[实用新型]无电弧型高压电力断路器

说明书

技术领域

本实用新型涉主要涉及电力领域的大功率断路器，特别是涉及3、6、10KV及以上电压级别的中、高压电力断路器。

背景技术

有史以来，安装在电力系统的供配电设备内的各类大功率断路器特别是中高压断路器之所以可按照人的意志任意接通或断开各类负载电路，特别是能可靠地断开短路类故障电路，关键在于断路器灭弧系统的灭弧功能。

众所周知，在操控非空载电路时，断路器的载流主触点在接通前或断开后的瞬间，由于动作触点之间电压较高而形成强电场、造成介质或空气电离击穿，因而无不产生电弧。电路中工作电流越大、电压越高则电弧越严重。在1KV及以下系统中，防电弧的技术相对容易，成本相对偏低。但3KV及以上高压系统的防电弧技术和成本则不容忽视，对10KV少油断路器而言，仅在开断20KA级别的短路电流时，其所产生的电弧功率就可达10000KW以上，断路器动、静触头之间的电弧柱温度可达6000-7000摄氏度，甚至超过10000摄氏度，电弧可以导致所在电路发生相间短路故障，而短路电弧会造成电力系统的巨大恶性事故。因此，没有灭弧技术则大功率负载电路特别是中高压负载电路的接通和断开是无法实现的，故障电路的切除更是不可能的。只有保证安全灭弧才能保证断路器接通或断开的动作成功，特别是断路器主触点在断开短路故障电流的瞬间，若不能可靠灭弧必然会引发毁灭性的灾难。

迄今为止，电力系统普遍在线运行的3KV以上的高压断路器主要分为三大类：即“油断路器”(分“多油开关”与“少油开关”)、真空断路器和SF6(六氟化硫)断路器。其中油断路器的密闭灭弧室内装有绝缘油，断路器主触头是浸泡在油里工作的，靠油的绝缘作用和与空气的隔绝作用熄灭通断电路瞬间产生的强烈电弧；真空断路器的密闭灭弧室内是高度真空的，利用真空的绝缘作用来抑制电弧；而SF6断路器的灭弧室内则装有用于灭弧的六氟化硫液体。

油断路器存在着故障情况下随时可能引起爆炸、喷溅、燃烧等扩大事故范围的危险，因此正在逐步被真空断路器和SF6断路器替代；而真空开关结构复杂且适用的电流和电压级别有限；SF6断路器断流和灭弧效果比较理想但复杂程度和成本超过真空断路器；也有一些其他方式灭弧的断路器但由于技术或安全等原因而应用不够普及。

油断路器诞生于1895年，推广于1930年之前，目前主要应用于3、6、10KV及以上的高压系统中。真空断路器始见于50年代(我国独立研制真空断路器始于70年代)，最初常见于～380/220V系统和～690V系统，后来逐步进入3、6、10KV系统；而SF6断路器是近年来发展起来的新型断路器，最常见于10KV配电系统；真空开关成熟于上世纪末，推广于本世纪初，但目前只在室内的10KV及以下系统有使用，其额度容量有限。

传统断路器结构分型复杂、外部形状各异、控制和保护电路繁复、灭弧室内的构造却大同小异，载流动触头与静触头之间或分或合的物理动作及其简单，但却危机重重。图4-图7 分别为传统断路器灭弧室内的结构及四种灭弧方案示意图。

对于市场上已有的任何一种高压断路器而言，其灭弧课题始终是产品研发和设计的最关键点。任何种类的高压断路器的灭弧室内都必须同时具备“密闭空间、灭弧介质和吹弧气流”三个条件，其封闭工艺要高度可靠，灭弧系统要科学，灭弧介质的质量要纯，灭弧室内的开关触点还必须具备“贵重的金属合金材料、耐高温，接触快速和强有力”三个条件。众所周知，在电弧的副作用下，各类高压断路器的使用寿命大大降低，工艺结构变得异常复杂。

以灭弧为前沿课题的中、高压断路器产品自问世以来，不断地演绎、变化和推陈出新，其寿命已超过一个世纪，国内外的灭弧技术一直在提高和创新，但始终没有找到最廉价的科学方法，基本原理一直没有革新，古老的灭弧课题不变，断路器的结构就无法简化，高额的附加成本就一直无法避免。

电力电子技术的发展推动了大功率电力电子开关和模块的诞生，由于电力电子模块的导通或截止状态的改变是靠半导体材料内部的自由电子的扩散和停止扩散的结果，其过程无电弧发生，由此启发了人们用电力电子开关(即无触点开关)替代机械开关(有触点开关)的思路。无触点开关产品曾经在上世纪90年代如火如荼地发展和进步，业内人士均认为各类大功率断路器都将走进“无触点”时代。然而，实践中发现：大功率电力电子模块长时间承载负荷电流产生较大的功耗，其无法回避的热隐患给系统安全带来更大风险和隐患，故无法替代机械开关，更无法代替中、高压电力断路器。