到分流容量的要求。

本例中套筒变阻滑动压迫式大容量灭弧断路器具有静触头、动触头和过渡单元，过渡单元具有绝缘杆、电阻丝和操动机构。

本实施例中绝缘杆的下端侧壁上制有绕于该绝缘杆上的螺纹状槽沟，槽沟内嵌入有电阻丝，且电阻丝表面与绝缘杆侧壁齐平。本例中电阻丝位于绝缘杆的下部段，绝缘杆上具有电阻丝的部位为电阻段，绝缘杆上部无电阻丝部位为绝缘段。

本实施例中静触头具有底座和位于底座上端面的弹簧式压力电极，底座和弹簧式压力电极均同轴套装固定于绝缘杆下端，弹簧式压力电极与绝缘杆上的电阻丝接触并能导电。

本例中动触头具有导电套筒、接触环和灭弧环，其中导电套筒同轴套装于绝缘杆上并可沿绝缘杆轴向来回移动，导电套筒内壁制有顶接接触绝缘杆侧壁及绝缘杆上的电阻丝的接触机构，当接触机构接触绝缘杆上的电阻丝时，电阻丝与导电套筒实现相连；接触环可沿绝缘杆轴向来回移动的套装于绝缘杆上，并且该接触环固定于导电套筒下端，接触环向下移动至与静触头上的弹簧式压力电极接触时，动触头与静触头之间直接导通；灭弧环内壁上制有多个用于吸收电弧的孔洞，灭弧环可沿绝缘杆轴向来回移动的套装于绝缘杆上，且该灭弧环安装固定于接触环的内壁上。

本例中接触机构具有若干均匀设置于导电套筒内壁上的滚珠，滚珠安装于导电套筒内壁上的安装孔内，安装孔内设有铜丝弹簧，铜丝弹簧将滚珠推向绝缘杆以使滚珠与绝缘杆侧壁或绝缘杆上的电阻丝接触。

本实施例中动触头经操动拉杆传动连接操动机构，操动机构可带动动触头沿绝缘杆轴向来回移动。

本实施例中绝缘杆采用陶瓷杆，电阻丝材料为铁镍铬合金丝或者钛或者是铁、铬、铝等合金高电阻率的合金丝，每分单元丝杆上的电阻丝的电阻值为0.001ω～0.25ω，电阻丝的截面积所选用的电阻丝还应满足短路电流热稳定的要求(铁铬铝合金或者是钛丝，典型型号ocr27a17m02)。

本实施例的工作原理如下：

电网正常时，动触头、静触头上的接触环、弹簧式压力电极完全并拢时，即为套筒式电极对完全接通，这时断路器触头组单元处于合闸状态，合闸时电阻为零。

电网短路时，操动机构带动动触头沿绝缘杆向上运动与静触头分离，当动触头行进至绝缘杆上的电阻段的中间位置时，动触头通过接触机构与绝缘杆上的电阻丝接触，将电阻丝的其中一段串联接入主电路中，此时处于分闸过程状态，在分闸过程中电极的电阻值处于由小变大的变化过程。

操作机构向上拉动动触头继续行进至电阻丝顶端的最后一匝位置时，所串联接入的电阻丝电阻值处于最大值，继续向上将使动、静触头的电气连接彻底分离，触头分离时会产生电弧，灭弧环滑动压灭方式进行灭弧，动触头行进至设定位置l1后终止，形成绝缘间距d，此位置称之为断路器的分闸状态。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于本实施例中绝缘杆、静触头和动触头均设置于真空罩体内，真空罩体内设有波纹管，该波纹管一端连接真空罩体内的一端，波纹管另一端经封盖连接所述动触头，动触头与所述操动机构之间的操动拉杆设置于波纹管内。

实施例3：本实施例与实施例1或实施例2基本相同，不同之处仅在于本实施例中在绝缘杆上沿其轴向分成若干分单元，每分单元上均具有电阻段和绝缘段，对应每个分单元均设有静触头和动触头，静触头套装固定于分单元下端，动触头可移动的套装于分单元上，动触头与相邻分单元上的静触头经连接线导电连接，绝缘杆上的动触头共同连接操动机构。本实施例中操动机构带动动触头移动较短距离便能往电路中接入较大电阻。

设计一台220kv电压等级开断短路电流为80ka的高压断路器装置。

按本设计方案，开断电流为80ka，设计每一个支路可开断短路电流为1500a设计水平，设计平时负荷电流为75a，这样，断路器需要用个支路并联才能实现开断能力。

设计真空套筒式电阻电极对开关单元。

设计绝缘杆，取绝缘杆直径为φ＝60mm，在绝缘杆上绕制矩形电阻丝尺寸为：面积s＝4.2mm×6mm＝25.2mm²，该电阻的电阻值取值为每米r＝0.1ω/m。

绝缘杆的螺纹间距加工为10mm，选取铁铬铝型号1cr13a14或者是钛丝材料的电阻丝，电阻丝在陶瓷柱内嵌入段长9cm，并在丝杆上绕制共计8匝，每匝长度l＝πd＝3.14×6cm≈18.8cm，每一匝的电阻值r1＝0.014ω,当2匝时的电阻r2＝0.028ω，在全部电阻即8匝时的电阻值。

r8＝8×0.188×0.075＝0.112ω

设一个开关单元为16级串联时，所投入的总电阻r＝0.112×16＝1.792ω。

绝缘间隙的设计

设定每一个分单元由动触头运动至上一级分单元的静触头处截止后，所产生的空间隙d1为3cm，这样，操动拉杆的总行程长度l＝3+9＝11cm，由丝杆运动11cm后，即可产生在每个分单元上出现3cm的间隙距离，当为16级时，总的间隙值。δ＝3×16＝48cm，这个间隙值是以满足220kv高压开关的绝缘要求按通常真空中保持15～20cm的间隙即可满足要求。

由上述可以看出，操动拉杆具有绝缘行程放大效应，即拉杆运行仅11cm，却产生了实际长度为48cm的间隙绝缘距离，所达到的由间隙加长产生的绝缘效果十分明显，比传统断路器中的1:1行程间隙的断口距离有着明显的操作优势，这样的方式可以大大提高开关的动作速度，以缩短断路器的开断时间。

如将16个分单元串联组合后，组装进真空玻璃套筒内，并设置上下导电杆和上下波纹管后形成本断路器的基本分流支路，套筒式电阻电极对开关单元。

2.5对于以多级串联的级数是由绝缘耐等级来决定，如：

110kv长度为20cm，串联级数5级；

220kv长度为30cm，串联级数10级；

500kv长度为50cm，串联级数20级；

空气间隙为3×20＝60cm

以多级串联的方法来解决绝缘间隙长的问题，行程放大原理，操作杆行程为10cm时，所产生间隙可达50～60cm的功效，为拉杆和液压速度与长度之间的关系，在行程10cm内可产生30～60cm的空气间隙以实现开关的快速性创造了有利的条件。