充有絕緣氣體的斷路器的製作方法
2023-05-09 10:30:11 1
專利名稱：充有絕緣氣體的斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充有絕緣氣體的斷路器(下面稱為氣體斷路器)，且特別涉及一種氣體斷路器的結構，其中諸如電容這樣的阻抗元件被接在斷路器的電路開斷部分的電極之間，用來抑制在電流遮斷後立即產生的恢復電壓的升高。
氣體斷路器包括由容納在充有絕緣氣體的金屬容器內的靜觸頭和動觸頭組成的電路開斷部分。另外，用來抑制恢復電壓的電容器電氣上並聯在電路開斷部分的靜觸頭和動觸頭之間並被置於動觸頭的分離方向上。在這種類型的常規氣體斷路器(例如JP(U)—A—58—41949(1983)中所採用的)內，提供有用於電路開斷部分的用來降低電路開斷部分的電場強度的護罩以降低特別是兩觸頭的最端部的電場強度，還可以通過確定電路開斷部分與電容間的位置關係來進一步減少電路開斷部分的電場強度，因而改善了氣體斷路器的電路開斷性能以及電極間的絕緣強度。
在現階段，輸電系統的網絡化程度提高了，因而要求斷路器所能遮斷的電流也在增加，相應地要求用於連接在電極間的電容器的電容值也要增加。此外，與輸電系統的電壓水平相關聯，要求電容器的絕緣強度也要提高。
上面舉例說明的常規氣體斷路器的絕緣強度差，在為沒有考慮電容器附近的電場強度。因此，為獲得所需的絕緣強度，就要增加串聯連接的電容器元件的數量以延長絕緣距離，結果導致整個氣體斷路器的尺寸增大。此外，由於增加了串聯連接的電容器元件，結果降低了靜電電容值，因而為獲得所需的靜電電容值，就需要增加並聯連接的電容器數，這也導致整個氣體斷路器的尺寸增加以及成本的增加。
本發明的目的是提供一種通過與之相連的電容器的絕緣強度的改進而具有高容量的高壓緊湊氣體斷路器。
為獲得上述目的，在根據本發明的氣體斷路器內，在電容器的兩側，即在朝向金屬容器的一側和朝向電路開斷部分的一側，分別提供有用來緩和電容器附近的電場集中程度的護罩，護罩按這樣的方式布置護罩的最端部從電容器端部與電容器的壓緊電極間的接觸面向電容器一側伸出一預定距離，而該預定距離被選定為從電容器的側面到護罩的最端部距離的0.5倍到3倍。
根據本發明，減少了電容器附近的電場畸變，增加了電容器的絕緣強度。因此，就減少了串聯連接的電容器的數量，同時還可以增加電容器的靜電電容，相應地減少了並聯電容器的數量，從而實現了一種低成本緊湊型的氣體斷路器。
圖1為根據本發明的一特定實施例的電路開斷部分的垂直截面的示意圖；圖2為從圖1的II—II處看的截面圖；圖3為接在圖1的電極間的放大的電容器的截面圖；圖4為表示由電容器的護罩的最端部到電容器的端部的距離與到電容器的側面的距離比值與電容器的絕緣強度間的關係的特性圖5為常規的氣體斷路器內接在電極間的電容器處的電場分布圖；圖6為表示用來安置這些電容器元件的低介電常數的絕緣圓柱管厚度與其附近的電場強度這間關係的特性圖；圖7為根據本發明的應用於具有合閘電阻觸頭(resistancemake contacts)的另一實施例的截面圖；圖8為根據本發明的應用於具有合閘電阻觸頭的另一實施例的截面圖。
下面參照附圖對本發明的實施例進行解釋。
圖1為根據本發明的典型氣體斷路器的實施例。
一氣體斷路器有如下結構其電路開斷部分包括被置於封閉的圓筒形金屬容器19內且基本上位於其中部的靜觸頭1和動觸頭2，如圖1所示。在金屬容器19內充有具有優異的滅弧及電氣絕緣特性的SF6氣體。靜觸頭1和動觸頭2分別固定在導體4a和4b上並與之電氣上相連，且導體4a和4b被極間絕緣支撐部件3固定連接。動觸頭2被設計為可被通過絕緣操作杆(未示出)從金屬容器外而來的作用力所移動，從而實現閉合及斷開操作。極間絕緣支撐件部件3提供有數個圓柱狀孔，孔內安置有相應的極間電容器7，每一極間電容器7由數個電容器元件構成，這些相應的極間電容器7通過與相應的電容器7兩端相接觸的相應的電容器壓緊觸頭8a和8b與電路開斷部分並聯。
圖2為圖1所示的氣體斷路器從圖1的II—II處看的截面圖，其中並聯電容器7的數量選定為10。
根據本實施例在具有上面所解釋的元件的氣體斷路器內，提供有外護罩5a和5b及內護罩6a和6b以緩和電容器7周圍的電場集中程度。採取這些措施改善了電容器7的絕緣強度，減少了相應的電容器7內的串聯電容器元件數量以及並聯電容器7的數量，因而也減小了氣體斷路器的尺寸。此外，通過提供用於電路開斷部分的與護罩5a、5b、6a和6b分離的護罩9a和9b，降低了靜觸頭1和動觸頭2附近的電場強度，而且電路開斷後，即動觸頭2從靜觸頭1處的分離完成後的極間絕緣強度也改善了。因此，因為縮短了極間距離，從而減小了電路開斷部分的尺寸，還因為縮短了動觸頭2的行程，從而也減小了其操動機構的尺寸。
下面對上面介紹的本實施例為何能改善絕緣強度進行詳細解釋。
圖3為放大的電容器部分7的截面圖。電容器的護罩5a和6a被布置為超出電容器壓緊電極8a向電容器7側延伸，且護罩5a和6a的最端部與電容器壓緊電極8a間的距離Ls被選為大約是護罩5a和6a的最端部與電容器側面間的距離Lg的兩倍。因此電容器7附近的電場畸變減少且電容器7的絕緣強度得以改善。
圖4為表示比值Ls/Lg與電容器7的絕緣強度間的示例性關係之一的曲線。該曲線表明當比值Ls/Lg約為2時絕緣強度最大，在該比值下的絕緣強度約為Ls＝0時的1.5倍。此外，在比值Ls/Lg為1至3的範圍內，絕緣強度僅比Ls/Lg為2時減少約不足3％。但是，當比值Ls/Lg超出上述範圍時，絕緣強度就減少到不可接受的水平。
通過恰當選擇距離Ls可使電容器7附近的絕緣強度增加的原因是因為這樣減少了電容器7附近的電場畸變。
圖5表示常規氣體斷路器一個示例上的電容器壓緊電極8a附近的結構。相對於電容器7的護罩5a的最端部的位置被選為基本與電容器壓緊電極8a的最端部相同。在這種情況下等勢線12在護罩5a與電容器壓緊電極8a之間產生變形(creeps in)並增加了電容器壓緊電極8a拐角處的電場畸變，從而導致電容器7的絕緣強度降低。此外，儘管提供有用於電路開端部分的護罩9a，但在電容器7附近的內側並沒有提供護罩6a，從而進一步增加了電容器壓緊電極8a拐角處的電場畸變。
與此相反，在本實施例中等勢線11與電容器7的側面垂直正交，如圖3所示，因此電容器壓緊電極8a最端部的電場畸變得以減小，且電容器7的絕緣強度得以改善。但是，如果距離Ls過分增加，將導致電場向相反的方向畸變，如圖5所示，反而使得絕緣強度降低，這可以通過圖4來理解。
上面解釋的事實適用於這樣的情況把相應的電容器7插入相應的分離的絕緣圓柱管內並布置為並聯在電路開斷部分的電極之間，而不是將電容器7插入極間支撐絕緣部件3內。通常這些絕緣圓柱管的厚度小於極間絕緣支撐部件3的厚度，這樣可減小距離Lg，相應地距離Ls也可按比例減少並保持上面解釋的與比值Ls/Lg相關的關係不變。此外，上面所解釋的事實還適用於將非電容器的其它阻抗元件布置在氣體斷路器內。
在圖1至圖3所示的實施例中，在將電容器7插入極間支撐絕緣部件3之前，電容器7首先被插入介電常數低於極間支撐絕緣部件3的絕緣圓柱管10內。採取這一措施也可以降低電容器7側面處的電廠強度從而改善了電容器7的絕緣強度。
圖6表示了電容器7的電場集中部分處的電場強度與絕緣圓柱管10的厚度間的關係。在圖6中，用相對於絕緣圓柱管10的厚度足夠厚時的電場值的相對值表示電場，絕緣圓柱管10的厚度越大，電場的集中程度就越緩和，而當絕緣圓柱管10的厚度被選為大於0.1mm，電場的集中就可得到充分緩和。相應地，絕緣圓柱管10的厚度大於0.1mm時，電容器7的絕緣強度也會增加。
但是，如果絕緣圓柱管10的厚度增加到超過1.0mm，電場集中程度降低的效果卻不再增加，而且這時用於容納相應的電容器7的在極間支撐絕緣部件3上形成的孔的直徑也要過分增加，這降低了極間支撐絕緣部件3的機械強度，因此絕緣圓柱管10的厚度被選為小於1.0mm。
極間支撐絕緣部件3基本上採用諸如氧化鋁填充的環氧樹脂這樣的介電常數為5至8的材料注模(injection molded)而成。相應地，諸如乙烯四氟化物的聚合物這樣的碳氟樹脂，包括那些介電常數小於2.5的，可用來作為用於絕緣圓柱管10的低介電常數絕緣材料。
在圖3的實施例中，電容壓緊電極8a和8b的直徑被確定為大於絕緣圓柱管10的內直徑。利用這一措施當把電容器7插入極間支撐絕緣部件3時，絕緣圓柱管10可被電容器壓緊電極8a和8b壓緊，因而絕緣圓柱管10可靠地沿電容器7的側面布置。在這種情況下，絕緣圓柱管10的長度被選為小於電容器7的長度。
此外，當電容器壓緊電極8a和8b的直徑被確定為小於絕緣圓柱管10的外直徑時，在極間支撐絕緣部件3上形成的用於接受電容器7的孔的直徑可被定為基本上與絕緣圓柱管10的外直徑相同，因而電容器10在孔內的位移受到抑制，由此可能造成的機械損壞可以避免，這可改善插入其中的電容器7的可靠性。
利用上面所解釋的措施，可以增加電容器7的絕緣強度，從而可減少構成相應的電容器7的串聯電容器元件的數量以及可以縮短相應的電容器7的長度。此外，串聯電容器元件數量的減少可增加相應的電容器7的電容值，因而可容易地得到氣體斷路器所需的靜電電容值，從而實現了體積減小了的可靠的高電壓大容量氣體斷路器。更進一步，隨著電容器長度的縮短極間支撐絕緣部件3也縮短了，因而極間支撐絕緣部件3的機械強度和可靠性得以改善，而且其製造成本得以下降。
當利用如此構成的用於電容器的護罩5a、5b、6a和6b保持電容器7的絕緣強度時，用於電路開斷部分的護罩9a和9b不會影響電容器7的絕緣強度，相應地用於電路開斷部分的護罩9a和9b也可根據其主要用於降低電路開斷部分處的電場強度的目的來設計其位置及配置。
圖7和圖8為根據本發明的其它實施例的截面圖，其中本發明用於包括合閘電阻觸頭20的氣體斷路器上。圖7是其中用於電路開斷部分的護罩9a與用於電容器7的外護罩5a相連的實施例。圖8是其中用於電路開斷部分的護罩9a獨立於用於電容器7的外護罩5a的另一實施例。圖8所示的用於電路開斷部分的護罩9a可容易地通過將兩金屬管組合在一起來生產(舉例而言)。
利用這些構造可以降低靜觸頭1和動觸頭2處的電場強度，增加電路開斷部分電極間的絕緣強度，因而可改善電流開斷後的極間絕緣強度。結果，極間距離的縮短使得電路開斷部分的尺寸減小，同時動觸頭2行程的縮短使得其操動機構的尺寸也隨之減小。
利用上述構造，在通過把電容器7的絕緣強度和電路開斷部分處電極間的絕緣強度維持在同一水平來實行絕緣協調時，電容器7的長度在大於電路開斷部分處電極間距離的2倍而小於其3倍的範圍內。
根據上面解釋的本發明，在保持氣體斷路器的理想絕緣強度的同時可以減少與電路開斷單元並聯的電容器的數量，此外還可減少電路開斷部分的尺寸，因而實現了一種用於高電壓和大容量的高度可靠的緊湊的氣體斷路器。
權利要求
1.一種充電絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及與電路開斷部分並聯的阻抗裝置被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，其特徵在於在所述阻抗裝置附近提供有護罩用來緩和所述阻抗裝置處的電場集中程度，還在於所述護罩的最端部位於從所述阻抗裝置和壓緊所述阻抗裝置的電極間的接觸面向所述阻抗裝置方向延伸一預定距離處。
2.根據權利要求1的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於該預定距離被定為在從所述護罩的最端部到所述阻抗裝置的側面的距離的0.5倍至3倍的範圍內。
3.一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩個觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，其特徵在於在所述電容器附近提供有護罩用來緩和所述電容器處的電場集中程度，還在於所述護罩的最端部位於從所電容器和壓緊所述電容器的電極間的接觸面向所述電容器方向延伸一預定距離處。
4.根據權利要求3的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於該預定距離被定為在從所述護罩的最端部到所述電容器的側面的距離的0.5倍到3倍的範圍內。
5.一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，其特徵在於在所述電容器附近在其面向所述電路開斷部分和面向所述密閉金屬容器的兩側都提供有護罩用來緩和所述電容器處的電場集中程度。
6.一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，其特徵在於在所述電路開斷部分的兩觸頭被一極間支撐絕緣部件支撐，所述電容器被容納在所述極間支撐絕緣部件內並且在所述極間支撐絕緣部件的面向所述電路開斷部分和面向所述密閉金屬容器的兩側都提供有至少一個護罩用來緩和所述電容器處的電場集中程度。
7.根據權利要求1的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於在所述阻抗裝置附近在其面向所述電路開斷部分和面向所述密閉金屬容器的兩側都提供有至少一個護罩。
8.根據權利要求1、3、5、6和7之一的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於在所電路開斷部分周圍提供有一個護罩用來降低所述電路開斷部分處的電場強度。
9.根據權利要求5的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述護罩的最端部位於從所述電容器和壓緊所述電容器的電極間的接觸面向電容器方向延伸一預定距離處，且該預定距離被定為在從所述護罩的最端部到所述電容器的側面的距離的0.5倍到3倍的範圍內。
10.根據權利要求6的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述護罩的最端部位於從所述電容器和壓緊所述電容器的電極間的接觸面向所述電容器方向延伸一預定距離處，且該預定距離被定為在從所述護罩的最端部到所述電容器的側面的距離的0.5倍到3倍的範圍內。
11.根據權利要求6和10之一的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述電容器在被首先安放在介電常數小於所述極間支撐絕緣部件的絕緣圓柱管內的條件下被置於所述極間支撐絕緣部件內。
12.根據權利要求11的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述介電常數較小的絕緣圓柱管由碳氟樹脂形成。
13.根據權利要求11和12之一的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述介電常數較小的絕緣圓柱管的厚度被確定為在0.1mm至1.0mm的範圍內。
14.根據權利要求3、5、6、8、9和10之一的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於壓緊所述電容器的所述電極的直徑被選為大於所述電容器的外直徑。
15.根據權利要求11、12和13之一的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於壓緊所述電容器的所述電極的直徑被選為大於所述介電常數較小的絕緣圓柱管的內徑。
16.根據權利要求15的充有絕緣氣體的斷路器，其特徵在於所述壓緊所述電容器的所述電極的直徑被選為小於所述介電常數較小的絕緣圓柱管的外徑。
17.一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，此外在所述電容器附近還提供有一個護罩用來緩和所述電容器處的電場集中程度，其特徵在於通過使所述護罩的最端部位於從所述電容器和壓緊所述電容器的電極間的接觸面向所述電容器方向延伸一預定距離處，使得在兩觸頭分離的條件下在兩觸頭件施加一電壓時所產生的一等勢線被調整為與構成所述電容器的數個電容器元件中最端部的電容器元件的側面垂直正交。
18.一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，其特徵在於電容器的長度被定為在所述電路開斷部分的兩觸頭最大分離時兩觸頭間距離的2至3倍的範圍內。
全文摘要
一種充有絕緣氣體的斷路器，其中包括可分離的相對的第一和第二觸頭的電路開斷部分以及在電路開斷部分的兩觸頭之間並聯的電容器被布置在充有具有絕緣性能的氣體的密閉金屬容器內，在電容器附近在其面向電路開斷部分和面向密閉金屬容器的兩側都提供有護罩用來緩和電容器處的電場集中程度，且護罩的最端部位於從電容器和壓緊電容器的電極間的接觸面向電容器方向延伸一預定距離處，從而提供了一種用於高電壓大容量的高度可靠的緊湊的充有絕緣氣體的斷路器。
文檔編號H01H33/24GK1125354SQ95116289
公開日1996年6月26日 申請日期1995年9月18日 優先權日1994年9月19日
發明者內海知明, 遠藤奎將, 菅原拓也, 大門五郎, 土屋賢治 申請人:株式會社日立製作所