[发明专利]用于降低电压微分的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于降低通过电套管与电导体连接的电气元件的电压微分的装置。该装置是要用于保护电气设备，诸如变压器、电抗器、高压电路断路器、电动机或发电机中的电气元件免受高的电压微分之害。本发明特别适于要用于1Kv以上的电压的电气设备。

背景技术

在向诸如变压器、电抗器、高压断路器、发电机和电动机等电气设备传送高压电流的过程中，在向所述设备传送电流的导体中有时可能出现瞬态超压。这种瞬态现象例如可能是由向电气设备传送电流的电导体中的雷击引起的。于是电气设备面临被由于瞬态引起的高的电压微分(du/dt)损坏的相当大的危险。因此，力图防止这种事件是极为重要的。

对于包含线圈的电气没备，例如变压器、电抗器、电动机或发电机等，当发生快速瞬态时由于设备线圈中最上面的线匝比下面的线匝受到快速瞬态更大的应力，会引起问题。其结果是引起各线匝中不均匀的电压分布。这意味着，最上面的线匝与下面的线匝相比受到更高的应力。最上面的线匝的这种应力引起使线圈受到损害的相当大的危险，其直接结果是造成电气设备的损坏。于是，线圈必须被设计为可耐受这样的应力。击穿特别引发供能中断的危险、对环境的消极影响、以及与其相关的修复成本。已经知道，通过下列方式可实现线圈最上面的线匝之间电容的增加：打开最上面的线匝上所存在线圈的绝缘，然后允许线匝被修改，即所谓“稳定化线圈(stabilized winding)”，随后恢复绝缘。以此方式，能够实现线圈线匝之间的高电容，以及线圈对地的低电容，因此实现针对快速瞬态的保护。其缺陷是线圈尺寸过大，线圈制造工艺耗时且成本高，并且即使电容增加之后，在绝缘曾经被打开之处也存在电击穿的危险。

此外，先前已知借助于导体和地之间的电涌放电器及其与之并联的保护电容器来消除当出现快速瞬态时引起的问题。针对瞬态超压的最佳保护方式包括以相到地或相到相方式连接的电涌放电器和保护电容器。电涌放电器限制瞬态超压的幅度(U)，而保护电容器限制瞬态超压的电压微分(du/dt)。电涌放电器指的是把电压限制在一定电平的一种具有显著非线性的电阻器。然而，该解决方案需要安装在变压器之外的两个分开的元件，即电涌放电器和保护电容器。

而且对于诸如高压断路器等电气设备，当它们经受例如当快速断路器操作时会发生的瞬态超压时，将会引起问题。于是存在这样一种危险：高的电压微分(du/dt)会使得断路器的灭弧触点(arcing contact)不能切断电流。这种状况的一个后果是劣化了断路器的断路性能。随之可能发生的另一后果是，如果不能切断电流，则断路器只是遭受到完全的击穿。因此，最重要的是要力图降低电压微分，以获得断路器改进的断路能力。

先前已知制造带有灭弧室(interrupting chamber)的高达300Kv的高压断路器，并且为了能够阻断较高电压，将几个灭弧室串联连接。为了确保在开路位置(open position)时各灭弧室中良好的电压分布，对每一个切断点(breaking point)并联使用控制电容器，以便对电压分布进行容性控制。这些控制电容器通常是外部的分开的电容器，它们在各灭弧室绝缘体之外被连接。还有一些解决方案，其中电容器位于灭弧室绝缘体之内，该方法特别地在US 6,091,040中进行了描述。先前还知道，通过使用在断路器线侧(line side)以相到地方式连接的耦合电容器来保护高压断路器免受快速瞬态之害。该电容器降低了恢复电压的陡度，因而降低了作用于断路器上的应力。耦合电容器在外部以分开的绝缘体的方式连接。为了实现与上述相同的效果，还已知在断路器壳体中安装保护电容器，这一方法特别地在US 3,903,388和US 5,266,758中进行了描述。用来保护断路器免受快速瞬态之害的另一方法在US 5,235,147中进行了描述，其中一电容器和一变阻器与一电阻器串联，并且这些元件被设置在断路器壳体内。

使用套管来通过接地壁传导高电压。用于变压器或电抗器的套管可被描述为是设置在导体和线圈之间的绝缘连接装置，其目的是为了把电流从导体传送到线圈，由此使飞弧的危险最小化。还已知，套管包括内置电容，其用来控制在高电位时套管的导体与地之间的电场，于是使电场均衡。希望获得这样的效果，以防止在套管与地之间出现局部过高的电场。内置电容大小是可变的，但通常为几百PF。然而，套管中的内置电容仅仅保护实际的套管免受瞬态超压之害。

用于断路器的套管可被描述为是设置在导体与断路器的开关触点之间的绝缘连接装置。另外，相对于用于变压器或电抗器的套管，用于断路器的套管具有与先前行文中所述相同的功能、目的和限制。

发明内容