本发明涉及带有压敏电阻的高压断路器。 装有压敏电阻的高压断路器,尤其是用于切换电网中的分路电抗是众所周知的。带有压敏电阻的目的就是为了降低冲击,这种压敏电阻也称为非线性电阻,或可变电阻,或称依电压而定的电阻。
一个压敏电阻的工作阈值越低,则提供的抗冲击保护越凑效,冲击越高,则被压敏电阻吸收的能量也越大。
期望的冲击极限通常置于1.5p.u(单位值)到1.6p.u的数量级。
对于装有压敏电阻的线路断路器,须考虑的一个主要问题就是:首先期望该冲击阈值定于1.5p.u.,第二是相位相反情况下,该冲击可达到2p.u.到2.5p.u.,
已有的许多方案都是在压敏电阻上串接一个遮断器,以便压敏电阻承受过高的电压,然而尽管有了这样的配置,压敏电阻仍占据过大的能量消耗,现举个例子来说明反相位的情况,在遮断电路时:在遮断器触头上最后灭弧之前,大约有2p.u.的电压加到该压敏电阻上一个周期(50Hz或60Hz时)。
在2p.u.电压下,电流可达到高值,例如:
1p.u电压时,电流为5/10,000安培:
1.5p.u.电压时,电流可达1安培:而
2p.u电压时,电流能超过2,000安培。
由于电压在1.5p.u.到2p.u范围可能会作用数毫秒时间,所以在压敏电阻中损耗的能量可达到数千千焦耳。
既需降低这种能耗,又要在1.5p.u.下合适地运行。
当遮断故障电路或切断空载线路时,即使是通过分割电弧地多段灭弧室的断路器的端子传递电压,压敏电阻仍会遭受热过负荷。
本发明的一个目的,即是提供一种带压敏电阻并解决上述问题的高压断路器。
本发明提供的一种高压断路器,包括:至少一个断路灭弧室,以及与所述断路灭弧室并联的,首先是与一个遮断器串联的一个压敏电阻,其次是一个电压分配电容器,该断路器的特征在于,有一个阻值在30欧姆到300欧姆范围的线性的电阻与所述的压敏电阻串联。
在一个具体实施例中,该电阻是由置于一个绝缘管中的第一叠盘构成,压敏电阻则被置于该管中形成第二叠盘,所述的管子则被置于充以良好电气绝缘性能气体的一个绝缘套筒内。
在一个派生方案中,所述电阻是以一叠盘的形式被放在一个绝缘管中,所述管子为水平布置,并以一端在机械和电气上连接到包含有主断路灭弧室的套筒上,而以其另一端连接到包含有压敏电阻的套筒上。
在另一派生方案中,由一些棒构成的电阻器和压敏电阻器被并排地装在一个绝缘壳中,该壳顶在主断路灭弧室上。
在另一派生方案中,压敏电阻布置在设有盖帽的套筒中,盖帽具有一个水平延伸部分,延伸部分装有该附属的电阻器,延伸部分被设有电流端子的一端所封闭。
有利的是,具有包含电阻器的延伸部分的盖帽顶在该主断路灭弧室之上。
各压敏电阻是由选自碳化硅和以氧化锌为基的复合物的物质构成。
结合附图阅读下列各不同实施例的说明,将会更好理解本发明。
图1是本发明具有两级断路灭弧室的断路器的电路图:
图2是包含有一个压敏电阻及其附属电阻器的一个绝缘套筒的部分轴向剖视图;
图3是通过绝缘套筒的部分轴向剖面,该套筒包含布置在其内的一个压敏电阻及附属电阻器,以及含有主断路灭弧室的套筒;
图4是另一实施例的部分断面示意图,其中压敏电阻和电阻器并排地布置在同一绝缘套筒中;以及
图5是具有两级断路灭弧室相串联的一台断路器示意图,其中与压敏电阻之一相连的电阻器被设置在含有所述压敏电阻的套筒的盖帽延伸部分中。
在图1中,标号L指示装上一台断路器的一条高压线路的一相,所述断路器每相包括有两级串接的断路灭弧室1和2。为使图纸简化起见,断路室的支架及其驱动机构都不表示,如常规所见,每个断路灭弧室都是由充以高介质强度气体的绝缘套筒构成,绝缘气体如六氟化硫并处于数巴压力下。
每个断路灭弧室具有各自的绝缘套筒C1或C2,彼此并列布置。这些套筒都包含有绝缘气体和液体,并且它们都装有各自的电容器,以便达到分担两级断路室之间的电压的目的。
每个灭弧室包括另一个与此相并列的套筒,分别以K1和K2标注,每个这样的另一个套筒包含一个串接的压敏电阻(V1或V2)和一个遮断器(I1或I2)。
按照本发明的主要特征,这些套筒K1和K2的每一个还包括有一个与此相串接的附加电阻(R1、R2)。
下面举个例子,示出如何计算这样一个附加电阻R1、R2的电阻值,电阻器R1和R2具有相同的电阻值,并且其总电阻值以Ra表示。
期望冲击U等于2p.u.,流过该压敏电阻的电流不超过一个阈值Is。
这个阈值Is相应于对压敏电阻的阈电压Us,在此阈值下该压敏电阻的内阻为:
Rs=Us/Is
如果将用作将电流限制到Is的附加电阻写成Ra,忽略电路阻抗,则可用下述方程:
U=Is(Ra+Rs)
代入运行例子的数值:
U=900千伏(峰值)
Is=700安培(峰值)
Us=845千伏(峰值)
Rs=1207欧姆
由此而导出Ra=80欧姆,因此,每个电阻器R1和R2具有电阻40欧姆。
当通过电流700安培(峰值)时,每电阻器两端的电压为28,000伏(峰值)。
在反相位情况下电流700安培峰值的总时间可估算出来为6毫秒。
根据这些条件即能确定电阻R1和R2的大小,一般来说,其电阻处于30欧姆到300欧姆范围。
回到上述例中,一个电阻运行于反相位的情况下耗散的热能约为:
(40×7002×6×103)/2,即约60,000焦耳。
如果一个短暂的冲击(如发生在遮断一条短线路,或在切换电压时)超过2p.u.或超过压敏电阻的阈电压,附加电阻Ra的存在就使电流有效地降低到短时间能接受的数值,例如在2.4p.u.时,短时电流1,500安培,跨在每个电阻器R1和R2两端的电压则为60,000伏(峰值)。
在遮断器I1和I2开断行程的终点处,压敏电阻V1和V2完全与电路隔离。
可观察到,利用附加电阻对保护相对地故障是不利的,当雷击线路时,附加电阻的存在阻碍了电荷快速逸散,倘若放电电流的幅值大(可达约10千安),并且已知电流增长的速率高,则说明跨在电阻器两端发生了高的冲击。
应看到,为了在电压切换的瞬间避免发生大的电压降(这对高频将会更大),在电阻器和压敏电阻之间的连接需要尽可能地短。
现在阐述本发明的几个实施例。
图2是通过含有压敏电阻V1和电阻器R1的套筒K1的部分轴向剖面图。
一个绝缘材料做的管筒9布置在陶瓷套筒K1里面,并包含有压敏电阻V1和电阻器R1。
压敏电阻V1是由以氧化锌或碳化硅(SiC)为基的一叠盘10构成,并且这叠盘的顶和底分别由金属盘11和12封端。
电阻器R1是由一叠盘13构成,例如由以碳为基的导电陶瓷做成,该叠盘直接放在金属盘11上面,并且其顶端与一金属托14接触,弹簧15将盘14压在叠盘R1上,并支撑在封闭着套筒K1的一个金属帽16的内侧,一个金属编织带17允许电流在帽16和盘14之间流通。
标号18指示遮断器I1的固定触头,而标号19指示动触头的端头,因为这样一个遮断器是众所周知的,并被列为本发明范围之外,故这里不再叙述,一个金属帽20包围着套筒9的端部和固定触头18的一部分,并用于平滑在这个区域中的等电位曲线。
帽16由一根连线21电气地接到主断路室1的顶端(在图2中未示出,但在图1中示意地表示)。
套筒K1的内部充以良介质性能的气体,以提高断路能力,例如用纯的或混合的六氟化硫,在数巴压力之下。
图3示出套筒1和套筒K1的一部分,以及在这个方案中,电阻器R1是设置在这两个套筒之外的。
压敏电阻V1仍是由一叠盘10构成,盘10被一个通过一个弹簧18压下来的金属盘25盖住,弹簧18支撑在封住套筒K1的金属盖27上,在盘25和盖27之间有一条金属编织线28用于导通电流。
电阻器R1由一叠放在一个绝缘管筒30中的盘13构成,例如由环氧玻璃做成管筒30,并可能设置多个翼31,例如由硅树脂做成。
管筒30的两端是由金属板32和33密封的,盘13被一个弹簧34挤压,该弹簧支撑在板32和叠盘端部的金属盘35上,在盘32和盘35之间由一条金属编织带36传输电流。
管筒30为水平地布置在套筒1和套筒K1之间,并且在机械和电气上与其连接,为了做到这点,用连接器37和38分别将板32连接到套筒1的金属顶盖39,将板33连接到帽27。
电阻器R1仅在很短的时间间隔流通电流,在断路器“开断”和“关合”位置中,连接器37和38处于相同电位,因此在电阻器R1两端间没有长时的电压。
在这样的条件下,没有理由不用合成的绝缘材料。
盘13可以由一个单一块体构成,并且可以被模铸在一个合成纤维的外壳内。
图4示出一个派生的实施例,其中的压敏电V1和电阻器R1被装在一个包含主断路灭弧室的套筒1内。
压敏电阻V1由一叠盘10构成,这些盘10放在固定于套筒1的盖帽41上的管筒40中,该盖帽置于设有许多翼43的一个绝缘圆筒42的顶端,该圆筒延伸在套筒1的上面,并用瓷或合成绝缘材料制成。
如上所述,该叠盘10被一个金属盘44盖在上面,一个弹簧45支撑着盘44,弹簧的另端顶在盖帽41上。
管筒40的底部(未示出)用作支撑住半固定式压敏电阻插头,这和例如在法国专利号8116291中所述者相同。
电阻器R1是由一个或多个小直径的棒70构成,棒70是以碳(陶磁电阻)为基的材料,被装在绝缘管筒71中,并被固定在盖帽41和断路室引出的电流端子51之间,棒的数目决定于要求其吸收能量的大小。
标号52指示用作永久性载流的固定接触管。
图5表示本发明的另一个实施例,用于每相具有两级断路灭弧室的一台断路器,公用于图5和图1的各项部件用同一数字或符号标示。
压敏电阻V1和V2各自设置在套筒K1和K2之一中,它们被绝缘支持器81和82保持就位,这些支持器固定到套管K1和K2上面的金属盖帽91和92上。
金属盖帽91和92具有水平的圆筒形延伸部分91A和92A,其内分别容装着电阻器R1和R2,电阻器R1和R2先被固定到支持器81和82上,然后固定到封住圆筒91A和92A的金属端部91B和92B上,端部91B和92B具有电流端子91C和92C,它们被一个连接管94连接起来,用以将这两级断路灭弧室1和2串联连接。
套筒K1和K2以及各盖帽的圆筒延伸部分构成气密组件,组件中充以绝缘气体,因此,各压敏电阻-电阻器对V1和R1及V2和R2处于同一介质流体中。
当然,盖帽91与其水平圆筒延伸部分91A能够均衡很好地装在主断路室的绝缘套筒1上。
本发明不受所述和所示实施例的限制,各种等效装置代替各个装置并不超出本发明的范围。
本发明可用于高压断路器,并且特别适用于电抗电路的断路器。