專利名稱：熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓開關(guān)設(shè)備，尤其是電力系統(tǒng)進(jìn)行控制和維護(hù)高壓六氟化硫斷路器的滅弧室。
近十年來，隨著人們對電弧研究的不斷深入，對原單壓壓氣式六氟化硫斷路器滅弧室進(jìn)行改進(jìn)，如專利號00261486.3的“自能熱膨脹式高壓六氟化硫斷路器滅弧室”，其滅弧室噴口內(nèi)孔最小直徑為25mm-30mm，壓氣缸內(nèi)徑為100mm-130mm，動(dòng)觸頭可運(yùn)動(dòng)空間距離為200mm-240mm，噴口內(nèi)孔為一變截面圓形孔，具有最小截面的噴口喉道長度為10mm-30mm，噴口上游區(qū)長度為10mm-30mm，下游區(qū)長度為60mm-120mm，下游區(qū)擴(kuò)張角8度-15度。斷路器開斷過程中，采用熱膨脹加壓氣混合式自能滅弧原理。該斷路器滅弧室與上述單壓壓氣式六氟化硫斷路器滅弧室比較，滅弧室噴口的喉部直徑減小，相應(yīng)的壓氣缸直徑亦減小，在斷路器的故障大電流開斷時(shí)，通過滅弧室絕緣噴口的電弧堵塞效應(yīng)，使壓氣缸中的六氟化硫氣體吸收電弧能顯，熱膨脹做功，因此減小了斷路器對操作機(jī)構(gòu)操作功的苛求，滿足由彈簧操作機(jī)構(gòu)替代液壓或氣動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。但是，由于六氟化硫氣體的熱膨脹及壓氣作用均在壓氣缸內(nèi)完成，為單室結(jié)構(gòu)熱膨脹自能型六氟化硫斷路器，因此在開斷過程中，彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功 WJ＝Ec+WG＝EQ式中 Ec-斷路器開斷過程中，運(yùn)動(dòng)部分應(yīng)具備的動(dòng)能。
WG-斷路器開斷過程中，壓氣缸壓縮六氟化硫氣體作功。
EQ-斷路器開斷過程中，電弧燃弧對六氟化硫氣體熱膨脹做功。
其滅弧室的滅弧能力完全依賴于壓氣缸，工作過程中，六氟化硫氣體的熱膨脹及壓氣作用均在壓氣缸內(nèi)完成。因此，電弧燃弧對六氟化硫氣體熱膨脹做功，與斷路器的開斷電流有關(guān)，六氟化硫斷路器開斷過程的操作功隨開斷負(fù)荷電流的上升而增加。使斷路器提供的能量無法穩(wěn)定，影響運(yùn)行可靠性。
根據(jù)上述所要解決的技術(shù)問題，其實(shí)施方案是熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室，包括靜觸頭機(jī)構(gòu)的靜主觸頭和靜弧觸頭；動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)的變內(nèi)徑小口徑滅弧噴口、動(dòng)主觸頭、動(dòng)弧觸頭、活塞桿；以及構(gòu)成滅弧室的氣缸、活塞、氣室；其特征在于所述的小口徑滅弧噴口的喉部下游為具有雙擴(kuò)張角、雙導(dǎo)程的滅弧噴口；所述的氣室為相隔離的熱膨脹室和壓氣室，兩室間和壓氣室活塞上分別設(shè)有熱膨脹逆止閥和泄壓閥。
所述的小口徑滅弧噴口與動(dòng)弧觸頭之間設(shè)有導(dǎo)氣環(huán)。
所述的小口徑滅弧噴口具有最小內(nèi)徑截面的噴口喉部口徑為19mm-24mm，噴口喉部下游區(qū)域的雙擴(kuò)張角分別是I級擴(kuò)張角為α1＝60度、II級擴(kuò)張角為α2＝30度。
本雙室結(jié)構(gòu)熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室，完全不同上述單室結(jié)構(gòu)的滅弧室，由于設(shè)置了熱膨脹室和壓氣室，兩室間有逆止閥，壓氣室內(nèi)有泄壓閥，兩室在斷路器開斷中的功能各不相同。當(dāng)在開斷短路故障大電流時(shí)，熱膨脹室中的六氟化硫氣體熱膨脹做功，實(shí)現(xiàn)斷路器的開斷，彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功WJ＝Ec+WGo式中 Ec-斷路器開斷過程中，運(yùn)動(dòng)部分應(yīng)具備的動(dòng)能。
WGo-斷路器壓氣缸泄壓閥打開前，壓氣缸壓縮六氟化硫氣體作功。
當(dāng)斷路器開斷感性或容性小電流時(shí)，完全依賴于壓氣缸壓縮六氟化硫氣體做功，彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功WJ＝Ec+WGo式中 Ec-斷路器開斷過程中，運(yùn)動(dòng)部分應(yīng)具備的動(dòng)能。
WGo-斷路器壓氣缸泄壓閥打開前，壓氣缸壓縮六氟化硫氣體作功。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于使彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功不受斷路器開斷負(fù)荷的影響，斷路器所需的操作能量只與斷路器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)能相關(guān)，從而避免了滅弧室的滅弧能力完全依賴于壓氣缸的缺陷，無論是開斷大電流或是感性或容性小電流，斷路器開斷過程的操作功不會(huì)因開斷負(fù)荷電流的上升而增加，使斷路器提供能量穩(wěn)定，要求低，運(yùn)動(dòng)可靠性高。


圖1為本發(fā)明開斷短路故障大電流時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
圖2為本發(fā)明開斷感性或容性小電流時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
圖3為本發(fā)明滅弧噴口結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖1-3，熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室安裝在絕緣管內(nèi)，一端為靜觸頭機(jī)構(gòu)，一端為可運(yùn)動(dòng)的動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)，是同軸上的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)由彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)操作運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成兩組具有先后分?jǐn)囗樞蚝完P(guān)合順序的觸點(diǎn)，確保電弧在指定的觸點(diǎn)間燃燒。
靜觸頭機(jī)構(gòu)包括相對固定的靜主觸頭1和靜弧觸頭2，在開斷或關(guān)合過程中，為等電位。動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)包括變內(nèi)徑小口徑的滅弧噴口3、動(dòng)主觸頭6、與活塞桿11端部法蘭固定的動(dòng)弧觸頭5，動(dòng)主觸頭與動(dòng)弧觸頭等電位。小口徑滅弧噴口3與動(dòng)弧觸頭5之間設(shè)置了導(dǎo)氣環(huán)4，滅弧噴口與導(dǎo)氣環(huán)均為絕緣材料制作，相對位置由3個(gè)三角形的定位腳契合，它們由動(dòng)主觸頭端部的圓形內(nèi)角壓固在活塞桿端部的法蘭上。利用導(dǎo)氣環(huán)的固態(tài)體積占據(jù)動(dòng)弧觸頭端部弧根處六氟化硫介質(zhì)的低密度區(qū)，壓縮六氟化硫氣體的通道，在滅弧噴口喉部上游區(qū)域，維持六氟化硫氣體介質(zhì)的高壓力、高密度，確保斷路器滅弧噴口喉部上、下游區(qū)域間的有效勢能梯度。
所述的小口徑滅弧噴口3的喉部14下游為具有I級擴(kuò)張角15、II級擴(kuò)張角17的雙擴(kuò)張角；I級導(dǎo)程16、II級導(dǎo)程18的雙導(dǎo)程結(jié)構(gòu)的滅弧噴口(圖3)，該噴口最小內(nèi)徑截面的喉部14口徑為19mm-24mm，噴口喉部下游區(qū)域雙擴(kuò)張角分別為α1＝60度、α2＝30度。采用雙擴(kuò)張角和雙導(dǎo)程結(jié)構(gòu)的目的在于解決熱膨脹室六氟化硫介質(zhì)受熱后氣壓上升時(shí)，而斷口問絕緣介質(zhì)密度卻隨著滅弧噴侯部的開啟而下降，能有效約束絕緣滅弧噴口喉部下游區(qū)域六氟化硫氣體流場，維持六氟化硫介質(zhì)在I級導(dǎo)程內(nèi)的介質(zhì)密度，有利于斷口間絕緣強(qiáng)度的建立。由于上述I級導(dǎo)程對六氟化硫氣體的約束，相應(yīng)地減小了斷路器絕緣噴口喉部上、下游的壓差梯度。
當(dāng)斷路器處于合閘狀態(tài)時(shí)，靜主觸頭與動(dòng)主觸頭緊密接觸，靜弧觸頭與動(dòng)弧觸頭也緊密接觸，電流主要從靜主觸頭和動(dòng)主觸頭中流過，當(dāng)斷路器分閘時(shí)，動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)向圖示右方運(yùn)動(dòng)，此時(shí)動(dòng)主觸頭與靜主觸頭分離，電流轉(zhuǎn)移到從靜弧觸頭與動(dòng)弧觸頭中流過，隨著動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)的繼續(xù)右移，動(dòng)弧觸點(diǎn)與靜弧觸頭也發(fā)生分離，在它們之間產(chǎn)生了電弧。
所述的氣缸由固定在活塞桿11中部的隔板13和密封連接的活塞12相隔成熱膨脹室7和壓氣室9，活塞桿穿過活塞中部的孔，使滅弧噴口、導(dǎo)氣環(huán)、動(dòng)弧觸頭、動(dòng)主觸頭、活塞桿、隔板相對于活塞運(yùn)動(dòng)。兩室間的隔板和壓氣室活塞分別設(shè)有熱膨脹逆上閥8和壓氣活塞泄壓閥10，通過熱膨脹室逆止閥形成獨(dú)立的兩個(gè)氣室，兩氣室的滅弧方式有明顯的區(qū)別。熱膨脹室的容積固定，為等容熱膨脹。壓氣室的容積隨動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)而改變，實(shí)現(xiàn)壓縮六氟化硫氣體做功。
當(dāng)斷路器開斷短路故障大電流時(shí)(圖1)，其可靠開斷是該斷路器滅弧室的關(guān)鍵，由于短路電流大，電弧弧柱在斷路器滅弧噴口喉部構(gòu)成電弧堵塞效應(yīng)，使大量的熱膨脹氣流沿電弧導(dǎo)氣環(huán)導(dǎo)氣通道進(jìn)入熱膨脹室，使熱膨脹室內(nèi)形成熱氣體云團(tuán)，六氟化硫氣體溫度升高，熱膨脹壓力使逆止閥關(guān)閉，通過熱膨脹建立斷路器開斷所要求的熄弧壓力。與此同時(shí)，壓氣室中的六氟化硫氣體亦被壓縮，壓力快速升高，促使壓氣活塞泄壓閥開啟，減輕壓氣室壓縮做功對彈簧操動(dòng)機(jī)構(gòu)的反作用力。因此，雙室結(jié)構(gòu)熱膨脹自能型六氟化硫斷路器開斷短路故障大電流時(shí)，由熱膨脹室單獨(dú)完成。
當(dāng)斷路器開斷感性和容性小電流時(shí)(圖2)，因電弧能量小，不能在滅弧噴口喉部形成電弧堵塞效應(yīng)，無法通過熱膨脹建立熄弧壓力，熱膨脹室內(nèi)逆止閥開啟，同時(shí)壓氣缸泄壓閥關(guān)閉，通過壓氣缸壓氣作用提供的SF6氣體滅弧壓力，完成斷路器的小電流開斷。
因此，雙室結(jié)構(gòu)的熱膨脹自能型六氟化硫斷路器，在開斷短路故障大電流和開斷感性或容性小電流時(shí)，彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功基本相同，不受開斷負(fù)荷的影響，斷路器所需的操作能量只與斷路器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)能有關(guān)。
本發(fā)明必須計(jì)算壓氣缸泄壓閥的開啟壓力點(diǎn)，以確保開斷電流無明顯交接點(diǎn)，同時(shí)根據(jù)電弧能量確立熱膨脹室的有效體積，通過計(jì)算機(jī)模擬熱膨脹室的等溫線、等壓線，確立熱膨脹室的外形尺寸。
本發(fā)明經(jīng)國家技術(shù)監(jiān)督局、高壓電器檢測中心型式試驗(yàn)認(rèn)證，完全符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)要求。型式試驗(yàn)委托試驗(yàn)號99658；01372。
權(quán)利要求
1.一種熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室，包括靜觸頭機(jī)構(gòu)的靜主觸頭(1)和靜弧觸頭(2)；動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)的變內(nèi)徑小口徑滅弧噴口(3)、動(dòng)主觸頭(6)、動(dòng)弧觸頭(5)、活塞桿(11)；以及構(gòu)成滅弧室的氣缸、活塞、氣室；其特征在于所述的小口徑滅弧噴口(3)的喉部(14)下游為具有雙擴(kuò)張角、雙導(dǎo)程的滅弧噴口；所述的氣室為相隔離的熱膨脹室(7)和壓氣室(9)，兩室間和壓氣室活塞上分別設(shè)有熱膨脹逆止閥(8)和泄壓閥(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室，其特征在于所述的小口徑滅弧噴口(3)與動(dòng)弧觸頭(5)之間設(shè)有導(dǎo)氣環(huán)(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室，其特征在于所述的小口徑滅弧噴口(3)具有最小內(nèi)徑截面的噴口喉部(14)口徑為19mm-24mm，噴口喉部下游區(qū)域的雙擴(kuò)張角分別是I級擴(kuò)張角(15)為α1＝60度、II級擴(kuò)張角(17)為α2＝30度。
全文摘要
本發(fā)明是一種熱膨脹自能型六氟化硫斷路器滅弧室,包括靜觸頭機(jī)構(gòu)和動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu),以及構(gòu)成滅弧室的氣缸、活塞、氣室,其特征是其小口徑滅弧噴口的喉部下游為雙擴(kuò)張角、雙導(dǎo)程結(jié)構(gòu),氣缸氣室為雙室結(jié)構(gòu)的熱膨脹室和壓氣室,并分別設(shè)有熱膨脹逆止閥和壓氣活塞泄壓閥,由于采用了上述雙室結(jié)構(gòu)的斷路器滅弧室,使斷路器在開斷時(shí)彈簧機(jī)構(gòu)提供的操作功不受斷路器開斷負(fù)荷影響,不因開斷負(fù)荷電流的上升而增加,無論是開斷短路故障大電流或是開斷感性、容性小電流,斷路器所需的操作能量只與斷路器運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)能有關(guān),避免了滅弧能力完全依賴于壓氣缸的缺陷,從而提高運(yùn)行可靠性。
文檔編號H01H33/74GK1379424SQ0211169
公開日2002年11月13日 申請日期2002年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月15日
發(fā)明者龔晨 申請人:寧波天安(集團(tuán))股份有限公司