CN112289628A - 一种双压力膨胀室灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双压力膨胀室灭弧室，包括压气室、高压膨胀室以及低压膨胀室，高压膨胀室的体积小于低压膨胀室的体积；压气室内的绝缘气体能够被压入低压膨胀室内。在大短路电流开断过程中，电弧能量较大，高压膨胀室和低压膨胀室吸收较大能量的电弧，建立起足够的压力。在中小短路电流开断过程中，高压膨胀室能够快速吸收电弧能量、建立高压。而低压膨胀室形成压力较低的绝缘气体。在电流过零时刻，高压膨胀室会以较高速度喷射绝缘气体，熄灭电弧。而低压膨胀室会以较低速度，但持续较长时间地喷射绝缘气体，从而进一步熄灭电弧。另外，存在压力差和温度差的两种绝缘气体会形成涡流，从而提升电弧区域的冷却效果，提高灭弧能力。

Description

一种双压力膨胀室灭弧室

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，更具体地说，涉及一种双压力膨胀室灭弧室。

背景技术

在电力系统中，断路器除承载额定电流之外，还需要承载开合或接地等产生的故障电流，一般情况下故障电流远大于额定电流。在出现故障电流时会伴随电弧的产生。电弧是一种气体放电现象，对电器具有一定的危害，因此需要对断路器进行灭弧。自能式灭弧是一种主要的灭弧方式。自能式灭弧室包括一个压气室和一个膨胀室。膨胀室膨胀后会向电弧区域喷射绝缘气体，从而熄灭电弧。膨胀室的膨胀来源包括两方面，一方面是开断过程中产生的电弧能量，另一方面是来自于压气室内的高压气体。

通常情况下，膨胀室的体积主要是依据电弧能量的增压效果来决定的。因此电弧能量对膨胀室起到主要的增压作用，而压气室对膨胀室起到辅助增压的作用。在大电流开断时，电弧的能量足够大，因此能够为膨胀室提供足够的压力，从而确保大电流开断顺利进行。但是，在小电流开断时，电弧能量较小，而且压气室提供的压力也不足，因此导致膨胀室压力不足，从而导致小电流开断失败。

为解决上述问题，本领域技术人员找到了两种解决办法，一种是缩小膨胀室，从而提升膨胀室的压力。但是该种方式会由于绝缘气体不足而影响大电流的开断。另一种方法是增大压气室体积，从而使更多的绝缘气体进入到膨胀室内，以提升膨胀室压力。但是，该种方式会增大断路器所需的操作功，造成额外的机械操作负担。

发明内容

本发明的目的是提高短路电流的开断能力，同时避免造成额外的机械操作负担。为实现上述目的，提供了如下技术方案：

一种双压力膨胀室灭弧室，包括压气室、高压膨胀室以及低压膨胀室，所述高压膨胀室的体积小于所述低压膨胀室的体积；在机械外力的作用下，所述压气室内的绝缘气体能够被压入所述低压膨胀室内。

优选地，所述低压膨胀室通过低压膨胀室通道与所述压气室连通，所述低压膨胀室通道处设置有低压膨胀室单向阀片；所述高压膨胀室通过高压膨胀室通道与所述压气室相通，所述高压膨胀室通道处设置有高压膨胀室单向阀片。

优选地，所述高压膨胀室围绕动侧电弧接触件设置，所述低压膨胀室围绕所述高压膨胀室设置。

优选地，所述动侧电弧接触件外套设有导流罩，围绕所述导流罩设置有分隔套，所述分隔套的内壁与所述导流罩的外壁之间形成所述高压膨胀室。

优选地，所述分隔套一端的端部连接在基座上，所述基座与固定座之间形成所述压气室，所述基座与移动杆连接，所述动侧电弧接触件也与所述移动杆连接。

优选地，所述基座上设置有向所述高压膨胀室凸出的安装座，所述分隔套的一端套设在所述安装座上，所述高压膨胀室通道贯穿所述安装座。

优选地，所述导流罩上设置有止位环，所述高压膨胀室单向阀片受限于所述止位环与所述安装座的端壁。

优选地，可动主触头一端的端部套设在所述基座的外缘上，喷嘴的一端连接在所述可动主触头的内壁，所述喷嘴的另一端伸出所述可动主触头的另一端；

所述喷嘴的内壁、所述可动主触头的内壁、所述分隔套的外壁以及所述基座的端壁围成所述低压膨胀室，所述低压膨胀室通道贯穿所述基座。

优选地，所述低压膨胀室单向阀片受限于所述分隔套的靠近所述基座的端壁，还受限于所述基座的端壁。

优选地，所述高压膨胀室的出气通道和所述低压膨胀室的出气通道均沿径向指向电弧区域。

优选地，所述分隔套远离所述基座的一端形成有回弯部，所述回弯部的内壁与所述动侧电弧接触件的端壁形成所述高压膨胀室的出气通道，所述回弯部的外壁与所述喷嘴的内壁形成所述低压膨胀室的出气通道。

优选地，所述低压膨胀室的出气通道沿径向指向电弧区域，所述高压膨胀室的出气通道沿轴向指向所述低压膨胀室的出气通道。

优选地，所述低压膨胀室的出气通道的一侧为所述喷嘴的内壁，另一侧为所述动侧接触弧触头的端壁以及所述分隔套的远离所述基座的端壁；

所述动侧接触弧触头的端壁与所述分隔套的远离所述基座的端壁之间围成的区域，为所述高压膨胀室的出气通道的出气口。

优选地，在所述分隔套的远离所述基座的一端的端部设置有通孔，所述通孔沿着所述分隔套的厚度方向贯穿所述分隔套。

从上述技术方案可以看出，在大短路电流开断过程中，电弧能量较大，高压膨胀室和低压膨胀室吸收较大能量的电弧，建立起足够的压力。在中小短路电流开断过程中，由于高压膨胀室的体积较小，高压膨胀室能够快速吸收电弧能量、建立高压。而低压膨胀室会接收来自压气室的绝缘气体，从而形成压力较低的绝缘气体。

在电流过零时刻，高压膨胀室会以较高速度向电弧区域喷射绝缘气体，以熄灭电弧。而低压膨胀室会以较低速度，但持续较长时间地向电弧区域喷射绝缘气体，从而进一步熄灭电弧。另外，存在压力差和温度差的两种绝缘气体会形成涡流，从而提升电弧区域的冷却效果，提高灭弧能力。本发明不仅提高了短路电流的开断能力，而且同时避免了造成额外的机械操作负担。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的方案，下面将对实施例中描述所需要使用的附图作简单的介绍，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为本发明一具体实施例提供的双压力膨胀室灭弧室的总体结构示意图；

图2为本发明一具体实施例提供的高压膨胀室和低压膨胀室的结构示意图；

图3为本发明一具体实施例提供的基座的结构示意图；

图4为本发明一具体实施例提供的高压膨胀室和低压膨胀室的结构示意图。

其中，1为动侧支撑座、2为固定座、3为压气缸、4为移动杆、5为压气室、6为基座、7为低压膨胀室单向阀片、8为低压膨胀室、9为高压膨胀室、10为可动主触头、11为静侧主触头、12为静侧电弧接触件、13为喷嘴、14为导流罩、15为分隔套、16为动侧电弧接触件、17为高压膨胀室单向阀片、18为低压膨胀室通道、19为高压膨胀室通道、20为止位环、21为通孔。

具体实施方式

本发明公开了一种双压力膨胀室灭弧室，能够提高短路电流的开断能力，同时能够避免造成额外的机械操作负担。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的双压力膨胀室灭弧室包括压气室5、高压膨胀室9以及低压膨胀室8。高压膨胀室9的体积小于低压膨胀室8的体积。在机械外力的作用下，压气室5内的绝缘气体能够被压入低压膨胀室8内。

在中小短路电流开断的过程中，由于高压膨胀室9的体积小于低压膨胀室8的体积，且高压膨胀室9的体积足够小，以在电弧能量较小时，能够快速建压，从而形成高温、高压的绝缘气体。而低压膨胀室8由于体积较大，在电弧能量较小时，需要吸收来自压气室5的绝缘气体而形成低温、较低压的绝缘气体。在电流过零时刻，高压膨胀室9会以较高速度向电弧区域喷射绝缘气体，以熄灭电弧。而低压膨胀室8会以稍低速度，但持续较长时间地向电弧区域喷射绝缘气体，从而进一步熄灭电弧。另外，存在压力差和温度差的两种绝缘气体会形成涡流，从而提升电弧区域的冷却效果，提高灭弧能力。

需要说明的是，电弧区域位于动侧电弧接触件16与静侧电弧接触件12之间。

低压膨胀室8通过低压膨胀室通道18与压气室5连通。低压膨胀室通道18处设置有低压膨胀室单向阀片7。在中小短路电流开断的过程中，由于电弧的能量较小，因此低压膨胀室8内的压力较小，因此低压膨胀室通道18处的低压膨胀室单向阀片7会打开，从而使低压膨胀室通道18导通，那么压气室5内的绝缘气体会通过低压膨胀室通道18进入到低压膨胀室8内部。在低压膨胀室8内部的压力等于压气室5的压力后，低压膨胀室8单向阀会关闭，从而使低压膨胀室通道18截止。

另外，还可以设置高压膨胀室通道19，以使高压膨胀室9能够通过高压膨胀室通道19与压气室5相通。高压膨胀室通道19处设置有高压膨胀室单向阀片17。如果在电弧能量极小时，高压膨胀室9无法依靠电弧能量形成高压的绝缘气体，那么高压膨胀室单向阀片17会自动打开，从而使压气室5内的绝缘气体流入高压膨胀室9内。需要说明的是，高压膨胀室通道19为辅助设备，在正常情况下不会开启，仅在极端情况下开启使用。

在大短路电流开断的过程中，低压膨胀室8和高压膨胀室9仅依靠吸收电弧的能量就能形成高压的绝缘气体。在电流过零时刻，低压膨胀室8和高压膨胀室9向电弧区域喷射绝缘气体，熄灭电弧。高压膨胀室9内的高压气体能够快速喷向电弧区域进行灭弧，而低压膨胀室8的体积足够大，其内部的绝缘气体的量足够多，因此能够持续较长时间地向电弧区域喷射绝缘气体，从而能够确保将大短路电流的电弧熄灭。

由于高压膨胀室9的体积较小，因此高压膨胀室9内形成的绝缘气体的温度和压力较高。而低压膨胀室8的体积较大，因此低压膨胀室8形成的绝缘气体的温度和压力较低。由于存在温度差和压力差，两种绝缘气体碰撞后会形成涡流，涡流能够使绝缘气体充分搅动，使绝缘气体能量耗散，从而使绝缘气体的温度降低，如此便提升了电弧区域的冷却效果。

接下来介绍高压膨胀室9和低压膨胀室8的具体结构：高压膨胀室9围绕动侧电弧接触件16设置，低压膨胀室8围绕高压膨胀室9设置。由于高压膨胀室9相对于低压膨胀室8靠近动侧电弧接触件16，也即高压膨胀室9相对于低压膨胀室8靠近电弧区域，因此，在发生电弧时，高压膨胀室9会先于低压膨胀室8吸收电弧能量，从而确保高压膨胀室9能够快速地建压。

高压膨胀室9是由导流罩14、分隔套15以及基座6形成的。导流罩14套设在动侧电弧接触件16外，以使动侧电弧接触件16变为密闭件。分隔套15围绕导流罩14设置。导流罩14的外壁与分隔套15的内壁之间的空间即为高压膨胀室9的空间。

基座6与固定座2形成压气室5。基座6与移动杆4连接，动侧电弧接触件16也与移动杆4连接。即在移动杆4的牵引下，动侧电弧接触件16能够与静侧电弧接触件12相接触，基座6能够靠近或远离固定座2。当基座6靠近固定座2时，会压缩压气室5内的绝缘气体。

在基座6上设置有向高压膨胀室9凸出的安装座。分隔套15一端的端部套设在该安装座上。高压膨胀室通道19贯穿该安装座。安装座为环形，沿着环形的安装座均布有多个高压膨胀室通道19。

在导流罩14上设置了止位环20。高压膨胀室单向阀片17受限于止位环20和安装座的端壁。即高压膨胀室单向阀片17的活动范围为止位环20与安装座之间。高压膨胀室单向阀片17在最大打开状态时抵靠在止位环20上，而在闭合状态时，抵靠在安装座的端壁上。

低压膨胀室8是由喷嘴13的内壁、可动主触头10的内壁、分隔套15的外壁以及基座6的端壁围成的。可动主触头10一端的端部套设在基座6的外缘上，喷嘴13的一端连接在可动主触头10的内壁，喷嘴13的另一端伸出可动主触头10的另一端。低压膨胀室通道18贯穿基座6。围绕基座6的轴线均布有多个低压膨胀室通道18。喷嘴13、可动主触头10、分隔套15、导流罩14、动侧电弧接触件16以及基座6随着移动杆4的移动而移动，但是彼此之间的相对位置保持不变。喷嘴13由绝缘材质的材料制作而成。

分隔套15靠近基座6一端的端部套设在安装座上。而低压膨胀室单向阀片7恰好受限于分隔套15的靠近基座6的端壁。低压膨胀室8单向阀还受限于基座6的端壁。即低压膨胀室单向阀片7的活动范围为分隔套15的端壁与基座6之间。低压膨胀室单向阀片7在最大打开状态时抵靠在分隔套15的端壁上，而在闭合状态时，抵靠在基座6的端壁上。

需要说明的是，可以通过调节低压膨胀室单向阀片7或高压膨胀室单向阀片17的活动范围来调节绝缘气体进入低压膨胀室8或者高压膨胀室9的进入速率。其次，还可以通过调节低压膨胀室8或高压膨胀室9的截面积来调节绝缘气体进入低压膨胀室8或者高压膨胀室9的进入速率。另外，还可以通过调节低压膨胀室单向阀片7或高压膨胀室单向阀片17的外径来调节绝缘气体进入低压膨胀室8或高压膨胀室9的进入速率。

在本发明一具体实施例中，请参考附图1、附图2，高压膨胀室9的出气通道和低压膨胀室8的出气通道均为环形，均沿径向指向电弧区域。在绝缘气体到达电弧区域前，高压膨胀室9和低压膨胀室8完全不相通，从而确保了高压膨胀室9和低压膨胀室8的相对密闭性。

分隔套15远离基座6的一端形成有回弯部。高压膨胀室9的出气通道由回弯部的内壁与动侧电弧接触件16的端壁形成。低压膨胀室8的出气通道由回弯部的外壁与喷嘴13的内壁形成，该内壁是由喷嘴13向轴线处收缩而形成的。

在本发明另一具体实施例中，请参考附图4，低压膨胀室8的出气通道沿径向指向电弧区域，高压膨胀室9的出气通道沿轴向指向低压膨胀室8的出气通道。即从低压膨胀室8流出的绝缘气体首先与从高压膨胀室9流出的绝缘气体在低压膨胀室8的出气通道中进行混合，之后再喷向电弧区域。从低压膨胀室8流出的绝缘气体的温度较低，从高压膨胀室9流出的绝缘气体的温度较高。因此从高压膨胀室9流出的绝缘气体遇到从低压膨胀室8流出的绝缘气体后会冷却、降温，如此便提高了灭弧能力。

在本实施例中，低压膨胀室8的出气通道为环形，沿着径向指向电弧区域。低压膨胀室8的出气通道的一侧为喷嘴13的内壁，该内壁是由喷嘴13向轴线处收缩而形成的。另一侧为动侧接触弧触头的端壁和分隔套15的远离基座6的端壁。动侧接触弧触头的端壁与分隔套15的远离基座6的端壁之间围成的区域，为高压膨胀室9的出气通道的出气口。

进一步地，在分隔套15的远离基座6的一端的端部上设置了通孔21，该通孔21沿着分隔套15的厚度方向贯穿分隔套15。如此，在小短路电流过零时刻，低压膨胀室8的低温的绝缘气体流向电弧区域的通道增加，那么就会有更多的低温的绝缘气体吹向电弧区域，从而提高了灭弧能力。

需要说明的是，分隔套15为绝缘材质，且分隔套15远离基座6的一端的端头耐电弧烧蚀。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。

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 (14)

1.一种双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，包括压气室、高压膨胀室以及低压膨胀室，所述高压膨胀室的体积小于所述低压膨胀室的体积；在机械外力的作用下，所述压气室内的绝缘气体能够被压入所述低压膨胀室内。

2.根据权利要求1所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述低压膨胀室通过低压膨胀室通道与所述压气室连通，所述低压膨胀室通道处设置有低压膨胀室单向阀片；所述高压膨胀室通过高压膨胀室通道与所述压气室相通，所述高压膨胀室通道处设置有高压膨胀室单向阀片。

3.根据权利要求2所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述高压膨胀室围绕动侧电弧接触件设置，所述低压膨胀室围绕所述高压膨胀室设置。

4.根据权利要求3所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述动侧电弧接触件外套设有导流罩，围绕所述导流罩设置有分隔套，所述分隔套的内壁与所述导流罩的外壁之间形成所述高压膨胀室。

5.根据权利要求4所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述分隔套一端的端部连接在基座上，所述基座与固定座之间形成所述压气室，所述基座与移动杆连接，所述动侧电弧接触件也与所述移动杆连接。

6.根据权利要求5所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述基座上设置有向所述高压膨胀室凸出的安装座，所述分隔套的一端套设在所述安装座上，所述高压膨胀室通道贯穿所述安装座。

7.根据权利要求6所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述导流罩上设置有止位环，所述高压膨胀室单向阀片受限于所述止位环与所述安装座的端壁。

8.根据权利要求5所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，可动主触头一端的端部套设在所述基座的外缘上，喷嘴的一端连接在所述可动主触头的内壁，所述喷嘴的另一端伸出所述可动主触头的另一端；

所述喷嘴的内壁、所述可动主触头的内壁、所述分隔套的外壁以及所述基座的端壁围成所述低压膨胀室，所述低压膨胀室通道贯穿所述基座。

9.根据权利要求6所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述低压膨胀室单向阀片受限于所述分隔套的靠近所述基座的端壁，还受限于所述基座的端壁。

10.根据权利要求8所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述高压膨胀室的出气通道和所述低压膨胀室的出气通道均沿径向指向电弧区域。

11.根据权利要求10所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述分隔套远离所述基座的一端形成有回弯部，所述回弯部的内壁与所述动侧电弧接触件的端壁形成所述高压膨胀室的出气通道，所述回弯部的外壁与所述喷嘴的内壁形成所述低压膨胀室的出气通道。

12.根据权利要求8所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述低压膨胀室的出气通道沿径向指向电弧区域，所述高压膨胀室的出气通道沿轴向指向所述低压膨胀室的出气通道。

13.根据权利要求12所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，所述低压膨胀室的出气通道的一侧为所述喷嘴的内壁，另一侧为所述动侧接触弧触头的端壁以及所述分隔套的远离所述基座的端壁；

所述动侧接触弧触头的端壁与所述分隔套的远离所述基座的端壁之间围成的区域，为所述高压膨胀室的出气通道的出气口。

14.根据权利要求13所述的双压力膨胀室灭弧室，其特征在于，在所述分隔套的远离所述基座的一端的端部设置有通孔，所述通孔沿着所述分隔套的厚度方向贯穿所述分隔套。

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