CN104143467B - 一种压气式灭弧装置及使用该灭弧装置的高压断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压气式灭弧装置及使用该灭弧装置的高压断路器。其中一种压气式灭弧装置包括动、静弧触头、喷口、压气缸及静触头座，两弧触头的引弧端均具有朝向对方的在合闸状态对压配合的对接导电端面，静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆上设有静弧触头防脱结构；两弧触头的至少一个上设有轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过连通通道与压气缸外部的气室连通；喷口具有用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段，静、动弧触头至少一个的外周绕设有消弧线圈。上述压气式灭弧装置弧触头磨损少且同轴度要求低。
Description
技术领域
本发明涉及一种压气式灭弧装置及使用该灭弧装置的高压断路器。
背景技术
常见的非真空高压断路器一般为压气式灭弧装置，采用吹气灭弧方式，依靠压气缸和活塞的相对运动使高压气体从喷口中喷出以将电弧吹断。例如申请号为201020609730.9，授权公告日为2011.06.08的中国专利公开的一种户外高压交流瓷柱式SF6断路器，包括壳体、静端组件和动端组件，静端组件包括静触头座、安装在静触头座上的静主触头和静弧触头，动端组件包括固定在一起并共同沿分合闸方向导向移动设置的压气缸、动触座、动主触头、动弧触头、喷口和拉杆，其中静弧触头是实心柱状，喷口和动弧触头是空心筒状，两者相互靠近的一端为引弧端。工作时，拉杆在相应的操动装置驱动下带动压气缸、动主触头、动弧触头和喷口一起朝向或远离静端组件运动，以实现合闸或分闸。合闸时，动弧触头先插设到静弧触头中，接着动主触头和静主触头导通；分闸时，动主触头和静主触头先分离，接着静弧触头从动弧触头中抽出。
在上述灭弧装置中，为了保证静弧触头和动弧触头能够可靠导通，动弧触头与静弧触头插接配合时两者相互接触的表面之间需要较大的压紧力，因此摩擦力较大，反复分合闸过程中容易出现磨损，会影响导通质量和使用寿命，并且两者的同轴度要求较高，需要较高的制造精度装配精度。
另外，为了保证灭弧的可靠性，从压气缸内喷出的气流会分成两路，一路通过喷口的口部，一路通过动弧触头前端的开口。但是，合闸时，动弧触头朝向静弧触头运动并套设到静弧触头上，同时喷口也套设到静弧触头上，这时喷口口部的气流通道和动弧触头前端的开口形成的气流通道均被静弧触头封堵，分闸时，只有在静弧触头离开动弧触头开始拉弧时，动弧触头处的气流通道才正式打开，接着是喷口的气流通道打开，由于分闸初始阶段两气流通道均被封堵，因此气体压缩的反向作用力和电弧的作用力将集中在一起，导致分闸初期需要很大的操作功，对灭弧装置结构性能和操动装置要求很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够避免静弧触头和动弧触头分合闸时产生磨损并能够降低两者装配时的同轴度要求的压气式灭弧装置，同时提供一种使用该灭弧装置的高压断路器。
本发明一种压气式灭弧装置采用的技术方案是：一种压气式灭弧装置，包括在轴向上相互对应的动弧触头、静弧触头，还包括与动弧触头同步动作的喷口及压气缸、用于支撑静弧触头的静触头座，所述动、静弧触头的引弧端均具有朝向对方的对接导电端面，两对接导电端面在合闸状态对压配合；所述静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆远离静弧触头的端部设有与静触头座挡止配合的静弧触头防脱结构；两弧触头的至少一个上设有贯通其对接导电端面的轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过对应设置的连通通道与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室连通；所述喷口具有内壁沿分合闸方向延伸的、用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段；所述静弧触头和动弧触头的至少一个的外周绕设有消弧线圈。
两弧触头均具有轴向通孔，静弧触头远离引弧端的一端与导电杆是对接固定，所述导电杆是轴向贯通的筒状且远离静弧触头的一端与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通而形成连通通道；所述压气式灭弧装置的拉杆为仅靠近动弧触头一侧的端部开放的筒状，拉杆开放侧的端部与动弧触头的轴向通孔相通且该侧的筒壁上于拉杆长度方向上的设定位置设有径向通气孔，所述径向通气孔在两弧触头分开设定距离之前和之后分别与压气缸的内腔和压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通。
所述静触头座上设有开口朝向动弧触头的、在合闸到位时与喷口的对应端插套配合的环槽。
所述动、静弧触头均包括设有轴向通孔的触头筒体，动、静弧触头于触头筒体的引弧端设有由端面沿径向向外延伸的凸缘而形成T形结构。
所述静、动弧触头均包括插设在触头筒体内的由耐烧蚀材料制成的衬套，两衬套相互对立的一端均设有沿径向延伸的翻沿而形成T形结构，所述对接导电端面是由翻沿的对应表面形成。
所述动、静弧触头均是磁场型触头。
本发明中高压断路器采用的技术方案是：高压断路器，包括压气式灭弧装置和操动机构，所述压气式灭弧装置包括在轴向上相互对应的动弧触头、静弧触头，还包括与动弧触头同步动作的喷口及压气缸、用于支撑静弧触头的静触头座，所述动、静弧触头的引弧端均具有朝向对方的对接导电端面，两对接导电端面在合闸状态对压配合；所述静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆远离静弧触头的端部设有与静触头座挡止配合的静弧触头防脱结构；两弧触头的至少一个上设有贯通其对接导电端面的轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过对应设置的连通通道与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室连通；所述喷口具有内壁沿分合闸方向延伸的、用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段，所述静弧触头和动弧触头的至少一个的外周绕设有消弧线圈。
两弧触头均具有轴向通孔，静弧触头远离引弧端的一端与导电杆是对接固定，所述导电杆是轴向贯通的筒状且远离静弧触头的一端与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通而形成连通通道；所述压气式灭弧装置的拉杆为仅靠近动弧触头一侧的端部开放的筒状，拉杆开放侧的端部与动弧触头的轴向通孔相通且该侧的筒壁上于拉杆长度方向上的设定位置设有径向通气孔，所述径向通气孔在两弧触头分开设定距离之前和之后分别与压气缸的内腔和压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通。
所述动、静弧触头均包括设有轴向通孔的触头筒体，动、静弧触头于触头筒体的引弧端设有由端面沿径向向外延伸的凸缘而形成T形结构；所述静、动弧触头还包括插设在触头筒体内的由耐烧蚀材料制成的衬套，两衬套相互对立的一端均设有沿径向延伸的翻沿而形成T形结构，所述对接导电端面是由翻沿的对应表面形成。
所述动、静弧触头均是磁场型触头。
本发明采用上述技术方案，由于动、静弧触头的引弧端均具有朝向对方的对接导电端面，两对接导电端面在合闸状态对压配合，并且所述静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆远离静弧触头的端部设有与静触头座挡止配合的静弧触头防脱结构，因此，在合闸时，动弧触头和静弧触头能够依靠对接导电端面对压配合，超程弹簧能够为两弧触头提供压紧力以保证导通良好，与现有技术采用插接式结构相比，合闸时不会产生插接摩擦，同样，分闸时两弧触头之间也不会产生插接摩擦，延长了使用寿命，而静弧触头防脱结构能够避免静弧触头在分闸时脱出静触头座，从而使两弧触头的对接导电端面顺利分离，并且对压配合不需要两弧触头之间具有很高的同轴度，便于制造和装配。而两弧触头的至少一个上设有贯通其对接导电端面的轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过对应设置的连通通道与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室连通，所述喷口具有内壁沿分合闸方向延伸的、用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段，上述结构保证了分闸时绝大部分气流从两对接导电端面之间的断口通过，并通过轴向通孔和连接通道顺利排出，使灭弧装置能够有效灭弧，保证灭弧装置能够正常工作。另外，超程弹簧能够在分闸初期提供分闸作用力，有利于降低分闸初期的操作功，所述静弧触头和动弧触头的至少一个的外周绕设有消弧线圈，能够利用电弧自身产生磁场，获得更好的消弧效果。
附图说明
图1：本发明中一种压气式灭弧装置的一个实施例处于合闸状态的示意图；
图2：图1中静弧触头与动弧触头分离时的示意图；
图3：图1中压气式灭弧装置处于分闸状态的示意图；
图4：图1中动弧触头一个角度的立体图；
图5：图1中动弧触头另一个角度的立体图；
图6：图4中动弧触头的剖视图。
图中各附图标记对应的名称为：1静触头座，2静端屏蔽，3静主触头，4喷口，5压气缸导向环，6压气缸导电触指，7动端导体，8压气缸，81环形支撑板，811气孔，9拉杆，91通气孔，92导流锥，10支撑座，11拉杆导向环，12导电杆导向环，13导电杆导电触指，14导电杆，15超程弹簧，16静弧触头，17动弧触头，18绝缘保护套，19内腔，20消弧线圈，21触头筒体，22衬套，23环槽。
具体实施方式
本发明中一种压气式灭弧装置的一个实施例如图1~图6所示，是一种SF6灭弧室，包括静端组件和动端组件，其中静端组件包括静触头座1、静端屏蔽2、静主触头3和静弧触头16，动端组件包括动端导体7、支撑座10和固定装配在一起的压气缸8、喷口4、动弧触头17和拉杆9，压气缸8靠近静端组件的端部构成用于与静主触头3导通的动主触头。
其中静触头座1、静端屏蔽2和静主触头3的装配方式是现有技术，此处不再详细说明。静弧触头16包括设有轴向通孔的触头筒体21，并于触头筒体21的引弧端设有由端面沿径向向外延伸的凸缘，从而形成T形结构。静弧触头16的轴向通孔内设有铜铬合金材料制成的衬套22，衬套22的一端伸出轴向通孔并设有用于与凸缘的端面导电贴合配合的翻沿，该翻沿的一侧表面朝向动弧触头17而形成对接导电端面，衬套22的翻沿和延伸至静弧触头16轴向通孔内的部分能够有效防止电弧烧蚀，延长静弧触头的使用寿命。为提高灭弧效果，静弧触头16采用磁场型触头，磁场型触头是真空灭弧装置中广泛采用的结构，能够产生磁场将电弧弯曲、拉长，并降低电弧电压，以利于灭弧，具体结构此处不作详细描述。动弧触头17的结构与静弧触头相同，两者的对接导电端面相对设置而在合闸时对接压紧配合。
静弧触头16远离引弧端的一端固定有导电杆14，静触头座1上设有导向孔且孔壁上设有导电杆导向环12和导电杆导电触指13，供导电杆沿分合闸方向导向移动装配，并使静弧触头16通过导电杆与静触头座1导电连通。导电杆14远离静弧触头16的一端还设有挡止翻沿，用于对静弧触头16在轴向上进行挡止限位，避免静弧触头16在分闸时脱出静触头座1。静弧触头16的凸缘与静触头座1之间设有超程弹簧15，该超程弹簧15为压簧，用于在合闸时使两主触头在两弧触头接触后能够相对运动一段超程距离而导通，同时保证静弧触头16和动弧触头17之间具有足够的对接压力，另外，分闸时能够对静弧触头16施加朝向动弧触头17运动的作用力，能够减小分闸初期的操作功并使静弧触头16复位。
动端导体7和支撑座10均固定在压气式灭弧装置的壳体上（壳体未示出），两者之间设有供压气缸8沿分合闸方向插设的环形间隙，并且动端导体7上设有压气缸导向环5和压气缸导电触指6，能够实现压气缸8的导向和压气缸8与动端导体7之间的导通。压气缸8靠近静弧触头16一侧的内壁上设有环形支撑板81，环形支撑板81上设有气孔811，供压气缸8内的气体喷出。动弧触头17远离引弧端的一端固定在压气缸8的环形支撑板81上。动弧触头17的触头筒体21上于凸缘与压气缸8上的环形支撑板81之间还套设有绝缘保护套18，绝缘保护套18能够保证动弧触头17在环形支撑板81上的牢固固定，防止其倾斜。绝缘保护套18内设有五匝消弧线圈20，消弧线圈20是由封闭的环形导线制成，绕设在动弧触头17的外周，能够在电弧形成后产生磁场，实现更好的灭弧效果，消弧线圈的工作原理是现有技术，此处不再具体说明。支撑座10上设有拉杆导向孔，拉杆导向孔内壁上设有拉杆导向环11，拉杆9通过拉杆导向环11沿分合闸方向导向移动装配该拉杆导向孔内。拉杆9为筒状，其靠近动弧触头17一侧的端部开放，远离动弧触头17的一侧通过具有圆锥外周面的导流锥92封闭，拉杆9开放侧的端部与动弧触头17的轴向通孔相通且该侧的筒壁上于拉杆长度方向上的设定位置设有径向通气孔91，所述径向通气孔91在两弧触头分开设定距离之前和之后分别与压气缸8的内腔19和压气式灭弧装置中压气缸8外部的气室相通。导流锥92的周边斜面能够对SF6进行导流，使SF6气体在通过径向通气孔91时不会产生乱流，因而能够减小对断路器的分合闸动作产生的阻力，提高了断路器的开断性能。拉杆9的径向通气孔91、轴向通孔和动弧触头17的轴向通孔形成用于与压气式灭弧装置中压气缸8外的内腔19相通的连通通道。喷口4固定在压气缸8上，具有内壁沿分合闸方向延伸的间隙配合段，通过该间隙配合段，喷口4能够在分合闸行程中与静弧触头16的对应外周面保持间隙配合，使两者之间满足一定的气密性要求，保证绝大部分气流吹向静弧触头16与动弧触头17之间的断口，只形成一个气流通道，从而实现良好的灭弧效果。静触头座1上设有开口朝向动弧触头17的、在合闸到位时与喷口4的对应端插套配合的环槽23，形成供喷口4运动的避让空间，能够减小压气式灭弧装置的轴向尺寸。
在拉杆9上设置上述径向通孔91，构成了自能式结构，在两弧触头分开设定距离之前使拉杆9位于导流锥92左侧的空腔与压气缸8的内腔19形成封闭腔体，使SF6在该封闭腔体内被电弧加热膨胀，从静弧触头16的轴向通孔排出，在两弧触头分开设定距离之后，压气缸8内的气体经过两弧触头之间的断口后从静弧触头的轴向通孔和动弧触头的轴向通孔向外排出。当然，在其他实施例中，也可以使径向通孔91一直处于压气缸8的内腔19之外，采用非自能式结构，这是本领域技术人员的常规技术手段，是本领域技术人员不需付出创造性的劳动即可实现的。
合闸时：
在分闸位置时，在拉杆导向环11、压气缸导向环5的导向下，拉杆9带动压气缸8、设置在压气缸8上的动弧触头17、绝缘保护套18、喷口4一同沿着合闸方向向合闸位运动。动弧触头17与静弧触头16接触后，静弧触头16开始压缩超程弹簧15，压气缸8前端形成的动主触头与静主触头3接触导通。整个合闸时电流导通回路为：当动弧触头17与静弧触头16接触时，电流通过动端导体7上的压气缸导电触指6，流向压气缸8，再通过设置压气缸8上的动弧触头17流向静弧触头16，静弧触头16通过导电杆14、导电杆导电触指13，使电流流向静触头座1。当压气缸8与静主触头3接触导通后，电流通过动端导体7上的导电触指，流向压气缸8，再通过设置压气缸8流向静主触头3和静触头座1。
分闸时：
在合闸位置时，在拉杆导向环11、压气缸导向环5的导向下，拉杆9带动压气缸8，设置在压气缸8上的动弧触头17、绝缘保护套18、喷口4一同沿着分闸方向向分闸位运动。压气缸8与静主触头3脱离接触后，压气缸8中内腔19的气体已经被压缩，超程弹簧15完全释放，导电杆14依靠挡止翻沿对静弧触头16限位，动弧触头17与静弧触头16脱离接触开始拉弧时，内腔19中的压缩气体沿着压气缸8、绝缘保护套18、喷口4喷出，开始吹断电弧，此时在磁场型触头产生的磁场的作用下，电弧的电压会降低，从而降低了吹弧的难度。当电弧熄灭，拉杆9带动压气缸8及相关组件运动到分闸位，分闸运动结束。这个过程中，与常规的插入式导通结构相比，本发明中静弧触头16和动弧触头17采用对接式导通方式，不存在插接时的磨损，具有更长的电寿命。同时，超程弹簧15可以同时提供分闸作用力，降低分闸操作功。并且，上述压气式灭弧装置采用了由吹气式灭弧方式和磁场灭弧方式共同灭弧的复合方式，能够更好的消弧，从而有助于减小灭弧装置的尺寸。
本发明中高压断路器的一个实施例包括压气式灭弧装置和驱动压气式灭弧装置动作的操动机构，其中压气式灭弧装置和上述实施例中的压气式灭弧装置结构相同，而操动机构与现有技术中的对应操动机构结构相同，具体结构此处不再赘述。
在上述实施例中，动、静弧触头均采用的是磁场型触头，并且对接导电端面是由铜铬合金制成的衬套形成，在本发明的其他实施例中，动、静弧触头也可以采用非磁场型触头，例如真空灭弧装置中常用的平板触头，而对应的对接导电端面也可以由平板触头的端面形成。上述实施例中，动弧触头17的外周设有消弧线圈20，在其他实施例中，也可以在静弧触头16的外周设置消弧线圈。另外，上述实施例中与弧触头的轴向通孔相通的连通通道也可以采用其他形式，例如将拉杆设置成轴向贯通的形式，使其背离于动弧触头的一端与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通。再者，本实施例中灭弧装置中用于灭弧的气体为SF6，即六氟化硫，在其他实施例中，SF6气体也可以替换为二氧化碳或者混合气体，而环形支撑板81上也可以设置仅在压气缸8吸气时打开的活塞片，以利于压气缸8在合闸时进气。
Claims (8)
1.一种压气式灭弧装置，包括在轴向上相互对应的动弧触头、静弧触头，还包括与动弧触头同步动作的喷口及压气缸、用于支撑静弧触头的静触头座，其特征在于：所述动、静弧触头的引弧端均具有朝向对方的对接导电端面，两对接导电端面在合闸状态对压配合；所述静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆远离静弧触头的端部设有与静触头座挡止配合的静弧触头防脱结构；两弧触头的至少一个上设有贯通其对接导电端面的轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过对应设置的连通通道与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室连通；所述喷口具有内壁沿分合闸方向延伸的、用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段；所述静弧触头和动弧触头的至少一个的外周绕设有消弧线圈，两弧触头均具有轴向通孔，静弧触头远离引弧端的一端与导电杆是对接固定，所述导电杆是轴向贯通的筒状且远离静弧触头的一端与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通而形成连通通道；所述压气式灭弧装置的拉杆为仅靠近动弧触头一侧的端部开放的筒状，拉杆开放侧的端部与动弧触头的轴向通孔相通且该侧的筒壁上于拉杆长度方向上的设定位置设有径向通气孔，所述径向通气孔在两弧触头分开设定距离之前和之后分别与压气缸的内腔和压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通。
2.根据权利要求1所述的一种压气式灭弧装置，其特征在于：所述静触头座上设有开口朝向动弧触头的、在合闸到位时与喷口的对应端插套配合的环槽。
3.根据权利要求1所述的一种压气式灭弧装置，其特征在于：所述动、静弧触头均包括设有轴向通孔的触头筒体，动、静弧触头于触头筒体的引弧端设有由端面沿径向向外延伸的凸缘而形成T形结构。
4.根据权利要求3所述的一种压气式灭弧装置，其特征在于：所述静、动弧触头均包括插设在触头筒体内的由耐烧蚀材料制成的衬套，两衬套相互对立的一端均设有沿径向延伸的翻沿而形成T形结构，所述对接导电端面是由翻沿的对应表面形成。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种压气式灭弧装置，其特征在于：所述动、静弧触头均是磁场型触头。
6.高压断路器，包括压气式灭弧装置和操动机构，所述压气式灭弧装置包括在轴向上相互对应的动弧触头、静弧触头，还包括与动弧触头同步动作的喷口及压气缸、用于支撑静弧触头的静触头座，其特征在于：所述动、静弧触头的引弧端均具有朝向对方的对接导电端面，两对接导电端面在合闸状态对压配合；所述静弧触头通过导电杆沿分合闸方向导向移动装配在静触头座上并与静触头座导电连接，静弧触头与静触头座之间设有超程弹簧，导电杆远离静弧触头的端部设有与静触头座挡止配合的静弧触头防脱结构；两弧触头的至少一个上设有贯通其对接导电端面的轴向通孔，轴向通孔背离对接导电端面的一端通过对应设置的连通通道与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室连通；所述喷口具有内壁沿分合闸方向延伸的、用于在分合闸行程中与静弧触头的对应外周面保持间隙配合的间隙配合段，所述静弧触头和动弧触头的至少一个的外周绕设有消弧线圈，两弧触头均具有轴向通孔，静弧触头远离引弧端的一端与导电杆是对接固定，所述导电杆是轴向贯通的筒状且远离静弧触头的一端与压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通而形成连通通道；所述压气式灭弧装置的拉杆为仅靠近动弧触头一侧的端部开放的筒状，拉杆开放侧的端部与动弧触头的轴向通孔相通且该侧的筒壁上于拉杆长度方向上的设定位置设有径向通气孔，所述径向通气孔在两弧触头分开设定距离之前和之后分别与压气缸的内腔和压气式灭弧装置中压气缸外部的气室相通。
7.根据权利要求6所述的高压断路器，其特征在于：所述动、静弧触头均包括设有轴向通孔的触头筒体，动、静弧触头于触头筒体的引弧端设有由端面沿径向向外延伸的凸缘而形成T形结构；所述静、动弧触头还包括插设在触头筒体内的由耐烧蚀材料制成的衬套，两衬套相互对立的一端均设有沿径向延伸的翻沿而形成T形结构，所述对接导电端面是由翻沿的对应表面形成。
8.根据权利要求6或7所述的高压断路器，其特征在于：所述动、静弧触头均是磁场型触头。
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