CN117393371A - 一种真空灭弧室 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力设备技术领域，公开了一种真空灭弧室，包括壳体、静导电杆、静触头杯座、动导电杆、动触头杯座、驱动组件和波纹管。静触头杯座设置于静导电杆的底端。动导电杆与静导电杆同轴设置。动触头杯座设置于动导电杆的顶端，动触头杯座内设置有第一容腔，第一容腔内填充有减震液。驱动组件用于驱使动导电杆沿动导电杆的轴向移动。波纹管设置于动导电杆与壳体之间。动导电杆进行分闸作业时，动导电杆自合闸位置移动至最大位移位置的过程中包括有驱动组件驱动的动力位移段和无驱动组件驱动的惯性位移段，动导电杆自合闸位置移动至最大位移位置前，减震液与第一容腔的上腔面发生碰撞，且碰撞发生时，动导电杆位于惯性位移段。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种真空灭弧室。
背景技术
目前，在电力系统当中，需要多种开关设备的分合闸操作来实现电力系统的故障切除和线路投切等操作。真空断路器由于具有环境友好、产品性能优秀等特点，已广泛应用于电力系统的中压领域，并逐渐向高压领域发展。真空灭弧室是真空断路器的核心部件，承担着额定电流通流和短路电流开断等重要作用。在真空灭弧室分闸过程中，动导电杆缓冲不良引起的触头弹跳，容易导致真空灭弧室的静触头与动触头之间的真空间隙重新击穿，电弧重燃，进而导致开断电流失败。
因此，亟需一种真空灭弧室，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：在不影响动导电杆初始分闸动作速度的同时，降低分闸过程中动触头杯座与静触头杯座之间的真空间隙被再次击穿的可能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种真空灭弧室，包括：
壳体；
静导电杆，其底端伸入所述壳体内；
静触头杯座，其设置于所述静导电杆的底端；
动导电杆，其顶端伸入所述壳体内，所述动导电杆与所述静导电杆同轴设置；
动触头杯座，其设置于所述动导电杆的顶端，所述动触头杯座内设置有第一容腔，所述第一容腔内填充有减震液，所述减震液的液面与所述第一容腔的上腔面间隔设置；
驱动组件，其用于驱使所述动导电杆沿所述动导电杆的轴向移动；
波纹管，其设置于所述动导电杆与所述壳体之间，用于分合闸时对所述动导电杆进行缓冲；
所述动导电杆进行分闸作业时，所述动导电杆自合闸位置移动至最大位移位置的过程中包括有驱动组件驱动的动力位移段和无驱动组件驱动的惯性位移段，所述动导电杆自合闸位置移动至最大位移位置前，所述减震液与所述第一容腔的上腔面发生碰撞，且所述碰撞发生时，所述动导电杆位于所述惯性位移段。
作为上述技术方案的改进，所述容腔的上腔面为平面，所述上腔面垂直于所述动导电杆的轴向设置。
作为上述技术方案的改进，所述第一容腔的轴线与所述动导电杆的轴线共线。
作为上述技术方案的改进，所述动导电杆内设置有第二容腔，所述第二容腔用于容纳减震液，所述第二容腔顶端与所述第一容腔连通，所述第二容腔的轴线与所述动导电杆的轴线共线。
作为上述技术方案的改进，位于所述第一容腔内的所述减震液的体积不小于所述第一容腔体积的三分之一，且不大于所述第一容腔体积的三分之二。
作为上述技术方案的改进，所述壳体包括：
瓷壳，所述静导电杆的底端以及所述动导电杆的顶端均伸入所述瓷壳；
屏蔽罩，其固设于所述瓷壳内，所述静导电杆以及所述动导电杆伸入所述瓷壳的一端均伸入所述屏蔽罩内。
作为上述技术方案的改进，所述波纹管的底端与所述屏蔽罩固连，顶端与所述动导电杆固连。
作为上述技术方案的改进，还包括散热组件，所述散热组件包括：
第一导热管组，其底端伸入所述静导电杆内，顶端外露于所述静导电杆，所述第一导热管组的顶端位于所述壳体的外侧，第一导热管组内填充有导热介质；
第二导热管组，其顶端伸入所述动导电杆内，底端外露于所述动导电杆，所述第二导电杆位于所述壳体外侧，第二导热管组内填充有导热介质。
作为上述技术方案的改进，所述第二导热管组延伸至所述第一容腔内。
作为上述技术方案的改进，所述散热组件还包括：
第一散热翅片组，其设置于所述第一导热管组外露于所述静导电杆且位于所述壳体外侧的部分上；
第二散热翅片组，其设置于所述第二导热管组外露于所述动导电杆且位于所述壳体外侧的部分上。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
本发明的真空灭弧室，通过在动触头杯座上的第一容腔内设置减震液，并且使动导电杆进行分闸作业时，动导电杆自合闸位置移动至最大位移位置前，减震液与容腔上腔面发生碰撞，且上述碰撞发生时，动导电杆位于惯性位移段，从而在不影响动导电杆初始分闸动作速度(有驱动组件驱动的动力位移段速度)的同时，在动导电杆的惯性位移段，将动导电杆与动触头杯座的一部分动能传递给减震液。从而减小动导电杆到达最大位移位置时波纹管蓄积的能量，进而减小动导电杆到达最大位移位置后的最大回弹位移值，以降低分闸过程中动触头杯座与静触头杯座之间的真空间隙被再次击穿的可能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的真空灭弧室的结构示意图；
图2是图1中A-A处的剖视图；
图3是图1中B-B处的剖视图。
图中：
1、壳体；11、瓷壳；12、屏蔽罩；
2、静导电杆；
3、静触头杯座；
4、动导电杆；41、第二容腔；
5、动触头杯座；51、第一容腔；52、撞击平面；
6、驱动组件；61、磁盘；62、分闸线圈；63、合闸线圈；
7、波纹管；
8、散热组件；81、第一导热管组；82、第二导热管组；83、第一散热翅片组；84、第二散热翅片组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1和图2所示，本发明实施例优选实施例的一种真空灭弧室，其特征在于，包括壳体1、静导电杆2、静触头杯座3、动导电杆4、动触头杯座5、驱动组件6和波纹管7。静导电杆2底端伸入壳体1内。静触头杯座3，其设置于静导电杆2的底端。动导电杆4，其顶端伸入壳体1内，动导电杆4与静导电杆2同轴设置。动触头杯座5，其设置于动导电杆4的顶端，动触头杯座5内设置有第一容腔51，第一容腔51内填充有减震液(图未示)，减震液的液面与第一容腔51的上腔面52间隔设置。驱动组件6用于驱使动导电杆4沿动导电杆4的轴向移动，以带动动触头杯座5与静触头杯座3配合进行分闸与合闸。波纹管7设置于动导电杆4与壳体1之间，用于分合闸时对动导电杆4进行缓冲。动导电杆4进行分闸作业时，动导电杆4自合闸位置移动至最大位移位置的过程中包括有驱动组件6驱动的动力位移段和无驱动组件6驱动的惯性位移段，动导电杆4自合闸位置移动至最大位移位置前，减震液与第一容腔51的上腔面52发生碰撞，且该碰撞发生时，动导电杆4位于惯性位移段。这里所说的最大位移位置也即是分闸过程中，动导电杆4自合闸位置开始移动后，动导电杆4速度再次为零的位置，也即是动导电杆4第一次开始回弹时刻的位置。
本实施例提供的真空灭弧室，通过在动触头杯座5上的第一容腔51内设置减震液，并且使动导电杆4进行分闸作业时，动导电杆4自合闸位置移动至最大位移位置前，减震液与容腔上腔面52发生碰撞，且上述碰撞发生时，动导电杆4位于惯性位移段，从而在不影响动导电杆4初始分闸动作速度(有驱动组件6驱动的动力位移段速度)的同时，在动导电杆4的惯性位移段，将动导电杆4与动触头杯座5的一部分动能传递给减震液。从而减小动导电杆4到达最大位移位置时波纹管7蓄积的能量，进而减小动导电杆4到达最大位移位置后的最大回弹位移值，以降低分闸过程中动触头杯座与静触头杯座之间的真空间隙被再次击穿的可能。本领域技术人员可以理解的是，每次分闸时，动导电杆4到达最大位移位置时，波纹管7蓄积的能量达到最大，动导电杆4到达最大位移位置后的这次回弹所产生的回弹位移值为本次分闸动导电杆4的最大回弹位移值，动导电杆4的该次回弹也即是动触头杯座5与静触头杯座3之间的真空间隙最可能被击穿的一次回弹。
需要说明的是，本实施例提供的真空灭弧室，减震液的液面与撞击平面52之间的距离可以通过计算并结合试验得到。具体地，在确定驱动组件6的具体结构以及驱动时间后，可以通过实验得到在分闸时，在驱动组件6的驱动时间内，动导电杆4有驱动组件6驱动的动力位移段的具体位移值S1。
并且根据驱动组件6的驱动时间以及自由落体运动的位移计算公式，可以计算得到在该驱动时间内减震液的自由落体位移值，也即是：
其中，t为为驱动组件6的驱动时间，g为重力加速度，S2为驱动组件6的驱动时间内减震液的自由落体位移值。
动导电杆4有驱动组件6驱动的动力位移段的位移值减去该驱动时间内减震液的自由落体位移值，即可得到减震液的液面与撞击平面52之间的最小距离，也即是：
其中，S1为动导电杆4有驱动组件6驱动的动力位移段的具体位移值，L为减震液的液面与撞击平面52之间的最小距离。
具体地，在本实施例中，减震液为镓基液态合金，镓基液态合金由镓、铟、锡等金属加工而成，其中镓质量分数60％-70％，铟质量分数20％-25％，锡质量分数5％-20％，镓基液态合金的熔点为9-11℃，热导率为30-45W/m·K。在其他实施例中，也可以选用其它种类的液态合金。液态合金具有密度大并且导热性好的特点。密度大的特点使得有限的体积空间内可以填充更大质量的液态合金，使得减震液在与第一容腔51的上腔面52发生碰撞时能够获得更多的能量。而导热性好的特点可以尽可能的降低第一容腔51对动触头杯座5散热的不利影响。
进一步地，如图2所示，容腔的上腔面52为平面，上腔面52垂直于动导电杆4的轴向设置。使减震液与动触头杯座5撞击时产生的力平行于动导电杆4的轴向，也即是平行于动导电杆4的移动方向，从而使减震液与动导电杆4碰撞后能够获得最大的动能，也即是尽可能的减小了减震液与动导电杆4碰撞后动导电杆4与动触头杯座5所具有的动能，从而进一步降低分闸过程中动触头杯座5与静触头杯座3之间的真空间隙被再次击穿的可能。
进一步地，如图2所示，第一容腔51的轴线与动导电杆4的轴线共线。使减震液与动触头杯座5碰撞时产生的对动触头杯座5的力均匀分布于动导电杆4的轴线的四周，避免减震液与动触头杯座5之间的碰撞产生使动导电杆4发生偏斜的力矩。
进一步地，如图2所示，动导电杆4内设置有第二容腔41，第二容腔41顶端与第一容腔51连通，第二容腔41用于容纳减震液，从而增加了动导电杆4与动触头杯座5内可以容纳的减震液的体积，进而进一步降低了动触头杯座5与减震液碰撞后动触头杯座5与动导电杆4所具有的动能之和。第二容腔41的轴线与动导电杆4的轴线共线，保证减震液与动触头杯座5碰撞时产生的对动触头杯座5的力均匀分布于动导电杆4的轴线的四周，避免减震液与动触头杯座5之间的碰撞产生使动导电杆4发生偏斜的力矩。
可选地，位于第一容腔51内的减震液的体积不小于第一容腔51体积的三分之一，且不大于第一容腔51体积的三分之二。第一容腔51内减震液过少，会浪费第一容腔51的容积，而第一容腔51内减震液过多，则会导致第一容腔51底部以及第二容腔41内的减震液不能与第一容腔51上的撞击平面52充分碰撞，因此将位于第一容腔51内的减震液的体积控制在第一容腔51体积的三分之一至三分之二为宜。
可选地，如图2所示，壳体1包括瓷壳11和屏蔽罩12。静导电杆2的底端以及动导电杆4的顶端均伸入瓷壳11。屏蔽罩12固设于瓷壳11内，静导电杆2以及动导电杆4伸入瓷壳11的一端均伸入屏蔽罩12内。通过瓷壳11内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生，屏蔽筒用于屏蔽静触头杯座3与动触头杯座5，防止静触头杯座3与动触头杯座5开断时产生的金属蒸汽或金属液滴落在瓷壳11上而导致瓷壳11的绝缘性降低。瓷壳11和屏蔽罩12为本领域的现有技术，其进一步地结构和原理这里不再赘述。具体地，在本实施例中，波纹管7的底端与屏蔽罩12固连，顶端与动导电杆4固连。
可选地，如图1和图2所示，本实施例的真空灭弧室还包括散热组件8，散热组件8包括第一导热管组81和第二导热管组82。第一导热管组81底端伸入静导电杆2内，顶端外露于静导电杆2，第一导热管组81的顶端位于壳体1的外侧，第一导热管组81内填充有导热介质，以提高静导电杆2的散热能力。第一导热管组81包括多个第一导热管，多个第一导热管沿静导电杆2的周向间隔设置。具体地，在本实施例中，第一导热管组81包括六个第一导热管，第一导热管与静导电杆2一体成型制成。第二导热管组82顶端伸入动导电杆4内，底端外露于动导电杆4，第二导电杆位于壳体1外侧，第二导热管组82内填充有导热介质，以提高动导电杆4的散热能力。第二导热管组82包括多个第二导热管，多个第二导热管沿动导电杆4的周向间隔设置。具体地，在本实施例中，第二导热管组82包括六个第二导热管，第二导热管与动导电杆4一体成型制成。导热介质可选用水、丙二醇或乙醇等。第一导热管以及第二导热管内的导热介质通过相变相变来实现热量转移。其中第一导热管靠近静触头杯座3的一端为蒸发段，远离静触头杯座3的一端，也即是外露于静导电杆2的一端为冷凝段，第一导热管内的导热介质在蒸发段内由液态蒸发为气态，该蒸发过程为吸热过程，在冷凝段内由气态冷凝为液态，该冷凝过程为放热过程，从而实现对静导电杆2的散热。同理，第二导热管靠近动触头杯座5的一端为蒸发段，远离动触头杯座5，也即是外露于动导电杆4的一端为冷凝段，第二导热管内的导热介质在蒸发段由液态蒸发为气态，该蒸发过程为吸热过程，在冷凝段内由气态冷凝为液态，该冷凝过程为放热过程，从而实现对动导电杆4的散热。需要说明的是，第一导热管以及第二导热管内的导热介质在冷凝段冷凝后通过毛细作用向蒸发段回流，这种回流可以克服重力的作用，也即是第一导热管和第二导热管的布置方向不受限制。
进一步地，如图1-图3所示，散热组件8还包括第一散热翅片组83和第二散热翅片组84。第一散热翅片组83设置于第一导热管组81外露于静导电杆2且位于壳体1外侧的部分上，以进一步提高静导电杆2的散热能力。第二散热翅片组84设置于第二导热管组82外露于动导电杆4且位于壳体1外侧的部分上，以进一步提高动导电杆4的散热能力。在本实施例中，第一散热翅片组83与第二散热翅片组84均包括多个散热翅片，每个散热翅片厚度为3-5mm，第一散热翅片组83的多个散热翅片沿静导电杆2的轴向间隔设置，第二散热翅片组84的多个散热翅片沿动导电杆4的轴向间隔设置，相邻两个散热翅片间距为5-10mm，散热翅片边缘倒圆角，圆角直径3-5mm，散热翅片上对称分布有6个供第一导热管或第二导热管穿过的圆孔。第一导热管组81的各个第一导热管穿过第一散热翅片组83的各个第一散热翅片上的圆孔，第二导热管组82的各个第二导热管穿过第二散热翅片组84的各个第二散热翅片上的圆孔，第一导热管组81的第一导热管与第一散热翅片组83的第一散热翅片固连，第二导热管组82的第一导热管与第二散热翅片组84的第二散热翅片固连，且连接处均涂覆有硅脂或石墨烯，以增强导热管与散热翅片之间的热传导能力。
可选地，如图2所示，第二导热管组82延伸至第一容腔51内，使减震液吸收的热量也能够经第二导热管组82传递至动导电杆4外，从而进一步提高动导电杆4的散热能力。
进一步地，如图2所示，散热组件8还包括储液环85，储液环85设置于第一容腔51内，储液环85与动导电杆4同轴设置，储液环85内设置有沿储液环延伸方向延伸的储液腔，储液腔用于存储导热介质，第二导热管与储液环85连通。通过设置储液环85从而提高了散热组件8与减震液的接触面积，提高了对减震液的散热能力。
可选地，如图1和图2所示，驱动组件6包括磁盘61、分闸线圈62和合闸线圈63，磁盘61设置于动导电杆4底端，分闸线圈62与合闸线圈63中的一个设置于磁盘61上方，另一个设置于斥力盘下方，分闸线圈62用于驱使磁盘61带动动导电杆4向下移动，以进行分闸作业，合闸线圈63用于驱使磁盘61带动动导电杆4向上移动，以进行合闸作业。在本实施例中，磁盘61为永磁体，分闸线圈62位于磁盘61的上方，合闸线圈63位于磁盘61的下方，分闸时，通过预充电的电容对分闸线圈62放电，分闸线圈62对磁盘61产生巨大的电磁斥力，作为动触头杯座5分闸的动力，使动触头杯座5随动导电杆4快速向下移动，实现快速分闸。合闸时，通过合闸充电线路对合闸线圈63通电，使合闸线圈63对磁盘61产生电磁斥力，使动触头杯座5随动导电杆4向上移动，直至与静触头杯座3接触实现合闸。
综上，本发明实施例提供一种真空灭弧室，其能够降低分闸过程中动触头杯座5与静触头杯座3之间的真空间隙被再次击穿的可能，并且具有良好的散热能力。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种真空灭弧室，其特征在于，包括：
壳体(1)；
静导电杆(2)，其底端伸入所述壳体(1)内；
静触头杯座(3)，其设置于所述静导电杆(2)的底端；
动导电杆(4)，其顶端伸入所述壳体(1)内，所述动导电杆(4)与所述静导电杆(2)同轴设置；
动触头杯座(5)，其设置于所述动导电杆(4)的顶端，所述动触头杯座(5)内设置有第一容腔(51)，所述第一容腔(51)内填充有减震液，所述减震液的液面与所述第一容腔(51)的上腔面(52)间隔设置；
驱动组件(6)，其用于驱使所述动导电杆(4)沿所述动导电杆(4)的轴向移动；
波纹管(7)，其设置于所述动导电杆(4)与所述壳体(1)之间，用于分合闸时对所述动导电杆(4)进行缓冲；
所述动导电杆(4)进行分闸作业时，所述动导电杆(4)自合闸位置移动至最大位移位置的过程中包括有驱动组件(6)驱动的动力位移段和无驱动组件(6)驱动的惯性位移段，所述动导电杆(4)自合闸位置移动至最大位移位置前，所述减震液与所述第一容腔(51)的上腔面(52)发生碰撞，且所述碰撞发生时，所述动导电杆(4)位于所述惯性位移段。
2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，所述容腔的上腔面(52)为平面，所述上腔面(52)垂直于所述动导电杆(4)的轴向设置。
3.根据权利要求2所述的真空灭弧室，其特征在于，所述第一容腔(51)的轴线与所述动导电杆(4)的轴线共线。
4.根据权利要求3所述的真空灭弧室，其特征在于，所述动导电杆(4)内设置有第二容腔(41)，所述第二容腔(41)用于容纳减震液，所述第二容腔(41)顶端与所述第一容腔(51)连通，所述第二容腔(41)的轴线与所述动导电杆(4)的轴线共线。
5.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，位于所述第一容腔(51)内的所述减震液的体积不小于所述第一容腔(51)体积的三分之一，且不大于所述第一容腔(51)体积的三分之二。
6.根据权利要求1-5任一项所述的真空灭弧室，其特征在于，所述壳体(1)包括：
瓷壳(11)，所述静导电杆(2)的底端以及所述动导电杆(4)的顶端均伸入所述瓷壳(11)；
屏蔽罩(12)，其固设于所述瓷壳(11)内，所述静导电杆(2)以及所述动导电杆(4)伸入所述瓷壳(11)的一端均伸入所述屏蔽罩(12)内。
7.根据权利要求6所述的真空灭弧室，其特征在于，所述波纹管(7)的底端与所述屏蔽罩(12)固连，顶端与所述动导电杆(4)固连。
8.根据权利要求6所述的真空灭弧室，其特征在于，还包括散热组件(8)，所述散热组件(8)包括：
第一导热管组(81)，其底端伸入所述静导电杆(2)内，顶端外露于所述静导电杆(2)，所述第一导热管组(81)的顶端位于所述壳体(1)的外侧，所述第一导热管组(81)内填充有导热介质；
第二导热管组(82)，其顶端伸入所述动导电杆(4)内，底端外露于所述动导电杆(4)，所述第二导电杆位于所述壳体(1)外侧，第二导热管组(82)内填充有导热介质。
9.根据权利要求8所述的真空灭弧室，其特征在于，所述第二导热管组(82)延伸至所述第一容腔(51)内。
10.根据权利要求8所述的真空灭弧室，其特征在于，所述散热组件(8)还包括：
第一散热翅片组(83)，其设置于所述第一导热管组(81)外露于所述静导电杆(2)且位于所述壳体(1)外侧的部分上；
第二散热翅片组(84)，其设置于所述第二导热管组(82)外露于所述动导电杆(4)且位于所述壳体(1)外侧的部分上。
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