CN104576163A - 接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关。其中，接地开关触头包括：静端触头电极和动端触头电极，接地开关触头还包括磁控装置，磁控装置包括：多个第一切槽，多个第一切槽设置在静端触头电极的侧壁上并用于改变电流方向，第一切槽包括第一螺旋槽，第一螺旋槽设置在静端触头电极的朝向动端触头电极的一端；多个第二切槽，多个第二切槽设置在动端触头电极的侧壁上并用于改变电流方向，第二切槽包括第二螺旋槽，第二螺旋槽设置在动端触头电极的朝向静端触头电极的一端，第一螺旋槽和第二螺旋槽具有相反的旋向。本发明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
Description
技术领域
本发明涉及高压开关柜设备领域，具体而言，涉及一种接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关。
背景技术
在电力系统中，接地开关具备有短路关合的需要。接地开关合闸操作时，因系统中存在“预伏性短路故障”现象，要求接开关合闸过程能够承受关合短路负荷。根据标准GB1985-2004规定，具有短路电流关合能力的E1级接地开关，不论电压等级如何应经受2次短路关合操作。对于额定电压40.5kV及以下具有短路关合电流能力的E2级接地开关，短路关合操作次数增加到5次。
现有技术中的直动插接式接地开关，其大电流的关合效果并不理想，很难实现接地短路关合的目的。目前改善接地开关关合操作能力的主要措施是通过提高关合速度来降低预击穿开距，预击穿开距为击穿发生时的触头开距，预击穿开距越大，燃弧时间越长，电弧能量越大，成功关合的可能性越低。但上述提高关合速度的方法要求接地开关需配置更高动力型操动机构。接地关合速度达到5m/s以上的速度范围时才实现短路关合的要求，这对仅具有一般操作功的直动插接式接地开关操动机构来讲是很难实现的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关，以解决现有技术中的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种接地开关触头，包括：静端触头电极和动端触头电极，静端触头电极固定设置，动端触头电极沿静端触头电极的轴向可移动的设置，并具有与静端触头电极相互嵌套的导通位置以及与静端触头电极相互分离的断开位置，接地开关触头还包括磁控装置，磁控装置包括：多个第一切槽，多个第一切槽设置在静端触头电极的侧壁上并用于改变电流方向，第一切槽包括第一螺旋槽，第一螺旋槽设置在静端触头电极的朝向动端触头电极的一端；多个第二切槽，多个第二切槽设置在动端触头电极的侧壁上并用于改变电流方向，第二切槽包括第二螺旋槽，第二螺旋槽设置在动端触头电极的朝向静端触头电极的一端，第一螺旋槽和第二螺旋槽具有相反的旋向。
进一步地，第一切槽还包括与第一螺旋槽对应的第一导流槽，第一导流槽设置在静端触头电极的侧壁上并沿静端触头电极的轴向延伸，第一螺旋槽的一端与第一导流槽的一端连接并且第一导流槽设置在第一螺旋槽远离动端触头电极的一端。
进一步地，第二切槽还包括与第二螺旋槽对应的第二导流槽，第二导流槽设置在动端触头电极的侧壁上并沿动端触头电极的轴向延伸，第二螺旋槽的一端与第二导流槽的一端连接并且第二导流槽设置在第二螺旋槽远离静端触头电极的一端。
进一步地，静端触头电极为静导电筒。
进一步地，多个第一切槽贯通静端触头电极的侧壁以将静端触头电极的侧壁上分割成多个第一导流体。
进一步地，动端触头电极的还包括内筒，多个第二切槽贯通动端触头电极的侧壁以将动端触头电极的侧壁上分割成多个第二导流体。
根据本发明的另一方面，提供了一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，接地开关触头为上述的接地开关触头。
应用本发明的技术方案，在接地开关触头上设置有磁控装置，磁控装置为设置在静端触头电极的第一切槽和设置在动端触头电极的第二切槽。第一切槽和第二切槽用于改变流经静端触头电极和动端触头电极的电流的方向。第一切槽包括第一螺旋槽，第二切槽包括第二螺旋槽，且第一螺旋槽和第二螺旋槽旋向相反，因此动端触头电极由断开位置向导通位置切换产生预击穿电弧时，通过静端触头电极和动端触头电极的电流产生垂直于预击穿电弧的横向磁场。
在动端触头电极和静端触头电极之间产生的横向磁场对预击穿电弧产生横向磁吹作用，提高接地开关关合时预击穿电弧在触头表面的运动速度，降低预击穿电弧能量，减轻预击穿电弧对开关设备电弧烧蚀，进而降低接地开关的关合速度要求，使接地开关更加容易实现大电流关合。因此本发明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的接地开关触头的实施例的结构示意图；
图2示出了图1的接地开关触头的静端触头电极的立体示意图；
图3示出了图2的静端触头电极的纵剖示意图；
图4示出了图1的接地开关触头的动端触头电极的立体示意图；
图5示出了图4的动端触头电极的纵剖示意图；
图6示出了图1的接地开关触头在工作状态下预击穿电弧产生时的电流流向及磁场控制示意图；
图7示出了图6的接地开关触头产生横向磁场的原理示意图；
图8示出了根据本发明的直动插接式接地开关的实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、静端触头电极；11、静导电筒；12、第一导流体；20、动端触头电极；21、内筒；22、第二导流体；30、磁控装置；31、第一切槽；311、第一螺旋槽；312、第一导流槽；32、第二切槽；321、第二螺旋槽；322、第二导流槽。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在现有技术中，传统直动插接式接地开关的触头设计还缺乏对电极触头间隙的磁场对预击穿电弧影响的考虑，未能将磁场的磁吹作用成功应用到接地开关关合操作上，接地开关成功关合短路电流仍然存在困难。
本申请的发明人首次将磁场对电弧的磁吹效应应用到直插式接地开关中。通过磁场对预击穿电流的横向磁吹作用，使得预击穿电弧在触头表面快速圆周跑弧运动，减少了触头的集中烧蚀，避免大电流关合时因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，降低电弧能量，同时抑制电弧收缩，减小关合电动斥力。
如图1所示，本实施例的接地开关触头包括静端触头电极10、动端触头电极20和磁控装置30。静端触头电极10固定设置，动端触头电极20沿静端触头电极10的轴向可移动的设置，并具有与静端触头电极10相互嵌套的导通位置以及与静端触头电极10相互分离的断开位置。磁控装置30包括多个第一切槽31和多个第二切槽32。多个第一切槽31设置在静端触头电极10的侧壁上并用于改变电流方向，多个第二切槽32设置在动端触头电极20的侧壁上并用于改变电流方向。第一切槽31包括第一螺旋槽311，第一螺旋槽311设置在静端触头电极10的朝向动端触头电极20的一端，第二切槽32包括第二螺旋槽321，第二螺旋槽321设置在动端触头电极20的朝向静端触头电极10的一端，第一螺旋槽311和第二螺旋槽321具有相反的旋向。
应用本实施例的技术方案，在接地开关触头上设置有磁控装置30，磁控装置30为设置在静端触头电极10的第一切槽31和设置在动端触头电极20的第二切槽32。第一切槽31和第二切槽32用于改变流经静端触头电极10和动端触头电极20的电流的方向。第一切槽31包括第一螺旋槽311，第二切槽32包括第二螺旋槽321，且第一螺旋槽311和第二螺旋槽321旋向相反，因此动端触头电极20由断开位置向导通位置切换产生预击穿电弧时，通过静端触头电极10和动端触头电极20的电弧电流产生垂直于预击穿电弧的横向磁场。在动端触头电极20和静端触头电极10之间产生的横向磁场对预击穿电弧产生横向磁吹作用，提高接地开关关合时预击穿电弧在触头表面的运动速度，降低预击穿电弧能量，减轻预击穿电弧对开关设备电弧烧蚀，避免因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，进而提高接地开关对大电流的开合能力。因此本发明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
在本实施例中，静端触头电极10和动端触头电极20的接触端均焊接有触头片。触头片采用耐烧蚀钨铜材料制成，能够部分抵挡静端触头电极10和动端触头电极20之间产生的预击穿电弧的烧蚀，避免因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，进而提高接地开关对大电流关合的能力。
如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，第一切槽31还包括与第一螺旋槽311对应的第一导流槽312，第一导流槽312设置在静端触头电极10的侧壁上并沿静端触头电极10的轴向延伸，第一螺旋槽311的一端与第一导流槽312的一端连接并且第一导流槽312设置在第一螺旋槽311远离动端触头电极20的一端。
如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，第二切槽32还包括与第二螺旋槽321对应的第二导流槽322，第二导流槽322设置在动端触头电极20的侧壁上并沿动端触头电极20的轴向延伸，第二螺旋槽321的一端与第二导流槽322的一端连接并且第二导流槽322设置在第二螺旋槽321远离静端触头电极10的一端。
本实施例中，在静端触头电极10上设置第一螺旋槽311和第一导流槽312，以及在动端触头电极20上设置第二螺旋槽321和第二导流槽322的具体作用为：
1、通过第一螺旋槽311、第一导流槽312、第二螺旋槽321和第二导流槽322改变流经电流的方向，能够在触头间隙产生一个垂直于预击穿电弧的横向磁场，横向磁场不仅能够降低击穿发生前的预击穿电流，避免预击穿发生。而且击穿发生后能够通过磁吹作用控制预击穿电弧，加速预击穿电弧运动，降低预击穿电弧能量，利于大电流关合操作。
2、分离导电路径，降低静端触头电极10和动端触头电极20上的环向涡流，进而降低动静触头因涡流热效应而产生的温升，提高接地开关的额定电流。
3、在接地开关合闸时，由于静端触头电极10和动端触头电极20被第一切槽31和和第二切槽32分割为多个第一导流体12和多个第二导流体22，进而能够承受动端触头电极20在穿设进静导电筒11过程中静端触头电极10的机械变形，增大接地开关合闸时动静触头的电接触面积，减小接触电阻，同时降低关合电动斥力。
如图2至图3所示，在本实施例的技术方案中，静端触头电极10为静导电筒11结构。静端触头电极10固定设置，动端触头电极20设置在静端触头电极10的正上方，并且动端触头电极20可沿着轴向上下移动。当接地开关完成关合操作时，动端触头电极20朝向静端触头电极10运动，并且动端触头电极20穿设于静导电筒11内，实现动端触头电极20和静端触头电极10的接触导通。
如图2至图5所示，在本实施例的技术方案中，多个第一切槽31贯通静端触头电极10的侧壁以将静端触头电极10的侧壁上分割成多个第一导流体12。动端触头电极20的还包括内筒21，多个第二切槽32贯通动端触头电极20的侧壁以将动端触头电极20的侧壁上分割成多个第二导流体22。流经动端触头电极20和静端触头电极10的电流沿着第一导流体12和第二导流体22的方向移动，并产生电流分量。
本实施例中，静端触头电极10和动端触头电极20之间间隙的横向磁场具体的产生过程如下：
如图6所示，在本实施例中，第一螺旋槽311和第二螺旋槽321具有相反的旋向，因此在预击穿电弧电流通过第一螺旋槽311和第二螺旋槽321时，预击穿电弧电流在静端触头电极10和动端触头电极20上具有旋向相反的流向。因此预击穿电弧电流在静端触头电极10和动端触头电极20的水平分量方向相反，进而预击穿电弧电流的水平分量在静端触头电极10和动端触头电极20之间的间隙产生一个垂直于预击穿电弧的横向磁场Bt。
图7所示，横向磁场Bt的形成原理也可以从电流矢量变换来解释。流经静端触头电极10的电流I1可分解为横向分量I1t和纵向分量I1a，同理，流经动端触头电极的电流I2分解为横向分量I2t和纵向分量I2a。静端触头电极10和动端触头电极20之间的间隙受到I1t和I2t电流磁效应的共同作用产生一个垂直向内的磁场，矢量和为Bt，即为垂直于间隙预击穿电弧的横向磁场。此外，当预击穿电弧电流方向与图7中电弧电流方向相反时，横向磁场Bt方向变为向外，但矢量大小不变。
横向磁场对预击穿电弧的具体影响为：预击穿电弧受到横向磁场Bt的作用，产生一个横向垂直的电磁力F，在电磁力F磁吹作用下，预击穿电弧在触头表面快速圆周跑弧运动，减少了触头的集中烧蚀，避免大电流关合时因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，降低电弧能量，同时抑制电弧收缩，减小关合电动斥力。
如图8所示，本实施例还提供了一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，接地开关触头为上述的接地开关触头。
直动插接式接地开关在接地开关触头上设置有磁控装置30，磁控装置30为设置在静端触头电极10的第一切槽31和设置在动端触头电极20的第二切槽32。第一切槽31和第二切槽32用于改变流经静端触头电极10和动端触头电极20的电流的方向。第一切槽31包括第一螺旋槽311，第二切槽32包括第二螺旋槽321，且第一螺旋槽311和第二螺旋槽321旋向相反，因此动端触头电极20由断开位置向导通位置切换产生预击穿电弧时，通过静端触头电极10和动端触头电极20的电弧电流产生垂直于预击穿电弧的横向磁场。在动端触头电极20和静端触头电极10之间产生的横向磁场对预击穿电弧产生横向磁吹作用，提高接地开关关合时预击穿电弧在触头表面的运动速度，降低预击穿电弧能量，减轻预击穿电弧对开关设备电弧烧蚀，进而提高接地开关对大电流的开合能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种接地开关触头，包括：静端触头电极(10)和动端触头电极(20)，所述静端触头电极(10)固定设置，所述动端触头电极(20)沿所述静端触头电极(10)的轴向可移动的设置，并具有与所述静端触头电极(10)相互嵌套的导通位置以及与所述静端触头电极(10)相互分离的断开位置，其特征在于，所述接地开关触头还包括磁控装置(30)，所述磁控装置(30)包括：
多个第一切槽(31)，所述多个第一切槽(31)设置在所述静端触头电极(10)的侧壁上并用于改变电流方向，所述第一切槽(31)包括第一螺旋槽(311)，所述第一螺旋槽(311)设置在所述静端触头电极(10)的朝向所述动端触头电极(20)的一端；
多个第二切槽(32)，所述多个第二切槽(32)设置在所述动端触头电极(20)的侧壁上并用于改变所述电流方向，所述第二切槽(32)包括第二螺旋槽(321)，所述第二螺旋槽(321)设置在所述动端触头电极(20)的朝向所述静端触头电极(10)的一端，
所述第一螺旋槽(311)和所述第二螺旋槽(321)具有相反的旋向。
2.根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述第一切槽(31)还包括与所述第一螺旋槽(311)对应的第一导流槽(312)，所述第一导流槽(312)设置在所述静端触头电极(10)的侧壁上并沿所述静端触头电极(10)的轴向延伸，所述第一螺旋槽(311)的一端与所述第一导流槽(312)的一端连接并且所述第一导流槽(312)设置在所述第一螺旋槽(311)远离所述动端触头电极(20)的一端。
3.根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述第二切槽(32)还包括与所述第二螺旋槽(321)对应的第二导流槽(322)，所述第二导流槽(322)设置在所述动端触头电极(20)的侧壁上并沿所述动端触头电极(20)的轴向延伸，所述第二螺旋槽(321)的一端与所述第二导流槽(322)的一端连接并且所述第二导流槽(322)设置在所述第二螺旋槽(321)远离所述静端触头电极(10)的一端。
4.根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述静端触头电极(10)为静导电筒(11)。
5.根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述多个第一切槽(31)贯通所述静端触头电极(10)的侧壁以将所述静端触头电极(10)的侧壁上分割成多个第一导流体(12)。
6.根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述动端触头电极(20)的还包括内筒(21)，所述多个第二切槽(32)贯通所述动端触头电极(20)的侧壁以将所述动端触头电极(20)的侧壁上分割成多个第二导流体(22)。
7.一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，其特征在于，所述接地开关触头为权利要求1至6中任一项所述的接地开关触头。
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| PB01 | Publication | ||
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