[发明专利]一种自能式SF6断路器双喷口式灭弧室及其灭弧方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自能式SF₆断路器灭弧室，尤其是大容量自能式SF₆断路器的灭弧室。

背景技术

SF₆断路器经历了由双压式、单压式到自能式灭弧室的发展过程。双压式断路器早已被淘汰，当前的SF₆断路器主要为单压式和自能式两种。上述这三种形式的断路器灭弧室都是单喷口结构，采用沿灭弧室轴线从上游向下游的单方向纵吹的灭弧方式，电弧熄灭与否依赖于喷口中的吹弧气流能否迅速把电弧能量扩散出去，提高触头间的介质恢复强度。

目前，自能式灭弧方式是开关电器电弧理论上的一个重大进展，自能式断路器是SF₆断路器的发展方向，其被广泛应用于高压SF₆断路器中，可使断路器的操作功大幅下降，产品的体积减小，可靠性提高。

随着电力系统容量的不断增加，需要开断性能要求更高的断路器，开断电流要求更高，甚至达到上百千安，如用于发电机出口的大容量断路器，其属于一种性能要求远高于现在输配电断路器的专用开关设备，开断额定短路电流高、开断短路电流直流分量高和时间常数长、瞬态恢复电压上升率非常快。

然而现在的自能式SF₆断路器开断电力仅达到几十千安，很难达到这样的要求，主要原因之一是单喷口结构灭弧室的气流吹弧能力有限，不能及时冷却电弧和扩散电弧的能量，从而不能在开断更高短路电流时迅速提高介质恢复强度。

发明内容

本发明要解决自能式SF₆断路器开断更高短路电流的技术问题，而提供一种双收缩扩张形喷口结构的灭弧室来控制吹弧气流，加快电弧能量扩散，迅速提高介质恢复强度，达到熄灭电弧的目的。

根据上述所要解决的技术问题，其实施方案是：自能式SF₆断路器双喷口式灭弧室，主要包括动弧触头、静弧触头、膨胀室、压气室、双收缩扩张形喷口以及辅助喷口。双喷口是由左喷口和右喷口构成，二者位于同一轴线，对称地分布在装有SF₆气体的筒状膨胀室的两侧并与其相通，喷口的喉部直径D_k均为85～95mm，喷口下游区张角φ均为30°～40°。喷口结构均采用“拉伐尔喷口”式的收缩-扩张形，即喷口喉部处的截面积最小，沿着喷口下游区，其截面积逐渐变大。其原理是当上游气体压力足够大时，喉部的速度达到当地的音速。过了喉部后沿着下游区的方向，气流继续加速和减压，气流超音速流动。而从气流上游到喉部的距离内，气流的速度低于音速为亚音速流动。静弧触头伸入在双喷口中，并与动弧触头径向间隙配合。筒状压气室位于膨胀室外层并与其相连通，辅助喷口位于喷口喉部中间。其灭弧方法是利用电弧的喷口阻塞现象和热边界区阻塞现象，加热SF₆气体，提高灭弧室上游气体的压力。同时，压气室气缸也增加了灭弧室上游气体的压力。当电流过零时，上游高压力气体通过先横吹后纵吹的方式从左右两个喷口分别进行吹弧，使吹弧气流迅速驱散电弧能量，从而快速提升弧后介质恢复强度达到灭弧的目的。

附图说明

图1为自能式SF₆断路器双喷口式灭弧室示意图

图2为灭弧室内燃弧阶段的气流状况示意图

图3为灭弧室内灭弧阶段的气流状况示意图

具体实施方式

结合上述附图实例对本发明再进行详细描述。

双喷口灭弧室（图1）包括动弧触头(1)、静弧触头(2)、膨胀室(3)、压气室(4)、双喷口（5，6）以及辅助喷口（7）。双喷口是由左喷口（5）和右喷口（6）构成，二者位于同一轴线，对称地分布在装有SF₆气体的筒状膨胀室（3）的两侧并与其相通，静弧触头(2)伸入在双喷口(5，6)中，并与动弧触头(1)径向间隙配合，筒状压气室(4)位于膨胀室(3)外层并与其相连通，辅助喷口（7）位于喷口喉部中间。

双喷口灭弧室的灭弧方法：在开断过程中，动弧触头(1)与静弧触头(2)分开产生电弧。从流量角度考虑，电弧的出现会使喉部的有效面积和流量减小。在高短路电流情况下，电弧及其热边界区会占据整个喉部的面积，导致喷口电弧阻塞和热边界区阻塞。利用电弧的喷口阻塞现象和热边界区阻塞现象，电弧加热周围的SF₆气体，热气体进入膨胀室（3）中，膨胀室（3）内气体压力升高，从而建立了灭弧所需的压力，其表现为两个方面，一是热气体从喷口喉部中部的辅助喷口（7）进入膨胀室，提高了上游气体压力。二是从右喷口（6）出来再进入膨胀室，增加了膨胀室气体的压力（图2）。当电流过零时，膨胀室（3）中的高压力气体从喷口的上游，辅助喷口（7）吹出，此时的吹弧方式为横吹，它的吹动方向垂直于电弧，冷却电弧。然后经左喷口(5)和右喷口(6)的喉部从左右两个方向同时吹向电弧，左喷口(5)的吹弧方向向左，右喷口(6)的吹弧方向向右。此时的吹弧方式为纵吹，它的吹动方向沿电弧轴向迅速扩散电弧的能量，最终使电弧在电流过零期间熄灭（图3）。当开断电流较小时，电弧能量小，依靠电弧能量不足以建立熄灭电弧所需的压力，此时需要依靠压气室（4）的活塞随动弧触头（1）同时运动来提高上游的压力来熄灭电弧。