CN110797238B - 断路器及其灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器及其灭弧室，其中断路器的灭弧室包括静弧触头、增压环及套设在增压环外侧的绝缘筒，增压环相对于绝缘筒固定，增压环上远离绝缘筒的第一端向静弧触头方向靠近，增压环为多个，多个增压环沿绝缘筒轴线方向依次排布。在本申请提供的断路器的灭弧室中，通过在绝缘筒内设置多个增压环，增压环可将热膨胀室分割呈若干区域，热气体进入的区域形成局部高气压区，起建压作用，其他区域为低气压区，起补给冷气体作用，有效避免无增压环时整腔气体冷热混合时的低效，带增压环式灭弧室在开断过程中热膨胀室气压普遍高于传统灭弧室的热膨胀室气压。

Description

断路器及其灭弧室

技术领域

本发明涉及机电设备技术领域，特别涉及一种断路器的灭弧室。本发明还涉及一种包括上述灭弧室的断路器。

背景技术

断路器在设计过程中主要考虑以下几个方面，满足开断性能的气流场设计，保证绝缘要求的电场分布，以满足设备运行时间的机械性能等。其中气流场的设计是灭弧室设计的关键和基础。例如自能式SF6断路器中，通常采用热热膨胀室与小压气室(双室)结构，利用电弧自身能量使热热膨胀室中的气温加温、膨胀、升高气压，形成上下游压差而熄灭电弧。

然而，随着电流等级的增大，现有灭弧室的热热膨胀室和压气室难以匹配更高等级电流所需的气体气压，当现有机构操作功达不到指标要求时，将限制断路器的使用。

因此，如何提高灭弧室的气压，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种断路器的灭弧室，该灭弧室的气压提高。本发明的另一目的是提供一种包括上述灭弧室的断路器。

为实现上述目的，本发明提供一种断路器的灭弧室，包括静弧触头、增压环及套设在所述增压环外侧的绝缘筒，所述增压环相对于所述绝缘筒固定，所述增压环上远离所述绝缘筒的第一端向所述静弧触头方向靠近，所述增压环为多个，多个所述增压环沿绝缘筒轴线方向依次排布。

优选地，相邻两个所述增压环等间距排布。

优选地，所述增压环为平板状环形结构。

优选地，还包括引弧环，部分所述增压环的第一端伸入所述引弧环围绕所形成的腔体内。

优选地，所述增压环的第一端向靠近所述静弧触头方向倾斜设置，所述增压环与所述绝缘筒轴线方向夹角为锐角，所述增压环的第一端为远离所述绝缘筒的一端。

优选地，还包括绝缘垫圈，所述绝缘筒套设在绝缘垫圈外侧，且与所述绝缘筒固定连接，相邻两个所述增压环通过所述绝缘垫圈隔离且限位。

优选地，所述绝缘筒内壁和所述增压环的第二端，所述第二端为远离所述第一端的一侧，一者设有限位凸起，另一设置有与所述限位凸起滑动配合固定的限位凹槽。

优选地，所述限位凸起和所述限位凹槽为多个，且一一对应，所述限位凸起和所述限位凹槽沿所述绝缘筒内壁周向均匀分布，所述增压环为可分割的剖分式结构，且所述增压环的剖分式部分上设有所述限位凸起或所述限位凹槽。

优选地，所述增压环为聚四氟乙烯材质。

一种断路器，包括灭弧室，所述灭弧室为上述任一项所述的灭弧室。

在上述技术方案中，本发明提供的断路器的灭弧室包括静弧触头、增压环及套设在增压环外侧的绝缘筒，增压环相对于绝缘筒固定，增压环上远离绝缘筒的第一端向静弧触头方向靠近，增压环为多个，多个增压环沿绝缘筒轴线方向依次排布。

通过上述描述可知，在本申请提供的断路器的灭弧室中，通过在绝缘筒内设置多个增压环，增压环可将热膨胀室分割若干区域，热气体进入的区域形成局部高气压区，起建压作用，其他区域为低气压区，起补给冷气体作用，有效避免无增压环时整腔气体冷热混合时的低效，带增压环式灭弧室在开断过程中热膨胀室气压普遍高于传统灭弧室中热膨胀室气压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的灭弧室的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的另一种灭弧室的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的设有绝缘垫圈的灭弧室的剖视图；

图4为本发明实施例所提供的绝缘垫圈的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的绝缘垫圈为斜面的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的增压环卡接安装的灭弧室的剖视图；

图7为本发明实施例所提供的限位凹槽为矩形槽绝缘筒的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的另一种限位凹槽为梯形槽的绝缘筒的结构示意图；

图9为本发明实施例所提供的一体式增压环的结构示意图；

图10为本发明实施例所提供的剖分式增压环的结构示意图；

图11为本发明实施例所提供的增压环与绝缘筒的装配图；

图12为本发明实施例所提供的有增压环灭弧室与传统灭弧室在图2中P1监测点处开断过程流速曲线比较图；

图13为本发明实施例所提供的有增压环灭弧室与传统灭弧室在图2中P2监测点处开断过程流速曲线比较图；

图14为本发明实施例所提供的有增压环灭弧室与传统灭弧室在开断过程中热膨胀室气压曲线比较图；

图15为本发明实施例所提供的有增压环灭弧室与传统灭弧室在电流最终过零时刻弧芯温度曲线比较；

图16为本发明实施例所提供的传统灭弧室的温度云图；

图17为本发明实施例所提供的有增压环灭弧室的温度云图。

其中图1-11中：1、绝缘筒；1-1、限位凹槽；2、增压环；2-1、限位凸起；3、绝缘垫圈；3-1、缺口；4、基座；5、引弧环；6、静弧触头；7、动弧触头。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种断路器的灭弧室，该灭弧室的气压提高。本发明的另一核心是提供一种包括上述灭弧室的断路器。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图17。

在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供的断路器的灭弧室包括静弧触头6、动弧触头7、增压环2及套设在增压环2外侧的绝缘筒1，增压环2相对于绝缘筒1固定，增压环2上远离绝缘筒1的第一端向静弧触头6方向靠近，增压环2为多个，多个增压环2沿绝缘筒1轴线方向依次排布。

其中增压环2呈平板状具有一定厚度的360度环形，增压环2材质不限于聚四氟乙烯材质，也可为其它产气材料。

具体的，增压环2的形状、数量和尺寸等可以根据实际需要而定，本申请不做具体限定。

在一种具体实施方式中，相邻两个增压环2等间距排布。

增压环2可以为平板状环形结构，如图2所示，优选增压环2的左右侧表面垂直于卷圆筒轴线方向。

在一种实施方式中，如图1所示，增压环2的第一端向靠近静弧触头6方向倾斜设置。增压环2与绝缘筒1轴线方向夹角为锐角，增压环2的第一端为远离绝缘筒1的一端。

在一种具体实施方式中，该断路器的灭弧室还包括引弧环5，部分增压环2的第一端伸入引弧环5围绕所形成的腔体内。引弧环5是适用于大电流开断的一种结构，增压环2伸入引弧环5所围绕的腔体内，对气流流向产生影响，加快弧根流速。

通过上述描述可知，在本申请具体实施例所提供的断路器的灭弧室中，通过在绝缘筒1内设置多个增压环2，增压环2可将热膨胀室分割若干区域，热气体进入的区域形成局部高气压区，起建压作用，其他区域为低气压区，起补给冷气体作用，有效避免无增压环2时整腔气体冷热混合时的低效，出带增压环2的灭弧室热膨胀室气压远高于传统灭弧室，经试验，带增压环2的灭弧室中膨胀室最大1.48MPa，传统灭弧室中膨胀室最大1.09MPa，带增压环2式灭弧室在开断过程中热膨胀室气压普遍高于传统灭弧室的热膨胀室气压。

本申请提供的灭弧室通过改变气流通道，气流流速、弧根速度等增大热膨胀室膨胀效应，利用上下游压差熄灭电弧。本发明带增压环2式自能式灭弧室在同等电流等级下，未增加热膨胀室体积，采用聚四氟乙烯材料的增压环2没有带来明显的成本增加，通过改变气流通道、气流速度、气体初始动能、弧根流速等带来的热膨胀室增压效果稳定，同时降低制造成本。

具体的，增压环2外侧可以与绝缘筒1的内壁过盈配合固定。

在另一种具体实施实施方式中，该灭弧室还包括绝缘垫圈3，绝缘筒套设在绝缘垫圈3外侧，且与绝缘筒1固定连接，相邻两个增压环2通过绝缘垫圈3隔离。在制作绝缘垫圈3时：制作与绝缘筒1内径等直径的环形垫圈，垫圈可以用现有的聚四氟乙烯管按规定厚度切割制成。由于聚四氟乙烯材质属于弹性材料，所以绝缘垫圈3可开槽，形成缺口3-1，也可不开槽。在绝缘筒1内组装时，增压环2呈环状薄片，按照一片垫圈一片增压环2方式层铺法安装，最后利用安装基座4将左右位置限定。如图3所示。

对于斜板状增压环2安装，绝缘垫圈3需要用聚四氟乙烯管斜切，如图5所示，再一片增压环2一片绝缘垫圈3层铺法安装，最后利用基座4将左右位置限定。

在一种具体实施方式中，绝缘筒1内壁和增压环2的第二端，一者设有限位凸起2-1，另一设置有与限位凸起2-1滑动配合固定的限位凹槽1-1。第二端为远离第一端的一侧。组装时，在绝缘筒1内壁挖两个限位凹槽1-1，如图7所示。增压环2上有两个对应的限位凸起2-1。如图9所示，采用过盈配合，一片一片装上去，安装完如图6所示。为了便于加工限位凹槽1-1，具体的，限位凹槽1-1为方形槽。为了便于卡接限位，优选，限位凹槽1-1为向开口位置收缩的梯形槽。

在限位凹槽1-1上对应增压环2安装位置两侧加一个定位孔或者卡接凸起，便于工作人将增压环2安装在预设位置。

为了提高连接稳定性，优选，限位凸起2-1和限位凹槽1-1为多个，且一一对应，限位凸起2-1和限位凹槽1-1沿绝缘筒1内壁周向均匀分布。

在一种具体实施方式中，为了便于加工，增压环2可以设置为一体式结构。为了便于安装增压环2，如图10所示，增压环2还可以为剖分式结构，且增压环2的剖分式部分上设有限位凸起2-1或限位凹槽1-1。在绝缘筒1内壁挖限位凹槽1-1，增压环2分成三块安装，每一片上对应有一个限位凸起2-1如图10所示，采用过盈配合，一片一片装上去，安装较整环方便，由于本发明对增压环2的平整度并无严格要求，因此安装方式三同样适用于本方案，安装完如图11所示。

下面结合附图对本发明增压效果做进一步详细描述，采用仿真计算开断电流130kA，开断时间9ms：

图2为平板形增压环2的灭弧室，采用此种结构进行仿真计算，其中P1、P2为监测点，记录开断过程中气压、温度、流速、马赫数、密度等参数；增压环2的高低差异性及不同方向的排布能够带来气体的定向流动及加速，提高气体的初始动能，提高吹弧效果。增压环2与热膨胀室内壁的斜角形成喷口射流，有助于增加弧根流速。如图12、图13所示，有增压环2结构气流流速远大于传统灭弧室，有效证明加入增压环2后，流动面积小，流速增大，特别是初始流速都呈现峰值区，有效增加了初始动能。

图1为斜板形增压环2灭弧室；倾斜方向与动弧触头7运动方向有关，一般向静止侧倾斜，这样能够引导电弧的热气流进入增压环2片间的狭缝，快速加热狭缝中的冷气体，很短的时间内即可提高该区域气体压力。

图14为开断过程中带平板形增压环2式灭弧室与传统灭弧室热膨胀室气压曲线比较，增压环2可将热膨胀室分割若干区域，热气体进入的区域形成局部高气压区，起建压作用，其他区域为低气压区，起补给冷气体作用，有效避免无增压环2时整腔气体冷热混合时的低效。从气压分布曲线可以明显看出带增压环2的灭弧室热膨胀室气压远高于传统灭弧室，带增压环2的灭弧室最大1.48MPa，传统灭弧室最大1.09MPa，带增压环2式灭弧室在开断过程中热膨胀室气压普遍高于传统灭弧室气压。

图15为电流最终过零时刻温度曲线比较，聚四氟乙烯材质的增压环2受热产气，一方面协助建压，另一方面产生的气体随气流进入电弧区域，会促进电弧区域热量的耗散，降低热气体温度，协助灭弧。传统灭弧室断口间过零温度高于带增压环2式灭弧室，过零温度越高，越易热击穿，不利于开断。

图16和图17，t＝3.2ms有无增压环灭弧室温度云图比较，从温度云图可以看出带增压环2式灭弧室热气进入热膨胀室远多于传统灭弧室，热膨胀室气压在气压曲线上反映出远高于传统灭弧室热膨胀室气压，形成上下游压差而熄灭电弧。

本申请提供的一种断路器，包括灭弧室，其中，灭弧室为上述任一种灭弧室，前文叙述了关于灭弧室的具体结构，本申请包括上述灭弧室，同样具有上述技术效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种断路器的灭弧室，其特征在于，包括静弧触头(6)、增压环(2)及套设在所述增压环(2)外侧的绝缘筒(1)，所述增压环(2)相对于所述绝缘筒(1)固定，所述增压环(2)上远离所述绝缘筒(1)的第一端向所述静弧触头(6)方向靠近，所述增压环(2)为多个，多个所述增压环(2)沿所述绝缘筒(1)轴线方向依次排布。

2.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，相邻两个所述增压环(2)等间距排布。

3.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，所述增压环(2)为平板状环形结构。

4.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，还包括引弧环(5)，部分所述增压环(2)的第一端伸入所述引弧环(5)围绕所形成的腔体内。

5.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，所述增压环(2)的第一端向靠近所述静弧触头(6)方向倾斜设置，所述增压环(2)与所述绝缘筒(1)轴线方向夹角为锐角，所述增压环(2)的第一端为远离所述绝缘筒(1)的一端。

6.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，还包括绝缘垫圈(3)，所述绝缘筒(1)套设在所述绝缘垫圈(3)外侧，且与所述绝缘筒(1)固定连接，相邻两个所述增压环(2)通过所述绝缘垫圈(3)隔离且限位。

7.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，所述绝缘筒(1)内壁和所述增压环(2)的第二端，所述第二端为远离所述第一端的一侧，一者设有限位凸起(2-1)，另一设置有与所述限位凸起(2-1)滑动配合固定的限位凹槽(1-1)。

8.根据权利要求7所述的断路器的灭弧室，其特征在于，所述限位凸起(2-1)和所述限位凹槽(1-1)为多个，且一一对应，所述限位凸起(2-1)和所述限位凹槽(1-1)沿所述绝缘筒(1)内壁周向均匀分布；

所述增压环(2)为可分割的剖分式结构，且所述增压环(2)的剖分式部分上设有所述限位凸起(2-1)或所述限位凹槽(1-1)。

9.根据权利要求1所述的断路器的灭弧室，其特征在于，所述增压环(2)为聚四氟乙烯材质。

10.一种断路器，包括灭弧室，其特征在于，所述灭弧室为权利要求1-9中任一项所述的灭弧室。

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