CN118366816A - 一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力开关设备技术领域，公开了一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室，其中波纹管组件包括第一波纹管、第二波纹管以及连接件，连接件套设于真空灭弧室的动触头杆部外，第一波纹管和第二波纹管套设于连接件与动触头杆部之间，连接件、第二波纹管和第二波纹管的第一端设置的第二活动件围成的空间内形成气室。在本发明中，当真空灭弧室开始分闸时，动触头带动第一活动件朝远离静触头的方向运动且运动到一定距离时，第一活动件接触并推动第二活动件，压缩第二波纹管，该过程中气室内的气体被压缩，气压增大，形成分闸阻力，从而降低动触头的运动速度，减轻了触头开距变化对纵向磁场强度的影响，降低了真空灭弧室开断的失败率。

Description

一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室

技术领域

本发明涉及电力开关设备技术领域，尤其涉及一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室。

背景技术

在涉及电力开关设备从低电压到高电压范围的各种电流开断场景，尤其针对如T100a试验所模拟的长燃弧开断情况时，需要电力开关设备的真空灭弧室内触头具有一定纵向磁场强度B_AMF，以确保电弧始终保持在扩散状态，避免因电流聚集形成有害的阳极斑点。在T100a试验中，由于缺乏电流零点，随着触头间距加大超越短燃弧熄弧开距d₁后，B_AMF会随开距增大而逐渐减弱；一旦B_AMF低于临界值，原本的扩散型电弧就会转变成点状斑点电弧甚至是阳极斑点电弧形态，此时触头间隙中产生的大量高温等离子体会导致触头在电流零点开断失败。

发明内容

本发明提供了一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室，用于解决真空灭弧室触头的纵向磁场强度随触头开距增大而逐渐减弱易导致开断失败的技术问题。

本发明第一方面提供了一种分闸自减速波纹管组件，应用于真空灭弧室，所述分闸自减速波纹管组件包括：第一波纹管、第二波纹管以及连接件；

所述连接件用于套设于所述真空灭弧室的动触头杆部，所述第一波纹管和所述第二波纹管用于套设于所述连接件与所述动触头杆部之间；

所述连接件的第一端用于与所述第一波纹管的第一端固定连接，所述连接件的第二端用于与所述真空灭弧室的外壳和所述第二波纹管的第二端固定连接；

所述第一波纹管的第二端设置有第一活动件，所述第一活动件用于与所述动触头杆部固定连接；

所述第二波纹管的第一端设置有第二活动件；

所述第二活动件、所述第二波纹管和所述连接件围成的空间内形成气室。

可选地，所述第二活动件与所述连接件内侧滑动密封连接。

可选地，所述第二活动件与所述连接件内侧之间形成排气通道。

可选地，所述第二活动件的外径与所述连接件的内径的差值为所述连接件内径的0.05至0.5倍。

可选地，所述动触头位于合闸位置时所述波纹管的第一端与所述第二活动件的距离，小于所述动触头从合闸位置运动到熄弧开距最大值位置时所述波纹管的第一端与所述第一活动件的距离；

所述动触头位于合闸位置时所述波纹管的第一端与所述第二活动件的距离，大于所述动触头从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时所述波纹管的第一端与所述第一活动件的距离。

可选地，当所述动触头从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时，所述第一活动件与所述第二活动件之间的距离为所述真空灭弧室的熄弧开距最大值与短燃弧熄弧开距的差值的0.2倍至0.25倍。

可选地，当所述真空灭弧室为合闸状态时，所述第一活动件与所述第二波纹管的第二端之间的距离大于所述真空灭弧室的熄弧开距最大值。

可选地，所述第一波纹管的第一端设置有第一固定件；

所述第一固定件与所述连接件密封连接。

可选地，所述第二波纹管的第二端设置有第二固定件；

所述第二固定件与所述连接件密封连接。

本发明第二方面提供了一种真空灭弧室，包括外壳、静触头、动触头以及如上述任一项所述的分闸自减速波纹管组件；

所述分闸自减速波纹管组件套设于所述动触头杆部，所述分闸自减速波纹管组件的第一活动件与所述动触头杆部固定连接，所述分闸自减速波纹管组件的连接件的第二端与所述外壳固定连接。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室，其中分闸自减速波纹管组件包括第一波纹管、第二波纹管以及连接件，连接件套设于真空灭弧室的动触头杆部外，第一波纹管和第二波纹管套设于连接件与动触头杆部之间，连接件的第一端与第一波纹管的第一端固定连接，连接件的第二端与真空灭弧室的外壳和第二波纹管的第二端固定连接，第一波纹管的第二端设置有第一活动件，第一活动件与动触头杆部固定连接，第二波纹管的第一端设置有第二活动件，第二活动件、第二波纹管和连接件围成的空间内形成气室。在本发明中，当真空灭弧室开始分闸时，动触头带动第一活动件朝远离静触头的方向运动，拉伸第一波纹管，当动触头运动到一定距离时，第一活动件接触并推动第二活动件，带动其朝远离静触头的方向运动，压缩第二波纹管，该过程中第二活动件、第二波纹管和连接件围成的气室内的气体被压缩，气压增大，形成分闸阻力，从而降低动触头的运动速度，减轻了触头开距变化对纵向磁场强度的影响，降低了真空灭弧室开断的失败率。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例中提供的一种分闸自减速波纹管组件的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种分闸自减速波纹管组件的局部放大结构示意图。

附图标记：1-静触头，2-动触头，3-第一固定件，4-第一波纹管，5-第一活动件，6-第二活动件，7-第二波纹管，8-第二固定件，9-连接件，10-外壳，11-气室，12-排气通道。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

为解决真空灭弧室触头的纵向磁场强度随触头开距增大而逐渐减弱易导致开断失败的技术问题，确保长燃弧大电流开断的可靠性，需要保证燃弧区间内触头移动到每个位置时的最大纵向磁场B_max都必须大于避免阳极斑点出现的临界磁场B_临界。目前主要有两种解决方法：

1、采用传统的波纹管结构，通过延长触头的电流路径来增加触头的纵向磁场强度B_AMF，即使纵向磁场强度B_AMF随触头开距增大而有所降低，也能满足大于临界磁场强度B_临界的要求；但这种方法会使触头的电流路径过长，触头电阻增大，不利于电流的有效流通，且为满足电流路径需求需要调整触头结构，灭弧室的电压等级越高相应的触头体积越大，不利于真空灭弧室的小型化。

2、长燃弧开断过程中存在一个最大的熄弧开距值d₂，由于断路器分闸特性，长燃弧与短燃弧在d₁段存在重叠，故若对d₁至d₂这段区间的动触头运动速度进行控制，即降低该段的分闸速度，尽量缩短该段运动距离，可以减轻开距变化对纵向磁场B_AMF的影响，从而确保开断电流过程中触头的磁场强度B_AMF始终高于必需的纵向磁场强度B_临界，维持电弧的扩散形态；因此在使用常规波纹管结构的同时，采用附加减速装置的方式对动触头进行减速，减速方式包括但不限于弹簧机构油缓冲、电磁机构磁极反向、电流反向等，以实现在动触头分闸过程中的中间段减速，进而减少开距变化对纵向磁场B_AMF的影响；但这种方法需要增设额外的减速装置，配套的减速装置不仅难以精确控制减速区间且减速效果有限，还会导致整个开关设备结构较为复杂，成本较高。

由于上述两种解决方法都存在一定的缺陷，因此本发明提出了一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室，可通过真空灭弧室自身波纹管组件结构对动触头进行减速，解决了真空灭弧室触头的纵向磁场强度随触头开距增大而逐渐减弱易导致开断失败的技术问题，且波纹管组件结构简单、生产成本较低。以下对本发明的一种分闸自减速波纹管组件及真空灭弧室的实施例进行详细的介绍。

请参阅图1，本发明实施例一提供了一种用于真空灭弧室的分闸自减速波纹管组件，包括：第一波纹管4、第二波纹管7以及连接件9；

连接件9用于套设于真空灭弧室的动触头2杆部，第一波纹管4和第二波纹管7用于套设于连接件9与动触头2杆部之间；

连接件9的第一端用于与第一波纹管4的第一端固定连接，连接件9的第二端用于与真空灭弧室的外壳10和第二波纹管7的第二端固定连接；

第一波纹管4的第二端设置有第一活动件5，第一活动件5用于与动触头2杆部固定连接；

第二波纹管7的第一端设置有第二活动件6；

第二活动件6、第二波纹管7和连接件9围成的空间内形成气室11。

需要说明的是，第一活动件5和第二活动件6分别设置于第一波纹管4和第二波纹管7的端部，优选采用法兰等环状的标准化装配件；动触头2杆部及第一活动件5可在连接件9内滑动，连接件9为动触头2提供了稳定的支撑平台，确保动触头2在开断操作中能够准确、可靠地进行运动，实现触头的开合。

具体地，第一波纹管4的第一端可设置有第一固定件3，第一固定件3与连接件9密封连接，优选为气密性焊接；第二波纹管7的第二端可设置有第二固定件8，第二固定件8与连接件9密封连接，优选为气密性焊接；第一固定件3和第二固定件4能够有效地将波纹管承受的力（如触头开合时的推拉力等）分散到连接件9上，减轻波纹管本体的应力集中，第一固定件3和第二固定件4均优选采用法兰等便于密封连接的环状结构件；在本发明提供的波纹管组件和真空灭弧室内，各部件之间的固定连接都为密封连接，优选为气密性焊接，气密性焊接形成的接头具有与母材相当或接近的机械强度，能够承受较大的拉伸、剪切、弯曲和扭转应力，且接合面连续、无缝，几乎不存在微观缝隙或通道，能够达到极高的密封级别。

可以理解的是，在真空灭弧室为合闸状态时，第一波纹管4、第一活动件5、外壳10以及连接件9围成的内部空间为真空环境，而气室11为未压缩状态，其内部气压与外界气压相等；当真空灭弧室开始分闸时，动触头2带动第一活动件5朝远离静触头1的方向运动，拉伸第一波纹管4，当动触头运动到一定距离时，第一活动件5接触并推动第二活动件6，带动其朝远离静触头1的方向运动，压缩第二波纹管7；在该过程中，第二活动件6、第二波纹管7和连接件9围成的气室11内的气体被压缩，根据理想气体方程PV=nRT可知，气室11内的气压增大，进而通过第一活动件5和第二活动件6对动触头形成分闸阻力，降低了动触头的运动速度，减轻了触头开距变化对纵向磁场强度的影响，降低了真空灭弧室开断的失败率。比起采用常规波纹管和同样触头结构的灭弧室，采用本发明提供的波纹管组件的灭弧室可以提高触头开断过程中纵向磁场强度，显著提高开断能力。此外，本发明提供的波纹管组件比常规波纹管仅多几个零件，相较于增设额外的减速装置的现有方案，采用该波纹管组件简化了真空灭弧室和相应的断路器的设计，避免系统过于复杂，大大降低了真空灭弧室的生产成本，且可使真空灭弧室可更小型化，并使真空灭弧室整体特性更加可控；相较于通过调整触头结构延长电流路径的现有方案，采用该波纹管组件不仅不影响电流流通，还不需要增大触头的体积，有利于灭弧室的小型化，且该波纹管组件可应用在不同电压等级的真空灭弧器中，电压等级越高效果越明显，尤其是在应用于中电压真空灭弧器（72.5kV以上，126kV以下）和高电压真空灭弧器（126kV及以上）时。

由于第二波纹管7被完全压缩后仍具有一定长度，因此当真空灭弧室为合闸状态时，第一活动件5与第二波纹管7的第二端之间的距离需大于真空灭弧室的熄弧开距最大值。

在一个具体的实施例中，动触头2位于合闸位置时第一波纹管4的第一端与第二活动件6的距离小于动触头2从合闸位置运动到熄弧开距最大值位置时第一波纹管4的第一端与第一活动件5的距离，第一活动件5的外径大于第二活动件6的内径，使在动触头2运动过程中，第一活动件5可与第二活动件6接触并推动第二活动件6。

进一步地，动触头2位于合闸位置时波纹管的第一端与第二活动件6的距离大于动触头2从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时波纹管的第一端与第一活动件5的距离，使动触头2运动到短燃弧熄弧开距位置之后，第一活动件5才会与第二活动件6接触。

进一步时，技术人员在设计波纹管组件各部件的尺寸时，可通过适当减小波纹管2的长度，使气室11的压差变化更明显，以增强波纹管组件对动触头的减速效果。

在一个优选的实施例中，第二活动件6与连接件9内侧滑动密封连接，使第二活动件6被第一活动件5推动后，气室11被压缩，内部气压上升，产生分闸阻力；滑动密封连接可通过填料密封、机械密封、迷宫密封等形式实现。

由于实现滑动密封连接的结构较复杂及成本较高，在另一个优选的实施例中，可参阅图2，第二活动件6外侧与连接件9内侧之间形成有排气通道12，即第二活动件6外侧与连接件9内侧之间非密封滑动连接或完全没有连接关系，留有作为排气通道12的空隙。在第二活动件6被第一活动件5推动后，虽然第二活动件6与连接件9之间不是密封连接，可以逃逸气体，但是由于排气通道12的面积较小，气体无法及时排出，导致气室11内气压增大，从而形成分闸阻力。

第二活动件6的外径与连接件9的内径的差值越小，排气通道12的面积越小，减速效果越显著；配合第二活动件6和连接件9的公差带，第二活动件6的外径与连接件9的内径的差值优选为连接件9内径的0.05至0.5倍，比如连接件9的内径为=φ100（0.05，0），第二活动件6的外径=φ100（-0.05，-0.45）。

在一个优选的实施例中，请参阅图2，当动触头2从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时，第一活动件5与第二活动件6之间的距离△X为真空灭弧室的熄弧开距最大值d₂与短燃弧熄弧开距d₁的差值的0.2倍至0.25倍。

需要说明的是，动触头2从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时，第一活动件5也随之从初始位置运动至图2中的d₁位置，第一活动件5的d₁位置与第二活动件6初始位置之间的距离△X可通过改变第一波纹管4或第二波纹管7的长度进行调整；由于动触头2的减速需要时间，所以需要在动触头2到达熄弧开距最大值位置前开始减速，而通常d₂是d₁的2倍，比如d₁为20mm，d₂为40mm，那么△X可以设置为4mm至5mm，意味着动触头2运动到短燃弧熄弧开距+△X的位置开始减速，运动到熄弧开距最大值位置的时候速度已经降下来了。

采用第二活动件6与连接件9内侧滑动密封连接的结构时，波纹管组件所产生的分闸阻力与△X之间存在线性关系，但采用第二活动件6与连接件9内侧形状相适配但不连接的结构时，由于气室11内的气体会通过排气通道12部分泄出，波纹管组件所产生的分闸阻力与△X之间的关系不是线性的；技术人员可通过实测d₁至d₂段时动触头2的速度变化去调整动触头2从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时第一活动件5与第二活动件6之间的距离，避免动触头2速度和减速过慢或过快，例如动触头2在d₁至d₂段的速度值比避免阳极斑点出现所要求的速度值大，可以适当减小△X。

本发明实施例二提供了一种真空灭弧室，包括外壳10、静触头1、动触头2以及如上述任一实施例所述的分闸自减速波纹管组件；

分闸自减速波纹管组件套设于动触头2杆部，分闸自减速波纹管组件的第一活动件5与动触头2杆部固定连接，分闸自减速波纹管组件的连接件9的第二端与外壳10固定连接。

具体地，外壳10可采用陶瓷外壳，陶瓷材料如氧化铝陶瓷、电瓷等具有很高的绝缘电阻和耐压强度，能够在高压环境中提供出色的电气绝缘性能。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的真空灭弧室的具体工作过程及原理，可以参考前述分闸自减速波纹管组件实施例中的对应说明，在此不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分闸自减速波纹管组件，应用于真空灭弧室，其特征在于，包括：第一波纹管、第二波纹管以及连接件；

所述连接件用于套设于所述真空灭弧室的动触头杆部，所述第一波纹管和所述第二波纹管用于套设于所述连接件与所述动触头杆部之间；

所述连接件的第一端用于与所述第一波纹管的第一端固定连接，所述连接件的第二端用于与所述真空灭弧室的外壳和所述第二波纹管的第二端固定连接；

所述第一波纹管的第二端设置有第一活动件，所述第一活动件用于与所述动触头杆部固定连接；

所述第二波纹管的第一端设置有第二活动件；

所述第二活动件、所述第二波纹管和所述连接件围成的空间内形成气室。

2.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述第二活动件与所述连接件内侧滑动密封连接。

3.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述第二活动件与所述连接件内侧之间形成排气通道。

4.根据权利要求3所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述第二活动件的外径与所述连接件的内径的差值为所述连接件内径的0.05至0.5倍。

5.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述动触头位于合闸位置时所述波纹管的第一端与所述第二活动件的距离，小于所述动触头从合闸位置运动到熄弧开距最大值位置时所述波纹管的第一端与所述第一活动件的距离；

所述动触头位于合闸位置时所述波纹管的第一端与所述第二活动件的距离，大于所述动触头从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时所述波纹管的第一端与所述第一活动件的距离。

6.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，当所述动触头从合闸位置运动到短燃弧熄弧开距位置时，所述第一活动件与所述第二活动件之间的距离为所述真空灭弧室的熄弧开距最大值与短燃弧熄弧开距的差值的0.2倍至0.25倍。

7.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，当所述真空灭弧室为合闸状态时，所述第一活动件与所述第二波纹管的第二端之间的距离大于所述真空灭弧室的熄弧开距最大值。

8.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述第一波纹管的第一端设置有第一固定件；

所述第一固定件与所述连接件密封连接。

9.根据权利要求1所述的分闸自减速波纹管组件，其特征在于，所述第二波纹管的第二端设置有第二固定件；

所述第二固定件与所述连接件密封连接。

10.一种真空灭弧室，其特征在于，包括外壳、静触头、动触头以及如权利要求1至9任一项所述的分闸自减速波纹管组件；

所述分闸自减速波纹管组件套设于所述动触头杆部，所述分闸自减速波纹管组件的第一活动件与所述动触头杆部固定连接，所述分闸自减速波纹管组件的连接件的第二端与所述外壳固定连接。