CN102543565A - 气体断路器 - Google Patents

Abstract

本发明的气体断路器具备：容器，填充有消弧性气体；第一触头部，设置在所述容器内，具备第一电弧触头；第二触头部，在所述容器内与第一触头部对置地配置，具备第二电弧触头。第一触头部具备：吹气室，具有蓄积用于将在第一电弧触头和所述第二电弧触头之间产生的电弧消弧的所述消弧性气体的空间；消弧性气体的流路，具有第一开口和第二开口，该第一开口位于所述第一电弧触头附近，该第二开口与所述吹气室连接；面状的构件，设置在所述吹气室的所述空间内，配置为遮挡来自所述流路的所述消弧性气体的气流，将所述空间分割为第一空间和第二空间，由此能够提供通过电弧的热能使吹气室内的压力充分上升而能够得到电流的充分的断路性能的气体断路器。

Description

气体断路器

技术领域

本发明的实施方式涉及气体断路器。

背景技术

吹气型气体断路器通过由电弧的热能产生的消弧性气体的气流使吹气室内的压力上升，在电弧变弱的电流零点，通过压力上升后的吹气室内和产生电弧的空间之间的压力差来对电弧喷吹消弧性气体，从而使电流断路。

在这种气体断路器中，为了提高电流的断路性能，需要在产生电弧的空间和吹气室内之间确保充分的压力差。

然而，存在如下的问题：由电弧的热能产生的消弧性气体的气流在吹气室内扩散而无法得到充分的压力上升，在产生电弧的空间和吹气室之间无法确保充分的压力差，所以无法得到电流的充分的断路性能。

发明内容

提供一种气体断路器，通过使由电弧的热能产生的吹气室内的压力充分上升，能够得到电流的充分的断路性能。

实施方式的气体断路器具备：容器，填充有消弧性气体；第一触头部，设置在所述容器内，具备第一电弧触头；以及第二触头部，在所述容器内与所述第一触头部对置地配置，具备第二电弧触头，该第二电弧触头能够处于与所述第一电弧触头接触或分离的状态。此外，所述第一触头部具备：吹气室，具有蓄积用于将在第一电弧触头和所述第二电弧触头之间产生的电弧消弧的所述消弧性气体的空间；消弧性气体的流路，具有第一开口和第二开口，该第一开口位于所述第一电弧触头附近，该第二开口与所述吹气室连接；以及面状的构件，设置在所述吹气室的所述空间内，配置为遮挡来自所述流路的所述消弧性气体的气流，将所述空间分割为第一空间和第二空间。

附图说明

图1是第一实施方式的气体断路器的剖面图。

图2是表示第一实施方式的气体断路器的A-A剖面的剖面图。

图3是说明第一实施方式的气体断路器中的消弧性气体的气流的图。

图4是说明第一实施方式的气体断路器中的消弧性气体的气流的图。

图5是表示第一实施方式的气体断路器中的热吹气室内的压力分布的解析结果的图。

图6是第二实施方式的气体断路器的剖面图。

图7是表示第二实施方式的气体断路器的B-B剖面的剖面图。

图8是表示第二实施方式的变形例的气体断路器的分割构件的形状的图。

图9是第三实施方式的气体断路器的剖面图。

图10是第四实施方式的气体断路器的剖面图。

附图标记说明：

1…可动触头部

2…对置触头部

3…分割构件

4…安装角度

11…可动电弧触头

12…对置电弧触头

13…绝缘喷嘴

14…喉部

15…可动通电触头

21…操作杆

22…凸缘

23…缸

24…固定活塞

25…活塞支撑部

26…隔壁

27…止回阀

28…泄压阀

29a、29b…弹簧

31…固定壁

40…吹气室

41a、48a、49a…主空间

41b、48b、49b…从空间

42…热吹气室

43…机械吹气室

44…流路

45a、45b、45c、45d、45e、45f…开口部

46…电弧

47…电弧空间

48、49…吹气室

50…密封容器

52…凸缘

53…开口部

54…对置通电触头

具体实施方式

以下说明用于实施发明的实施方式。

(第一实施方式)

图1是表示本实施方式的气体断路器的结构的剖面图。

本实施方式的气体断路器具备填充有消弧性气体的中空圆筒形状的容器50，并在容器50的中心轴上具备可动触头部1、与该可动触头部1对置的对置触头部2(图1中用虚线包围的部分)、以及与可动触头部1的一部分接触的固定活塞24。

另外，在图1中示出了可动触头部1和对置触头部2接触的通电状态。在此，设定在通电状态下流过交流电流。

在以下的说明中，将对置触头部2侧的方向定义为前方(图1的左侧)、将其相反侧定义为后方(图1的右侧)。

在本实施方式中，可动触头部1具备：中空圆筒形状的缸23、在缸23的内部的中心轴上设置的中空的操作杆21、以及由缸23和操作杆21包围而设置的吹气室40。

可动触头部1能够沿着容器50的中心轴向前方或后方移动。

缸23的前方的端部一体地形成有凸缘22。进而在该凸缘22的前方设有可动通电触头15和具有喉部(throat)14的绝缘喷嘴13。

此外，在缸23的内周面的大致中央位置一体地形成有隔壁26。隔着该隔壁26，缸23内的空间(吹气室40)分别在前方侧设有热吹气室42，在后方侧设有机械吹气室43。此时，将吹气室内的缸侧的面定义为外周，将操作杆侧的面定义为内周。

前方的热吹气室42是通过由来自后述的断路动作时产生的电弧的热能产生的消弧性气体的气流与隔壁26等冲撞而被升压的空间。

后方的机械吹气室43是在断路动作时通过后述的固定活塞24的机械压缩作用而被升压的空间。

操作杆21构成为通过未图示的驱动装置在中心轴方向上往复运动，在其大致中央位置形成有多个开口部45f，该开口部45f用于使操作杆21的内部与容器50内的填充气体气氛空间连通。在该操作杆21的前方，一体地形成有可动电弧触头11，该可动电弧触头11为前方的前端向中心卷曲的手指状。

在上述凸缘22和操作杆21之间形成有开口部45a。此外，在可动电弧触头11的前方侧的前端和喉部14之间形成有开口部45b。从该开口部45a到开口部45b形成热能及消弧性气体的流路44。在图1的导通状态下，开口部45b被对置电弧触头12闭塞。

在隔壁26上形成有开口部45d。该开口部45d在热吹气室42侧设置有由弹簧29a蓄能的浮动的止回阀27。

对置触头部2沿着容器50的中心轴具备：凸缘52；圆筒形状的对置通电触头54，一体地固定在凸缘52的周围；以及对置电弧触头12，在未图示的前方与对置通电触头54固定，位于对置通电触头54的中心轴上。

此外，凸缘52具有开口部53。为了使对置通电触头54与可动通电触头15接触，优选对置通电触头54的后方侧的厚度比前方侧厚。

固定活塞24是被插入机械吹气室43的后方的环状平板。该固定活塞24构成为通过其内周面相对于操作杆21的外周面滑动并且通过其外周面相对于缸23的内周面滑动，通过在其后方一体地设置且在轴向上延伸的活塞支撑部25，该固定活塞24固定在容器50内。

机械吹气室43内的空间被缸23、隔壁26、操作杆21及固定活塞24的一个面包围，所以随着操作杆21滑动，空间的体积发生变化。

此外，在固定活塞24上形成有开口部45e，在开口部45e中设置有利用弹簧29b在闭方向上被蓄能的泄压阀28。

在通常的通电状态下，通过驱动操作杆21使可动触头部1向前方移动，如图1所示，对置通电触头54和可动通电触头15接触。此外，可动电弧触头11和对置电弧触头12接触。

在后述的断路动作时(图3及图4)，通过驱动操作杆21使可动触头部1向后方移动。此时，可动电弧触头11和对置电弧触头12成为非接触而形成电弧空间47，并且，流路44的开口部45b从对置电弧触头12开放。由在电弧空间47中产生的电弧46的热能产生的消弧性气体的气流，经由开口部45b穿过流路44，从开口部45a向热吹气室42流入。

在本实施方式的气体断路器中，如图1所示，在热吹气室42内，为了防止从开口部45a流入的消弧性气体的气流在到达隔壁26之前在途中扩散，在热吹气室42内的与中心轴平行的侧面的外周侧(外周面)配置有面状的分割构件3。

该分割构件3配置成遮挡从开口部45a流入的消弧性气体的流入路线，在容器50的中心轴方向上将热吹气室42分割为主空间41a和从空间41b。

分割构件3由一体的环状平面或环状曲面构成，分割构件3的安装角度4可以任意选取。进而，设置使主空间41a和从空间41b连通的至少一处开口部45c。

在图1中示出了作为分割构件3使用一体的环状平板并将分割构件3的安装角度4设为大致90度时的例子。

图2是表示本实施方式的气体断路器的A-A剖面的剖面图。如图2(a)所示，作为分割构件3使用由1片构件构成的环状平板，该分割构件3通过基于焊接或铸造进行的一体成型，形成在形成热吹气室42外周面的缸23。而且，在分割构件3和形成热吹气室42内周面的操作杆21之间设置有环状的开口部45c。

此时，作为分割构件3也可以取代上述的环状平板，而在热吹气室42的前方或后方使用具有曲率那样的环状曲板。

另外，作为分割构件3，也可以如图2(b)所示，不是由1片构件，而是将分割为多片的构件沿着热吹气室42内的外周面的圆周以规定间隔配置。

以下参照图3及图4详细说明本实施方式的气体断路器的动作及在内部的消弧性气体的气流。

图3是用于说明断路动作初期的、在本实施方式的气体断路器内部的消弧性气体的气流的图。

若断路动作开始，则操作杆21向后方移动，包含有该操作杆21的可动触头部1一体地移动。由此，通过缸23及隔壁26与操作杆21一体地移动，隔壁26相对于被固定的固定活塞24接近，所以机械吹气室43的空间被压缩而升压。

在断路动作的初期时节，在隔壁26的开口部45d安装的止回阀27浮动，所以由于惯性力，止回阀27不与可动触头部1一体地移动。即，止回阀27相对地向前方移动。由此，隔壁26的开口部45d成为开状态。此时，由于机械吹气室43升压，所以从机械吹气室43经由开口部45d，消弧性气体从机械吹气室43内被供给至热吹气室42的从空间41b。

另一方面，若对置电弧触头12与可动电弧触头11分离，则在两电弧触头(对置电弧触头12和可动电弧触头11)之间的电弧空间47内产生电弧46。此时，因电弧46使得电弧空间47的温度、压力急剧上升。

因此，电弧空间47与热吹气室42相比压力上升，所以电弧空间47的消弧性气体产生从流路44的可动电弧触头11的前端部的开口部45b经由凸缘22的开口部45a而到达热吹气室42的气流51a。

如上所述，由电弧46引起的热能产生的气流51a，经过流路44流入主空间41a内。此时，流入至主空间41a内的气流51b与分割构件3冲撞，而产生在热吹气室42的主空间41a内循环的气流51c。

而且，该气流51c经过开口部45c向从空间41b流入，而产生在从空间41b内循环的气流51d。

这样，通过配置分割构件3，气流51b不在途中扩散而与分割构件3冲撞，从而产生在主空间41a内循环的气流51b，使主空间41a内的压力上升。同时，通过气流51d与隔壁26冲撞，同样地使从空间41b内的压力上升，从而能够使热吹气室42内的压力充分上升。

在本实施方式中，热吹气室42和机械吹气室43互补地发挥作用。以下，说明如上述那样利用电弧46的热能使主空间41a及从空间41b的压力充分升压之后的、热吹气室42与机械吹气室43之间的关系。另外，在此，省略对在主空间41a和从空间41b之间的消弧性气体的气流的说明，将主空间41a和从空间41b作为热吹气室42一并说明。

此时，在大电流断路时(例如超过20kA的情况)，热吹气室42被显著地升压，在热吹气室42和机械吹气室43之间产生逆压力差，所以对止回阀27作用朝向后方的力，隔壁26的开口部45d成为闭状态。因此，能够仅在热吹气室42进行充分的升压。

此外，通过使止回阀27关闭，能够抑制电弧46的热能向机械吹气室43流入，所以机械吹气室43的过剩的升压一定程度上被抑制，能够抑制妨碍断路动作的反力。

此时，如果机械吹气室43成为过剩压力上升，该情况下，设置于固定活塞24的泄压阀28成为开状态，机械吹气室43内的消弧性气体从机械吹气室43向填充气体气氛空间流出。

与此相对，在中小电流断路时(例如20kA以下的情况)，热吹气室42未被充分升压，所以热吹气室42和机械吹气室43的压力处于比较均衡的状态，止回阀27的动作随状态变化。特别是，在后述的电流零点附近，热吹气室42的压力逐渐降低而最终低于机械吹气室43的压力，所以止回阀27成为开状态，产生从机械吹气室43朝向热吹气室42的气流。

由此，通过机械吹气室43的机械性压缩，能够补充热吹气室42的升压。

图4是用于说明如上述那样对热吹气室42内充分升压之后的电流零点以后的、在本实施方式的气体断路器内部的消弧性气体的气流的图。

行程从上述的断路动作初期的状态进一步行进，若交流电流到达暂时为零的电流零点，则电弧46衰减。然后，电弧46成为残留电弧等离子体状态，电弧空间47中的压力及温度降低。由此，在到达电流零点以前上升的热吹气室42的压力超过电弧空间47的压力，从而压力差逆转。

此时，开口部45b充分地开口，产生从热吹气室42经由凸缘22的开口部45a朝向电弧空间47而经过流路44的气流51g。进而，该气流51g被分为从流路44的开口部45b朝向对置电弧触头12流动的气流51h和在操作杆21的中空部内流动并朝向开口部45f流动的气流51i。

将该气流51g猛烈地向电弧46喷吹，进而电弧46被气流51h、51i共同作用地冷却而消弧，实现电流断路。

另外，此时经过操作杆21的开口部45f后的气流51j向填充气体气氛空间流出。

图5示出了本实施方式的气体断路器中的热吹气室42内的通过数值解析得到的压力分布。在此，将气体断路器的轴向作为X，将热吹气室42的轴向的长度设为L、将半径方向的长度设为0.532×L。此时，若设前方侧的壁面为X＝0的位置，则后方侧的壁面的位置为X＝L。

此外，在此设为分割构件3设置在与热吹气室42前方侧的壁面相距热吹气室42的轴向的长度的0.550倍的距离(X＝0.550×L)的位置。此外，将开口部45c的高度设为0.082×L进行了数值解析。

在用虚线表示的没有设置分割构件3的情况下，可知压力在前方侧较高，随着向后方移动而下降，压力梯度为负。相对于此，在用实线表示的设置有分割构件的情况下，可知与虚线相比，压力在前方侧较低，但是随着向后方移动而上升，压力梯度为正。

此外，从空间41b内压力分布也是，可知在设有分割构件3的情况下，与没有设置分割构件3的情况相比压力梯度变大。

由此，通过配置分割构件3，能够在热吹气室42和电弧空间47之间确保较大的压力差，其结果，能够猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体。

特别是，在具有轴向较长的吹气室的气体断路器中，存在由电弧的热能产生的气流在吹气室内扩散这一问题，但是通过配置分割构件3，能够防止气流的扩散，是有效的。

另外，也可以做成这样的结构，即，不设置像本实施方式这样在开口部45d设置的止回阀27及弹簧29a，而通过开口部45a始终将热吹气室42和机械吹气室43连通。

(第二实施方式)

以下参照图6及图7说明第二实施方式的气体断路器的结构。在此，图6是表示本实施方式的气体断路器的结构的剖面图，图7是表示本实施方式的气体断路器的B-B剖面的剖面图。另外，对于与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记，并省略说明。

如图6所示，在本实施方式的气体断路器中，在热吹气室42内的与中心轴平行的侧面的内周侧(内周面)设置分割构件3。

如图7所示，作为分割构件3使用一体的环状平板，该分割构件3通过焊接或一体成型，形成在形成热吹气室42的内周面的操作杆21上。而且，在分割构件3和形成热吹气室42的外周面的缸23之间设置有环状的开口部45c。

此时，作为分割构件3也可以取代上述环状平板，而在热吹气室42的前方或后方使用具有曲率的环状曲板。

另外，作为分割构件3的形状，也可以不是上述那样的一体的环状平板或环状曲板，而是将分割为多个的分割构件3以规定间隔沿着上述侧面的圆周配置的结构。

根据本实施方式的气体断路器，与第一实施方式同样，由电弧46的热能产生的气流经过流路44而从开口部45a流入主空间41a后，与分割构件3冲撞，由此能够使主空间41a内的压力上升。

结果，能够在与电弧空间47之间确保较大的压力差，所以能够猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体。

此外，不像第一实施方式那样将分割构件3的配置位置限定为热吹气室42的外周面，能够确保制造时的自由度。

(第二实施方式的变形例)

以下参照图8说明第二实施方式的本变形例的气体断路器的结构。图8是表示本变形例的气体断路器的分割构件3的形状的图。

与第二实施方式不同的是，为了使热吹气室42和机械吹气室43之间的消弧性气体的气流顺畅，如图8所示，在环状平板或环状曲板的分割构件3的内周部设有4处开口部45g。另外，该开口部45g不限于4处。

这样，通过在分割构件3的内周部设置开口部45g，能够使热吹气室42和机械吹气室43之间的气流顺畅。

根据本变形例的气体断路器，由电弧46的热能产生的气流经过流路44从开口部45a流入主空间41a后，与分割构件3冲撞，从而能够使主空间41a内的压力上升。

结果，能够在与电弧空间47之间确保较大的压力差，所以能猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体。

(第三实施方式)

以下参照图9详细说明本实施方式的气体断路器的结构。另外，对于与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记，并省略说明。

本实施方式的气体断路器不用隔壁26区划热吹气室42和机械吹气室43，而是只具备吹气室48，在这一点上与第一实施方式、第二实施方式及第二实施方式的变形例不同。

在本实施方式的气体断路器中，在吹气室48内的与中心轴平行的侧面的外周侧(外周面)配置分割构件3，将吹气室48分割为主空间48a和从空间48b。此时，与第一实施方式同样，由电弧46的热能产生的气流经过流路44从开口部45a流入主空间48a后，气流与分割构件3冲撞，从而能够使主空间48a内的压力上升。

结果，能够在与电弧空间47之间确保较大的压力差，所以能够猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体。

进而，由分割构件3将吹气室48分割为主空间48a和从空间48b，从而能够一定程度上抑制从空间48b内因电弧46的热能引起的升压，能够抑制妨碍断路动作的反力。

进而，根据本实施方式的气体断路器，由于不具备隔壁26、止回阀27、弹簧29a，所以能够以简单的结构提高电流的断路性能。

另外，作为本实施方式的气体断路器的分割构件3，说明了配置在吹气室48内的外周面的结构，但是如第二实施方式所说明的那样，也可以设置在吹气室48内的与中心轴平行的侧面的内周侧(内周面)。

此外，作为分割构件3，可以是一体的环状平板或环状曲板，也可以是将分割为多个的分割构件3以规定间隔沿着上述侧面的圆周配置。

(第四实施方式)

以下参照图10详细说明本实施方式的气体断路器的结构。另外，对于与第一实施方式相同的结构赋予相同的附图标记，并省略说明。

本实施方式的气体断路器除了不用隔壁26区划热吹气室42和机械吹气室43而仅具备吹气室48之外，还不具备固定活塞24，在这一点与第一实施方式、第二实施方式、第二实施方式变形例及第三实施方式不同。

在本实施方式的气体断路器中，与第二实施方式同样，将分割构件3配置在吹气室49内的与中心轴平行的侧面的外周侧(外周面)，将吹气室49分割为主空间49a和从空间49b。此时，与第一、第二实施方式同样，由电弧46的热能产生的气流经过流路44从开口部45a流入主空间49a后，气流与分割构件3冲撞，从而使主空间49a内的压力上升，能够在与电弧空间47之间确保较大的压力差。

结果，能够猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体。进而，由分割构件3将吹气室49区划为主空间49a和从空间49b，从而能够一定程度上抑制从空间49b内因电弧46的热能引起的升压，能够抑制妨碍断路动作的反力。

进而，根据本实施方式的气体断路器，与第二实施方式同样，除了结构更简单之外，由于不具备固定活塞24，所以能够以更简单的结构提高电流的断路性能。

另外，作为本实施方式的气体断路器的分割构件3，说明了配置在吹气室49内的外周面的结构，但是如第二实施方式所说明的那样，也可以设置在吹气室49的与中心轴平行的侧面的内周侧(内周面)。

此外，作为分割构件3，可以是一体的环状平板或环状曲板，也可以是将分割为多个的分割构件3以规定间隔沿着上述侧面的圆周配置的结构。

根据以上说明的至少1个实施方式的气体断路器，在热吹气室内的气流发生扩散的位置配置分割构件3，将热吹气室分割为主空间和从空间，从而能够使气流与分割构件3冲撞而使热吹气室内的压力上升。结果，能够在热吹气室与电弧空间47之间确保较大的压力差，能够猛烈地对电弧46喷吹消弧性气体，所以能够得到电流的充分的断路性能。

这些实施方式只是作为例子提示，并不意图限定发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换和变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，也包含在权利要求书所记载的发明及其等同范围内。

Claims (6)

1.一种气体断路器，其中，具备：

容器，填充有消弧性气体；

第一触头部，设置在所述容器内，具备第一电弧触头；以及

第二触头部，在所述容器内与所述第一触头部对置地配置，具备第二电弧触头，该第二电弧触头能够处于与所述第一电弧触头接触或分离的状态；

所述第一触头部具备：

吹气室，具有蓄积用于将在第一电弧触头和所述第二电弧触头之间产生的电弧消弧的所述消弧性气体的空间；

消弧性气体的流路，具有第一开口和第二开口，该第一开口位于所述第一电弧触头附近，该第二开口与所述吹气室连接；以及

面状的构件，设置在所述吹气室的所述空间内，配置为遮挡来自所述流路的所述消弧性气体的气流，将所述空间分割为第一空间和第二空间。

2.如权利要求1所述的气体断路器，其中，

所述第一触头部具备沿一个方向延伸的中空的缸、以及在所述缸的内部沿所述方向延伸的杆，

所述第一空间被所述缸的内表面、所述杆的外表面、所述流路的设有第二开口的壁面、以及所述构件包围，

所述第二空间被所述缸的内表面、所述杆的外表面、与所述壁面不同的另一壁面、以及所述构件包围，

所述第一空间和所述第二空间通过第三开口被连接。

3.如权利要求2所述的气体断路器，其中，

所述构件设置在所述空间内的所述缸的内表面，从所述缸的内表面朝向所述杆的外表面突出。

4.如权利要求2所述的气体断路器，其中，

所述构件设置在所述空间内的所述杆的外表面，从所述杆的外表面朝向所述缸的内表面突出。

5.如权利要求4所述的气体断路器，其中，

所述第三开口设置在所述构件的所述杆侧。

6.如权利要求1～5中任一项所述的气体断路器，其中，

所述构件是平板或曲板。

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