CN117423571A - 一种静侧合闸缓冲结构及其应用的高电压真空断路器 - Google Patents
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Abstract
一种静侧合闸缓冲结构及其应用的高电压真空断路器，该静侧合闸缓冲结构包括静侧滑动导流结构、静侧弹性压缩结构、静侧固定导流刷与限位导向螺栓结构；静侧弹性压缩结构固定在静侧滑动导流结构与静侧固定导流刷之间，能够缓冲灭弧室与静侧滑动导流结构的运动；静侧固定导流刷与静侧滑动导流结构通过触指连接，能够在相对滑动的同时实现通流作用。该静侧合闸缓冲结构的力学特性通过断路器的移动行程、触头簧和合闸簧的力学特性、合闸保持力参数进行力学特性设计。本发明在真空断路器中增加静侧合闸缓冲装置，将触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，从而有效解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
Description
技术领域
本发明属于真空断路器和真空开断技术领域，具体为一种静侧合闸缓冲结构及带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器。
背景技术
真空断路器是保证电网安全可靠运行的重要开关设备。真空断路器目前普遍应用于中低压领域的交流电网开断中，具有可靠性高、免维护、开断能力强等特点。其中真空灭弧室则是关系真空断路器能否成功开断故障电流的核心器件。
真空断路器的触头弹跳主要发生在触头合闸过程中，当断路器闭合时，动触头与静触头将发生碰撞接触，引起触头瞬间分离，动铁芯与静铁芯的碰撞接触将导致铁芯瞬间分离。而动触头与静触头的第二次碰撞则加剧了触头的弹跳现象。动触头与静触头之间的多次碰撞和弹跳，容易引起电流瞬间增大而产生电弧，弹跳会造成触头疲劳和损耗，大大降低了断路器的工作性能和寿命。
实现真空断路器整个合闸过程的最佳控制，并减少其触头弹跳的产生，以至于实现无电弧的产生，减少电弧对触头的烧蚀，降低触头合闸过程中触头运动的影响，对提高真空断路器的使用性能和电气寿命，以及对绿色、安全、节约用电指导有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种静侧合闸缓冲结构及带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，实现在真空断路器合闸过程，将触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，将动触头的机械能转换为静侧弹性压缩结构的势能，增大了触头碰撞时的机械能损失，从而有效解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
本发明采用以下技术方案以实现上述目的：
一种静侧合闸缓冲结构，包括静侧滑动导流结构、弹性压缩结构、静侧固定导流刷结构和限位导向螺栓结构；所述静侧滑动导流结构一侧与弹性压缩结构相连并整体套入静侧固定导流刷结构内；所述静侧滑动导流结构向所述静侧固定导流刷结构运动时，会受到置于两结构之间的所述弹性压缩结构的缓冲作用；所述限位导向螺栓固定于静侧固定导流刷结构上并贯穿弹性压缩结构与静侧滑动导流结构，保证所述静侧滑动导流结构与所述静侧固定导流刷结构之间的相对运动仅为轴向运动；所述静侧合闸缓冲结构用于将高电压真空灭弧室触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，将动触头的机械能转换为弹性压缩结构的势能，解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
所述静侧滑动导流结构与弹性压缩结构相连的一端表面需开孔，确保限位导向螺栓能够穿入。
所述静侧固定导流刷结构为杯状触指结构；其内径与所述静侧滑动导流结构外径相适配，确保静侧滑动导流结构能在其内侧相对滑动；所述静侧固定导流刷结构与所述静侧滑动导流结构通过静侧固定导流刷结构底部的触指相互接触，确保相对运动的同时存在电流导通路径；所述静侧固定导流刷结构与弹性压缩结构相连的端面需开孔，开孔位置应与所述静侧滑动导流结构开孔位置相对应，开孔尺寸相同，确保限位导向螺栓能够穿入。
所述静侧固定导流刷结构底部的触指为静侧固定导流刷结构底部带圆形或圆柱形凸起的金属片，凸起部位与所述静侧滑动导流结构相接触，同时实现电流导通与相互滑动。
所述弹性压缩结构是碟簧、弹簧或者弹性材质组成的复合结构；其大小与所述静侧固定导流刷结构和所述静侧滑动导流结构尺寸相配；其内部留有供所述限位导向螺栓通过的空间。
所述弹性压缩结构，其力学特性和移动行程需要与真空断路器操纵机构的触头簧和合闸簧的力学特性和行程相匹配，根据移动行程、触头簧和合闸簧的力学特性、合闸保持力参数进行力学特性设计。
一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，包括所述的静侧合闸缓冲结构，所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构一端固定连接于高电压真空断路器的真空灭弧室静端，随真空灭弧室整体运动。
所述高电压真空断路器包括与静侧合闸缓冲结构下部相连的灭弧室，与静侧合闸缓冲结构上部相连的上接线板及散热帽，与灭弧室动端相连的支撑结构、绝缘拉杆及下接线板，套于灭弧室、静侧合闸缓冲结构、支撑结构外部的复合套管；所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构可随真空灭弧室运动，静侧合闸缓冲结构的静侧固定导流刷结构与断路器上接线板固定连接且不可运动；由于静侧合闸缓冲结构的存在实现在真空断路器合闸过程，将触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，将动触头的机械能转换为弹性压缩结构的势能，解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
所述与静侧合闸缓冲结构相连的上接线板应开孔，开孔位置应与所述静侧滑动导流结构开孔位置相对应，开孔尺寸相同，确保限位导向螺栓能够穿入。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1.本发明通过全新的静侧合闸缓冲结构的设计，实现将触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，减小了合闸过程中触头撞击，解决了合闸碰撞弹跳显著等问题，有利于提高断路器寿命；
2.本发明设计的静侧合闸缓冲结构采用弹性压缩结构实现合闸缓冲，采用定位导向螺栓限制运动路径，采用活动触指结构实现电流导通，整体具有结构简单，质量轻，便于安装实施的优点；
3.本发明采用了限位导向螺栓及滑动接触触指的结构设计，确保了合闸过程中撞击导致静触头相对运动的同时依然存在电流导通路径；
4.本发明所提出的静侧合闸缓冲结构，其力学特性和移动行程的设计与断路器自身触头簧和合闸簧的力学特性和行程特性相匹配，在实现合闸缓冲的同时，既解决了合闸碰撞弹跳显著的问题，又不会对真空断路器的合、分闸操作特性产生显著影响；
5.本发明通过在真空断路器中增加静侧合闸缓冲结构，有效解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
附图说明
图1为本发明的一种静侧合闸缓冲结构侧视图。
图2为本发明的一种静侧合闸缓冲结构轴向剖视图。
图3为本发明的一种静侧合闸缓冲结构安装位置示意图。
图4为本发明的一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器侧视图。
图5为本发明的一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器侧轴向剖视图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步阐述。
如图1所示，一种静侧合闸缓冲结构，包括静侧滑动导流结构101，弹性压缩结构103，静侧固定导流刷结构102，限位导向螺栓结构104。所述静侧滑动导流结构101如图1所示，为上下封顶内部空心的圆柱形结构；其上平面开孔，作为限位导向螺栓104安装孔，下平面开孔方便与灭弧室静端连接。所述静侧固定导流刷结构102如图1所示，为一上封顶下开口的空心圆柱形结构；其侧壁加工为触指结构，其上平面开孔，作为限位导向螺栓104安装孔。
图1和图2分别是本发明的静侧合闸缓冲结构的侧视图和轴向剖视图。如图所示，静侧滑动导流结构101，其外径略小于静侧固定导流刷结构102内径，一侧与弹性压缩结构103相连并整体套入静侧固定导流刷结构102内；静侧滑动导流结构101向静侧固定导流刷结构102运动时，会受到置于两结构之间的弹性压缩结构103的缓冲作用；所述静侧固定导流刷结构102通过触指与所述静侧滑动导流结构101的外壁相接触，确保相对运动的同时存在电流导通路径。
静侧固定导流刷结构102上平面的限位导向螺栓104安装孔与静侧滑动导流结构101及灭弧室上接线板202上的导向螺栓安装孔位置及数量相互对应；限位导向螺栓104安装于灭弧室上接线板202与静侧滑动导流结构101之间，并且贯穿弹性压缩结构103与静侧固定导流刷结构102，保证所述静侧滑动导流结构101与所述静侧固定导流刷102之间的相对运动仅为轴向运动。
弹性压缩结构103其大小应与静侧固定导流刷结构102与静侧滑动导流结构101尺寸相配，确保能安装于静侧固定导流刷结构102与静侧滑动导流结构101之间；其内部应留有可供所述限位导向螺栓104通过的空间；该弹性压缩结构103，其力学特性和移动行程需要与真空断路器操纵机构的触头簧和合闸簧的力学特性和行程相匹配，需要根据移动行程、触头簧和合闸簧的力学特性、合闸保持力参数进行力学特性设计，具体设计方法如下：
假设已知灭弧室动端总质量为m1，静端总质量为m2，合闸瞬间动端运动速度为v，触头合闸过程中合闸保持力为F且保持不变，断路器触头簧弹性系数为k1，待设计的静侧合闸缓冲结构中弹性压缩结构103的弹性系数为k2，则合闸过程中弹性压缩结构103的最大压缩量xmax可由下式解得：
合闸过程中，所述弹性压缩结构103达到最大压缩量后，会发生回弹，为防止回弹过程中动静触头再次分离形成电弧，触头簧与所述弹性压缩结构103的弹性系数应满足以下关系：
合闸中运动过程达到稳态时，所述静侧合闸缓冲结构中弹性压缩结构103的压缩量xs可由下式解出：
F＝k2xs (3)
由此可得：
xs与xmax之间应满足如下关系式：
xs＜xmax (5)
此外，可解得稳定合闸状态下，触头簧的压缩量xc应为：
实际应用中，根据断路器的合闸速度、合闸保持力、触头簧弹性系数等具体情况，通过式(2)(4)(5)，即可获得所述静侧合闸缓冲结构中弹性压缩结构103的力学特性，即弹性压缩结构的弹性系数k2。
图3为本发明的一种静侧合闸缓冲结构安装位置示意图，所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构101下平面与真空灭弧室静端302固定连接。图4为本发明的一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器侧视图，图5为本发明的一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器的剖面视图。如图所示，该高压真空断路器，包括所述静侧合闸缓冲结构，与静侧合闸缓冲结构相连的真空灭弧室201，与静侧合闸缓冲结构相连的上接线板202及散热帽203，与灭弧室动端相连的支撑结构204、绝缘拉杆205及下接线板206，套于灭弧室、静侧合闸缓冲结构、支撑结构外部的复合套管207。所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构101下平面与真空灭弧室静端302固定连接，静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构101可随真空灭弧室201运动；所述静侧合闸缓冲结构的静侧固定导流刷结构102与断路器上接线板202固定连接且不可运动。
本发明的提供的一种静侧合闸缓冲结构及带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，由于静侧合闸缓冲结构的存在实现在真空断路器合闸过程，将触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，将动触头的机械能转换为弹性压缩结构103的势能，增大了触头碰撞时的机械能损失，从而有效解决高压真空断路器合闸运动质量大、合闸碰撞弹跳显著的问题。
以上所述实施例仅说明本发明的实施方式，其描述较为具体，但并不因此而理解为对本发明的范围限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和内涵的情况下可以据实施例进行多种变化、修改、替换和变形，这些范围都属本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：包括静侧滑动导流结构(101)、弹性压缩结构(103)、静侧固定导流刷结构(102)和限位导向螺栓结构(104)；所述静侧滑动导流结构(101)一侧与弹性压缩结构(103)相连并整体套入静侧固定导流刷结构(102)内；所述静侧滑动导流结构(101)向所述静侧固定导流刷结构(102)运动时，会受到置于两结构之间的所述弹性压缩结构(103)的缓冲作用；所述限位导向螺栓(104)固定于静侧固定导流刷结构(102)上并贯穿弹性压缩结构(103)与静侧滑动导流结构(101)，保证所述静侧滑动导流结构(101)与所述静侧固定导流刷结构(102)之间的相对运动仅为轴向运动；所述静侧合闸缓冲结构用于将高电压真空灭弧室触头合闸时的弹性碰撞转变为完全非弹性碰撞，将动触头的机械能转换为弹性压缩结构(103)的势能。
2.根据权利要求1所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述静侧滑动导流结构(101)与弹性压缩结构(103)相连的一端表面开孔，确保限位导向螺栓(104)能够穿入。
3.根据权利要求1所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述静侧固定导流刷结构(102)为杯状触指结构；其内径与所述静侧滑动导流结构(101)外径相适配，确保静侧滑动导流结构(101)能在其内侧相对滑动；所述静侧固定导流刷结构(102)与所述静侧滑动导流结构(101)通过静侧固定导流刷结构(102)底部的触指相互接触，确保相对运动的同时存在电流导通路径。
4.根据权利要求3所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述静侧固定导流刷结构(102)底部的触指为静侧固定导流刷结构(102)底部带圆形或圆柱形凸起的金属片，凸起部位与所述静侧滑动导流结构(101)相接触，同时实现电流导通与相互滑动。
5.根据权利要求1所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述静侧固定导流刷结构(102)与弹性压缩结构(103)相连的端面开孔，开孔位置应与所述静侧滑动导流结构(101)开孔位置相对应，开孔尺寸相同，确保限位导向螺栓(104)能够穿入。
6.根据权利要求1所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述弹性压缩结构(103)是碟簧、弹簧或者弹性材质组成的复合结构；其大小与所述静侧固定导流刷结构(102)和所述静侧滑动导流结构(101)尺寸相配；其内部留有供所述限位导向螺栓(104)通过的空间。
7.根据权利要求1所述的一种静侧合闸缓冲结构，其特征在于：所述弹性压缩结构(103)，其力学特性和移动行程与真空断路器操纵机构的触头簧和合闸簧的力学特性和行程相匹配，根据移动行程、触头簧和合闸簧的力学特性、合闸保持力参数进行力学特性设计；
所述弹性压缩结构(103)的力学特性即弹性压缩结构的弹性系数k2的计算公式如下：
式中，m1为灭弧室动端总质量；m2为静端总质量；v为合闸瞬间动端运动速度；F为触头合闸过程中合闸保持力，合闸过程中保持不变；k1为断路器触头簧弹性系数，k2为待设计的静侧合闸缓冲结构中弹性压缩结构103的弹性系数，xmax为合闸过程中弹性压缩结构103的最大压缩量；xs为合闸状态下静侧合闸缓冲结构中弹性压缩结构103的压缩量；xc为合闸状态下触头簧的压缩量。
8.一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的静侧合闸缓冲结构，所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构(101)一端固定连接于高电压真空断路器的真空灭弧室静端，随真空灭弧室整体运动。
9.根据权利要求8所述的带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，其特征在于：所述高电压真空断路器包括与静侧合闸缓冲结构下部相连的灭弧室(201)，与静侧合闸缓冲结构上部相连的上接线板(202)及散热帽(203)，与灭弧室动端相连的支撑结构(204)、绝缘拉杆(205)及下接线板(206)，套于灭弧室、静侧合闸缓冲结构、支撑结构外部的复合套管(207)；所述静侧合闸缓冲结构的静侧滑动导流结构(101)可随真空灭弧室(201)运动，静侧合闸缓冲结构的静侧固定导流刷结构(102)与断路器上接线板(202)固定连接且不可运动。
10.根据权利要求8所述的一种带有静侧合闸缓冲结构的高电压真空断路器，其特征在于：所述与静侧合闸缓冲结构相连的上接线板(202)开孔，开孔位置应与所述静侧滑动导流结构(101)开孔位置相对应，开孔尺寸相同，确保限位导向螺栓(104)能够穿入。
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