一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)為氣體火花開(kāi)關(guān)，包括高壓電極和地電極，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，使得噴射等離子體在開(kāi)關(guān)間隙中形成并不斷向前發(fā)展，當(dāng)?shù)入x子體的頭部與高壓電極之間剩余間隙不斷縮短導(dǎo)致電場(chǎng)嚴(yán)重畸變時(shí)，引起間隙放電，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。由于開(kāi)關(guān)間隙中等離子體的存在為間隙的放電提供了大量的初始電子，降低了間隙的絕緣強(qiáng)度，因此可以在自擊穿電壓5％～10％的極低工作系數(shù)下使開(kāi)關(guān)快速觸發(fā)放電。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)快速旁路開(kāi)關(guān)制造領(lǐng)域，特別涉及一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]快速旁路開(kāi)關(guān)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)斷速度快等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)故障限流、串聯(lián)補(bǔ)償電容保護(hù)間隙、直流斷路器等諸多場(chǎng)合。隨著高壓大容量輸電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，為保證重要負(fù)荷的供電可靠性，要求旁路開(kāi)關(guān)能在發(fā)生故障后的極短時(shí)間內(nèi)迅速動(dòng)作。
[0003]目前，電力系統(tǒng)中旁路開(kāi)關(guān)通常采用機(jī)械切換開(kāi)關(guān)，其典型切換時(shí)間為數(shù)秒到數(shù)十秒之間，切換速度不甚理想，不能滿(mǎn)足其快速動(dòng)作的要求。當(dāng)采用氣體火花開(kāi)關(guān)作為旁路開(kāi)關(guān)時(shí)，由于通常采用電脈沖觸發(fā)，其有效的工作系數(shù)范圍為60%~85%，如果電壓繼續(xù)降低，則開(kāi)關(guān)不能可靠觸發(fā)導(dǎo)通，因而當(dāng)故障發(fā)生在交流電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)，開(kāi)關(guān)不能可靠動(dòng)作，無(wú)法對(duì)此故障快速反應(yīng)。因此，現(xiàn)有的旁路開(kāi)關(guān)不能滿(mǎn)足其在低工作系數(shù)下也能快速觸發(fā)導(dǎo)通的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0005]一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)為氣體火花開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)包括高壓電極和地電極，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，使得噴射等離子體在開(kāi)關(guān)間隙中形成并不斷向前發(fā)展，當(dāng)?shù)入x子體的頭部與高壓電極之間剩余間隙不斷縮短導(dǎo)致電場(chǎng)嚴(yán)重畸變時(shí)，引起間隙放電，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。
[0006]對(duì)于本發(fā)明而言，該旁路開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，實(shí)現(xiàn)極低工作系數(shù)下開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。該旁路開(kāi)關(guān)屬于氣體火花開(kāi)關(guān)，因此比傳統(tǒng)的機(jī)械切換開(kāi)關(guān)有更快的動(dòng)作時(shí)間，典型動(dòng)作時(shí)間約在幾微秒到數(shù)十微妙之間；同時(shí)，由于采用噴射等離子體輔助觸發(fā)技術(shù)，可以保證開(kāi)關(guān)在自擊穿電壓5%~10%的極低工作系數(shù)下可靠動(dòng)作，能夠?qū)μ厥馇闆r下的故障進(jìn)行快速反應(yīng)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0008]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所示的旁路開(kāi)關(guān)的整體裝配圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所示的旁路開(kāi)關(guān)內(nèi)部的等離子體噴射裝置裝配圖。
[0010] 圖中，1.開(kāi)關(guān)外殼的上蓋，2.開(kāi)關(guān)外殼的下蓋，3.聞壓電極，4.地電極,5.等尚子體噴射裝置，6.高壓電極套管，7.高壓電極套管密封槽，8.高壓電極連接桿，9.高壓電極連接桿密封槽，10.針電極套管，11.針電極套管密封槽，12.針電極連接桿，13.針電極連接桿密封槽，14.針電極，15.高分子化合物絕緣環(huán)，16.開(kāi)關(guān)外殼密封槽，17.氣嘴螺孔，18.地電極連接桿，19.不銹鋼螺栓。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下，結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明一種極低工作系數(shù)下快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)為氣體火花開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)包括高壓電極和地電極，所述開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，使得噴射等離子體在開(kāi)關(guān)間隙中形成并不斷向前發(fā)展，當(dāng)?shù)入x子體的頭部與高壓電極之間剩余間隙不斷縮短導(dǎo)致電場(chǎng)嚴(yán)重畸變時(shí)，引起間隙放電，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。
[0013]對(duì)于該實(shí)施例而言，該旁路開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，實(shí)現(xiàn)極低工作系數(shù)下開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。該旁路開(kāi)關(guān)屬于氣體火花開(kāi)關(guān)，因此比傳統(tǒng)的機(jī)械切換開(kāi)關(guān)有更快的動(dòng)作時(shí)間，典型動(dòng)作時(shí)間約在幾微秒到數(shù)十微妙之間；同時(shí)，由于采用噴射等離子體輔助觸發(fā)技術(shù)，可以保證開(kāi)關(guān)在自擊穿電壓5%~10%的極低工作系數(shù)下可靠動(dòng)作，能夠?qū)μ厥馇闆r下的故障進(jìn)行快速反應(yīng)。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述地電極的內(nèi)部嵌入一個(gè)等離子體噴射裝置；所述噴射裝置包括至少一個(gè)具有噴孔的微型放電腔，所述裝置通過(guò)所述噴孔在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中。
[0015]就該實(shí)施例而言，通過(guò)在地電極內(nèi)部嵌入一個(gè)等離子體噴射裝置，在觸發(fā)條件下可以產(chǎn)生噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，為開(kāi)關(guān)間隙的放電提供大量的初始電子，降低了間隙的絕緣強(qiáng)度，因此可以在極低的工作系數(shù)下使開(kāi)關(guān)快速觸發(fā)放電。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中:
[0017]所述放電腔包括上下接觸的兩層，所述噴孔位于上層，上層為板電極，下層為圓筒形高分子化合物絕緣環(huán)且下層密封安裝有正對(duì)噴孔的針電極；
[0018]所述噴射裝置通過(guò)在針電極處施加觸發(fā)電壓使得微型放電腔內(nèi)發(fā)生火花放電產(chǎn)生帶電粒子，并在所述放電腔內(nèi)瞬間升高的氣壓作用下，從放電腔的噴孔處噴射等離子體。
[0019]對(duì)于該實(shí)施例，其通過(guò)在微型放電腔中設(shè)計(jì)上層和與其接觸的下層以及針電極來(lái)產(chǎn)生噴射等離子體。放電腔內(nèi)放電沿著針電極和板電極之間絕緣環(huán)表面進(jìn)行，由于該微型放電腔內(nèi)的火花放電，使得其中釋放出大量氣體分子，導(dǎo)致放電腔內(nèi)氣壓急劇升高，在氣壓的作用下將等離子體帶離放電腔，形成噴射等離子體，從而實(shí)現(xiàn)自激勵(lì)的、不需要外部吹氣的簡(jiǎn)化等離子體噴射裝置。此外，如果空間允許，所述噴射等離子體還能夠在附加的局部增強(qiáng)的電場(chǎng)的作用下，進(jìn)一步加速所述等離子體的噴射速度。這樣的話，與前述實(shí)施例相比，由于增加了附加的電場(chǎng)的約束能力，從而加速了等離子體的噴射速度。
[0020]優(yōu)選的，所述上下兩層通過(guò)金屬螺栓緊固。
[0021]優(yōu)選的，在另一個(gè)實(shí)施例中，板電極呈圓板形結(jié)構(gòu)。容易理解的，板電極也可以是其他正多邊形。
[0022] 更優(yōu)選的，在所述板電極的幾何中心處開(kāi)設(shè)所述噴孔。更優(yōu)選的，所述噴孔為圓臺(tái)形的。更優(yōu)選的，所述圓臺(tái)靠近板電極表面一側(cè)直徑小，靠近針電極一側(cè)直徑大。更優(yōu)選的，所述圓臺(tái)的母線和下底面成45度角。
[0023]此外，靠近板電極外側(cè)可以均勻分布若干螺孔或其他連接形式的孔位，以便和高分子化合物絕緣環(huán)相連。如果為螺孔，相對(duì)應(yīng)的，所述的高分子化合物絕緣環(huán)靠近外側(cè)則均勻分布有若干相對(duì)應(yīng)螺孔，并通過(guò)沉頭螺栓將高分子化合物絕緣環(huán)與板電極緊固在一起。絕緣環(huán)中心則為所述微型放電腔，且所述放電腔為圓筒形微型放電腔，放電腔下部用于密封安裝針電極。
[0024]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置的氣體介質(zhì)為如下三種氣體中任一或者其任意混合:空氣、N2, SF6。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置的氣體介質(zhì)為如下三種氣體中任一或者其任意混合:空氣(以純凈的空氣為佳)、N2、SF6。任意混合可以是其中兩兩混合，也可以是三者混合，也可以是不同混合比例。進(jìn)一步的，所述裝置可以工作在常壓(指氣壓)環(huán)境，也可以工作在高壓環(huán)境。典型的，氣壓范圍在0.1MPa~0.6MPa。
[0025]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述高壓電極與直流或交流高壓相連。即，該實(shí)施例可工作于直流或交流高壓環(huán)境下。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述高壓電極、地電極和針電極選用黃銅金屬材料，絕緣環(huán)選用聚四氟乙烯或聚酰亞胺或其他高分子絕緣材料。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)還包括不銹鋼金屬外殼，所述地電極與不銹鋼金屬外殼相連并直接接地，所述針電極用于施加觸發(fā)電壓脈沖。顯然，該實(shí)施例意在限定開(kāi)關(guān)的外殼及其與地電極的連接，以及針電極上施加電壓的類(lèi)型。所述開(kāi)關(guān)的外絕緣適用于常壓或高氣壓的空氣或SF6等氣體介質(zhì)，置于周?chē)諝庵袝r(shí)直流耐壓可達(dá)200kV。施加觸發(fā)電壓脈沖至針電極時(shí)，引起噴射裝置內(nèi)火花放電，產(chǎn)生大量帶電粒子，并在放電腔內(nèi)氣壓的作用下由板電極的噴孔注入到開(kāi)關(guān)間隙中，形成噴射等離子體。
[0028]在另一個(gè)實(shí)施例中，則示例了外殼以及高壓電極、地電極、針電極的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)特征:
[0029]所述開(kāi)關(guān)還包括一高壓電極套管、一針電極套管，所述高壓電極套管中貫穿一高壓電極連接桿，所述針電極套管中貫穿一針電極連接桿；
[0030]所述外殼包括上蓋和下蓋，所述上蓋包括一上蓋通孔，所述下蓋包括一下蓋通孔；
[0031]所述上蓋和下蓋通過(guò)開(kāi)關(guān)外殼密封槽被密封在一起，且所述上蓋和下蓋還在所述開(kāi)關(guān)外殼密封槽處通過(guò)螺栓被緊固；
[0032]所述高壓電極與地電極位于所述外殼中，所述高壓電極靠近上蓋，所述地電極靠近下蓋，且位于所述外殼中的地電極通過(guò)螺紋柱固定在所述下蓋的內(nèi)表面，且:
[0033](I)所述高壓電極套管通過(guò)所述上蓋通孔與所述高壓電極相連接，所述高壓電極連接桿與所述高壓電極相連接，所述高壓電極通過(guò)高壓電極連接桿與外部的高壓相連，并通過(guò)高壓電極套管固定在所述上蓋并與外殼絕緣；
[0034]所述高壓電極套管與外殼的上蓋之間通過(guò)高壓電極套管密封槽進(jìn)行密封，所述高壓電極套管與高壓電極連接桿之間通過(guò)高壓電極連接桿密封槽進(jìn)行密封；
[0035](2)所述針電極套管通過(guò)所述下蓋通孔與伸入所述地電極，所述針電極連接桿與所述針電極相連接，所述針電極通過(guò)針電極連接桿與外部的觸發(fā)電壓相連，并通過(guò)針電極套管固定在所述下蓋并與外殼絕緣；[0036]所述針電極套管與外殼的下蓋之間通過(guò)針電極套管密封槽進(jìn)行密封，所述針電極套管與針電極連接桿之間通過(guò)針電極連接桿密封槽進(jìn)行密封。
[0037]如圖1、2所示，該旁路開(kāi)關(guān)包括通過(guò)螺栓(19)緊固的不銹鋼外殼上蓋(I)和下蓋
(2)、外殼密封槽(16)以及裝配在內(nèi)部的高壓電極(3)、地電極(4)和針電極(14)。
[0038]優(yōu)選的，高壓電極呈圓板型結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺紋與高壓電極連接桿(8)裝配，然后經(jīng)高壓電極套管(6)固定在開(kāi)關(guān)外殼并與外殼絕緣；套管與外殼、連接桿間分別通過(guò)密封槽(7)和(9)進(jìn)行密封。
[0039]所述的地電極通過(guò)螺紋直接與開(kāi)關(guān)外殼下蓋固定；在地電極中心嵌入一個(gè)等離子體噴射裝置(5)。
[0040]所述的等離子體噴射裝置分上、下兩層，上層為板電極(4)，中心開(kāi)有圓臺(tái)形噴孔，下層為高分子化合物絕緣環(huán)(15)，通過(guò)螺紋與板電極連接；針電極(14)通過(guò)螺紋與絕緣環(huán)固定，其尖端與板電極下表面、以及絕緣環(huán)內(nèi)表面構(gòu)成微型放電腔；
[0041]所述的針電極通過(guò)針電極連接桿(12)與外部觸發(fā)電壓相連，并通過(guò)套管(10)固定在開(kāi)關(guān)外殼下蓋并與外殼絕緣；套管與外殼、連接桿間分別通過(guò)密封槽(11)和(13)進(jìn)行密封。
[0042]此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)還包括氣嘴螺孔(17)，用于安裝氣嘴，對(duì)開(kāi)關(guān)內(nèi)部充氣，以控制開(kāi)關(guān)內(nèi)部的氣壓；
[0043]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)還包括地電極連接桿(18)，其作為開(kāi)關(guān)地電極和外殼的接地端，與外部地線相連。
[0044]此外，在另一個(gè)實(shí)施例中，就地電極的延伸結(jié)構(gòu)而言，對(duì)于地電極中的等離子體噴射裝置:其噴孔、微型放電腔、針電極的數(shù)量可任意增減，對(duì)應(yīng)的放電通道形成數(shù)目也隨之改變，相對(duì)應(yīng)的，絕緣環(huán)的數(shù)量也可任意增減。
[0045]本發(fā)明給出的上述實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，但并不用于限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，凡是本發(fā)明技術(shù)方案所限定的內(nèi)容均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0046] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種快速動(dòng)作的旁路開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)為氣體火花開(kāi)關(guān)，包括高壓電極和地電極，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)通過(guò)在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中，使得噴射等離子體在開(kāi)關(guān)間隙中形成并不斷向前發(fā)展，當(dāng)?shù)入x子體的頭部與高壓電極之間剩余間隙不斷縮短導(dǎo)致電場(chǎng)嚴(yán)重畸變時(shí)，引起間隙放電，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的快速觸發(fā)導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于: 所述地電極的內(nèi)部嵌入一個(gè)等離子體噴射裝置； 所述噴射裝置包括至少一個(gè)具有噴孔的微型放電腔，所述裝置通過(guò)所述噴孔在地電極表面形成噴射等離子體并注入到開(kāi)關(guān)間隙中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于: 所述放電腔包括上下接觸的兩層，所述噴孔位于上層，上層為板電極，下層為圓筒形高分子化合物絕緣環(huán)且下層密封安裝有正對(duì)噴孔的針電極； 所述噴射裝置通過(guò)在針電極處施加觸發(fā)電壓使得微型放電腔內(nèi)發(fā)生火花放電產(chǎn)生帶電粒子，并在所述放電腔內(nèi)瞬間升高的氣壓作用下，從放電腔的噴孔處噴射等離子體。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述噴孔處為一圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，所述圓臺(tái)靠近板電極表面一側(cè)直徑小，靠近針電極一側(cè)直徑大。
5.根據(jù)權(quán)利要求 2所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述裝置的氣體介質(zhì)為如下三種氣體中任一或者其任意混合:空氣、N2、SF6。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述高壓電極與直流或交流高壓相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述高壓電極、地電極和針電極選用黃銅金屬材料，絕緣環(huán)選用聚四氟乙烯或聚酰亞胺或其他高分子絕緣材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:所述開(kāi)關(guān)還包括不銹鋼金屬外殼，所述地電極與不銹鋼金屬外殼相連并直接接地，所述針電極用于施加觸發(fā)電壓脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于:優(yōu)選的，所述圓臺(tái)的母線和下底面成45度角。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開(kāi)關(guān)，其特征在于: 所述開(kāi)關(guān)還包括一高壓電極套管、一針電極套管，所述高壓電極套管中貫穿一高壓電極連接桿，所述針電極套管中貫穿一針電極連接桿； 所述外殼包括上蓋和下蓋，所述上蓋包括一上蓋通孔，所述下蓋包括一下蓋通孔； 所述上蓋和下蓋通過(guò)開(kāi)關(guān)外殼密封槽被密封在一起，且所述上蓋和下蓋還在所述開(kāi)關(guān)外殼密封槽處通過(guò)螺栓被緊固； 所述高壓電極與地電極位于所述外殼中，所述高壓電極靠近上蓋，所述地電極靠近下蓋，且位于所述外殼中的地電極通過(guò)螺紋柱固定在所述下蓋的內(nèi)表面，且: (1)所述高壓電極套管通過(guò)所述上蓋通孔與所述高壓電極相連接，所述高壓電極連接桿與所述高壓電極相連接，所述高壓電極通過(guò)高壓電極連接桿與外部的高壓相連，并通過(guò)高壓電極套管固定在所述上蓋并與外殼絕緣； 所述高壓電極套管與外殼的上蓋之間通過(guò)高壓電極套管密封槽進(jìn)行密封，所述高壓電極套管與高壓電極連接桿之間通過(guò)高壓電極連接桿密封槽進(jìn)行密封； (2)所述針電極套管通過(guò)所述下蓋通孔與伸入所述地電極，所述針電極連接桿與所述針電極相連接，所述針電極通過(guò)針電極連接桿與外部的觸發(fā)電壓相連，并通過(guò)針電極套管固定在所述下蓋并與外殼絕緣； 所述針電極套管與外殼的下蓋之間通過(guò)針電極套管密封槽進(jìn)行密封，所述針電極套管與針電極連接桿之間通過(guò)針電極連接桿密封槽進(jìn)行密封。
【文檔編號(hào)】H01T2/02GK104022442SQ201410225642
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】劉軒東, 劉善紅, 張喬根, 鐵維昊 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)