《一種高壓斷路器》是河南平高電氣股份有限公司於2006年1月13日申請的專利，該專利公布號為CN101000837，公布日為2007年7月18日，發明人是趙鴻飛、沈春明、王春良、韓書謨、王振等。該發明涉及電力設備，特別涉及一種在-40℃環境溫度下仍能開斷50千安短路電流的高壓斷路器。
《一種高壓斷路器》的靜觸頭位於裝有導向套的固定大導體內，大導體上裝有均壓罩，其內有永久觸點；動觸頭位於氣缸中，其腔壁上開有透孔，動觸頭上有斜通道；氣缸靠近靜觸頭裝置一端裝有動觸環，動觸環內有裝配在動觸頭上的移動觸點；噴管的一端與動觸環的內壁相接觸，另一端與導向套相接觸，導體的前部與氣缸的內壁通過帶形觸指相配合，導體內裝有能使活塞加壓氣室與由導體形成的氣室相通的閥板，動觸頭上的透孔位於氣缸內；這種高壓斷路器在-40℃環境溫度的高寒地區也能正常使用，它還具有既節能又環保的優點。
2018年8月，《一種高壓斷路器》獲得第一屆河南省專利獎三等獎。
（概述圖為《一種高壓斷路器》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種高壓斷路器
- 公布號：CN101000837
- 公布日：2007年7月18日
- 申請號：2006100173453
- 申請日：2006年1月13日
- 申請人：河南平高電氣股份有限公司
- 地址：河南省平頂山市南環東路22號
- 發明人：趙鴻飛、沈春明、王春良、韓書謨、王振、鄧慶宏
- 專利代理機構：鄭州中原專利事務所有限公司
- 代理人：張紹琳
- 分類號：H01H33/88(2006.01)I、H01H33/91(2006.01)I、H01H33/88、H01H33/91
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
高壓斷路器主要是用來切合額定電流與故障電流，轉換線路，實現對輸電線路的控制和保護的設備，它是電力系統重要的控制和保護設備，對電力系統安全可靠運行起著舉足輕重的作用。
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六氟化硫斷路器早已在電力系統中得到廣泛的套用，2006年之前，使用的252千伏電壓等級的該類產品其額定六氟化硫充氣壓力基本上為0.6兆帕，短路電流開斷能力一般為50千安，這類產品在環境溫度不低於-30℃的地區能較好的使用，但當環境溫度低於-30℃時，六氟化硫將部分液化，有效壓力將逐步降低，絕緣能力和開斷能力也將隨之降低。當環境溫度降至-40℃時，其壓力僅有0.344兆帕。因此，這種產品不能滿足高寒地區的需要。
為滿足高寒地區電力用戶的急需，高壓開關製造廠曾採取了以下一些措施：一是加熱法，即在斷路器六氟化硫氣室內部或外部設定加熱器，並由智慧型溫度控制器自動控制，當環境溫度降低至零度以下時，溫控器接通加熱器電源對使六氟化硫氣室加熱，使六氟化硫氣室溫度始終保持在-30℃以上從而保持50千安的開斷能力。二是採用混合氣體：SF6+N2或SF6+CF4，前一種方法對於戶外瓷柱式斷路器的使用效果很不理想，因為，如果把加熱器放置在六氟化硫氣室外部，那么加熱效果就會很差；如果把加熱器放置在六氟化硫氣室內部，一旦加熱器損壞幾乎是無法更換，所以這種方法很少採用。後一種方法雖然能夠解決一部分問題，但是由於兩種高壓力的氣體混合在一起，其泄漏率不同，給產品的使用、檢測、管理帶來了許多不便，因此也不能得以推廣。
發明內容
專利目的
《一種高壓斷路器》的目的是提供一種能夠在-40℃環境溫度下，仍能正常使用的高壓斷路器。
技術方案
《一種高壓斷路器》目的是通過以下技術方案實現的：這種斷路器，包括靜觸頭裝置、噴管和動觸頭裝置；在靜觸頭裝置中的靜觸頭位於固定大導體內，在大導體靠近動觸頭裝置一端裝有均壓罩，其內有永久觸點；動觸頭裝置的動觸頭位於氣缸中，動觸頭的腔壁上開有透孔，動觸頭上有斜通道，它使氣室與噴管內的腔 室相通；氣缸靠近靜觸頭裝置一端裝有動觸環，動觸環內有裝配在動觸頭上的移動觸點；噴管的一端與動觸環的內壁相接觸；在靜觸頭裝置中的固定大導體內壁上裝有導向套；導向套限定噴管在靜觸頭外按軸向移動；移動觸點外周裝有輔助噴咀；導體的前部與氣缸的內壁通過帶形觸指相配合，導體內裝有能使活塞加壓氣室與由導體形成的氣室相通的閥板；動觸頭上的透孔位於氣缸內；噴管的另一端與導向套相接觸。
所述噴管的一端為弧前區，另一端為導流區，中間為擴張區，弧前區外壁的端部有凸環，噴管一端是通過凸環的外壁與動觸環的內壁相接觸，導流區外壁的端部有凹槽，凹槽內裝有環形圈，噴管的另一端是通過環形圈與導向套緊密接觸；弧前區的內腔成喇叭狀，且與擴張區相鄰的部位內徑最小。
在導體內還裝有導向柱，及裝在導向柱上的環形閥板，閥板上，至少有兩個通孔。
導體的前部有環形槽，環形槽內裝有帶形觸指，導體靠環形槽內裝有的觸指與氣缸的內壁相緊密接觸。
噴管的弧前區腔體中部位的內徑大於靜觸頭的外徑1～2毫米，擴張區腔體中靠近弧前區端的內徑小於靠近導流區端的內徑。
弧前區喇叭狀的內腔截面是在靠近擴張區一端為向內凸起的弧與向內凹進的弧圓滑連線，向內凹進的弧又與斜度為3～5°的直線相連線；均壓罩的端部形狀為凸起的環形球面。
改善效果
由於《一種高壓斷路器》是一種包括兩個設定在一個斷口間的觸點斷路器，它是充分利用電弧能量以提高壓氣缸內氣體壓力來吹弧、熄弧；因此在-40℃環境溫度下滅弧室氣體壓力為0.4兆帕，開斷能力達到50千安，因此即便在-40℃環境溫度的高寒地區這種斷路器也能正常使用，另外由於該產品使其額定六氟化硫壓力只有0.4兆帕，與0.6兆帕產品相比，兩者在相同的環境溫度條件下，六氟化硫氣體的使用量和排放量將減少三分之一，達到了既節能又環保的效果。
附圖說明
圖1是《一種高壓斷路器》的處於閉合狀態的剖視圖；
圖2是該發明中噴管的剖視圖；
圖3是該發明中噴管另一種結構的剖視圖；
圖4是該發明分閘過程中排氣孔未出活塞時及熱量傳遞過程的剖視圖示意圖；
圖5是該發明分閘過程中排氣孔已出活塞且電弧快要熄滅時氣體流動方向的剖視示意圖。
權利要求
1、《一種高壓斷路器》包括靜觸頭裝置、噴管和動觸頭裝置；在靜觸頭裝置中的靜觸頭（1）位於固定大導體（22）內，在大導體（22）靠近動觸頭裝置一端裝有均壓罩（26），其內有永久觸點（6）；動觸頭裝置的動觸頭（8）位於氣缸（16）中，動觸頭（8）的腔壁上開有透孔a，動觸頭（8）上有斜通道（9’），它使氣室（9）與噴管內的腔室（9”）相通；氣缸靠近靜觸頭裝置一端裝有動觸環（14），動觸環（14）內有裝配在動觸頭（8）上的移動觸點（2）；噴管（4）的一端與動觸環（14）的內壁相接觸；其特徵在於：在靜觸頭裝置中的固定大導體（22）內壁上裝有導向套（20）；導向套（20）限定噴管（4）在靜觸頭（1）外按軸向移動；移動觸點（2）外周裝有輔助噴咀（7）；導體（24）的前部與氣缸（16）的內壁通過帶形觸指（23）相配合，導體（24）內裝有能使活塞加壓氣室（9）與由導體（24）形成的氣室（15）相通的閥板（18）；動觸頭（8）上的透孔a位於氣缸（16）內；噴管（4）的另一端與導向套（20）相接觸。
2、根據權利要求1所述的斷路器，其特徵在於：所述噴管（4）的一端為弧前區（4a），另一端為導流區（4c），中間為擴張區（4b），弧前區外壁的端部有凸環（4d），噴管一端是通過凸環（4d）的外壁與動觸環（14）的內壁相接觸，導流區外壁的端部有凹槽（4”），凹槽（4”）內裝有環形圈（21），噴管（4）的另一端是通過環形圈（21）與導向套（20）緊密接觸；弧前區（4a）的內腔成喇叭狀，且與擴張區（4b）相鄰的部位（Q）內徑最小。
3、根據權利要求1或2所述的斷路器，其特徵在於：在導體（24）內還裝有導向柱（13），及裝在導向柱（13）上的環形閥板（12），閥板（18）上，至少有兩個通孔。
4、根據權利要求3所述的斷路器，其特徵在於：導體（24）的前部有環形槽（23’），環形槽（23’）內裝有帶形觸指（23），導體（24）靠環形槽（23’）內裝有的觸指（23）與氣缸（16）的內壁相緊密接觸。
5、根據權利要求4所述的斷路器，其特徵在於：噴管（4）的弧前區（4a）腔體中（Q）部位的內徑大於靜觸頭（1）的外徑1～2毫米，擴張區（4b）腔體中靠近弧前區（4a）端的內徑小於靠近導流區（4c）端的內徑。
6、根據權利要求5所述的斷路器，其特徵在於：弧前區（4a）喇叭狀的內腔截面是在靠近擴張區（4b）一端為向內凸起的弧與向內凹進的弧圓滑連線，向內凹進的弧又與斜度為3～5°的直線相連線。
7、根據權利要求6所述的斷路器，其特徵在於：均壓罩（26）的端部形狀為凸起的環形球面。
實施方式
《一種高壓斷路器》包括靜觸頭裝置、噴管和動觸頭裝置；在靜觸頭裝置中的靜觸頭1位於固定大導體22內，在大導體22靠近動觸頭裝置一端裝有均壓罩26，其內有永久觸點6，均壓罩26可以裝配在固定永久觸點6上，但兩者有一定間隙，固定大導體22內壁上裝有導向套20；動觸頭裝置的動觸頭8位於氣缸16中，氣缸靠近靜觸頭裝置一端裝有動觸環14，動觸環14內有裝配在動觸頭8上的移動觸點2及輔助噴咀7，移動觸點2和動觸頭8為中空結構；移動觸點2可以靠螺紋裝配到動觸頭8上，輔助噴咀7可以靠螺紋裝配到移動觸點2上，輔助噴咀7的一個端面與動觸頭的一個面接觸。
噴管4的一端位於動觸環14內，該端外壁與動觸環14內壁相接觸；且把氣缸16的一端封閉，噴管4的這端為弧前區4a，弧前區外壁的端部有凸環4d，噴管4的一端則是靠凸環4d的外壁與動觸環14的內壁相接觸；噴管4的另一端為導流區4c，導流區外壁的端部有凹槽4”，凹槽4”內裝有環形圈21，噴管4的另一端則是通過環形圈21與導向套20緊密接觸；且導向套20限定噴管4在靜觸頭1外部按軸向移動。噴管4的內腔9”中間部分為擴張區4b，擴張區4b腔體中靠近弧前區4a端的內徑小於靠近導流區4c端的內徑，弧前區（4a）的內腔成喇叭狀，與擴張區4b相鄰的Q部位內徑最小，但其內徑大於靜觸頭1的外徑1～5毫米；噴管4的另一端外壁也可設定為一個凸起，在凸起上裝有絕緣材料製成的環形圈，由凸起上的環形圈與導向套20緊密接觸。
噴管4的結構也可採用如圖3的結構，即噴管4中擴張區4b與導流區4c的內腔為同一錐度的腔體，且該兩部位腔體的徑向截面積由擴張區4b嚮導流區4c逐漸增大。
動觸頭裝置的動觸頭8的腔壁上開有透孔a，透孔a位於氣缸16內；動觸頭8的外壁與氣缸16內壁之間形成了活塞加壓氣室9，動觸頭8上還有斜通道9’，它使活塞加壓氣室9與噴管4內的腔室9”相通；導體24的前部與氣缸16的內壁相配合，導體24內裝有能使活塞加壓氣室9和由導體24形成的氣室15相通的閥板18。導體24內還裝有導向柱13，及裝在導向柱13上的環形閥板12，閥板18上，至少有兩個通孔17，這些通孔可為規則形的通孔，也可為異形通孔，通孔17上裝有止回閥；導體24的前部有環形槽23’，環形槽23’內裝有帶形觸指23，導體24靠環形槽23’內裝有的觸指23與氣缸16的內壁相緊密接觸。
弧前區4a喇叭狀的內腔是在靠近擴張區4b一端為一周向內凸起的弧面，該弧面與向內凹進的一周弧面圓滑連線，向內凹進的一周弧面又與斜度為3-5°的錐狀內腔相連線；以使弧前區4a在靠近Q部位形成一個小的局部喉管4’。
為了在高壓放電時均壓罩26也能保持光滑，其端部形狀設定為凸起的環形球面罩26′。
為了保證動觸環14外表面和固定永久觸點6內表面的很好接觸。固定永久觸點6外表面上裝有環形圓柱形彈簧25；在固定永久觸點6內表面的中間位置安裝有固定環27，用於限定多個瓣形固定永久觸點6向中心變形；固定永久觸點6可採用螺釘連線方式把它裝配在固定導體22一個端面上，並使它們緊密接觸。靜觸頭1尾部通過螺紋固定在大導體22上，並與之牢固接觸。
該發明中的噴管4和環形圈21均由聚四氟乙烯絕緣材料製造。均壓罩26鋁材製造，靜觸頭1由耐高溫的金屬材料和導電材料燒結而成。該斷路器中所充介質為六氟化硫。該斷路器的使用狀況及氣體流動情況如下：當該斷路器閉合時，靜觸頭1穿過噴管4的喉管4’，以及輔助噴咀7的喉管7’進入沿軸向AX位於喉管上游的中空移動觸點2，如圖1所示。喉管7’和噴管4的擴張區4b為限定一個用於斷開電弧的空間，該電弧在斷開斷路器期間在靜觸頭1和移動觸點2之間放電。該空間如圖4和5中所示。該斷路器空間通過位於活塞加壓氣室9和動觸頭8上的斜通道9’與氣室9”相連通。
當靜觸頭1和移動觸點2分離而產生電弧的瞬間，接觸此處的介質氣體因受熱被加壓。被加熱後的氣體由活塞加壓氣室9”，通過斜通道9’和移動觸點2的中空通道，流向活塞加壓氣室9。如圖4所示。隨著動觸頭8沿著軸向AX移動，該壓力上升產生一個從活塞加壓氣室9向斷路器空間的介質氣體的熱氣流。當該斷路器斷開一定距離時，保存在活塞加壓氣室9內的介質氣體被加壓並經過通道9”返流到斷路空間。同時通過電弧對介質氣體的加熱，增加氣室內的壓力，以增加進入斷路空間的介質氣體的流率。當輔助噴咀7的移動使靜觸頭1從喉管7’退出，在活塞加壓氣室9”的壓力熱介質氣體通過靜觸頭1周圍的通道流入到固定大導體22形腔內。動觸頭8沿著軸向AX繼續移動，靜觸頭1相對於動觸頭8也沿著軸向AX移動，喉管4’通道打開，保存在活塞加壓氣室9內的熱介質氣體穿過噴管4的喉管4’，吹斷電弧斷開大電流。隨後，活塞加壓氣室9被加熱的壓力氣體由觸點2的中空通道通過長形孔8’釋放到氣室15。 如圖5所示。
斷路器閉合時，加壓氣室9的空間變大，介質氣體的壓力降低，活塞加壓氣室9和氣室15兩個氣室形成一個壓力差，氣室15的壓力大於活塞加壓氣室9的壓力。氣室15的介質氣體推動環形閥板12在有導向柱13導向作用下，沿著軸向AX移動一定距離；介質氣體通過有異形孔通道的閥板18流入到活塞加壓氣室9。同時，靜觸頭1和移動觸點2之間的氣體由氣室9”，通過斜通道9’和移動觸點2的中空通道，流向活塞加壓氣室9。靜觸頭1和移動觸點2接觸後，動觸環14和和永久觸點6也很快接觸，電流通過較大導體24上的帶形觸指23，在一定壓力下緊貼經過表面工藝處理的氣缸16內壁上滑動，在動觸環14和永久觸點6建立大電流通路。
在圖4和圖5中所示的的位置中，吹送到斷開空間的氣體包括由來自氣室9的冷氣體和由氣室9”，通過斜通道9’和移動觸點2的中空通道，流向活塞加壓氣室9的熱氣體組成的氣體混合物。通過這種設定，介質氣體的溫度升高而壓力升高，從而進一步增強了斷路器容量。
圖4和圖5中帶小箭頭的線表示熱量傳遞和氣體流動方向。
榮譽表彰
2018年8月，《一種高壓斷路器》獲得第一屆河南省專利獎三等獎。
