CN112670836A - 一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，属于短路故障电流切除开关装置领域，包括张合组件、第一开关导体、第二开关导体、绝缘固定杆、开关进线和开关出线，第一开关导体和第二开关导体均设置在绝缘固定杆上，且接触设置，开关进线与第一开关导体连接，开关出线与第二开关导体连接，张合组件内设置有灭弧筒圆孔，张合组件设置在第一开关导体和第二开关导体接触端上。固相气流灭弧装置能够产生超强气流，切断串入回路的开关，有效切除回路中的短路电流，解决了因断路器拒动而导致的短路故障，同时通过在两端加设弹簧，使得被气流断开后，由于消除闪络达到零点几秒的时间即可完成。

Description

一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关

技术领域

本发明涉及短路故障电流切除开关装置领域，尤其涉及一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关。

背景技术

电力系统在运行中相与相之间或相与地(或中性线)之间发生非正常连接 (短路)时流过的电流称为短路电流。在中性点直接接地的电网中,以单相对地的短路故障为最多,约占全部短路故障的90％。在中性点非直接接地的电力网络中,短路故障主要是各种相间短路。发生短路时,由于电源供电回路阻抗的减小以及突然短路时的暂态过程,使短路回路中的电流大大增加,可能超过回路的额定电流许多倍。

短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生,它不仅能烧坏故障元件本身,也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时,一方面会使导体大量发热,造成导体过热甚至熔化,以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体,使导体变形或损坏。网络电压的降低,使供电设备的正常工作受到损坏,也可能导致工厂的产品报废或设备损坏,如电动机过热受损等。输变电设备及其他各种电气设备会因短路而造成爆炸、高温、电动力、熔断等损伤。短路时电压下降的愈大,持续时间愈长,破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。因此提出了一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，以解决现有断路器拒动情况下流经电气设备的电流过大而造成短路事故的技术问题。

一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，包括张合组件、第一开关导体、第二开关导体、绝缘固定杆、开关进线和开关出线，所述第一开关导体和第二开关导体均设置在绝缘固定杆上，且接触设置，所述开关进线与第一开关导体连接，所述开关出线与第二开关导体连接，所述张合组件内设置有灭弧筒圆孔，所述张合组件设置在第一开关导体和第二开关导体接触端上。

所述张合组件由两个半筒结构构成，两个半筒结构的底部分别固定在第一开关导体和第二开关导体接触端上。

上述方案还包括第一弹簧，所述第一弹簧一端固定在第二开关导体的非接触端，另一端固定设置，且第一弹簧挤压第二开关导体设置。

所述第一弹簧、第一开关导体和第二开关导体均窜在绝缘固定杆上，且绝缘固定杆的两端设置有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板固定设置在第一开关导体的后端，第一弹簧的一端固定在第二挡板上。

上述方案还包括第二弹簧，所述第二弹簧设置在第一开关导体与第一挡板之间，且窜在绝缘固定杆上。

所述灭弧筒圆孔内设置有灭弧筒，所述灭弧筒的一端套设在灭弧筒圆孔内。

所述灭弧筒圆孔的另一端接有固相灭弧装置，固相灭弧装置上设置有感应部件，感应部件设置在连接开关的导线上。

所述固相灭弧装置包括外壳、转盘、增压气丸和转轴，所述转轴设置在转盘的中心带动转盘转动，所述外壳套设在转盘的外侧，所述增压气丸嵌套设置在转盘的圆形侧边上，所述外壳与转盘圆形侧边相对位置设置有滑槽，滑槽内套设置有灭弧筒，灭弧筒与滑槽相对滑动设置。

进一步地，所述灭弧筒与转盘相对端设置有卡位轴，灭弧筒的两侧边设置有凸边，所述凸边卡设在滑槽内。

进一步地，所述卡位轴设置在一侧凸边前端的，另一侧凸边的上设置有弹簧卡槽和挤压弹簧，所述挤压弹簧一端固定在凸边上，另一端固定弹簧卡槽的底部，凸边卡套在弹簧卡槽内，可伸缩设置，弹簧卡槽随着灭弧筒移动在滑槽内滑动。

进一步地，所述卡位轴上设置有滑轮，所述转盘的侧边上设置有运动导行装置，所述挤压弹簧挤压灭弧筒，卡位轴紧贴在运动导行装置上运动。

进一步地，所述运动导行装置设为锯齿型结构的运动导边，卡位轴紧贴在锯齿边上运动，增压气丸设置在运动导边的一侧，且斜线设置，锯齿型结构的运动导边的一个齿下设置一排倾斜的增压气丸，且增压气丸放置倾斜方向与齿的方向平行，卡位轴沿着运动导边上的齿上滑动，灭弧筒上设置的气体流通通道与增压气丸相对。

进一步地，所述运动导行装置设置为运动导槽，所述运动导槽设置为波浪槽结构，卡位轴设置在运动导槽内，运动导槽的一侧设置有波浪形设置的增压气丸，卡位轴沿着运动导槽滑动，灭弧筒上设置的气体流通通道与增压气丸相对。

进一步地，所述滑槽的宽度比灭弧筒的直径大，增压气丸上设置有突出的卡片，增压气丸触发把卡片炸弯，灭弧筒运动到下一个增压气丸。

在装置外壳上端设计了一个滑槽，滑槽的宽度略大于灭弧筒外径，滑槽的长度与装置外壳的厚度相同。将原先的固定式灭弧筒设计为可移动式灭弧筒，其中灭弧筒为一中空的圆柱体结构，中空部分为气流通道；灭弧筒上端有一凸起部位，凸起部位能够嵌套在滑槽中，使得灭弧筒能沿着滑槽的方向来回滑动。灭弧筒上表面还设有一卡位点，卡位点与灭弧筒之间的连接有两种方式：第一种，卡位点与灭弧筒上表面固定连接；第二种，卡位点与灭弧筒之间通过一轴连接，轴垂直固定在灭弧筒上表面，卡位点套在轴上，并且卡位点与轴之间的连接为转动连接，卡位点能够以轴为圆心转动。

现有的轮式固相灭弧防雷装置的气丸转盘中的气丸为单层排布，存弹容量有限，改进后转盘结构可以设置多层气丸排布形式。并且，装置设计了多种气丸切换方式、灭弧筒与转盘配合切换方式，如下：

第一种，在气丸转盘侧面分布有锯齿状的凸起结构，此种情况下，装置外壳内表面(卡位点附近)上需装设弹簧，弹簧将卡位点挤向锯齿状的凸起结构，使得卡位点能够沿着该锯齿状结构与转盘相对运动，而卡位点真实的移动方向是沿着外壳上的滑槽方向来回移动。通过这种转动机制，灭弧筒能够依次对准不同位置上的气丸，触发位上的气丸被触发后，又能按照指定的触发顺序触发下一发。

第二种，在气丸转盘侧面分布有波浪状的滑轨，滑轨的宽度略大于灭弧筒上卡位点的直径；滑轨有一定的深度，其深度也略大于卡位点的高度；卡位点伸入滑轨内。当转盘绕中心轴转动时，卡位点就在滑轨内不断移动；由于灭弧筒受到外壳两侧滑槽的限制，卡位点真实的移动方向是沿着外壳上的滑槽方向来回移动。在波浪状滑轨的限制下，灭弧筒能够依次对准不同位置上的气丸，触发位上的气丸被触发后，又能按照指定的触发顺序触发下一发。

进一步说明，通过“轴”的连接方式来连接卡位点与灭弧筒，能减小卡位点与滑轨之间的摩擦，使得卡位点在滑轨内的移动更加顺畅，保证装置的可靠转动。

进一步说明，上述第二种滑轨式转动方式可以进一步拓展，可以将波浪状的滑轨转角设计为不同的角度，此时转盘上每层气丸之间相邻距离也应该对应发生改变。当滑轨转角较大时，每层气丸排布得较为稀疏；当滑轨转角较小时，每层气丸排布得较为紧凑。

进一步说明，该装置通过螺杆可固定连接在杆塔横杆上，装置并联安装在绝缘子两端。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

本发明中固相气流灭弧装置能够产生超强气流，通过切断串入回路的开关，有效切除回路中的短路电流，解决了因断路器拒动而导致的短路故障，同时通过在两端加设弹簧，使得被气流断开后，又可以自动的恢复，不需要人工的接合，实现了自动开关的功能，由于消除闪络达到零点几秒的时间即可完成，而通过两端设置弹簧，根据弹簧的压缩和伸长所需要的时间为1-2秒，可以很好消除电弧重燃，又能实现自动开关，并且该开关使用强气流作为断开手段，可以实现在高压电使用，具有使用范围广的优点。

附图说明

图1为本发明第一种开关结构示意图。

图2为本发明第一种开关结构断开示意图。

图3为本发明第二种开关结构示意图。

图4为本发明第二种开关结构断开示意图。

图5为本发明开关动作原理图。

图6为本发明固相灭弧装置的剖面图。

图7为本发明灭弧筒剖面图。

图8为本发明转盘第一种结构示意图。

图9为本发明第二种结构示意图。

图10为本发明第三种结构示意图。

图11为本发明固相灭弧装置的增压气丸灭弧效果和普通气体发生器灭弧效果对比图。

图12是本发明固相灭弧装置的增压气丸第一种结构的三种形状剖面图。

图13是本发明固相灭弧装置的增压气丸第二种结构的四种形状剖面图。

图14是本发明固相灭弧装置的增压气丸第三种结构的两种形状剖面图。

图15是本发明固相灭弧装置增压气丸第四种结构的四种形状剖面图。

图16为本发明弹簧挤压方向原理图。

图中：101-感应部件；102-固相灭弧装置；103-导线；200-开关；201-灭弧筒圆孔；202-张合组件；203-第一开关导体；204-第二开关导体；205-第一挡板；206-第一弹簧；207-绝缘固定杆；208-开关进线；209-开关出线；210- 第二挡板；211-灭弧筒；212-第二弹簧；1-外壳；2-转盘；3-增压气丸；4-转轴；5-滑槽；6-卡位轴；7-固相灭弧筒；8-气体流通通道；9-弹簧卡槽；10-挤压弹簧；11-凸边；12-运动导边；13-运动导槽；11A-触发信号输入端子；12A-包裹层；13A-气丸底座；14A-气丸；15A-喷气孔；16A-底壁；11B-触发信号输入端子；12B-限位框；13B-套筒；14B-气丸底座；15B-气丸；16B-喷气孔；17B-密封圈垫；18B-底座支撑件；11C-触发信号输入端子；12C-限位桶；13C-套筒；14C-气丸底座；15C-气丸；16C-喷气孔；17C-底壁；18 C-密封圈垫；11D-触发信号输入端子；12D-上框体；13D-套筒；14D-气丸底座；15D-气丸；16D-下框体；17D-喷气孔；18D-密封圈垫；19D- 框体连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

根据上述的原理说明和参阅图1-3对本发明实施例进一步说明：

实施例1：

本发明提供一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，包括张合组件202、第一开关导体203、第二开关导体204、绝缘固定杆207、开关进线208和开关出线209，所述第一开关导体203和第二开关导体204均设置在绝缘固定杆207上，且接触设置，所述开关进线208与第一开关导体203连接，所述开关出线209与第二开关导体204连接，所述张合组件202内设置有灭弧筒圆孔201，所述张合组件202设置在第一开关导体203和第二开关导体204接触端上。强气流从灭弧筒圆孔201进入，然后气流会把张合组件202撑开，然后带动第一开关导体203和第二开关导体204向两边移动，实现开关的断开，此时的断开是一次性的，断开后需要人工进行把第一开关导体203和第二开关导体204再和回来，即可实现开关的闭合。

其中，张合组件202均是使用绝缘材料制成，张合组件202在制作的时候就是由两半进行合成的圆筒，通过人力将第一开关导体203和第二开关导体 204挤压解除，然后张合组件202的两半也接触设置。灭弧筒圆孔201的顶部侧边设置有密封件，防止气流过多的往外流，使得气流形成更大的张力，断开的时间更快。

实施例2：

该实施例与实施例1不同的是，所述张合组件202由两个半筒结构构成，两个半筒结构的底部分别固定在第一开关导体203和第二开关导体204接触端上。两个半筒结构的底部均设置有一块三角墩，对半筒结构进行横向支撑，提高使用寿命，防止张力过大，半筒结构与导体断开。其中张合组件202还可以设置为其它结构的部件，不一定为圆筒结构，也可以是方形或者其他的形状均是可以的。

实施例3：

该实施例与实施例1不同的是，还包括第一弹簧206，所述第一弹簧206一端固定在第二开关导体204的非接触端，另一端固定设置，且第一弹簧206挤压第二开关导体204设置。第一弹簧206主要是增大了第一开关导体203和第二开关导体204之间的接触，使得接触更加的密切，更好的导电，同时还可以实现自动闭合，不需要人工进行闭合，实现了自动开关的结构。通过实验，此时的第一开关导体203和第二开关导体204张开到闭合的时间为1.5秒左右(一般的强气流，增加气压时间加长)，可以很好的实现了断路器的电弧闪络的情况。第一弹簧206可以使用绝缘材料的塑料瘫痪，也可以使用金属弹簧，但是实用金属弹簧时，为了减少短路的情况，外层设置有绝缘塑料套，并且与导体之间通过绝缘块固定。

实施例4：

该实施例与实施例3不同的是，如图4所示所述第一弹簧206、第一开关导体203和第二开关导体204均窜在绝缘固定杆207上，且绝缘固定杆207的两端设置有第一挡板205和第二挡板210，所述第一挡板205固定设置在第一开关导体203的后端，第一弹簧206的一端固定在第二挡板210上。通过

实施例5：

该实施例与实施例4不同的是，如图4所示，还包括第二弹簧212，所述第二弹簧212设置在第一开关导体203与第一挡板205之间，且窜在绝缘固定杆 207上。在另一边也设置弹簧，实现了双向弹性开关的情况，此中结构，经过试验，张开到闭合需要的时间大概为1.8秒(一般的强气流，增高气压时间加长)，由于双向弹簧，在缩短的时候，会出现一个力变缓的情况，因此时间增长了。

实施例6：

该实施例与实施例1不同的是，如图4-5所示，所述灭弧筒圆孔201内设置有灭弧筒211，所述灭弧筒211的一端套设在灭弧筒圆孔201内。所述灭弧筒圆孔201的另一端接有固相灭弧装置102，固相灭弧装置102上设置有感应部件101，感应部件101设置在连接开关的导线103上。感应部件101可以设置为感应线圈或者电流传感器等，感应到电流过大时，发出信号给固相灭弧装置102进行触发，实现喷射出强气流。

如图6所示，固相灭弧装置102包括外壳1、转盘2、增压气丸3和转轴4，所述转轴4设置在转盘2的中心带动转盘转动，所述外壳1套设在转盘2的外侧。所述增压气丸3嵌套设置在转盘2的圆形侧边上，所述外壳1与转盘2圆形侧边相对位置设置有滑槽5，滑槽5内套设置有固相灭弧筒7，固相灭弧筒7与滑槽5 相对滑动设置。

如图8-10所示，在装置外壳上端设计了一个滑槽5，滑槽5的宽度大于固相灭弧筒7外径，如果斜线上设置三个的增压气丸3，滑槽5的宽度大概大固相灭弧筒7外径的两个增压气丸3的长度。滑槽5的长度与装置外壳的厚度相近。将原先的固定式灭弧筒设计为可移动式固相灭弧筒7，其中灭弧筒为一中空的圆柱体结构，中空部分为气流通道8；固相灭弧筒7上端有一凸起凸边11，凸起部位能够嵌套在滑槽5中，使得灭弧筒能沿着滑槽5的方向滑动。

所述固相灭弧筒7与转盘2相对端设置有卡位轴6，固相灭弧筒7的两侧边设置有凸边11，所述凸边11卡设在滑槽5内。所述卡位轴6设置在一侧凸边11 前端的，另一侧凸边11的上设置有弹簧卡槽9和挤压弹簧10，所述挤压弹簧10 一端固定在凸边11上，另一端固定弹簧卡槽9的底部，凸边11卡套在弹簧卡槽 9内，可伸缩设置，弹簧卡槽9随着固相灭弧筒7移动在滑槽5内滑动。所述卡位轴6上设置有滑轮，所述转盘的侧边上设置有运动导行装置，所述挤压弹簧 10挤压固相灭弧筒7，卡位轴6紧贴在运动导行装置上运动。

现有的轮式固相灭弧防雷装置的气丸转盘2中的气丸为单层排布，存弹容量有限，改进后转盘结构可以设置多层气丸排布形式。并且，装置设计了多种气丸切换方式、灭弧筒与转盘配合切换方式，如下：

第一种，如图8、16所示，在气丸转盘2侧面分布有锯齿状的凸起结构， 此种情况下，装置外壳内表面上需装设弹簧(挤压弹簧10)，挤压弹簧10将 卡位点(卡位轴6)挤向锯齿状的凸起结构，使得卡位点能够沿着该锯齿状结 构与转盘相对运动，而卡位点真实的移动方向是沿着外壳上的滑槽方向来回 移动。通过这种转动机制，固相灭弧筒7能够依次对准不同位置上的气丸，触 发位上的气丸被触发后，又能按照指定的触发顺序触发下一发。如图8所示， 图中箭头方向为卡位点移动方向，卡位点的移动带动固相灭弧筒7的移动，灭弧筒依次对准气丸A、B、C、D、E、F，触发位上的气丸依次触发产生强气 流，强气流将电弧截断并熄灭。

第二种，如图9所示，在气丸转盘2侧面分布有波浪状的运动导槽13，滑轨的宽度略大于固相灭弧筒7上卡位点的直径；滑轨有一定的深度，其深度也略大于卡位点的高度；卡位点伸入滑轨内。当转盘绕中心轴(转轴4)转动时，卡位点就在滑轨内不断移动；由于灭弧筒受到外壳两侧滑槽的限制，卡位点真实的移动方向是沿着外壳上的滑槽方向来回移动。在波浪状运动导槽13的限制下，灭弧筒能够依次对准不同位置上的气丸，触发位上的气丸被触发后，又能按照指定的触发顺序触发下一发。

滑轨式转动方式可以进一步拓展，可以将波浪状的运动导槽13转角设计为不同的角度，此时转盘上每层气丸之间相邻距离也应该对应发生改变。如图9所示，当滑轨转角较大时，每层气丸排布得较为稀疏，图中箭头方向为卡位点移动方向，卡位点的移动带动固相灭弧筒7的移动，灭弧筒依次对准气丸 G、H、I、J、K，触发位上的气丸依次触发产生强气流，强气流将电弧截断并熄灭。如图10所示，当运动导槽13转角较小时，每层气丸排布得较为紧凑，图中箭头方向为卡位点移动方向，卡位点的移动带动固相灭弧筒7的移动，灭弧筒依次对准气丸L、M、O、P、Q，触发位上的气丸依次触发产生强气流，强气流将电弧截断并熄灭。

所述运动导行装置设为锯齿型结构的运动导边12，卡位轴6紧贴在锯齿边上运动，增压气丸3设置在运动导边12的一侧，且斜线设置，锯齿型结构的运动导边12的一个齿下设置一排倾斜的增压气丸3，且增压气丸3放置倾斜方向与齿的方向平行，卡位轴6沿着运动导边12上的齿上滑动，固相灭弧筒7上设置的气体流通通道8与增压气丸3相对。所述运动导行装置设置为运动导槽 13，所述运动导槽13设置为波浪槽结构，卡位轴6设置在运动导槽13内，运动导槽13的一侧设置有波浪形设置的增压气丸3，卡位轴6沿着运动导槽13滑动，固相灭弧筒7上设置的气体流通通道8与增压气丸3相对。所述滑槽5的宽度比固相灭弧筒7的直径大，增压气丸3上设置有突出的卡片，增压气丸3触发把卡片炸弯，固相灭弧筒7运动到下一个增压气丸3。

固相灭弧筒7上表面还设有一卡位轴6，卡位轴与固相灭弧筒7之间的连接有两种方式：第一种，卡位轴6与固相灭弧筒7上表面固定连接，如图6所示。第二种，卡位点与灭弧筒之间通过一轴连接，轴垂直固定在固相灭弧筒7上表面，卡位轴6套在轴上，并且卡位点与轴之间的连接为转动连接，卡位轴6能够以轴为圆心转动，如图7所示通过“轴”的连接方式来连接卡位轴6与固相灭弧筒7，能减小卡位轴6与运动导槽13之间的摩擦，使得卡位点在滑轨内的移动更加顺畅，保证装置的可靠转动。

如图12所示，所述增压气丸3包括触发信号输入端子11A、包裹层12A、气丸底座13A、气丸14A和喷气孔15A，所述触发信号输入端子11A设置在气丸底座13A上，所述气丸14A设置在气丸底座13A的一侧，所述包裹层12 A包裹在气丸底座13A和气丸14A的外侧，并贴合设置，所述包裹层12A与气丸14A的贴合处设置有喷气孔15A，所述包裹层12A设置为硬质层，所述气丸14A的基础压力和包裹层12A的增量压力之和大于气丸14A破裂的临界压力。

气丸底座13A和气丸14A嵌套到包裹层12A内，包裹层将其包裹起来。并且实现气丸底座13A和气丸14A与包裹层12A的紧密嵌套，可以对包裹层 2内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸14A的巨大气压被包裹层12A所束缚，气丸14A内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在包裹层12A承受所有的压力。包裹层12A的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11A，用于气丸14A接收雷电触发信号；包裹层12A设的喷气孔15A，气体从这个未包裹的喷气孔15A喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔15A的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。包裹层12A使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸14A在接收到触发信号输入端子1输入的触发信号后，气丸14A内迅速产生气体，由于包裹层12A的强度很好，远远大于了气丸14A产生的气体的压强，使包裹层12A不会破裂而产生爆轰情况。气丸4内产生的气体压强大于气丸4的表层,最大承受压力后，气丸4产生的气体均只能从喷气孔15A喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔15A的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸14A燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

喷气孔15A设置在触发信号输入端子11A的对立端，所述触发信号输入端子11A与气丸14A接触设置。通过把喷气孔15A和触发信号输入端子11A设置在对立端，使得气丸14A结构内的火药燃烧完全后气压才会瞬间压到喷气孔5的材料束缚层，使得气丸14A内的产气材料燃烧的更加完全，气体压强更大，可以熄灭更高电压输电产生的电弧，使得灭弧的效果更好。

气丸14A包括材料束缚层、火药和固氧或者液氧，所述火药和固氧或者液氧混合密封放置在材料束缚层内，材料束缚层增量压力小于火药破裂的临界压力。

火药在被点燃后，固氧或者液氧提供燃烧的氧气，并且温度升高，固氧或者液氧均会气化，提供一个附加气体压强，形成二次增压的效果，使气体压强增大更快。在火药基本完全燃烧时产生的气体压强会比材料束缚层破裂的临界压力大，使得喷气孔5处的材料束缚层破裂，气体从喷气孔5喷出进行灭弧。

触发信号输入端子11A通过设置若干根发热电阻丝与气丸内部的火药接触设置，若干根发热电阻丝并联设置，且与触发信号输入端子连接。通过发热电阻丝并联设置，实现了多点点火的效果，可以减短反应时间，即可减短灭弧的反应时间，灭弧更快。

触发信号输入端子11A输入电流信号，电阻丝发热，气丸内的火药燃烧产生高压气体，包裹层12A对高压气体轴向和经向约束，高压气体的压力大于喷气孔处的材料束缚层弯矩，高压气体从喷气孔喷出，设置喷气孔15A的位置控制喷气方向。气丸4接收到触发信号输入端子1的电信号时，会触发产生大量的灭弧气体；高强度包裹层12A对气流进行径向约束和轴向约束，包裹层12A内的增量压力迅速增大；由于出气口处强度远小于包裹层12A的强度，并且喷气孔15A的孔径变小，会产生很大的弯矩，当气丸14A的基础压力和包裹层的增量压力之和大于产气材料破裂的临界压力时，气流从未包裹的出气口喷射，出气口喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。通过提高密封强度，使气丸14A内的材料充分燃烧产生更大的临界释放气压，在建弧的同时产生高速灭弧气流，作用于电弧通道，阻断后续工频电弧建弧过程，能够在极短时间内熄灭工频电弧，其熄弧时间远远小于断路器动作时间。其中灭弧单元的产气直接影响灭弧效果。

包裹层12A设置为圆筒结构，圆筒结构内壁与气丸底座13A和气丸14A 紧密贴合，圆筒结构底部设置为开口结构，圆筒结构底部侧边设置有底壁16A，套入气丸底座13A和气丸14A后，使用机械挤压底壁16A向内折合，与侧壁成90°，喷气孔15A设置在圆筒结构顶部，包裹层12A上设置触发信号输入端子11A的输入口，在安装时，实用把气丸底座13A和气丸14A一起套入包裹层12A的内筒内，然后通过挤压机器进行挤压底壁16A向内折合。底壁16A主要是固定气丸底座13A，在产生高压气体时，会产生一个前后的张力，由底壁16A进行固定，底壁16A的厚度比圆筒结构的另一端的厚度厚。设置为圆筒结构具有安装方便，加工简单，可以大大的节省加工成本，提高经济效益。

包裹层12A设置为箱体结构，箱体结构上设置有扣合盖，扣合盖通过设置的卡扣与箱体结构扣合设置。把气丸底座13A和气丸14A放入箱体结构内，其中箱体结构内设置的内部结构与气丸底座13A和气丸14A的结构相同，可以为圆柱形、方形或者凸头结构等，可以在对箱体结构进行加工时开模设置。套入气丸底座13A和气丸14A后，把扣合盖盖上，然后使用卡扣扣住，方便安装，直接通过手工就可以完成安装，加工速度快，经济小于高的优点。

喷气孔15A的大小为5-8mm，所述气丸14A产生的气体从喷气孔喷出。气流从未包裹的喷气孔15A喷射，喷气孔15A喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。普通原来的喷射孔一般为十几个毫米，使得喷射范围过大，喷射的时间变短，灭弧的效果不好。根据弯矩计算公式：M＝θgEI/L，θ为转矩，EI为转动刚度，L为杆件的有效计算长度。θ为转矩和EI为转动刚度均相同时，L变短后，使得弯矩变大，即喷出的气体的压强变大，并且喷气孔16A较小，相同气体需要较长的时间才能喷完，也就是灭弧的时间较长，达到灭弧气体压强增大，灭弧时间增长，达到更好的灭弧的效果。

包裹层12A和材料束缚层为同类金属材料制成，所述包裹层12A的厚度与火药的量成正比。由于防雷装置长期装在输电线上，会有太阳晒和雨淋的情况，如果使用不同的金属会使得材料束缚层与径向套件或者包裹层之间形成点位差，形成电位差之后就会容易出现腐蚀的情况，从而大大的减短了防雷装置的使用寿命，使用同类金属材料可以有效的防止上述情况的发生。

如图13所示，所述增压气丸3包括触发信号输入端子11B、限位框12B、套筒13B、气丸底座14B、气丸15B和喷气孔16B，所述触发信号输入端子11B 设置在气丸底座14B上，所述气丸底座14B与气丸15B连接设置，所述套筒 13B套设在气丸15B的外侧，所述限位框12B卡套在套筒13B和气丸底座14 B的外侧，所述限位框12B上设置有喷气孔16B，所述气丸15B的基础压力和限位框12B的增量压力或者和套筒13B的增量压力之和大于气丸15B内产气材料破裂的临界压力，所述限位框12B和套筒13B均设置为硬质结构。

气丸15B嵌套到套筒13B内，套筒13B将气丸15B侧边包裹起来，限位框12B顶端与气丸底座14B紧密接触设置，底部与气丸15B底部紧密接触设置或者与套筒13B底部紧密接触设置。套筒13B对气丸15B进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13B内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15B的巨大气压被套筒13B所束缚，气丸15B内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13B承受所有的压力。在竖直方向上限位框12B对气丸 15B内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。限位框12B的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11B，用于气丸15B接收雷电触发信号。限位框12B设的喷气孔16B，气体从这个未包裹的喷气孔16B喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔16B的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位框12B和套筒13B使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15B在接收到触发信号输入端子11B输入的触发信号后，气丸15B内迅速产生气体，由于套筒13B和限位框12B的强度很好，远远大于了气丸15B 产生的气体的压强，使套筒13B和限位框12B不会破裂而产生爆轰情况。气丸 15B内产生的气体压强大于气丸15B的表层最大承受压力后，气丸15B产生的气体均只能从喷气孔16B喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔16B的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15B燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

套筒13B设置为圆筒结构，所述圆筒结构由若干个可拆卸的圆箍组成，圆箍与圆箍之间可拆卸连接。圆箍与圆箍通过螺纹或者卡扣连接，从而可以根据需要灭弧的输电线的电压的高低，设置相应长短的气丸15B，当气丸15B 宽度或者直径一定时，需要灭弧的输电线的电压越高，气丸15B的长度越长，使得灭弧的气体的压强越高，灭弧的时间越长，灭弧效果更好，可以灭更高电压输电线产生的电弧。同时也可以方便套筒13B的安装，根据气丸15B的长短，进行连接圆箍的个数，一般气丸15B的长度为圆箍长度的整数倍。

套筒13B设置为圆桶结构，圆桶结构底部设置有圆桶喷气口，所述圆桶喷气口的中心与喷气孔16B的中心设置在同一条直线上。圆桶结构的底部设置为桶底结构，然后桶底结构开设圆桶喷气口，圆桶喷气口与喷气孔16B重合。

限位框12B、套筒13B和材料束缚层为同类金属材料制成，所述限位框12B 和套筒13B的厚度与火药的量成正比。由于防雷装置长期装在输电线上，会有太阳晒和雨淋的情况，如果使用不同的金属会使得材料束缚层与径向套件或者包裹层之间形成点位差，形成电位差之后就会容易出现腐蚀的情况，从而大大的减短了防雷装置的使用寿命，使用同类金属材料可以有效的防止上述情况的发生。

如图14所示，所述增压气丸3包括触发信号输入端子11C、限位桶12C、套筒13C、气丸底座14C、气丸15C和喷气孔16C，所述触发信号输入端子11C设置在气丸底座14C上，所述气丸底座14C与气丸15C连接设置，所述套筒13C 套设在气丸15C的外侧，所述限位桶12C卡套在套筒13C和气丸底座14C的外侧，所述限位桶12C上设置有喷气孔16C，所述气丸15C的基础压力和限位桶12C的增量压力和/或套筒13C的增量压力之和大于气丸15C内产气材料破裂的临界压力，所述限位桶12C和套筒13C均设置为硬质结构。

气丸15C嵌套到套筒13C内，套筒13C将气丸15C侧边包裹起来，限位桶12C顶端与气丸底座14C紧密接触设置，底部与气丸15C底部紧密接触设置或者与套筒13C底部紧密接触设置。套筒13C对气丸15C进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13C内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15C的巨大气压被套筒13C所束缚，气丸15C内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13C承受所有的压力。在竖直方向上限位桶12C对气丸 15C内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。限位桶12C的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11C，用于气丸15C接收雷电触发信号。限位桶12C设的喷气孔16C，气体从这个未包裹的喷气孔16C喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔16C的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位桶12C和套筒13C使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15C在接收到触发信号输入端子11C输入的触发信号后，气丸15C内迅速产生气体，由于套筒13C和限位桶12C的强度很好，远远大于了气丸15C 产生的气体的压强，使套筒13C和限位桶12C不会破裂而产生爆轰情况。气丸 15C内产生的气体压强大于气丸5的表层最大承受压力后，气丸15C产生的气体均只能从喷气孔16C喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔 C16的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15C燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

如图15所示，所述增压气丸3包括触发信号输入端子11D、上框体12D、套筒13D、气丸底座14D、气丸15D、下框体16D和喷气孔17D，所述触发信号输入端子11D设置在气丸底座14D上，所述气丸底座14D与气丸15D连接设置，所述套筒13D套设在气丸15D的外侧，所述上框体12D与下框体16D可拆卸连接，且上框体12D与下框体16D卡套在套筒13D和气丸底座14D的外侧，所述喷气孔17D设置在下框体16D上，所述气丸15D的基础压力和上框体12D与下框体16D的增量压力和/或套筒13D的增量压力之和大于气丸15D 内产气材料破裂的临界压力，所述上框体12D、下框体16D和套筒13D均设置为硬质结构。

气丸15D嵌套到套筒13D内，套筒13D将气丸15D侧边包裹起来，上框体12D顶端内侧与气丸底座14D紧密接触设置，下框体16D内侧与气丸15D 底部紧密接触设置或者与套筒13D底部紧密接触设置。套筒13D对气丸15D 进行径向紧密嵌套包裹，对套筒13D内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸15D的巨大气压被套筒13D所束缚，气丸15D内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒13D承受所有的压力。在竖直方向上上框体12D和下框体16D对气丸15D内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。上框体12D的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子11D，用于气丸15D接收雷电触发信号。下框体16D设有的喷气孔17D，气体从这个未包裹的喷气孔17D 喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔17D的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。限位桶12D和套筒13D使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸15D在接收到触发信号输入端子11D输入的触发信号后，气丸15D内迅速产生气体，由于套筒13D、上框体12D和下框体16D的强度很好，远远大于了气丸15D产生的气体的压强，使套筒13D、上框体12D和下框体16D不会破裂而产生爆轰情况。气丸15D内产生的气体压强大于气丸15D的表层最大承受压力后，气丸15D产生的气体均只能从喷气孔17D喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔17D的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸15D燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

如图11所示，上述气丸与现有的产气器件的效果对比，曲线S1为普通气体发生器的灭弧效果的时间和气体压强关系图，曲线S2表示本发明装置的灭弧效果的时间和气体压强关系图。通过对比可以知道，普通气体发生器开始灭弧需要的反应时间为t2，而使用本申请的装置需要的反应时间为t1，t2大于t1。造成这个时间差的对比为，本申请装置设置的套筒和限位桶，气丸的基础压力和套筒的增量压力之和大于气丸破裂的临界压力，同时气丸的基础压力和上框体和下框体的增量压力之和大于气丸破裂的临界压力，使得气丸在被点燃的那一刻产生气体而上框体2和下框体不会发生形变，气体压强迅速升高，而普通的气体发生器在产生气体时会发生一定形变，体积增大，使得气体压强升高没有本申请的气体的压强高。根据燃速与压力的关系：压力越大，燃速越大，使得本装置的气丸4内燃烧的速度会比普通气体发生器内的燃料燃烧的速度更快，从而本装置的喷气的时间会比普通气体发生器的喷气时间块，及灭弧反应时间快。

同时对比灭弧的压强和灭弧的时间，在曲线S1普通气体发生器的爆轰瞬间的最大压强为P1，且达到该压强的时间段非常的短，只有爆轰的那一刻而已，使得灭弧的效果不好。而本申请装置中，在灭弧时达到P1压强的时间为 t1-t3这一段时间，也成为高压灭弧时间，时间t1-t3大于了普通气体发生器整个灭弧的全部时间，因此使得灭弧的效果非常好，对更大电压传输线产生的电弧均可以灭。造成上述的原因为，本装置的气体只能从喷气孔喷出，而普通气体发生器的是直接爆轰多个方向进行喷射，使得时间高压灭弧的时间非常的短。而本装置的高压强气体从喷气孔喷出需要一个时间过程为t1-t3，因此灭弧的气体压强高，喷射气体的时间长，使得灭弧的效果更好，可以对特殊场合和更高的电压等级的电弧进行喷灭。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于，

包括张合组件(202)、第一开关导体(203)、第二开关导体(204)、绝缘固定杆(207)、开关进线(208)和开关出线(209)，所述第一开关导体(203)和第二开关导体(204)均设置在绝缘固定杆(207)上，且接触设置，所述开关进线(208)与第一开关导体(203)连接，所述开关出线(209)与第二开关导体(204)连接，所述张合组件(202)内设置有灭弧筒圆孔(201)，所述张合组件(202)设置在第一开关导体(203)和第二开关导体(204)接触端上。

2.根据权利要求1所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述张合组件(202)由两个半筒结构构成，两个半筒结构的底部分别固定在第一开关导体(203)和第二开关导体(204)接触端上。

3.根据权利要求1所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：还包括第一弹簧(206)，所述第一弹簧(206)一端固定在第二开关导体(204)的非接触端，另一端固定设置，且第一弹簧(206)挤压第二开关导体(204)设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述第一弹簧(206)、第一开关导体(203)和第二开关导体(204)均窜在绝缘固定杆(207)上，且绝缘固定杆(207)的两端设置有第一挡板(205)和第二挡板(210)，所述第一挡板(205)固定设置在第一开关导体(203)的后端，第一弹簧(206)的一端固定在第二挡板(210)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：还包括第二弹簧(212)，所述第二弹簧(212)设置在第一开关导体(203)与第一挡板(205)之间，且窜在绝缘固定杆(207)上。

6.根据权利要求1所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述灭弧筒圆孔(201)内设置有灭弧筒(211)，所述灭弧筒(211)的一端套设在灭弧筒圆孔(201)内。

7.根据权利要求6所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述灭弧筒圆孔(201)的另一端接有固相灭弧装置(102)，固相灭弧装置(102)上设置有感应部件(101)，感应部件(101)设置在连接开关的导线(103)上。

8.根据权利要求7所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述固相灭弧装置(102)包括外壳(1)、转盘(2)、增压气丸(3)和转轴(4)，所述转轴(4)设置在转盘(2)的中心带动转盘转动，所述外壳(1)套设在转盘(2)的外侧，所述增压气丸(3)嵌套设置在转盘(2)的圆形侧边上，所述外壳(1)与转盘(2)圆形侧边相对位置设置有滑槽(5)，滑槽(5)内套设置有固相灭弧筒(7)，固相灭弧筒(7)与滑槽(5)相对滑动设置。

9.根据权利要求8所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述固相灭弧筒(7)与转盘(2)相对端设置有卡位轴(6)，固相灭弧筒(7)的两侧边设置有凸边(11)，所述凸边(11)卡设在滑槽(5)内。

10.根据权利要求9所述的一种基于超强气体极快速横向切断短路故障电流开关，其特征在于：所述卡位轴(6)设置在一侧凸边(11)前端的，另一侧凸边(11)的上设置有弹簧卡槽(9)和挤压弹簧(10)，所述挤压弹簧(10)一端固定在凸边(11)上，另一端固定弹簧卡槽(9)的底部，凸边(11)卡套在弹簧卡槽(9)内，可伸缩设置，弹簧卡槽(9)随着固相灭弧筒(7)移动在滑槽(5)内滑动。

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