專利名稱：一種基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應用于低壓斷路器上的限流技術(shù)，特別一種基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器。
背景技術(shù)：
限流開斷技術(shù)在開關(guān)電器行業(yè)中占有非常重要的地位，優(yōu)良的限流性能是開關(guān)電器所必不可少的環(huán)節(jié)。通過增強限流性能，斷路器的開斷能力可以得到很大地提高。低壓斷路器的限流開斷問題要求斷路器的分斷時間短得足以使短路電流在達到其預期峰值前被開斷。低壓斷路器限流技術(shù)從原理上講主要有觸頭迅速打開以縮短電流開斷時間、增加開斷回路電阻和增大開斷口電壓降，因此限流斷路器設計的原則是1、允許觸頭在機構(gòu)脫扣前受電磁力的作用而提前打開；2、迅速提高電弧電壓；3、快速的介質(zhì)恢復；幾十年來，已經(jīng)有許多種限流技術(shù)在低壓斷路器中得到廣泛的應用，特別是近年來，隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、新材料技術(shù)和電力電子技術(shù)的引入，使得限流技術(shù)有了新的發(fā)展。到目前為止，解決應用在低壓斷路器的限流技術(shù)主要有利用電動斥力加速觸頭分開法，磁吹線圈法，采用引弧道法，PTC電阻限流法，超導限流法或者以上幾種方法的綜合應用等等。
電動斥力法大都是通過調(diào)整觸頭臂的結(jié)構(gòu)形狀，利用故障電流產(chǎn)生的電動斥力，在來快速斥開觸頭，目前有大量的斷路器利用這種方法來達到限流目的。CN1476623A中提到一種具有開關(guān)鎖閂鎖的觸頭系統(tǒng)，其運動的觸頭元件在發(fā)生短路大電流時受電動斥力作用克服接觸彈簧力而被提起；CN1423295A中動觸頭上使用了斥力銷與U形斥力件，使得大故障電流下通過斥力快速有效地斷開電路。但電動斥力限流方法在斷路器額定容量增加的情況下，由于相應增加的觸頭系統(tǒng)的質(zhì)量和慣性制約了觸頭動作的快速性，使得限流的目的受到限制。
超導限流技術(shù)是超導體通過兩種導電狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來達到限流目的。CN1211802A中采用阻尼線圈，使得次級超導線圈在故障電流下感應電流達到臨界值，鐵芯中磁通量急劇增加使得阻抗急劇增加而達到限流目的；CN1138389A在片狀絕緣體兩側(cè)加高溫超導體與普通導體，組成導電復合體作為限流器。然而，采用超導限流技術(shù)雖然效果不錯，但它成本昂貴而不適合一般工業(yè)應用。
采用引弧道的方法是利用引弧道產(chǎn)生的電磁力把電弧拉長、并驅(qū)動進滅弧室，但是這種方法的前提條件是要求電弧快速的脫離觸頭區(qū)，減少觸頭損耗，觸頭間隙介質(zhì)強度恢復速度快，且電弧能沿引弧道快速運動，目前在較高電流的情況下電弧滯留在觸頭區(qū)的時間較長，從而造成觸頭材料的過多損耗。PTC限流電阻容易受外界因素的影響，且對限制低值電流效果不佳，所以沒有大面積推廣。
因此，基于限流的原理，研究在原有基礎(chǔ)上進一步增加低壓斷路器的限流性能，同時又能保持其可靠性和成本不變的方法是有很重要的意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高低壓斷路器在滅弧室內(nèi)電弧的運動速度和電弧電壓，縮短電弧的熄滅時間的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括滅弧室和設置在滅弧室內(nèi)的滅弧柵片，在滅弧柵片的下端分別設置有動觸頭和靜觸頭，其特點是，靜觸頭的下端設置有氣缸，氣缸的出氣噴口位于靜觸頭的正下方，氣缸的活塞柄與可繞轉(zhuǎn)軸O2轉(zhuǎn)動的傳動連桿的一端滑動連接，傳動連桿的另一端與拉桿的一端軸連接，且在傳動連桿的下端還設置有儲能彈簧，拉桿的另一端與可繞轉(zhuǎn)軸O1轉(zhuǎn)動的“L”型動觸頭傳動桿的一端相連，且在與拉桿相連接的動觸頭傳動桿的一端還設置有分閘彈簧，動觸頭設置在動觸頭傳動桿的另一端，在動觸頭傳動桿上還設置有分閘鎖鉤，分閘鎖鉤的下端還設置有套裝在分閘脫扣線圈內(nèi)的“T”型分閘脫扣鐵芯。
本發(fā)明的另一特點是拉桿與動觸頭傳動桿通過搭鉤相互扣連，且在拉桿與傳動連桿之間還設置有拉桿復位彈簧；動觸頭與動觸頭傳動桿之間設置有動觸頭彈簧；靜觸頭通過可繞轉(zhuǎn)軸O6轉(zhuǎn)動的靜觸頭支架與固定支架相連接，且在靜觸頭支架與固定支架之間還設置有靜觸頭復位彈簧；氣缸的活塞上開設有活塞閥門孔以及設置在活塞閥門孔上的閥門；傳動連桿上設置有一滑槽，活塞柄的一端設置在滑槽內(nèi)。
由于本發(fā)明在低壓斷路器本身內(nèi)部增加了強制氣流吹弧裝置，吹弧裝置的氣腔噴口處產(chǎn)生強制的氣流吹向電弧，增加滅弧室內(nèi)氣體的對流換熱，制冷和拉長電弧并加速電弧的運動，達到縮短電流開斷時間與增加電弧電壓的目的。


圖1是本發(fā)明合閘位置狀態(tài)示意圖；圖2是本發(fā)明合閘過程示意圖；圖3是本明合閘位置示意圖；圖4是本發(fā)明開斷過程靜觸頭斥開示意圖；圖5是本發(fā)明開斷過程機構(gòu)脫扣示意圖；圖6是本發(fā)明開斷過程滅弧室強制對流示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細說明。
參見圖1，2，本發(fā)明包括滅弧室1和設置在滅弧室1內(nèi)的滅弧柵片2，在滅弧柵片2的下端分別設置有動觸頭3和靜觸頭8，靜觸頭8通過可繞轉(zhuǎn)軸O6轉(zhuǎn)動的靜觸頭支架9與固定支架19相連接，且在靜觸頭支架9與固定支架19之間還設置有靜觸頭復位彈簧18，靜觸頭8的下端設置有氣缸23，氣缸23的出氣噴口20位于靜觸頭8的正下方，氣缸23的活塞22上開設有活塞閥門孔24以及設置在活塞閥門孔24上的閥門21，氣缸23的活塞柄25設置在與可繞轉(zhuǎn)軸O2轉(zhuǎn)動的傳動連桿6一端的滑槽26內(nèi)，傳動連桿6的另一端與拉桿5的一端軸連接，且在傳動連桿6的下端還設置有儲能彈簧7，拉桿5的另一端與可繞轉(zhuǎn)軸O1轉(zhuǎn)動的“L”型動觸頭傳動桿14的一端通過搭鉤相連，且在拉桿5與傳動連桿6之間還設置有拉桿復位彈簧17，在與拉桿5相連接的動觸頭傳動桿14的一端還設置有分閘彈簧16，動觸頭3設置在動觸頭傳動桿14的另一端，動觸頭3與動觸頭傳動桿14之間還設置有動觸頭彈簧4，在動觸頭傳動桿14上還設置有分閘鎖鉤11，分閘鎖鉤11的下端還設置有套裝在分閘脫扣線圈13內(nèi)的“T”型分閘脫扣鐵芯12。
本發(fā)明涉及的斷路器具體操作過程采用分—合—分次序來詳細說明，見圖1，整個斷路器系統(tǒng)處于分閘狀態(tài)時，分閘鎖鉤11與分閘脫扣鐵芯12處于脫扣狀態(tài)；儲能彈簧7也與分閘彈簧16處于釋放狀態(tài)，在拉桿復位彈簧17的拉伸作用力下，拉桿5端部搭鉤鎖扣在轉(zhuǎn)軸O5上?；钊?2位于氣缸23的最頂端，氣缸23內(nèi)的氣體處于零儲備狀態(tài)。
參見圖2，其中，動觸頭3在外轉(zhuǎn)軸力的作用下順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸O5也繞轉(zhuǎn)軸O1向上旋轉(zhuǎn)。分閘彈簧16被拉伸，同時進行儲能，為分閘過程做準備；轉(zhuǎn)軸O5帶動拉桿5向上運動。在拉桿5的作用下，傳動連桿6也繞軸O2沿順時針方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)軸O4隨傳動連桿一起向上轉(zhuǎn)動，由此，產(chǎn)生強制氣流的機構(gòu)儲能彈簧7被拉伸，能量被存儲。同時，滑動銷釘O3在滑槽26的帶動下相對于傳動連桿6有滑移運動，同時隨傳動連桿6轉(zhuǎn)動并拉動活塞柄25向下運動。在壓力差的作用力下，活塞上的閥門21向上開啟，用以減小活塞22運動時受到的氣體阻力。氣體一方面從噴口20處吸入氣缸，另一方面從打開的閥門孔24進入氣缸?？梢钥闯?，在合閘過程中，強制對流機構(gòu)與斷路器的分合閘機構(gòu)是相關(guān)聯(lián)的，即合閘時產(chǎn)生強制氣流的機構(gòu)被動受力儲能。最終，動觸頭3與靜觸頭8閉合。如圖3，這時，活塞22位于氣缸的最低端，整個氣缸23被充滿氣體，為分閘過程斷路器開斷電流時滅弧室1中氣體強制對流換熱做準備。雖然分閘彈簧16處于拉伸狀態(tài)，但鎖鉤11與分閘脫扣鐵芯12處于鎖扣狀態(tài)，動觸頭傳動桿14無法轉(zhuǎn)動，動靜觸頭3、8處于閉合位置。另外，雖然儲能彈簧7處于拉伸狀態(tài)，然而拉桿5頂端的搭鉤被O5鎖扣，使得傳動連桿6也無法轉(zhuǎn)動，氣缸23內(nèi)一直充滿氣體。
斷路器在故障電流情況下將開始分閘操作過程。見圖4，根據(jù)限流斷路器設計原則中，當故障電流發(fā)生時，需要盡快地將動靜觸頭分離，即可允許觸頭在機構(gòu)脫扣前受電磁力的作用提前打開。大電流發(fā)生時，動靜觸頭臂由于各自產(chǎn)生的磁場而相互之間受到較大的電動斥力，這個斥力使得靜觸頭架9繞固定轉(zhuǎn)軸O6快速向后轉(zhuǎn)動，并帶動靜觸頭8脫離動觸頭3。動靜觸頭分開的同時，觸頭間產(chǎn)生電弧，觸頭臂產(chǎn)生的磁場對電弧也具有磁吹作用。這時，雖然分閘脫扣線圈13中同樣流過大的電流，但分閘鎖鉤11與分閘脫扣鐵芯12尚未馬上脫扣，所以整個機構(gòu)其它部件還沒有動作。
在分閘脫扣線圈13產(chǎn)生的電磁力的作用下，分閘脫扣鐵芯12開始運動，使得分閘鎖鉤11脫扣。同時，動觸頭轉(zhuǎn)動桿14在分閘彈簧16的拉力作用下作逆時針旋轉(zhuǎn)。參見圖5，其中，轉(zhuǎn)軸O5被動觸頭轉(zhuǎn)動桿14帶動向下快速運動并與拉桿5上的搭鉤自然脫離，解除了拉桿5的鎖扣，也即產(chǎn)生強制氣流的機構(gòu)被脫扣。盡管如此，拉桿5在拉桿復位彈簧17的拉力下始終保持與轉(zhuǎn)軸O5相接觸，兩者在斷路器分閘過程一直保持相對滑移運動。拉桿5被脫扣后，在儲能彈簧7的拉伸力作用下，傳動連桿6開始繞轉(zhuǎn)軸O2逆時針轉(zhuǎn)動?；钊?5在傳動連桿6與滑動銷釘O3的作用下開始向上推動，活塞閥門21處于關(guān)閉狀態(tài)。氣缸23內(nèi)部的氣體受到活塞22的推壓而從窄小的噴口20快速噴向動靜觸頭的中間位置，產(chǎn)生滅弧室強制對流的氣流源。同時氣缸23內(nèi)的氣體會對活塞22產(chǎn)生一個阻力，這個阻力將延緩活塞的推進作用。也真因為如此，使得氣缸活塞排氣過程的速度始終慢于動觸頭轉(zhuǎn)動桿14轉(zhuǎn)動的速度，即產(chǎn)生強制氣流機構(gòu)的操作速度要慢于分閘機構(gòu)的速度，所以拉桿5和O5一直保持著脫扣狀態(tài)，動觸頭轉(zhuǎn)動桿14的運動與傳動連桿6的運動實際上在斷路器脫扣后是兩個相互獨立的運動，即動觸頭3的分開過程不影響氣缸23內(nèi)活塞22的推進運動，這樣設計可以保持較長的強制氣流吹弧時間，滿足動觸頭3完全打開后滅弧室1內(nèi)還需要對電弧進行強制對流換熱的要求。這時，觸頭尚未完全打開，從噴口噴出的電弧不僅對弧柱本身有作用，也對觸頭上的弧根也有較大的影響。同時，觸頭臂產(chǎn)生的磁場對電弧產(chǎn)生一個指向滅弧室的作用力，加快了電弧的運動?；≈谑覝貧饬鞯膹娭茖α髯饔孟伦兊美鋮s，使得電弧等離子體的電阻增大，相應的電弧電壓也得到提高，弧柱在氣體噴流的作用下也向著滅弧柵片2快速地移動。同時，電弧弧根在強制氣流的作用下，縮短了在觸頭上的停滯時間，達到了減少觸頭材料損耗的目的，并且也加快了電弧整體的運動速度，這一切正是低壓斷路器限流原理所要求的。
參見圖6，動觸頭3已經(jīng)到達了最終分閘位置時，然而觸頭間的電弧還沒有熄滅。由于氣缸23內(nèi)氣體對活塞22推進產(chǎn)生阻力，使得強迫對流機構(gòu)的動作要比開斷機構(gòu)的動作要慢，然而這正是繼續(xù)開斷電弧電流所必須的。這時，傳動連桿6繼續(xù)在彈簧7的拉力下逆時針轉(zhuǎn)動。拉桿5在恢復彈簧17的作用在與O5向下做相對接觸滑移運動?；钊苍诨瑒愉N釘O3的作用下繼續(xù)向上推進活塞，氣流不斷從噴口向滅弧室1強烈噴出。這時，滅弧室1內(nèi)電弧在該強氣流和觸頭臂磁場的作用下，不斷冷卻拉長，同時電弧向滅弧室1內(nèi)快速四處擴散開去，電弧通道的電阻和電壓也由此繼續(xù)增大，最終電弧在氣體強制對流的作用下快速進入了滅弧柵片2。熾熱的電弧等離子體進入柵片后被柵片強烈制冷，電弧電阻和電壓變得更大，同時柵片把電弧分割成幾段短弧，由于近極壓降的原因，電弧電壓又被進一步地增大，最終被電弧電流在柵片內(nèi)被熄滅。此時，噴口20處地強氣流繼續(xù)吹向滅弧室1，將觸頭間隙的殘余熱氣強制吹散，觸頭間的介質(zhì)恢復強度得到迅速恢復，達到限流斷路器設計所要求的高介質(zhì)恢復速度的原則。最后汽缸23內(nèi)活塞22到達汽缸的頂部，中止了推動過程，汽缸內(nèi)的氣體被完全排出噴口。轉(zhuǎn)動桿在滑動銷釘?shù)淖枇ψ饔孟乱餐Ｖ沽宿D(zhuǎn)動。拉桿5在恢復彈簧17的拉力作用下滑并重新與Q5鎖扣在一起，最終一切又恢復到了圖1狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，包括滅弧室[1]和設置在滅弧室[1]內(nèi)的滅弧柵片[2]，在滅弧柵片[2]的下端分別設置有動觸頭[3]和靜觸頭[8]，其特征在于靜觸頭[8]的下端設置有氣缸[23]，氣缸[23]的出氣噴口[20]位于靜觸頭[8]的正下方，氣缸[23]的活塞柄[25]與可繞轉(zhuǎn)軸O2轉(zhuǎn)動的傳動連桿[6]的一端滑動連接，傳動連桿[6]的另一端與拉桿[5]的一端軸連接，且在傳動連桿[6]的下端還設置有儲能彈簧[7]，拉桿[6]的另一端與可繞轉(zhuǎn)軸O1轉(zhuǎn)動的“L”型動觸頭傳動桿[14]的一端相連，且在與拉桿[5]相連接的動觸頭傳動桿[14]的一端還設置有分閘彈簧[16]，動觸頭[3]設置在動觸頭傳動桿[14]的另一端，在動觸頭傳動桿[14]上還設置有分閘鎖鉤[11]，分閘鎖鉤[11]的下端還設置有套裝在分閘脫扣線圈[13]內(nèi)的“T”型分閘脫扣鐵芯[12]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，其特征在于所述的拉桿[5]與動觸頭傳動桿[14]通過搭鉤相互扣連，且在拉桿[5]與傳動連桿[6]之間還設置有拉桿復位彈簧[17]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，其特征在于所述的動觸頭[3]與動觸頭傳動桿[14]之間設置有動觸頭彈簧[4]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，其特征在于所述的靜觸頭[8]通過可繞轉(zhuǎn)軸O6轉(zhuǎn)動的靜觸頭支架[9]與固定支架[19]相連接，且在靜觸頭支架[9]與固定支架[19]之間還設置有靜觸頭復位彈簧[18]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，其特征在于所述的氣缸[23]的活塞[22]上開設有活塞閥門孔[24]以及設置在活塞閥門孔[24]上的閥門[21]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器，其特征在于所述的傳動連桿[6]上設置有一滑槽[26]，活塞柄[25]的一端設置在滑槽[26]內(nèi)。
全文摘要
一種基于強制氣流吹弧的低壓限流斷路器。滅弧室、滅弧柵片及吹弧裝置，吹弧裝置由活塞、噴口、氣缸、傳動連桿、儲能彈簧和拉桿組成。傳動連桿和活塞相連接，用來向活塞傳遞力的作用；氣缸、活塞和噴口共同組成一個半密封的氣腔，整個氣腔只有噴口與氣腔外始終保持連通。斷路器分合閘操作時，在傳動連桿機構(gòu)力的作用下，活塞相應地在氣腔內(nèi)沿著氣缸壁面做往復運動，由此在氣腔噴口處產(chǎn)生強制的氣流吹向電弧，增加滅弧室內(nèi)氣體的對流換熱，制冷和拉長電弧并加速電弧的運動，達到縮短電流開斷時間與增加電弧電壓的目的。
文檔編號H01H73/00GK1564292SQ20041002605
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者榮命哲, 吳翊 申請人:西安交通大學