專利名稱：用帶斷路器和熔斷器的裝置進(jìn)行自保護(hù)的浸沒式變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電變壓器，其繞組和磁路浸沒在裝在箱中的介電液體或氣體中，并設(shè)有保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置設(shè)計(jì)用來限制變壓器內(nèi)部工作不良的影響。
文獻(xiàn)FR-A-2,712,730描述了這種類型的浸在油箱中的三相變壓器，它的保護(hù)裝置包括每相都有位于一個(gè)各電源相和變壓器相應(yīng)的初級(jí)繞組之間的保護(hù)熔斷器，以及位于熔斷器和相應(yīng)變壓器相間的三相斷路開關(guān)。脫扣裝置根據(jù)傳感器的信號(hào)，打開斷路開關(guān)。該傳感器感應(yīng)代表介電液體性質(zhì)的至少一個(gè)參數(shù)的變化。測量的參數(shù)為介質(zhì)體壓力，其構(gòu)成了變壓器電路內(nèi)部局部工作不良的指示，例如，繞組電絕緣的觸針點(diǎn)失效，而這會(huì)惡化成為熱點(diǎn)，這種情況表現(xiàn)為初級(jí)繞組供應(yīng)電流的很低的過電流。設(shè)計(jì)熔斷器來減小變壓器內(nèi)阻抗故障造成的破壞，包括電阻大幅下降。為提供最佳保護(hù)，在每相上至少裝有兩個(gè)串聯(lián)的熔斷器，具有錯(cuò)開的斷路閾值一個(gè)熔斷器的時(shí)間常數(shù)非常小，對(duì)超過變壓器額定電流6倍的特高電流敏感；另一個(gè)熔斷器的時(shí)間常數(shù)較大，敏感于對(duì)應(yīng)3～5倍額定電流的過載。這種組件設(shè)計(jì)成，如果其工作以中斷變壓器初級(jí)繞組的電源，那么，只有由專業(yè)人員專門地拆開箱才能重新建立起供電。這就是為什么斷路開關(guān)不能重新置位，而且要和熔斷器一起浸在箱中的原因。上述考慮的結(jié)構(gòu)來源于這樣的一種想法保護(hù)裝置的任何脫扣一定對(duì)應(yīng)變壓器內(nèi)部工作不良，而不會(huì)是外部事故。由于發(fā)生的外部故障，尤其是在負(fù)載側(cè)設(shè)備中，而去維修完好的變壓器，這實(shí)際上是無法令人接受的。于是，對(duì)于變壓器外部的電氣故障，就要提供一些裝置進(jìn)行選擇。經(jīng)驗(yàn)表明，在實(shí)踐中，保護(hù)裝置的熔斷器有意外熔化的危險(xiǎn)，尤其是熔斷器工作在低過流范圍。另外，在小的過電流時(shí)，例如稍低于3倍的變電器額定強(qiáng)度，保護(hù)裝置低熔化電流的浸沒的熔斷器在其浸沒的環(huán)境中引起不允許的溫升，但不會(huì)熔化而中斷電流。于是產(chǎn)生了嚴(yán)重的失效，而與安裝熔斷器的初衷相違背。再者，熔斷器變熱使其過早地老化，而隨著時(shí)間的推移增加了工作不良的危險(xiǎn)。
文獻(xiàn)EP-A-0,468,299還描述了一種浸在油中的三相變壓器，每個(gè)初級(jí)相都聯(lián)有保護(hù)裝置，該保護(hù)裝置包括串聯(lián)聯(lián)接相關(guān)初級(jí)相繞組的單相斷路器，該斷路器由對(duì)流過其中的電流敏感的過載脫扣裝置控制；以及額定電流強(qiáng)度至少是變壓器額定相電流強(qiáng)度5倍以上，最好是10或20倍以上的熔斷器。這種規(guī)格將熔斷器的工作范圍限制在變壓器的初級(jí)短路，而包括由于變壓器次級(jí)側(cè)短路造成的初級(jí)過電流等其他電氣事故由斷路器考慮。熔斷器的存在能選擇性能低因而便宜的電路器，尤其斷路容量較低的斷路器。
然而，這種裝置安裝在變壓器外，導(dǎo)致整體尺寸大而且現(xiàn)場安裝復(fù)雜。尤其是，要在斷路器的線路側(cè)和負(fù)載側(cè)的連接件間留有很大的空氣旁路距離，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生初級(jí)短路時(shí)，會(huì)在斷路器中流過非常大的電流。變壓器箱外面大量的連接件很難控制其絕緣，因而產(chǎn)生了另外的失效危險(xiǎn)。
下面的事實(shí)進(jìn)一步突出了這個(gè)問題，即該裝置對(duì)于熔斷器線路側(cè)的短路，尤其是在斷路器和熔斷器間電連接產(chǎn)生的短路不起作用。熔斷器實(shí)際上串聯(lián)連接在斷路器和變壓器之間，控制斷路器脫扣的電流傳感器位于熔斷器的負(fù)載側(cè)。斷路器和熔斷器間發(fā)生短路時(shí)的故障電流流過斷路器，其強(qiáng)度超過斷開容量，使斷路器不能中斷電路。這種故障導(dǎo)致在電源系統(tǒng)線路側(cè)節(jié)點(diǎn)的層次上斷開，損害了整體利用率。
另外，該裝置不能使連接到變壓器初級(jí)各相的三個(gè)斷路器同時(shí)脫扣。于是，在某些情況下由于故障發(fā)生部分脫扣，而在未斷開相中有泄露電流，其低于斷路器脫開電流或者產(chǎn)生了大的延遲才斷開，有害于初級(jí)電路(爆炸的危險(xiǎn))和/或整個(gè)設(shè)備(不能選擇電源分站)。
文獻(xiàn)US-A-4,323,871描述了一種電路保護(hù)器，并不專用于變壓器的保護(hù)，其包括電路斷路器和熔斷器，整個(gè)系統(tǒng)浸在裝滿油的箱中。斷路器設(shè)計(jì)用來中斷低故障電流，而熔斷器中斷高故障電流。該電路斷路器的單相型式包括一傳統(tǒng)的真空盒，具有靜觸頭裝置和在盒的柱體上平動(dòng)的動(dòng)觸頭裝置。動(dòng)觸頭裝置包括一桿，動(dòng)態(tài)連接到有打開彈簧的開關(guān)機(jī)構(gòu)上。該機(jī)構(gòu)包括一操作桿，用于通過箱體手動(dòng)斷開和閉合，還包括一凸輪形的打開鎖，被柔性地推到靜止位置。帶有雙金屬片的U形脫扣裝置與凸輪共同工作，將凸輪保持在工作位置，這時(shí)，將開關(guān)機(jī)構(gòu)鎖在閉合位置。流經(jīng)盒的電流流過雙金屬片。一旦發(fā)生故障電流，雙金屬片彎曲而釋放凸輪，然后放開作用在打開彈簧上的打開棘爪而使開關(guān)機(jī)構(gòu)打開。將三個(gè)單相斷路器并列起來可得出三相斷路器。這些單相開關(guān)機(jī)構(gòu)機(jī)械地彼此連接起來，一方面是在打開棘爪處，一方面是在操作杠桿處，從而形成了在電氣故障和手動(dòng)控制時(shí)都能同時(shí)或幾乎同時(shí)開關(guān)斷路器三個(gè)極的單一機(jī)構(gòu)。在這些裝置中，各相的雙金屬片串聯(lián)連接在套管和相應(yīng)真空盒之間，相電流流過雙金屬片。因?yàn)殡p金屬片構(gòu)成了直接浸入油中的未經(jīng)保護(hù)的動(dòng)導(dǎo)體，所以雙金屬片的設(shè)置引入額外的電氣故障危險(xiǎn)。另外，由于結(jié)構(gòu)原因，雙金屬片直接放在其控制的斷路器的上游或下游側(cè)。因此，無法考慮套管處或套管和斷路器之間的短路。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，特別是以低成本并在傳統(tǒng)浸沒式變壓器箱的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度安全的整體保護(hù)，在低過電流時(shí)仍然有效而防止出現(xiàn)熔斷裝置中發(fā)生有害熔化的危險(xiǎn)。
更一般地說，本發(fā)明的目的是提出一種低成本、小體積的變壓器，其具有操作可靠的整體保護(hù)裝置，能夠處理內(nèi)部故障和次級(jí)端子處的故障。我們?cè)倩叵胍幌?，系統(tǒng)的操作安全要求在于要同時(shí)考慮下面的情形系統(tǒng)安全，即防止突發(fā)性事件發(fā)生的能力；其本身可靠性，即在給定時(shí)間內(nèi)不失效的可能性；有效性，即在給定時(shí)刻工作的可能性；依賴于系統(tǒng)的可靠性和可維修性，可維修性是系統(tǒng)在給定時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行維修的可能性。在這種具體情形下，安全要求是指所有能引起箱爆炸的內(nèi)部變壓器故障使變壓器從電路斷開。可靠性要求具體地是指保護(hù)裝置本身的存在不會(huì)產(chǎn)生任何額外的失效危險(xiǎn)。有效性和可維修性要求是指在處理要求對(duì)變壓器進(jìn)行大型維修的內(nèi)部故障以及處理發(fā)生在變壓器外面次級(jí)電路上而必須將維修減到最小的故障時(shí)，良好的選擇性。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這些目的是由一種三相電變壓器實(shí)現(xiàn)的，其包括裝有液體或氣體介電體的箱；三相初級(jí)電路和三相次級(jí)電路，二者均包括浸沒在介電體中的繞組，初級(jí)電路的各相經(jīng)絕緣套管進(jìn)入箱中；保護(hù)裝置，包括至少兩個(gè)浸沒在介電體中的熔斷器，在變壓器初級(jí)電路相上串聯(lián)連接在絕緣套管和初級(jí)電路繞組之間，具有足夠的斷路容量，以在初級(jí)電路出現(xiàn)三相短路時(shí)能斷開相應(yīng)的相，多極斷路器，對(duì)于裝有一個(gè)熔斷器的各相，包括電極，浸沒在介電體中，在所述相上串聯(lián)連接在相應(yīng)的熔斷器和繞組之間，各電極包括觸頭裝置，相對(duì)地取接觸位置和分開位置，在接觸位置能保證電流通過，該斷路器還包括所有電極共用的打開機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)用來將觸頭裝置從接觸位置移到分開位置，脫扣裝置，與斷路器的打開機(jī)構(gòu)相連，包括過載脫扣器，熔斷器、斷路器和脫扣裝置這樣連接，即在對(duì)應(yīng)于次級(jí)電路端子處短路的條件下，斷路器的觸頭裝置分開并中斷電流，而熔斷器沒有開始熔化；流進(jìn)各熔斷器的電流強(qiáng)度有一個(gè)閥值，該閥值低于斷路器相應(yīng)電極的斷路容量，高于該閥值，在過載脫扣器發(fā)出觸頭裝置分開的命令能使觸頭分開前，熔斷器熔化。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，上述目的是由單相電變壓器實(shí)現(xiàn)的，其包括裝有液體或氣體介電體的箱；初級(jí)電路和次級(jí)電路，均含有浸在介電體中的一個(gè)或多個(gè)繞組，初級(jí)電路的相經(jīng)絕緣套管進(jìn)到箱中；保護(hù)裝置，包括至少一個(gè)浸沒在介電體中的熔斷器，在變壓器初級(jí)電路相上串聯(lián)連接在絕緣套管和初級(jí)電路一個(gè)或多個(gè)繞組間，具有足夠的斷路容量，在初級(jí)電路短路時(shí)能斷開相應(yīng)的相，斷路器，包括浸沒在介電體中的電極，串聯(lián)連接在熔斷器和繞組間，其具有觸頭裝置，能相對(duì)取保證電流流過的接觸位置和分開位置，斷路器還包括一打開機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)用來將觸頭裝置從接觸位置移動(dòng)到分開位置，脫扣裝置，與斷路器打開機(jī)構(gòu)相聯(lián)，包括一過載脫扣器，熔斷器、斷路器和脫扣裝置這樣聯(lián)接，即在對(duì)應(yīng)次級(jí)電路端子短路的條件下，斷路器的觸頭裝置分開并中斷電流，而熔斷器沒有開始熔化；流入熔斷器的電流強(qiáng)度具有閥值，該閥值低于相應(yīng)的斷路器電極的斷路容量，在該閥值之上，在過載脫扣器發(fā)出的觸頭裝置分開命令能使觸頭分開前，熔斷器熔化。
下面的發(fā)展更具體地集中在三相組件上，除非特別指出，也用于單相變壓器。
保護(hù)裝置中使用斷路器能在次級(jí)電路發(fā)生故障時(shí)限制無效性。消除了故障原因后，只需重新閉合斷路器，該操作只需在現(xiàn)場進(jìn)行簡單的操作，如果斷路器配有電閉合遙控，還能通過遙控實(shí)現(xiàn)。同時(shí)打開斷路器所有電極能夠避免變壓器部分?jǐn)嚅_的危險(xiǎn)，即不足數(shù)量相的斷開，而使一個(gè)初級(jí)電路的電流環(huán)路閉合。
因?yàn)閿嗦菲麟姌O和熔斷器浸沒在斷路器箱中，可以提供廠裝單元，減少了現(xiàn)場安裝，而且顯著地減小了保護(hù)裝置產(chǎn)生的失效危險(xiǎn)。斷路器熔斷器線路側(cè)的結(jié)構(gòu)能使使用斷路器而引入的電氣故障得到處理。
打開機(jī)構(gòu)部分浸入提供了抗腐蝕保護(hù)和潤滑，從老化的觀點(diǎn)來說，這樣是有利的。因此提高了整體的可靠性。
能安裝尺寸很小的電極，一方面由于斷路器要求低斷路性能，另一方面由于浸在介電體中，減小了斷路器的旁路距離，即線路側(cè)和負(fù)載側(cè)連接件間的距離。
具體地考慮三相變壓器，應(yīng)注意，熔斷器和斷路器電極能理想地裝在各相上，不過，如果相對(duì)變壓器電源保護(hù)裝置線路側(cè)失去選擇性在接地故障時(shí)能允許的話，可以只有三相的兩相中設(shè)置熔斷器和斷路器電極，其足夠中斷整個(gè)初級(jí)電路中的電流，并減少了成本。
優(yōu)選地，過載脫扣器包括至少一個(gè)測量流進(jìn)變壓器初級(jí)電路相的電流強(qiáng)度的裝置。實(shí)際上，該傳感器為電流變壓器。這種結(jié)構(gòu)能保證箱中相、地間位于熔斷器和斷路器相應(yīng)電極間的位置處的短路，能被脫扣裝置發(fā)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)變壓器完全分開。其中的短路會(huì)導(dǎo)致熔斷器熔化。尤其優(yōu)選地，測量裝置測量流過熔斷器線路側(cè)位置處的電流，最好在箱外，套管的線路側(cè)。于是保證了箱內(nèi)故障，包括套管處或與熔斷器的連接處的故障，能由傳感器發(fā)現(xiàn)，而導(dǎo)致斷路器打開。為防止由于箱外故障而脫扣的情況，指出要盡量靠近套管選擇測量點(diǎn)。一個(gè)特別有利的選擇是把電流變壓器螺線管置于套管在箱外的部分上，或其緊鄰處。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，熔斷器或多個(gè)熔斷器為細(xì)長狀，兩個(gè)導(dǎo)電端設(shè)計(jì)用于將線路側(cè)連接在套管側(cè)和將負(fù)載側(cè)連接在斷路器側(cè)，位于外表面絕緣的中部的各側(cè)，對(duì)于配有熔斷器的各相，位于絕緣套管和熔斷器中部絕緣外表面之間的導(dǎo)電件被完全絕緣地封裝。套管和熔斷器間的電接合處實(shí)際上只是沒有受到熔斷器和斷路器聯(lián)接保護(hù)的安裝位置。因此，就設(shè)備的安全而言，這是一個(gè)薄弱點(diǎn)。由此，完全絕緣提供了不出現(xiàn)故障的良好保證。另一個(gè)方案是，熔斷器或多個(gè)熔斷器為細(xì)長狀，兩個(gè)導(dǎo)電端設(shè)計(jì)用于將線路側(cè)連接在套管側(cè)和將負(fù)載側(cè)連接在斷路器側(cè)，位于外表面由絕緣體構(gòu)成的中部各側(cè)，對(duì)于配有熔斷器的各相，熔斷器構(gòu)成了帶套管的單件子組件，該子組件的外表面位于箱內(nèi)的部分包括套管、線路側(cè)導(dǎo)電端和熔斷器中部，由一個(gè)或多個(gè)形成無中斷的完全絕緣的完全絕緣體構(gòu)成。于是，消除了箱內(nèi)熔斷器線路側(cè)初級(jí)短路的任何危險(xiǎn)，以及導(dǎo)致箱爆炸的故障的危險(xiǎn)。
為增強(qiáng)內(nèi)部故障的保護(hù)，最好脫扣裝置還包括脫扣器，當(dāng)至少一個(gè)代表所述介電體狀態(tài)的參數(shù)超過設(shè)定的閥值時(shí)，命令打開斷路器。實(shí)際上，可以得到介電體狀態(tài)的不同的物理參數(shù)液體壓力、溫度、箱中的液位，以及在箱中氣體的存在，這使介電體或完全絕緣體的氣體擊穿被檢測到，例如通過一個(gè)變壓器繞組中匝間的低能電弧。優(yōu)選地，根據(jù)次級(jí)電路(次級(jí)電流)或初級(jí)電路(一個(gè)或多個(gè)熔斷器的熔化)的某些特征，提供斷路器的脫扣。
作為變壓器初級(jí)上電流傳感器的替換方案或與其結(jié)合使用，過載脫扣器包括至少一個(gè)測量裝置，用于測量流入變壓器次級(jí)電路相的電流強(qiáng)度。由于變壓器磁路可能的飽和，并不能總是令人滿意地從初級(jí)電路中提取斷路器脫扣信息。實(shí)際中，可以設(shè)置電流傳感器次級(jí)電路的一個(gè)或多個(gè)支路，最好是各相和中線(如果有的話)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，兩個(gè)電流測量裝置還與變壓器的差動(dòng)保護(hù)裝置。例如，文獻(xiàn)FR-A-214,771中介紹了這種類型的裝置，該文獻(xiàn)這一方面在此引作參考。
優(yōu)選地，熔斷器、斷路器和脫扣裝置這樣聯(lián)接，即如果熔斷器或一個(gè)熔斷器熔化，則脫扣裝置發(fā)出觸頭裝置分開指令。電流強(qiáng)度值有一個(gè)范圍，在該范圍內(nèi)當(dāng)至少一個(gè)熔斷器熔化后斷路器電極的觸頭分開，這些電流強(qiáng)度值即為超過強(qiáng)度閥值的值，而在強(qiáng)度閥值之上時(shí)，在脫扣裝置發(fā)出的觸頭裝置的分開指令能使觸頭分開前，熔斷器已完全熔化。初級(jí)相電流強(qiáng)度值也有一個(gè)范圍，對(duì)于該范圍，熔斷器熔化和觸頭分離的先后不重要，這些值包括在對(duì)應(yīng)于次級(jí)短路的值和前面定義的閥值之間。在該范圍內(nèi)，故障電流實(shí)際上低于斷路器斷路容量，甚至低于熔斷器斷開容量。
熔斷器最好是限流的。這樣能保證在熔斷器熔化期間流入初級(jí)電路的電流保持在允許的大小。
按照一種特別有利的方式，各斷路器電極包括一個(gè)浸沒在介電體中的真空盒?？紤]到使用熔斷器在發(fā)生高強(qiáng)度短路電流時(shí)進(jìn)行保護(hù)，可以利用尺寸很小的低性能真空盒。真空盒的旁路距離小，即盒的線路側(cè)和負(fù)載側(cè)連接件之間的距離短，因而不會(huì)產(chǎn)生別的什么問題，因?yàn)檫B接件浸入到油中，能提供良好的電絕緣。于是真空盒提供了一個(gè)在尺寸、性能和成本方面非常有利的兼顧方案。
優(yōu)選地，斷路器包括閉合機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)用來把觸頭裝置從分開位置移到接觸位置，其具有從箱外能接觸到的操作裝置；打開機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)用來打開斷路器電極，而無論閉合機(jī)構(gòu)是什么狀態(tài)。于是，如果是由于變壓器外面原因造成了脫扣，就能使變壓器恢復(fù)工作，而不需要打開箱。打開優(yōu)先在閉合時(shí)如果故障仍存在的情況下，能防止對(duì)變壓器造成損壞。
下面對(duì)本發(fā)明不同實(shí)施例的描述能使本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和特征更清楚，這些實(shí)施例作為非限制性實(shí)施例，并表示在附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變壓器的線路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3是垂直于圖1平面上的剖視圖；圖4是示出變壓器的斷路器和熔斷器時(shí)間-電流特性的曲線；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的變壓器元件的示意圖；圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的線路圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的變壓器元件的示意圖。
參見圖1～3，三相的中低電壓變壓器1包括浸在箱4中的初級(jí)繞組2和次級(jí)繞組3，箱4中裝有介電液體5，可以是油。變壓器初級(jí)電路的各相經(jīng)含有中壓套管7的多功能件6伸進(jìn)箱4中。
多功能件6在其箱4外面部分上包括專門的插入?yún)^(qū)8，而在其箱4內(nèi)部分上包括熔斷器11的頭部10嚙合區(qū)9。熔斷器11是一種傳統(tǒng)的限制熔斷器，其中部構(gòu)成了外壁為柱狀并絕緣的本體12，還有兩個(gè)金屬端，頭部10和根部13。嚙合區(qū)9包括由電絕緣彈膠材料制成的管狀外壁，其底端與熔斷器11的本體12配合，實(shí)現(xiàn)熔斷器頭部10和油5間的密封。管狀壁的頂端與插入?yún)^(qū)8實(shí)現(xiàn)密封。這樣，裝有熔斷器11的多功能件6構(gòu)成了單件組件，其外壁形成了整體絕緣，在套管7和熔斷器11的中部12間沒有中斷。因此，保證了熔斷器11線路側(cè)發(fā)生的電氣故障實(shí)際上在箱4的外面，于是，箱不會(huì)產(chǎn)生爆炸的危險(xiǎn)。
熔斷器11的另一端經(jīng)過有鎧裝導(dǎo)電體的電連接件16連接到斷路器模塊15的電源側(cè)接線片14上。
對(duì)于每一相，斷路器模塊15包括傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的真空盒17，其本體18構(gòu)成了一圓柱形腔，里面裝有靜觸頭裝置19和在盒中沿軸向受到導(dǎo)引的動(dòng)觸頭裝置20，動(dòng)觸頭裝置20延伸成為控制桿21。這種類型的盒在例如文獻(xiàn)US-A-4,323,871中進(jìn)行了描述，并將該文獻(xiàn)的這方面在此引作參考。該斷路器的開關(guān)機(jī)構(gòu)22也是文獻(xiàn)US-A-4,323,871中描述的那一種，其中這方面的內(nèi)容在此引作參考。該機(jī)構(gòu)22配有從箱4外可接觸到的操作杠桿23，而能手動(dòng)地開、關(guān)。
斷路器模塊15的負(fù)載側(cè)連接端子24經(jīng)抽頭變換器25連接到變壓器1的初級(jí)繞組2。該抽頭變換器是例如文獻(xiàn)US-A-4,504,811中描述的類型，其中這部分內(nèi)容在此引作參考。抽頭變換器具有固定的接線片和可動(dòng)片，前者使初級(jí)繞組的不同點(diǎn)分開，而后者支持到斷路器負(fù)載側(cè)連接端子的連接點(diǎn)。對(duì)于初級(jí)各相，可動(dòng)片的移動(dòng)能同時(shí)把斷路器負(fù)載側(cè)連接端子選擇性地連接到對(duì)應(yīng)著初級(jí)繞組的分開的點(diǎn)中的一個(gè)。
箱4是氣密的或幾乎是氣密的(后者包括了箱例如有小尺寸氣體干燥管的情況)液位的高度是使能浸沒嚙合區(qū)9、熔斷器11、真空盒17，以及斷路器15的機(jī)構(gòu)22除操作杠桿23以外的可動(dòng)部分。
在箱4外面中壓套管7附近設(shè)有測量變壓器27的螺線管26。測量變壓器27測量流入套管的電流強(qiáng)度。過載脫扣器28接收信號(hào)并控制斷路器模塊15的開關(guān)機(jī)構(gòu)22。
該裝置的行為可以從圖4的時(shí)間-電流曲線上看到。下面的內(nèi)容已在圖中畫出，其中Y軸為時(shí)間，X軸為相電流強(qiáng)度，示出了斷路器脫扣曲線40和相應(yīng)相熔斷器的熔化曲線41。
對(duì)于額定電流IN，斷路器允許有過載IS，而不會(huì)脫扣。斷路器脫扣曲線40從IS起偏斜，在對(duì)應(yīng)著變壓器次級(jí)三相短路時(shí)流入初級(jí)相的電流強(qiáng)度的閥值ICCBT，斷路器具有短脫扣時(shí)間，在本例中為0.1秒。在這段區(qū)域中，熔斷器熔化曲線41位于斷路器斷開曲線上方，因?yàn)樵谠撾娏飨?秒鐘后才會(huì)熔化。在實(shí)際中，這表示為，當(dāng)發(fā)生變壓器次級(jí)短路時(shí)，接受過載繼電器指令的斷路器在熔斷器顯著變熱之前斷開變壓器初級(jí)的電流。
超過閥值ICCBT后，有一個(gè)低于斷路器斷路容量的閥值IF，這時(shí)，斷路器脫扣曲線40和熔斷器熔化曲線41交叉。這意味著，如果變壓器初級(jí)電路發(fā)生短路而引起的電流其強(qiáng)度至少在一相中大于IF，那么，在脫扣器28的脫扣指令傳遞到斷路器15前，在該電流下的熔斷器11已經(jīng)熔化了。但是，一個(gè)電流傳感器27會(huì)發(fā)覺到短路電流流過，脫扣器28隨后將斷路器15打開。這種結(jié)構(gòu)能保證整個(gè)初級(jí)電路絕緣，即使是短路電路只熔化了一個(gè)熔斷器11。
斷路器其他的脫扣模式進(jìn)行了排定。具體地說，提供了連接到脫扣器30的一個(gè)或多個(gè)傳感器29，其中的數(shù)據(jù)代表介電體的狀態(tài)。在液體介電體的這種情況下，這些數(shù)據(jù)包括，例如，箱中液位、溫度、壓力或箱中存在氣體的測量。
根據(jù)第二實(shí)施例，見圖5，單件多功能子組件50包括，中電壓連接件51、柔性電連接件52、套管53和熔斷器頭部安裝件54。柔性連接件52包括有金屬編帶或細(xì)電纜的芯部55。子組件包括由絕緣彈膠材料制成的模制外涂層56。法蘭57用來安裝到箱4。這樣就得到了電絕緣，并且在熔斷器11的中部和箱外的中壓連接件51之間沒有中斷。本裝置相對(duì)前一個(gè)例子還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用電源側(cè)的中壓開關(guān)設(shè)備去除了連接件。
如表示本發(fā)明第三實(shí)施的線路圖的圖6所示，相同的原理也用于單相。這時(shí)一個(gè)電流傳感器就足以完成對(duì)斷路器的控制。
圖7所示的第四實(shí)施例主要在套管結(jié)構(gòu)和各相熔斷器線路側(cè)連接件的結(jié)構(gòu)方面不同于第一實(shí)施例。套管經(jīng)過由鎧裝導(dǎo)體構(gòu)成的電連接件58連接到限流熔斷器8的頭部連接件。這種結(jié)構(gòu)由于減少了專用零件的數(shù)量，性能低，但成本少。
上面各實(shí)施例用于中壓、低壓變壓器領(lǐng)域。本發(fā)明也可以用于其他類型的變壓器，尤其適用于中壓電源變壓器。變壓器初級(jí)可以是三角形連接或星形連接。后者情況下，在中線套管上安裝電流傳感器來控制過載裝置是有用的。
另外，可以想到除了真空斷路器之外的其他類型的斷路器。本發(fā)明也可以用氣體介電體，特別是SF6。
權(quán)利要求
1.一種三相電變壓器(1)，包括裝有液體或氣體介電體(5)的箱(4)；三相初級(jí)電路和三相次級(jí)電路，二者均包括浸沒在介電體中的繞組(2，3)，初級(jí)電路的各相經(jīng)絕緣套管(7)進(jìn)入箱(4)中；保護(hù)裝置，包括至少兩個(gè)浸沒在介電體(5)中的熔斷器(11)，每個(gè)在變壓器(1)初級(jí)電路相上串聯(lián)連接在絕緣套管(7)和初級(jí)電路繞組(2)之間，具有足夠的斷路容量，而在初級(jí)電路出現(xiàn)三相短路時(shí)能斷開相應(yīng)的相，多極斷路器(15)，對(duì)于裝有一個(gè)熔斷器(11)的各相，包括電極，浸沒在介電體(5)中，在所述相上串聯(lián)連接在相應(yīng)的熔斷器(11)和繞組(2)之間，各電極包括觸頭裝置(19，20)，相對(duì)地取接觸位置和分開位置，在接觸位置能保證電流通過，該斷路器(15)還包括所有電極共用的打開機(jī)構(gòu)(22)，設(shè)計(jì)用來將觸頭裝置(19，20)從接觸位置移到分開位置，脫扣裝置(28，30)，與斷路器(15)的打開機(jī)構(gòu)(22)相連，包括過載脫扣器(28)，熔斷器(11)、斷路器(15)和脫扣裝置(28，30)這樣連接，即在對(duì)應(yīng)于次級(jí)電路端子處短路的條件下，斷路器(15)的觸頭裝置(19，20)分開并中斷電流，而熔斷器(11)沒有開始熔化；流進(jìn)各熔斷器的電流強(qiáng)度有一個(gè)閥值，該閥值低于斷路器(15)相應(yīng)電極的斷路容量，高于該閥值，在過載脫扣器(28)發(fā)出觸頭裝置(19，20)分開的命令能使觸頭裝置(19，20)分開前，熔斷器(11)熔化。
2.一種單相電變壓器(1)，其包括裝有液體或氣體介電體(5)的箱(4)；初級(jí)電路和次級(jí)電路，均含有浸在介電體(5)中的一個(gè)或多個(gè)繞組(2，3)，初級(jí)電路的相經(jīng)絕緣套管(7)進(jìn)到箱(4)中；保護(hù)裝置，包括至少一個(gè)浸沒在介電體(5)中的熔斷器(11)，在變壓器(1)初級(jí)電路相上串聯(lián)連接在絕緣套管(7)和初級(jí)電路一個(gè)或多個(gè)繞組(2)間，具有足夠的斷路容量，在初級(jí)電路短路時(shí)能斷開相應(yīng)的相，斷路器(15)，包括浸沒在介電體(5)中的電極，串聯(lián)連接在熔斷器(11)和初級(jí)電路繞組(2)間，其具有觸頭裝置(19，20)，能相對(duì)地取保證電流流過的接觸位置和分開位置，斷路器(15)還包括一打開機(jī)構(gòu)(22)，設(shè)計(jì)用來將觸頭裝置(19，20)從接觸位置移動(dòng)到分開位置，脫扣裝置(28，30)，與斷路器(15)打開機(jī)構(gòu)(22)相聯(lián)，包括一過載脫扣器(28)，熔斷器(11)、斷路器(15)和脫扣裝置(28，30)這樣聯(lián)接，即在對(duì)應(yīng)次級(jí)電路端子短路的條件下，斷路器(15)的觸頭裝置(19，20)分開并中斷電流，而熔斷器(11)沒有開始熔化；流入熔斷器(11)的電流強(qiáng)度具有閥值，該閥值低于相應(yīng)的斷路器(15)電極的斷路容量，在該閥值之上，在過載脫扣器(28)發(fā)出的觸頭裝置(19，20)分開命令能使觸頭裝置(19，20)分開前，熔斷器(11)熔化。
3.如權(quán)利要求1或2的變壓器，其特征在于，過載脫扣器(28)包括至少一個(gè)用于測量流進(jìn)變壓器(1)初級(jí)電路相的電流強(qiáng)度的測量裝置(27)。
4.如權(quán)利要求3的變壓器，其特征在于，測量裝置(27)測量流過熔斷器(11)線路側(cè)位置處的電流，最好在箱(4)外，套管(7)的線路側(cè)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，熔斷器或多個(gè)熔斷器(11)為細(xì)長狀，兩個(gè)導(dǎo)電端(10，13)設(shè)計(jì)用于將線路側(cè)連接在套管(7)側(cè)和將負(fù)載側(cè)連接在斷路器(15)側(cè)，位于外表面絕緣的中部(12)的各側(cè)，對(duì)于配有熔斷器(11)的各相，位于絕緣套管(7)和熔斷器中部(12)絕緣外表面之間的導(dǎo)電件被完全絕緣地封裝。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，熔斷器或多個(gè)熔斷器(11)為細(xì)長狀，兩個(gè)導(dǎo)電端(10，13)設(shè)計(jì)用于將線路側(cè)連接在套管(7)側(cè)和將負(fù)載側(cè)連接在斷路器(15)側(cè)，位于外表面由絕緣體構(gòu)成的中部(12)各側(cè)，對(duì)于配有熔斷器(11)的各相，熔斷器(11)構(gòu)成了帶套管(7)的單件子組件，該子組件的外表面位于箱(4)內(nèi)的部分包括套管(7)、線路側(cè)導(dǎo)電端(10)和熔斷器(11)中部(12)，由一個(gè)或多個(gè)形成無中斷的完全絕緣的完全絕緣體構(gòu)成。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，脫扣裝置(28，30)還包括脫扣器(30)，當(dāng)至少一個(gè)代表所述介電體狀態(tài)的參數(shù)超過設(shè)定的閥值時(shí)，命令打開斷路器。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，過載脫扣器(28)包括至少一個(gè)測量裝置，用于測量流入變壓器次級(jí)電路相的電流強(qiáng)度。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，熔斷器(11)、斷路器(15)和脫扣裝置(28，30)這樣聯(lián)接，即如果熔斷器或一個(gè)熔斷器熔化，則脫扣裝置(28，30)發(fā)出觸頭裝置分開指令。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，熔斷器(11)為限流的。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，各斷路器電極包括一個(gè)浸沒在介電體(5)中的真空盒(17)。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的變壓器，其特征在于，斷路器(15)包括閉合機(jī)構(gòu)(22)，設(shè)計(jì)用來把觸頭裝置(19，20)從分開位置移到接觸位置，其具有從箱(4)外能接觸到的操作裝置(23)；打開機(jī)構(gòu)(22)，設(shè)計(jì)用來打開斷路器電極，而無論閉合機(jī)構(gòu)(22)是什么狀態(tài)。
全文摘要
一變壓器包括裝有介電體的箱,其中浸沒初級(jí)和次級(jí)電路和保護(hù)裝置,保護(hù)裝置連接在初級(jí)電路上并包括由脫扣裝置和熔斷器控制的斷路器。熔斷器設(shè)在箱套管和斷路器間。次級(jí)電路端子處短路時(shí),斷路器的觸頭分開并中斷電流,熔斷器沒有熔化;流進(jìn)各熔斷器的電流強(qiáng)度有一個(gè)閾值,低于斷路器相應(yīng)電極的斷路容量,高于該閾值,觸頭裝置分開前,熔斷器熔化。
文檔編號(hào)H01F27/40GK1245342SQ99117729
公開日2000年2月23日 申請(qǐng)日期1999年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月14日
發(fā)明者雅克·懷爾德, 迪蒂爾·富奇龍, 克里斯托弗·普雷夫 申請(qǐng)人:施耐德電器工業(yè)公司