CN1057733A - 具有气体绝缘和气动操作机构的高压断路器 - Google Patents

Abstract

高压断路器装于充有承压的SF₆的第一隔室20 内，并包括一个带有气动传动装置46的操作机构 30，传动机构46由第一隔室20中的气体通过合闸 和分闸阀门S₄、60驱动。传动装置46设置在限定第 二低气压隔室32的密封外壳34内，第二隔室32在 活塞48的行程终结时对传动装置46排出的气体起 膨胀容积的作用。该传动装置中的气体压力由反应 第一隔室20中承压气体温度变化的控制装置98控 制。

Description

本发明涉及气体绝缘的高压断路器或开关，它包括充有一定压力的绝缘气体，并充有高绝缘强度，特别是六氟化硫（SF₆）气体的第一密封隔室，并且至少装有一个具有一对分断触头的开断电极，一个在触头分断时反应灵敏的灭弧装置，以及一个连接到分闸和合闸操作机构的操作连杆。

通过压缩SF₆气体实现气吹的高压断路器，通常采用一个安装在断路器支持绝缘体底座上的液压操作机构，同时还包括连接到运动组件的绝缘操作连杆的液压传动装置。除了传动装置以外，液压机构包括储存承压油的油箱，以及通过多个高气压导管连接到传动装置和油箱的许多安全和控制装置。操作机构液压回路的严密性必须予以监控，同时还要监控电极的绝缘气体。这样的断路器的制造和维护费用是很高的。

本发明的目地在于简化高压断路器的操作。

本发明的断路器，其特征是，操作机构安装在限定与第一隔室并置的第二隔室的密封外壳内，并且包括一个气动传动装置，它的运动活塞根据每次合闸或分闸的操作由充在第一隔室内的承压SF₆气体驱动;第二低气压隔室，它在活塞合闸或分闸行程终结时对来自传动装置排出的气体起膨胀容积的作用。

在传动装置和第二低气压隔室之间的排气口闭合时，气动传动装置会同位于第二隔室的分配装置一起工作，使充在第一隔室内的承压气体注入传动装置，反之当承压气体的注入中断时，使传动装置与第二隔室联通。

利用气动传动机构进行断路器的合闸和/或分闸操作需要第一隔室内承压气体的一部分能量。用同一种SF₆气体作绝缘，灭弧，以及操作控制，这就简化了制造工艺并且降低了断路器的费用。

当触头分断时，由于电弧的出现，在第一隔室内的SF₆气压增量也有助于对传动装置补给气体，以便使断路器连续分闸。

分配装置包括一个由分闸电磁铁控制的第一阀门，和一个由合闸电磁铁控制的第二阀门;每个阀门具有在第一隔室与传动装置之间的注入孔以及在传动装置与第二隔室之间的排出孔。承压气体从第一隔室，通过位于第一和第二隔室之间的隔板平面上的两个开口，传送到第一和第二阀门的注入孔。

根据本发明的设计，两个开口的注入断面是由对第一隔室内承压气体的温度变化敏感的控制装置所控制。当相应的注入孔开启时，传动装置中的有效气压就可以调节到预置的阈值。这就使气动传动装置的驱动力很容易适应于任何环境条件。

密封外壳装有一个气压开关和一个具有与第二低压隔室相连的进气孔的压缩机，以及一个由导管连接到第一隔室的排气孔，所述气压开关用来测量第一和第二隔室之间的气体压差值，以便根据操作机构的各合闸和分闸操动情况使第一隔室补充加压到它的设定值。

全部SF₆断路器的操作和监控装置均安置在第二低压隔室内，它同第一高压隔室形成一个紧密的自给结构。

其它优点和特性将从本发明举例的实施例的下列说明中变得更加清楚、明显;本发明的实施例仅给出一个非限定性的实例，并在附图中加以描绘，其中：

图1是装有本发明设计的操作机构的气吹断路器的略图;

图2是出图1中机构的放大视图;

图3是图2中部线3-3的局部视图;

图4系图2中气动机构的第一分配系统的放大剖视图;

图5和6是出图2中机构分别在断路器分闸行程期间和分闸行程终结时的视图;

图7和8系分别在断路器合闸行程期间和合闸行程终结时与图5和6两个相同的视图。

参照图1，高电压气体绝缘的开关或断路器12的电极10安装在由第二支持绝缘体16支承的第一柱形绝缘体14内。两个绝缘体14，16都是圆柱形的，同时它们的内部容积通过开口18相互连通，以便形成充以高电介强度，特别是承压的六氟化硫（SF₆）绝缘气体的第一密封隔室20。电极10包括一个静触头22，一个通过绝缘操作连杆26驱动的动触头24，以及当触头22，24分断时一个反应灵敏的灭弧装置28。

灭弧装置28包括，例如，借助于活塞对SF₆压缩的气吹室，以及当操作连杆26在断路器12的分断和闭合位置之间运动时而作运动的气缸部件。

在电极10中可以应用任何其它类型的灭弧室，特别是真空室，膨胀室，或磁吹弧旋转室。

操作连杆26的底端部29与装在第二隔室32的气动操作机构30耦连。第二隔室容限在一个紧密固定在金属板35的圆柱体外壳34内，金属板35通过组合装置支承第二绝缘体16的基座。气动操作机构30由装在第一隔室20中的承压的SF₆气体驱动。第二密封隔室32起着接通压力接近或小于大气压的操作气体的膨胀室的作用，而第一隔室20的气压约为6巴。通过组合装置接合的两个隔室20，32形成一个利用同一SF₆气体作为绝缘，灭弧以及分闸和合闸操作控制的单一的，自给结构。

通过位于第一绝缘体14端面上并且分别与静触头22和动触头24电气连接的两个连接端子36、38实现电极10的电气连接。

除气动操作机构外，外壳34还装有一个电动压缩机40，以及一个与具有越过死点的转向轮型的机械连接44相联的辅助接触装置42。

在图2到8中，气动操作机构30安置在第二隔室32的上部，并且包括一个双重效应的传动装置46，它的运动活塞48将电极10的操作杆26同轴地结合在一起。传动装置46的活塞48滑动在固定的气缸50中，通过活塞48向上传动（图7和8）保证闭合断路器12的触头22，24或者通过活塞48（图5和6）向下传动保证触头22、24开断。汽缸50的顶板附加到由分闸电磁铁56控制的第一阀门54组成的操作气体的第一分配系统52，汽缸50对应的底板以其支座支承在配有由合闸电磁铁62控制的第二阀门60的第二分配系统58上。

第一分闸控制阀做成配有一对止回阀64、66的滑动阀，止回阀64、66取决于分闸电磁铁56是否在激励状态或非激励状态。与阀体72的两个固定阀座68，70交替地协同工作。在图4和5的激励状态下，分闸电磁铁56被激励，同时止回阀64从相应的阀座68分离以打开第一注入孔74。另一个止回阀66则对着阀座70而啮合，使在传动装置46的上流容积和第二隔室32的膨胀容积之间的第一排出孔关闭。在非激励状态下，完成排出孔76的打开和注入孔74的关闭的同时，电磁铁56不再供电（图6）。阀体安装在紧靠环形板35的内部。

第二阀门60（图7和8）的结构是相同的，但它的结构相对于第一阀门54而言是反向的。阀门60包括两个止回阀78、80它们能够限定分别与阀体90的阀座86、88相对应的第二注入孔82和第二排出孔84，在合闸电磁铁62（图7）的激励、通电状态下，注入孔82打开，而排出孔84则关闭。在图8中非激励状态下，相当于对合闸电磁铁62中断供电，注入孔82关闭，而排出孔84则打开。

通过与第一隔室20联通并且位于隔板35水平面上的唯一平面上的两个开口92、94（图2和3）将承压的SF₆气体传送到第一和第二阀门54、60的注入孔74、82。开口94直接安排在阀体72中，并且定位在靠近第一注入孔74的地方。用于合闸控制的另一开口92，通过连接导管96与第二注入孔82联通。

根据贮在第一隔室20中气体温度的变化，使气体通过的两个开口92、94与作用在传动装置46的活塞48上的气体压力控制装置98（图2和3）协同工作。控制装置98包括旋转钮100，它配备有双金属弹簧101和与两个开口92、94明显相同的角差的两个径向耳柄102、104。钮100设置在第一隔室20内，而弹簧101是螺旋形的，它安装在钮100的心轴103上，并且它的变形反映出温度变化，使钮100完成预定的旋度，同时增加或减少耳柄102、104对开口92、94的遮盖。在传动装置4646中操作气体的有效压力根据断路器所处的环境调节到预置的阈值。开口92的总截面小于另外开口94的总截面以便依靠合闸或分闸控制的型式调节传动装置46的驱动力。

与开口92相反，导管96连接到连在灌注孔108以及连在压缩机40的排放孔110的管道106。压缩机40的吸入孔112采集装在第二隔室32中的低气压气体，通过由压力开关116（图6）控制的接点114，压缩机40就开始启动。压力开关116装在外壳34内，同时检测两个隔室20，32之间的SF₆气体的压差值。在合闸或分闸操作之后，在第一隔室20中气压降低值由压力开关116检测，它闭合供电给压缩机40的接点114。气体通过压缩机40的压缩，然后经过管道106、导管96和开口92排到第一隔室20。当在第一隔室中的SF₆的压力达到增压阈值（约6巴）时，压力开关116打开接点114，使压缩机40停止工作。在气动操作机30每次合闸或分闸操作之后，压缩机40自动地完成第一隔室20的重新加压。

机械转向轮连接44包括联接到活塞杆48的越过死点的连杆系统118，以及一个压缩弹簧120，它插在第二分配系统58的阀门60的固定阀体90和连杆系统118的顶轴之间。辅助接触装置42机械地连接到连杆系统118的主轴122上，并且包括指示断路器12的开断或闭合状态的接点，以及对两个分闸和合闸电磁铁56、62供电的接点。

SF₆的断路器12的气动操作机构30的工作情况如下：

分闸

断路器12的触头22、24的分闸顺序是由第一分配系统52的分闸电磁铁56（图5）的通电控制的。第一阀门54移向右侧，打开第一注入孔74，同时关闭第一排出孔76。来自第一隔室20的承压气体通过开口94和注入孔74将传动装置46的上流容积充满，同时使活塞48下降。

在触头22、24已经分断之后，电弧在第一隔室20中产生的气压增量在继续分闸的行程期间改进了对传动装置46的供气条件。

在活塞48（图6）行程的末端处，辅助接触装置42中断分闸电磁铁56的通电。第一阀门54被推到左侧，并且自动地反回到它的原始位置，闭合第一注入孔74同时打开第一排出孔76。容纳在传动装置46的上流容积中的气体经过排出孔76排到低压状态下的第二隔室32的膨胀容积。闭合注入孔74可防止任何更多的高气压气体注入到传动装置46。越过死点的机械连接44在活塞48的行程终点产生一个附加到气动操动机构30动作上的附加力，并且在电磁铁56已经断电之后，使触头22、24保持在开断状态。断路器12的开断状态是由辅助接触装置42的指示接点指示。

在分闸期间，制止向第二分配系统58的合闸电磁铁62通电，强使第二注入孔82闭合，同时强使第二排出孔84打开。在分闸期间不能任何高压气体注入到传动装置46的下流容积。传动装置46的下流容积总是与第二低气压隔室32联通，因而不会反对活塞48向下运动。

合闸

断路器12的触头12、24的合闸指令是由合闸电磁铁62（图7）的通电产生的。第二阀门60运动到左侧，使第二注入孔82打开，并使第二排出孔84关闭。来自第一隔室20的高压SF₆气体，经过开口92、导管96和注入孔82将传动装置46的下流容积充满，并且将运动活塞48向上推动。

在活塞48（图8）的上行程终点处，通过辅助接触装置42的操作，对合闸电磁铁62停止供电。第二阀门60自动地返回到右侧，同时关闭第二注入孔82并打开第二排出孔84，以便高压气体停止向传动装置46注入。打开排出孔84，使传动装置46的下流容积与第二低压隔室32联通。触头22、24于是处在闭合状态，并且在与操作连杆26可靠地相联的机械连接44的死点已经越过之后保持在这种状态下。

在断路器12合闸期间阻止分闸电磁铁56通电，而第一阀门64则处在图6中的状态。

监视SF₆气体压力

根据在第一隔室20中通过双金属弹簧101检测到的气体温度变化，使具有钮100的控制装置98作用到两个开口92、94的注入截面。

容纳在传动装置46的上流容积和下流容积的气体压力在相应的注入孔74、82已经打开的情况下能够很容易调节到设定的阈值。

在断路器12通过由导管96连接到与开口92相联的管道106的灌注孔108投入工作之前，开始将SF₆注入到高气压的第一隔室20中。

根据每次合闸和/或分闸操作，第一隔室20中气压减量是通过压力开关116检测的，它闭合压缩机40的供电接点114以对断路器12进行补充。压缩机40吸取在第二隔室32中的低气压SF₆气体，并且经压缩后将其排到第一隔室20。一旦在隔室20中的气压达到设定值（6巴）压缩机40就自动地停止工作。于是机构30可供新操作使用。

值得注意的是，SF₆断路器12的全部操动和压力监控组件均安置在外壳34内部的第二隔室32中。用同一SF₆气体作为绝缘灭弧以及操作控制，而两个隔室20、32形成一个单一的自给结构。

根据另一实施例（未示出），在图1到7中的传动装置46的双效应活塞48可以用差动活塞传动装置代替。可用任何其它的绝缘气体代替SF₆。参照图1到7所描述的实施例是涉及一个“开启”式高压断路器，但是本发明自然可以用于金属包壳的断路器。

Claims (10)

1、一种高电压气体绝缘的断路器或开关包括：充注承压绝缘气体以及高介电强度、特别是六氟化硫(SF₆)气体的第一密封隔室20，并且至少装有带一对分断触头22、24的开断电极10；一个当触头22、24发生分断时反应灵敏的灭弧装置28；以及一个联接到分闸和合闸操作机构30的操作连杆26；其特征在于，操作动机构30安装在限定与第一隔室20并置的第二隔室32的密封外壳34内，同时包括一个气动传动装置46，它的运动活塞48根据每次合闸和分闸操作是由容纳在第一隔室20内的承压SF₆气体驱动的；第二低压隔室32，它在活塞48合闸和分闸行程终结时对从传动装置46排出的气体的膨胀量起作用。

2、根据权利要求1的断路器，其特征在于，气动传动装置46会同安装在第二隔室32的分配装置52，58一起工作，以便在传动装置46和第二低压隔室之间的排出孔闭合时，使容纳于第一隔室20中的承压气体注入到传动装置46，并且反过来，在承压气体中断注入时使传动装置46与第二隔室32相联。

3、根据权利要求2的断路器，其特征在于，分配装置52，58包括一个由分闸电磁铁56控制的第一阀门54;和由合闸电磁铁62控制的第二阀门60;具有一个在第一隔室20和传动装置46之间的注入孔74、82，和在传动装置46与第二隔室32之间的排出孔76、84的各阀门54、60;并且还在于，承压气体从第一隔室20经过两个位于第一和第二隔室20、32之间的隔板35的水平面上的开口92、94传送到第一和第二阀门54、60的注入孔74、82。

4、根据权利要求3的断路器，其特征在于，两个开口92、94的注入截面由对充在第一隔室20中承压气体温度变化敏感的控制装置98控制，并且当相应的注入孔74、82打开时，两个开口92、94的注入截面被安排使传动装置46的有效气压调节到设定阈值。

5、根据权利要求4的断路器，其特征在于，控制装置98包括配备有与两个开口92、94交错重叠协同工作的两个操作耳柄102，104的旋转钮100，以及反应所述承压气体温度变化而发生应变的双金属弹簧101。

6、根据权利要求3到5其中之一的断路器，其特征在于，使气动传动装置46的运动活塞48在第二隔室32中联接到一个越过死点的机械连接44，使其在活塞48分闸或合闸行程终结时产生一个附加到操作机构30的附加力以便在分闸或合闸电磁铁56、62已经断电后保持断路器12处于开断或闭合状态。

7、根据权利要求6的断路器，其特征在于，机械连接44与辅助接触装置42相联，以便指示断路器12的状态以及在活塞48行程终结时中断分闸56或合闸62电磁铁的供电。

8、根据权利要求1到7中之一的断路器，其特征在于，密封外壳34备有气体灌注孔108，并且装有一个压力开关116和一个具有与第二低气压隔室32连接的输入孔112的压缩机40;以及一个由导管106、96连接到第一隔室20的排放孔110，所述气压开关116用来测量第一和第二隔室20、32之间的气体压力差值，以便根据操作机构30每次合闸和分闸的操作，使第一隔室20重新加压到它的设定值。

9、根据权利要求1到8中之一的断路器，其特征在于，灭弧装置28与第一隔室20连通，在触头22、24已经分离之后，致使弧压有助于对气动传动装置46补给气体，以便于断路器连续分断。

10、根据权利要求8的断路器，其特征在于，包括机械连接44和辅助接触装置42的组合件安排在外壳34内，压缩机40和气动传动装置46之间，气动传动装置46包括一个固定气缸50，它的相对两端由第一和第二阀门54、60的阀体72，90密封。

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