帶有固定斷口具有短路電流開斷能力的觸頭及真空滅弧室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大電流真空斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有固定斷口具有短路電流開斷能力的觸頭及真空滅弧室，可用于電容器組投切并具有短路電流的開斷能力。
【背景技術(shù)】
[0002]真空斷路器在整個(gè)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用迅速發(fā)展，但是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)于真空斷路器的要求也是不斷的提高，尤為突出的是電容器組的投切。在中壓配電系統(tǒng)中，投切電容器組過程中會(huì)產(chǎn)生4250Hz、20kA的高頻率涌流，其預(yù)擊穿電弧會(huì)局部燒蝕觸頭表面并使觸頭發(fā)生熔焊。開斷電容器組時(shí)，開斷電流可達(dá)幾百安培，此時(shí)熔焊區(qū)域被拉開，會(huì)在觸頭表面形成突起。開斷電流過零后，真空滅弧室觸頭兩端會(huì)承受直流恢復(fù)電壓，開斷單相電容器組或三相負(fù)載中性點(diǎn)接地電容器組的峰值會(huì)達(dá)到2倍系統(tǒng)電壓Um，斷三相負(fù)載中性點(diǎn)不接地電容器組的峰值會(huì)達(dá)到2.5倍系統(tǒng)電壓Um。這使得真空斷路器在開斷容性電流后可能會(huì)發(fā)生重?fù)舸┈F(xiàn)象，甚至于開斷電流過零幾秒后仍會(huì)發(fā)生延時(shí)重?fù)舸┈F(xiàn)象。而重?fù)舸┊a(chǎn)生的過電壓會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞開關(guān)本身以及其他電力系統(tǒng)設(shè)備，甚至造成人員傷亡。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生重?fù)舸┑脑蚺c投切過程中產(chǎn)生的高頻涌流密切相關(guān)，其原因在于高頻涌流會(huì)在合閘過程中，局部燒蝕觸頭表面，使觸頭發(fā)生熔焊，破環(huán)觸頭表面結(jié)構(gòu)，增大了觸頭表面場(chǎng)致發(fā)射系數(shù)。在此種情況下，開發(fā)適用于電容器組投切的真空開斷設(shè)備具有重要的實(shí)際意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003]真空電弧的磁場(chǎng)控制技術(shù)主要包括了橫向磁場(chǎng)控制技術(shù)和縱向磁場(chǎng)控制技術(shù)。其中，橫向磁場(chǎng)技術(shù)是通過特定的觸頭結(jié)構(gòu)，使得在燃弧過程中形成的電流通路在觸頭及其觸頭間隙區(qū)域形成與電弧電流流向垂直的橫向磁場(chǎng)。橫向磁場(chǎng)作用于真空電弧，驅(qū)動(dòng)其在觸頭表面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免了電弧對(duì)于觸頭局部的過度燒蝕，提高了開關(guān)的開斷能力。縱向磁場(chǎng)技術(shù)也是通過觸頭結(jié)構(gòu)，形成與電弧電流流向平行的磁場(chǎng)?？v向磁場(chǎng)技術(shù)使得真空電弧更加均勻，減少了真空電弧的集聚，減輕電弧對(duì)于觸頭表面的燒蝕，提高了開關(guān)的開斷能力。縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)主要為杯狀縱磁觸頭結(jié)構(gòu)和線圈式縱磁觸頭結(jié)構(gòu)。橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)主要為杯狀橫磁觸頭結(jié)構(gòu)、萬字形等開槽式橫磁觸頭結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的橫向和縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)觸頭在斷路器中的應(yīng)用中各有優(yōu)劣，其結(jié)構(gòu)也在不斷的改進(jìn)和完善。此外，一種新的設(shè)計(jì)思路是將橫向磁場(chǎng)與縱向磁場(chǎng)相結(jié)合，將形成復(fù)合磁場(chǎng)，充分發(fā)揮橫向磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。
[0004]目前，通用電氣公司1975年發(fā)明的高電壓真空開關(guān)如圖1所示，通過設(shè)計(jì)真空滅弧室內(nèi)部的一對(duì)可動(dòng)觸頭在完全打開位置位于另一對(duì)屏蔽觸頭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了真空滅弧室的高耐壓特性(HIGH-VOLTAGE VACUUM SWITCH，Appl.No: 499，740)。西安交通大學(xué)王建華、劉志遠(yuǎn)等提出了一種復(fù)合觸頭結(jié)構(gòu)真空滅弧室(“一種新型復(fù)合觸頭真空滅弧室”，專利號(hào):ZL201310534332.3)，以及提出了一種帶有固定斷口的真空滅弧室(“一種帶有固定斷口的真空滅弧室”，公示號(hào):CN104145318A)，一種帶有固定斷口的真空滅弧室的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0005]但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，西安交通大學(xué)王建華、劉志遠(yuǎn)等提出的復(fù)合磁場(chǎng)觸頭在觸頭部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是比較復(fù)雜的，不可避免的會(huì)增加觸頭部分的電阻以及觸頭的加工成本，此外，西安交通大學(xué)和通用公司的固定斷口滅弧室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只是實(shí)現(xiàn)了真空滅弧室的達(dá)到多種工位的目的，其固定斷口也不具備電流的開斷能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶有固定斷口具有短路電流開斷能力的觸頭及真空滅弧室，解決了現(xiàn)有復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)和其他針對(duì)容性電流開斷設(shè)計(jì)的真空滅弧室結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，以及缺乏真空電弧的復(fù)合磁場(chǎng)控制等問題。本發(fā)明將開斷功能和絕緣功能分開，以可動(dòng)觸頭實(shí)現(xiàn)開斷功能，以固定觸頭實(shí)現(xiàn)絕緣功能，可用于開斷電容性負(fù)荷，如背靠背電容器組，單個(gè)電容器組等電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償領(lǐng)域。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]帶有固定斷口具有短路電流開斷能力的觸頭，包括靜側(cè)結(jié)構(gòu)部分和動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)部分，所述靜側(cè)結(jié)構(gòu)部分包括靜側(cè)導(dǎo)電桿101，焊接在靜側(cè)導(dǎo)電桿101下端的靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104，焊接在靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104下端的靜側(cè)大直徑觸頭材料105，焊接在靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104內(nèi)部底面的靜側(cè)小直徑磁場(chǎng)觸頭102，靜側(cè)小直徑磁場(chǎng)觸頭102的下端焊接有靜側(cè)小直徑觸頭材料103;所述靜側(cè)小直徑磁場(chǎng)觸頭102以及焊接的靜側(cè)小直徑觸頭材料103均置于靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104內(nèi)部，其靜側(cè)小直徑觸頭材料103表面低于靜側(cè)大直徑觸頭材料105表面2-7mm;所述靜側(cè)大直徑觸頭材料105內(nèi)直徑處彎曲并向靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104內(nèi)部收縮；
[0009]所述動(dòng)側(cè)結(jié)構(gòu)部分包括動(dòng)端可動(dòng)導(dǎo)電桿110，焊接在動(dòng)端可動(dòng)導(dǎo)電桿110上端的動(dòng)端可動(dòng)磁場(chǎng)觸頭108，焊接在動(dòng)端可動(dòng)磁場(chǎng)觸頭108上端的動(dòng)端小直徑觸頭材料106;動(dòng)端可動(dòng)導(dǎo)電桿110與滅弧室下側(cè)蓋板128之間通過波紋管126連接;所述波紋管126外設(shè)置有動(dòng)端固定導(dǎo)電桿111，波紋管126和動(dòng)端固定導(dǎo)電桿111底部均焊接在滅弧室下側(cè)蓋128之上;所述動(dòng)端固定導(dǎo)電桿111上端焊接有動(dòng)端固定大直徑磁場(chǎng)觸頭109，所述動(dòng)端固定大直徑磁場(chǎng)觸頭109上端焊接有動(dòng)端固定大直徑觸頭材料107;
[0010]在燃弧過程中，所述動(dòng)端可動(dòng)磁場(chǎng)觸頭108隨可動(dòng)導(dǎo)電桿110下移，電弧在靜側(cè)小直徑觸頭材料103與動(dòng)端小直徑觸頭材料106起弧燃燒，并且動(dòng)端小直徑觸頭材料106的運(yùn)動(dòng)停止位置置于動(dòng)端固定大直徑觸頭材料107內(nèi)部，其動(dòng)端小直徑觸頭材料106表面低于動(dòng)端固定大直徑觸頭材料107表面2-7mm;
[0011]所述靜側(cè)小直徑磁場(chǎng)觸頭102和焊接的靜側(cè)小直徑觸頭材料103以及動(dòng)端可動(dòng)磁場(chǎng)觸頭108和焊接的動(dòng)端小直徑觸頭材料106形成的可動(dòng)斷口觸頭在分閘狀態(tài)處于靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104和焊接的靜側(cè)大直徑觸頭材料105以及動(dòng)端固定大直徑磁場(chǎng)觸頭109和焊接的動(dòng)端固定大直徑觸頭材料107形成的固定斷口觸頭內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了固定斷口觸頭對(duì)于可動(dòng)斷口觸頭的電場(chǎng)屏蔽和保護(hù)，避免了容性關(guān)合過程中可動(dòng)斷口觸頭表面形成的缺陷對(duì)于擊穿的影響。
[0012]所述靜側(cè)大直徑磁場(chǎng)觸頭104內(nèi)部和焊接的靜側(cè)大直徑觸頭材料105以及動(dòng)端固定大直徑磁場(chǎng)觸頭109和焊接的動(dòng)端固定大直徑觸頭材料107為動(dòng)靜側(cè)匹配的“杯狀”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)或“線圈”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)；
[0013]所述的靜側(cè)小直徑磁場(chǎng)觸頭102和焊接的靜側(cè)小直徑觸頭材料103以及動(dòng)端可動(dòng)磁場(chǎng)觸頭108和焊接的動(dòng)端小直徑觸頭材料106為動(dòng)靜側(cè)匹配的“杯狀”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)、“線圈”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)、“萬字形”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)或“螺旋槽”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)。
[0014]所述“杯狀”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)為“杯狀”橫磁觸頭結(jié)構(gòu)或“杯狀”縱磁觸頭結(jié)構(gòu)。所述“線圈”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)為“線圈”橫磁觸頭結(jié)構(gòu)或“線圈”縱磁觸頭結(jié)構(gòu)。
[0015]所述“萬字形”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)和“螺旋槽”磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)為橫磁觸頭結(jié)構(gòu)。
[0016]—種帶有固定斷口的真空滅弧室，包括上述所述的帶有固定斷口具有短路電流開斷能力的觸頭、殼體和屏蔽罩。
[0017]本發(fā)明帶有固定斷口的真空滅弧室，滅弧室內(nèi)配置有小直徑觸頭組成的可動(dòng)斷口和大直徑觸頭組成的固定斷口。所述可動(dòng)斷口由一對(duì)小直徑動(dòng)靜觸頭組成，用于承載額定電流，并用于切斷容性負(fù)荷完成真空滅弧室的分?jǐn)嘈阅?所述固定