[實用新型]臂式無電弧型高壓電力斷路器

有效

• 申請號: 201520152956.3
• 申請日: 2015-03-15
• 公開（公告）號: CN204497177U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 劉娜;孫毅彪
• 申請（專利權）人: 孫毅彪
• 主分類號: H01H73/18
• 分類號: H01H73/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉主要涉及高壓電力領域，特別是涉及3KV以上電壓級別的高壓斷路器。

背景技術

有史以來，安裝在電力系統的供配電設備內的各類大功率斷路器之所以可按照人的意志接通或斷開各類負載電路，特別是能可靠地斷開短路類故障電路，關鍵在于斷路器滅弧系統的滅弧功能。

眾所周知，在操控非空載電路時，斷路器的動觸點和靜觸點在接通前或斷開后的瞬間，因間距很小而在額定電壓下形成強電場、造成介質或空氣電離擊穿，從而產生動、靜觸點之間的電弧。電路中工作電流越大、額定電壓越高則電弧越嚴重。在1KV(1000V)及以下系統中，防電弧的技術相對容易，成本相對偏低。但3KV(3000V)及以上高壓系統的防電弧技術和成本則不容忽視。對10KV少油斷路器而言，僅在開斷20KA級別的短路電流時，其所產生的電弧功率就可達10兆瓦(10000KW)以上，斷路器動、靜觸頭之間的電弧柱溫度可達6000-7000攝氏度，甚至超過10000攝氏度，電弧可以導致所在電路發生相間短路故障，而短路電弧會造成電力系統的巨大惡性事故。因此，沒有滅弧技術則大功率負載電路的接通和斷開是無法實現的，故障電路的切除更是不可能的。只有保證安全滅弧才能保證斷路器接通或斷開負載電路的動作成功，特別是斷路器主觸點在斷開短路故障電流的瞬間，若不能可靠滅弧必然會引發毀滅性的災難。

迄今為止，電力系統普遍在線運行的3KV及以上的高壓斷路器主要和常見的分為三大類：即“油斷路器”(分“多油開關”與“少油開關”)、真空斷路器和SF6(六氟化硫)斷路器。其中油斷路器的密閉滅弧室內裝有絕緣油，斷路器主觸頭是浸泡在油里工作的，靠油的絕緣作用和與空氣的隔絕作用加速熄滅通斷電路瞬間產生的強烈電弧；真空斷路器的密閉滅弧室內是高度真空的，利用真空的絕緣作用來抑制電弧；而SF6斷路器的滅弧室內則裝有用于滅弧的六氟化硫液體。油斷路器存在著故障情況下隨時可能引起爆炸、噴濺、燃燒等擴大事故范圍的危險，因此正在逐步被真空斷路器和SF6斷路器替代；而真空斷路器結構復雜、維修復雜、且分斷大電流能力有限；SF6斷路器斷流和滅弧效果比較理想但復雜程度和成本超過真空斷路器；也有一些其他方式滅弧的斷路器但由于技術或安全等原因而應用不夠普及。以滅弧為前沿課題的中高壓斷路器產品自問世以來，不斷地演繹、變化和推陳出新，其壽命已超過一個世紀，但基本原理一直沒有革新，所面臨的前沿課題一直沒有改變，任何一代產品的設計首先必須解決好滅弧功能，任何種類的高壓斷路器的主觸頭的開或閉都必須同時具備“密閉空間、滅弧介質、吹弧氣流和觸點耐高溫”四個條件。為此，要考慮滅弧室工藝的高度可靠，要保證弧吹系統的科學合理，開關觸點要采用耐高溫的貴重合金材料，要考慮滅弧介質的質量和純度，為了滅弧，斷路器的結構無法簡化，成本居高不下，圖5-圖9分別為傳統高壓斷路器滅弧室內結構圖及滅弧方案圖，傳統斷路器結構復雜、外部形狀各異、控制和保護電路繁復，但滅弧室內的原理卻大同小異。

油斷路器誕生于1895年，推廣于1930年之前，目前主要應用于3、6、10KV及以上的高壓系統中。真空斷路器始見于50年代(我國獨立研制真空斷路器始于70年代)，最初常見于AC380/220V系統和AC690V系統，后來逐步進入3、6、10KV系統。而SF6斷路器是近年來發展起來的新型斷路器，最常見于10KV配電系統。這些斷路器的成本、使用壽命、結構形式和電氣性能主要決定于滅弧功能和主觸頭合金的質量，如何保證主觸點在接通和斷開有載電路(特別是斷開短路故障電路)瞬間所產生的強大電弧不造成事故，始終是產品研發和設計的最關鍵點。雖然滅弧要求使斷路器結構異常復雜，成本增加數倍，但一直在實踐中延續；雖然國內外的滅弧技術一直在提高和創新，但始終沒有找到最廉價的科學方法，滅弧的主題始終無法避免。

電力電子技術的發展推動了大功率電力電子開關和模塊的誕生，由于電力電子模塊的導通或截止狀態的改變是半導體材料內部的自由電子的擴散和停止擴散的結果，其過程無電弧發生，由此啟發了人們用電力電子開關(即無觸點開關)替代機械開關(有觸點開關)的思路。無觸點開關產品曾經在上世紀90年代如火如荼地發展和進步，業內人士均認為各類大功率斷路器都將走進“無觸點”時代。然而，實踐中發現：大功率電力電子模塊長時間承載負荷電流產生較大的功耗，其無法回避的熱隱患給系統安全帶來更大風險和隱患，故無法替代機械開關，更無法代替高壓斷路器。