带有固定断口具有短路电流开断能力的触头及真空灭弧室的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大电流真空断路器技术领域，具体涉及一种带有固定断口具有短路电流开断能力的触头及真空灭弧室，可用于电容器组投切并具有短路电流的开断能力。
【背景技术】
[0002]真空断路器在整个电力系统中的应用迅速发展，但是随着电力系统的发展，对于真空断路器的要求也是不断的提高，尤为突出的是电容器组的投切。在中压配电系统中，投切电容器组过程中会产生4250Hz、20kA的高频率涌流，其预击穿电弧会局部烧蚀触头表面并使触头发生熔焊。开断电容器组时，开断电流可达几百安培，此时熔焊区域被拉开，会在触头表面形成突起。开断电流过零后，真空灭弧室触头两端会承受直流恢复电压，开断单相电容器组或三相负载中性点接地电容器组的峰值会达到2倍系统电压Um，断三相负载中性点不接地电容器组的峰值会达到2.5倍系统电压Um。这使得真空断路器在开断容性电流后可能会发生重击穿现象，甚至于开断电流过零几秒后仍会发生延时重击穿现象。而重击穿产生的过电压会严重损坏开关本身以及其他电力系统设备，甚至造成人员伤亡。研究发现，产生重击穿的原因与投切过程中产生的高频涌流密切相关，其原因在于高频涌流会在合闸过程中，局部烧蚀触头表面，使触头发生熔焊，破环触头表面结构，增大了触头表面场致发射系数。在此种情况下，开发适用于电容器组投切的真空开断设备具有重要的实际意义和巨大的经济价值。
[0003]真空电弧的磁场控制技术主要包括了横向磁场控制技术和纵向磁场控制技术。其中，横向磁场技术是通过特定的触头结构，使得在燃弧过程中形成的电流通路在触头及其触头间隙区域形成与电弧电流流向垂直的横向磁场。横向磁场作用于真空电弧，驱动其在触头表面旋转运动，避免了电弧对于触头局部的过度烧蚀，提高了开关的开断能力。纵向磁场技术也是通过触头结构，形成与电弧电流流向平行的磁场。纵向磁场技术使得真空电弧更加均匀，减少了真空电弧的集聚，减轻电弧对于触头表面的烧蚀，提高了开关的开断能力。纵向磁场触头结构主要为杯状纵磁触头结构和线圈式纵磁触头结构。横向磁场触头结构主要为杯状横磁触头结构、万字形等开槽式横磁触头结构。现有的横向和纵向磁场结构触头在断路器中的应用中各有优劣，其结构也在不断的改进和完善。此外，一种新的设计思路是将横向磁场与纵向磁场相结合，将形成复合磁场，充分发挥横向磁场和纵向磁场各自的优势和特点。
[0004]目前，通用电气公司1975年发明的高电压真空开关如图1所示，通过设计真空灭弧室内部的一对可动触头在完全打开位置位于另一对屏蔽触头内部实现了真空灭弧室的高耐压特性(HIGH-VOLTAGE VACUUM SWITCH，Appl.No: 499，740)。西安交通大学王建华、刘志远等提出了一种复合触头结构真空灭弧室(“一种新型复合触头真空灭弧室”，专利号:ZL201310534332.3)，以及提出了一种带有固定断口的真空灭弧室(“一种带有固定断口的真空灭弧室”，公示号:CN104145318A)，一种带有固定断口的真空灭弧室的结构如图2所示。
[0005]但是，在实际的应用中，西安交通大学王建华、刘志远等提出的复合磁场触头在触头部分的结构设计都是比较复杂的，不可避免的会增加触头部分的电阻以及触头的加工成本，此外，西安交通大学和通用公司的固定断口灭弧室结构设计只是实现了真空灭弧室的达到多种工位的目的，其固定断口也不具备电流的开断能力。
【发明内容】
[0006]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种带有固定断口具有短路电流开断能力的触头及真空灭弧室，解决了现有复合磁场触头结构和其他针对容性电流开断设计的真空灭弧室结构过于复杂，以及缺乏真空电弧的复合磁场控制等问题。本发明将开断功能和绝缘功能分开，以可动触头实现开断功能，以固定触头实现绝缘功能，可用于开断电容性负荷，如背靠背电容器组，单个电容器组等电力系统的无功补偿领域。
[0007]为达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]带有固定断口具有短路电流开断能力的触头，包括静侧结构部分和动侧结构部分，所述静侧结构部分包括静侧导电杆101，焊接在静侧导电杆101下端的静侧大直径磁场触头104，焊接在静侧大直径磁场触头104下端的静侧大直径触头材料105，焊接在静侧大直径磁场触头104内部底面的静侧小直径磁场触头102，静侧小直径磁场触头102的下端焊接有静侧小直径触头材料103;所述静侧小直径磁场触头102以及焊接的静侧小直径触头材料103均置于静侧大直径磁场触头104内部，其静侧小直径触头材料103表面低于静侧大直径触头材料105表面2-7mm;所述静侧大直径触头材料105内直径处弯曲并向静侧大直径磁场触头104内部收缩；
[0009]所述动侧结构部分包括动端可动导电杆110，焊接在动端可动导电杆110上端的动端可动磁场触头108，焊接在动端可动磁场触头108上端的动端小直径触头材料106;动端可动导电杆110与灭弧室下侧盖板128之间通过波纹管126连接;所述波纹管126外设置有动端固定导电杆111，波纹管126和动端固定导电杆111底部均焊接在灭弧室下侧盖128之上;所述动端固定导电杆111上端焊接有动端固定大直径磁场触头109，所述动端固定大直径磁场触头109上端焊接有动端固定大直径触头材料107;
[0010]在燃弧过程中，所述动端可动磁场触头108随可动导电杆110下移，电弧在静侧小直径触头材料103与动端小直径触头材料106起弧燃烧，并且动端小直径触头材料106的运动停止位置置于动端固定大直径触头材料107内部，其动端小直径触头材料106表面低于动端固定大直径触头材料107表面2-7mm;
[0011]所述静侧小直径磁场触头102和焊接的静侧小直径触头材料103以及动端可动磁场触头108和焊接的动端小直径触头材料106形成的可动断口触头在分闸状态处于静侧大直径磁场触头104和焊接的静侧大直径触头材料105以及动端固定大直径磁场触头109和焊接的动端固定大直径触头材料107形成的固定断口触头内部，实现了固定断口触头对于可动断口触头的电场屏蔽和保护，避免了容性关合过程中可动断口触头表面形成的缺陷对于击穿的影响。
[0012]所述静侧大直径磁场触头104内部和焊接的静侧大直径触头材料105以及动端固定大直径磁场触头109和焊接的动端固定大直径触头材料107为动静侧匹配的“杯状”磁场触头结构或“线圈”磁场触头结构；
[0013]所述的静侧小直径磁场触头102和焊接的静侧小直径触头材料103以及动端可动磁场触头108和焊接的动端小直径触头材料106为动静侧匹配的“杯状”磁场触头结构、“线圈”磁场触头结构、“万字形”磁场触头结构或“螺旋槽”磁场触头结构。
[0014]所述“杯状”磁场触头结构为“杯状”横磁触头结构或“杯状”纵磁触头结构。所述“线圈”磁场触头结构为“线圈”横磁触头结构或“线圈”纵磁触头结构。
[0015]所述“万字形”磁场触头结构和“螺旋槽”磁场触头结构为横磁触头结构。
[0016]—种带有固定断口的真空灭弧室，包括上述所述的带有固定断口具有短路电流开断能力的触头、壳体和屏蔽罩。
[0017]本发明带有固定断口的真空灭弧室，灭弧室内配置有小直径触头组成的可动断口和大直径触头组成的固定断口。所述可动断口由一对小直径动静触头组成，用于承载额定电流，并用于切断容性负荷完成真空灭弧室的分断性能;所述固定