[發明專利]適用于容性電流開斷的真空滅弧室復合觸頭結構及滅弧室

有效

• 申請號: 201310438602.0
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103515139A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 劉志遠;楊和;耿英三;王建華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01H33/664
• 分類號: H01H33/664
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明涉及真空滅弧室觸頭結構技術領域，具體涉及一種適用于容性電流開斷的真空滅弧室復合觸頭結構及滅弧室。

背景技術

在中壓無功補償系統運行過程中，因電網負載情況波動頻繁，為調整系統功率因素、減少諧波、穩定電壓和降低損耗，將會頻繁地投入和切除容性負載。根據我國電網運行經驗，每發出1kW的有功功率需1.2kvar～1.4kvar的無功才能維持電網的正常工作電壓。據國外研究調查，真空斷路器應用于容性電流操作每年可達300～700次，即每日有1～2次的合分操作。對于如此頻繁的操作任務，比起其他氣體開關，真空斷路器本身的優點使得其更加適用于無功補償系統中容性負載的投切操作。其優點：第一、真空斷路器具有上萬次的機械動作壽命；第二，真空斷路器運行過程中觸頭無需維護；第三，真空斷路器受環境影響小且對環境無任何污染；第四，真空滅弧室內部小開距能耐受高電壓。由此，真空斷路器容性電流開斷技術也成為當前國際電力開關設備領域的研究熱點之一。

容性負載關合過程中會產生4250Hz、20kA的高頻率涌流，其預擊穿電弧會局部燒蝕觸頭表面并使觸頭發生熔焊。在開斷電容器組時，熔焊區域將被拉開并破裂，然后在觸頭表面會形成宏觀突起。這時真空滅弧室內部觸頭間的絕緣耐壓能力會明顯降低。在開斷電流過零后，直流性質的恢復會施加于電壓真空滅弧室觸頭兩端，其中開斷單相電容器組或三相負載中性點接地電容器組的峰值會達到2倍系統電壓U_m，開斷三相負載中性點不接地電容器組的峰值會達到2.5倍系統電壓U_m。這使得真空斷路器在開斷容性電流后可能會發生重擊穿現象，甚至于開斷電流過零幾秒后仍會發生延時重擊穿現象。而重擊穿產生的過電壓會嚴重損壞開關本身以及其他電力系統設備，甚至造成人員傷亡。

據紹興試驗站李電等人統計得出40.5kV真空滅弧室重擊穿概率很高，一般在5%以上，2002年后有所改善，降至2.6%（真空斷路器投切電容器組性能的現狀與對策.高壓電器.Vol.39,No.5,pp44-46.2003）。真空斷路器容性電流開斷能力主要決定于真空滅弧室觸頭表面狀況，目前研究發現合閘涌流與重擊穿現象之間有著密切的聯系，原因在于高頻涌流會在合閘過程中，局部燒蝕觸頭表面，使觸頭發生熔焊，破環觸頭表面結構，增大了觸頭表面場致發射系數β，同時在觸頭表面會產生大量金屬微粒，從而影響真空滅弧室的絕緣強度。然而目前現有真空滅弧室設計過程中，基本采用一對具有相同觸頭材料的動靜觸頭來完成真空斷路器投切容性負載的操作，這就無法減少合閘涌流對真空滅弧室觸頭表面的破壞作用。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種適用于容性電流開斷的真空滅弧室復合觸頭結構及滅弧室，該復合觸頭結構將合閘抗熔焊功能和分閘開斷功能分開，以抗熔焊性能優良的觸頭材料承受合閘高頻涌流，以開斷性能優良的觸頭材料來實現開斷功能，可用于投切電容性負荷，如背靠背電容器組，單個電容器組等，特別適用于電力系統的無功補償領域。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種適用于容性電流開斷的真空滅弧室復合觸頭結構，由動導電桿1和靜導電桿2組成的一對動靜導電桿和分別固定于動導電桿1和靜導電桿2近端頂端的動端觸頭和靜端觸頭組成；其特征在于：所述動端觸頭由動端觸頭材料B3以及固定于動端觸頭材料B3上方的和其材料不同的動端觸頭材料A4組成，所述動端觸頭材料A4覆蓋動端觸頭材料B3的部分面積；所述靜端觸頭由靜端觸頭材料B5以及固定于靜端觸頭材料B5上方的和其材料不同的靜端觸頭材料A6組成，所述靜端觸頭材料A6覆蓋靜端觸頭材料B5的部分面積；在合閘過程中，動端觸頭材料A4和靜端觸頭材料A6間的間距小于動端觸頭材料B3和靜端觸頭材料B5間的間距，預擊穿發生在動端觸頭材料A4和靜端觸頭材料A6之間；在分閘過程中，開斷電流電弧建立于動端觸頭材料B3、動端觸頭材料A4、靜端觸頭材料B5和靜端觸頭材料A6表面，主要由動端觸頭材料B3和靜端觸頭材料B5來開斷電流。

所述動端觸頭材料A4和靜端觸頭材料A6采用含鎢觸頭材料；所述動端觸頭材料B3和靜端觸頭材料B5采用含鉻觸頭材料。

所述含鎢觸頭材料為WCu。

所述含鉻觸頭材料為CuCr。

所述動端觸頭材料A4和靜端觸頭材料A6分別固定于動端觸頭材料B3和靜端觸頭材料B5的中央位置或兩端邊緣位置。

一種真空滅弧室，由上述任一項所述的真空滅弧室復合觸頭結構與外殼、屏蔽罩和波紋管導構成。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：