CN201440395U - 真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构。真空灭弧室包括瓷壳及固定在瓷壳的上端盖和下端盖，瓷壳内设有上、下导电杆，上导电杆一端设有上触头，下导电杆一端设有下触头；下触头的接触面为球形弧面，上触头的接触面为与球形弧面匹配的凹形弧面。真空灭弧室通过螺纹连接至主回路结构的上支架。主回路结构还包括软连接，一端固定于上导电杆，与上导电杆一起上下运动并通过抵靠上支架限制上导电杆的运动；触头簧；及触头簧中可上下活动的导向杆，一端与上导电杆连接。本实用新型的结构保证了上、下触头表面接触时的对中性，消除了重击穿现象，克服了开断大电流时径向侧向力的影响，保证了分断大电流的可靠性。

Description

真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构

技术领域

本实用新型涉及高压电器技术领域，特别是涉及一种用于控制和保护电力系统的高压真空断路器的真空灭弧室结构及采用该真空灭弧室的主回路结构。

背景技术

在高压电器领域中，高压真空断路器是高压开关成套装置中的核心部件，是用于控制和保护电力系统的电器设备。而真空灭弧室作为高压真空断路器的核心部件，通过高压真空断路器操作机构的动作，控制两个触头间的闭合、分离，从而实现电路电流的关合和断开。

目前常用的真空断路器的结构如图1和图2所示。在图1和2中，高压真空断路器由四连杆组件1、分闸组件2、分闸簧组件3、合闸组件4、框架5及主回路组件10等部分组成。

而作为真空断路器的核心部件，目前常见的真空灭弧室的结构如图3所示。从图3可以看到，真空灭弧室的外壳由瓷壳6、固定在瓷壳6上的上端盖60和下端盖61组成。其中，上端盖60上有螺纹孔601，通过该螺纹孔601用螺钉可使得上端盖60与主回路结构中的上支架固定连接。在瓷壳6内设置有上导电杆62和下导电杆63。其中，上导电杆62的一端与上端盖60固定，另一端设有上触头620；下导电杆63的一端设有下触头630，另一端通过导向套64滑动穿过下端盖61的通孔。同时，下导电杆63上还设有波纹管65，下导电杆63通过波纹管65连接在下端盖61上。波纹管65具有可伸缩性，可以保证下触头630与下导电杆63运动时真空灭弧室内的密封性。下导电杆63伸出下端盖61的一端通过触头簧(图3未示出)与真空断路器的绝缘拉杆相连，并连接到断路器操作机构的四连杆上。此外，在上触头620与下触头630外还设有屏蔽罩66。

当该真空灭弧室应用于高压真空断路器中时，在操作机构进行合闸动作时，上触头620和下触头630接触，如图4所示，使断路器完成合闸；而当操作机构进行分闸动作时，上触头620和下触头630分开，如图5所示，使断路器完成分闸。在图4-5的示意图中，上、下触头的接触面是平面。

现有技术中高压真空断路器的主回路结构参见图6-7。在图6-7中，高压真空断路器的主回路结构包括上支架70和真空灭弧室71。真空灭弧室71包括瓷壳6、上导电杆62、上触头620、下触头630、下导电杆63、波纹管65、触头簧72。真空灭弧室71的上端盖固定在上出线上，上导电杆62及上触头620静止，下导电杆63及下触头630可运动，波纹管65设置在下导电杆63上。触头簧72位于下导电杆63的下端。在操作机构合闸力f1的作用下，下导电杆63及下触头630向上运动(朝向上触头620方向)，使下触头630与上触头620接触。在上触头620与下触头630闭合后，触头簧72被压缩为H1，产生超行程。至此，高压真空断路器合闸完毕。在高压断路器分闸时，先使触头簧72被压缩的超行程释放。此时，触头簧的长度变为H2。然后，在操作机构分闸力f2的作用下，下导电杆63及下触头630向下运动，波纹管65被压缩为L2。到分闸终了时，上触头620和下触头630产生开距L，上触头620与下触头630分开。至此，高压真空断路器分闸完毕。其中，开距L＝L1-L2，超行程H＝H2-H1。

经过对上述高压真空断路器分闸运动的分析研究表明，在高压真空断路器进行分闸动作时，先释放触头簧72的压缩量，带动四连杆和机构动作，而下触头630及下导电杆63仍处于静止状态。随后，在分闸力f2的作用下，下触头630和下导电杆63才向下运动，使下触头620与上触头630分开。下触头630刚分点的瞬时速度为零，并在刚分阶段会产生短时小间隙的位移。

当开断大电流时，由于电动力的存在，这种触头间的小间隙对触头表面的影响并不严重。但是当开断容性负载和感性负载的小电流时，这种短时的小间隙会使电弧产生的金属蒸汽呈高气压，从而使上触头620与下触头630的表面产生熔斑，在触头表面产生尖端，当触头间出现较高的恢复电压后，这些尖端就会发生场致发射导致断口击穿。另外，现有技术中上触头620和下触头630的接触表面为平面，由于导电杆的导向偏移、导电杆和触头的变形等因素，易造成上下触头之间的接触倾斜或者偏移，接触点减少，触头表面产生熔化，在分闸时会拉出毛刺，可能引起重击穿。而高压真空断路器的这种重击穿，将会引起供电系统的过电压，从而造成电力设备的损坏。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的一个主要目的是提供一种新型的高压真空断路器的真空灭弧室及使用该真空灭弧室的主回路结构，实现在高压真空断路器分闸时，触头的初始速度大于零，并减少触头表面的烧损，从而避免在分断容性电流及感性电流时出现电弧重燃和击穿现象，减少对电力设备的损坏。

为了实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案：

一种高压真空断路器的真空灭弧室，包括瓷壳和固定在瓷壳两端的上端盖和下端盖，瓷壳内设有上导电杆和下导电杆，其特征在于，在上端盖和下端盖上均设有通孔，其中上导电杆一端穿过上端盖上的通孔，而另一端具有上触头；下导电杆一端穿过下端盖上的通孔，而另一端具有下触头；上导电杆套设有上波纹管，所述上波纹管一端与上端盖封闭连接，另一端与上导电杆封闭连接；下导电杆上设有下波纹管，所述下波纹管一端与下端盖封闭连接，另一端封闭连接于下导电杆；其中，所述上波纹管和下波纹管可伸缩；并且其中，所述下触头的接触表面为球形弧面，而所述上触头的接触表面是与所述球形弧面匹配的凹形弧面。

本实用新型通过上述结构，在应用于高压真空断路器中时，由于上、下触头的接触采用球面接触配合方式，使得上、下触头的接触面积变大，消除了重击穿现象的出现。

另外，在真空灭弧室上端盖的通孔外侧设置有螺纹孔。通过该螺纹孔用螺钉可将真空灭弧室固定至高压真空断路器主回路结构的上支架。

本实用新型还提供一种采用真空灭弧室的主回路结构，包括上支架、设置在上支架上的上出线、真空灭弧室、下支架和设置在下支架上的下出线；其特征在于：所述主回路结构还包括软连接、触头簧、位于触头簧中可上下活动的导向杆；其中，真空灭弧室一端固定装设于上支架上，所述真空灭弧室内包括一端具有上触头的上导电杆和一端具有下触头的下导电杆，其中所述下触头的接触表面为球形弧面，而所述上触头的接触表面为与所述球形弧面匹配的凹形弧面；所述软连接的一端固定于上导电杆，另一端与上出线连接；固定于上导电杆的软连接一端随上导电杆上下运动，并通过抵靠上支架限制上导电杆的运动；所述触头簧内置在固定于上支架的弹簧罩中；导向杆的一端与弹簧罩顶端中的导向孔匹配活动，导向杆的另一端与上导电杆连接。

导向杆的另一端通过螺纹连接与上导电杆固定在一起。另外，导向杆的另一端设有外螺纹，对应上导电杆一端所设的内螺纹，通过内、外螺纹的连接使导向杆和上导电杆连接在一起。

触头簧一端安装在触头簧座上，并且触头簧座抵靠在软连接上；触头簧的另一端压抵弹簧罩的顶端。

下导电杆未设置有下触头的一端穿过下支架上的通孔与绝缘拉杆连接。

所述真空灭弧室包括瓷壳以及固定在瓷壳两端的上端盖和下端盖，所述瓷壳内设有上导电杆和下导电杆；所述上导电杆套设有上波纹管，所述上波纹管一端与上端盖封闭连接，另一端与上导电杆封闭连接；所述下导电杆上设有下波纹管，所述下波纹管一端与下端盖封闭连接，另一端封闭连接于下导电杆。所述上波纹管和下波纹管具有可伸缩性。

通过上述结构，由于导向杆与上导电杆连接，避免了导电杆的导向偏移，保证了上、下触头接触时接触表面的对中性；由于上触头和下触头采用球面接触方式，增加了触头间的接触面积，避免重击穿现象的出现；由于增加了软连接，起到了对上导电杆的限位作用及导电作用。

相比现有技术，本实用新型所述的真空灭弧室以及采用该真空灭弧室的主回路结构主要具有以下优点：

1)保证了上、下触头表面接触时的对中性；

2)消除了开断感性及容性小电流时重击穿现象的发生；

3)减少了开断大电流时径向侧向力的影响，保证了分断大电流的可靠性。

附图说明

图1是现有技术中高压真空断路器的结构示意图。

图2是现有技术中高压真空断路器的另一结构示意图。

图3是现有技术中真空灭弧室的结构示意图。

图4是现有技术的真空灭弧室中上、下触头处于合闸状态的示意图。

图5是现有技术的真空灭弧室中上、下触头处于分闸状态的示意图。

图6是现有技术中真空断路器的主回路合闸状态的结构示意图。

图7是现有技术中真空断路器的主回路分闸状态的结构示意图。

图8是本实用新型的真空灭弧室的结构示意图。

图9是本实用新型的真空灭弧室中上、下触头处于合闸状态的示意图。

图10是本实用新型的真空灭弧室中上、下触头处于分闸状态的示意图。

图11是本实用新型的真空灭弧室主回路的结构示意图。

图12是本实用新型的真空灭弧室主回路合闸状态的结构示意图。

图13是本实用新型的真空灭弧室主回路分闸状态的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来对本实用新型的真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构作进一步的详细说明。

参见图8，本实用新型的真空灭弧室由瓷壳6及固定在瓷壳6两端的上端盖60和下端盖61组成。其中，在上端盖60和下端盖61均设有通孔602、604，且在上端盖60并位于通孔602外侧设置有螺纹孔601。在瓷壳6内设有上导电杆62和下导电杆63。上导电杆62的一端穿过上端盖60的通孔602，并在通孔602处设有绝缘环(导向套)69，而上导电杆62的另一端具有上触头620。另外，在上导电杆62上还设有上波纹管67，上波纹管67的一端与上端盖60封闭连接，而另一端与上导电杆62封闭连接。下导电杆63的一端具有下触头630，而另一端通过导向套64滑动穿过下端盖61上的通孔604。下导电杆63上同样设有下波纹管68，下波纹管68的一端与下端盖61封闭连接，而另一端与下导电杆63封闭连接。如图8所示，屏蔽罩66设置将上触头620和下触头630容纳在其内。

在本实用新型中，上波纹管67和下波纹管68具有可伸缩性，从而可以保证上触头620、下触头630与上导电杆62、下导电杆63运动时真空灭弧室内的密封性。

具体应用时，真空灭弧室可通过上端盖60上设置的螺纹孔601，采用螺钉连接方式与高压真空断路器主回路结构中的上支架70(见图11)固定连接在一起。

图9和图10分别示出了本实用新型真空灭弧室中的上触头620、下触头630闭合和分开时的示意图。可以看到，下触头630的接触表面呈球形弧面，而上触头620的接触表面呈与该球形弧面匹配的凹形弧面。采用这样的球面接触方式，使得上下触头间的接触表面增加。

现参见图11，示出了采用该真空灭弧室71的主回路结构示意图。主回路结构包括绝缘筒(绝缘子)8、上支架70、上出线81、软连接82、触头簧72、用于内置触头簧72的弹簧罩83、触头簧座86、位于触头簧72中的导向杆85、真空灭弧室71、下支架91、下出线92，和绝缘拉杆90。上支架70和下支架91固定在绝缘筒8内，并且上出线81和下出线92分别设置在上支架70和下支架91上。另外，在上支架70和下支架91上设有通孔702、704。

真空灭弧室71的一端通过其上端盖60上的螺纹孔601与上支架70上的孔用螺钉连接而固定在上支架70上。真空灭弧室71是独立可拆卸构件，其中，真空灭弧室71中的上导电杆62和绝缘环(导向套)69穿过上支架70的通孔702。软连接82的一端固定至上导电杆62未设置有上触头620的一端，另一端则与上出线81连接。应当理解，软连接的材料可以为纯铜，既能对上导电杆限位又具有导电能力。弹簧罩83固定在上支架70上。弹簧罩83的顶端中心设有与导向杆85活动配合的导向孔，导向杆85的上端穿过该导向孔与之活动配合。导向杆85的下端设有外螺纹，对应真空灭弧室71中上导电杆62的上端所设的内螺纹，通过内、外螺纹的连接使导向杆85和上导电杆62固定在一起。

再次参见图11，触头簧72内置于弹簧罩83中。触头簧72的下端安装在触头簧座86上，而触头簧座86抵靠软连接82；触头簧72的上端压抵弹簧罩83的顶端。

应用时，下导电杆63未设置有下触头630的一端穿过下支架91上的通孔704，连接至绝缘拉杆90，并通过绝缘拉杆90与高压真空断路器的四连杆组件连接，实现对高压真空断路器的控制。

现在转向图12-13，示出了本实用新型的高压真空断路器的动作过程。在图12中，当真空断路器进行合闸操作时，在操作机构的合闸力f1作用下，下导电杆63和下触头630向上运动(朝向上触头620方向运动)，直至下触头630与上触头620接触闭合。在上触头620和下触头630闭合后，上导电杆62、下导电杆63以及上触头620、下触头630会继续向上运动，同时带动软连接82与上导电杆62连接的一端、弹簧座86和导向杆85一起向上运动。由于在该过程中，弹簧罩83固定不动，因而触头簧72被压缩为H1，而与上导电杆62连接的上波纹管67被压缩为M1。同时，与下导电杆63连接的下波纹管68被拉伸为L1，软连接82与上支架70产生距离H，形成高压真空断路器的超行程H。此时，断路器合闸完毕。

当高压真空断路器进行分闸操作时，触头簧72的压缩量首先得以释放，进而软连接82的一端运动抵靠上支架70，使得合闸时与上支架70产生的间隙H消除。由于上支架70限制了软连接82继续向下运动，与软连接82一起向下运动的触头簧72、导向杆85、弹簧座86、上导电杆62和上触头620亦停止运动。此时，触头簧72的长度变为H2，上波纹管67的长度变为M2。在上触头620和下触头630刚分离的位置，下导电杆63及下触头630产生初始速度V0，且该初始速度V0＞0。

随后，在操作机构分闸力f2的作用下，下导电杆63及下触头630继续向下运动，直至在操作机构的分闸限位作用下，下导电杆63与下触头630停止运动，分闸完成。此时，上触头620和下触头630产生触头开距L，下波纹管68被压缩为L2。见图13。其中，开距L＝L1-L2-H，超行程H＝H2-H1＝M1-M2。

在高压真空断路器合闸/分闸动作过程中，由于导向杆85始终在弹簧罩83的导向孔中，加长了上导电杆62的导向，从而减小了上导电杆62、下导电杆63与上端盖60、下端盖61之间的配合间隙的影响，保证了上触头620、下触头630接触时接触表面的对中性。另外，由于上触头620和下触头630采用球面接触方式，因此增加了上触头620和下触头630之间的接触面积，消除了开断感性和容性小电流时重击穿现象的出现，同时也减少了开断大电流时径向侧向力的影响，保证了分断大电流的可靠性。

本实用新型不局限于上述优选实施方式，不论在其形状或结构上做任何变化，凡是利用上述结构的真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构都是本实用新型的一种变形，均应落在本实用新型的保护范围之内。虽然在附图中给出了本实用新型的最佳实施例，但在实际应用中，本实用新型的真空灭弧室及采用该真空灭弧室的主回路结构不一定完全包括所有已示出的特征。因此，本实用新型的范围不应当由本实用新型的最佳实施例确定，而是应当根据权利要求的内容加以确定。

Claims (10)

1.一种真空灭弧室，包括瓷壳和固定在瓷壳两端的上端盖和下端盖，瓷壳内具有上导电杆和下导电杆，其特征在于：在所述上端盖和下端盖分别设有通孔，其中上导电杆一端穿过所述上端盖的通孔，另一端具有上触头；下导电杆一端穿过下端盖的通孔，另一端具有下触头；所述上导电杆上设有上波纹管，所述上波纹管一端与上端盖封闭连接，另一端与上导电杆封闭连接；所述下导电杆上设有下波纹管，所述下波纹管一端与下端盖封闭连接，另一端与下导电杆封闭连接；其中，所述上波纹管和下波纹管可伸缩；并且，所述下触头的接触表面为球形弧面，所述上触头的接触表面为与所述球形弧面匹配的凹形弧面。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，在上导电杆和上端盖的通孔设有导向套；和，在下导电杆和下端盖的通孔设有导向套。

3.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，还包括屏蔽罩，设置容纳上触头和下触头。

4.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，在所述上端盖的通孔外侧设置有螺纹孔。

5.一种采用真空灭弧室的主回路结构，包括上支架、设置在上支架上的上出线、真空灭弧室、下支架和设置在下支架上的下出线；其特征在于：

所述主回路结构还包括软连接、触头簧、和位于触头簧中可上下活动的导向杆；

所述真空灭弧室一端固定于上支架上；所述真空灭弧室包括一端具有上触头的上导电杆和一端具有下触头的下导电杆；所述下触头的接触表面为球形弧面，所述上触头的接触表面为与所述球形弧面匹配的凹形弧面；

所述软连接的一端固定于上导电杆，另一端与上出线连接；固定于上导电杆的软连接一端随上导电杆上下运动，并通过抵靠上支架限制上导电杆的运动；

所述触头簧内置在固定于上支架的弹簧罩中；和，

所述导向杆的一端与弹簧罩顶端的导向孔配合活动，导向杆的另一端与上导电杆连接。

6.根据权利要求5所述的主回路结构，其特征在于：所述导向杆的另一端通过螺纹连接与上导电杆连接在一起。

7.根据权利要求6所述的主回路结构，其特征在于，所述导向杆的另一端设有外螺纹，对应上导电杆一端所设的内螺纹，通过所述内、外螺纹的连接将导向杆和上导电杆连接在一起。

8.根据权利要求5所述的主回路结构，其特征在于：所述触头簧的一端安装在触头簧座上，并且触头簧座抵靠在软连接上，而所述触头簧的另一端压抵弹簧罩的顶端。

9.根据权利要求5所述的主回路结构，其特征在于：所述真空灭弧室包括瓷壳以及固定在瓷壳两端的上端盖和下端盖；所述上导电杆上设有上波纹管，所述上波纹管一端与上端盖封闭连接，另一端与上导电杆封闭连接；所述下导电杆上设有下波纹管，所述下波纹管一端与下端盖封闭连接，另一端与下导电杆封闭连接；所述上波纹管和下波纹管可伸缩。

10.根据权利要求5所述的主回路结构，其特征在于：所述下导电杆的一端穿过下支架的通孔连接至绝缘拉杆。

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