CN112002605A - 一种开关设备及其灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关设备及其灭弧室，包括第一触头、第二触头、设置在第一触头和第二触头之间并形成电弧间隙的燃弧环以及在第一触头与第二触头之间沿轴向运动的第三触头，其还包括：用于收集周向电弧能量的周向热膨胀室，周向热膨胀室环向包围燃弧环之间的电弧间隙；用于收集轴向电弧能量的轴向热膨胀室，第三触头在分闸运动时，由第一触头向第二触头的方向移动，轴向热膨胀室布置在第一触头远离第二触头的一侧，轴向热膨胀室与电弧间隙连通。产生的电弧能量一部分由轴向气流的方式进入轴向热膨胀室，另一部分电弧能量由电弧间隙通过气体对流和辐射的方式进入周向热膨胀室，让所有的电弧能量都被利用了，避免了浪费，提高了电弧能量利用率。

Description

一种开关设备及其灭弧室

技术领域

本发明涉及开关技术领域，特别涉及一种开关设备，更特别的是涉及一种灭弧室。

背景技术

自能灭弧的原理是断路器在分闸时，会在断口间产生电弧，电弧温度极高。同时，根据能量公式W＝I2Rt可知，电弧携带巨大的能量。设计的灭弧室利用电弧的能量去使热膨胀室内的气压升高，从而建立起热膨胀室内外的压力差，从而在电流过零时，利用这个压力差，快速将断口间的热游离态分子带走，达到熄弧的目的。这种利用电弧能量去熄灭电弧的原理叫做自能灭弧原理。

SF6断路器开断的关键就是膨胀室内要建立起足够高的气压。气压建立的方式多种多样，常用的有机械式和自能式，机械式是让操纵机构带动压气缸内的活塞运动，强行往膨胀室压入气体达到增压的目的。断路器，尤其是开断超大电流的断路器采用纯机械式原理会使断路器的体积和其配套的操纵机构特别巨大，这样的产品没有经济和性能上的可实施性。目前采用自能灭弧原理可以极大地减少膨胀室建压对机构操纵功的需求。

但是，现有的定开距断路器在分闸运动开始时，动触头沿轴线运动，当动触头运动到引弧环的侧边时，电弧固定在两个引弧环之间燃弧。电弧对热膨胀室的加热，一般是通过两个引弧环之间的间隙(以下称为电弧间隙)。

从宏观看，电弧它相当于一个带电的导体，会产生磁场。从本质看，电弧是带电的等离子体，它要受到磁场的影响。所以电弧在自身磁场的影响下，会有收缩的趋势。开断电流越大，收缩压力越大。由于电弧收缩效应的影响，电弧对热膨胀室的加热主要为热辐射，再加上电弧间隙不大，因此电弧通过电弧间隙加热膨胀室的效率不高。

因此，如何提供一种灭弧室，以提高对电弧能量的利用率，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种灭弧室，以提高对电弧能量的利用率。此外，本发明还提供了一种具有上述灭弧室的开关设备。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种灭弧室，包括第一触头、第二触头、设置在所述第一触头和所述第二触头之间并形成电弧间隙的燃弧环以及在所述第一触头与所述第二触头之间沿轴向运动的第三触头，其还包括：

用于收集周向电弧能量的周向热膨胀室，所述周向热膨胀室环向包围所述燃弧环之间的电弧间隙；

用于收集轴向电弧能量的轴向热膨胀室，所述第三触头在分闸运动时，由所述第一触头向所述第二触头的方向移动，所述轴向热膨胀室布置在所述第一触头远离所述第二触头的一侧，所述轴向热膨胀室与所述电弧间隙连通。

优选的，上述的灭弧室中，还包括：用于为所述周向热膨胀室提供高压气体的压气缸，所述压气缸与所述周向热膨胀室连通。

优选的，上述的灭弧室中，所述燃弧环包括靠近所述第一触头的第一燃弧环和靠近所述第二触头的第二燃弧环，所述第一燃弧环和所述第二燃弧环之间形成所述电弧间隙，所述第三触头向远离所述第一触头方向移动后，所述轴向热膨胀室通过所述第一触头内部围成的空间与所述电弧间隙连通。

优选的，上述的灭弧室中，所述轴向热膨胀室关于所述第三触头的中心线对称布置。

优选的，上述的灭弧室中，所述轴向热膨胀室为金属结构，内表面覆盖有耐高温材料。

优选的，上述的灭弧室中，所述轴向热膨胀室远离所述第一触头的一端具有泄压口，所述泄压口处设置有用于控制所述泄压口通断的泄压阀，当所述轴向热膨胀室内的压力达到预设值时，则控制所述泄压阀导通。

优选的，上述的灭弧室中，所述轴向热膨胀室内远离所述第三触头的端面上具有导流板，所述导流板为由自由端向与所述轴向热膨胀室连接的端部渐扩，且所述导流板的自由端朝向所述第三触头。

一种开关设备，包括灭弧室，其中，所述灭弧室为上述任一项所述的灭弧室。

本发明提供的一种灭弧室，产生的电弧能量一部分由轴向气流的方式进入轴向热膨胀室，另一部分电弧能量由电弧间隙通过气体对流和辐射的方式进入周向热膨胀室。上述结构在电弧各个可能流向上均设置热膨胀室的结构，让所有的电弧能量都被利用了，避免了浪费，提高了电弧能量利用率。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的灭弧室的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种灭弧室，以提高对电弧能量的利用率。此外，本发明还公开了一种具有上述灭弧室的开关设备。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本申请公开了一种灭弧室，至少一个燃弧系统，该燃弧系统包括第一触头2、第二触头7、燃弧环和第三触头8，此外还包括周向热膨胀室5和轴向热膨胀室3。燃弧环设置在第一触头2和第二触头7之间且燃弧环之间具有电弧间隙B，上述的第三触头8在第一触头2与第二触头7之间并沿第一触头2和第二触头7的轴向运动，并且在合闸位置时与第一触头2和第二触头7接触；第三触头8在分闸位置时，由第一触头2向第二触头7运动，在此过程中，第三触头8与第一触头2分离后，在两者之间产生电弧，产生的电弧能量一部分由轴向气流的方式进入轴向热膨胀室3，另一部分电弧能量由电弧间隙B通过气体对流和辐射的方式进入周向热膨胀室5。上述结构在电弧各个可能流向上均设置热膨胀室的结构，让所有的电弧能量都被利用了，避免了浪费，提高了电弧能量利用率。

优选的实施例中，该灭弧室还包括压气缸6，该压气缸6用于为周向热膨胀室5提供高压气体，且压气缸6与周向热膨胀室5连通。具体的，压气缸6通过若干个通道与周向热膨胀室5连接。通过压气缸6内的活塞运动，压缩压气缸6内的气体使压气缸6内压力升高，高压的气体由通道压入周向热膨胀室5。压气缸主要有两方面的作用：第一，在第三触头8和第一触头2分离前(即起弧前)，将压气缸6内的气体压入周向热膨胀室5内，使周向热膨胀室55内的基础气体压力提高，让气体从更高的压力开始被加热升压；第二，在开断小电流时，电弧的能量不足以使周向热膨胀室5建立起足够的压力时，需要压气缸6去辅助建立压力。本申请中的压气缸6包括两个底面10和设置在两个底面之间的环形的绝缘筒。

在开断大电流时，电弧轴向气流进入轴向热膨胀室3，加热气体使之升压，电流过零时主要由轴向热膨胀室3内气体带走断口间的热游离态分子；开断小电流时，电弧的加热效应不明显，主要通过压气缸6往周向热膨胀5内灌入气体，使之升压，电流过零时主要由周向热膨胀室5内气体带走断口间的热游离态分子。综上，两个热膨胀室各有分工，使灭弧室能开断各种大小的电流。

具体的实施例中，上述的燃弧环包括靠近第一触头2的第一燃弧环1和靠近第二触头7的第二燃弧环9，并且第一燃弧环1和第二燃弧环9之间形成上述的电弧间隙B，而轴向热膨胀室3通过第三触头8的移动空间与电弧间隙B连通。具体的，由于第一触头2和第二触头7以及燃弧环均为环形结构，上述的第三触头8沿上述环形结构的内环的轴向移动，当第三触头8移动到第一燃弧环1与第二燃弧环9之间时，产生的电弧热量气体则通过电弧间隙B以及第三触头8留出的空隙进入轴向热膨胀室3。此处公开了一种轴向热膨胀室3与电弧间隙B连接具体方式，在实际中可根据不同的需要进行设置，或直接通过管道连通。

轴向热膨胀室3关于第三触头8的中心线对称布置，这样加工和安装最方便，同时有利于对轴向电弧能量的收集。在实际中也可根据不同需要设置不同的布置方式。

轴向热膨胀室3可由金属材料或者高强度的绝缘材料制成。由于进入轴向热膨胀室3的气流温度很高，因此，将轴向热膨胀室3的第一内壁3a、第二内壁3b和第三内壁3c优选的被耐烧蚀的绝缘材料覆盖，覆盖的方式可采用涂覆，以减轻对构成其的材料的热损伤。绝缘材料可为聚四氟乙烯。

更进一步的实施例中，本申请中的轴向热膨胀室3远离第一触头2的一端具有泄压口，并在泄压口处设置有用于控制泄压口通断的泄压阀4，当轴向热膨胀室3内的压力达到预设值时，则控制泄压阀4导通。具体的，泄压阀4在灭弧室正常开断时不动作；如果灭弧室的其他部件出现故障，导致灭弧室不能正常熄灭电弧时，电弧能量产生的轴向气流会源源不断地进入轴向热膨胀室3，使轴向热膨胀室3内的气压极限升高，存在对灭弧室造成永久性机械破坏的风险，当轴向热膨胀室3内的气压达到设定值时则泄压阀4动作，让轴向热膨胀室3内的气压释放掉，避免灭弧室出现机械损坏。

为了使轴向气流进入轴向热膨胀室3内后能够快速扩散至轴向热膨胀室3的边缘，本申请中公开的轴向热膨胀室3内远离第三触头8的端面上设置有导流板，且该导流板为由自由端向轴向热膨胀室3连接的端部渐扩，且该导流板的自由端朝向第三触头8。即在轴向热膨胀室3的端部中央设置一个锥形凸起，在实际中，可将该锥形凸起与泄压阀4作为一体，即锥形凸起为泄压阀4的一部分，实现快速安装，提高装配效率。

本申请中公开的周向热膨胀室5和轴向热膨胀室3的体积相加应该与开断同样电流的灭弧室的单个热膨胀室体积相当，以实现在相同热膨胀室体积的前提下，尽量多的收集电弧能量。对于周向热膨胀室5和轴向热膨胀室3的具体尺寸可根据实际需要进行设置，且均在保护范围内。

此外，本申请还公开了一种开关设备，其应用上述实施例中公开的灭弧室，因此，具有该灭弧室的开关设备也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

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 (8)

1.一种灭弧室，包括第一触头(2)、第二触头(7)、设置在所述第一触头(2)和所述第二触头(7)之间并形成电弧间隙的燃弧环以及在所述第一触头(2)与所述第二触头(7)之间沿轴向运动的第三触头(8)，其特征在于，还包括：

用于收集周向电弧能量的周向热膨胀室(5)，所述周向热膨胀室(5)环向包围所述燃弧环之间的电弧间隙；

用于收集轴向电弧能量的轴向热膨胀室(3)，所述第三触头(8)在分闸运动时，由所述第一触头(2)向所述第二触头(7)的方向移动，所述轴向热膨胀室(3)布置在所述第一触头(2)远离所述第二触头(7)的一侧，所述轴向热膨胀室(3)与所述电弧间隙连通。

2.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，还包括：用于为所述周向热膨胀室(5)提供高压气体的压气缸(6)，所述压气缸(6)与所述周向热膨胀室(5)连通。

3.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述燃弧环包括靠近所述第一触头(2)的第一燃弧环(1)和靠近所述第二触头(7)的第二燃弧环(9)，所述第一燃弧环(1)和所述第二燃弧环(9)之间形成所述电弧间隙，所述第三触头(8)向远离所述第一触头(2)方向移动后，所述轴向热膨胀室(3)通过所述第一触头(2)内部所围成的空间与所述电弧间隙连通。

4.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述轴向热膨胀室(3)关于所述第三触头(8)的中心线对称布置。

5.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述轴向热膨胀室(3)为金属结构，内表面覆盖有耐高温材料。

6.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述轴向热膨胀室(3)远离所述第一触头(2)的一端具有泄压口，所述泄压口处设置有用于控制所述泄压口通断的泄压阀(4)，当所述轴向热膨胀室(3)内的压力达到预设值时，则控制所述泄压阀(4)导通。

7.根据权利要求1-6任一项所述的灭弧室，其特征在于，所述轴向热膨胀室(3)内远离所述第三触头(8)的端面上具有导流板，所述导流板为由自由端向与所述轴向热膨胀室连接的端部渐扩，且所述导流板的自由端朝向所述第三触头(8)。

8.一种开关设备，包括灭弧室，其特征在于，所述灭弧室为如权利要求1-7任一项所述的灭弧室。

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