CN1379424A - 热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明是一种热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室,包括静触头机构和动触头机构,以及构成灭弧室的气缸、活塞、气室,其特征是其小口径灭弧喷口的喉部下游为双扩张角、双导程结构,气缸气室为双室结构的热膨胀室和压气室,并分别设有热膨胀逆止阀和压气活塞泄压阀,由于采用了上述双室结构的断路器灭弧室,使断路器在开断时弹簧机构提供的操作功不受断路器开断负荷影响,不因开断负荷电流的上升而增加,无论是开断短路故障大电流或是开断感性、容性小电流,断路器所需的操作能量只与断路器运动机构的动能有关,避免了灭弧能力完全依赖于压气缸的缺陷,从而提高运行可靠性。

Description

热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室

技术领域

本发明涉及一种高压开关设备，尤其是电力系统进行控制和维护高压六氟化硫断路器的灭弧室。

背景技术

高压35KV及以上电压等级的六氟化硫断路器是电力系统广泛应用的关键执行元件之一，其功能是调配电力系统能量、切除故障、确保电力系统安全可靠运行。因六氟化硫气体具有非凡的绝缘性能，卓越的熄弧能力，被广泛应用于高压电器制造业中。早期六氟化硫断路器的工作原理来源压缩空气断路器，经过近半个世纪的研究和发展，成熟为以气缸、活塞构成压缩六氟化硫气体做功，实现六氟化硫断路器开断，俗称单压压气式六氟化硫断路器，在当前国内高压电力输配系统中成为主导设备。

近十年来，随着人们对电弧研究的不断深入，对原单压压气式六氟化硫断路器灭弧室进行改进，如专利号00261486.3的“自能热膨胀式高压六氟化硫断路器灭弧室”，其灭弧室喷口内孔最小直径为25mm-30mm，压气缸内径为100mm-130mm，动触头可运动空间距离为200mm-240mm，喷口内孔为一变截面圆形孔，具有最小截面的喷口喉道长度为10mm-30mm，喷口上游区长度为10mm-30mm，下游区长度为60mm-120mm，下游区扩张角8度-15度。断路器开断过程中，采用热膨胀加压气混合式自能灭弧原理。该断路器灭弧室与上述单压压气式六氟化硫断路器灭弧室比较，灭弧室喷口的喉部直径减小，相应的压气缸直径亦减小，在断路器的故障大电流开断时，通过灭弧室绝缘喷口的电弧堵塞效应，使压气缸中的六氟化硫气体吸收电弧能显，热膨胀做功，因此减小了断路器对操作机构操作功的苛求，满足由弹簧操作机构替代液压或气动操作机构。但是，由于六氟化硫气体的热膨胀及压气作用均在压气缸内完成，为单室结构热膨胀自能型六氟化硫断路器，因此在开断过程中，弹簧机构提供的操作功：      W_J＝Ec+W_G＝E_Q

式中  Ec-断路器开断过程中，运动部分应具备的动能。

      W_G-断路器开断过程中，压气缸压缩六氟化硫气体作功。

      E_Q-断路器开断过程中，电弧燃弧对六氟化硫气体热膨胀做功。

其灭弧室的灭弧能力完全依赖于压气缸，工作过程中，六氟化硫气体的热膨胀及压气作用均在压气缸内完成。因此，电弧燃弧对六氟化硫气体热膨胀做功，与断路器的开断电流有关，六氟化硫断路器开断过程的操作功随开断负荷电流的上升而增加。使断路器提供的能量无法稳定，影响运行可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是避免现有技术的缺陷而提供一种弹簧机构提供的操作功不受断路器开断负荷的影响，断路器所需的操作能量只与断路器运动机构的动能相关的一种双室结构的热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室。

根据上述所要解决的技术问题，其实施方案是：热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，包括静触头机构的静主触头和静弧触头；动触头机构的变内径小口径灭弧喷口、动主触头、动弧触头、活塞杆；以及构成灭弧室的气缸、活塞、气室；其特征在于所述的小口径灭弧喷口的喉部下游为具有双扩张角、双导程的灭弧喷口；所述的气室为相隔离的热膨胀室和压气室，两室间和压气室活塞上分别设有热膨胀逆止阀和泄压阀。

所述的小口径灭弧喷口与动弧触头之间设有导气环。

所述的小口径灭弧喷口具有最小内径截面的喷口喉部口径为19mm-24mm，喷口喉部下游区域的双扩张角分别是：I级扩张角为α₁＝60度、II级扩张角为α₂＝30度。

本双室结构热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，完全不同上述单室结构的灭弧室，由于设置了热膨胀室和压气室，两室间有逆止阀，压气室内有泄压阀，两室在断路器开断中的功能各不相同。当在开断短路故障大电流时，热膨胀室中的六氟化硫气体热膨胀做功，实现断路器的开断，弹簧机构提供的操作功：

      W_J＝Ec+W_Go

式中  Ec-断路器开断过程中，运动部分应具备的动能。

      W_Go-断路器压气缸泄压阀打开前，压气缸压缩六氟化硫气体作功。

当断路器开断感性或容性小电流时，完全依赖于压气缸压缩六氟化硫气体做功，弹簧机构提供的操作功：

      W_J＝Ec+W_Go

式中  Ec-断路器开断过程中，运动部分应具备的动能。

      W_Go-断路器压气缸泄压阀打开前，压气缸压缩六氟化硫气体作功。

因此，本发明的优点在于：使弹簧机构提供的操作功不受断路器开断负荷的影响，断路器所需的操作能量只与断路器运动机构的动能相关，从而避免了灭弧室的灭弧能力完全依赖于压气缸的缺陷，无论是开断大电流或是感性或容性小电流，断路器开断过程的操作功不会因开断负荷电流的上升而增加，使断路器提供能量稳定，要求低，运动可靠性高。

附图说明

图1为本发明开断短路故障大电流时的结构状态图。

图2为本发明开断感性或容性小电流时的结构状态图。

图3为本发明灭弧喷口结构示意图。

具体实施方式

结合上述附图实施例对本发明再进行详细描述。

参见图1-3，热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室安装在绝缘管内，一端为静触头机构，一端为可运动的动触头机构，是同轴上的回转体结构，动触头机构由弹簧操动机构操作运动，构成两组具有先后分断顺序和关合顺序的触点，确保电弧在指定的触点间燃烧。

静触头机构包括相对固定的静主触头1和静弧触头2，在开断或关合过程中，为等电位。动触头机构包括变内径小口径的灭弧喷口3、动主触头6、与活塞杆11端部法兰固定的动弧触头5，动主触头与动弧触头等电位。小口径灭弧喷口3与动弧触头5之间设置了导气环4，灭弧喷口与导气环均为绝缘材料制作，相对位置由3个三角形的定位脚契合，它们由动主触头端部的圆形内角压固在活塞杆端部的法兰上。利用导气环的固态体积占据动弧触头端部弧根处六氟化硫介质的低密度区，压缩六氟化硫气体的通道，在灭弧喷口喉部上游区域，维持六氟化硫气体介质的高压力、高密度，确保断路器灭弧喷口喉部上、下游区域间的有效势能梯度。

所述的小口径灭弧喷口3的喉部14下游为具有I级扩张角15、II级扩张角17的双扩张角；I级导程16、II级导程18的双导程结构的灭弧喷口(图3)，该喷口最小内径截面的喉部14口径为19mm-24mm，喷口喉部下游区域双扩张角分别为α₁＝60度、α₂＝30度。采用双扩张角和双导程结构的目的在于解决热膨胀室六氟化硫介质受热后气压上升时，而断口问绝缘介质密度却随着灭弧喷侯部的开启而下降，能有效约束绝缘灭弧喷口喉部下游区域六氟化硫气体流场，维持六氟化硫介质在I级导程内的介质密度，有利于断口间绝缘强度的建立。由于上述I级导程对六氟化硫气体的约束，相应地减小了断路器绝缘喷口喉部上、下游的压差梯度。

当断路器处于合闸状态时，静主触头与动主触头紧密接触，静弧触头与动弧触头也紧密接触，电流主要从静主触头和动主触头中流过，当断路器分闸时，动触头机构向图示右方运动，此时动主触头与静主触头分离，电流转移到从静弧触头与动弧触头中流过，随着动触头机构的继续右移，动弧触点与静弧触头也发生分离，在它们之间产生了电弧。

所述的气缸由固定在活塞杆11中部的隔板13和密封连接的活塞12相隔成热膨胀室7和压气室9，活塞杆穿过活塞中部的孔，使灭弧喷口、导气环、动弧触头、动主触头、活塞杆、隔板相对于活塞运动。两室间的隔板和压气室活塞分别设有热膨胀逆上阀8和压气活塞泄压阀10，通过热膨胀室逆止阀形成独立的两个气室，两气室的灭弧方式有明显的区别。热膨胀室的容积固定，为等容热膨胀。压气室的容积随动触头的运动而改变，实现压缩六氟化硫气体做功。

当断路器开断短路故障大电流时(图1)，其可靠开断是该断路器灭弧室的关键，由于短路电流大，电弧弧柱在断路器灭弧喷口喉部构成电弧堵塞效应，使大量的热膨胀气流沿电弧导气环导气通道进入热膨胀室，使热膨胀室内形成热气体云团，六氟化硫气体温度升高，热膨胀压力使逆止阀关闭，通过热膨胀建立断路器开断所要求的熄弧压力。与此同时，压气室中的六氟化硫气体亦被压缩，压力快速升高，促使压气活塞泄压阀开启，减轻压气室压缩做功对弹簧操动机构的反作用力。因此，双室结构热膨胀自能型六氟化硫断路器开断短路故障大电流时，由热膨胀室单独完成。

当断路器开断感性和容性小电流时(图2)，因电弧能量小，不能在灭弧喷口喉部形成电弧堵塞效应，无法通过热膨胀建立熄弧压力，热膨胀室内逆止阀开启，同时压气缸泄压阀关闭，通过压气缸压气作用提供的SF6气体灭弧压力，完成断路器的小电流开断。

因此，双室结构的热膨胀自能型六氟化硫断路器，在开断短路故障大电流和开断感性或容性小电流时，弹簧机构提供的操作功基本相同，不受开断负荷的影响，断路器所需的操作能量只与断路器运动机构的动能有关。

本发明必须计算压气缸泄压阀的开启压力点，以确保开断电流无明显交接点，同时根据电弧能量确立热膨胀室的有效体积，通过计算机模拟热膨胀室的等温线、等压线，确立热膨胀室的外形尺寸。

本发明经国家技术监督局、高压电器检测中心型式试验认证，完全符合相关的国家标准要求。型式试验委托试验号：99658；01372。

Claims (3)

1.一种热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，包括静触头机构的静主触头(1)和静弧触头(2)；动触头机构的变内径小口径灭弧喷口(3)、动主触头(6)、动弧触头(5)、活塞杆(11)；以及构成灭弧室的气缸、活塞、气室；其特征在于所述的小口径灭弧喷口(3)的喉部(14)下游为具有双扩张角、双导程的灭弧喷口；所述的气室为相隔离的热膨胀室(7)和压气室(9)，两室间和压气室活塞上分别设有热膨胀逆止阀(8)和泄压阀(10)。

2.根据权利要求1所述的热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，其特征在于所述的小口径灭弧喷口(3)与动弧触头(5)之间设有导气环(4)。

3.根据权利要求1所述的热膨胀自能型六氟化硫断路器灭弧室，其特征在于所述的小口径灭弧喷口(3)具有最小内径截面的喷口喉部(14)口径为19mm-24mm，喷口喉部下游区域的双扩张角分别是：I级扩张角(15)为α₁＝60度、II级扩张角(17)为α₂＝30度。

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