[發明專利]旋氣式能量分離型高壓SF6斷路器及其能量分離方法

有效

• 申請號: 201110309547.6
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102364656A
• 公開（公告）日: 2012-02-29
• 發明（設計）人: 劉曉明;曹云東;李俐瑩
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01H33/91
• 分類號: H01H33/91
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 郭元藝

技術領域

本發明屬高壓SF₆斷路器領域，尤其涉及一種對噴口流路區域的結構進行重新設計的旋氣式能量分離型高壓SF₆斷路器及其能量分離方法。

背景技術

在電力系統中，高壓開關設備起控制與保護作用。高壓斷路器是最為重要電氣設備，主要用于關合、開斷電路。隨著我國電力工業迅猛發展，電器產品的運行性能、質量要求越來越高，高壓SF6斷路器作為高壓開關的主導產品，在高壓、超高壓以及特高壓輸電系統中起著重要的控制和保護作用。

壓氣式SF₆斷路器的滅弧室基本上有兩種結構類型：單壓式和雙壓式。單壓式滅弧室只有一個氣壓系統，滅弧室的可動部分帶有壓氣裝置，靠分閘過程中活塞氣缸的相對運動，形成短時間的氣壓升高，產生吹弧作用來熄滅電弧。單壓式斷路器結構簡單、造價低，應用廣泛，但如果希望增大斷路器的開斷能力，傳統的吹弧方式（一般為軸流式吹弧方式）有很大的困難，不利于大幅度提高觸頭間抗電場擊穿能力，而且，目前存在的斷路器噴口流路結構，僅利用SF₆氣體吹弧。因此需要對現有的結構進行優化設計使滅弧室內SF₆氣體與電弧接觸更充分，加速電弧能量逸散，降低電弧溫度達到熄滅電弧的目的，使高壓SF₆斷路器結構設計更加合理、產品整體技術指標更高、運行將更加可靠。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種滅弧室內SF₆氣體與電弧接觸充分，電弧能量逸散迅速，電弧溫降快，絕緣性能好，開斷能力強，安裝維護方便，工藝簡便易于工程實現，運行可靠性高的旋氣式能量分離型高壓SF₆斷路器。

本發明還提供一種與上述旋氣式能量分離型高壓SF₆斷路器相配套的能量分離方法。

能量分離效應（即總溫分離效應）早在上世紀30年代被發現，并于40年代被研究應用，目前已被廣泛的應用于一系列領域，如工業領域中的小型空調、軸承冷卻；生物醫學領域中的生物冷凍、內外科手術；科研領域中的熱電偶的冷結點恒溫、渦旋恒溫器，熱膨脹測試；航空領域中的宇宙飛船調節裝置、電子設備的冷卻。而能量分離現象廣泛存在于各式各樣的自然界流體運動中，包括：龍卷風、邊界層分離、圓柱繞流、射流以及剪切流等。本發明首次提出應用氣體渦旋運動在斷口間產生能量分離效應，用以冷卻電弧加速電弧熄滅，提高斷路器開斷能力。

在高壓斷路器開斷線路故障時會產生一團高溫、發強光的等離子體（即為電弧），高壓斷路器要在有效時間內開斷故障電路，熄滅電弧。應用能量分離效應可以降低電弧溫度，提高吹弧能力，加速電弧的熄滅，可以有效提高高壓斷路器開斷性能，保障線路及重大設備的安全，維護電網穩定運行。

為解決上述技術問題，本發明實現方式如下。

旋氣式能量分離型高壓SF₆斷路器，它包括活塞、壓氣缸、動主觸頭、動弧觸頭、靜弧觸頭、靜主觸頭及噴口；在噴口上游，于動弧觸頭的端部近區固定設有渦旋導流機構。

作為一種優選方案，本發明所述渦旋導流機構由呈對稱分布的一組導流片單元構成，其采用交叉型結構。

作為另一種優選方案，本發明所述導流片單元與動弧觸頭柱形表面的法線夾角5°≤θ≤45°。

進一步地，本發明所述導流片單元與動弧觸頭柱形表面的法線夾角θ=13°。

另外，本發明所述渦旋導流機構可由多組導流片單元構成；后一組導流片單元與動弧觸頭柱形表面的法線夾角比前一組導流片單元與動弧觸頭柱形表面的法線夾角小3°～5°。

其次，本發明所述渦旋導流機構還可由扇片式導流片組成，每個扇片均與動弧觸頭柱面垂直，與動弧觸頭柱面的切線成角γ，γ的取值范圍為5°～45°。

其中，扇片式導流片中兩相鄰扇片的氣流間隙H可選擇扇片長度的1/6～1/4。