CN1042621A - 断路器 - Google Patents

Abstract

本断路器的第一开关与电阻串联连接构成串联电路，把比第一开关早脱开的第二开关与串联电路并联连接，其电阻的电阻值取0.01Ω-1Ω的范围之内。由于本断路器是如上构成的，所以适用于遮断大电流，同时可获得小型化和对于多次数遮断具有高可靠性的效果。

Description

本发明涉及用于发、变电所的母线转换或用于线路转换的将运行电流断开的断路器。

图4为例如日本实用新型申请书昭58-182323号公报示出的先有技术断路器电流遮断部分的断面图，图5则表示其断路过程。

图中，（1）是活动触头，（2）是主触头，（3）是电弧触头，它从主触头（2）上伸出，置于活动触头（1）侧。（4）是电阻，是由于高电阻材料构成电弧触头（3）而得。（5）是由活动触头（1）与主触头（2）所构成的开关，（6）是活动触头（1）与电弧触头（3）所构成的开关，（7）是开关（6）断开时所产生的电弧。

下面就其动作情况加以说明。图4（a）是断路器闭合时的状态，图5（a）表示其等效电路。图中，开关（5）（6）都处于闭合状态，活动触头（1）与主触头（2）正良好地连接着。在该情况下，电流I按箭头所示方向流动。在该状态中，如图4（b）所示，假若活动触头（1）移动，脱开主触头（2），而因活动触头（1）与电弧触头（3）仍保持接触的状态，故如图5（b）所示，开关（5）断开，而开关（6）仍处于闭合状态。在该情况下，电流I流经电阻（4）。在该状态中，活动触头再移动，如图4（c）所示，活动触头（1）也脱开电弧触头（3）。这时的等效电路变成如图5（c）所示那样，开关（6）上产生电弧（7）。而电弧（7）消失阶段也就完成了断路过程。

如前所述，本结构中，使用电弧触头（3）固有的电阻作为电阻（4），依靠该电阻（4）的限流作用谋求提高断路性能。由于该电阻值取决于电弧触头（3）可能采用的材质，以及结构方面的各种尺寸（厚度、长度等），实用上可考虑的范围为100～1000μΩ，所以，可适用于改善较小电流领域的断路性能。

由于先有的断路器采用上述结构，因此对于遮断电流达8000安培的大容量断路器来说，为谋求增加电阻值依靠限流来提高断路性能的场合，应考虑如下方法，即：（a）研制具有优越的抗电弧性、其固有电阻值可达铜的数千倍的新材料，（b）把电弧触头的厚度减薄，且加长其长度。但是，就当前的技术来说，会有下述问题：不可能生产出这样的新材料，以及电弧触头减薄且加长使机械可靠性降低，并使设备大型化。

本发明的目的是提供能解决上述问题，即对于大容量的设备来说，也能够在有效地限流提高断路性能的同时，实现小型化的断路器。

本发明的断路器，其第一开关与电阻串联连接构成串联电路，将先于第一开关脱开的第二开关与串联电路并联连接，其电阻的电阻值取0.01Ω～1Ω的范围。

本发明的断路器由于取比较高的电阻值0.01Ω～1Ω，因此，即使在大电流遮断情况下，也能有效地减少电路电流，同时改善功率因数。

下面参照附图，对本发明的一个实施例加以说明。

图1表示根据本发明一个实施例的断路器的断面图，

图2是说明根据本发明的断路器遮断原理的说明图，

图3表示根据本发明的一个实施例断路试验结果的说明图，

图4表示先有技术断路器主要部分的断面图，

图5是表示图4的断路器其断路过程的原理图。

图中，（5）是第二开关，（6）是第一开关，（16）是电阻。

此外，各图中相同的标号表示相同或相当的部件。

图1中，（1）～（4）是与先有断路器相同的。（8）是固定侧电极，（9）是可动侧电极，（10）是为支持（8）（9）各电极的绝缘衬套，（11）是操作装置，（12）是为操作装置（11）传送驱动能量的绝缘杆，（13）是滑动触头，（14）是辅助触头，（15）是推力弹簧，（16）是电阻。

下面说明其动作过程。图1表示断路器正处于断路状态。在接通状态时，活动触头（1）与主触头（2）和电弧触头（3）处于良好连接状态。而且，电流主要经主触头（2）流动。在这状态中，活动触头（1）移动，活动触头（1）就与主触头（2）脱开。但是，由于电弧触头（3）依靠推力弹簧（15）仍追随着活动触头（1），所以电流就在电弧触头（3）～辅助触头（14）～电阻（16）～固定侧电极（8）的电路中流动。这时的电流由于通过电阻（16）得以有效地限流。活动触头（1）再移动，活动触头（1）与电弧触头（3）脱开，从而断开限流的电流。

下面对回路电流电阻遮断方式的原理加以说明。图2是单线闭回路。图中，P是系统的电源，Z₀是电源的阻抗，Z₁和Z₂是构成回路的各自系统的阻抗，Z是负载的阻抗。

另外，设流过的总电流即负载电流为i，在回路部分流过的分电流分别为i₁和i₂。DS₁为断开回路电流的断路器，设流过开关（b）侧的电流为i_1-1，流过开关（5）侧的电流为i_1-2。

对于电压方面来说，设系统两端的电压即回路电压为V，DS₁的开关（5）间的电压为V₁，以及开关（b）间的电压V_1-1。

在这样的系统结构中，一般存在Z＞Z₀、Z₁、Z₂的关系，按断路器的工作需要，设计成满足Z₂＞＞Z₁，即，i

i₁的条件。

鉴此，如图所示，把电阻（16）串联接入开关（6）情况下的遮断现象加以说明如下：

假如开始时DS₁和DS₂双方处于闭合状态，这时流过的电流i相当于（1）式所示。

i＝i₁+i₂，i₂＜＜i₁

i₁＝i_1-1+i_1-2，i₁₁＜＜i_1-2

i＝i_1-2-（1）

顺序往下，开关（5）一脱开，不久即断开开关（5）的电流而换流到开关（6）侧。从开关（5）脱开到换流的时间取决于开关（5）固有的遮断能力、所附加的电阻（16）和Z₁值的比率关系。

如先有技术，由于在没有电阻的情况下，电弧触头本身的阻抗可忽略不计，所以V₁＝V_1-1

0。换流立即进行。

在插入电阻16的情况下，i_1-1×R＝V₁的电压施加在主触头间。因而，电阻（16）的值越大V₁也越大，其上升斜度也变大。而超过主触头固有的遮断能力时，终于遮断，即，换流成为不可能。

一经换流到电弧触头，就使Z₁与电阻（16）的电阻值进行向量加法运算变成（2）式所示。

$z^1{}_1=\sqrt{z_1{}^2\mathrm{+\; R}{}^2}\mathrm{------\; (\; 2\; )}$

从而，电弧触头应该遮断的电流i_1-1也变化（减少），由于其变化后的电流变为i^′ _1-1＝i^′ ₁，所以容易遮断。

并且，电压方面也由于电阻（16）的值越大V₁₁与i₁₁间的相位差越小，刚遮断之后的恢复电压的高度和上升斜度也变小，所以容易遮断。

如上所述可理解到，就电阻16来说，如考虑到和主触头（2）脱开时向电弧触头（3）的换流责职，则其电阻值较小有效。反之，如考虑到电弧触头（3）的遮断责职，则其电阻值大是有利的。

图3表示在闭回路8000A、恢复电压300伏情况下，根据实验得出的电阻值与换流时的主触头电弧时间（平均值）及遮断时的电弧触头电弧时间之间的关系曲线。

本断路器需要具有能够无维修，无检修地连续遮断200次回路电流的必要条件，为此有必要尽力减少电弧时间。从制作、试验结果来考虑，对于进行大电流遮断的断路器来说，使该电弧时间在1周期以下，从确保多次使用时的可靠性出发是很重要的。因而，对本断路器适用的电阻值选在0.01Ω～1Ω的范围内很恰当。

并且，如考虑换流时与遮断时的电弧时间大致相同的值作为最佳电阻值的话，该值是0.2Ω左右，即约为最长回路阻抗值的五倍左右。

如上所述，倘若根据本发明由于在第二开关断开时，一下子将0.01Ω～1Ω的电阻接入，与第一开关构成串联连接，所以适用于遮断大电流，同时，对于小型化多次数遮断可获得具有高可靠性装置的效果。

Claims (1)

1、一种断路器，其特征在于：

第一开关与电阻串联连接构成串联电路，并把先于所述第一开关脱开的第二开关与上述串联电路并联连接，上述电阻的电阻值取0.01Ω～1Ω的范围。

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