《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》是西安交通大學於2007年6月26日申請的發明專利，該專利的申請號為2007100181238，公布號為CN101075509，公布日為2007年11月21日，發明人是王建華、劉志遠、王季梅、耿英三、姚建軍。
《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》由三相組成，每一相均設有真空滅弧室極柱，真空滅弧室極柱與地面呈垂直布置，真空滅弧室極柱的兩端分別設定有第一散熱器和第二散熱器，第二散熱器下面設有瓷套絕緣支柱，瓷套絕緣支柱下面配有操動機構。該發明將真空滅弧室由帶裙邊的陶瓷製成，陶瓷外殼兼作絕緣支柱，因此省去了原真空滅弧室玻璃外殼與絕緣支柱之間的氣體或液體絕緣。在真空滅弧室極柱的靜導電桿中裝有熱管。真空滅弧室靜觸頭和動觸頭使用單匝式縱向磁場觸頭或三分之二匝式縱向磁場觸頭。高壓真空斷路器的操動機構採用永磁操動機構或彈簧操動機構或液壓彈簧操動機構。
2014年11月6日，《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器
- 公布號：CN101075509
- 公布日：2007年11月21日
- 申請號：2007100181238
- 申請日：2007年6月26日
- 申請人：西安交通大學
- 地址：陝西省西安市鹹寧路28號
- 發明人：王建華、劉志遠、王季梅、耿英三、姚建軍
- 分類號：H01H33/66（2006.01）、H01H33/662（2006.01）、H01H33/664（2006.01）、H01H33/666（2006.01）
- 代理機構：西安通大專利代理有限責任公司
- 類別：發明專利
- 代理人：李鄭建
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2007年6月，在72.5千伏及以上的高壓和超高壓斷路器中SF6斷路器為主流產品。SF6氣體是《京都議定書》指定的六種溫室效應氣體中最強的一種，其地球溫暖化係數是CO2的23900倍，其大氣中壽命長達3200年。真空斷路器具有環境友好，產品可靠性高，維護工作量小，無火災爆炸危險，產品技術性能高等優點，在中壓等級是主流產品。世界上單斷口真空斷路器的額定電壓最高為145千伏。發展高壓真空斷路器是減少SF6排放的一種很好的選擇。
在已有的72.5千伏至252千伏高電壓真空斷路器的專利技術中，採用玻璃作為真空滅弧室的外殼，然後用氣體如SF6、壓縮空氣、N2，或液體如矽油或β油作為真空滅弧室的外絕緣，將外絕緣氣體或液體密封隔離在瓷套裡面，即真空滅弧室外殼與外瓷套是兩個部分。
發明內容
專利目的
《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》的目的在於，提出一種新型的單斷口電壓等級至252千伏的高壓真空斷路器，該高壓真空斷路器採用帶有外陶瓷裙邊的真空滅弧室極柱作為真空滅弧室的外殼和真空滅弧室極柱的外瓷套，省去了原來的外瓷套和外絕緣氣體或液體，即將原有技術中的屬於兩個部分的真空滅弧室外殼與外瓷套合二為一。
技術方案
《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》所述高壓斷路器由三相組成，每一相設有一隻真空滅弧室極柱，其特徵在於，所述的真空滅弧室極柱與地面呈垂直布置，真空滅弧室極柱的兩端分別設定有第一散熱器和第二散熱器，第二散熱器下面設有瓷套絕緣支柱，瓷套絕緣支柱下面配有操動機構。
所述的操動機構採用永磁操動機構、彈簧操動機構或液壓彈簧操動機構，該操動機構供高壓斷路器三相共同使用，或者高壓斷路器三相各使用一個操動機構。
所述的真空滅弧室極柱由陶瓷上外殼和陶瓷下外殼組成，陶瓷上外殼和陶瓷下外殼由法蘭連線在一起，陶瓷上外殼和陶瓷下外殼上均帶有陶瓷裙邊，陶瓷上、下外殼兼作絕緣支柱；陶瓷上外殼上有上法蘭，上法蘭上有上接線端子，上法蘭的中心設有上導電環；陶瓷下外殼上有下法蘭，下法蘭上安裝有下接線端子，下法蘭中心有絕緣拉桿；絕緣拉桿上套有觸頭彈簧和導向套，導向套鑲嵌於導電支撐內；陶瓷上外殼的腔體內分別安裝有主禁止罩、第一端部禁止罩、第二端部禁止罩；主禁止罩和第一端部禁止罩之間設有靜導電桿，靜導電桿上有上導電環，靜導電桿內布置有熱管，靜導電桿周圍有靜端波紋管，靜端波紋管位於第一端部禁止罩內；主禁止罩和第二端部禁止罩之間設有動導電桿，動導電桿上有下導電環；動導電桿周圍有動端波紋管；在主禁止罩內，靜導電桿和動導電桿上分別有靜觸頭和動觸頭。
所述的真空滅弧室極柱由陶瓷上外殼和陶瓷下外殼組成，陶瓷上外殼和陶瓷下外殼由法蘭連線在一起，陶瓷上外殼和陶瓷下外殼上均帶有陶瓷裙邊，陶瓷上、下外殼兼作絕緣支柱；陶瓷上外殼上有上法蘭，上法蘭上有上接線端子，在上法蘭的上方，連線第一散熱器；上法蘭的中心設有上導電環；陶瓷下外殼上有下法蘭，下法蘭連線第二散熱器；下法蘭上安裝有下接線端子，下法蘭中心有絕緣拉桿；絕緣拉桿上套有觸頭彈簧和導向套，導向套鑲嵌於導電支撐內；陶瓷下外殼與導電支撐之間的空隙中有絕緣液體或絕緣氣體；陶瓷上外殼的腔體為真空，腔體內分別安裝有主禁止罩、第一端部禁止罩、第二端部禁止罩；主禁止罩和第一端部禁止罩之間設有靜導電桿，靜導電桿上有上導電環，靜導電桿內布置有熱管，靜導電桿周圍有靜端波紋管，靜端波紋管位於第一端部禁止罩內；主禁止罩和第二端部禁止罩之間設有動導電桿，動導電桿上有下導電環；動導電桿周圍有動端波紋管；在主禁止罩內，靜導電桿和動導電桿上分別有靜觸頭和動觸頭。
靜端波紋管對真空斷路器在合閘時起緩衝作用，以防止過大的合閘衝擊力使真空滅弧室漏氣。
所述的瓷套絕緣支柱包括有絕緣瓷套，絕緣瓷套內有波紋管，波紋管連線穿入絕緣瓷套內的絕緣拉桿，絕緣拉桿與陶瓷下套管通過法蘭相連線，瓷套絕緣支柱內有絕緣氣體或絕緣液體；瓷套絕緣支柱的絕緣瓷套和機構框架通過法蘭連線。
真空斷路器的分閘和合閘由操動機構完成。操動機構可以三相使用一個操動機構，也可以三相各使用一個操動機構。操動機構可以是彈簧操動機構、永磁操動機構或液壓彈簧操動機構。操動機構與機構框架相連線。
靜觸頭和動觸頭使用單匝縱磁觸頭或三分之二匝式縱向磁場觸頭。
改善效果
《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》的意義在於高電壓真空滅弧室的絕緣由於受到玻璃外殼的限制不可能做得很大，而採用陶瓷外殼後使得真空滅弧室在徑向和軸向上都可以擴大，其中在徑向上可以達到原來真空斷路器的外瓷套的尺寸，這就有利於真空滅弧室的內絕緣設計，使得電場強度降低。另外由於瓷套可以設定外裙邊作為外絕緣使用，省去了原來的氣體或液體作為外絕緣使用。因此該發明在簡化真空滅弧室的內絕緣和外絕緣的同時，還節約了玻璃外殼和外絕緣的成本。
附圖說明
圖1為用新型單斷口電壓至252千伏的高電壓真空斷路器圖；圖中各符號為：1、陶瓷外殼真空滅弧室極柱，2、第一散熱器，3、第二散熱器，4、瓷套絕緣支柱，5、操動機構。
圖2為陶瓷外殼真空滅弧室極柱圖；圖中符號為：101、陶瓷上外殼，102、靜導電桿，103、動導電桿，104、靜端波紋管，105、上導電環，106、上法蘭，107、上接線端子，108、動端波紋管，109、下導電環，110、靜觸頭，111、動觸頭，112、主禁止罩，113、第一端部禁止罩，114、第二端部禁止罩，115、陶瓷下外殼，116、法蘭，117、導電支撐，118、觸頭彈簧，119、導向套，120、下法蘭，121、下接線端子，122、絕緣拉桿。
圖3為三分之二匝縱向磁場觸頭圖；圖中符號為：21、圓柱形導體，22、支臂，23、上弧形導體，24、下弧形導體，25、觸頭片，26第一縫隙、27、第二縫隙、28、第三縫隙。
圖4為單匝式縱向磁場觸頭；圖中符號為：31、導電桿，32、線圈，33、第一觸頭片，34、第二觸頭片，35、線圈，36、導電桿。
圖5為瓷套絕緣支柱結構圖；圖中符號為：400、絕緣瓷套，401、波紋管，402、絕緣液體，403、機構框架。
權利要求
1.《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》所述高壓斷路器由三相組成，每一相均設有真空滅弧室極柱（1），其特徵在於，所述的真空滅弧室極柱（1）與地面呈垂直布置，真空滅弧室極柱（1）的兩端分別設定有第一散熱器（2）和第二散熱器（3），第二散熱器（3）下面設有瓷套絕緣支柱（4），瓷套絕緣支柱（4）下面配有操動機構（5），其特徵在於，所述的真空滅弧室極柱（1）由陶瓷上外殼（101）和陶瓷下外殼（115）組成，陶瓷上外殼（101）和陶瓷下外殼（115）由法蘭（116）連線在一起，陶瓷上外殼（101）和陶瓷下外殼（115）上均帶有陶瓷裙邊，陶瓷上、下外殼（101、115）兼作絕緣支柱；陶瓷上外殼（101）上有上法蘭（106），上法蘭（106）上有上接線端子（107），在上法蘭（107）的上方，連線第一散熱器（2）；上法蘭（106）的中心設有上導電環（105）；陶瓷下外殼（115）上有下法蘭（120），下法蘭（120）連線第二散熱器（3）；下法蘭（120）上安裝有下接線端子（121），下法蘭（120）中心有絕緣拉桿（122）；絕緣拉桿（122）上套有觸頭彈簧（118）和導向套（119），導向套（119）鑲嵌於導電支撐（117）內；陶瓷下外殼（115）與導電支撐（117）之間的空隙中有絕緣液體或絕緣氣體；陶瓷上外殼（101）的腔體為真空，腔體內分別安裝有主禁止罩（112）、第一端部禁止罩（113）、第二端部禁止罩（114）；主禁止罩（112）和第一端部禁止罩（113）之間設有靜導電桿（102），靜導電桿（102）上有上導電環（105），靜導電桿（102）內布置有熱管，靜導電桿（102）周圍有靜端波紋管（104），靜端波紋管（104）位於第一端部禁止罩（113）內；主禁止罩（112）和第二端部禁止罩（114）之間設有動導電桿（103），動導電桿（103）上有下導電環（109）；動導電桿（103）周圍有動端波紋管（108）；在主禁止罩（112）內，靜導電桿（102）和動導電桿（103）上分別有靜觸頭（110）和動觸頭（111）。
2.如權利要求1所述的單斷口額定電壓至252千伏的高壓真空斷路器，其特徵在於，所述的瓷套絕緣支柱（4）包括有絕緣瓷套（400），絕緣瓷套（400）內有波紋管（401），波紋管（401）連線穿入絕緣瓷套（400）內的絕緣拉桿（122），絕緣拉桿（122）與陶瓷下外殼（115）通過法蘭（120）相連線，瓷套絕緣支柱（4）內有絕緣氣體或絕緣液體（402）；瓷套絕緣支柱（4）的絕緣瓷套（400）和機構框架（403）通過法蘭連線。
3.如權利要求1所述的單斷口額定電壓至252千伏的高壓真空斷路器，其特徵在於，所述的操動機構（5）採用永磁操動機構、彈簧操動機構或液壓彈簧操動機構，高壓真空斷路器的三相每一相使用一台操動機構（5），或者高壓真空斷路器的三相共同使用一台操動機構（5）。
4.如權利要求1所述的單斷口額定電壓至252千伏的高壓真空斷路器，其特徵在於，所述的靜觸頭（110）和動觸頭（111）使用單匝縱磁觸頭或三分之二匝式縱向磁場觸頭。
實施方式
該發明的126千伏單斷口高壓真空斷路器如圖1所示。由3相組成，每一相均有一隻真空滅弧室極柱1。真空滅弧室極柱1總高度為1400毫米，與地面呈垂直布置。真空滅弧室極柱1的上面設有第一散熱器2，真空滅弧室極柱1的下面設有第二散熱器3；在真空滅弧室極柱1下面設有瓷套絕緣支柱4；每個瓷套絕緣支柱4下面配有操動機構5，操動機構5可以三相共用；操動機構5可採用永磁操動機構、彈簧操動機構或液壓彈簧操動機構。操動機構按照分合閘特性曲線來完成分合閘要求，並與真空電弧特性相配合滿足短路電流開斷的要求。當進行同步操作時，126千伏真空斷路器開斷40kA短路電流時，動觸頭分閘速度應在電流過零前0.5毫秒時達到3.5米/秒。
真空滅弧室極柱1的結構如圖2所示。真空滅弧室極柱1由陶瓷上外殼101和陶瓷下外殼115組成，陶瓷上外殼101和陶瓷下外殼115由法蘭116連線在一起，陶瓷上外殼101和陶瓷下外殼115上均帶有陶瓷裙邊，以滿足爬電距離要求，陶瓷上外殼101由高強度氧化鋁材料製成，陶瓷上、下外殼101、115兼作絕緣支柱；陶瓷上外殼101上有上法蘭106，上法蘭106上有上接線端子107，在上法蘭107的上方，連線第一散熱器2；上法蘭106的中心設有上導電環105；陶瓷下外殼115上有下法蘭120，下法蘭120連線第二散熱器3；下法蘭120上安裝有下接線端子121，下法蘭120中心有絕緣拉桿122；絕緣拉桿122上套有觸頭彈簧118和導向套119，導向套119鑲嵌於導電支撐117內；陶瓷下外殼115與導電支撐117之間的空隙中有絕緣液體或絕緣氣體；陶瓷上外殼101的腔體為真空，腔體內分別安裝有主禁止罩112、第一端部禁止罩113、第二端部禁止罩114；主禁止罩112和第一端部禁止罩113之間設有靜導電桿102，靜導電桿102上有上導電環105，靜導電桿102內布置有熱管，靜導電桿102周圍有靜端波紋管104，靜端波紋管104位於第一端部禁止罩113內；主禁止罩112和第二端部禁止罩114之間設有動導電桿103，動導電桿103上有下導電環109；動導電桿103周圍有動端波紋管108；在主禁止罩112內，靜導電桿102和動導電桿103上分別有靜觸頭110和動觸頭111。
陶瓷上外殼101的高度為1000毫米，陶瓷上外殼101的腔體內部真空度為10帕或更高真空度；靜導電桿101內布置熱管，可以提高等效熱導率，因此熱管與散熱器配合以增加真空斷路器的額定電流導通能力。
靜端波紋管104對真空斷路器在合閘時起緩衝作用，以防止過大的合閘衝擊力使真空滅弧室漏氣。
靜觸頭110與動觸頭111的背面都設定有均壓環，用來防止觸頭和主禁止罩112之間的擊穿。
陶瓷下外殼115的高度為400毫米。
觸頭彈簧118的目的是使動觸頭111和靜觸頭110在達到最終閉合位置後具有足夠的壓力，保證溫升不超過額定值，能夠通過動熱穩定實驗，以及保證足夠的剛分速度等。導向套119保證動觸頭運動時的同軸度。陶瓷下外殼115是導電支撐117、觸頭彈簧118和導向套119的支柱。
參見圖5，瓷套絕緣支柱4包括有絕緣瓷套400，絕緣瓷套400內有波紋管401，波紋管401連線穿入絕緣瓷套400內的絕緣拉桿122，絕緣拉桿122與陶瓷下外殼115通過法蘭120相連線，瓷套絕緣支柱4內有絕緣液體402（如矽油或β油）；瓷套絕緣支柱4的絕緣瓷套400和機構框架403通過法蘭連線。
當採用彈簧操動機構時，三相共用一台操動機構。當採用永磁操動機構或液壓彈簧操動機構時，每相均設有一個操動機構，三相共設有三個操動機構。
126千伏單斷口真空滅弧室的靜觸頭110和動觸頭111可採用三分之二匝式縱向磁場觸頭，如圖3所示。當額定短路電流開斷能力為40kA時，觸頭直徑為100毫米，觸頭開距為60毫米，觸頭由導體材料（無氧銅）構成，觸頭材料為CuCr50。觸頭的結構特點為有一個圓柱形導體21在觸頭中間，圓柱形導體21與三個形狀相同的支臂22相連，每個支臂22與一個弧形導體23相連，弧形導體23對應的角度約為120°，每個弧形導體23與背面的另一個與弧形導體23形狀相同的另一個弧形導體24相連線，弧形導體24對應的角度也約為120°。弧形導體24與觸頭片25連線在一起。
電流I由圓柱形導體21流入，分為三份進入支臂22中，每個支臂電流約為I/3。支臂22中的電流I/3流入弧形導體23中，進而流入弧形導體24中，最後此電流由弧形導體24與觸頭片25之間的連線進入觸頭片25中。為了保證電流按照規定路徑流動，設定了一些縫隙，如圖中的縫隙26、27、28，在縫隙中可以設定一些機械支撐以保證機械強度。
三分之二匝縱向磁場觸頭與2007年6月前已有技術三分之一匝縱向磁場觸頭相比，是增加了弧形導體24，使得電流在弧形導體中走了三分之二的圓周，比相關技術走三分之一圓周增加了電流路徑，從而增強了縱向磁場。
126千伏單斷口真空滅弧室的靜觸頭（110）和動觸頭（111）可以採用申請人的實用新型專利（專利號zl200420086276.8）中所述的單匝式縱向磁場觸頭，如圖4所示。當額定短路電流開斷能力為40kA時，觸頭直徑為100毫米，觸頭開距為60毫米，觸頭由導體材料（無氧銅）構成，觸頭材料為CuCr50。
榮譽表彰
2014年11月6日，《一種新型單斷口電壓至252kV的高壓真空斷路器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
