CN110071012A - 一种自能式双动灭弧室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自能式双动灭弧室，属于高压开关技术领域。该自动灭弧室包括动端部件和静端部件，动端部件包括动端拉杆、压气缸、膨胀室以及辅助喷口，静端部件包括静弧触头、灭弧喷口以及连杆机构，辅助喷口与灭弧喷口固定连接，动端拉杆运动过程中可以带动静弧触头实现等速背向运动。静弧触头设有活塞，活塞外壁与灭弧喷口的内壁轮廓相匹配且留有间隙，静弧触头内部设有从轴心连通至活塞表面的导气通道，当静弧触头背向运动时，电弧产生的高压气体经导气通道流入活塞与灭弧喷口形成的封闭区域，相当于增大了膨胀室容积。该自能式灭弧室具备压气缸、膨胀室与辅助活塞，开断过程形成三气室结构，熄弧速度快，效果好。
Description
技术领域
本发明属于高压开关技术领域，尤其是涉及一种自能式双动灭弧室。
背景技术
自1920年SF6气体优异的绝缘性能被发现以来，其在高压领域中得到广泛的应用，1953 年美国西屋公司率先将SF6气体用于断路器，沿袭高压空气断路器的灭弧原理，开发出双压气式SF6断路器。随着对SF6气体性质的逐步认识，双压式的灭弧方式很快被单压式所代替，产生了单压式SF6断路器。这种断路器结构简单，体积小，造价低，经过长期的使用和进一步完善，其可靠性大为提高。然而，单压式SF6断路器在短路电流开断过程中需要提供的操作功很大，因此就必须采用操作功大的液压操动机构或气动操动机构。在国际大电网会议 (CIGRE)上，对高压断路器及其操动机构的可靠性进行了世界范围内的调查，断路器主要故障的70％是源于操动机构，操动机构的可靠性对断路器的总体可靠性具有决定性影响。
自能灭弧式断路器采用热膨胀气缸代替机械式压气缸，大幅度降低了所需操作力。自能式灭弧原理就是最大限度的利用电弧自身的能量，加热膨胀室中的气体，提高膨胀室中气体的压力，在喷口中形成高速气流与电弧发生强烈的能量交换，当电流过零时，达到熄弧的目的。自能灭弧原理是对电器电弧理论研究的突破和发展，这样做有两个好处一是因为不用操作机构压缩气体，故大大减轻了机构的负担，可不用大容量的液压操动机构，而用低能量操作功的弹簧机构；二是可简化灭弧式结构，减少断路器的尺寸。
实验表明，完全自能式断路器在开断小电流时，由于电弧能量不足以产生足够高的气体压力来进行有效的气吹效果。因此，一直采用自能式和压气式灭弧室相结合的方式来开发自能式灭弧室，这样提高了灭弧性能和降低了操作功，有效的解决了开断大电流和小电流的矛盾。这种半自能式断路器与压气式断路器灭弧室结构有很大的不同，体现了高压断路器理论研究与制造技术的进步。
发明内容
针对现有技术存在的问题，结合辅助活塞与倍速原理，开发出一种新型自能式双动灭弧室。该自能式灭弧室同时带有压气缸、膨胀室与辅助活塞，能够在开断大电流的过程中获得有效的气吹，合理的气缸容积也为小电流电弧的开断提供足够的气吹。其结构设计合理、使用效果好，无论是针对短路大电流还是容性小电流都具有良好的开断能力，达到了在保持开断能力的基础上降低操作功，减小开关尺寸、提高整体可靠性的目的。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种自能式双动灭弧室，包括动端部件和静端部件，述动端部件包括动端拉杆、压气缸、膨胀室以及辅助喷口，压气缸同轴固定在动端拉杆上，压气缸连接膨胀室，辅助喷口同轴设置于膨胀室中；所述静端部件包括静弧触头、灭弧喷口以及连杆机构，连杆机构的一端与灭弧喷口铰接，另一端与静弧触头末端铰接，辅助喷口与灭弧喷口固定连接。
静弧触头设有活塞，活塞外壁与灭弧喷口下游区的内壁轮廓相匹配且留有间隙，静弧触头内部设有从轴心连通至活塞表面的导气通道。当静弧触头背向运动时，电弧产生的高压气体经导气通道流入活塞与灭弧喷口形成的封闭区域，做为用来熄弧的气室。
所述动端部件和静端部件同轴装设于屏蔽罩中。
外绝缘瓷套同轴设置于屏蔽罩外，外绝缘瓷套设置动端拉杆的一侧由下接线板封口，下接线板轴心开有通孔，动端拉杆从下接线板通孔伸出，外绝缘瓷套的另一侧由上接线板封住。
压气缸的一端设置活塞，动端拉杆同轴装设与活塞中间，所述动端拉杆为空心结构，动端拉杆的薄壁上设有长排气孔，排气孔的长度与活塞长度相匹配，动端拉杆的轴心设有堵气塞。
固定连杆的一端与上接线板固定，固定连杆的另一端铰接连杆机构。
压气缸与膨胀室之间通过过压阀连接，压气缸气压大于膨胀室气压时，过压阀打开；压气缸气压小于膨胀室气压时，过压阀关闭，泄压阀装设在压气缸活塞表面，与过压阀背向安装。
本发明获得的有益效果：
1、本发明采用辅助活塞与一定形状的喷口相结合的结构，通过合理的设置大喷口下游区长度，能够充分利用电弧的加热作用来产生灭弧所用的气压。大电流燃弧期间，电弧的热作用产生的高温气体不仅会进入到热膨胀室中，还会沿静弧触头轴心处导气通道、灭弧喷口喉部进入到灭弧喷口下游区。借助辅助活塞与灭弧喷口产生的吸气效果，高气压热气体聚集于膨胀室、滞止区和灭弧喷口喉部与下游区，相当于提高了膨胀室容积，进而可以减小开关本体的尺寸，某种程度上也可以减少充气量。
2、动端拉杆上开有对称分布的排气孔，排气孔的长度要与活塞长度相匹配，当运动到一定开距时，排气孔会露出，进行泄气；这样设计有助于开断小电流时灭弧室压强的提高，减小重燃弧的可能，在大电流开断过程中，能够提供更加通畅的双向气吹效果。
3、双动的设计方式，相同燃弧时间内，触头间开距增大一倍，有效提高介质恢复强度，降低重燃弧的可能。
4、触头分离的数毫秒时间内，由压气缸、膨胀室和辅助活塞与灭弧喷口形成的封闭区域总体积减小，造成该空间压强较大，能够有效降低小电流电弧重燃的风险。
5、特殊的静弧触头结构，从触头轴心孔进入的气体通过辅助活塞作用在灭弧喷口下游区的壁面上，有助于弧隙热量散失，同时能够形成辅助气室，显著增强气吹效果。
6、适用范围广，本发明可应用于开断40kA额定短路电流的126kV～252kV自能式断路器中。
附图说明
图1.一种自能式双动灭弧室的结构示意图；
图2.辅助活塞的静弧触头结构示意图；
其中，1-外绝缘瓷套，2-活塞，3-泄压阀，4-过压阀，5-屏蔽罩，6-辅助喷口，7-动弧触头，8-动主触头，9-静弧触头，10-灭弧喷口，11-辅助活塞，12-静主触头，13-连杆机构，14-固定连杆，15-动端拉杆，16-长排气孔，17-压气缸，18-膨胀室，19-下接线板，20-上接线板，21-导气通道，22-堵气塞，23-排气孔，24-连接孔，25-喷口底座，26-活塞支架，27- 阀座。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
结合图1-2所示的一种自能式双动灭弧室，包括外绝缘瓷套1、屏蔽罩5、动端部件和静端部件，动端部件包括动端拉杆15、压气缸17、膨胀室18以及辅助喷口6，静端部件包括静弧触头9、灭弧喷口10以及连杆机构13。
动端部件和静端部件的外层覆盖屏蔽罩5，外绝缘瓷套1同轴设置于屏蔽罩5外，外绝缘瓷套1的一端由上接线板20封住，外绝缘瓷套1的另一端由下接线板19封口，下接线板轴心开有通孔，动端拉杆15从下接线板19通孔伸出；固定连杆14的一端固定于上接线板 20的中心部位，固定连杆14的另一端铰接连杆机构13；连杆机构13分别由多段连杆铰接组成，连杆机构13的一端铰接辅助活塞11，辅助活塞11与外绝缘瓷套1同轴同心设置；连杆机构13的另一端铰接灭弧喷口10，辅助活塞11的轴向中空部位设有排气孔23，排气孔23 的轴向伸出端设有导气通道21，导气通道21的外壁为静弧触头9；灭弧喷口10轴向圆周包裹辅助活塞11与静弧触头9，静弧触头9轴向接触动弧触头7，静弧触头9与动弧触头7同轴相对设置，静弧触头9的外壁以面接触方式摩擦动弧触头7的内壁；动弧触头7同轴设置于辅助喷口6中，辅助喷口6同轴设置于膨胀室18中，辅助喷口6与膨胀室18同轴设置于阀座27中，灭弧喷口10同轴设置于喷口底座25中，喷口底座25与阀座27轴向连接，动主触头8同轴固定于阀座27外侧，阀座27的一端设置膨胀室18，阀座27的另一端设置压气缸17，阀座27上设有过压阀，过压阀的一端通往膨胀室18，过压阀的另一端通往压气缸17，压气缸17的一端设置活塞2，活塞2上设有泄压阀3，动端拉杆15同轴装设与活塞中间，动端拉杆15的薄壁上设有长排气孔16，动端拉杆15的轴心设有堵气塞22，活塞2的外径同轴固定于动主触头8的一端，所述的动主触头8与静主触头12同轴相对设置，动主触头8的外壁以面接触方式摩擦静主触头12的内壁；活塞2与下接线板19之间同轴支撑活塞支架26，下接线板19的轴心设有通孔，动端拉杆15由下接线板19的通孔伸出。
压气缸与膨胀室之间通过过压阀连接，压气缸气压大于膨胀室气压时，过压阀打开；压气缸气压小于膨胀室气压时，过压阀关闭。
所述静弧触头9和动弧触头7同轴安装于压气缸17内并同轴装配在外绝缘瓷套1中，由动端拉杆带动压气缸17、动弧触头7、辅助喷口6、灭弧喷口10和动主触头8实现分闸运动；
所述静弧触头9中部设有辅助活塞11且静弧触头9开有导气通道21，该通道位于静弧触头9轴线处，一直延伸至辅助活塞11处，沿辅助活塞11外表面方向散开成4个排气孔23，该排气孔23在辅助活塞11表面每隔90度分布一个，辅助活塞11直径与灭弧喷口10下游尺寸相当且其外锥面应与灭弧喷口10下游扩张区表面相平行；
所述连杆机构13可以双动；连杆机构13的一端在灭弧喷口10的下游区，连接静弧触头 9的末端，另一端与辅助活塞11的连接孔24铰接；在灭弧喷口10运动过程中通过连杆机构 13带动静弧触头9实现等速背向运动；
所述的辅助活塞11能够产生辅助气室，即使开断大电流，也不须过大的膨胀室18，膨胀室18容积仅为压气缸17容积的20％；
所述动端拉杆15为空心结构，动端拉杆15壁上长排气孔16的长度应与活塞2长度相匹配，当活动到达一定开距时，长排气孔16会露出；
所述的自能式灭弧室同时具备压气缸17、膨胀室18与辅助活塞11，开断过程能形成三气室结构；
所述静弧触头9和动弧触头7分离的数毫秒时间内，由压气缸17、膨胀室18和辅助活塞11与灭弧喷口10形成的封闭区域总体积减小，造成该空间压强较大，能够降低小电流电弧开断失败的风险。
使用说明
以分闸过程为例，在操动机构的带动下，压气缸17与膨胀室18、灭弧喷口10、辅助喷口6、动弧触头7、动主触头8以及动端拉杆15一同向左运动，灭弧喷口10的运动通过其尾部连杆机构13带动静弧触头9及辅助活塞11向右作背向运动；
当行程达到一定程度时，动端拉杆15长排气孔16从活塞2下部露出进行排气；
当膨胀室18中压强小于压气缸17压强时，过压阀4打开，此时压气缸与膨胀室18成为一个大的气室。伴随着燃弧过程，电弧加热的热气体进入膨胀室18时，膨胀室18压强升高，当膨胀室18压强高于压气缸17压强时，过压阀4闭合。随着压气缸17继续压缩气缸中的气体，压气缸17压强始终在提高，当压气缸中气体压强高于泄压阀3预设动作阈值时，泄压阀 3打开，压气缸17中气体从泄压阀3排除，达到了降低操作功的目的；
静弧触头9在分闸过程中，触头端部的高温高压气体会随着轴心处的导气通道21进入，从辅助活塞11表面的气孔排除，有助于弧隙散热过程，以及辅助活塞11与灭弧喷口10形成的辅助气室压强的建立，从而产生强烈的吹弧效果；
整个分闸过程中，屏蔽罩5、活塞2保持不动，动端拉杆15下部堵气塞22与动端拉杆15无相对运动。
Claims (7)
1.一种自能式双动灭弧室，包括动端部件和静端部件，所述动端部件包括动端拉杆、压气缸、膨胀室以及辅助喷口，压气缸同轴固定在动端拉杆上，压气缸连接膨胀室，辅助喷口同轴设置于膨胀室中，其特征在于：所述静端部件包括静弧触头、灭弧喷口以及连杆机构，连杆机构的一端与灭弧喷口铰接，另一端与静弧触头末端铰接，辅助喷口与灭弧喷口固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：静弧触头设有活塞，活塞外壁与灭弧喷口下游区的内壁轮廓相匹配且留有间隙，静弧触头内部设有从轴心连通至活塞表面的导气通道。
3.根据权利要求1所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：所述动端部件和静端部件同轴装设于屏蔽罩中。
4.根据权利要求3所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：外绝缘瓷套同轴设置于屏蔽罩外，外绝缘瓷套设置动端拉杆的一侧由下接线板封口，下接线板轴心开有通孔，动端拉杆从下接线板通孔伸出，外绝缘瓷套的另一侧由上接线板封住。
5.根据权利要求1所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：压气缸的一端设置活塞，动端拉杆同轴装设与活塞中间，所述动端拉杆为空心结构，动端拉杆的薄壁上设有长排气孔，排气孔的长度与活塞长度相匹配，动端拉杆的轴心设有堵气塞。
6.根据权利要求4所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：固定连杆的一端与上接线板固定，固定连杆的另一端铰接连杆机构。
7.根据权利要求1所述的一种自能式双动灭弧室，其特征在于：压气缸与膨胀室之间通过过压阀连接，压气缸气压大于膨胀室气压时，过压阀打开；压气缸气压小于膨胀室气压时，过压阀关闭，泄压阀装设在压气缸活塞表面，与过压阀背向安装。
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