專利名稱：氣吹式斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣吹式斷路器，其在電流中斷時(shí)將一種滅弧氣體吹向產(chǎn)生于觸頭之間的電弧以將電弧吹滅，并將因吹滅電弧所產(chǎn)生的熱氣體沿著遠(yuǎn)離兩個(gè)觸頭的方向傳輸，尤其是涉及一種氣吹式斷路器，其具有一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)，以便提高一個(gè)供熱氣體流過的通道部分的絕緣強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
作為一種在電源系統(tǒng)中開啟/關(guān)閉電路的斷路器，有一種類型已經(jīng)被廣泛使用，其中，一個(gè)由一種接地金屬、瓷絕緣子或類似物制成的密封容器裝有一種滅弧介質(zhì)，它在電流中斷時(shí)將該滅弧介質(zhì)吹向產(chǎn)生于觸頭之間的電弧以將電弧吹滅。特別是，一種SF6氣吹式斷路器已經(jīng)成為主流，其使用SF6氣體作為滅弧介質(zhì)，其利用一個(gè)活塞機(jī)械地壓縮SF6氣體以在電流中斷時(shí)將該氣體吹向電弧。
而且，已經(jīng)提出一種氣吹式斷路器，其除了SF6氣體之外使用空氣作為滅弧介質(zhì)，各種各樣的氣吹式斷路器使用某種替代氣體來(lái)代替SF6氣體，而SF6氣體具有高的全球溫室效應(yīng)。在本說明書中，使用各種滅弧氣體比如SF6和空氣作為滅弧介質(zhì)的所有斷路器，都被統(tǒng)稱為氣吹式斷路器。
圖13示出了一種傳統(tǒng)氣吹式斷路器的橫截面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的實(shí)例，并示出在電流中斷操作中的一種間歇狀態(tài)。圖13中的每一組件基本上具有一個(gè)共軸的圓柱形形狀。如圖13所示，成為一個(gè)接地金屬容器的一個(gè)箱體1裝有一種滅弧氣體2，比如SF6氣體。進(jìn)而在箱體1中，設(shè)有一個(gè)可動(dòng)接觸部分10，其相對(duì)于箱體1在軸向上運(yùn)行，并面向一個(gè)固定接觸部分20，該固定接觸部分20相對(duì)于箱體1被固定在一個(gè)預(yù)定位置上。
此外，可動(dòng)接觸部分10與固定接觸部分20分別設(shè)有一個(gè)圓柱形的可動(dòng)電弧觸頭11和一個(gè)桿形的固定電弧觸頭21，該固定電弧觸頭21將被插入可動(dòng)電弧觸頭11的一個(gè)中空部分。在使用操作時(shí)，兩個(gè)電弧觸頭11和21相互機(jī)械接觸，并形成一種傳導(dǎo)狀態(tài)。在電流中斷操作時(shí)，電弧觸頭11和21通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)而相互分離，在電弧觸頭11和21之間的空間內(nèi)產(chǎn)生了一種具有傳導(dǎo)性的電弧。
另外，在可動(dòng)接觸部分10的一側(cè)，設(shè)有一個(gè)氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，用于將滅弧氣體2作為一種氣流吹向電弧3。該機(jī)構(gòu)包括一個(gè)活塞12，其相對(duì)于箱體1固定在一個(gè)預(yù)定位置上，一個(gè)缸體13，其相對(duì)于活塞12相對(duì)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)吹氣腔室14，其形成于活塞12與缸體13之間，以及一個(gè)絕緣噴嘴15，其以環(huán)繞可動(dòng)電弧觸頭11的頂端的方式被固定到缸體13的頂端上。
另外，可動(dòng)接觸部分10與固定接觸部分20分別設(shè)有一個(gè)中空桿16和一個(gè)排氣管22，它們由金屬制成，并且是熱氣體或熱氣(下文稱為熱氣體)傳導(dǎo)裝置，用于傳導(dǎo)因在與電弧觸頭11和21分離的方向上將滅弧氣體2吹向電弧3所產(chǎn)生的熱氣體。這里，由金屬制成的排氣管22是一個(gè)圓柱形件，其設(shè)置在固定電弧觸頭21的后面。在排氣管22中，以這樣一種方式即將熱氣流30a傳遞到一個(gè)固定側(cè)，即形成有一個(gè)熱氣體通道，熱氣體是從電弧3而在固定接觸部分20的側(cè)面上流動(dòng)的。由金屬制成的中空桿16是一個(gè)圓柱形件，其在軸向上線性延伸到可動(dòng)電弧觸頭11。在中空桿16中，以這樣一種方式即將熱氣流30b傳遞到一個(gè)可動(dòng)側(cè)，即形成有一個(gè)熱氣體通道，熱氣體是從電弧3而在可動(dòng)接觸部分10的側(cè)面上流動(dòng)的。
接下來(lái)，將對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)氣吹式斷路器的電流中斷操作進(jìn)行描述。首先，可動(dòng)接觸部分10在圖面的左側(cè)方向上移動(dòng)，這是一個(gè)與固定接觸部分20分離的方向。接著，被固定到箱體1上的活塞壓縮吹氣腔室14，該腔室是在缸體13的內(nèi)部空間內(nèi)形成的，并升高吹氣腔室14的壓力。結(jié)果，吹氣腔室14內(nèi)的滅弧氣體2被作為一種高壓氣流導(dǎo)入到絕緣噴嘴15，并強(qiáng)勁地吹向產(chǎn)生于電弧觸頭11和21之間的電弧3。因而，產(chǎn)生于電弧觸頭11和21之間的傳導(dǎo)電弧3被吹滅，電流被中斷。
在該電流中斷過程中，以高溫吹向電弧3的滅弧氣體2被變成一種在高溫下具有低密度的熱氣體，并且在固定側(cè)的熱氣流30a與可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b被引導(dǎo)遠(yuǎn)離電弧觸頭11與21之間的空間。固定側(cè)的熱氣流30a被引導(dǎo)到排氣管22內(nèi)，并被冷卻到排氣管22內(nèi)的某一溫度。固定側(cè)的熱氣流30a被從排氣管22的一端23排放到箱體1內(nèi)固定接觸部分20外部的一個(gè)自由空間。在此情形下，排氣管22將固定側(cè)的熱氣流30a導(dǎo)入箱體1，并構(gòu)成一個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)以防止固定接觸部分20一側(cè)的絕緣強(qiáng)度下降。
此外，可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b被引導(dǎo)到沿可動(dòng)電弧觸頭11延伸的所述中空桿16內(nèi)。之后，盡管這里沒有圖示，可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b最后通過比如設(shè)在活塞12上的幾個(gè)排氣孔排放到箱體1內(nèi)可動(dòng)接觸部分10外部的自由空間內(nèi)。通常，缸體13具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中可以不設(shè)置排氣孔，根據(jù)環(huán)境情況，所述孔被設(shè)置在可動(dòng)側(cè)上的一個(gè)排氣路徑上。中空桿16將可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b傳輸?shù)较潴w1的空間內(nèi)，并構(gòu)成一個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)以防止可動(dòng)接觸部分10一側(cè)的絕緣強(qiáng)度下降。
應(yīng)當(dāng)注意到，流過排氣管22的固定側(cè)的熱氣流30a具有與被吹向電弧3的氣流相同的方向，因而流速大于可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b的流速，后者的方向與被吹向電弧3的氣流的方向相反，并且氣流30a所包含的熱量通常也大些。因而，與可動(dòng)側(cè)相比，固定側(cè)的熱氣流30a需要被更多地冷卻。結(jié)果，在許多情形下，排氣管22的直徑就大于中空桿16的直徑。
另外，近年來(lái)，上述氣吹式斷路器趨向于被小型化以為了節(jié)省安裝區(qū)域的空間并降低成本。另一方面，當(dāng)斷路器所用的材料減少時(shí)，就對(duì)全球環(huán)境荷載的減少產(chǎn)生很大的影響。而且從環(huán)境保護(hù)的觀點(diǎn)看，已經(jīng)對(duì)使氣吹式斷路器小型化具有了很強(qiáng)的社會(huì)需求。在這種情況下，氣吹式斷路器的小型化已經(jīng)快速發(fā)展了，箱體1和排氣管22的尺寸也趨向于被大大減小以小型化。
然而，當(dāng)排氣管22被簡(jiǎn)單地小型化時(shí)，用于冷卻產(chǎn)生于電弧觸頭11和21之間的固定側(cè)熱氣流30a的體積就必須減小。另一方面，固定側(cè)的熱氣流30a到達(dá)排氣管22的端部23所需要的時(shí)間，也就是用于在排氣管22內(nèi)冷卻熱氣流30a所需要的時(shí)間也縮短了。因而，熱氣流30a就容易被以較高的溫度從排氣管22的端部23排出。
另一方面，在電源系統(tǒng)的電流被中斷之后，由于因電源系統(tǒng)的過渡現(xiàn)象所產(chǎn)生的瞬時(shí)恢復(fù)電壓被施加到排氣管22上，排氣管22具有的電勢(shì)高于標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)箱體1被小型化時(shí)，在具有接地金屬的箱體1與排氣管22之間的距離必須減小，因而在排氣管22的端部23的電場(chǎng)強(qiáng)度趨向于變得更大。
將對(duì)這方面進(jìn)行概括。當(dāng)傳統(tǒng)的氣吹式斷路器被小型化時(shí)，當(dāng)電源系統(tǒng)的電流被中斷之后，排氣管22的端部23的電場(chǎng)強(qiáng)度就變大。而且，所排出的熱氣流30a的溫度也容易升高。在此，通常當(dāng)氣體壓力被設(shè)為恒定時(shí)，在較高的電場(chǎng)強(qiáng)度下容易發(fā)生介質(zhì)擊穿。當(dāng)氣體溫度較高時(shí)，介質(zhì)擊穿將更容易發(fā)生。就是說，在對(duì)氣吹式斷路器進(jìn)行最小化的過程中，排氣管22的端部23的絕緣強(qiáng)度被降低，在端部23與箱體1之間很容易發(fā)生介質(zhì)擊穿的事故(這種現(xiàn)象下文將被稱為“接地故障”)。
應(yīng)當(dāng)注意到，在氣吹式斷路器被小型化的情形下，上文已經(jīng)對(duì)固定接觸部分20一側(cè)的絕緣強(qiáng)度下降進(jìn)行了描述，絕緣強(qiáng)度下降的現(xiàn)象也同樣在可動(dòng)接觸部分10一側(cè)發(fā)生。就是說，當(dāng)氣吹式斷路器進(jìn)一步小型化時(shí)，由于同樣的原因，在一個(gè)設(shè)置于可動(dòng)接觸部分10上的熱氣體排出部與箱體1之間的絕緣強(qiáng)度容易下降，而在可動(dòng)接觸部分10上也容易發(fā)生所述接地故障。
另外，如上所述，近年來(lái)，人們也已經(jīng)提出了這樣一種氣吹式斷路器，其中，將某一種替代氣體用作滅弧介質(zhì)以代替具有高的全球溫室效應(yīng)的SF6。已經(jīng)知道，通常建議的替代氣體的絕緣強(qiáng)度低于SF6氣體的絕緣強(qiáng)度。因而，當(dāng)一種替代氣吹式斷路器在考慮到環(huán)境的情況下構(gòu)造時(shí)，就很難避免絕緣強(qiáng)度的下降并因而導(dǎo)致接地故障現(xiàn)象的發(fā)生。結(jié)果，就存在一種擔(dān)心，導(dǎo)致箱體1的體積擴(kuò)大。
另外，上文已經(jīng)參考附圖13對(duì)采用接地金屬容器1的氣吹式斷路器的實(shí)例進(jìn)行了描述，但是采用一種絕緣材料比如瓷絕緣子密封的氣吹式斷路器也已經(jīng)存在。在此氣吹式斷路器中，對(duì)于接地箱體不會(huì)發(fā)生接地故障。然而，當(dāng)瓷絕緣子和相應(yīng)的組件被暴露到因中斷大電流而產(chǎn)生的具有，很高溫度的熱氣流中時(shí)，諸如組件的損傷和溶解等缺點(diǎn)就發(fā)生了，需要快速地冷卻熱氣體。
應(yīng)當(dāng)注意到，已經(jīng)根據(jù)一種最通用的氣吹式斷路器的實(shí)例對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了描述，其中，一個(gè)觸頭被固定，而另一個(gè)觸頭被驅(qū)動(dòng)，參見圖13。近年來(lái)，還提出了一種氣吹式斷路器，其中，位于相對(duì)側(cè)的接觸部分被同時(shí)地相對(duì)驅(qū)動(dòng)。此氣吹式斷路器同樣存在絕緣強(qiáng)度下降并因而導(dǎo)致接地故障現(xiàn)象發(fā)生的問題。
在一種用于解決上述問題的技術(shù)中，比如，在KOKAI的日本專利公報(bào)8-124464中已經(jīng)記載，因而已經(jīng)提出，在一個(gè)排氣管的內(nèi)表面上形成脊/槽部分。圖14和15示出了該排氣管的一種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖14示出了一種情形，在排氣管22的內(nèi)表面上沿軸向連續(xù)形成有環(huán)形皺褶41以作為所述脊/槽部分，而圖15示出了一種情形，在排氣管22的內(nèi)表面上形成有一個(gè)螺旋槽42。根據(jù)該公報(bào)，已經(jīng)描述，采用該結(jié)構(gòu)，在熱氣流30a流入其內(nèi)部形成有脊/槽部分的排氣管的內(nèi)部的情形下，與上述熱氣流30a相比，一種具有較低溫度因而具有較大密度和粘性的氣體被以一種集中的方式卷入所述內(nèi)表面的脊/槽部分。還已經(jīng)描述，具有大的密度也就是具有高的絕緣強(qiáng)度的所述氣體流入排氣管22的內(nèi)表面的附近，并且可以避免此部分的絕緣強(qiáng)度下降。
另外，上述公報(bào)所述的功能僅僅是基于就該氣體通道的脊/槽表面對(duì)氣流的影響所作的顯然定性的說明。在該公報(bào)中，具體的結(jié)構(gòu)是不確定的，比如脊/槽部分的具體布置、大小、形狀，以及與排氣管22的大小/形狀的關(guān)系。因而，用于獲得充分功能的具體結(jié)構(gòu)沒有描述。就是說，當(dāng)脊/槽部分被簡(jiǎn)單設(shè)在排氣管22的內(nèi)表面上時(shí)，就很難僅僅使排氣管22內(nèi)表面附近的具有高絕緣強(qiáng)度的氣體流過并充分地防止該部分的絕緣強(qiáng)度下降。
而且，在上述公報(bào)中描述到，排氣管22被施加有一個(gè)高的電場(chǎng)，但是流過排氣管22的熱氣體的溫度和密度僅被考慮過。在上述公報(bào)中，沒有考慮到環(huán)繞排氣管22的具體電場(chǎng)結(jié)構(gòu)，同樣從這方面看，因而很難充分地防止絕緣強(qiáng)度的下降。就是說，該絕緣強(qiáng)度是由熱氣體的溫度和密度以及該熱氣流流過的那部分的電場(chǎng)強(qiáng)度確定的。比如，就相同的氣體壓力和所施加電壓的條件而論，在低溫的氣體存在于一個(gè)具有高電場(chǎng)強(qiáng)度的部分的情形下，就存在絕緣強(qiáng)度反向下降的一種可能性，而不是在高溫的氣體存在于一個(gè)具有低電場(chǎng)強(qiáng)度的部分的情形下。就是說，當(dāng)將提高包括所述排氣管22和所述密封容器1的整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度作為目的時(shí)，僅僅考慮熱氣流的溫度和密度是不充分的，還需要考慮電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。因此，而且從這點(diǎn)上看，在上述公報(bào)所描述的技術(shù)中，絕緣強(qiáng)度的提高不是必須的。
此外，在上述公報(bào)所描述的技術(shù)中，對(duì)如圖13所示的在可動(dòng)接觸部分10一側(cè)流動(dòng)的任何熱氣體沒有描述，因而不能夠防止可動(dòng)接觸部分10一側(cè)的絕緣強(qiáng)度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述傳統(tǒng)技術(shù)中的所述問題，提出本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種小型的氣吹式斷路器，基于一種詳細(xì)的冷卻機(jī)構(gòu)，其能夠有效地冷卻熱氣流并有效地提高整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度，并且除了考慮用于傳輸熱氣體或者流過一個(gè)中空桿的熱氣體的排氣管的溫度和密度之外，還考慮電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。而且，由于描述了一種具體的結(jié)構(gòu)，將提供一種小型的但是具有高的可靠性的氣吹式斷路器。
根據(jù)本發(fā)明，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種氣吹式斷路器，其中，在一個(gè)用于傳輸熱氣體的管件的內(nèi)表面上設(shè)置有至少四列或者更多列凹槽，所述凹槽在一個(gè)與熱氣體的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸，因而，在考慮了電場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及流過該管件的熱氣體的溫度和密度時(shí)，該氣吹式斷路器能夠有效地冷卻熱氣流并有效地提高整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度。
本發(fā)明首先涉及一種氣吹式斷路器，其具有某種基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的氣吹式斷路器的結(jié)構(gòu)如下。首先，一個(gè)密封容器充裝有一種滅弧氣體，一個(gè)第一接觸部分被設(shè)置成朝向一個(gè)第二接觸部分。這里，所述第一和第二接觸部分分別設(shè)有一個(gè)第一電弧觸頭和一個(gè)第二電弧觸頭。在使用操作時(shí)這兩個(gè)觸頭形成一種接觸傳導(dǎo)狀態(tài)，并且在電流中斷操作時(shí)通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)被斷開。而且，電弧是在觸頭之間的空間內(nèi)產(chǎn)生的。第一接觸部分設(shè)有一個(gè)氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，用于將所述滅弧氣體吹向所述電弧。此外，第一和第二接觸部分設(shè)有一個(gè)熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)，用于將因所述氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)把滅弧氣體吹向電弧而產(chǎn)生的熱氣體在分別與兩個(gè)觸頭分離的方向上傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，具有此結(jié)構(gòu)的所述氣吹式斷路器具有下列特征。就是說，該斷路器包括一個(gè)管件，作為第一和第二接觸部分中的至少一個(gè)的熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)。而且，在該管件的內(nèi)表面上沿著熱氣體的流動(dòng)方向連續(xù)設(shè)有至少四列或者更多列凹槽，所述凹槽在一個(gè)與熱氣體的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸。
根據(jù)本發(fā)明，在電場(chǎng)強(qiáng)度比較高并且具有被直接暴露給高溫?zé)釟饬鞯母呖赡苄缘亩瞬?，在所述排氣管或者中空桿的端部附近，氣體溫度能夠被極大地降低。因而，相應(yīng)部分的絕緣強(qiáng)度能被提高。因而，除了環(huán)繞排氣管或者中空桿流動(dòng)的熱氣體的溫度和密度之外，排氣管或者中空桿的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)也被考慮了。而且，從這兩種觀點(diǎn)來(lái)看，熱氣流被有效地冷卻，整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度能被有效地提高。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，熱氣流被有效地冷卻，且整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度能被有效地提高，是基于一種詳細(xì)的冷卻機(jī)構(gòu)，并且除了考慮流過排氣管或者中空桿的熱氣體的溫度和密度之外，還考慮電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，在一個(gè)用于傳輸或者傳導(dǎo)熱氣體的所述排氣管或者中空桿的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或者更多列凹槽，所述凹槽在一個(gè)與熱氣體的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸。采用此結(jié)構(gòu)，就能夠提供一種小型的而且具有高可靠性的氣吹式斷路器。


圖1A為一個(gè)橫截面示意圖，示出本發(fā)明第一實(shí)施例的一種氣吹式斷路器的排氣管的一部分；圖1B為圖1A的一部分的放大圖；圖2為一個(gè)分析圖，示出在對(duì)第一實(shí)施例的氣吹式斷路器的一個(gè)模型進(jìn)行數(shù)值分析的情況下的溫度模擬結(jié)果的一個(gè)實(shí)例，是按照二維旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀對(duì)氣流進(jìn)行分析的；圖3為一個(gè)測(cè)量圖表，示出在利用一種用于特別高電壓的電源系統(tǒng)的具有金屬箱體形狀的SF6氣吹式斷路器，對(duì)一種傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管和本發(fā)明的一種排氣管的端部的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的情況下，測(cè)量結(jié)果的一個(gè)實(shí)例；圖4為一個(gè)分析圖表，模擬并示出當(dāng)在圖2所示的排氣管內(nèi)表面上沿著熱氣體通道所形成的凹槽數(shù)量改變時(shí)熱氣體溫度的關(guān)系；圖5A至5E為說明性視圖，示出當(dāng)圖1所示實(shí)施例中凹槽節(jié)距P與凹槽深度H之間的關(guān)系變化時(shí)的凹槽橫截面形狀；圖6為一個(gè)分析圖表，示出根據(jù)排氣管端部的凹槽的尺寸關(guān)系，通過對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度變化進(jìn)行電場(chǎng)分析所得到的分析結(jié)果的一個(gè)實(shí)例；圖7A為一個(gè)橫截面示意圖，示出本發(fā)明另一實(shí)施例的一種結(jié)構(gòu)，其中圖1所示排氣管的凹槽的形狀被改變；圖7B為圖7A的一部分的放大圖；圖8A為一個(gè)橫截面示意圖，示出本發(fā)明的再一實(shí)施例，其中圖1所示排氣管的凹槽的形狀被改變；圖8B為圖8A的一部分的放大圖；
圖9為一個(gè)橫截面示意圖，示出本發(fā)明的還一實(shí)施例，其中圖1所示排氣管的凹槽的形狀被改變；圖10為一個(gè)橫截面示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的氣吹式斷路器的排氣管的頂端；圖11為一個(gè)橫截面示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的氣吹式斷路器的排氣管的頂端；圖12A為一個(gè)橫截面結(jié)構(gòu)圖，示出根據(jù)本發(fā)明還一實(shí)施例的氣吹式斷路器；圖12B為一個(gè)簡(jiǎn)圖，示出圖12A所示部分X-X的橫截面結(jié)構(gòu)；圖13為一個(gè)橫截面結(jié)構(gòu)圖，示出一種傳統(tǒng)氣吹式斷路器的實(shí)例；圖14為一個(gè)橫截面示意圖，示出上述傳統(tǒng)氣吹式斷路器的排氣管的一個(gè)實(shí)例；圖15為一個(gè)橫截面示意圖，示出上述傳統(tǒng)氣吹式斷路器的排氣管的另一實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖1至12B對(duì)本發(fā)明的氣吹式斷路器進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)注意到，從簡(jiǎn)化描述的觀點(diǎn)考慮，與上述傳統(tǒng)技術(shù)相同的部件被標(biāo)識(shí)以相同的附圖標(biāo)記。
1.第一實(shí)施例1-1.結(jié)構(gòu)圖1A為一個(gè)橫截面示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一種氣吹式斷路器的排氣管的頂端部分。在圖1A中僅僅示出該氣吹式斷路器中一個(gè)固定接觸部分20的排氣管100的一個(gè)端部101的附近。圖中未示出的本實(shí)施例的氣吹式斷路器的其它結(jié)構(gòu)與圖13所示的結(jié)構(gòu)相同。圖1A示出了在一個(gè)電源系統(tǒng)的電流中斷操作時(shí)的狀態(tài)。更具體地講，圖1A示出了一種狀態(tài)，其中在如圖13所示的觸頭之間產(chǎn)生的電弧被一種滅弧氣體比如SF6吹滅，所產(chǎn)生的熱氣流30a流入排氣管100，并從端部101排放到箱體1內(nèi)的自由空間。
在排氣管100的內(nèi)表面上，設(shè)有一個(gè)凹槽部110，其中多個(gè)凹槽110G在一個(gè)與熱氣流30a沿著排氣管100的中心軸線E的流動(dòng)方向(流向)交叉的方向上延伸，這些凹槽在流向上相互連續(xù)地設(shè)置。至于凹槽110G的數(shù)量，如下文所述，設(shè)置至少四列或者更多列凹槽。凹槽110G的形狀沒有必要是均一的。然而，圖1B示出一種狀態(tài)，其中所述多個(gè)凹槽110G每一個(gè)具有節(jié)距P、深度H，并被均一地形成為等腰三角形橫截面。從簡(jiǎn)化圖面的觀點(diǎn)看，圖1B示出一種狀態(tài)，其中，環(huán)形凹槽110G在一個(gè)基本上與熱氣流30a的流向垂直的方向上延伸，這些凹槽在流向上連續(xù)設(shè)置并且相鄰的凹槽相互之間接觸。在排氣管100的內(nèi)表面上，所述多列凹槽110G被總體上連續(xù)地形成為一個(gè)“波紋管形狀”。
應(yīng)當(dāng)注意到，凹槽110G沒有必要一定形成為環(huán)形形狀?？梢哉J(rèn)為，凹槽被形成為螺旋形狀并以這樣的方式設(shè)置，即使之在圈(列)之間具有短距離，這些形狀可以被部分地采用，或者形狀可以任意組合。就是說，在本實(shí)施例的排氣管100的結(jié)構(gòu)方面，其本質(zhì)是形成至少四列或者更多列凹槽110G，它們?cè)谂c熱氣流的流向交叉的方向上延伸，而其它方面可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儭?br> 在圖1A和1B所示的排氣管100中，凹槽還可以以這樣的方式形成，即凹槽節(jié)距P是凹槽深度H的1/4或者更大，就是說，由下面的關(guān)系式表示P≥H/4此外，假設(shè)設(shè)定凹槽110G的范圍是在熱氣流的流向上為長(zhǎng)度C，則在凹槽的范圍C的外端部與排氣管100的端部101的頂端之間的距離L被以這樣的方式設(shè)定，即該距離L是排氣管100的內(nèi)徑D的5％或者更大，如下列關(guān)系式所表示L≥0.05·D。
另外，用以分割凹槽110G的列的分隔壁頂部(partition wall tipportion)111的截面形狀由加工方法等嚴(yán)格限制，但是最好是被形成為盡可能的銳利。通常，通過鑄造很難形成這種銳利的形狀。即使在此情形下，分隔壁頂部111的截面半徑R被形成為5mm或者更小，如圖1B的放大圖所示。
1-2.作用下面，將基于通過數(shù)值分析方法以及利用實(shí)際的氣吹式斷路器的檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模擬而獲得的結(jié)果，對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例的氣吹式斷路器的作用進(jìn)行描述。
1-2-1.基本作用圖1B為一個(gè)放大圖，示出當(dāng)熱氣流30a在排氣管100內(nèi)部沿著中心軸線E流動(dòng)時(shí)凹槽的尖部附近的流動(dòng)情況。在滅弧時(shí)，當(dāng)熱氣流30a流經(jīng)凹槽110G的尖部111A、11B上方而流向排氣管100的端部101時(shí)，在尖部111A，111B處發(fā)生紊流。由于紊流，在順時(shí)針和逆時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)的熱氣體的漩渦產(chǎn)生于比如在熱氣流30a的尖部111A附近。由于該渦流，凹槽部?jī)?nèi)存在的常溫或者室溫氣體2在熱氣流30a一側(cè)旋轉(zhuǎn)上升，并且該氣體快速地在該區(qū)域內(nèi)相互混合。因而，熱氣流30a的溫度下降，其絕緣強(qiáng)度恢復(fù)。
圖2為一個(gè)分析圖，示出當(dāng)對(duì)圖1所示氣吹式斷路器進(jìn)行數(shù)值分析時(shí)在以二維旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀對(duì)氣流進(jìn)行分析的情況下，一個(gè)分析結(jié)果的實(shí)例。圖2示出了在分析條件是滅弧氣體SF6氣體，斷路電流50,000A交流電，而且電弧點(diǎn)火周期24ms的情況下的分析結(jié)果，并且示出了在電流零點(diǎn)，即電弧被點(diǎn)燃24ms并被吹滅的瞬間。圖2的橫坐標(biāo)與圖1中排氣管22的旋轉(zhuǎn)軸E一致，而圖2的縱坐標(biāo)與圖1中排氣管22的上半部分一致。假設(shè)在此分析中排氣管100的一個(gè)模型具有凹槽數(shù)N(四列或更多)，凹槽節(jié)距P凹槽深度H的1/4(或更大)。
從圖2可以看到，熱氣流經(jīng)受到因設(shè)置在排氣管100內(nèi)表面上的N列(或更多)凹槽110造成的紊流，在凹槽部110的低溫或者常溫氣體被與高溫的熱氣流30a混合，集中在排氣管100內(nèi)表面附近的該熱氣流被逐漸冷卻?？梢蕴貏e看到，在排氣管100的端部101附近氣體溫度大大下降，其中絕緣強(qiáng)度比較高，而且具有被直接暴露到高溫?zé)釟饬髦械母呖赡苄浴?br> 在圖13所示的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管22中，它迄今已經(jīng)被在許多場(chǎng)合下采用，該排氣管22的端部23容易被直接暴露到高溫的熱氣流30a中，并因而具有在此部分發(fā)生介質(zhì)擊穿的高可能性。然而，根據(jù)本實(shí)施例的排氣管100，其中如圖1所示設(shè)有四列或者更多列凹槽110G，熱氣流30a能被有效地冷卻直至到達(dá)排氣管100的端部101的附近，并因而能夠大大地提高該部分的絕緣強(qiáng)度。
此外，從圖2的分析圖可以看到，與設(shè)有凹槽110G的所述內(nèi)表面附近相比，旋轉(zhuǎn)軸E附近的熱氣體仍然容易被保持在高溫，其中旋轉(zhuǎn)軸E是排氣管100遠(yuǎn)離凹槽110G的中心部分。然而，在由金屬制成的排氣管100的表面附近，電場(chǎng)強(qiáng)度高。排氣管100中心部分的電場(chǎng)強(qiáng)度小于由金屬制成的排氣管100的表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，當(dāng)在排氣管100的表面附近熱氣體的絕緣強(qiáng)度被恢復(fù)時(shí)，包括該排氣管100的整個(gè)熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度能被顯著地恢復(fù)。
圖3為一個(gè)測(cè)量圖表，示出在利用一種用于特別高電壓的電源系統(tǒng)的具有金屬箱體形狀的SF6氣吹式斷路器對(duì)排氣管端部的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的情況下，一個(gè)測(cè)量結(jié)果的實(shí)例。從圖3的左側(cè)，按照順序依次示出，在“通常時(shí)間”內(nèi)的絕緣強(qiáng)度Y1(在任何電流未被中斷，即不存在任何熱氣流的情形下)、一種“帶凹槽管”的絕緣強(qiáng)度Y2(在電流被中斷而且利用了帶凹槽管的氣吹式斷路器內(nèi)存在熱氣流的情形下)，以及一種傳統(tǒng)“簡(jiǎn)單圓柱形排氣管”的絕緣強(qiáng)度Y3(在電流被中斷，而且利用了所述管的氣吹式斷路器內(nèi)存在熱氣流的情形下，用于作比較)的實(shí)際測(cè)量結(jié)果。
在圖3中，圖示為“帶凹槽排氣管”的排氣管100以這樣的方式構(gòu)成即，凹槽數(shù)四列或者更多列，凹槽節(jié)距P凹槽深度H的1/4或者更大，且凹槽范圍的端部與排氣管端部之間的距離L是排氣管內(nèi)徑D的5％或更大。此外，在圖3中，采用螺旋形式的凹槽。假設(shè)，斷路電流50,000A(安培)的交流電，電弧點(diǎn)火周期24ms，在所有情形下基本上是相同的熱氣體流入排氣管。在圖3中，假設(shè)在“通常時(shí)間”內(nèi)的絕緣強(qiáng)度Y1(在不存在任何熱氣流的情形下)是100％，每個(gè)值是作為一個(gè)相對(duì)值示出的。
從圖3中可以看到，在電流中斷時(shí)存在熱氣流，因而絕緣強(qiáng)度下降。當(dāng)在所述簡(jiǎn)單圓柱形排氣管22內(nèi)無(wú)任何電流被中斷時(shí)，絕緣強(qiáng)度大大降低至約1％。另一方面，在使用如圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的具有四列或更多列凹槽的排氣管100的情形下，絕緣強(qiáng)度Y2下降至僅25％。就是說，可以看到，通過使用圖1所示的排氣管100，在電流中斷時(shí)絕緣強(qiáng)度Y2比傳統(tǒng)強(qiáng)度Y3提高了25倍。
人們期望，圖2和3中所示的具體數(shù)值隨著各種條件而不同，比如測(cè)試單元的形狀，斷路電流以及滅弧氣體。即使在此情形下，應(yīng)當(dāng)清楚，與使用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管22相比較，通過使用如圖1所示的設(shè)有四列或更多列凹槽110G的排氣管100，在電流中斷時(shí)氣吹式斷路器的絕緣強(qiáng)度能夠極大地提高。
下面將對(duì)上述作用進(jìn)行概括。就是說，如圖1A和1B所示，對(duì)于設(shè)有四列或更多列凹槽110G的排氣管100，因分隔壁頂部111向氣流通道突出，當(dāng)熱氣流30a在排氣管100內(nèi)流動(dòng)時(shí)，熱氣流30a要經(jīng)受紊流的影響。凹槽110G內(nèi)的常溫氣體2與環(huán)繞排氣管100內(nèi)表面的熱氣流30a非常接近地存在，其中排氣管100已經(jīng)接收到該紊流，因而熱氣流30a與常溫氣體2快速地混合。
因而，在設(shè)有凹槽110G的排氣管100的內(nèi)表面附近熱氣流30a被有效地冷卻，并且絕緣強(qiáng)度被恢復(fù)。與排氣管100的帶凹槽內(nèi)表面附近相比較，在旋轉(zhuǎn)軸E附近的熱氣體仍然容易被保持在高溫下，其中該旋轉(zhuǎn)軸E是排氣管100的中心部分。然而，排氣管100的中心部分的電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于由金屬制成的排氣管100的表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，當(dāng)排氣管100表面附近的熱氣體的溫度被降低并因而恢復(fù)絕緣強(qiáng)度時(shí)，整個(gè)熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度能被顯著地恢復(fù)。
另外，在圖2中看到，隨著流動(dòng)，排氣管100內(nèi)表面附近的熱氣體被逐漸冷卻。這與在如圖14所示的傳統(tǒng)氣流中沿著流程被均勻冷卻的圖像大不相同。這表明，為了獲得有效的冷卻效果，排氣管100內(nèi)表面上所設(shè)置的凹槽110G的數(shù)量(列數(shù))是非常重要的。
1-2-2.凹槽數(shù)量的作用圖4為一個(gè)分析圖表，示出當(dāng)在圖2所示的排氣管100內(nèi)表面上沿著熱氣體流動(dòng)通道所形成的凹槽數(shù)量改變時(shí)熱氣體的溫度關(guān)系。在圖4中，縱坐標(biāo)表示排氣管100內(nèi)表面上的氣體溫度(°K)，而橫坐標(biāo)表示沿氣體流動(dòng)通道的凹槽列數(shù)N。從圖4可以看到，隨著沿?zé)釟怏w流動(dòng)通道凹槽110G的列數(shù)N的增加，排氣管100內(nèi)表面上熱氣體溫度下降。
在此情形下，設(shè)于排氣管100內(nèi)的凹槽110G的列數(shù)N能夠被看作是“熱氣體產(chǎn)生紊流的機(jī)會(huì)的數(shù)值”，用于將高溫的熱氣流與凹槽部110的常溫氣體進(jìn)行混合。從圖4中還可以明白，為了冷卻該熱氣體，設(shè)于排氣管100內(nèi)表面上的凹槽110G的列數(shù)N最好是較大。然而，由于排氣管100的尺寸實(shí)際上是受到限制的，就不可能沒有任何限制地增加凹槽的列數(shù)N。另一方面，從圖4能夠判斷出，當(dāng)形成有至少四列或更多列凹槽時(shí)，能夠獲得有效的熱氣體冷卻效果。
1-2-3.凹槽截面尺寸關(guān)系的作用如上所述，由于排氣管100的尺寸實(shí)際上是受限制的，不僅凹槽的列數(shù)N而且能夠設(shè)置凹槽的范圍實(shí)際上都是受限制的。如圖1B所示，接著，假設(shè)能夠設(shè)置凹槽110G的范圍C是恒定的，則凹槽節(jié)距P與凹槽列數(shù)N之間的關(guān)系如下式P·N＝C就是說，當(dāng)能夠設(shè)置凹槽的范圍C被設(shè)定為恒定時(shí)，存在兩種情形一種情形是，凹槽節(jié)距P減小而凹槽列數(shù)N增加；另一種情形是，凹槽節(jié)距P增大而凹槽列數(shù)N減少。凹槽列數(shù)N可以被認(rèn)為是“用于產(chǎn)生紊流的機(jī)會(huì)的數(shù)值”，用于將熱氣流30a與凹槽110G內(nèi)的常溫氣體2進(jìn)行混合，如上所述。因而，凹槽的列數(shù)N最好是大些。
這里，從上面的關(guān)系式可以明顯看出，當(dāng)能夠設(shè)置凹槽的范圍C被設(shè)定為恒定時(shí)，且當(dāng)凹槽的列數(shù)N增加時(shí)，凹槽節(jié)距P就必須減小。當(dāng)凹槽節(jié)距P相對(duì)于凹槽深度H較小時(shí)，凹槽的橫截面形狀就變得較銳利，如圖5A至5E所示。應(yīng)當(dāng)注意圖5A至5E為示例性視圖，分別示出當(dāng)凹槽節(jié)距P與凹槽深度H之間的關(guān)系被設(shè)定為P＝2H、P＝1H、P＝H/2、P＝H/3、P＝H/4時(shí)的凹槽截面形狀。
參見圖1B，從上述熱氣流的冷卻機(jī)構(gòu)清楚看出，當(dāng)凹槽截面形狀被削尖時(shí)，凹槽內(nèi)部的常溫氣體2不容易與凹槽表面上的熱氣流30a發(fā)生相互作用，因而很難獲得有效的熱氣流冷卻效果。然而，當(dāng)保證凹槽節(jié)距P至少是凹槽深度H的1/4或更大時(shí)，如圖5A至5E所示，則凹槽內(nèi)部的常溫氣體2能被有效地用來(lái)冷卻熱氣流30a。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能夠獲得有效的熱氣流冷卻效果。可以根據(jù)不同的使用條件，選擇凹槽列數(shù)N和凹槽節(jié)距P的最佳值。通常，為了獲得有效的熱氣流冷卻效果，如上所述，有必要將凹槽的列數(shù)N可靠地設(shè)定為4或更大并且將凹槽節(jié)距P設(shè)定為凹槽深度H的1/4或更大。
1-2-4.排氣管端部的凹槽的尺寸關(guān)系的作用此外，如本實(shí)施例，當(dāng)凹槽110G被設(shè)置在排氣管100的內(nèi)表面上時(shí)，就存在一種可能性，即，與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管22相比，排氣管100的端部101的電場(chǎng)強(qiáng)度增大。被暴露到熱氣體中的部分的絕緣強(qiáng)度是由熱氣流30a的溫度確定的，而且如上所述，被暴露到熱氣體中的部分的電場(chǎng)強(qiáng)度處于一個(gè)相等的壓力之下。因而，即使當(dāng)熱氣體的溫度因設(shè)于排氣管100內(nèi)的凹槽110G而下降時(shí)，相反卻存在一種可能性，即，絕緣強(qiáng)度下降，因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度因所設(shè)的凹槽110G而增大。因此，為了提高絕緣強(qiáng)度，在設(shè)有凹槽110G的情形下，不僅熱氣流的冷卻性能而且電場(chǎng)結(jié)構(gòu)都需要充分地考慮。
圖6為一個(gè)分析圖表，示出根據(jù)排氣管端部的凹槽的尺寸關(guān)系，通過對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的變化進(jìn)行電場(chǎng)分析所得到的分析結(jié)果的一個(gè)實(shí)例。在圖6中，橫坐標(biāo)表示從排氣管100的端部101到設(shè)置凹槽110G的范圍C的端部的距離L與排氣管100的內(nèi)徑D的比例L/D(％)，如圖1A所示?？v坐標(biāo)表示在設(shè)有凹槽1106的情形下排氣管100的端部101處的電場(chǎng)強(qiáng)度E與在沒有設(shè)凹槽110G的情形下相同部位的電場(chǎng)強(qiáng)度E0的比例。
從圖6可以看出，當(dāng)凹槽110G被設(shè)置在排氣管100的內(nèi)表面上時(shí)，排氣管100的端部101的電場(chǎng)強(qiáng)度增大了。然而，當(dāng)距離L與圓柱體內(nèi)徑D的比例增大時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的增大被抑制。圖6所示的曲線隨著圓柱體內(nèi)徑D的具體值、與箱體1的位置關(guān)系等而變化。從圖6可以判斷出，當(dāng)L被設(shè)定為D的約5％或者更大時(shí)，因而可以避免排氣管100端部101處的電場(chǎng)強(qiáng)度增大。
1-2-5.作用概述下面將對(duì)上述作用進(jìn)行概括。首先，在排氣管100的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列凹槽110G，凹槽在與熱氣流30a的流向交叉的方向上延伸，設(shè)置凹槽的方式是，凹槽在流向上相互連續(xù)地設(shè)置，而且凹槽節(jié)距P被設(shè)定為凹槽深度H的至少1/4或更大。采用本結(jié)構(gòu)，就能夠有效地冷卻熱氣流。另外，在排氣管100端部101的端部與設(shè)置凹槽110G的范圍C的端部之間的距離L被設(shè)定為排氣管內(nèi)徑D的5％或更大。因而，當(dāng)凹槽被設(shè)置在排氣管100的內(nèi)表面上時(shí)，就有可能抑制排氣管100的端部101的電場(chǎng)強(qiáng)度的增大。因此，當(dāng)使用設(shè)有凹槽110G的排氣管100時(shí)，在斷路操作時(shí)該氣吹式斷路器的絕緣強(qiáng)度能被大大地提高，而不需要任何特殊設(shè)備。
此外，如上所述，為了獲得本實(shí)施例的特殊作用/效果，在將凹槽110G的列分割的分隔壁頂部111上使熱氣流形成紊流是非常重要的。為了更加有效地使該紊流作用于熱氣流，向熱氣流的通道突出的分隔壁頂部111的形狀需要是盡可能的銳利，而不是如圖14和15所示的傳統(tǒng)的平滑的圓形形狀。分隔壁頂部111的形狀也依賴于加工方法。比如，當(dāng)凹槽110G是通過鑄造成形的時(shí)候，通常，就很難在凹槽110G之間形成銳利的頂部。然而，即使在此情形下，凹槽之間的頂部的截面半徑最好被設(shè)定為盡可能的小。具體地講，當(dāng)分隔壁頂部111的截面被形成為具有5mm或者更小的半徑時(shí)，能夠防止熱氣流的冷卻效果被大大地削弱。
1-3.效果

如上所述，根據(jù)該第一實(shí)施例，當(dāng)在排氣管內(nèi)簡(jiǎn)單設(shè)置至少四列或更多列與熱氣流的流向交叉的凹槽時(shí)，在斷路時(shí)所產(chǎn)生的熱氣體能被有效地冷卻，而不需要任何特殊設(shè)備。特別是，在排氣管端部附近的氣體溫度能被大大地降低，而排氣管端部的電場(chǎng)強(qiáng)度比較高，并且存在一種被直接暴露到高溫?zé)釟饬髦械母呖赡苄裕蚨鄳?yīng)部分的絕緣強(qiáng)度能被提高。所述凹槽以這樣的方式設(shè)置，以防止排氣管端部附近的電場(chǎng)強(qiáng)度被升高，并且因而在固定接觸部分內(nèi)的整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度能被有效地提高。因而，能夠提供一種小型的但可靠性高的氣吹式斷路器。
1-4.凹槽形狀的變型應(yīng)當(dāng)注意到，在第一實(shí)施例中，已經(jīng)對(duì)在排氣管100內(nèi)設(shè)置均一地具有等腰三角形橫截面的凹槽110G進(jìn)行了描述，但是凹槽的具體形狀能夠自由地選擇。圖7A、8A和9為橫截面示意圖，示出具有不同形狀的凹槽的實(shí)例，而圖7B和8B是圖7A和8A所示凹槽的頂部的放大圖。
在此，如圖7A所示，凹槽部分710的每一個(gè)凹槽710G的截面形狀是一個(gè)三角形形狀，其兩個(gè)邊具有不同的長(zhǎng)度，如圖7B所示。在此截面形狀中，在分割各列的分隔壁頂部711上位于熱氣流30a下游側(cè)的凹槽710G的內(nèi)表面是一個(gè)垂直面，其具有一個(gè)銳角，而位于上游側(cè)的凹槽710G的內(nèi)表面是一個(gè)斜面，其具有一個(gè)基本上等于圖1A和1B所示角度的角度。強(qiáng)的紊流導(dǎo)致在如圖7B所示的凹槽710G周圍形成許多氣渦，其中產(chǎn)生順時(shí)針方向的氣渦和逆時(shí)針方向的氣渦。由于熱氣流30a接收到因垂直面產(chǎn)生的更大的紊流，該熱氣流30a被更加有效地與常溫氣體2混合，而且溫度下降。如上所述，頂部711的尖端被設(shè)定成其半徑R為5mm或者更小。
另外，圖8A和8B中所示的凹槽810的截面形狀基本上是U形，而凹槽810G的上游側(cè)和下游側(cè)的內(nèi)表面相對(duì)于熱氣流30a而言是垂直面。該凹槽810G總體上被形成為一個(gè)連續(xù)的螺旋形狀，而凹槽810G被以這樣的方式設(shè)置，即相鄰圈(列)之間的距離盡可能的短。此時(shí)，在凹槽810G的下游側(cè)，由熱氣體30a接收到的紊流與圖7A和7B所示實(shí)施例中的相同。然而，與圖7A和7B所示情形相比，當(dāng)凹槽810G的截面積增加時(shí)，則該凹槽內(nèi)的常溫氣體的體積會(huì)進(jìn)一步增大，而且該凹槽形狀能夠大大地提高熱氣流30a的冷卻效果。
此外，圖9所示的凹槽910的截面形狀是一個(gè)平行四邊形，而在熱氣流30a下游側(cè)的凹槽內(nèi)表面進(jìn)一步向上游側(cè)傾斜。因此，上游側(cè)的分隔壁頂部911的角度相對(duì)于熱氣流30a更加銳利，傳遞給熱氣流30a的紊流在相應(yīng)部位進(jìn)一步加大。結(jié)果，凹槽910G內(nèi)的常溫氣體2被有效地與熱氣流30a混合，并且熱氣流30a被有效地冷卻。
應(yīng)當(dāng)注意到，以與第一實(shí)施例中相同的方式，以及在如圖7A至9所示的第二至第四實(shí)施例中，所述凹槽被設(shè)置成在一個(gè)與熱氣流30a的流向交叉的方向上延伸，而且為了有效地冷卻熱氣流，形成至少四列或更多列凹槽，且凹槽節(jié)距P被設(shè)定為凹槽深度H的至少1/4或者更大。
于是，在如圖7A至9所示的各個(gè)實(shí)施例中也能夠類似于第一實(shí)施例的作用/效果。
2.第五實(shí)施例圖10為一個(gè)橫截面示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的氣吹式斷路器的排氣管的端部。在第五實(shí)施例中，在第一實(shí)施例中的排氣管100的凹槽110G的表面上涂覆一層灰色或黑色的彩色層1001，該層具有較大的輻射吸收性能。具體的著色方法的實(shí)例包括通過噴涂或類似方法進(jìn)行物理涂覆，以及當(dāng)排氣管100是由鐵制成時(shí)可以進(jìn)行各種化學(xué)表面處理包括磷酸酯膜處理。應(yīng)當(dāng)注意到，其它結(jié)構(gòu)與第一至第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。比如，在排氣管100的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列凹槽110G，凹槽在與熱氣流30a的流向交叉的方向上延伸，而且凹槽節(jié)距P被設(shè)定為凹槽深度H的至少1/4或者更大。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的第五實(shí)施例，由于給凹槽110G的表面涂覆了灰色或者黑色彩色層1001，從熱氣流30a輻射出的熱量被吸收，因而熱氣流30a的能量損失增加。因此，除了具有類似于前述實(shí)施例的作用之外，還可獲得能夠顯著冷卻熱氣流30a的作用。下面將對(duì)該作用進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先，當(dāng)由如圖10所示實(shí)施例的氣吹式斷路器中斷較大電流時(shí)，所生成的熱氣流達(dá)到一個(gè)約幾千開爾文(K)的很高溫度。在此情形下，熱量也以輻射的形式從熱氣體中釋放。在如圖13所示的傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管22中，已經(jīng)到達(dá)排氣管內(nèi)壁表面的輻射能量大量被壁面反射，而再次返回到熱氣流中。因而，熱氣流通過輻射的能量損失很少。
在本實(shí)施例中，排氣管100的特征在于，凹槽被設(shè)置在內(nèi)表面上。然而，已經(jīng)發(fā)射到凹槽部上的輻射能被部分地吸收，而其余的熱能被凹槽的相應(yīng)部位反復(fù)地反射，并且最后容易被凹槽的內(nèi)部吸收。與傳統(tǒng)排氣管相比，此外由于設(shè)置了凹槽，該排氣管的內(nèi)表面的表面積增加了。因而，與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管相比，在本實(shí)施例的排氣管中，輻射能的吸收效率從本質(zhì)上提高了。另外，在本實(shí)施例中，由于排氣管100的內(nèi)表面被著色有灰色或黑色的彩色層1001，輻射能的吸收效率能被進(jìn)一步顯著地提高。因而，由熱氣流的輻射導(dǎo)致的能量損失增加，而且熱氣流被更顯著地冷卻。
因此，根據(jù)第五實(shí)施例，除了具有前述實(shí)施例的效果，還能夠獲得一種效果，即固定接觸部分中的整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度能被更有效地提高，因?yàn)榘疾?10G表面上所設(shè)的彩色層1001增加了因熱氣流的輻射所導(dǎo)致的能量損失，并且熱氣流能被更加顯著地冷卻。
3.第六實(shí)施例圖11為一個(gè)橫截面示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的氣吹式斷路器的排氣管的端部。在第六實(shí)施例中，取代第一至第五實(shí)施例的排氣管100，以這樣的方式設(shè)置一個(gè)端部敞開型的內(nèi)圓柱體1101，和一個(gè)外圓柱體1102，即，該外圓柱體1102以預(yù)定的間距在一個(gè)端部附近將內(nèi)圓柱體1101的端部和內(nèi)圓柱體1101的外表面覆蓋。
這些內(nèi)圓柱體1101和外圓柱體1102被以這樣的方式構(gòu)成，即，熱氣流30a首先流過內(nèi)圓柱體1101內(nèi)部的一個(gè)內(nèi)通道，然后流過內(nèi)圓柱體1101與外圓柱體1102之間的一個(gè)外通道。在外圓柱體1102的覆蓋內(nèi)圓柱體1101端部的部位設(shè)有一個(gè)導(dǎo)流件1103，其覆蓋方式使得熱氣流30a能夠平穩(wěn)地排放到外通道的外部。而且，在內(nèi)圓柱體1101和外圓柱體1102的形成了所述內(nèi)外通道的通道壁面上，以與第一實(shí)施例相同的方式，設(shè)有至少四列或更多列凹槽110G，所述凹槽在一個(gè)與熱氣流30a的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸。應(yīng)當(dāng)注意到，其它結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。比如，凹槽節(jié)距P被設(shè)定為凹槽深度H的至少1/4或者更大。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的第六實(shí)施例，發(fā)生介質(zhì)擊穿最危險(xiǎn)的部位是外排氣管1102的頂端1104。因而，能夠加長(zhǎng)一個(gè)有效的熱氣體通道，而且凹槽的列數(shù)N能夠大大地增加。因此，除了具有類似于第一實(shí)施例的作用之外，還可獲得能夠更加顯著和均勻地冷卻整個(gè)熱氣流的作用。此外，由于熱氣體本身的體積減小，排氣管內(nèi)部的壓力升高就能被抑制，就可獲得能夠平穩(wěn)地排放熱氣體的作用。下面將對(duì)該作用進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先，設(shè)置在熱氣體通道內(nèi)的凹槽的列數(shù)N能被認(rèn)為是用于造成紊流的機(jī)會(huì)的數(shù)值，而該紊流用于使該熱氣流與凹槽部的常溫氣體混合，如上所述。因而，凹槽的列數(shù)N最好是盡可能的大。根據(jù)本實(shí)施例，排氣管包括兩個(gè)圓柱體，一個(gè)內(nèi)圓柱體1101和一個(gè)外圓柱體1102，并因而能夠加長(zhǎng)每個(gè)排氣管體積的有效熱氣體通道。因此，凹槽的列數(shù)N也能被大大地增大。
此外，在凹槽被設(shè)置在只包括如圖1所示的單一圓柱體的排氣管100的內(nèi)表面上的情形下，如上所述，熱氣流在排氣管100的設(shè)有凹槽110G的內(nèi)表面附近被冷卻。這也有一種趨勢(shì)，即高溫?zé)釟怏w仍然滯留于排氣管100的軸線附近，這是熱氣流的中心部分。另一方面，根據(jù)本實(shí)施例，通過在內(nèi)圓柱體1101與外圓柱體1102之間的一個(gè)狹小通道內(nèi)，在內(nèi)圓柱體1101的外表面和外圓柱體1102的內(nèi)表面的相對(duì)側(cè)面上設(shè)置凹槽，就能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻功能。因而，與第一實(shí)施例的單一排氣管100相比，整個(gè)熱氣流能被更均勻地冷卻。
另外，在熱氣體的噴射方向上存在一特定結(jié)構(gòu)的情況下，有時(shí)需要覆蓋住一個(gè)端部，該端部是具有一個(gè)特定蓋子的排氣管的一個(gè)氣流噴射部，從而在一種傳統(tǒng)的氣吹式斷路器中噴射方向被改變。然而，在此傳統(tǒng)情形下，與傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單圓柱形排氣管相比，熱氣流容易被阻塞在設(shè)有邊緣/凹槽的排氣管中，并且很難將氣流平穩(wěn)地排放到箱體的自由空間內(nèi)。結(jié)果，就存在一個(gè)問題，即熱氣體在電弧接觸部分停滯，在相應(yīng)部位容易發(fā)生介質(zhì)擊穿，在此傳統(tǒng)的情形下，電弧不容易消失。
另一方面，根據(jù)本實(shí)施例，即使內(nèi)圓柱體1101被外圓柱體1102覆蓋，熱氣流能被凹槽110G更有效地冷卻。這是因?yàn)闊釟怏w本身的體積縮小，能夠抑制排氣管內(nèi)過度的壓力升高，能夠平穩(wěn)地排出熱氣體。
因此，根據(jù)第六實(shí)施例，除了具有前述實(shí)施例的效果之外，還能夠獲得一種效果，即固定接觸部分中的整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度能被更有效地提高，因?yàn)閮蓚€(gè)圓柱體構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)的內(nèi)和外熱氣體通道，一個(gè)有效的熱氣體通道被加長(zhǎng)，整個(gè)熱氣流能被更有效和均勻地冷卻，而且能夠平穩(wěn)地排出熱氣體。
4.第七實(shí)施例圖12A為一個(gè)橫截面結(jié)構(gòu)圖，示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的氣吹式斷路器。在第七實(shí)施例中，除了在一個(gè)固定接觸部分20一側(cè)設(shè)置一個(gè)帶凹槽的排氣管100之外，在一個(gè)可動(dòng)接觸部分10一側(cè)在一個(gè)中空桿1200上也設(shè)置了凹槽1210。凹槽1210具有類似于第一實(shí)施例的排氣管100上所設(shè)凹槽110G的形狀和結(jié)構(gòu)。就是說，在中空桿1200的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列凹槽1210，所述凹槽在一個(gè)與熱氣流30b的流向交叉的方向上延伸，而且凹槽節(jié)距P被設(shè)定為凹槽深度H的至少1/4或者更大。
另外，可動(dòng)側(cè)的熱氣流30b，其穿過一個(gè)可動(dòng)電弧觸頭11和所述中空桿1200，并流過設(shè)置于一個(gè)活塞12和類似件上的幾個(gè)可動(dòng)側(cè)的排氣孔17從排氣孔端部18而排放到箱體1內(nèi)的空間內(nèi)。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的第七實(shí)施例，除了具有類似于第一實(shí)施例的效果之外，還能夠獲得下面的效果。就是說，借助于與第一實(shí)施例中在固定側(cè)流入排氣管100的熱氣流30a的機(jī)構(gòu)相同的機(jī)構(gòu)，在可動(dòng)側(cè)流入中空桿1200內(nèi)部的熱氣流30b被凹槽1210有效地冷卻。因此，環(huán)繞所述排氣孔端部18的可動(dòng)側(cè)排氣孔17的熱氣體的絕緣性能也被在可動(dòng)接觸部分10一側(cè)恢復(fù)，在相應(yīng)部分與箱體1之間的絕緣強(qiáng)度能被顯著地提高。
根據(jù)第七實(shí)施例，除了具有第一實(shí)施例的效果之外，還能夠獲得一種效果，即可動(dòng)接觸部分中的絕緣強(qiáng)度也能被有效地提高，而且能夠提供一種小型的但可靠性高的氣吹式斷路器。應(yīng)當(dāng)注意到，固定接觸部分一側(cè)的絕緣強(qiáng)度被充分地保證，作為第七實(shí)施例的一種變型，所述凹槽可以僅設(shè)置在可動(dòng)接觸部分的中空桿1200上，而在固定接觸部分的排氣管100上不設(shè)置任何凹槽。
5.其它實(shí)施例應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變型。比如，可以對(duì)上述變型進(jìn)行合適的組合。
特別是，如上所述，在本發(fā)明中，設(shè)置于排氣管內(nèi)或者中空桿內(nèi)的凹槽的具體形狀等可以自由選擇，可以采用除了上述實(shí)施例中所述形狀之外的各種形狀。還可以組合并設(shè)置具有不同形狀的凹槽。就是說，在本發(fā)明中，設(shè)置于排氣管內(nèi)或中空桿內(nèi)的凹槽的具體尺寸/形狀可以自由選擇，只要每一列凹槽在一個(gè)與熱氣體的流向交叉的方向上延伸即可，并且在熱氣體的流向上相互連續(xù)地設(shè)置至少四列或更多列凹槽。在任何情形下，都能夠獲得類似于上述每一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)良作用/效果。
此外，在上述實(shí)施例中，已經(jīng)對(duì)其中一個(gè)接觸部分被固定而另一個(gè)接觸部分被驅(qū)動(dòng)的形式作為一個(gè)實(shí)例進(jìn)行了描述，但是，本發(fā)明同樣適用于這樣一種類型的氣吹式斷路器，即位于相對(duì)側(cè)上的接觸部分被同時(shí)且相對(duì)地驅(qū)動(dòng)，同樣能夠獲得優(yōu)良的作用/效果。
權(quán)利要求
1.一種氣吹式斷路器，包括密封容器(1)，其充裝有一種滅弧氣體(2)，在該容器內(nèi)，一個(gè)第一接觸部分(10)被設(shè)置成朝向一個(gè)第二接觸部分(20)，其中所述第一接觸部分(10)和第二接觸部分(20)分別包括第一電弧觸頭(11)和第二電弧觸頭(21)，在使用操作期間，所述觸頭(11，21)形成一種接觸傳導(dǎo)狀態(tài)，并且在電流中斷操作時(shí)通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)而被斷開，從而在所述觸頭(11，21)之間的空間內(nèi)產(chǎn)生電弧(3)，所述第一接觸部分(10)包括氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(12，13)，用于將所述滅弧氣體吹向所述電??；以及在所述第一接觸部分(10)和第二接觸部分(20)中的至少一個(gè)上設(shè)有一個(gè)熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)，用于沿著遠(yuǎn)離所述觸頭(11，21)的方向傳送由所述氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(12，13)把滅弧氣體(2)吹向電弧(3)而產(chǎn)生的熱氣體(30a)；其特征在于所述熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)包括管件(100)，在該管件(100)的內(nèi)表面上設(shè)有至少四列或更多列凹槽(110G)，所述凹槽的每一列在一個(gè)與熱氣體的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸，而且，所述凹槽在熱氣流(30a)的流動(dòng)方向上相互連續(xù)地設(shè)置。
2.按照權(quán)利要求1所述的氣吹式斷路器，其特征在于設(shè)置于所述第二接觸部分上的排氣管(100)被同軸地固定到所述接地容器(1)上，在一個(gè)排出部附近在所述排氣管(100)的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列的凹槽(110G)，所述凹槽具有相等節(jié)距和高度。
3.按照權(quán)利要求2所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述排氣管包括一個(gè)端部敞開型的內(nèi)管(1101)和一個(gè)外管(1102)，該外管以這樣的方式設(shè)置，在一個(gè)端部附近將所述內(nèi)管(1101)的端部和所述內(nèi)管(1101)的外圓周面覆蓋，所述排氣管以這樣的方式構(gòu)成，所述熱氣流(30a)流過一個(gè)形成于內(nèi)管(1101)內(nèi)部的內(nèi)通道，和流過一個(gè)形成于內(nèi)管(1101)與外管(1102)之間的外通道；在形成所述內(nèi)通道和外通道的內(nèi)管(1101)和外管(1102)的每一個(gè)通道壁面上設(shè)置至少四列或更多列所述凹槽(110G)。
4.按照權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述排氣管(100)以這樣的方式構(gòu)成，即在一個(gè)設(shè)有凹槽(110G)的范圍(C)與所述排氣管(100)的端部之間的一個(gè)最短距離(L)至少是該排氣管的端部的內(nèi)徑(D)的5％或者更大。
5.按照權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述第一接觸部分(10)的熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)是一個(gè)中空桿(1200)，在該中空桿(1200)的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列所述凹槽(110G)。
6.按照權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的氣吹式斷路器，其特征在于一個(gè)用于分割所述凹槽(110G)的列的分隔壁頂部(111)的截面具有5mm或更小的半徑。
7.按照權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述凹槽(110G)的凹槽節(jié)距(P)是凹槽深度(H)的1/4或更大。
8.按照權(quán)利要求7所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述多個(gè)凹槽(110G)以這樣的方式形成，即具有基本上與所述排氣管(100)的內(nèi)表面相同的截面形狀。
9.按照權(quán)利要求7所述的氣吹式斷路器，其特征在于形成于相鄰凹槽(110G)之間的一個(gè)分隔壁頂部(111)具有這樣一種銳利的形狀，使所述熱氣流(30a)在流過該分隔壁頂部之前形成紊流。
10.按照權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述凹槽(110G)的表面的至少一部分是灰色或黑色的。
11.按照權(quán)利要求1所述的氣吹式斷路器，其特征在于還包括一個(gè)絕緣噴嘴(15)，其環(huán)繞所述第一和第二接觸部分(10，20)，而且，由所述氣流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)(12，13)產(chǎn)生的滅弧氣體(2)的氣流被從該噴嘴導(dǎo)入所述熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)(100，1200)。
12.按照權(quán)利要求1所述的氣吹式斷路器，其特征在于所述熱氣體傳輸機(jī)構(gòu)(100，1200)包括一個(gè)電場(chǎng)減弱部分(101)，其設(shè)置在所述管件(100)的出口側(cè)的一個(gè)端部上，所導(dǎo)入的熱氣流(30a)流經(jīng)該電場(chǎng)減弱部分。
全文摘要
在一個(gè)排氣管(100)的內(nèi)表面上設(shè)置至少四列或更多列凹槽(110G)，所述凹槽在一個(gè)與熱氣流(30a)的流動(dòng)方向交叉的方向上延伸并且在該流動(dòng)方向上相互連續(xù)地設(shè)置，為了有效地冷卻該熱氣流并有效地提高整個(gè)熱氣體傳輸系統(tǒng)的絕緣強(qiáng)度，除了考慮用于傳輸熱氣體使之環(huán)繞該排氣管或者一個(gè)中空桿流過的熱氣體的溫度和密度之外，還考慮了電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。凹槽以這樣的方式形成，即凹槽節(jié)距(P)是凹槽深度(H)的1/4或更大。假設(shè)在熱氣流的流動(dòng)方向上能夠設(shè)置凹槽(110G)的范圍是(C)，則在凹槽的范圍(C)與排氣管(100)的端部(101)之間的距離(L)被設(shè)定為排氣管(100)的內(nèi)徑(D)的 5％或更大。一個(gè)用于分割凹槽(110G)的列的分隔壁頂部(111)的截面形狀形成為盡可能的銳利，具體是該形狀的半徑設(shè)定為5mm或更小。
文檔編號(hào)H01H33/88GK1661746SQ200510052179
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者內(nèi)井敏之, 加藤紀(jì)光, 河野廣道 申請(qǐng)人:Tmt&D株式會(huì)社