一种真空断路器及真空断路保护系统的制作方法

1.本技术涉及电器设备技术领域，尤其涉及一种真空断路器及真空断路保护系统。


背景技术：

2.目前国内电力使用的户内zn系列真空断路器，具有体积小、灭弧性能好、寿命长、维护量小、使用安全等优点，在中压系统及配电电网中应用日益广泛。特别是因为其适合频繁操作的优点，在并联电容器补偿装置中基本上都采用真空断路器来投切电容器组。
3.但是，在使用真空断路器开断容性负载(例如电容器组或者变压器)时，真空断路器合闸易产生较大的涌流，涌流通常为回路额定电流的6-8倍，严重时甚至可达十倍以上，每次合闸涌流，都相当于一次短路冲击，多次合闸操作会对负载设备带来累积性伤害，降低设备使用寿命。
4.因此，提供一种能够抑制合闸涌流的真空断路器成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种真空断路器及真空短路保护系统，以解决相关技术中真空断路器在开关容性负载时产生较大涌流，对负载设备造成损坏，降低设备使用寿命的技术问题。
6.根据本技术的第一个方面，提供了一种真空断路器，包括：
7.断路器本体，
8.保护组件，所述保护组件并联在所述断路器本体的两端，
9.控制器，所述控制器通过通讯线缆与所述保护组件连接，所述控制器可根据合闸指令控制所述保护组件的合闸相位角，以使所述保护组件的合闸相位角与所述断路器本体两端的电压相位角保持一致。
10.在一种可能的设计方式中，所述保护组件包括：合闸器，所述合闸器与所述通讯线缆连接，所述合闸器的合闸相位角可在所述控制器控制下与所述断路器本体两端的电压相位角保持一致。
11.在一种可能的设计方式中，所述合闸器包括：过电压保护器和连通件，所述过电压保护器与所述连通件并联，所述过电压保护器用于在所述断路器本体开断时产生热量，以吸收所述断路器本体两端的充电电荷；所述连通件用于在所述断路器本体之前导通。
12.在一种可能的设计方式中，所述保护组件包括：第一连接臂和第二连接臂，所述第一连接臂连接在所述断路器本体的一端和所述合闸器之间；所述第二连接臂连接在所述断路器本体的另一端和所述合闸器之间。
13.在一种可能的设计方式中，所述合闸器上设有接线端口，所述接线端口用于与所述通讯线缆连接。
14.在一种可能的设计方式中，所述真空断路器还包括：壳体，所述壳体内设有容纳腔，所述断路器本体和所述保护组件分别安装在所述容纳腔内。
15.在一种可能的设计方式中，所述壳体、所述断路器本体以及所述保护组件一体固
封成型。
16.在一种可能的设计方式中，所述壳体内设有过线通道，所述通讯线缆埋设在所述过线通道内。
17.在一种可能的设计方式中，所述真空断路器还包括：数模转换器，所述数模转换器连接在所述控制器和所述保护组件之间，所述数模转换器用于转换所述控制器的数字信号和模拟信号。
18.根据本技术的第二个方面，提供了一种真空断路保护系统，包括：机体和本技术第一个方面任一可能的设计方式提供的真空断路器，所述真空断路器安装在所述机体上。
19.本技术实施例，通过在真空断路器的断路器本体两端并联保护组件，并通过控制器根据断路器本体两端的电压相位角来控制保护组件的合闸相位角，使得保护组件的合闸相位角与断路器本体两端的电压相位角保持一致。这样，保护组件在理想电压相位角导通，形成通路，能够避免断路器本体在合闸时出现预放电现象，从而能够有效抑制真空断路器合闸涌流，能够有效保护负载设备，提高设备使用寿命。
20.本技术的构造以及它的其他目的及有益效果将会通过结合附图进行详细说明，以保证对优选实施例的描述更加明显易懂。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本技术实施例提供的真空断路器第一种示例的整体结构示意图；
23.图2是本技术实施例提供的保护组件的结构示意图；
24.图3是本技术实施例提供的真空断路器第二种示例的整体结构示意图；
25.图4是本技术实施例提供的真空断路保护系统的结构示意图；
26.图5是本技术实施例提供的真空断路器合闸传动示意图；
27.图6是本技术实施例提供的真空断路器分闸传动示意图。
28.附图标记说明：
29.10-断路器本体；20-保护组件；30-通讯线缆；40-壳体；50-数模转换器；
30.11-第一触头；12-第一触臂；13-静触头；14-第二触头；15-第二触臂；16-动触头；17-真空灭弧室；21-合闸器；22-第一连接臂；23-第二连接臂；41-容纳腔；42-过线通道；
31.101-分闸半轴；102-分闸锁扣；103-主轴；104-分闸弹簧；105-传动支点；106-触头压簧；107-合闸弹簧；108-驱动凸轮；211-接线端口。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.在本技术实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系(若有的话)为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.本技术实施例首先提供一种真空断路器，通过在真空灭弧室的两端(即断路器本体的静触头和动触头)并联一保护组件，保护组件通过通讯线缆与控制器连接，控制器根据断路器本体的合闸信号控制保护组件的合闸角度与断路器本体合闸相位保持一致。这样，在合闸时，保护组件导通，形成通路，能够避免断路器本体出现预放电合闸，从而能够有效抑制真空断路器合闸涌流，能够有效保护负载设备，提高设备使用寿命。
38.为进一步详细说明本技术实施例提供的真空断路器的具体结构和连接关系，参照图1所示，图1是本技术实施例提供的真空断路器的整体结构示意图。根据本技术实施例的第一个方面，提供了一种真空断路器，包括：
39.断路器本体10。
40.具体的，本技术实施例中，断路器本体20可以是zn系列断路器本体，例如zn12-10型、zn28a-10型、zn65a-12型、zn12a-12型、vs1型、zn30型等。
41.参照图1所示，其中，断路器本体10可以包括：第一触头11、第一触臂12、静触头13，第一触头11与电容器组或电源电连接，静触头13通过第一触臂12与第一触头电连接。
42.第二触头14、第二触臂15和动触头16，第二触头14与电源或电容器组电连接，动触头16通过第二触臂15与第二触头14电连接。
43.动触头16可操作的与静触头13连接或断开，以投切或开断电容器组。
44.这样，就能够确保断路器本体10与电容器组和电源构成完成的第一回路，从而实现对电容器组的投切或开断。
45.其中，动触头16与静触头13的开断可以通过操作机构来进行操作。在一些可能的方式中，操作机构可以有弹簧操作机构、cd10电磁操作机构、cd17电磁操作机构、ct19弹簧储能操作机构、ct8弹簧储能操作机构等等。
46.可以理解的是，断路器本体10还可以包括真空灭弧室17，其中，静触头13和动触头16均设置在真空灭弧室17内。
47.本领域技术人员可以理解，断路器本体10还可以包括屏蔽罩，设置在真空灭弧室外，还可以包括围绕动触头的主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩和均压用屏蔽罩等，其具体设置方式可以参照相关技术文献中的记载，本技术实施例中对此不再赘述。
48.在一种具体示例中，断路器本体10可以选用宝光td15-12/1250-31.5b的真空断路器。
49.保护组件20，保护组件20并联在断路器本体10的两端。即，本技术实施例中，保护组件20与断路器本体10并联在电路中。
50.具体的，由于断路器本体10通常通过真空灭弧室以及设置在真空灭弧室的静触头和动触头来对容性负载(例如，电容器或电容器组)进行投切；因此，保护组件20可以并联在真空灭弧室的两端，具体可以分别与静触头和动触头电连接。
51.控制器(图中未示出)，控制器通过通讯线缆30与保护组件20连接，控制器可根据合闸指令控制保护组件20的合闸相位角，以使保护组件20的合闸相位角与断路器本体10两端的电压相位角保持一致。
52.具体的，本技术实施例中，通讯线缆30可以是光纤等可以传输控制信号的线缆。
53.本领域技术人员能够理解，控制器可以是中央处理器(central processing unit，cpu)、微控制单元(microcontroller unit，mcu)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)等。
54.在具体实现时，真空断路器在合闸操作时，首先对断路器本体发出合闸指令，该合闸指令同时传给控制器作为保护组件20的合闸启动信号，控制器接收到该合闸启动信号后，判断出断路器本体10两端的电压相位角，并根据断路器本体10两端的电压相位角控制保护组件20的合闸相位角，迅速触发导通保护组件20在理想合闸相位角导通，保护组件20导通过程中，断路器本体10合闸时，两端无预放电，能够有效抑制断路器本体10的合闸涌流，有效保护负载设备，提高设备使用寿命。
55.本技术实施例，通过在真空断路器的断路器本体10两端并联保护组件20，并通过控制器根据断路器本体10两端的电压相位角来控制保护组件20的合闸相位角，使得保护组件20的合闸相位角与断路器本体10两端的电压相位角保持一致。这样，保护组件20在理想电压相位角导通，形成通路，能够避免断路器本体10在合闸时出现预放电现象，从而能够有效抑制真空断路器合闸涌流，能够有效保护负载设备，提高设备使用寿命。
56.在具体实现中，可以是控制器在接收到合闸指令时，检测电压波形；在ab线电压过零点触发保护组件20的ab相合闸器合闸，延时预设时间长度(例如5ms)触发保护组件20的c相合闸器合闸，然后断路器本体10合闸。
57.通过实验证明，通过在断路器本体10两端并联保护组件20，并通过控制器控制保护组件20的合闸相位角与断路器本体10两端的电压相位角保持一致，可将合闸涌流限制在2.5倍电流以下，能够有效保证断路器本体10的动触头16和静触头13不被击穿烧蚀，也能够有效降低分闸时击穿重燃现象发生的概率。
58.可选的，保护组件20包括：合闸器21，合闸器21与通讯线缆30连接，合闸器21的合
闸相位角可在控制器控制下与断路器本体10两端的电压相位角保持一致。
59.可以理解的，本技术实施例中，合闸器21可以是电信号遥控的合闸器。在一些可能的方式中，也可以采用光信号遥控的合闸器，例如红外遥控合闸器。
60.需要说明的是，在使用真空断路器开断容性负载(例如，电容器组)时，由于电容器会存在残余充电电荷，因此，在真空断路器的断口处(即真空断路器的动触头与静触头处)会出现较高的恢复过电压。在开断时存在弧后延时重击穿并能高频燃弧的现象(即重燃现象)。一旦发生重燃，会产生高幅值的重燃过电压，特别是多次重燃或多相重燃，过电压严重威胁并补装置和系统安全。
61.为避免前述重燃现象发生，本技术实施例中，合闸器21包括：过电压保护器和连通件，过电压保护器与连通件并联，过电压保护器用于在断路器本体10开断时产生热量，以吸收断路器本体10两端的充电电荷；连通件用于在断路器本体10之前导通。
62.具体的，由于过电压保护器20本身的物理特性，在其两端的电压较低时(例如，为正常相电压时)过电压保护器20处于高组态，即过电压保护器20的电阻较大，使得经过过电压保护器20处的电路处于开路或者断路状态，电容器组通过断路器本体10与电源形成的电路导通。
63.在断路器本体10对电容器组进行开断时，断路器本体10的动触头16与静触头13开断，由于电容器组存在残余充电电荷，在动触头16与静触头13的断口处会出现较高的恢复过电压(即超过预设阈值的电压值)。由于过电压保护器20与断路器本体10并联，因此，过电压保护器20两端的电压与断路器本体10两端的电压相同。过电压保护器10由高阻态变为低阻态，即过电压保护器20成为用电器在电容器组与电源间形成第二回路，如此，过电压保护器20可以通过发热等方式将电容器组上残余的充电电荷的能量吸收释放掉，即能够快速降低断路器本体10两端的恢复过电压。这样就能够避免断路器本体10在开断时出现弧后延时重击穿的现象，避免了高频燃弧现象(即重燃现象)。有效保护了系统安全。
64.其中，预设阈值的电压值可以通过多次试验得到。例如，根据多次试验中发生重燃或者重击穿现象的电压值来进行确定。具体的，预设阈值可以是略小于或者近似于发生重燃或重击穿现象时的电压值。在一些可能的具体示例中，预设阈值可以是1.2倍相电压峰值或者1.5倍相电压峰值等。
65.具体的，本技术实施例中，连通件具有火花间隙和驱动模块，在控制器将合闸命令发送给合闸器时，驱动模块动作，火花间隙放在断路器本体10导通之前放电导通，从而避免断路器本体10放电导通出现涌流。
66.进一步的，保护组件20还包括：第一连接臂22和第二连接臂23，第一连接臂22连接在断路器本体10的一端和合闸器21之间；第二连接臂23连接在断路器本体10的另一端和合闸器21之间。
67.具体的，由于保护组件20需要与断路器本体10电连接，因此，第一连接臂22可以选用导电性良好的导体，例如，铜片、铝片或者其他导电材料。参照图1所示，第一连接臂22可以通过螺钉、螺杆等方式与合闸器21电连接。在一些可能的方式中，第一连接臂22也可以通过焊接(例如，点焊)的方式与合闸器21电连接。
68.其中，第一连接臂22可以通过一固定连接件固定连接在断路器本体10上。在一些可能的方式中，固定连接件可以是导电杆，导电杆穿过第一连接臂22，并延伸至断路器本体
10上。这样就可以将第一连接臂22固定连接在断路器本体10上，从而实现断路器本体10与合闸器21的并联。通过导电杆连接第一连接臂22和断路器本体10，保证了第一连接臂22与断路器本体10电连接的稳定性，从而保证了合闸器21能够在断路器本体10的两端导通形成第二回路，有效避免断路器本体10合闸时的预放电。
69.在一些可能的方式中，合闸器21可以选用具有内置过电压保护器的合闸器。这样，保护组件20为一个整体，能够方便拆卸和安装。
70.具体的，本技术实施例中，过电压保护器为敏感陶瓷元件。
71.其中，敏感陶瓷元件的参数可以根据实际需要进行选择，具体可以根据发生重击穿或者重燃现象的电压值进行选择。例如，在1.8倍相电压峰值时发生重击穿或重燃现象，则可以选择敏感陶瓷元件的参数为两端电压略小于或接近于1.8倍相电压峰值时发生阻态变化(例如，从高阻态变化为低阻态)的电场敏感陶瓷元件。
72.这样，就可以将断路器本体10两端的电压限制在1.8倍相电压峰值以下。可以有效的抑制真空断路器开断过程中的重燃和重击穿，同时释放电容器组存储的能量，迅速降低电容器组的电压，帮助真空断路器顺利开断电容器组。
73.可选的，参照图1和图2所示，本技术实施例中，合闸器上开设有接线端口211，接线端口211用于与通讯线缆30相连接。
74.具体的，本技术实施例中，接线端口211可以与合闸器21一体成型，即在生产合闸器21时预留的接线端口211。
75.这样，能够方便通讯线缆30与合闸器21连接，提高安装连接效率。
76.可选的，参照图1所示，本技术实施例中，真空断路器还包括：壳体40，壳体40内设有容纳腔41，断路器本体10和保护组件20分别安装在容纳腔41内。
77.可以理解的是，由于真空断路器是用来对电容、电感等负载进行投切，以满足对电容器组或电感等负载的频繁操作；即，真空断路器必然是与电容器组等负载和电源等供电设备电连接的。因此，需要对真空断路器进行绝缘。也就是说，本领域技术人员可以理解壳体40可以是由绝缘材料制作的。
78.其中，容纳腔41可以是两个并排设置的容纳腔，断路器本体10和保护组件20分别安装在其中一个容纳腔41内，这样，就能够使得断路器本体10和保护组件20之间绝缘隔离。
79.可选的，为进一步减小本技术实施例提供的真空断路器的整体结构，减少整体需要安装更换的零部件数量，将真空断路器作为整体安装。本技术实施例中，壳体40的材质可以选用热塑性环氧树脂。
80.在具体生产中，可以先将断路器本体10和过保护组件20安装连接完成，然后，通过在断路器本体10和保护组件20外浇注热塑性环氧树脂，从而得到壳体40。
81.这样，就可以样断路器本体10和保护组件20等导电零件完全嵌入到壳体40中，在环氧树脂固化后，在固体绝缘材料中形成极柱，使得整个真空断路器成为一个整体部件。从而简化了真空断路器的结构，减少可拆卸零部件，增加了可靠性；并且，还具有极高的绝缘能力，将表面绝缘变为体积绝缘，减少了环境的影响，能够应用在重污染环境中。此外，还可以减小真空断路器的尺寸，有利于安装在中置柜中。
82.进一步的，参照图1所示，本技术实施例中，壳体40内设有过线通道42，通讯线缆30埋设在过线通道42内。
83.具体的，过线通道42可以是与壳体40一体成型得到。在一些可能的方式中，过线通道42也可以是在壳体40成型后通过二次加工的方式得到。
84.进一步的，参照图3所示，图3是本技术实施例提供的真空断路器第二种示例的整体结构示意图。本技术实施例中，真空断路器还包括：数模转换器50，数模转换器50连接在控制器和保护组件20之间，数模转换器50用于转换控制器的数字信号和模拟信号。
85.图4是本技术实施例提供的真空断路保护系统的结构示意图。参照图4所示，根据本技术实施例的第二个方面，提供了一种真空断路保护系统，包括：机体和本技术实施例第一个方面任一可选实施方式提供的真空断路器，真空断路器安装在机体上。
86.其中，机体可以为相关技术中的中置柜，控制器可以安装在中置柜中。
87.进一步的，参照图5所示，图5是本技术实施例提供的真空断路器合闸传动示意图。本技术实施例中，在将真空断路器安装在机体上后，具体使用中，可以通过操作机构来实现对电容器组的投切或开断。
88.本技术实施例中，在真空断路器合闸(即动触头16在触头压簧106的弹力下与静触头13接触时)过程中，首先对断路器本体10发出合闸指令，该指令同时发送给控制器作为合闸器21的启动信号，控制器接收该信号后判断出合闸器21的合适合闸角度，并迅速导通合闸器21。
89.断路器通过电动或者手动方式为合闸弹簧107储能，合闸时，通过电动或手动操作，是合闸弹簧的储能迅速释放，驱动凸轮108旋转，驱动凸轮108冲击主轴上的滚轮，驱动主轴103旋转，通过传动部件在传动支点105处逆时针旋转，推动真空灭弧室17的动触头16向静触头13运动(即图中箭头所示的方向)，同时为触头压簧106和分闸压簧104储能，当真空灭弧室17内的动触头16和静触头13接触后，通过机体内的分闸锁扣102保持合闸状态，完成合闸过程。
90.电源通过第一触头11、第一触臂12、位于真空灭弧室17中的动触头16、静触头13以及第二触臂15、第二触头14与电容器组形成回路，对电容器组通电，此时，由于静触头13和动触头16接触，不存在端口，即不会有电压。
91.进一步的，参照图6所示，图6是本技术实施例提供的真空断路器分闸传动示意图。在真空断路器分闸时(例如，通过手动或者电动的方式操作是分闸半轴101旋转)，分闸锁扣102脱开，在分闸弹簧104向上的作用力以及触头压簧106向下的作用力(以图6作为示例进行说明)下，在传动支点105顺时针旋转，使得原本接触的真空灭弧室内的动触头16与静触头13分离；此时，在动触头16与静触头13的断口处存在恢复过电压。当恢复过电压超过预设阈值时，由于过电压保护器本身的物理特性(例如对电场敏感的特性)，过电压保护器由高阻态变为低阻态，即过电压保护器动作，限制了真空灭弧室断口电压值，有效抑制真空断路器开断过程中的重燃及重击穿。
92.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。