[发明专利]旋气式能量分离型高压SF6断路器及其能量分离方法

说明书

技术领域

本发明属高压SF₆断路器领域，尤其涉及一种对喷口流路区域的结构进行重新设计的旋气式能量分离型高压SF₆断路器及其能量分离方法。

背景技术

在电力系统中，高压开关设备起控制与保护作用。高压断路器是最为重要电气设备，主要用于关合、开断电路。随着我国电力工业迅猛发展，电器产品的运行性能、质量要求越来越高，高压SF6断路器作为高压开关的主导产品，在高压、超高压以及特高压输电系统中起着重要的控制和保护作用。

压气式SF₆断路器的灭弧室基本上有两种结构类型：单压式和双压式。单压式灭弧室只有一个气压系统，灭弧室的可动部分带有压气装置，靠分闸过程中活塞气缸的相对运动，形成短时间的气压升高，产生吹弧作用来熄灭电弧。单压式断路器结构简单、造价低，应用广泛，但如果希望增大断路器的开断能力，传统的吹弧方式（一般为轴流式吹弧方式）有很大的困难，不利于大幅度提高触头间抗电场击穿能力，而且，目前存在的断路器喷口流路结构，仅利用SF₆气体吹弧。因此需要对现有的结构进行优化设计使灭弧室内SF₆气体与电弧接触更充分，加速电弧能量逸散，降低电弧温度达到熄灭电弧的目的，使高压SF₆断路器结构设计更加合理、产品整体技术指标更高、运行将更加可靠。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种灭弧室内SF₆气体与电弧接触充分，电弧能量逸散迅速，电弧温降快，绝缘性能好，开断能力强，安装维护方便，工艺简便易于工程实现，运行可靠性高的旋气式能量分离型高压SF₆断路器。

本发明还提供一种与上述旋气式能量分离型高压SF₆断路器相配套的能量分离方法。

能量分离效应（即总温分离效应）早在上世纪30年代被发现，并于40年代被研究应用，目前已被广泛的应用于一系列领域，如工业领域中的小型空调、轴承冷却；生物医学领域中的生物冷冻、内外科手术；科研领域中的热电偶的冷结点恒温、涡旋恒温器，热膨胀测试；航空领域中的宇宙飞船调节装置、电子设备的冷却。而能量分离现象广泛存在于各式各样的自然界流体运动中，包括：龙卷风、边界层分离、圆柱绕流、射流以及剪切流等。本发明首次提出应用气体涡旋运动在断口间产生能量分离效应，用以冷却电弧加速电弧熄灭，提高断路器开断能力。

在高压断路器开断线路故障时会产生一团高温、发强光的等离子体（即为电弧），高压断路器要在有效时间内开断故障电路，熄灭电弧。应用能量分离效应可以降低电弧温度，提高吹弧能力，加速电弧的熄灭，可以有效提高高压断路器开断性能，保障线路及重大设备的安全，维护电网稳定运行。

为解决上述技术问题，本发明实现方式如下。

旋气式能量分离型高压SF₆断路器，它包括活塞、压气缸、动主触头、动弧触头、静弧触头、静主触头及喷口；在喷口上游，于动弧触头的端部近区固定设有涡旋导流机构。

作为一种优选方案，本发明所述涡旋导流机构由呈对称分布的一组导流片单元构成，其采用交叉型结构。

作为另一种优选方案，本发明所述导流片单元与动弧触头柱形表面的法线夹角5°≤θ≤45°。

进一步地，本发明所述导流片单元与动弧触头柱形表面的法线夹角θ=13°。

另外，本发明所述涡旋导流机构可由多组导流片单元构成；后一组导流片单元与动弧触头柱形表面的法线夹角比前一组导流片单元与动弧触头柱形表面的法线夹角小3°～5°。

其次，本发明所述涡旋导流机构还可由扇片式导流片组成，每个扇片均与动弧触头柱面垂直，与动弧触头柱面的切线成角γ，γ的取值范围为5°～45°。

其中，扇片式导流片中两相邻扇片的气流间隙H可选择扇片长度的1/6～1/4。