CN103594280B - 一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器 - Google Patents
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Abstract
一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器，包括静侧结构部分、动侧结构部分和壳体结构，静侧结构部分包括静侧燃弧电流导电杆，置于静侧燃弧电流导电杆内并与其间隙配合的静侧主导电杆，静侧燃弧电流导电杆的下端依次焊接有静侧燃弧磁场触头和静侧环状耐燃弧触头材料，静侧主导电杆的下端焊接有静侧导电触头，在燃弧过程中，静侧导电触头始终处于静侧燃弧磁场触头内部，静侧主导电杆和静侧燃弧电流导电杆通过静侧小直径波纹管连接，静侧燃弧电流导电杆与灭弧室上侧盖板之间通过静侧大直径波纹管连接，在静侧大直径波纹管内安装有静侧压缩弹簧；本发明解决了现有的真空灭弧室触头设计中缺少磁场结构设计的问题。
Description
技术领域
本发明属于高电压大电流真空断路器技术领域，具体涉及一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器。
背景技术
随着电力系统的发展，真空断路器在整个电力系统中的应用也得以快速的发展。但是，在发展的过程中，对于真空断路器的要求也是不断的提高。在一些特定的场合以及一些特殊的应用领域，比如大的额定电流要求以及苛刻的开断条件，传统的真空断路器难以满足现实的需求，因此需要开发特殊结构的真空灭弧室以及相关的真空断路器来满足各种需求。
目前，传统的真空灭弧室中，复杂结构的触头既要在闭合状态承载额定电流，同时在开断过程中需要产生纵向或者横向的磁场，使得降低真空电弧对于触头表面的烧蚀。但是，上述的两方面是相互制约的关系。要获得更加优良的磁场，就需要优化触头的结构设计，使得触头的结构越来越复杂。但是，复杂的触头结构使得触头在额定电流条件下的产热增大，以至于对于提高灭弧室的额定电流十分困难。
在另一方面，由于传统灭弧室中触头材料的选择，不仅需要考虑真空电弧对于触头材料的烧蚀，同时还需要考虑在闭合状态下触头材料的导电性能，因此对于触头材料的选择也是十分困难。若是单一的强调其中一者的性能，那么难免另一方面的性能就无法满足实际的需求。
目前特殊结构真空灭弧室的研究已经取得了长足的发展，尤为典型的是北京华东森源电气有限责任公司提出的真空灭弧室设计方案（专利申请号201120401528.1）。其设计的真空灭弧室的结构如图1所示。真空灭弧室的外壳由瓷壳201，固定在瓷壳201上的上端金属封接环204和下端金属封接环205、以及分别与所述上端金属封接环204和下端金属封接环205联接的上端主触头360和下端盖210组成。瓷壳内设有主屏蔽罩230，并且在瓷壳201内设有上导电杆220和下导电杆222.上导电杆220的一端固定有上弧触头362，而上导电杆220的另一端通过上导向套213滑动穿过上端主触头360的通孔223。上导电杆220通过设置在其外部的上波纹管260与上端主触头360连接，并且通过表带触指270与上端主触头360导通。在上波纹管260外部设置有上波纹管屏蔽罩261。下导电杆222的一端固定有下端主触头380，而下端导电杆222的另一端通过下端导向套215滑动穿过下端盖210的通孔225。下导电杆222通过下波纹管262与下端盖210相连，其中在下波纹管262外设置有下波纹管罩263。在这种设计中，上触头236由上端主触头360和上弧触头362构成，而下触头238由下端主触头380和下弧触头382构成。
在上述真空灭弧室的分合闸过程中，通过主触头和弧触头的分离，减弱了电弧对于触头表面的烧蚀。在合闸过程中，弧触头先接触，继续运动之后，主触头接触，此时主触头承载电流。而在分闸过程中，主触头先分离，继续运动之后，弧触头再分离，此时开始燃弧。
如果仅考虑关合容性负载，通过利用上述设计中弧触头比主触头在合闸过程中先闭合，在分闸过程中后分离的特性，确实可以减少合闸涌流对于触头的熔焊和烧蚀。同时由于此种设计的触头结构简单，也可以承载加大的额定电流。
但是，在实际的应用中，上述真空灭弧室结构设计简单，触头设计中没有磁场结构设计。由于缺少磁场结构设计，在分合闸过程中，触头间没有磁场的产生，所以只能进行额定电流和过载电流的开断，难以进行短路电流的开断。而且，在上述的真空灭弧室结构设计中，也很难加入磁场结构的触头设计。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器，解决了现有的真空灭弧室触头设计中缺少磁场结构设计的问题。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型复合触头真空灭弧室，包括静侧结构部分、动侧结构部分和壳体结构，
所述静侧结构部分包括静侧燃弧电流导电杆104，置于静侧燃弧电流导电杆104内并与静侧燃弧电流导电杆104间隙配合的静侧主导电杆103，所述静侧燃弧电流导电杆104的下端焊接有静侧燃弧磁场触头111，静侧燃弧磁场触头111的下端焊接有静侧环状耐燃弧触头材料112，所述静侧主导电杆103的下端焊接有静侧导电触头113，在燃弧过程中，所述静侧导电触头113始终处于静侧燃弧磁场触头111的内部，所述静侧主导电杆103和静侧燃弧电流导电杆104通过静侧小直径波纹管101连接，静侧燃弧电流导电杆104与灭弧室上侧盖板之间通过静侧大直径波纹管108连接，在所述静侧大直径波纹管108内安装有静侧压缩弹簧107；
所述动侧结构部分包括动端导电杆117，焊接在动端导电杆117上端的动端燃弧磁场触头115，焊接在动端燃弧磁场触头115上端的动端环状燃弧触头材料114，焊接在动端燃弧磁场触头115内部的动端内置导电触头116，所述动端导电杆117与灭弧室下侧盖板之间通过动导杆波纹管120连接。
所述壳体结构包括灭弧室外壳119，分别设置在灭弧室外壳119上端和下端的灭弧室上侧盖板106和灭弧室下侧盖板121，设置在灭弧室外壳119内与所述静侧大直径波纹管108和动导杆波纹管120连接的主屏蔽罩118。
当静侧压缩弹簧107装入静侧大直径波纹管108后，在所述灭弧室上侧盖板106上侧放置有上侧弹簧挡板105。
所述灭弧室外壳119的材料采用玻璃或陶瓷。
所述静侧燃弧电流导电杆104中部焊接有下侧弹簧挡板109，所述下侧弹簧挡板109上开有槽，用于固定静侧压缩弹簧107。
在所述静侧主导电杆103和静侧燃弧电流导电杆104之间的上端和下端分别装有上侧导电导向环102和下侧导电导向环110，用于导通电流和引导运动方向。
所述静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115为线圈结构、杯状结构、两极结构、四极结构或双线圈结构，在燃弧过程中，电流通过静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115，在二者间隙中形成均匀的纵向磁场或是横向磁场。
一种真空断路器，所述真空断路器包括上述所述的新型复合触头真空灭弧室。
本发明真空灭弧室触头结构的功能得以分离。静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115以及静侧环状耐燃弧触头材料112和动端环状燃弧触头材料114的主要功能是在触头的分合闸过程中，在触头间隙间形成均匀的纵向或是横向磁场，用以约束真空电弧，以便成功开断电流。导电触头（113、116）的主要功能是在闭合状态下，降低触头的接触电阻，减少发热，以便更好的导通电流，增大灭弧室的额定电流。在设计中，静侧导电触头113和动端内置导电触头116在燃弧过程中，始终处于静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115的内部，避免真空电弧对于导电触头的烧蚀。此外，静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115在闭合状态的受力与传统触头不同，由其他的弹簧产生，因此可以避免大的触头闭合力对于磁场结构触头的结构的破坏。与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1）静侧结构部分的双波纹管（静侧小直径波纹管和静侧大直径波纹管）的结构设计，为本发明真空灭弧室的触头结构加入磁场设计提供了可能；利用了静侧小直径波纹管和静侧大直径波纹管直径差的特点，为静侧压缩弹簧在真空灭弧室抽真空和烧结完成之后，在常温下安装提供了便利；这样，静侧压缩弹簧就不用加热，它的弹性性能也不会受到影响；更为有利的是，在这样的结构设计基础下，真空灭弧室中能够安装在触头间隙间形成均匀磁场的触头。
2）在上述触头结构的设计中，闭合状态下，导通电流绝大部分通过导电触头导通，所以，静侧燃弧磁场触头111以及与之相配合的动端燃弧磁场触头115的受力可以大幅减小，有利于磁场触头结构的设计。
3）在静侧结构部分的双波纹管结构设计的基础之上，提出了与之相对应的触头设计，本发明触头的导电部分与燃弧部分结构分离。由于导电触头位于杯状触头内部，所以在较大燃弧电流条件下，真空电弧都不会对导电触头造成较严重烧蚀，并且可以根据实际应用以及燃弧电流的情况，根据需求，选取纵向磁场或者是横向磁场的杯状触头的设计，这样可以尽量符合各自的功能特点。
4）导电触头的接触电阻进一步减小，能够在很大程度上的提高真空灭弧室的额定电流。
5）静侧燃弧电流导电杆附带静侧可动杯状磁场触头在静侧压缩弹簧的作用下，在灭弧室的合闸过程中起到缓冲器的作用。此种结构可以在很大程度上降低合闸过程中的触头弹跳，降低合闸过程预计穿对于燃弧触头的烧蚀。
附图说明
图1是现有技术真空灭弧室在分闸状态的平面示意图。
图2是本发明的真空灭弧室在分闸状态的平面示意图。
图3是本发明的真空灭弧室在合闸状态的平面示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图2所示，本发明一种新型复合触头真空灭弧室，包括静侧结构部分、动侧结构部分和壳体结构，壳体结构由灭弧室外壳119，灭弧室上侧盖板106，灭弧室下侧盖板121组成，灭弧室外壳119内设置有主屏蔽罩118。静侧结构部分的导电杆由静侧主导电杆103和静侧燃弧电流导电杆104组成。静侧主导电杆103在静侧燃弧电流导电杆104内部，两者之间在两端分别装有上侧导电导向环102和下侧导电导向环110。导电导向环的作用是导通电流和引导运动方向。静侧燃弧电流导电杆104可以沿固定的静侧主导电杆103运动。静侧主导电杆103下端焊接有静侧导电触头113。静侧燃弧电流导电杆104下端焊接有静侧燃弧磁场触头111，静侧燃弧磁场触头111下端外侧焊接有静侧环状耐燃弧触头材料112。静侧主导电杆103和静侧燃弧电流导电杆104通过静侧小直径波纹管101连接。这样既可以保证气密性，也可以相对运动。静侧燃弧电流导电杆104与灭弧室上侧盖板106之间通过静侧大直径波纹管108连接，也是既保证了灭弧室的气密性，又满足了静侧燃弧电流导电杆104运动的要求。静侧燃弧电流导电杆104中部还焊接有下侧弹簧挡板109。下侧弹簧挡板109上开了槽，用来固定静侧压缩弹簧107。静侧压缩弹簧107装入之后，在灭弧室上侧盖板106上侧加装上侧弹簧挡板105。动侧结构部分主要包括动端导电杆117，动端燃弧磁场触头115，动导杆波纹管120组成。动端导电杆117上侧焊接有动端燃弧磁场触头115，内部焊接有动端内置导电触头116，动端燃弧磁场触头115上方焊接有动端环状燃弧触头材料114。
所述静侧燃弧磁场触头111以及与之相配合的动端燃弧磁场触头115在触头闭合时所受的力由静侧压缩弹簧107产生和提供。在上述触头结构的设计中，闭合状态下，导通电流绝大部分通过导电触头导通，所以，静侧燃弧磁场触头111以及与之相配合的动端燃弧磁场触头115的受力可以大幅减小，有利于磁场触头结构的设计。静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115为线圈结构、杯状结构，两极结构、四极结构或双线圈结构。在燃弧过程中，电流通过磁场触头，在触头间隙中形成均匀的纵向磁场或是横向磁场。
如图2所示，本发明新型复合触头真空灭弧室处于分闸状态。静侧导电触头113和动端内置导电触头116分别位于静侧燃弧磁场触头111和动端燃弧磁场触头115内部。静侧压缩弹簧107处于非储能状态。
下面详细描述本发明新型复合触头真空灭弧室的合闸运动过程。在断路器操动机构的带动下，动端导电杆117连同动端燃弧磁场触头115和动端环状燃弧触头材料114向上运动。持续运动之后，动端环状燃弧触头材料114与静侧环状耐燃弧触头材料112率先接触。电流依次经过静侧主导电杆103、上侧导电导向环102和下侧导电导向环110、静侧燃弧电流导电杆104、静侧燃弧磁场触头111、静侧环状耐燃弧触头材料112、动端环状燃弧触头材料114、动端燃弧磁场触头115和动端导电杆117，最后导通。继续运动之后，静侧燃弧电流导电杆104连同静侧燃弧磁场触头111、静侧环状耐燃弧触头材料112和下侧弹簧挡板109向上运动。静侧压缩弹簧107开始压缩储能。当运动到动端内置导电触头116与静侧导电触头113接触之后，运动停止，此时灭弧室处于闭合状态。此时电流主要通过动端导电杆117、动端内置导电触头116、静侧导电触头113和主导电杆103，导通。
如图3所示，本发明新型复合触头真空灭弧室处于合闸保持状态。静侧导电触头113与动端内置导电触头116接触，两者的合闸压力由断路器的弹簧机构提供。静侧燃弧磁场触头111上焊接的静侧环状耐燃弧触头材料112与动端燃弧磁场触头115上焊接的动端环状耐燃弧触头材料114接触，两者的闭合保持压力由静侧压缩弹簧107提供，此时静侧压缩弹簧107处于储能状态。
下面详细描述本发明新型复合触头真空灭弧室的分闸运动过程。在断路器操动机构的带动下，动端导电杆117连同动端燃弧磁场触头115和动端环状燃弧触头材料114向下运动。由于静侧压缩弹簧107压缩储能，所以，静侧燃弧电流导电杆104连同静侧燃弧磁场触头111、静侧环状耐燃弧触头材料112、下侧弹簧挡板109也会随之向下运动。此时，动端内置导电触头116与静侧导电触头113分离。电流主要通过静侧主导电杆103、上侧导电导向环102和下侧导电导向环110、静侧燃弧电流导电杆104、静侧燃弧磁场触头111、静侧环状耐燃弧触头材料112、动端环状燃弧触头材料114、动端燃弧磁场触头115和动端导电杆117实现导通。进一步运动之后，当静侧燃弧磁场触头111运动至与静侧导电触头113接触碰撞之后，静侧燃弧电流导电杆104连同静侧燃弧磁场触头111、静侧环状耐燃弧触头材料112、下侧弹簧挡板109的运动停止。此时，静侧环状耐燃弧触头材料112与动端环状燃弧触头材料114开始分离，开始出现真空电弧。在静侧燃弧磁场触头111与动端燃弧磁场触头115的作用下，产生磁场，均匀真空电弧，减少对于触头材料的烧蚀。动端继续运动到设计位置，电流过零，然后电弧熄灭。此时灭弧室处于分闸状态。
本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合触头真空灭弧室，包括静侧结构部分、动侧结构部分和壳体结构，其特征在于：
所述静侧结构部分包括静侧燃弧电流导电杆(104)，置于静侧燃弧电流导电杆(104)内并与静侧燃弧电流导电杆(104)间隙配合的静侧主导电杆(103)，所述静侧燃弧电流导电杆(104)的下端焊接有静侧燃弧磁场触头(111)，静侧燃弧磁场触头(111)的下端焊接有静侧环状耐燃弧触头材料(112)，所述静侧主导电杆(103)的下端焊接有静侧导电触头(113)，在燃弧过程中，所述静侧导电触头(113)始终处于静侧燃弧磁场触头(111)的内部，所述静侧主导电杆(103)和静侧燃弧电流导电杆(104)通过静侧小直径波纹管(101)连接，静侧燃弧电流导电杆(104)与灭弧室上侧盖板之间通过静侧大直径波纹管(108)连接，在所述静侧大直径波纹管(108)内安装有静侧压缩弹簧(107)；
所述动侧结构部分包括动端导电杆(117)，焊接在动端导电杆(117)上端的动端燃弧磁场触头(115)，焊接在动端燃弧磁场触头(115)上端的动端环状燃弧触头材料(114)，焊接在动端燃弧磁场触头(115)内部的动端内置导电触头(116)，所述动端导电杆(117)与灭弧室下侧盖板之间通过动导杆波纹管(120)连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：所述壳体结构包括灭弧室外壳(119)，分别设置在灭弧室外壳(119)上端和下端的灭弧室上侧盖板(106)和灭弧室下侧盖板(121)，设置在灭弧室外壳(119)内与所述静侧大直径波纹管(108)和动导杆波纹管(120)连接的主屏蔽罩(118)。
3.根据权利要求2所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：当静侧压缩弹簧(107)装入静侧大直径波纹管(108)后，在所述灭弧室上侧盖板(106)上侧放置有上侧弹簧挡板(105)。
4.根据权利要求2所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：所述灭弧室外壳(119)的材料采用玻璃或陶瓷。
5.根据权利要求1所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：所述静侧燃弧电流导电杆(104)中部焊接有下侧弹簧挡板(109)，所述下侧弹簧挡板(109)上开有槽，用于固定静侧压缩弹簧(107)。
6.根据权利要求1所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：在所述静侧主导电杆(103)和静侧燃弧电流导电杆(104)之间的上端和下端分别装有上侧导电导向环(102)和下侧导电导向环(110)，用于导通电流和引导运动方向。
7.根据权利要求1所述的一种复合触头真空灭弧室，其特征在于：所述静侧燃弧磁场触头(111)和动端燃弧磁场触头(115)为线圈结构、杯状结构、两极结构或四极结构，在燃弧过程中，电流通过静侧燃弧磁场触头(111)和动端燃弧磁场触头(115)，在二者间隙中形成均匀的纵向磁场或是横向磁场。
8.一种真空断路器，其特征在于：所述真空断路器包括权利要求1至7任一项所述的复合触头真空灭弧室。
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