本發(fā)明涉及一種斷路器及其滅弧室、噴口。

背景技術(shù)：

目前，66 kV電壓等級的電網(wǎng)在我國僅分布在東北地區(qū)，而應(yīng)用于該電壓等級的72.5 kV開關(guān)設(shè)備在國內(nèi)的年需求量不像其他電壓等級產(chǎn)品用量巨大，因此多數(shù)開關(guān)廠家不太愿意投入大量資源去研制該電壓等級的產(chǎn)品，通常將126 kV電壓等級的開關(guān)設(shè)備應(yīng)用于72.5 kV。對于制造廠來說只是降低了產(chǎn)品的研發(fā)投入和管理成本，但長遠(yuǎn)來說對材料的消耗，對環(huán)境的污染等無疑都是得不償失的。

高壓開關(guān)設(shè)備中最關(guān)鍵的元件斷路器目前主要有六氟化硫斷路器和真空斷路器兩種，而72.5kV真空斷路器目前在開斷大電流和小電流過程中的絕緣強度，以及額定通流時的溫升問題由于技術(shù)不夠成熟還有待改善，因此國內(nèi)外廠家大多以SF6斷路器投標(biāo)。國內(nèi)外同類產(chǎn)品中，SF6額定充氣壓力大多在0.5MPa以上，氣體的液化壓力較高，不利于在東北低溫環(huán)境使用；同時溫室效應(yīng)SF6氣體使用量大，環(huán)境友好性差，氣體使用成本偏高；產(chǎn)品運動部分在高壓力的滅弧室環(huán)境中，啟動瞬時阻尼增大，需要的操作功增加，增大了結(jié)構(gòu)件強度設(shè)計及可靠性設(shè)計的負(fù)擔(dān)，無形中增加了材料使用成本，也增大了能源消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種提高分閘過程中滅弧氣吹強度的噴口，同時還提供了一種使用該噴口的滅弧室及使用該滅弧室的斷路器。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明中噴口的技術(shù)方案如下：

噴口，包括管套狀的噴口本體，噴口本體的兩端口分別為供滅弧氣體進入的進氣口和供滅弧氣體噴出的出氣口，噴口本體內(nèi)設(shè)有比進氣口和出氣口窄的喉部，喉部的內(nèi)壁為凸設(shè)在噴口本體的內(nèi)壁上的環(huán)形的縮頸臺階，縮頸臺階上開設(shè)有橋式的氣流孔，氣流孔的進端孔口處于縮頸臺階的朝向進氣口的環(huán)端面上，氣流孔的出端孔口處于縮頸臺階的內(nèi)壁面上，氣流孔連通在喉部和進氣口之間。

氣流孔的部分或全部為自喉部向進氣口逐漸向噴口本體外傾斜的斜孔。

斜孔的中軸線與噴口本體的軸線之間的夾角為30°。

本發(fā)明中滅弧室的技術(shù)方案如下：

滅弧室，包括瓷套及其內(nèi)同軸相對設(shè)置的動、靜觸頭，動觸頭上裝配有用于向靜觸頭噴出滅弧氣體的噴口，噴口包括管套狀的噴口本體，噴口本體的兩端口分別為供滅弧氣體進入的進氣口和供滅弧氣體噴出的出氣口，噴口本體內(nèi)設(shè)有比進氣口和出氣口窄的喉部，喉部的內(nèi)壁為凸設(shè)在噴口本體的內(nèi)壁上的環(huán)形的縮頸臺階，縮頸臺階上開設(shè)有橋式的氣流孔，氣流孔的進端孔口處于縮頸臺階的朝向進氣口的環(huán)端面上，氣流孔的出端孔口處于縮頸臺階的內(nèi)壁面上，氣流孔連通在喉部和進氣口之間。

氣流孔的部分或全部為自喉部向進氣口逐漸向噴口本體外傾斜的斜孔。

瓷套的內(nèi)腔形狀為腹部的內(nèi)徑比兩端的內(nèi)徑大的鼓形。

靜觸頭包括同軸固定在瓷套內(nèi)的靜端支座，定義靜端支座朝向動觸頭的一端為內(nèi)端、背向動觸頭的一端為外端，靜端支座的外端上開設(shè)有貫通內(nèi)外的介質(zhì)交換窗口，靜端支座的內(nèi)端固定有導(dǎo)電端從靜端支座伸出的靜弧觸頭，靜弧觸頭的導(dǎo)電端的端面到介質(zhì)交換窗口的距離不小于585mm。

動觸頭包括連接在噴口的進氣端上的壓氣活塞，壓氣活塞上連接有空心的拉桿，拉桿遠(yuǎn)離噴口的部位裝配有同軸布置的導(dǎo)流錐，導(dǎo)流錐的尖端朝向噴口，并在拉桿上開設(shè)有處于導(dǎo)流錐朝向噴口的一側(cè)的排氣窗口。

瓷套上于靜觸頭遠(yuǎn)離動觸頭的一端裝配有散熱帽。

本發(fā)明中斷路器的技術(shù)方案如下：

斷路器，包括滅弧室及其輸入端傳動連接的操動機構(gòu)，滅弧室包括瓷套及其內(nèi)同軸相對設(shè)置的動、靜觸頭，動觸頭上裝配有用于向靜觸頭噴出滅弧氣體的噴口，噴口包括管套狀的噴口本體，噴口本體的兩端口分別為供滅弧氣體進入的進氣口和供滅弧氣體噴出的出氣口，噴口本體內(nèi)設(shè)有比進氣口和出氣口窄的喉部，喉部的內(nèi)壁為凸設(shè)在噴口本體的內(nèi)壁上的環(huán)形的縮頸臺階，縮頸臺階上開設(shè)有橋式的氣流孔，氣流孔的進端孔口處于縮頸臺階的朝向進氣口的環(huán)端面上，氣流孔的出端孔口處于縮頸臺階的內(nèi)壁面上，氣流孔連通在喉部和進氣口之間。

本發(fā)明中氣流孔在縮頸臺階上起到增強喉部通流性能的作用，在靜弧觸頭從喉部脫離的瞬間，噴口的進口中的滅弧氣體可通過該氣流孔作用在靜弧觸頭的端部，以增強喉部和靜弧觸頭脫離瞬間的氣吹強度，對動、靜觸頭之間的電弧進行強烈吹拂，增強滅弧效果。同時，在動、靜觸頭之間形成低壓區(qū)后，噴口的進口端的滅弧氣體可通過喉部和氣流孔一起快速補充到該低壓區(qū)域中，在動、靜觸頭間形成絕緣環(huán)境，承受電弧電壓，保證成功開斷。

進一步的，瓷套的內(nèi)腔形狀為腹部的內(nèi)徑比兩端的內(nèi)徑大的鼓形，這樣就使得在動、靜觸頭之間的滅弧氣流在滅弧后，可先在瓷套的腹部開闊區(qū)域中膨脹散熱，而后在瓷套的兩端循環(huán)，從而加速了滅弧氣流的冷卻速度，并對滅弧后的滅弧氣流起到減速和穩(wěn)定壓力的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的斷路器的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中滅弧室的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中動、靜觸頭間氣流通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖2中散熱帽的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖2中靜觸指的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖5中靜觸指的單瓣觸指的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖2中表帶觸指的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明中斷路器的實施例：如圖1至圖7所示，該斷路器是一種適用于低溫環(huán)境的充氣壓力低、開斷容量大、通流能力強的72.5kV六氟化硫斷路器，其型號為LW35-72.5（H）/4000-40，且該斷路器為三相分立、相間聯(lián)動的柱式六氟化硫斷路器。三個極柱16由兩個180mm高槽鋼組成的橫梁17進行支撐，橫梁17下方連接有處于中間位置的機構(gòu)箱19，機構(gòu)箱19內(nèi)部為向極柱提供動能的彈簧操動機構(gòu)；橫梁17的下方還連接有對稱布置在機構(gòu)箱19兩側(cè)的支腿18，支腿18由角鋼、鋼板焊接成單元支腿。

三個極柱16中均設(shè)置有滅弧室，滅弧室主要由瓷套15及其內(nèi)同軸相對裝配的動觸頭、靜觸頭組成。為了滿足東北低溫環(huán)境下滅弧室中SF₆充氣壓力低于液化壓力，以保證滅弧室的正常電氣性能，設(shè)計72.5kV SF₆斷路器的最低功能充氣壓力為0.33MPa，滅弧室斷口的開距為95mm±2mm，計算結(jié)果最大場強為13.475kV/mm，小于斷路器最低功能充氣壓力條件下的臨界擊穿場強。

瓷套15采用中間粗兩端稍細(xì)的鼓形瓷套設(shè)計，以使瓷套15的內(nèi)腔形狀為腹部的內(nèi)徑比兩端的內(nèi)徑大的鼓形，這種瓷套的兩小徑端與常規(guī)72.5kV六氟化硫斷路器滅弧室的瓷套端口尺寸一致，中部斷口區(qū)域的徑向尺寸稍大，且瓷套的小徑段和大徑段之間通過從瓷套腹部向端部逐漸縮小的錐套過渡連接，錐套的縱截面呈等腰梯形，即滅弧室瓷套兩端口與中部梯形過渡，這種鼓形瓷套設(shè)計，在動、靜支座窗口氣流出口處形成擴張區(qū)域，有利于從噴口和活塞拉桿8吹出的氣流快速冷卻、減速并穩(wěn)定，以恢復(fù)其絕緣性能。

動觸頭主要由運動模塊和固定模塊兩部分組成。固定模塊主要由動端支座9、表帶觸指6和壓氣缸體7組成，動端支座9的外端通過法蘭連接固定在瓷套15的底端上，并在動端支座9上開設(shè)有沿周向間隔均布的動端交換窗口21，動端交換窗口21貫穿動端支座9的內(nèi)外腔室，而動端支座9的內(nèi)端連接在壓氣缸體7的底端上，壓氣缸體7的頂部開設(shè)有處于內(nèi)壁上的環(huán)形凹槽，表帶觸指6嵌裝在該環(huán)形凹槽中，表帶觸指6由銅接觸片61復(fù)合在不銹鋼彈片62上形成，與常規(guī)帶狀觸指相比，該表帶觸指6同樣從結(jié)構(gòu)上設(shè)計實現(xiàn)了單片重疊區(qū)域的兩點接觸，提高了通流能力，從而降低同等通流條件下的發(fā)熱。

運動模塊主要由噴口14、導(dǎo)氣筒13、動弧觸頭12、膨脹氣缸11、活塞拉桿8、導(dǎo)流錐10組成，其中膨脹氣缸11沿軸向?qū)蛞苿友b配在壓氣缸體7內(nèi)，膨脹氣缸11的外周面與表帶觸指6的內(nèi)壁面導(dǎo)電接觸，以使固定模塊與運動模塊通過表帶觸指6實現(xiàn)電氣連接；膨脹氣缸11內(nèi)同軸固定有噴口14、導(dǎo)氣筒13和動弧觸頭12，噴口14套裝在導(dǎo)氣筒13的外周上，導(dǎo)氣筒13套裝在動弧觸頭12的外周上，且動弧觸頭12的下方設(shè)有固定在膨脹氣缸11上的活塞拉桿8，活塞拉桿8的下端從瓷套15的底部伸出。

噴口14主要由管套狀的噴口本體組成，噴口本體的下端口為進氣口、上端口為出氣口，并在噴口本體內(nèi)設(shè)有比進氣口和出氣口窄的喉部，喉部的內(nèi)壁為凸設(shè)在噴口本體的內(nèi)壁上的環(huán)形的縮頸臺階，縮頸臺階上開設(shè)有圓周均布6×φ5的橋式的氣流孔22，氣流孔22的進端孔口處于縮頸臺階的朝向進氣口的環(huán)端面上，氣流孔22的出端孔口處于縮頸臺階的內(nèi)壁面上，氣流孔22連通在喉部和進氣口之間，氣流孔22為自喉部向進氣口逐漸向噴口本體外傾斜的斜孔，斜孔的中軸線與噴口本體的軸線之間的夾角為30°。斷路器分閘時，在靜弧觸頭3未出噴口14的喉部之前，借助堵塞效應(yīng)，利用電弧燃燒產(chǎn)生的能量充分加熱膨脹氣缸11內(nèi)的SF₆氣體，使得膨脹氣缸11內(nèi)氣壓升高；在靜弧觸頭3退出噴口14的喉部瞬間，氣流從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，并沿噴口14的喉部噴嘴和斜孔形成的氣流通道吹出集聚氣流，對動觸頭和靜觸頭間的電弧進行強烈吹拂。電弧熄滅后，觸頭間形成低壓區(qū)，新的SF₆氣體多通道快速補充，組建觸頭間的絕緣環(huán)境，承受電弧電壓，保證成功開斷。

活塞拉桿8的底部開設(shè)有處于靠近動端交換窗口21的排氣窗口23，排氣窗口23和動端交換窗口21在活塞拉桿8的軸向垂直相錯，并在活塞拉桿8內(nèi)固定有處于排氣窗口23的底部的聚四氟材質(zhì)的導(dǎo)流錐10，導(dǎo)流錐10與活塞拉桿8同軸、且尖端朝上，從而使分閘時從活塞拉桿8返出的氣流在導(dǎo)流錐10的引導(dǎo)下，順利沿動端支座9冷卻后從排氣窗口23排出并發(fā)散開，逐漸穩(wěn)定并恢復(fù)其絕緣強度。綜合燃弧時間內(nèi)堵塞噴口集聚的能量及斷口動態(tài)開斷過程中建立的絕緣介質(zhì)恢復(fù)強度，設(shè)計從斷路器動、靜觸頭剛分時刻至分后10ms內(nèi)的平均分閘速度為（5±0.5）m/s。

靜觸頭主要由靜端支座2、靜弧觸頭3、靜觸指座4和靜觸指5組成。靜端支座2的外端法蘭連接在瓷套15的頂部。靜觸指座4固定在靜端支座2的內(nèi)端，靜弧觸頭3和靜觸指5均固定在靜觸指座4上，靜觸指5處于靜觸指座4的外周上，靜弧觸頭3處于靜觸指座4的中心部位。靜弧觸頭3的接電端從靜觸指座4的底部伸出，伸出部分用于與動弧觸頭12導(dǎo)電連接，靜弧觸頭3的底端面為導(dǎo)電端面。靜端支座2上開設(shè)有處于頂部的靜端交換窗口20，靜端交換窗口20貫穿靜端支座內(nèi)外腔室，靜端交換窗口20到導(dǎo)電端面的距離為585mm。通過增加熱氣流流出靜端支座2末端的靜端交換窗口20的冷卻距離，促使斷路器滅弧室斷口處的電離物質(zhì)在流向靜端支座2外低氣壓區(qū)過程中充分恢復(fù)。同時降低經(jīng)靜端支座2頂部反射氣流的強度，保證斷路器滅弧室斷口快速循環(huán)入新的SF₆氣體，從而得到足夠的介電恢復(fù)介質(zhì)，確保斷路器在重合閘等短時連續(xù)操作條件下的電氣壽命。熱氣流冷卻距離延長也有助于降低其對瓷套15內(nèi)壁的燒蝕，提高瓷套15內(nèi)壁沿面絕緣的可靠性。

靜觸指5由若干節(jié)單瓣觸指51串聯(lián)而成，各單瓣觸指51的內(nèi)壁面上具有與運動模塊導(dǎo)電接觸的接觸面，該接觸面上開設(shè)有菱形的變形槽52，以通過機加工成形使得變形槽52兩側(cè)發(fā)生變形，實現(xiàn)單瓣觸指51與運動模塊的兩條接觸線接觸。靜觸指5與動觸頭的接觸方式為圓周接觸，雖然為了提高動、靜觸指的同軸接觸，靜觸指5通常為圓柱切瓣設(shè)計，但為了提高生產(chǎn)效率并降低成本，常規(guī)瓣狀靜觸指加工時往往通過模具單個鍛造成形，靜觸指與動觸頭的電接觸為與動觸頭相切的接觸線接觸。因此動、靜觸頭接觸電阻較大，造成電阻發(fā)熱增加，無形中惡化了開關(guān)設(shè)備的工作環(huán)境。本實施例在靜觸指基礎(chǔ)區(qū)域加工出菱形切槽，使得切口區(qū)域附近材料在刀具切入力量的作用下，向兩側(cè)變形，盡可能改變觸指平面形狀，使得動觸頭在與單瓣靜觸指51重疊區(qū)域內(nèi)得到至少兩條線接觸，從而減小動、靜觸頭接觸電阻，降低同等通流條件下的發(fā)熱。

瓷套15的頂部裝配有法蘭連接在靜端支座2上方的散熱帽1，散熱帽1包括法蘭連接在靜端支座2上端的圓形的底板26及其上沿徑向放射狀分布的散熱柵板25，各散熱柵板25在底板26上形成了散熱翅片。為了提高產(chǎn)品額定電流4000A下的通流能力，提高長期工作條件下的熱量散發(fā)，該散熱帽1由多板焊接圓周發(fā)射狀布置，散熱面積大，保證通流時產(chǎn)生的熱量及時從散熱柵板傳導(dǎo)、輻射到周圍空氣中。

本實施例中斷路器進行設(shè)計時，首先必具備靜態(tài)電場下的絕緣性能，從滅弧室斷口的最大場強分析可知，最大場強出現(xiàn)在動、靜觸頭的端部，為13.475kV/mm，滿足充氣壓力0.33MPa下的許用場強。斷路器的開斷能力主要受開斷瞬間噴口的氣吹建立起來的有效介質(zhì)恢復(fù)強度，噴口喉部的底端附近設(shè)計有指向靜弧觸頭的傾斜聚集形氣流通道，增強噴口喉部和靜弧觸頭脫離瞬間的氣吹強度。

在上述實施例中，氣流孔是斜孔，在其他實施例中，氣流孔也可以是直角或弧形走向的孔。

在上述實施例中，靜觸指上開設(shè)的變形槽是菱形槽，在其他實施例中，該菱形槽也可以用方形、橢圓形或梭形的凹槽替換。

本發(fā)明的滅弧室的實施例：本實施例中滅弧室的結(jié)構(gòu)與上述實施例中滅弧室的結(jié)構(gòu)相同，因此不再贅述。

本發(fā)明的噴口的實施例：本實施例中噴口的結(jié)構(gòu)與上述實施例中噴口的結(jié)構(gòu)相同，因此不再贅述。