[发明专利]断路器

说明书

技术领域

本发明涉及高压电路断路器(electric circuit breaker)，更具体而言，涉及气吹式(gas-blast type)电路断路器的改进。

背景技术

目前，从电源(如发电机)引出至用户的大部分输电线路通过至少一个断路器进行针对绝缘故障或过载的保护。在许多情况下，该断路器由机械开关装置形成，该开关装置包括导体端子对和用于打开和关闭所述端子之间的间隙的桥接构件。由于不可能瞬间中断高电压或大电流，拉开导体端子后在膨胀的间隙中出现的电弧往往在诸如压缩空气或六氟化硫之类的绝缘气体环境中扩展(spread)和断开(broken)。高压断路器市场越来越多地由自吹技术主导着。

文件FR 2575594公开了一种有代表性的使用SF6作为灭弧剂的这类自吹式断路器(GCB)。该文件公开了可动电触头和固定电触头的布置，可动电触头和固定电触头位于电弧区中，使得在电弧区中产生电弧。FR 2575594提出布置一种压力室组件，该组件经通道以流体的方式连接到充有SF6的电弧区，以用于通过防止电弧在初次熄灭之后再生来提高断路质量。

现在，最高的近区故障(short-line fault)额定值(SLF)由诸如罐式SF6压气断路器(puffer circuit breaker)的压气式气体断路器提供保护(cover。如果要通过使用这种压气式断路器来实现50kA、245/300kV以上的极限，则需要昂贵的接地线或均压电容(grading capacitance)。

也已经尝试升级(scale-up)已知的自吹技术压气断路器以在具有450欧姆的60Hz环境中经受在300kV下63kA的额定值，而不产生延时。

现有技术GCB通常以充有绝缘气体的灭弧室(也称为中断室(interruption chamber))为特征，其中所述室沿纵向轴线延伸并且设计成大致径向对称，即，关于所述纵向轴线旋转对称。灭弧室还包含至少两个同轴布置且面向彼此的可分离的电弧接触件以及在所述至少两个电弧接触件之间形成的电弧区。在断开连接/中断过程中，电弧在该至少两个电弧接触件之间燃烧，并且在接触件分离时加热所述电弧区内的绝缘气体。加热导致GCB的电弧区内的绝缘气体的压力增加。所述增压气体允许通过在电弧接触件和灭弧室之间的至少一个专用环形间隙以及通过邻近纵向轴线布置在接触件中的腔体(如有)逸出，使得出现的流动路径各自构成优选地最佳的气体喷嘴。因此，术语喷嘴不限于绝缘喷嘴等，而是指其功能。

利用此类升级的已知自吹技术压气断路器实现上述额定值的尝试失败，因为预计会有这样的最高压力，即，其导致GCB的材料机械失效，并且由于相关联的2000K以上的高温而导致绝缘气体的介电抵抗(dielectric withstand)不期望地降低。

有两种主要情况是高压断路器(尤其是高压交流断路器)必须能够耐受的。第一种情况被称为近区故障(SLF)，第二种情况被称为端子故障(T100a)。

在GCB的情况下，电弧区内的压力需要相对较高，以便在近区故障的情况下以可靠方式熄灭电弧。遗憾的是，一段时间内的高压增加了对断路器结构的热负荷。在端子故障情况下的情形与此完全不同，在端子故障的情况下，电弧区内实际存在的压力值超过可靠地熄灭电弧所需的且相对较低的压力值。因此，在GCB的情况下，气体喷嘴在SLF的情况下应能够承受电弧区内的压力，并且能够经受T100a条件。

在IEEE Transactions on Power Delivery，Vol.12，No.2(《IEEE输电汇刊》1997年4月第12卷第2期)中公开的文章“Investigation of Technology for Developing Large Capacity and Compact Size GCB”提出了一种通过采用不同的喷嘴几何形状用于实现上述额定值的不同的解决方案。该喷嘴相比现有技术GCB的不同在于分配至可动灭弧触头的内喷嘴，其中该内喷嘴有助于形成在发生SLF时热中断所需的局部较高的气体压力，而不仅仅增加GCB的专用压气室内的压力。

仍然存在以下缺点：已知高压气体会引起高温，这种高温又是介电中断所不期望的，因为气体在2000K以上会变得导电，使得在使用SF6气体作为GCB中的灭弧剂的情况下，无法切合实际地使用该气体来断开电弧。

发明内容