电流转移式断路器

摘要

本发明公开了一种电流转移式断路器，电流转移式断路器中，导电板为圆盘状导体结构，其开设多个自中心向外辐射的槽，多个并联的真空灭弧室布置于导电板且真空灭弧室之间经由槽隔开，电流进出路径为圆筒状导体结构且连接导电板的外缘，电流转移支路并联于主支路真空开关，电流转移支路包括串联的预充电电容、电感和用于控制电流转移支路导通的电力电子器件，正常通流时，电流通过真空开关主支路导通；开断故障电流时，电力电子器件导通，随后预充电电容和电感放电产生转移电流并经由电流进出路径叠加在主支路真空开关上，流过主支路真空开关的电流逐渐减小最终为零，此后电流将流过耗能支路完成开断。

权利要求

1.一种电流转移式断路器，其特征在于，其包括主支路真空开关、电流转移支路、耗能支路，其中，主支路真空开关，其包括真空断路器，所述真空断路器包括，

导电板，其为圆盘状导体结构，其开设多个自中心向外辐射的槽，多个并联的真空灭弧室，其布置于所述导电板且所述真空灭弧室之间经由所述槽隔开，电流进出路径，其为圆筒状导体结构且连接所述导电板的外缘，电流转移支路，其并联于所述主支路真空开关，所述电流转移支路包括串联的预充电电容、电感和用于控制电流转移支路导通的电力电子器件，耗能支路并联所述电流转移支路，

正常通流时，电流通过真空开关主支路导通；开断故障电流时，所述电力电子器件导通，随后所述预充电电容和电感放电产生转移电流并经由所述电流进出路径叠加在主支路真空开关上，所述转移电流的方向同主支路真空开关导通的系统电流方向相反，流过主支路真空开关的电流逐渐减小最终为零，此后电流将流过耗能支路完成开断, 所述槽远离所述圆盘状导体结构的中心的一端离所述圆盘状导体结构的外缘具有预定距离, 当电流在相邻的真空灭弧室间转移时，电流转移的路径绕过导电板上的槽以增加电流转移的阻抗。

2.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，所述槽中心对称地分布于所述圆盘状导体结构。

3.根据权利要求2所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，所述真空灭弧室中心对称地分布于所述圆盘状导体结构。

4.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，所述圆盘状导体结构的中心具有通孔。

5.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，多个所述槽的尺寸和形状均相同。

6.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，所述电力电子器件为晶闸管。

7.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，所述耗能支路包括氧化锌避雷器。

8.根据权利要求1所述的一种电流转移式断路器，其特征在于，通过改变导电板上所开槽的形状、数目和布置方式调节真空断路器的动态均流能力。

说明书

电流转移式断路器

技术领域

[0001] 本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种电流转移式断路器。

背景技术

[0002] 随着社会经济的发展和现代化建设的推进，我国用电负荷逐年增长，电力系统容量也不断增大，因此需要大容量断路器来实现对电力系统的有效控制和可靠保护。大容量
断路器领域，目前主要是SF6断路器和真空断路器，由于SF6是强温室效应气体，现在已限制
其使用；真空断路器安全可靠，应用越来越广泛，但目前真空断路器存在大电流开断能力不
足的缺陷。为解决大容量、大电流场合下，单断口断路器额定通流和开断能力不足的问题，
可以采用并联开断方法。真空电弧有正的伏安特性，真空灭弧室并联可以共同承担额定电
流和短路电流，以达到开断大电流的目的。目前由于安装布置、材料特性等原因，各灭弧室
之间难以实现均流；也有人提出真空灭弧室串联电感再并联，以提高均流效果，但附加的电
感会增加系统阻抗和成本，影响系统输送能力。

[0003] 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种电流转移式断路器，提升大容量电流转移式断路器的动态并联均流特性，满足电力系统对大容量真空断路器的需求。

[0005] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 本发明的一种电流转移式断路器包括主支路真空开关、电流转移支路、耗能支路，其中，

[0007] 主支路真空开关，其包括真空断路器，所述真空断路器包括，

[0008] 导电板，其为圆盘状导体结构，其开设多个自中心向外辐射的槽，

[0009] 多个并联的真空灭弧室，其布置于所述导电板且所述真空灭弧室之间经由所述槽隔开，

[0010] 电流进出路径，其为圆筒状导体结构且连接所述导电板的外缘，

[0011] 电流转移支路，其并联于所述主支路真空开关，所述电流转移支路包括串联的预充电电容、电感和用于控制电流转移支路导通的电力电子器件，

[0012] 耗能支路并联所述电流转移支路，

[0013] 正常通流时，电流通过真空开关主支路导通；开断故障电流时，所述电力电子器件导通，随后所述预充电电容和电感放电产生转移电流并经由所述电流进出路径叠加在主支
路真空开关上，所述转移电流的方向同主支路真空开关导通的系统电流方向相反，流过主
支路真空开关的电流逐渐减小最终为零，此后电流将流过耗能支路完成开断。

[0014] 所述的一种电流转移式断路器中，所述槽中心对称地分布于所述圆盘状导体结构。

[0015] 所述的一种电流转移式断路器中，所述真空灭弧室中心对称地分布于所述圆盘状结构。

[0016] 所述的一种电流转移式断路器中，所述圆盘状导体结构的中心具有通孔。

[0017] 所述的一种电流转移式断路器中，多个所述槽的尺寸和形状均相同。

[0018] 所述的一种电流转移式断路器中，所述槽远离所述圆盘状导体结构的中心的一端离所述圆盘状导体结构的外缘具有预定距离。

[0019] 所述的一种电流转移式断路器中，所述电力电子器件为晶闸管。

[0020] 所述的一种电流转移式断路器中，所述耗能支路包括氧化锌避雷器。

[0021] 所述的一种电流转移式断路器中，当电流在相邻的真空灭弧室间转移时，电流转移的路径绕过导电板上的槽以增加电流转移的阻抗。

[0022] 所述的一种电流转移式断路器中，通过改变导电板上所开槽的形状、数目和布置方式调节真空断路器的动态均流能力。

[0023] 在上述技术方案中，本发明提供的一种电流转移式断路器，具有以下有益效果：本发明所述的一种电流转移式断路器中，圆筒状的电流进出路径和对称结构的真空灭弧室布
置方式，减小各灭弧室通路间的线路电感差异，增强了断路器的大电流开断能力；导电板上
的槽能够有效增加电流转移路径上的阻抗，提升断路器的动态并联均流特性；相较于真空
灭弧室串联电感的方法，在灭弧室导电板上开槽成本更低、不会增加额外的通流损耗、对系
统阻抗参数的影响更小。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一
些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0025] 图1是电流转移式断路器一个实施例的结构示意图；

[0026] 图2是电流转移式断路器一个实施例的真空断路器的结构示意图；

[0027] 图3是电流转移式断路器中没有开槽的断路器开断过程中电流在相邻灭弧室间转移情况的剖面示意图；

[0028] 图4是图2开槽的真空断路器开断过程中电流在相邻灭弧室间转移情况的剖面示意图。

具体实施方式

[0029] 为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方
式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属
于本发明保护的范围。

[0030] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领
域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明
保护的范围。

[0031] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0032] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0033] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。

[0034] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相
连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关
系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体
含义。

[0035] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它
们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。

[0036] 为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

[0037] 在一个实施例中，如图1至图4所示，电流转移式断路器包括主支路真空开关、电流转移支路、耗能支路5，其中，

[0038] 主支路真空开关1，其包括真空断路器，所述真空断路器包括，

[0039] 导电板7，其为圆盘状导体结构，其开设多个自中心向外辐射的槽9，

[0040] 多个并联的真空灭弧室8，其布置于所述导电板7且所述真空灭弧室8之间经由所述槽9隔开，

[0041] 电流进出路径6，其为圆筒状导体结构且连接所述导电板7的外缘，

[0042] 电流转移支路，其并联于所述主支路真空开关1，所述电流转移支路包括串联的预充电电容2、电感3和用于控制电流转移支路导通的电力电子器件4，

[0043] 耗能支路5并联所述电流转移支路，

[0044] 正常通流时，电流通过真空开关主支路导通；开断故障电流时，所述电力电子器件4导通，随后所述预充电电容和电感3放电产生转移电流并经由所述电流进出路径6叠加在
主支路真空开关1上，所述转移电流的方向同主支路真空开关1导通的系统电流方向相反，
流过主支路真空开关1的电流逐渐减小最终为零，此后电流将流过耗能支路5完成开断。

[0045] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述槽9中心对称地分布于所述圆盘状导体结构。

[0046] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述真空灭弧室8中心对称地分布于所述圆盘状结构。

[0047] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述圆盘状导体结构的中心具有通孔。

[0048] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，多个所述槽9的尺寸和形状均相同。

[0049] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述槽9远离所述圆盘状导体结构的中心的一端离所述圆盘状导体结构的外缘具有预定距离。

[0050] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述电力电子器件4为晶闸管。

[0051] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，所述耗能支路5包括氧化锌避雷器。

[0052] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，当电流在相邻的真空灭弧室8间转移时，电流转移的路径绕过导电板7上的槽9以增加电流转移的阻抗。

[0053] 所述的一种电流转移式断路器的优选实施例中，通过改变导电板7上所开槽9的形状、数目和布置方式调节真空断路器的动态均流能力。

[0054] 在一个实施例中，所述导电板7为两个对置的圆盘状导体，多个真空灭弧室8固定在导电板7间，两个导电板7分别与电流进出路径6直接相连。

[0055] 在一个实施例中，图1是电流转移式断路器的结构示意图。如图1所示，所述电流转移式断路器至少包括主支路真空开关1、电流转移支路、耗能支路；其中，主支路真空开关1
包含真空断路器、电流转移支路包含预充电电容2，电感3和控制转移支路导通的电力电子
器件4、耗能支路包含氧化锌避雷器。电流转移式断路器的工作过程是：正常通流时，电流通
过主支路真空开关1导通；开断故障电流时，控制转移支路的电力电子器件4导通，随后转移
支路电容2电感3放电产生转移电流并叠加在主支路上，由于转移电流的方向同主支路原来
导通的系统电流方向相反，流过主支路的电流逐渐减小最终为零，此后电流将流过耗能支
路5，最终完成开断。由于电流转移式断路器能够通过外加转移电流使得主支路电流过零，
因此，适用于大容量开断场合。

[0056] 参见图2，通过将电流进出路径6制成圆筒状，多个真空灭弧室8中心对称地分布在导电板7上，在并联灭弧室固定的导电板7上开结构对称的槽9，增加电流在真空灭弧室8间
转移的路径长度，增大电流转移路径上的阻抗，提升真空断路器的并联均流特性，从而增强
其大电流分断能力，其中，所述真空断路器1由多个真空灭弧室8并联组成；所述真空断路器
1包含电流进出路径6、真空灭弧室8、导电板7；所述真空断路器1的电流进出路径6制成圆筒
状，导电板7上开槽9。

[0057] 实施例中，采用相同型号的多个真空灭弧室8中心对称地分布在导电板7上，能有效减小各真空灭弧室8通路间的电感差异，电流进出路径6采用制成圆筒状的导体也有利于
真空灭弧室8的布置和电流分配，进一步在导电板7上开的槽9，能增加电流转移路径上的阻
抗，电流在真空灭弧室8间的相互转移有一定的阻碍作用，且所开的槽9形状相等均匀对称
地分布在真空灭弧室8间，能有效提升真空断路器1的并联均流特性。

[0058] 与传统的采用真空灭弧室串联电感来提升并联均流特性的方法相比，本发明采用在导电板7上开槽9的方法，既能减小成本，也能避免串联电感导致的系统参数的改变和导
通损耗；而且各灭弧室通路间的线路电感差异极小，能显著提高真空断路器1的额定通流能
力和短路开断能力。

[0059] 作为一种可实施的优选方案，所述电力电子器件4为晶闸管。

[0060] 晶闸管具有良好的控制性能，相较于IGBT等全控型器件，晶闸管有更大的通流能力和开断能力，更适合用于大容量场合，本发明所述断路器1是大容量电流转移式断路器，
既需要可控性也需要能应用在大容量场合，所以选用晶闸管。

[0061] 作为一种可实施的优选方案，所述真空断路器1的电流进出路径6为制成圆筒状的导体。

[0062] 作为一种可实施的优选方案，所述导电板7为圆盘状导体，导电板7与电流进出路径6直接相连，真空灭弧室8固定在导电板7间。

[0063] 作为一种可实施的优选方案，所述多个真空灭弧室8型号相同，中心对称地布置在导电板7上。

[0064] 作为一种可实施的优选方案，所述导电板7上开的槽9形状相同，结构对称，均匀分布在灭弧室8之间。

[0065] 为一种可实施的优选方案，所述真空断路器1开断电流的过程中，当电流在相邻灭弧室8间转移时，电流转移的路径将绕过导电板7上的槽9，增加了电流转移的阻抗。

[0066] 作为一种可实施的优选方案，所述真空断路器1的均流能力可以通过改变导电板7上所开槽9的形状、数目和布置方式来调节。合理的控制导电板7上的槽9的形状、数目和布
置方式可以改变电流转移路径上的阻抗，对电流转移起到调控作用，可以调节断路器1的并
联均流特性。

[0067] 图3的导电板上没有开槽的真空断路器的开断过程电流转移剖面示意图。如图3所示，真空断路器1开断故障电流时，由于各灭弧室8的操动机构动作时间不一致或者各灭弧
室8的电流导通路径的阻抗存在差异等其他相关因素导致的某一灭弧室8提前打开，图中以
下方灭弧室8提前打开为例。下方灭弧室8提前打开产生电弧，该灭弧室8的电流导通路径阻
抗增大，流过该灭弧室8的电流将向附近其他灭弧室转移，图中带箭头的曲线代表电流的转
移路径。由于导电板7上没有开槽且导电板7是良导体，电流转移将选取最短的路径，电流转
移路径上的阻抗较小，电流容易在灭弧室8间转移，断路器的并联均流特性不佳。这有可能
导致开断较晚的单个灭弧室8分担了其他灭弧室转移来的电流，使得该灭弧室承担的电流
过大，可能导致断路器开断失败。因此，有必要采取措施提升断路器的并联均流特性，为断
路器的大电流开断创造条件。

[0068] 图4是采用了圆筒状电流进出路径6，导电板7上开有形状相同对称分布的槽9，且多个真空灭弧室8中心对称地分布在导电板7上的真空断路器的开断过程电流转移剖面示
意图。由于采用同种型号的多个真空灭弧室8中心对称地布置在导电板7上，且导电板7上的
槽9均匀分布在各灭弧室8之间，使得各真空灭弧室8通路的线路阻抗一致性很好，在正常通
流和理想分断情况下，各真空灭弧室8将共同承担额定电流和开断任务，有利于发展大容量
大电流的真空断路器。如图4所示，仍以下方灭弧室8提前开断为例进行说明，由于导电板7
上开槽9，电流转移路径相较于图3所示路径显著增长，导致电流转移路径上的阻抗也随之
增大，阻碍了电流在真空灭弧室8之间的相互转移，因此各真空灭弧室8所承担的电流大小
差异不大，提升了真空断路器的并联均流特性，避免了由于均流效果不好导致的个别灭弧
室承担较大电流的情况，提高了真空断路器的大电流开断能力，也能延长断路器的使用寿
命。此外，相较于通过真空灭弧室8串联电感来提升均流特性的方法，该方法简单易行，不增
加额外的成本，也避免了串联电感导致的无功消耗和对系统阻抗的影响。

[0069] 通过采用相同型号的真空灭弧室，把电流进出路径制成圆筒状，在导电板上将多个真空灭弧室布置成中心对称的结构等方式以减小各灭弧室通路之间的线路电感差异，促
进电流在各灭弧室间的平均分配。此外，通过在导电板上开有形状相同、结构对称的槽，增
加电流在灭弧室间转移的路径长度，增大电流转移路径上的阻抗，提升真空断路器的动态
并联均流特性。本发明简单易行，能有效提升断路器的动态并联均流特性，有利于真空断路
器在大电流开断场合下的使用。

[0070] 工业实用性

[0071] 本发明所述的电流转移式断路器可以在电力中使用。

[0072] 最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的
所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

[0073] 以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所
描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明
权利要求保护范围的限制。