大电流固封极柱及其制造方法与流程

本发明涉及一种中高压开关柜配件，具体来说，是大电流固封极柱及其使用方法。

背景技术：

在电力系统中，固封极柱作为开关柜中的重要部件，起着对短路电流进行开断，保护电网设备的重要作用。固封极柱是将真空灭弧室和断路器相关导电零件同时嵌入到固体绝缘材料中形成包覆件，使整个断路器极柱成为一个整体的部件。

其中，真空灭弧室也叫真空开关管或真空泡，是真空开关的核心器件。它是用一对密封在真空中的电极(触头)和其它零件，借助真空优良的绝缘和熄弧性能，实现电路的关合或分断，在切断电源后能迅速熄弧并抑止电流的真空器件。

大电流固封极柱在工作时，导电回路中容易产生大量的热，而固封极柱中的重要导电零部件都被绝缘材料包裹在其中，热量难以散出，而在强制风冷的情况下，若风扇出现故障时可导致温升过高，危及真空断路器的安全运行。而且，增加额外的风机等辅助散热装置，成本高，安装过程复杂且需要经常检修。

专利文献201120136111.7公开了一种大电流真空断路器用固封极柱，包括一个中空的环氧树脂绝缘体，在绝缘体上下部位分别设有上出线座和下出线座，在绝缘体内腔设有真空灭弧室，该真空灭弧室的动端和下出线座采用软连接结构。环氧树脂绝缘体外壁的前部和背部设置多条对称的轴向散热加强筋，既提高了固封极柱本体的机械强度，又起到了很好的散热效果。该设计只能通过环氧树脂绝缘体来进行散热，而环氧树脂腔体内部与外界无法进行对流，下出线座和软连接产生的热量囤积在内部没有得到有效的排放。

专利文献201420628037.4公开了一种大电流自冷式真空断路器固封极柱，包括由绝缘材料制成且上下开口的固风筒，固风筒的内腔中从上往下依次浇铸成型有上出线座、真空泡、导电柱和下出线座，上出线座、真空泡、导电柱和下出线座通过上下分布的静触头和动触头相互串联；在靠近热源处的下出线座上开设散热孔，固风筒上也开设有与散热孔位置相对应且相互连通的散热通道。该大电流自冷式真空断路器固封极柱能够有效地对固风筒内部进行快速散热，但在下出线导体和真空泡之间仍然有一部分是相对密封的空间，此区域不容易散热。而且，采用滑动式连接对零部件本身的质量、加工质量及产品同轴度等要求较高，下出线座的体积和重量较大。

专利文献201120547089.5公开了一种智能节电高压真空断路器，包括至少一个固封极柱，所述固封极柱包括壳体，所述壳体上纵向设置有连通所述壳体内部空间与外界的风道。所述壳体的外币向外凸出对称设置两条纵向凸肋，每条凸肋内设置一条风道，风道出口设于凸肋的顶端面。该设计能有效地让壳体内部囤积的热量以对流方式散出，从而使导电电路的元件温升被控制在允许值以内。但从制造工艺角度来看，图示2的风道与壳体内部的连接通道在成型方面较难实现，模具上的芯子只能从壳体内部脱出，但芯子的脱出与真空灭弧室动端导杆存在干涉的情况。另外，下出线导体靠近风道的端部容易漏胶，不利于密封。

上述技术方案针对大电流固封极柱存在的散热问题有采用在固封极柱上出线座上加装散热片的方法，也有在绝缘外壳表面增加散热筋的方法，还有在绝缘外壳外部开设风道，使绝缘外壳内部和外部之间连通起来的方法等。

现有技术存在以下不足，单一的散热方法实现的效果并不理想，需综合多种方法才能达到快速散热的目的，尤其是，大电流固封极柱用的下出线座及软连接，软连接用的软导体极易发生热氧化。多种方法彼此如何配合使用提高散热效果，如何防止软连接用的软导体发生热氧化，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明目的是旨在提供了一种提高散热效果，防止软连接用的软导体发生热氧化的大电流固封极柱。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

大电流固封极柱，包括极柱本体，设置于极柱本体内的真空灭弧室、上出线导体、下出线导体和绝缘外壳，所述绝缘外壳内腔设有真空灭弧室，所述真空灭弧室上方连接上出线导体，所述真空灭弧室下方连接下出线导体，所述真空灭弧室外圈设有至少2个烟囱式梯形的通风风道，所述通风风道上端连通外部，其下端连通绝缘外壳内部；

所述通风风道内部靠近真空灭弧室区域设置有沿径向圆周均匀阵列分布的散热筋条，所述绝缘外壳包括第一外壳区域和第二外壳区域，所述第一外壳区域为真空灭弧室外侧的风道区域，所述第一外壳区域的壁厚小于或等于第二外壳区域的壁厚；

所述下出线导体横截面成正八边形，所述下出线导体上设有软连接和通风通孔，所述软连接与所述通风通孔间隔错开设置。

采用上述技术方案的发明，在极柱本体内，其一，下出线导体上的软连接和通风通孔错开设置，通风风道上端连通外界，其下端利用通风通孔连通到极柱本体内部，通风风道通过下出线导体上的通风通孔可以使极柱本体内部真空灭弧室下方的热量和下出线导体产生的热量以空气对流的方式自然散出；其二，3～4个软连接分布使下出线导体在分合闸动作中受力均衡，增加了系统的稳定性，同时，间隔错开设置有利于加快软连接导体周围的空气流动，防止软连接用的软导体发生热氧化；其三，通风风道的结构可采用风道顶部通流面积小风道底部通流面积大的烟囱式梯形设计，由于通风风道下面热量高，造成下面温度比上面温度高，烟囱式梯形设计能形成对流，能提到空气对流的速度；其四，在通风风道内部靠近真空灭弧室区域设置有沿径向圆周均匀阵列分布的散热筋条，散热筋条一方面能有效整体散热，另一方面，增加机械强度；其五，第一外壳区域的壁厚小于或等于第二外壳区域的壁厚，利于不同的壁厚在真空灭弧室外侧的风道区域形成导流。

进一步限定，所述上出线导体电连接真空灭弧室静端，所述下出线导体电连接真空灭弧室动端，所述真空灭弧室动端外圈套设有导电夹，所述真空灭弧室动端下端设有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆外壁设有第一伞裙，所述极柱本体内壁设有第二伞裙。

真空中电极间电弧是这样产生的：当触头行将分离前，触头上原先施加的接触压力开始减弱，动静触头间的接触电阻开始增大，由于负荷电流的作用，发热量增加。在触头刚要分离瞬间，动静触头之间仅靠几个尖峰联系着，此时负荷电流将密集收缩到这几个尖峰桥上，接触电阻急剧增大，同时电流密度又剧增，导致发热温度迅速提高，致使触头表面金属产生蒸发。同时微小的触头距离下也会形成极高的电场强度，造成强烈的场致发射，间隙击穿，继而形成真空电弧。真空电弧一旦形成，就会出现电流密度在104a/cm2以上的阴极斑点，使阴极表面局部区域的金属不断熔化和蒸发，以维持真空电弧。在电弧熄灭后，电极之间与电极周围的金属蒸气迅速扩散，密度快速下降直到零，触头间恢复高真空绝缘状态。

在触头刚要分离瞬间，发热温度迅速提高，产生阳极斑点，真空电弧一旦聚集，阴极斑点与阳极斑点便不再移动或以很缓慢的速度运动，阳极和阴极表面被局部强烈加热，导致严重熔化。更严重的，在真空灭弧室分断工频交流电弧时，电流过零后，这些过量的金属蒸汽在电极间还将持续一段时间，这时电极间的介质恢复速度降低,从而很可能导致真空灭弧室的分断失败。

利用相互配合的内伞裙和外伞裙，在触头刚要分离瞬间，通过延长爬电路径，防止阳极斑点聚集。

进一步限定，所述上出线导体上端设有散热支架。

在极柱本体上部，固封极柱依靠上出线导体上端安装的散热支架，快速将真空灭弧室上端以及上出线导体的热量扩散到空气中。

进一步限定，所述真空灭弧室外表设有硅胶层，所述真空灭弧室动端与所述下出线导体之间设有密封盖板；所述密封盖板底部与下出线导体顶部接触。

密封盖板能够很好地固定和密封真空灭弧室，使固封极柱不易漏胶，同时能够调整上下出线导体之间的距离。

需要说明的是，上下出线导体之间的距离的变化可以通过调整密封盖的高度来实现，当然，也可以通过调整上出线导体和下出线导体的厚度来实现距离的调整，但通过调整密封盖的高度比较经济(大电流固封极柱中，密封盖一般为铝件、上下出现导体为铜件)也不影响外观。

进一步限定，所述密封盖板底部镶嵌有密封圈。

密封圈能够起到很好的密封作用。

进一步限定，所述通风风道设置于绝缘外壳外表面，所述通风风道沿绝缘外壳中心轴线方向延伸，所述通风风道上端连通外部，其下端延伸至下出线导体，并通过下出线导体上的通气通孔连通内部。

通风风道上端连通外界，其下端利用通风通孔连通到极柱本体内部，通风风道通过下出线导体上的通风通孔可以使极柱本体内部真空灭弧室下方的热量和下出线导体产生的热量以空气对流的方式自然散出。

优选的，所述通风风道设置于绝缘外壳外表面，所述通风风道沿绝缘外壳中心轴线方向延伸，所述通风风道上端连通外部，其下端延伸至极柱本体底部，并通过下出线导体上的通气通孔连通内部。

通风风道上端连通外界，其下端利用通风通孔连通到极柱本体内部，通风风道通过下出线导体上的通风通孔可以使极柱本体内部真空灭弧室下方的热量和下出线导体产生的热量以空气对流的方式自然散出，通风风道长度加长，由原来的风道只通至下出线导体改为风道直通极柱本体底部，这样设计的好处是为了增加进风口的横截面积以便于提高进风量。

进一步限定，所述下出线导体安装侧装有触臂、触臂套和梅花触头，所述下出线导体设有3个通风通孔，所述通风通孔与软连接间隔错开设置；所述绝缘外壳外表面设有2个通风风道，所述通风通孔连通所述通风风道。

通风通孔位于下出线导体三个方位，使固封极柱能够从3个通风通孔均匀散热。

优选的，所述下出线导体安装侧装有触臂、触臂套和梅花触头，所述下出线导体设有4个通风通孔，所述通风通孔与软连接间隔错开设置；所述绝缘外壳外表面设有3个通风风道，所述通风通孔连通所述通风风道。

通风通孔位于下出线导体四个方位，使固封极柱能够从4个通风通孔均匀散热，相比3个通风通孔，更快速地提高散热效率。

需要指出的是，通风风道为绝缘外壳上的结构，其中通风通孔对接空心触臂外接触臂套，也能起到一定散热效果。故通风风道与通风通孔可以采用对称设计，也可以不采用对称设计。

本发明还提供了一种大电流固封极柱使用方法，包括以下步骤，

步骤一，先将真空灭弧室表面浇注一层硅胶层；

步骤二，在上出线导体以及下出线导体上安装模头，再将上出线导体组件安装并固定在真空灭弧室上方；导电夹固定在真空灭弧室动端，下出线导体和真空灭弧室动端通过软连接实现电连接，软连接的一段固定在下出线导体内表面，另一端固定到导电夹上；真空灭弧室动端与下出线导体之间设有密封盖板，密封盖板底部装有密封圈并与下出线导体顶部接触，除下出线导体安装侧的通风通孔之外，在下出线导体的通风通孔内安装堵头，装配好后将整个部件放入模具；

步骤三，往模具内浇注环氧树脂；

步骤四，待环氧树脂固化成型后，拆卸上下出线导体上的模头，并从极柱内部将通风通孔内的堵头用顶杆顶出，然后从风道内取出堵头。

下出线导体，软连接，导电夹，绝缘拉杆的装配关系不会发生变化，但随着绝缘拉杆下拉(断路器开断)动作，绝缘拉杆、导电夹的位置会移动，软连接会变形，下出线导体不会移动。

使用本技术方案提供的大电流固封极柱，使得在大电流通过固封极柱内部的导电回路时产生的热量能够快速地通过风道以对流方式散出，同时也使生产该固封极柱的模具相对简单，壳体内腔不容易漏胶。

本发明相比现有技术，最大限度地进行了散热处理，特别适用于大电流固封极柱。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明大电流固封极柱示意图(实施例一)；

图2为本发明散热筋条示意图；

图3为本发明烟囱式梯形的通风风道示意图；

图4为本发明大电流固封极柱示意图(实施例二)；

图5为本发明大电流固封极柱示意图(实施例三)；

图6为本发明大电流固封极柱示意图(实施例四)；

主要元件符号说明如下：

极柱本体1，真空灭弧室2，上出线导体3，下出线导体4，绝缘外壳5，通风风道6，通风风道顶部71，通风风道底部72，散热筋条8，软连接9，通风通孔10，真空灭弧室静端11，真空灭弧室动端12，导电夹13，绝缘拉杆14，第一伞裙15，第二伞裙16，散热支架17，密封盖板18。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1，图2，图3所示，大电流固封极柱，包括极柱本体1，设置于极柱本体1内的真空灭弧室2、上出线导体3、下出线导体4和绝缘外壳5，绝缘外壳5内腔设有真空灭弧室2，真空灭弧室2上方连接上出线导体3，真空灭弧室2下方连接下出线导体4，真空灭弧室2外圈设有至少3个烟囱式梯形的通风风道6，通风风道6上端连通外部，其下端连通绝缘外壳5内部；

通风风道6内部靠近真空灭弧室2区域设置有沿径向圆周均匀阵列分布的散热筋条8，绝缘外壳5包括第一外壳区域和第二外壳区域，第一外壳区域为真空灭弧室2外侧的风道区域，第一外壳区域的壁厚小于或等于第二外壳区域的壁厚；

下出线导体4横截面成正八边形，下出线导体4上设有软连接9和通风通孔10，软连接9与通风通孔10间隔错开设置。

上出线导体3电连接真空灭弧室静端11，下出线导体4电连接真空灭弧室动端12，真空灭弧室动端12外圈套设有导电夹13，真空灭弧室动端12下端设有绝缘拉杆14，绝缘拉杆14外壁设有第一伞裙15，极柱本体1内壁设有第二伞裙16。

上出线导体3上端设有散热支架17。

真空灭弧室2外表设有硅胶层，真空灭弧室动端12与下出线导体4之间设有密封盖板18；密封盖板18底部与下出线导体4顶部接触。

密封盖板18底部镶嵌有密封圈。

需要指出的是，如图2所示，烟囱式梯形的通风风道6上端为通风风道顶部71，即出风口，烟囱式梯形的通风风道6下端为通风风道底部72，即进风口。

如图1所示，作为本技术方案的优选实施例一，通风风道6设置于绝缘外壳5外表面，通风风道6沿绝缘外壳5中心轴线方向延伸，通风风道6上端连通外部，其下端延伸至下出线导体4。

如图4所示，作为本技术方案的优选实施例二，通风风道6设置于绝缘外壳5外表面，通风风道6沿绝缘外壳5中心轴线方向延伸，通风风道6上端连通外部，其下端延伸至极柱本体1底部。

上述实施例一和实施例二的区别在于，相对实施例一来说，实施例二中，通风风道上端连通外界，其下端利用通风通孔连通到极柱本体内部，通风风道通过下出线导体上的通风通孔可以使极柱本体内部真空灭弧室下方的热量和下出线导体产生的热量以空气对流的方式自然散出，通风风道长度加长，由原来的风道只通至下出线导体改为风道直通极柱本体底部，这样设计的好处是为了增加进风口的横截面积以便于提高进风量。

如图5所示，作为本技术方案的优选实施例三，下出线导体4安装侧有触臂、触臂套和梅花触头，下出线导体4设有3个通风通孔10，通风通孔10与软连接间隔错开设置，下出线导体4的通风通孔10连通触臂内孔从而连通外部空间；绝缘外壳5外表面设有2个通风风道6，通风通孔10连通所述通风风道6。

如图6所示，作为本技术方案的优选实施例四，下出线导体4安装侧有触臂、触臂套和梅花触头，下出线导体4设有4个通风通孔10，通风通孔10与软连接间隔错开设置，下出线导体4的通风通孔10连通触臂内孔从而连通外部空间；绝缘外壳5外表面设有3个通风风道6，通风通孔10连通所述通风风道6。

上述实施例三和实施例四的区别在于，相对实施例三来说，实施例四中，通风通孔位于下出线导体四个方位，使固封极柱内部热源能够从4个通风通孔均匀散热，相比3个通风通孔，增加了通风渠道，更快速地提高散热效率。

大电流固封极柱制造方法，包括以下步骤，

步骤一，先将真空灭弧室表面浇注一层硅胶层；

步骤二，在上出线导体以及下出线导体上安装模头，再将上出线导体组件安装并固定在真空灭弧室上方；导电夹固定在真空灭弧室动端，下出线导体和真空灭弧室动端通过软连接实现电连接，软连接的一段固定在下出线导体内表面，另一端固定到导电夹上；真空灭弧室动端与下出线导体之间设有密封盖板，密封盖板底部装有密封圈并与下出线导体顶部接触，除下出线导体安装侧的通风通孔之外，在下出线导体的通风通孔内安装堵头，装配好后将整个部件放入模具；

步骤三，往模具内浇注环氧树脂；

步骤四，待环氧树脂固化成型后，拆卸上下出线导体上的模头，并从极柱内部将通风通孔内的堵头用顶杆顶出，然后从风道内取出堵头。

以上对本发明提供的大电流固封极柱及其使用方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。