CN102005328B - 一种气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧方法。在分断电弧过程中，引弧触头(10)、动触头(2)间产生电弧，电弧在流经动触头(2)的电流产生的电动力驱动下，电弧弧根转移到金属支架(7)内表面，电弧电流流经线圈绕组(8)与动触头(2)构成导电回路，线圈绕组(8)在金属支架(7)内腔形成旋弧磁场驱动电弧沿金属支架(7)内表面快速旋转，避免因弧根温度过高而大量喷射带电粒子，使电弧冷却，带电粒子扩散和复合消游离能力增强，电极周围介电强度迅速恢复，在电流过零时电弧熄灭。引弧触头(10)与线圈绕组(8)的金属抱箍(6)通过安装块(3)的固定是绝缘的。按本发明配备的灭弧装置成本低，可广泛应用于气体绝缘负荷开关或要求的分断中。

Description

一种气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧装置

技术领域

本发明涉及开关设备技术领域，尤其在气体绝缘介质中的灭弧技术。

背景技术

气体绝缘负荷开关的典型应用为中压六氟化硫气体绝缘负荷开关柜，利用六氟化硫气体优异的绝缘和灭弧能力，满足关合短路电流和分断负荷电流的功能，具有结构简单、体积小、成本低、安全性高、免维护的特点，已大量推广使用。气体绝缘负荷开关的灭弧方式多样，典型的有金属去离子栅式、旋弧式、压气式。

金属去离子栅灭弧方式设计结构简单，成本低，但在开断大的电弧电流时，由于设计空间尺寸的限制，使栅片冷却电弧能力有限，造成灭弧能力的局限性，而且飞弧距离不易控制，容易引起对地和相间短路；压气式灭弧方式熄弧能力强，但设计结构复杂，成本高，机构所需操作功大。旋弧式灭弧方式的典型案例为专利号为ZL99801182.7的中国发明专利《用于气体绝缘的负荷开关的灭弧线圈》（公告号为CN1274468C），采用了动静触头之间的中间过渡触头将电弧电流引入灭弧线圈，驱使电弧在灭弧线圈产生的磁场作用下快速旋转的原理进行设计。该设计针对性强，模型结构固定，不易根据参数的变化进行变更设计。因此，有必要根据负荷开关实际电压等级和需要开断的电流参数来设计合适的灭弧装置，实现高的性价比。

发明内容

本发明解决的技术问题为根据负荷开关实际电压等级和需要开断的电流参数来设计合适的灭弧装置。本发明基于旋弧式原理的灭弧方法新设计，确保配置多相灭弧线圈组件的负荷开关的开断能力，特别是转移电流开断能力。

本发明为一种气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧装置，其基本原理是由一个与静触头固定的引弧触头和一个与引弧触头有一定距离的灭弧线圈组件构成的旋弧式灭弧系统。在负荷开关合闸时，动静触头直接接触，保证负荷电流的长期通流能力，而引弧触头与动触头无直接接触。在负荷开关分闸时，动静触头分开，首先在引弧触头与动触头之间点燃电弧，电弧在动触头电流产生的磁场驱动下被吹向灭弧线圈包围的区域；引弧触头与灭弧线圈金属支架之间的小间隙设计，使引弧触头上的电弧弧根迅速转移到金属支架内表面，电弧电流经静触头、灭弧线圈和金属支架与动触头构成导通回路，使灭弧线圈产生轴向磁场，将电弧弧柱横向吹至金属支架内表面上，并沿金属支架快速旋转跑动，一方面使电弧冷却，避免因弧根温度过高而大量喷射带电粒子；另一方面将带电粒子控制在灭弧线圈包围的磁场内扩散、复合，增强消游离能力；最终在电流过零时，电极周围介质强度迅速恢复，使电弧熄灭。

所述灭弧线圈组件为一个根据开断电流大小设计的，紧密缠绕在金属支架上的一个单层或多层线圈绕组，线圈绕组绕制其上的金属支架具有电场控制电极的作用，屏蔽线圈绕组和其他组件的尖端电场。金属支架由导电的非磁性材料制成，线圈绕组通过绝缘隔离层被一个非磁性金属抱箍紧箍于一个绝缘材料制成的安装块上，固定于静触头上，形成一个由引弧触头和灭弧线圈组件配合的灭弧系统。

有益效果

本发明应用于气体绝缘负荷开关或要求有负载开断能力的开关分断中。

按照本发明，气体绝缘负荷开关对电弧的分断能力比金属去离子栅式显著提高。按照本发明的思路、原理的设计简单可靠，触头磨损小，电气寿命长；按照本发明配备的灭弧装置成本低廉。

附图说明

图1本发明实施例的装配示意图；

图2如图1所示灭弧装置的A向视图；

图3如图1所示灭弧装置的B向视图。

图中标号：

1、静触头 2、动触头 3、安装块 4、弹性销 5、螺钉 6、金属抱箍7、金属支架 8、线圈绕组 9、绝缘隔离层 10、引弧触头 11、螺栓

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示（图1、图2、图3），进一步阐述：

一种用于气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧装置，包括：负荷开关各相有一个固定在静触头1上且电气相连的引弧触头10和一个灭弧线圈组件；灭弧线圈组件包括一个绕制线圈用金属支架7，和一个以金属支架7内径加壁厚形成的外径定位绕制的单层或多层线圈绕组8，和一个紧密包围线圈绕组8外径的金属抱箍6，以及一个绝缘材料制成的，用以将线圈绕组8固定在静触头1上的安装块3。

本发明中，安装块3使金属抱箍6固定连接在静触头1上，但金属抱箍6与静触头1电气上不连接。线圈绕组8的一端电气连接并固定在金属支架7上，另一端电气连接并固定在静触头1上；因此，金属抱箍6与线圈绕组8之间，金属抱箍6与金属支架7之间在电气上不连接。

在本实施例中，三相六氟化硫气体绝缘负荷开关的每相静触头1上开槽并攻螺纹，将引弧触头10在靠近静触头1端加工螺纹并拧入静触头1，用螺母紧固。灭弧线圈组件由一个绕制线圈绕组8用的金属支架7，和一个以金属支架7内径“D”加壁厚“t”构成的外径定位紧密绕制的单层或多层线圈绕组8，一个紧箍所述线圈绕组8的金属抱箍6，以及一个绝缘材料制成的，用以将线圈绕组8固定在静触头1上的安装块3组成；安装块3通过弹性销4使金属抱箍6固定连接在静触头1上，金属抱箍6与静触头1电气上不连接。灭弧线圈组件线圈绕组8的一端通过螺钉5电气连接并固定在金属支架7上，另一端通过螺钉11电气连接并固定在静触头1上。金属抱箍6与线圈绕组8之间，金属抱箍6与金属支架7之间在电气上不连接。

引弧触头10远离静触头1的端部，与灭弧线圈组件的金属支架7底部有一个最小间隙“a”和最小伸入距离“b”；引弧触头10远离静触头1的端部，选用耐电弧烧蚀的金属材料，设计为一个电场控制用电极的形状；引弧触头10的最小长度为“L”以保证所述负荷开关电气寿命的要求。

灭弧线圈组件的线圈绕组8由最小线径“d”的导电材料沿金属支架7的内径“D”加壁厚“t”而形成的外径为支撑紧密缠绕而成，可以根据分断电流的大小，调整所述线圈绕组8最小绕制圈数“n”和最小线径“d”的大小；

线圈绕组8的匝间保持绝缘状态，线圈绕组多层的层间、线圈绕组8与金属抱箍6之间，线圈绕组8与金属支架7之间，均由绝缘材料制成的绝缘隔离层9绝缘使电气上不连接；金属抱箍6的作用即具有使线圈绕组8绕制后紧密不松散的夹紧作用，又具有将线圈绕组8固定到安装块3上的支撑作用。

金属支架7的材料为具有高导电性、高导热性且耐电弧高温性能的金属材料。金属支架7在靠近引弧触头的一侧及相对的另一侧设计为具有电场控制功能的电极形状，以屏蔽线圈绕组8和金属抱箍6形成的尖端电场。金属支架7的材料有最小厚度尺寸“t”的要求，以保证电弧烧蚀性能。

安装块3的材质为耐高温并具有阻燃性的绝缘材料，以达到电气隔离作用。金属抱箍6和金属支架7为非磁性材料的金属制成。

分断负荷电流时，引弧触头10与动触头2之间首先产生电弧，电弧在流经动触头2的电弧电流的电动力作用下，被吹向支撑线圈绕组8的金属支架7的内腔，电弧弧根迅速从引弧触头10转移至金属支架7上，使起始于静触头1的电弧电流，经线圈绕组8，金属支架7与动触头2构成电弧电流导通回路，电弧电流流经线圈绕组8形成轴向磁场，将电弧弧柱吹向金属支架7的内表面上，驱使电弧沿金属支架7内表面快速旋转，弧根快速跑动，扩散、复合、冷却带电粒子，在电流过零时，电极周围介质强度迅速恢复，使电弧最终熄灭。

（备注：引弧触头10与金属支架7间隙：a；引弧触头10深入金属支架7的距离：b；线圈绕组8直径：d；线圈绕组8的缠绕圈数：n；引弧触头长度：L；金属支架7内径：D；金属支架7壁厚：t）

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种气体绝缘负荷开关的旋弧式灭弧装置，包括：所述负荷开关各相有一个固定在静触头（1）上且电气相连的引弧触头（10）和一个灭弧线圈组件；所述灭弧线圈组件包括一个绕制线圈用金属支架（7），和一个以金属支架（7）内径加壁厚形成的外径定位绕制的单层或多层线圈绕组（8），和一个紧密包围所述线圈绕组（8）外径的金属抱箍（6），以及一个绝缘材料制成的，用以将所述线圈绕组（8）固定在静触头（1）上的安装块（3），其特征在于：所述安装块（3）使金属抱箍（6）固定连接在静触头（1）上，但金属抱箍（6）与静触头（1）电气上不连接；所述线圈绕组（8）的一端电气连接并固定在金属支架（7）上，另一端电气连接并固定在静触头（1）上；金属抱箍（6）与线圈绕组（8）之间，金属抱箍（6）与金属支架（7）之间在电气上不连接；所述引弧触头（10）选用耐电弧烧蚀的金属材料，设计为一个电场控制用电极的形状。

2.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述引弧触头（10）远离静触头（1）的端部，与所述金属支架（7）的底部有一个最小间隙“a”和最小伸入距离“b”；所述引弧触头（10）的最小长度为“L”，以保证所述负荷开关电气寿命的要求。

3.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述线圈绕组（8）由最小线径“d”的导电材料以所述金属支架（7）的内径“D”加壁厚“t”而形成的外径为支撑紧密缠绕而成；所述线圈绕组（8）的最小绕制圈数“n”和最小线径“d”的大小能够根据分断电流的大小调整。

4.按权利要求3所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述线圈绕组（8）的匝间应电气上不连接；所述线圈绕组（8）的绕组层间，以及绕组与金属抱箍（6）之间，绕组与金属支架（7）之间，均由绝缘材料制成的绝缘隔离层（9）包覆后电气绝缘。

5.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述金属支架（7）的材料为具有高导电率，高导热性且耐电弧高温性能的金属材料。

6.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述金属支架（7）在靠近引弧触头一侧及另一侧设计为有一个电场控制用电极的形状，以屏蔽所述线圈绕组（8）和金属抱箍（6）产生的尖端电场。

7.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述金属支架（7）的材料有最小厚度尺寸“t”的要求，以保证耐电弧烧蚀性能和分断的电气寿命要求。

8.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述安装块（3）的材质为耐高温并阻燃的绝缘材料制成，将所述金属抱箍（6）固定安装在静触头（1）上，并起到电气隔离作用。

9.按权利要求1所述的旋弧式灭弧装置，其特征在于：所述的金属抱箍（6）、金属支架（7）为非磁性材料的金属制成。

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