CN105405707A - 气体绝缘负荷开关及其灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开关设备技术领域，特别是涉及气体绝缘负荷开关及其灭弧装置，以解决现有技术中的灭弧装置灭弧及控弧能力不足，不能对分闸后动触头区域残余的电弧进行限位吸附及有效灭弧的问题。为解决该技术问题，本发明的灭弧装置在灭弧室远端设置了二次灭弧用冷却件，且冷却件位于动触头开断后的位置附近处，可提高灭弧室吸附动触头区域残余电弧的能力，防止开断过程拉弧引起的相间短路，并利用金属自身的特性对被吸附在自身表面上的电弧进行冷却，从而达到可靠熄灭正常电弧及异常长燃弧的目的。同时该发明重新设计了灭弧室结构，通过设计散热通道，提高了灭弧室本体的灭弧及散热能力。

Description

气体绝缘负荷开关及其灭弧装置

技术领域

本发明涉及开关设备技术领域，特别是涉及气体绝缘负荷开关及其灭弧装置。

背景技术

气体绝缘负荷开关的典型应用为中压六氟化硫气体绝缘负荷开关柜，利用六氟化硫气体优异的绝缘和灭弧能力，可满足关合短路电流和分断负荷电流，所以气体绝缘开关具有结构简单、体积小、成本低、安全性高、免维护的特点，目前已在大范围内得以推广使用。气体绝缘负荷开关的灭弧方式多样，典型的有旋弧式、压气式及金属去离子栅式。

旋弧式灭弧方式采用强磁场旋转拉伸电弧进而灭弧，具有很高的开断能力，但由于其中采用了线圈结构，开关的多次开、合会导致线圈发热、烧坏，进而导致开断失败，而且飞弧距离不易控制，容易引起对地短路，需控制灭弧装置对地距离，增大负荷开关的尺寸设计。压气式灭弧方式采用绝缘气体气吹的灭弧方式，灭弧能力强，但结构设计复杂，成本较高，机构所需操作功大，一般应用于高电压等级。因压气式的特殊结构，动静触头置于气缸内，容易导致气缸内绝缘环境的下降而影响开断性能。金属去离子栅式灭弧的负荷开关广泛采用棒形支撑结构的金属去离子栅灭弧装置，因其结构简单可靠、价格低廉，在开关行业中得到广泛应用，但该结构在开断过程中电弧热效应产生的高温气体易导致支撑棒变形，甚至灭弧栅片脱落，影响开断性能及使用寿命。。

中国专利200420114944.3公开了一种框架式断路器灭弧装置，灭弧室下部的引弧片将分闸电弧引入灭弧室内并由灭弧栅片将其割断并灭除，而经灭弧室下部灭弧失败的长弧被引入灭弧室上部，并由灭弧室上部设置的多层灭弧板片和多层灭弧网片对灭弧室上部进行冷却并对长弧进行二次灭弧。该专利在灭弧装置内增设了可实现二次灭弧及冷却的结构，可提高灭弧装置的灭弧性能，但该专利的灭弧装置并不能对开断后触头间的动触头区域残余的电弧进行吸附及限位，可能造成残余电弧飞弧造成的相间及对地短路，导致动触头被残余电弧烧坏进而引起气体绝缘负荷开关的使用故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体绝缘负荷开关以解决现有技术中的灭弧装置灭弧及控弧能力不足，不能对分闸后动触头区域残余的电弧进行限位吸附及有效灭弧的问题；本发明的目的还在于提供上述气体绝缘负荷开关中使用的灭弧装置。

为解决该技术问题，本发明的气体绝缘负荷开关用灭弧装置采用如下技术方案：

气体绝缘负荷开关用灭弧装置，包括绝缘的灭弧室，灭弧室包括用于将分闸电弧引至灭弧室内的引弧触头，灭弧室还包括作为电弧入口的入口端及沿电弧传递方向远离所述入口端的出口端，引弧触头固设在入口端，入口端与出口端之间竖直固设有铁磁性金属材料制成的灭弧栅片，出口端固设有冷却件，冷却件用于吸附动触头区域残余电弧并对电弧进行冷却以控制电弧形状进而防止开断过程的相间短路。

所述灭弧室的壳体为上下镂空的框架式结构，框架内两对应侧边设置有间隔均布的安装卡槽，灭弧栅片安装在该安装卡槽内，改变灭弧栅片的安装间隔可调整两相邻的灭弧栅片之间的短弧电压。

壳体的两侧壁上固设有对灭弧栅片进行限位的固定件，固定件上开设有与所述框架式结构的壳体的上端镂空相连通的散热用开口以保证开断时电弧上升通畅。

所述冷却件为圆管形的冷却管，冷却管通过轴销固定安装在灭弧室的出口端，冷却管套设在所述轴销上。

所述灭弧栅片上开有通孔，安装时各灭弧栅片以错开通孔的方式进行排列。

本发明的气体绝缘负荷开关采用如下技术方案：

气体绝缘负荷开关，包括静触头、与静触头配合实现开关分合的动触头及固设在静触头上的灭弧装置，灭弧装置包括绝缘的灭弧室，灭弧室包括用于将分闸电弧引至灭弧室内的引弧触头，灭弧室还包括作为电弧入口的入口端及沿电弧传递方向远离入口端的出口端，引弧触头固设在入口端并与静触头电连接，入口端与出口端之间竖直固设有铁磁性金属材料制成的灭弧栅片，出口端固设有冷却件，冷却件用于吸附动触头区域残余电弧并对电弧进行冷却以控制电弧形状进而防止开断过程的相间短路。

所述灭弧室的壳体为上下镂空的框架式结构，框架内两对应侧边设置有间隔均布的安装卡槽，灭弧栅片安装在该安装卡槽内，改变灭弧栅片的安装间隔可调整两相邻的灭弧栅片之间的短弧电压。

壳体的两侧壁上固设有对灭弧栅片进行限位的固定件，固定件上开设有与所述框架式结构的壳体的上端镂空相连通的散热用开口以保证开断时电弧上升通畅。

所述冷却件为圆管形的冷却管，冷却管通过轴销固定安装在灭弧室的出口端，冷却管套设在所述轴销上。

所述灭弧栅片上开有通孔，安装时各灭弧栅片以错开通孔的方式进行排列。

现有技术中的灭弧室并不能熄灭开断后的动触头区域所残余的电弧，无法对开断后动触头区域残余的电弧进行吸附及限位，可能造成残余电弧飞弧造成相间及对地短路，导致动触头被残余电弧烧坏进而引起气体绝缘负荷开关的使用故障。而本发明中的灭弧装置在灭弧栅片的后方增设有二次灭弧用的冷却件，该冷却件位于开断后的动触头所处位置附近，从而该冷却件在动触头上残余电弧的影响下会产生一定磁性以吸附动触头上残余电弧，并利用金属自身的特性对被吸附在自身表面上的电弧进行冷却，从而达到熄灭动触头上残余电弧的目的，有效地避免了动触头被残余电弧烧坏及因此引起的气体绝缘负荷开关使用故障。

更进一步地，灭弧室的壳体设计成上下镂空的框架形式，故电弧及其产生的热气流在上升通道上无阻挡，在提高散热及换流能力的同时也避免了用于支撑灭弧栅片的壳体被烧蚀变形及因此引起的灭弧栅片从安装卡槽内脱落的问题。灭弧栅片插装在壳体上的安装卡槽内，故只需改变灭弧栅片的安装位置即可方便地调节灭弧栅片之间间距，进而可改变灭弧栅片的短弧电弧。

更进一步地，灭弧室的壳体内固设的冷却管可实现以下三方面的作用：吸附并冷却经灭弧栅片熄灭失败的长燃弧；冷却并吸附开断后的动触头上残余的电弧；为框架式的灭弧室提供稳固的支撑，防止其因刚度不足而变形。改变冷却管的外径即可调节冷却管的电弧吸附能力、限制电弧位置、均匀断口电场分布、提高负荷开关的开断性能。

附图说明

图1为本发明的灭弧装置与动静触头配合的一个实施例的装配结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图。

具体实施方式

气体绝缘负荷开关的实施例：

气体绝缘负荷开关结构如图1~3所示，包括负荷开关静触头1、与负荷开关静触头1配合实现负荷开关分合闸的动触头3及固设在静触头1上的灭弧装置，灭弧装置包括与负荷开关静触头1电气连接的引弧触头2和一个栅片式灭弧组件4。栅片式灭弧组件包括一个方形框架式的绝缘支架41（即灭弧室壳体），若干片安装于绝缘支架41内的灭弧栅片42、用于对灭弧栅片42进行限位的限位块43及安装于灭弧栅片42后端的圆形冷却管44。

绝缘支架41为上下镂空设计的结构形式，通过固定销45安装于负荷开关的静触头1上；灭弧栅片42采用可提高电弧耐烧蚀能力及灭弧能力的铁磁性金属片并竖直安装于绝缘支架41内，金属片上开有通孔，在灭弧栅片42安装时按错开通孔的形式进行排列，以使得灭弧装置既可保证短弧在灭弧栅片阵列内的连续、电弧近阴极效应的始终持续、防止电流在灭弧栅片阵列中贯通，又可提高绝缘气体在栅片间的流动性、增强栅片本体的散热能力及绝缘介质的恢复能力，达到提高开断性能的目标；灭弧栅片42的上端通过绝缘材质的固定块43限位，固定块43置于灭弧栅片42的上端且安装于框架式绝缘支架41的两内侧边上，两固定块43之间留有空隙，间隔设置的固定块43在实现对灭弧栅片42限位的同时也确保了开关开断过程中电弧上升通道上气流的通畅，不仅能提高绝缘栅片42本体的散热效果、防止电流过零后的热击穿、确保负荷开关的频繁操作需求，也能防止电弧及其热气流损伤绝缘支架41进而造成的灭弧栅片42由绝缘支架41内脱离及因此引起的栅片式灭弧组件失效；同时固定块43与绝缘支架41的最上端有一定的可调整距离，该距离的存在使得可调节安装在该绝缘支架41内的灭弧栅片42的高度以改变灭弧室的灭弧能力及冷却能力。冷却管44由圆管型金属材料制成，通过轴销46安装于绝缘支架41内并位于灭弧栅片42的后端，通过绝缘支架41实现冷却管44与灭弧栅片42及静触头1的互相绝缘，同时冷却管44也能对绝缘支架41起到支撑的作用，可用于弥补将壳体做成上下镂空的框架式结构而造成的支架刚度不足的问题，进而防止其因刚度而损坏影响使用的问题的发生，同时冷却管44为圆柱形不仅加工简单而且在同尺寸下表面积最大、使得表面电场的强度可控、电场分布更加均匀，圆管型金属材料套装在销轴46上的形式使得冷却管44的灭弧能力调节简单可靠，仅需通过调整冷却管外径尺寸就可实现其电弧吸附能力及表面电场强度分布的调整；引弧触头2设计为一个电场控制用电极形状，选用耐电弧烧蚀的材料，通过螺纹或铆接的方式与静触头1固定并与其电气接触，引弧触头2的后端部高出静触头1适当距离，引弧触头2安装于灭弧栅片42前端靠下位置处并与其保持适当的引弧距离，以将分闸后静触头1上残余电弧引入灭弧室从而防止静触头1的烧蚀，提高负荷开关的电寿命；动触头3与静触头1分断后处于冷却管44附近相应位置处。

绝缘支架41内两对应内侧边设置有宽度为d，间隔为P，间隔均布的安装卡槽，厚度为d的灭弧栅片42竖直安装在该卡槽内以确保相邻两灭弧栅片42间的距离为P，从而使得被割断在相邻两灭弧栅片间的短弧电压相同，使得各灭弧栅片42承担相同的灭弧电压。

在其他实施例中，也可间隔状地错开安装卡槽安装灭弧栅片42以调节相邻两灭弧栅片42之间的距离为2P或3P等其他距离以改变两相邻灭弧栅片42之间的短弧电压，实现最优化灭弧系统的尺寸设计。

通过在灭弧室壳体41上开设冷却管安装孔将冷却管44的中心至远端灭弧栅片42的尺寸控制为L，至端部的尺寸控制为H，调整冷却管6的外径D、L、H即可改善冷却管44的电弧吸附能力，限制电弧位置，均匀断口电场分布，降低电弧电压，提高断口绝缘恢复能力，实现灭弧系统的小尺寸设计并提高开断性能。

负荷开关分断时灭弧装置的工作原理如下：动触头3与静触头1分开的瞬间，动触头、静触头及两触头间均会产生剩余电弧，静触头及两触头间的电弧在流经动触头3的电流的电动力及电弧热上升气流的作用下，被吹向灭弧室壳体内。随电弧在灭弧室内向后移动，安装于绝缘支架41内的灭弧栅片42将电弧切断并拉长，并利用在灭弧栅片42之间形成的近阴极效应降低电弧电压、增强电子去游离、使电弧在电流过零后迅速熄灭。由于灭弧栅片42竖直安装在上下镂空的绝缘支架41内，故电弧产生的热气体在沿灭弧栅片42表面上升时不会遇到阻挡而能快速降温并冷却。而当分闸负荷电流遭遇长燃弧时，引弧触头2与动触头3之间会产生具有较长的电弧形态及较高的电弧能量的电弧，在电弧流经灭弧栅片42后可能不会熄灭，此时电弧会继续向后部移动，固设在灭弧栅片42后端的冷却管44在电弧影响下具有一定磁性并吸附剩余电弧以将剩余电弧限制在冷却管44上，再利用金属自身比热容大、导热性能优良的特点对被限制在冷却管44表面的电弧进行冷却，达到熄灭长燃弧的目的。而由于动触头3开断后的位置处于冷却管44附近，故冷却管44也可对动触头3上残余的电弧进行吸附并冷却，进而实现对动触头3进行灭弧的目的。

气体绝缘负荷开关用灭弧装置的实施例：

气体绝缘负荷开关用灭弧装置的结构如图1~3所示，其具体结构与气体绝缘负荷开关的实施例中灭弧装置的具体结构相同，在此不再赘述。

Claims (10)

1.气体绝缘负荷开关用灭弧装置，包括绝缘的灭弧室，灭弧室包括用于将分闸电弧引至灭弧室内的引弧触头，其特征在于：灭弧室还包括作为电弧入口的入口端及沿电弧传递方向远离所述入口端的出口端，引弧触头固设在入口端，入口端与出口端之间竖直固设有铁磁性金属材料制成的灭弧栅片，出口端固设有冷却件，冷却件用于吸附动触头区域残余电弧并对电弧进行冷却以控制电弧形状进而防止开断过程的相间短路。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘负荷开关用灭弧装置，其特征在于：所述灭弧室的壳体为上下镂空的框架式结构，框架内两对应侧边设置有间隔均布的安装卡槽，灭弧栅片安装在该安装卡槽内，改变灭弧栅片的安装间隔可调整两相邻的灭弧栅片之间的短弧电压。

3.根据权利要求2所述的气体绝缘负荷开关用灭弧装置，其特征在于：壳体的两侧壁上固设有对灭弧栅片进行限位的固定件，固定件上开设有与所述框架式结构的壳体的上端镂空相连通的散热用开口以保证开断时电弧上升通畅。

4.根据权利要求1或2或3所述的气体绝缘负荷开关用灭弧装置，其特征在于：所述冷却件为圆管形的冷却管，冷却管通过轴销固定安装在灭弧室的出口端，冷却管套设在所述轴销上。

5.根据权利要求4所述的气体绝缘负荷开关用灭弧装置，其特征在于：所述灭弧栅片上开有通孔，安装时各灭弧栅片以错开通孔的方式进行排列。

6.气体绝缘负荷开关，包括静触头、与静触头配合实现开关分合的动触头及固设在静触头上的灭弧装置，灭弧装置包括绝缘的灭弧室，灭弧室包括用于将分闸电弧引至灭弧室内的引弧触头，其特征在于：灭弧室还包括作为电弧入口的入口端及沿电弧传递方向远离入口端的出口端，引弧触头固设在入口端并与静触头电连接，入口端与出口端之间竖直固设有铁磁性金属材料制成的灭弧栅片，出口端固设有冷却件，冷却件用于吸附动触头区域残余电弧并对电弧进行冷却以控制电弧形状进而防止开断过程的相间短路。

7.根据权利要求6所述的气体绝缘负荷开关，其特征在于：所述灭弧室的壳体为上下镂空的框架式结构，框架内两对应侧边设置有间隔均布的安装卡槽，灭弧栅片安装在该安装卡槽内，改变灭弧栅片的安装间隔可调整两相邻的灭弧栅片之间的短弧电压。

8.根据权利要求7所述的气体绝缘负荷开关，其特征在于：壳体的两侧壁上固设有对灭弧栅片进行限位的固定件，固定件上开设有与所述框架式结构的壳体的上端镂空相连通的散热用开口以保证开断时电弧上升通畅。

9.根据权利要求6或7或8所述的气体绝缘负荷开关，其特征在于：所述冷却件为圆管形的冷却管，冷却管通过轴销固定安装在灭弧室的出口端，冷却管套设在所述轴销上。

10.根据权利要求9所述的气体绝缘负荷开关，其特征在于：所述灭弧栅片上开有通孔，安装时各灭弧栅片以错开通孔的方式进行排列。