CN110379670B - 一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，分为壳体结构部分、静端结构部分和动端结构部分；壳体结构部分由灭弧室静端盖板、灭弧室动端盖板和外壳组成，外壳内侧安装有金属屏蔽罩；静端结构部分包括静端导电杆，连接在静端导电杆下方的静端内部触头、静端外部触头以及置于静端外部触头背侧的静端U型铁芯；动端结构部分包括动端内导电杆以及与动端内导电杆相连的动端内部触头、动端外导电杆以及与动端外导电杆相连的动端外部触头、置于动端外部触头背侧的动端U型铁芯；本发明将真空灭弧室的通流功能与开断功能分开，以内部可动断口触头实现通流功能，以外部固定断口触头实现开断功能，解决了现有高电压等级真空灭弧室通流能力较弱的问题。

Description

一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室

技术领域

本发明属于高电压等级真空灭弧室技术领域，具体涉及一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室。

背景技术

在高压电器领域中，高压真空断路器是高压开关成套装置中的核心部件，是用于控制和保护电力系统的电器设备。而真空灭弧室作为高压真空断路器的核心部件，通过高压真空断路器操动机构的动作，控制真空灭弧室内的上下触头间的接通、断开，从而实现断路器关合和断开电流。随着电力系统的发展，真空断路器在整个电力系统中的应用也得以快速的发展。但是，在发展的过程中，对于真空断路器的要求也不断提高。在高电压等级真空灭弧室领域，需要灭弧室同时具备大额定电流承载能力以及高短路电流开断能力，这时传统真空断路器已很难满足需求，因此需要开发特殊结构的真空灭弧室来满足应用需求。

为提升真空灭弧室的短路电流开断能力，通常采用真空电弧的磁场控制技术，主要包括横向磁场控制技术和纵向磁场控制技术。其中，横向磁场技术是通过特定的触头结构，使得在燃弧过程中形成的电流通路在触头及其触头间隙区域形成与电弧电流流向垂直的横向磁场。横向磁场作用于真空电弧，驱动其在触头表面旋转运动，避免了电弧对于触头局部的过度烧蚀，以提高开关的开断能力。纵向磁场技术是通过触头结构形成与电弧电流流向平行的磁场，使真空电弧扩散且均匀燃烧，减少了真空电弧的集聚，减轻电弧对于触头表面局部的烧蚀，以提高开关的开断能力。

对于纵磁触头，其在大开距下仍能保持较强的磁场，开断能力较强，但由于触头结构较为复杂，回路电阻较大，额定电流承载能力较低；对于横磁触头，其回路电阻较小，但在大开距下磁场较弱，短路电流开断能力较低。因而，传统的灭弧室触头结构无法同时兼具高短路电流开断能力和大额定电流承载能力。

目前已有一些采用内外复合触头结构的真空灭弧室设计，一种典型的设计是西安交通大学提出的一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器(专利申请号201310534332.3)，其真空灭弧室如图1所示，包括静侧结构部分、动侧结构部分和壳体结构，其中静侧结构部分包括静侧燃弧电流导电杆(104)，置于静侧燃弧电流导电杆(104)内并与静侧燃弧电流导电杆(104)间隙配合的静侧主导电杆(103)；其中动侧结构部分包括动端导电杆117，焊接在动端导电杆117上端的动端燃弧磁场触头115，焊接在动端燃弧磁场触头115上端的动端环状燃弧触头材料114，焊接在动端燃弧磁场触头115内部的动端内置导电触头116。但是，在实际应用中，该设计中的外部燃弧触头产生的磁场受电流分布影响较大，如果电流集中于内部触头则外部触头产生磁场偏弱；此外，其真空灭弧室外部触头结构产生的强磁场区域位于内部触头范围，外部燃弧范围内的纵向磁场较弱，不利于电弧控制。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，将灭弧室的通流功能与开断功能分开，通过可动触头实现通流功能，通过固定断口实现开断功能，能够满足高短路电流开断能力和大额定电流承载能力兼具的应用需求。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，包括壳体结构部分、静端结构部分和动端结构部分；所述壳体结构部分由灭弧室静端盖板9、灭弧室动端盖板13以及位于灭弧室静端盖板9和灭弧室动端盖板13间的外壳11组成，外壳11内侧安装有金属屏蔽罩10；所述静端结构部分包括静端导电杆1，焊接在静端导电杆1末端的静端外部触头4，焊接在静端导电杆1末端空腔内且位于静端外部触头4中心的静端内部触头2，放置在静端外部触头4背侧的静端U型铁芯3-1；所述动端结构部分包括动端内导电杆7，焊接在动端内导电杆7末端的动端内部触头6，还包括设置在动端内导电杆7外部的动端外导电杆8，焊接在动端外导电杆8末端的动端外部触头5，焊接于动端外部触头5背侧的动端U型铁芯3-2；所述动端内导电杆7通过波纹管12与灭弧室动端盖板13连接；所述动端外导电杆8位于波纹管12的外侧，其底部焊接于灭弧室动端盖板13内侧，使得动端外部触头(5)在合闸和分闸过程中固定不动，和静端外部触头4形成固定断口结构；在分闸状态下，动端内部触头6和静端内部触头2间的开距大于动端外部触头5和静端外部触头4间的开距。

所述的动端内部触头6与静端内部触头2相对布置，为动静端相匹配的横向磁场触头结构；动端外部触头5与静端外部触头4相对布置。

所述静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2由导磁性材料制成，为一组片状U型导磁性金属薄片堆叠而成，静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2的槽口方向呈错开180°布置，用于在静端外部触头4与动端外部触头5之间产生双极纵向磁场。

合闸状态下，所述动端内部触头6与静端内部触头2闭合，与静端导电杆1和动端内导电杆7共同形成导电通路，而动静端的外部触头及动端外导电杆8则不参与电流导通；开断电路时，所述动端内导电杆7带动动端内部触头6向下移动，电弧首先在静端内部触头2与动端内部触头6间起弧，随着触头开距的增大，电弧在动静端内部触头横向磁场的作用下向外转移至静端外部触头4与动端外部触头5之间燃烧，在动端外部触头5和静端外部触头4产生的双极纵向磁场作用下扩散并熄弧，当动端内部触头6下移至动端外部触头5后方时停止运动，达到分闸状态；在分闸状态下，动端内部触头6和静端内部触头2间的开距大于动端外部触头5和静端外部触头4间的开距。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明中的真空灭弧室的额定电流承载能力更强。通过采用结构简单的横向磁场触头作为内部触头实现通流功能，避免了复杂触头结构带来的回路电阻增大，有效提升了真空灭弧室的额定电流承载能力。此外，通过内外触头结构明确区分了灭弧室的通流部分和燃弧部分，使电弧主要在外部触头燃烧，减小了真空电弧对内部触头的烧蚀作用，避免了因电弧烧蚀导致的触头间接触电阻增大。

2、本发明中的真空灭弧室的短路电流开断能力更强。利用内外触头结构相互配合在触头间形成复合磁场，内部触头产生的横向磁场将电弧向外推向外部触头，外部触头及U型铁芯产生的双极纵向磁场可以在燃弧过程中使电弧充分扩散并最终熄弧。

3、本发明中的真空灭弧室的绝缘水平较高。通过将外部触头设置为固定断口结构，且分闸状态下动静端内部触头开距大于动静端外部触头开距，起到了外部触头对内部触头的电场屏蔽效果，避免了动触头分闸过程中的弹跳对弧后灭弧室耐受恢复电压能力的影响。

4、本发明中的真空灭弧室与专利201310534332.3中的一种新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器相比，燃弧触头产生磁场不受电流分布影响，且强磁场区域位于燃弧触头区域，对电弧的控制能力更强。

附图说明

图1为现有技术真空灭弧室的分闸状态示意图。

图2为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室的合闸状态示意图。

图3为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室的分闸状态示意图。

图4为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室中U型铁芯的一种实施方式示意图。

图5为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室中U型铁芯安装位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明。

如图2所示，为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室的合闸状态示意图，该真空灭弧室属于高电压等级真空灭弧室技术领域，包括壳体结构部分、静侧结构部分和动侧结构部分。在静侧结构部分中，灭弧室静端盖板9与灭弧室动端盖板13焊接于外壳11的两侧，组成灭弧室的壳体结构部分，外壳11的内侧中部焊接有金属屏蔽罩10以均匀电场、阻挡金属蒸汽沉积。在静端结构部分中，静端导电杆1穿过并焊接于灭弧室静端盖板9的中央，静端外部触头4与静端内部触头2均焊接在静端导电杆1的末端，且静端内部触头2位于静端外部触头4的中心，静端外部触头4的背侧焊接有静端U型铁芯3-1。在动侧结构部分中，动端内导电杆7穿过并通过波纹管12焊接于灭弧室动端盖板13的中央，其末端焊接有动端内部触头6；动端外导电杆8焊接在灭弧室动端盖板13的内部且位于波纹管12外侧，动端外部触头5焊接于动端外导电杆8的末端，动端外部触头5的背侧焊接有动端U型铁芯3-2。其中，内部触头为可动断口触头，外部触头为固定断口触头，以内部可动断口触头实现通流功能，以外部固定断口触头实现开断功能，解决了现有高电压等级真空灭弧室通流能力较弱的问题。

静端内部触头2与动端内部触头6相对布置，采用相匹配的横向磁场触头结构，具体可为杯状横磁触头结构、万字形横磁触头结构或螺旋槽横磁触头结构等。静端外部触头4与动端外部触头5相对布置，静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2由导磁性材料制成，且槽口方向呈错开180°布置，用于在静端外部触头4与动端外部触头5之间产生双极纵向磁场。

合闸状态下，静端内部触头2与动端内部触头6闭合，与静端导电杆1和动端内导电杆7共同形成导电通路，而动静端的外部触头及动端外导电杆8则不参与电流导通。

图3为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室的分闸状态示意图。在分闸过程中，所述动端内导电杆7带动动端内部触头6向下移动，电弧首先在静端内部触头2与动端内部触头6间起弧，随着触头开距的增大，电弧在动静端内部触头横向磁场的作用下向外转移至静端外部触头4与动端外部触头5之间燃烧，在动端外部触头5和静端外部触头4产生的双极纵向磁场作用下扩散并熄弧，当动端内部触头6下移至动端外部触头5后方时停止运动，达到分闸状态。在分闸状态下，动端内部触头6和静端内部触头2间的开距大于动端外部触头5和静端外部触头4间的开距。

图4为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室中U型铁芯的一种实施方式示意图。在这种实施方式中，U型铁芯静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2为一组片状U型导磁性金属薄片堆叠而成，以减小其中的涡流。

图5为本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室中静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2安装位置示意图。静端外部触头4与动端外部触头5背侧分别焊接的静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2均布置于外部触头外边沿内，静端U型铁芯3-1和动端U型铁芯3-2开口方向呈180°错开配置，以在动静端外部触头间产生双极纵向磁场。

本发明不局限于上述实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的原理及思路对本发明的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室做出修改和变化。因此，本发明的保护范围不应由上述实施方式确定，而应当依据所附权利要求书的内容进行限定。

Claims (3)

1.一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，包括壳体结构部分、静端结构部分和动端结构部分；其特征在于：所述壳体结构部分由灭弧室静端盖板(9)、灭弧室动端盖板(13)以及位于灭弧室静端盖板(9)和灭弧室动端盖板(13)间的外壳(11)组成，外壳(11)内侧安装有金属屏蔽罩(10)；所述静端结构部分包括静端导电杆(1)，焊接在静端导电杆(1)末端的静端外部触头(4)，焊接在静端导电杆(1)末端空腔内且位于静端外部触头(4)中心的静端内部触头(2)，放置在静端外部触头(4)背侧的静端U型铁芯(3-1)；所述动端结构部分包括动端内导电杆(7)，焊接在动端内导电杆(7)末端的动端内部触头(6)，还包括设置在动端内导电杆(7)外部的动端外导电杆(8)，焊接在动端外导电杆(8)末端的动端外部触头(5)，焊接于动端外部触头(5)背侧的动端U型铁芯(3-2)；所述动端内导电杆(7)通过波纹管(12)与灭弧室动端盖板(13)连接；所述动端外导电杆(8)位于波纹管(12)的外侧，其底部焊接于灭弧室动端盖板(13)内侧，使得动端外部触头(5)在合闸和分闸过程中固定不动，和静端外部触头(4)形成固定断口结构；在分闸状态下，动端内部触头(6)和静端内部触头(2)间的开距大于动端外部触头(5)和静端外部触头(4)间的开距；

所述的动端内部触头(6)与静端内部触头(2)相对布置，为动静端相匹配的横向磁场触头结构；动端外部触头(5)与静端外部触头(4)相对布置；静端U型铁芯(3-1)和动端U型铁芯(3-2)的槽口方向呈错开180°布置，用于在静端外部触头(4)与动端外部触头(5)之间产生双极纵向磁场；

在分闸过程中，所述动端内导电杆(7)带动动端内部触头(6)向下移动，电弧首先在静端内部触头(2)与动端内部触头(6)间起弧，随着触头开距的增大，电弧在动静端内部触头横向磁场的作用下向外转移至静端外部触头(4)与动端外部触头(5)之间燃烧，在动端外部触头(5)和静端外部触头(4)产生的双极纵向磁场作用下扩散并熄弧，当动端内部触头(6)下移至动端外部触头(5)后方时停止运动，达到分闸状态。

2.根据权利要求1所述的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，其特征在于：所述静端U型铁芯(3-1)和动端U型铁芯(3-2)由导磁性材料制成，为一组片状U型导磁性金属薄片堆叠而成。

3.根据权利要求1所述的带有固定断口的高通流能力真空灭弧室，其特征在于：合闸状态下，所述动端内部触头(6)与静端内部触头(2)闭合，与静端导电杆(1)和动端内导电杆(7)共同形成导电通路，而动静端的外部触头及动端外导电杆(8)则不参与电流导通；在分闸状态下，动端内部触头(6)和静端内部触头(2)间的开距大于动端外部触头(5)和静端外部触头(4)间的开距。

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