配电用真空开关的灭弧室结构及其设计方法与流程

本发明属于配电设备领域，尤其涉及一种配电真空开关的灭弧室结构及其设计方法。

背景技术：

真空开关是配电控制和保护系统中广泛应用的设备，根据其原理和功能不同，又分为真空断路器、真空负荷开关以及真空接触器等不同类型，其中真空接触器具有物理结构紧凑，尺寸小巧，工作性能稳定且能够长期使用，同时其无污染，换装效率高，能够广泛应用于各种高低压电路，相比其他种类真空开关能够跟好的满足电网对高性能、高效率、低维护成本等要求，是未来电网真空开关的主要发展方向。随着真空接触器的不断发展，其产品因公范围逐渐向各类型的高电压、高电流场合发展，这对真空接触器的性能提出了更高要求，而作为真空接触器的核心，真空灭弧室的结构、性能以及技术参数是限制和支持真空接触器各功能的重要元件。同时随着电网技术的发展，电网中各种设备和线路向着小型化、集成化、智能化方向，相应的，应用于电网中的各类元器件也对其尺寸、携带性等有了新的要求，作为电网中重要的开关元件，真空接触器也需要对其结构、性能进行改进优化才能适应技术发展和市场需求。

技术实现要素：

本发明创造的目的在于，提供一种配电用真空开关的灭弧室结构及其设计方法，其能够在保证真空开关性能的前提下减其尺寸，且在高电压、高电流应用下能够保持良好的稳定性。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种配电用真空开关的灭弧室结构，包括全封闭的外壳，设于外壳内的触头，设于外壳两端的接触杆以及设于外壳内的屏蔽罩，所述屏蔽罩包括位于外壳两端的端部屏蔽罩，设于接触头四周的触头屏蔽罩；

所述触头屏蔽罩为圆筒状结构且均匀设置于触头外围，所述触头屏蔽罩前后两端长度不小于触头整体长度以使触头可被完全围在触头屏蔽罩内，所述触头屏蔽罩的内径d满足：其中d是指触头开距(cm)，d1是指外壳内径(cm)，wmax是指屏蔽罩吸收电弧功率的允许值(kw/cm²)，u是指电弧电压(v)，i是指分断电流(a)；其中屏蔽罩的最小厚度θmin满足其中λ是指材料导热系数(w/(cm*℃))，t1是指热作用时间(s)，c是指材料热比(j/(kg*℃))，ρ是指材料密度(kg/cm³)

所述接触杆包括静接触杆和动接触杆，所述接触杆为圆柱状结构，接触杆一端连接至接触头一端伸出外壳外部，所述接触杆的直径dg满足其中rg为触头接触电阻(ω)，τg是指触头极限工作温度(℃)，δlg是指接触杆伸出外壳部分长度(cm)，kt是指散热系数(w/cm²*℃)；

所述触头包括动触头和静触头，所述动触头和静触头均为圆饼状，所述触头设有接触杆安装孔，所述接触杆安装孔深度为触头厚度一半，所述触头厚度为3～11mm；所述静触头安装在静接触杆，静接触杆固定于外壳上的静接触杆安装孔内，动触头安装于动接触杆，动接触杆可活动的设于外壳上的动接触杆安装孔内，两个接触杆和接触头分别同轴且正对布置。

进一步地，所述外壳包括绝缘件，所述绝缘件为环状，绝缘件的两端设有封闭端，所述绝缘件高度不小于30mm。

进一步地，所述接触头相对的面为接触面，接触面边缘经过圆滑处理。

一种配电用真空开关灭弧室的设计方法，包括以下步骤，

步骤一，根据设计需求确定额定短路开断电流以及产品的基本尺寸范围，所述基本尺寸范围包括基本触头直径、基本外壳内外径、基本导电杆直径；

步骤二，在圆盘形触头、横磁场触头、纵磁场触头结构中根据开断电流的大小确定待选触头结构，在待选触头结构下计算得到预期触头直径，选择预期触头直径不超过基本触头直径最接近的触头结构；所述预期触头直径的计算公式如下：

其中y为额定短路开断电流(ka)，x为触头直径(mm)；

步骤三，根据确定触头屏蔽罩直径d以及为外壳内径d1，d1不大于基本外壳内经；

步骤三，根据公式确定导电杆直径dg；

步骤四，在确定到电杆直径d以及外壳内经d1的基础上设计波纹管，波纹管直径db满足db＝d1+μ，μ为调节系数，且μ∈(0.5，2.5)，波纹管的厚度hb(mm)满足hb≈(0.121+0.0007db)*γ，γ∈[0.9，1.1]。

其有益效果在于：根据机场发展趋势以市场需求，本发明提出了一种基于额定短路开断电流对真空开关灭弧室结构进行设计的方法以及使用该方法设计的灭弧室结构，该设计方法充分考虑了产品性能、结构以及设计效率，有利于简化现有真空开关灭弧室的设计过程，同时依据该设计方法能够获得更小尺寸同时满足性能需求的灭弧室。

附图说明

图1是本发明的真空开关的灭弧室的结构示意图。

其附图标记包括：

外壳10；静接触杆21、动接触杆22；静触头31、动触头32；波纹管41；端部屏蔽罩51、触头屏蔽罩52。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

一种配电用真空开关的灭弧室结构，包括全封闭的外壳10，灭弧室的外壳10为绝缘材料制作的圆筒状结构，主要用于保证真空开关的密闭性以及绝缘性，其中外壳10绝缘部分的尺寸可以通过公式确定，其中qa是指最大漏气率，s＝πdl(cm²)是指外壳10绝缘部分的表面积；d是指外壳10直径，l是指外壳10长度，p0是指灭弧室外大气压、p1是指灭弧室内气压，δ是指外壳10绝缘部分的厚度。外壳10包括玻璃外壳10、陶瓷外壳10等类型。

设于外壳10内的触头，设于外壳10两端的接触杆以及设于外壳10内的屏蔽罩，述屏蔽罩包括位于外壳10两端的端部屏蔽罩51，设于接触头四周的触头屏蔽罩52；触头用于实现导电回路的通断，通过动静接触杆11的相对动作实现动静触头31的接触和分开，进而控制回路的接通和断开，所述触头屏蔽罩52为圆筒状结构且均匀设置于触头外围，所述触头屏蔽罩52前后两端长度不小于触头整体长度以使触头可被完全围在触头屏蔽罩52内；在电流通过触头时，触头表面材料在高温下会发生蒸发甚至熔化、喷溅等现象，屏蔽罩可以有效防止金属蒸汽喷溅到绝缘外壳10内表面造成外壳10绝缘性下降等问题，同时屏蔽罩可以影响出头偶之间的电场分布，提高触头间的绝缘强度。所述触头屏蔽罩52的内径d满足：其中d是指触头开距(cm)，d1是指外壳10内径(cm)，wmax是指屏蔽罩吸收电弧功率的允许值(kw/cm²)，u是指电弧电压(v)，i是指分断电流(a)；其中屏蔽罩的最小厚度θmin满足其中λ是指材料导热系数(w/(cm*℃))，t1是指热作用时间(s)，c是指材料热比(j/(kg*℃))，ρ是指材料密度(kg/cm³)；为使触头间的电场分布更加均匀，触头屏蔽罩52可以通过在绝缘外壳10上设置金属圆环来固定，或者直接将触头屏蔽罩52设计为外壳10的一部分，并将外壳10的绝缘部分设置在触头屏蔽罩52两端。

所述接触杆包括静接触杆11和动接触杆12，所述接触杆为圆柱状结构，接触杆一端连接至接触头一端伸出外壳10外部，所述接触杆的直径dg满足其中rg为触头接触电阻(ω)，τg是指触头极限工作温度(℃)，δlg是指接触杆伸出外壳10部分长度(cm)，kt是指散热系数(w/cm²*℃)；

所述触头包括动触头32和静触头31，所述动触头32和静触头31均为圆饼状，所述触头设有接触杆安装孔，所述接触杆安装孔深度为触头厚度一半，所述触头厚度为3～11mm；所述静触头31安装在静接触杆11，静接触杆11固定于外壳10上的静接触杆11安装孔内，动触头32安装于动接触杆12，动接触杆12可活动的设于外壳10上的动接触杆12安装孔内，两个接触杆和接触头分别同轴且正对布置。

进一步地，所述外壳10可以与绝缘，所述绝缘件为环状，绝缘件的两端设有封闭端，所述绝缘件高度不小于30mm。

进一步地，所述接触头相对的面为接触面，接触面边缘经过圆滑处理。

一种配电用真空开关灭弧室的设计方法，包括以下步骤，

步骤一，根据设计需求确定额定短路开断电流以及产品的基本尺寸范围，所述基本尺寸范围包括基本触头直径、基本外壳10内外径、基本导电杆直径；

步骤二，在圆盘形触头、横磁场触头、纵磁场触头结构中根据开断电流的大小确定待选触头结构，在待选触头结构下计算得到预期触头直径，选择预期触头直径不超过基本触头直径最接近的触头结构；所述预期触头直径的计算公式如下：

其中y为额定短路开断电流(ka)，x为触头直径(mm)；

步骤三，根据确定触头屏蔽罩52直径d以及为外壳10内径d1，d1不大于基本外壳10内经；

步骤三，根据公式确定导电杆直径dg；

步骤四，在确定到电杆直径d以及外壳10内经d1的基础上设计波纹管41，波纹管41直径db满足db＝d1+μ，μ为调节系数，且μ∈(0.5，2.5)，波纹管41的厚度hb(mm)满足hb≈(0.121+0.0007db)*γ，γ∈[0.9，1.1]。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。