CN106710960B - 一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其中，膨胀室、压气室、主喷口、辅助喷口、动侧弧触头和静侧弧触头组成了电弧开断核心组件；灭弧室气体绝缘恢复由内层混合区和外层混合区组成；导流筒引流孔将灭弧室外层混合区的绝缘气体吸入灭弧室内层混合区，与电弧高温气体在最靠近断口的区域进行第一级混合和冷却；支撑座引流孔将灭弧室外部绝缘气体吸入灭弧室外层混合区，与电弧气体进行第二级混合和冷却；排气口处的扰流器降低了排出的高温混合气体的局部速度；在主触头屏蔽罩上开设压力平衡孔，降低屏蔽罩两侧压力差；在绝缘筒上开设压力平衡孔，减小了绝缘筒内部的气体压力波动。

Description

一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器

技术领域

本发明涉及气体断路器领域，具体地说，特别涉及到一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器。

背景技术

高压气体断路器的工作原理是将电流开断过程中产生的电弧气体迅速地冷却并有效地排放，使整个装置快速恢复并保持良好的电气绝缘状态。电弧气体具有高温、高压及绝缘能力差等特性，须经过精确的断路器流场设计，才能保证断路器获得迅速的冷却并恢复绝缘能力。

通常的断路器电弧气体排放设计多采用气体缓冲区设计方法，即在电弧气体下游设置一定体积的气体缓冲区，预存一定数量的绝缘气体，并在出口处布置的小孔阵列，强迫电弧气体在通过小孔阵列后降低流速，最后进入断路器壳体内。其缺点在于断口绝缘恢复速度较慢，流动阻力较大，适用于较低短路开断电流的断路器。当此方法运用于较大短路开断电流的断路器时，则需要设计较大的气体缓冲区，不利于断路器小型化设计。

专利200710002143公开了一种断路器的冷却方法，其采用了大尺寸通气孔并多次改变气流流动方向的方法。此方法能力提升电弧气体的排放能力，但是对于改善距离断口较近区域的绝缘恢复能力作用有限，适用于较小短路开断电流的断路器。

专利200610139623公开了采用漩涡、加长流动路径的方法，使电弧气体在灭弧室内部进行就地混合和冷却，但是对于改善距离断口较近区域的绝缘恢复能力作用有限，且沿程阻力较大，适用于较小短路开断电流的断路器，且需要设置较大体积的气体混合区。

断路器通常在灭弧室中间设置绝缘筒以连接灭弧室两端。在电流开断时，由于灭弧室气缸筒的快速运动会引起绝缘筒内部气体压力的瞬间大幅度波动，导致绝缘能力的短时下降。因此，需要采取措施改善其气体密度恢复能力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，包括断路器壳体、以及设置在所述断路器壳体内的灭弧室，在所述灭弧室内设有压气室，所述压气室通过单向阀孔与膨胀室连通，膨胀室通过第一气流路径与主喷口连通，膨胀室通过第二气流路径与辅助喷口连通；

所述主喷口与静侧导流筒的内部连通，在所述静侧导流筒设有静侧内层混合区和静侧外层混合区，所述静侧内层混合区的进气口端与主喷口出口端连通，静侧内层混合区的出气口端通过导流圆角与静侧外层混合区的进气口端连通，在所述静侧导流筒的壁面上开设有与静侧外层混合区连通的静侧导流筒引流孔，静侧导流筒引流孔用于将静侧外层混合区中的绝缘性较好的气体引入静侧内层混合区；

所述静侧外层混合区通过静侧排气口排出电弧气体，在所述静侧支撑座上开设有与灭弧室外部连通的静侧支撑座引流孔，所述静侧支撑座引流孔用于将灭弧室外部将灭弧室外部绝缘性更好的气体引入静侧外层混合区；

所述辅助喷口与拉杆的内部连通，在所述拉杆的端部设有拉杆锥体，在所述拉杆锥体上开设有与动侧导流筒连通的拉杆排气口，在所述动侧导流筒设有动侧内层混合区和动侧外层混合区，动侧内层混合区的进气口端与拉杆排气口连通，拉杆排气口的出气口端通过动侧内部导流孔与动侧外层混合区的进气口端连通，动侧外层混合区的出气口端通过动侧排气口排出电弧气体，在所述动侧外层混合区上还开设有与灭弧室外部连通的动侧支撑座引流孔，所述动侧支撑座引流孔用于将灭弧室外部将灭弧室外部绝缘性更好的气体引入动侧外层混合区。

进一步地，所述静侧导流筒引流孔、静侧支撑座引流孔沿静侧导流筒设置有若干列，所述动侧支撑座引流孔沿动侧导流筒设置有若干列。

进一步地，所述静侧导流筒引流孔、静侧支撑座引流孔和动侧支撑座引流孔的轴线方向和电弧气体的流动方向的夹角介于30度到85度之间，其内径为静侧导流筒或动侧导流筒内径的1/16至1/4之间，其中心间距为静侧导流筒引流孔、静侧支撑座引流孔和动侧支撑座引流孔直径的2倍以上。

进一步地，所述静侧排气口和动侧排气口为圆环形，其开口切线方向与灭弧室轴线成10度至45度，且不指向绝缘筒方向；静侧排气口和动侧排气口内壁面上有第一扰流器和第二扰流器，所述第一扰流器和第二扰流器为螺纹状或螺旋状突起。

进一步的，所述断路器壳体还包括绝缘筒，在绝缘筒上开设有绝缘筒压力平衡孔，所述绝缘筒压力平衡孔位置位于主喷口的垂直正下方或位于灭弧室主喷口的垂直上下方，所述绝缘筒压力平衡孔的宽度为绝缘筒内径的1/8到1/2，绝缘筒压力平衡孔沿轴线的长度大于宽度，绝缘筒压力平衡孔的形状为带过渡圆角的矩形孔。

进一步地，在所述静侧导流筒的静侧主触头及屏蔽罩上开设有屏蔽罩压力平衡孔，屏蔽罩压力平衡孔为圆形孔，屏蔽罩压力平衡孔的内径为屏蔽罩外径的1/16或以上，沿屏蔽罩周向设置有均匀分布的多列压力平衡孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、根据流体力学中的Bernoulli原理，即在同一流线上流速较高的地方将比流速较低的地方具有较低的静压力，在主喷口下游的静侧导流筒壁面上开设了倾斜的引流孔，可使静侧导流筒外侧具有较好绝缘性能的气体从引流孔被吸入导流筒内部，从而加快内侧混合区的气体绝缘恢复速率。与通常方案相比，本发明以较短的气流路径导入绝缘性能更好的气体，加快了断口附近的绝缘恢复速率；应用本发明的断路器无需增大气体缓冲区的体积，因此能够使灭弧室更加小型化。

2、设计了带有扰流器的灭弧室排气口。由于灭弧室内部电弧气体具有密度分布极不均匀的特征，且灭弧室外表面通常具有较高的电场强度，因此会对气流出口处的绝缘特性产生影响。扰流器可提高气流的湍流度，从而使电弧气体的密度更加均匀化，改善了灭弧室气体出口处的气体绝缘状态。

3、设计了绝缘筒压力平衡孔和主触头座屏蔽罩压力平衡孔。在断路器进行分闸操作时，由于活塞的高速运动将使绝缘筒内部的气压发生瞬间的波动。绝缘筒压力平衡孔和主触头座屏蔽罩压力平衡孔将提高绝缘筒内部各区域的气体密度恢复速率，有利于断路器绝缘性能的快速恢复。绝缘筒压力平衡孔和主触头座屏蔽罩压力平衡孔对断路器温升的降低也有辅助作用。

附图说明

图1为本发明装置处于断路器分闸状态时的纵向剖面示意图。

图2为本发明装置在断路器分闸过程中电弧气体的排放路径示意图。

图3为本发明中导流筒引流孔的示意图。

图4为本发明中支撑座引流孔的示意图。

图5为本发明所述的主触头屏蔽罩压力平衡孔的示意图。

图6为本发明所述的绝缘筒压力平衡孔的示意图。

图中标号说明：

1、动侧支撑座

2、导流圆角

3、动侧内部导流孔

4、动侧外层混合区

5、支撑座引流孔

6、排气口

7、扰流器

8、扰流器

9、动侧绝缘筒支撑座

10、绝缘筒

11、绝缘筒压力平衡孔

12、静侧主触头及屏蔽罩

13、屏蔽罩压力平衡孔

14、动侧绝缘筒支撑座

15、支撑座引流孔

16、静侧外层混合区

17、静侧支撑座

18、导流圆角

19、轴线

20、静侧导流筒

21、静侧导流筒引流孔

22、静侧内层混合区

23、静弧触头

24、主喷口

25、动侧主触头

26、辅助喷口

27、动弧触头

28、膨胀室

29、单向阀

30、单向阀孔

31、压气室

32、卸压阀组

33、拉杆

34、气缸筒

35、动侧导流筒

36、内层混合区

37、拉杆排气口

38、拉杆锥体

39、断路器外壳

A1、从动侧支撑座流出灭弧室的气流路径

A2、动侧和静侧支撑座引流孔吸气路径

A3、绝缘筒压力平衡孔气流路径

A4、静侧主触头及屏蔽罩压力平衡孔气流路径

A5、膨胀室至喷口气流路径

A6、沿主喷口流向静侧下游的气流路径

A7、沿辅助喷口流向动侧下游的气流路径

A8、导流筒内层混合区流出灭弧室的气流路径

A9、导流筒内的气流路径

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1和图2，本发明所述的一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，包含如下功能组件：动侧支撑座1、静侧支撑座17、绝缘筒10、静侧主触头12、动侧主触头25、绝缘筒支撑座9和14、动弧触头27、静弧触头23、气缸筒34、主喷口24、辅助喷口26、膨胀室28、压气室31、卸压阀32、动侧导流筒35、静侧导流筒20、拉杆33和断路器壳体39。

当断路器开断大电流时，拉杆33牵引气缸筒34运动进行分闸操作。由于电弧对膨胀室28的加热效应，膨胀室28内的气压急剧上升，单向阀29被关闭；当交流电流过零时，膨胀室28中的高温高压气体将沿着气流路径A5流向辅助喷口26，分叉后沿着气流路径A6和A7两个分支流向下游区域。

气流路径A5流出主喷口后进入内层混合区22，并沿着气流路径A8在静侧支撑座17的导流圆角18处180度拐弯，然后进入外层混合区16，最后再次180度拐弯后经过排气口6流出灭弧室。

静侧导流筒引流孔21工作原理：当高温高速电弧气体沿着气流路径A8经过内层混合区22时，静侧导流筒20壁面上倾斜角度的静侧导流筒引流孔21可以从外层混合区16吸入绝缘性能较好的气体(气流路径A9)，从而与内层混合区22原有的高温电弧气体进行第一级混合和冷却。静侧导流筒引流孔21的示意图见附图3。

内层混合区22的电弧气体经过第一级混合和冷却后，经过导流圆角18，使电弧气体以较低流动阻力的方式流入外层混合区16。

静侧支撑座17上有倾斜角度的支撑座引流孔15，可以使外层混合区16的气体流经支撑座引流孔15时从外部吸入绝缘性能更好的气体(气流路径A2)，实现第二级混合和冷却。

外层混合区16中的电弧气体在经过排气口6时，流动截面积被缩小以便提高流速，且出口方向背离绝缘筒，其角度与灭弧室轴向方向成10～45度。

排气口6的流动拐弯处设置的扰流器7和扰流器8；

扰流器7和扰流器8可使用螺纹状或螺旋状突起外形，其螺纹或螺旋深度不小于5mm，有效长度不短于10mm。

静侧导流筒引流孔21和支撑座引流孔15的轴线与气流A8流动方向的夹角介于15度至45度之间，优选值为30度，形状不限，优选为圆孔，引流孔的内径为导流筒内径的1/16至1/4之间，优选为1/8。

引流孔中心间距为引流孔直径的2倍以上，优选值为3倍。

支撑座引流孔15和静侧导流筒引流孔21的差别在于：由于支撑座引流孔15外表面有较高的电场强度，其圆孔边缘需要进行圆角处理，并且满足一定粗糙度要求。

沿着气流路径A7的电弧气体在拉杆33中流动，当遇到拉杆锥体38后，就经过拉杆排气孔37流入动侧的内层混合区36进行第一级混合和冷却，并继续沿着气流路径A1流出灭弧室。

电弧气体沿着气流路径A1在外层混合区4与气流路径A2交汇，完成第二级混合和冷却。

支撑座引流孔5和支撑座引流孔15工作原理和设计要求相同。示意图见附图4。

绝缘筒10上开设压力平衡孔11(气流路径A3)，形状不限，优选形状为带过渡圆角的矩形孔，宽度应大于主喷口24的外径，优选值为2倍。优选位置在主喷口24的垂直正下方和正上方各一个。示例见附图5。

静侧主触头及屏蔽罩12为静侧主触头及其屏蔽罩的组合体，屏蔽罩用来降低主触头表面的电场强度，因此主触头被加长的屏蔽罩所覆盖。屏蔽罩表面有压力平衡孔13，其形状优选为圆形孔。屏蔽罩压力平衡孔13的内径为屏蔽罩外径的1/16或以上，优选为1/8。沿屏蔽罩周向设置有均匀分布的多列压力平衡孔，优选值为4列。由于静侧主触头及屏蔽罩12有电场强度要求，圆孔边缘应当经过圆角处理，并满足粗糙度要求。静侧主触头及屏蔽罩12的示意图见附图6。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：包括断路器壳体(39)、以及设置在所述断路器壳体(39)内的灭弧室，在所述灭弧室内设有压气室(31)，所述压气室通过单向阀孔(30)与膨胀室(28)连通，膨胀室(28)通过第一气流路径(A6)与主喷口(24)连通，膨胀室(28)通过第二气流路径(A7)与拉杆排气口(37)连通；

所述主喷口(24)与静侧导流筒(20)的内部连通，在所述静侧导流筒(20)设有静侧内层混合区(22)和静侧外层混合区(16)，所述静侧内层混合区(22)的进气口端与主喷口(24)连通，静侧内层混合区(22)的下游出气口端通过导流圆角(18)与静侧外层混合区(16)的进气口端连通，在所述静侧导流筒(20)的壁面上开设有与静侧外层混合区(16)连通的静侧导流筒引流孔(21)，静侧导流筒引流孔(21)用于将静侧外层混合区(16)中的绝缘性较好的气体引入静侧内层混合区(22)；

所述静侧外层混合区(16)通过静侧排气口(6)排出电弧气体，在所述静侧支撑座(17)上开设有与灭弧室外部连通的静侧支撑座引流孔(15)，所述静侧支撑座引流孔(15)用于将灭弧室外部将灭弧室外部中绝缘性更好的气体引入静侧外层混合区(16)；

辅助喷口(26)与拉杆(33)的内部连通，在所述拉杆(33)的端部设有拉杆椎体(38)，在所述拉杆椎体(38)上开设有与动侧导流筒(35)连通的拉杆排气口(37)，在所述动侧导流筒(35)设有动侧内层混合区(36)和动侧外层混合区(4)，动侧内层混合区(36)的进气口端与拉杆排气口(37)连通，拉杆排气口(37)的出气口端通过动侧内部导流孔(3)与动侧外层混合区(4)的进气口端连通，动侧外层混合区(4)的出气口端通过动侧排气口(6)排出电弧气体，在所述动侧支撑座(1)上还开设有与灭弧室外部连通的动侧支撑座引流孔(5)，所述动侧支撑座引流孔(5)用于将灭弧室外部将灭弧室外部中绝缘性更好的气体引入动侧外层混合区(4)。

2.根据权利要求1所述的具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：所述静侧导流筒引流孔(21)、静侧支撑座引流孔(15)沿静侧导流筒(20)设置有若干列，所述动侧支撑座引流孔(5)沿动侧导流筒(35)设置有若干列。

3.根据权利要求1或2所述的具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：所述静侧导流筒引流孔(21)、静侧支撑座引流孔(15)和动侧支撑座引流孔(5)的轴线方向和电弧气体的流动方向的夹角介于30度到85度之间，其内径为静侧导流筒(20)或动侧导流筒(35)内径的1/16至1/4之间，其中心间距为静侧导流筒引流孔(21)、静侧支撑座引流孔(15)和动侧支撑座引流孔(5)直径的2倍以上。

4.根据权利要求1所述的具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：所述静侧排气口(6)和动侧排气口(6)为圆环形，其开口切线方向与灭弧室轴线成10度至45度，且不指向绝缘筒(10)方向；静侧排气口(6)和动侧排气口(6)内壁面上有第一扰流器(7)和第二扰流器(8)，所述第一扰流器(7)和第二扰流器(8)为螺纹状或螺旋状突起。

5.根据权利要求1所述的具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：所述断路器壳体(39)还包括绝缘筒(10)，在绝缘筒(10)上开设有绝缘筒压力平衡孔(11)，所述绝缘筒压力平衡孔(11)位置位于主喷口(24)的垂直正下方或位于灭弧室主喷口(24)的垂直上下方，所述绝缘筒压力平衡孔(11)的宽度为绝缘筒(10)内径的1/8到1/2，绝缘筒压力平衡孔(11)沿轴线的长度大于宽度，绝缘筒压力平衡孔(11)的形状为带过渡圆角的矩形孔。

6.根据权利要求1所述的具有增强绝缘恢复功能的气体断路器，其特征在于：在所述静侧主触头及屏蔽罩(12)上开设有屏蔽罩压力平衡孔(13)，屏蔽罩压力平衡孔(13)为圆形孔，屏蔽罩压力平衡孔(13)的内径为屏蔽罩外径的1/16或以上，沿屏蔽罩周向设置有均匀分布的多列压力平衡孔。