一种断路器的灭弧室的制作方法

1.本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种断路器的灭弧室。


背景技术：

2.在电网中某个地点发生短路的情况下，断路器是电力系统保护链中的最后环节，也是保护电网的唯一手段。因此，断路器在运行可靠性方面必须满足非常高的要求。高压断路器主要用于关合、承载、开断回路电流，对线路的安全运行至关重要。在发电厂和变电站中，高压断路器同时用于控制和保护，对电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用，是一个不可缺少的元件。随着我国电力行业的迅猛发展，输变电等级也不断提高，电器产品的运行性能、质量要求越来越高，高压sf6断路器作为高压开关的主导产品，在高压、超高压以及特高压输电系统中起着重要的控制和保护作用，保证电力系统中其它电力设备不受损坏，进而实现用电的安全、可靠和稳定运行。
3.高压sf6断路器在短路电流的开断过程中，热击穿现象时有发生，其中灭弧室内温度过高是造成介质绝缘性能降低的主要原因，为避免灭弧室内温度过高，需要将断口间电弧导致sf6气密度降低的热气迅速排出，不断加强弧后开断位置气体的冷却。为了将热气流排出，灭弧室内设有相应的气流通道，以供断口处的高温高压气体顺着气流通道排出，为了气体流通顺畅，在气流通道设有导气锥，导气锥对气流进行引导并使气流改向。这种灭弧室的基本结构如图1所示，灭弧室包括导气锥1、压气室3、静支座4、挡气罩2、静弧触头6、喷口7，灭弧室包括灭弧室具有中央轴线，静弧触头位于中央轴线上，静弧触头在喷口内与相应的动弧触头进行分合，静支座为具有内腔的筒体，静支座供静弧触头安装，静支座的轴线与中央轴线重合，静支座的内腔形成压气室，导气锥设置在静支座的远离喷口的一侧，导气锥是以中央轴线作为回转中心的回转体，导气锥的朝向压气室的一侧设有环形凹槽，环形凹槽的轴线与中央轴向重合，环形凹槽的槽壁面形成导气面，环形凹槽的槽壁面为平滑曲面且环形凹槽具有环绕中央轴线的外侧槽壁面，环形凹槽的槽口外沿与静支座的端面相对且间隔布置以形成过流口，导气锥的背向静支座的一端与挡气罩固定，挡气罩罩设在导气锥和静支座外周，挡气罩与静支座的外周面之间形成有环空，静支座的远离导气锥的一端设有屏蔽罩，屏蔽罩与静支座的外周面围成背向喷口的环槽，挡气罩伸入环槽内。在静弧触头与动弧触头分合时，断口处产生的高温高压气体进入压气室，经导气锥的导气面引导，通过过流口进入挡气罩与静支座之间的间隙中，流动到屏蔽罩与静支座之间的环槽中，再从挡气罩与屏蔽罩之间的间隙中排出。
4.由于导气锥的形状影响着气体流通，气体流通又影响着散热能力，因此，导气锥的形状设计很关键。而上述现有的灭弧室中的导气锥，虽然能够在一定程度上起到引导气体流通的作用，但是，在实际应用过程中，其所能够起到增强气流顺畅性的能力仍然不足，不能满足对气流通道高散热速度的要求，尤其在目前随着行业发展对电器产品产生了越来越高的要求，从而使得目前灭弧室的散热能力已不能满足需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种断路器的灭弧室，以解决现有断路器的灭弧室散热能力较低的问题。
6.本发明的断路器的灭弧室的技术方案是：
7.一种断路器的灭弧室，包括相对于中央轴线同轴设置的导气锥和静支座，静支座为筒体结构，静支座的内腔形成压气室，导气锥上设有朝向压气室的导气面，导气面为以中央轴线为回转中心的回转面，导气面用于引导流到导气锥上的热气流，导气锥与静支座间隔设置以在导气锥与静支座之间形成过流口，导气锥具有朝向静支座凸出的锥形部，锥形部尖端的外表面为球冠，锥形部上于尖端的周围设有锥面，锥面与所述球冠相切，导气锥上于锥形部的周围设有平面，平面与锥面之间设有圆弧过渡面，所述球冠、锥面、圆弧过渡面、平面共同形成导气面。
8.有益效果：通过在平面上凸出设置锥形部，并将锥形部的尖端表面设置成球冠，从而以球冠、锥面、圆弧过渡面、平面进行平滑配合，共同形成导气面，这样形状的导气面，能够使得灭弧室内的气流通道更加顺畅，经过仿真分析证明，采用具有这种形状导气面的导气锥，相较于现有的导气锥，能够使灭弧室内气体的整体温度有明显的下降，温度降低快，有效提升了散热能力。
9.进一步地，所述锥形部伸入压气室内。
10.有益效果：将锥形部伸入压气室内，有利于对热气流进行引导。
11.进一步地，静支座具有朝向导气锥的后端面，以垂直于中央轴线的方向为径向，锥形部的锥面在中央轴线延伸方向上的中部与静支座后端面在径向上位置对应。
12.有益效果：使静支座的端部与锥面的中部在径向上位置对应，有利于热气流快速通过。
13.进一步地，所述平面位于静支座的后侧且与静支座的后端面前后相对，所述平面与静支座后端面之间的环形间隙形成所述过流口。
14.有益效果：这样能够使导气锥与静支座之间形成径向朝外的过流口以供气流顺畅通过。
15.进一步地，还包括挡气罩，挡气罩罩设在静支座的外周，挡气罩的内周面与静支座的外周面间隔设置以在挡气罩与静支座之间形成环空流道，环空流道与过流口相通，挡气罩靠近导气锥的一端固定在导气锥上，所述平面与挡气罩的内周面相接。
16.有益效果：使平面与挡气罩的内周面相接，有利于使气流通道顺畅，提高气体流动速度。
17.进一步地，挡气罩靠近导气锥的一端的端面与所述平面相连。
18.有益效果：方便挡气罩与导气锥密封固定，且有利于避免挡气罩内周面与导气锥之间产生间隙而影响气体流动。
19.进一步地，压气室内设有供热气流通过的压气室流道，压气室流道与环空流道之间设有两个连通口，两个连通口沿中央轴线的延伸方向上间隔设置；静支座的在中央轴线延伸方向上的中部开设有供热气流通过的通气口，通气口与环空流道中部对应连通；通气口与过流口构成两个连通口。
20.有益效果：通过在静支座的中部开设通气口，从而在压气室流道与环空流道之间
形成中部的通气口与端部的过流口两个连通孔，热气流会有一部分先从中部的通气口进入环空流道，另一部分流经末端的导气锥并从末端的过流口进入环空流道，从而能够利用通气口与过流口在气体流动路径上进行梯度配合，减小导气锥的负担，提高耐用性，并有利于热气流快速排出。
附图说明
21.图1为现有技术中的灭弧室的静端部分的结构示意图；
22.图2为本发明实施例1中断路器的灭弧室的导气锥与静支座、挡气罩、屏蔽罩的安装关系示意图；
23.图3为本发明实施例1中断路器的灭弧室内气体流动示意图；
24.图4为本发明实施例1中断路器的灭弧室在燃弧阶段12ms时刻的温度等高线分布图；
25.图5为本发明实施例1中断路器的灭弧室在燃弧阶段14ms时刻的温度等高线分布图；
26.图6为本发明实施例1中断路器的灭弧室在燃弧阶段15ms时刻的温度等高线分布图；
27.图7为本发明实施例1中断路器的灭弧室在燃弧阶段16ms时刻的温度等高线分布图；
28.图8为本发明实施例1中断路器的灭弧室在燃弧阶段17ms时刻的温度等高线分布图；
29.图9为图1现有技术中的灭弧室在在燃弧阶段12ms时刻的温度等高线分布图；
30.图10为图1现有技术中的灭弧室在在燃弧阶段14ms时刻的温度等高线分布图；
31.图11为图1现有技术中的灭弧室在在燃弧阶段15ms时刻的温度等高线分布图；
32.图12为图1现有技术中的灭弧室在在燃弧阶段16ms时刻的温度等高线分布图；
33.图13为图1现有技术中的灭弧室在在燃弧阶段17ms时刻的温度等高线分布图。
34.图中：1、导气锥；10、导气面；11、球冠；12、锥面；13、圆弧过渡面；14、平面；2、挡气罩；3、压气室；4、静支座；5、屏蔽罩；6、静弧触头；7、喷口；8、过流口。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语
如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.以下结合实施例对本发明作进一步地详细描述。
41.本发明的断路器的灭弧室的实施例1：
42.如图2、图3所示，图中仅示出了断路器的灭弧室的部分结构，断路器的灭弧室包括静支座4、导气锥1、挡气罩2、屏蔽罩5，灭弧室具有中央轴线，静支座4、导气锥1、挡气罩2、屏蔽罩5相对于中央轴线同轴设置，灭弧室的断口(图中未显示)位于静支座4的前侧，导气锥1设置在静支座4的后侧，挡气罩2罩在静支座4的外周，屏蔽罩5设置在静支座4的前端，在断口处燃弧时，产生的高温高压sf6气体如图3中箭头所示方向流动，热气流进入静支座4内，向导气锥1流动并经导气锥1引导后进入挡气罩2与静支座4的间隙中，再从屏蔽罩5与挡气罩2之间的间隙排出。
43.静支座4为筒体结构，静支座4的内腔形成压气室3，压气室3内形成有供热气流通过的压气室流道，静支座4的后端与导气锥1间隔设置以在导气锥1与静支座4之间形成供热气流通过的过流口8。
44.导气锥1上设有朝向压气室3的导气面10，导气面10是以中央轴线为回转中心的回转面，导气面10用于引导流到导气锥1上的热气流。导气锥1具有朝向静支座4凸出的锥形部，锥形部形状近似圆锥体，锥形部的前端为尖端，锥形部尖端的外表面为球冠11，锥形部的位于尖端后侧的部分的外表面为锥面12，以使锥形部上于尖端的周围设有锥面12，并且锥形部的锥面12与球冠11相切，导气锥1的位于锥形部后侧的部分为平板部，平板部具有朝前的板面，以使导气锥1上于锥形部的周围设有平面14，平面14为环绕中央轴线一周的环状平面，平面14与锥面12之间设有圆弧过渡面13，圆弧过渡面13是指，以中央轴线为回转中心、母线为一条圆弧线的回转面，该圆弧线环绕中央轴线一周形成圆弧过渡面13，以使锥面12与平面14之间平滑过渡。球冠11、锥面12、圆弧过渡面13、平面14共同形成导气面10。
45.静支座4具有朝向导气锥1的后端面，导气锥1的平面14位于静支座4的后侧且与静支座4的后端面前后相对,过流口8由平面14与静支座4后端面之间的环形间隙形成。导气锥1的锥形部伸入压气室3内，以垂直于中央轴线的方向为径向，锥形部的锥面12在中央轴线延伸方向上的中部与静支座4的后端面在径向上位置对应，锥形部的尖端越过静支座4的后
端而伸入压气室3内，并使锥形部的锥面12的靠前部分伸入压气室3内，有利于对热气流进行引导，以供热气流快速通过。
46.挡气罩2靠近导气锥1的一端固定在导气锥1上，挡气罩2后端向后凸出于静支座4，挡气罩2的后端面与导气锥1的平面14相连。挡气罩2为中空体，挡气罩2的后端面与导气锥1的平面14贴合以使得平面14与挡气罩2的内周面相接，有利于使气流通道顺畅，提高气体流动速度。
47.挡气罩2的内周面与静支座4的外周面间隔设置以在挡气罩2与静支座4之间形成环空流道，环空流道与过流口8相通，并且，使导气锥1与静支座4之间形成径向朝外的过流口8，热气流经锥面12引导从过流口8径向流出，有利于气流顺畅通过并进入环空流道。
48.压气室流道与环空流道之间设有两个连通口，两个连通口沿中央轴线的延伸方向上间隔设置。静支座4的在中央轴线延伸方向上的中部开设有供热气流通过的通气口，通气口与环空流道中部对应连通。通气口与过流口8构成前后间隔布置的两个连通口。通过在静支座4的中部开设通气口，从而在压气室流道与环空流道之间形成中部的通气口与端部的过流口8两个连通孔，热气流会有一部分先从中部的通气口进入环空流道，另一部分流经末端的导气锥1并从末端的过流口8进入环空流道，从而能够利用通气口与过流口8在气体流动路径上进行梯度配合，减小导气锥1的负担，提高耐用性，有利于热气流快速排出。
49.屏蔽罩5罩设在静支座4的前端，屏蔽罩5包括环体部和筒体部，环体部的内边沿与静支座4的外周面固定，筒体部的内周面与静支座4的外周面间隔设置以形成环槽，挡气罩2的前端伸入环槽中，挡气罩2外周面与屏蔽罩5内周面之间的间隙以及挡气罩2前端面与挡气罩2环体之间的间隙形成屏蔽罩流道，屏蔽罩5筒体后端与挡气罩2的外周面之间形成朝后的出口，以供热气流从环空流道经屏蔽罩流道排出。压气室流道、导气面10、过流口8、通气口、环空流道、屏蔽罩流道用于形成灭弧室内的供热气流排出的气流通道。
50.这种形状的导气面能够使得灭弧室内的气流通道更加顺畅，有利于气流通道内温度迅速降低。导气锥形状规则，不需要开凹槽，降低了加工难度，减少了加工工时。
51.对于其散热效果，进行了仿真及比对分析。如图4、图5、图6、图7、图8所示，对应本发明的断路器的灭弧室在燃弧阶段不同时刻的温度分布云图，温度分布云图能够直观地反映出灭弧室内气体动态变化过程。燃弧阶段是一个从0ms开始燃弧的过程。
52.图4是本发明的灭弧室在12ms时刻温度等高线分布图，此时弧芯的高温区域未扩散至压气室，图5、图6、图7、图8分别是14ms、15ms、16ms、17ms时的温度等高线分布图，温度逐渐扩散到整个气流通道。
53.图9、图10、图11、图12、图13是图1所示现有技术的灭弧室在燃弧阶段不同时刻的温度分布云图，图9是在12ms时刻温度等高线分布图，此时弧芯的高温区域未扩散至压气室，图10、图11、图12、图13分别是14ms、15ms、16ms、17ms时的温度等高线分布图，温度逐渐扩散到整个气流通道。
54.通过对比本发明中的灭弧室和现有技术中的灭弧室在相同时刻的温度等高线分布图可以发现，现有技术中的灭弧室气流通道内温度明显较高，其导气锥影响了散热，而本发明中的灭弧室气流通道内整体温度有明显的下降，本发明中的导气锥有效提升了设备整体的散热能力。
55.经过仿真分析证明，在不改变其他结构和条件的情况下，相较于现有的导气锥，采
用本发明这种形状导气面的导气锥，在同样通流情况下，气流通道内温度降低更快，有效提升了散热能力，加速电弧冷却，达到标准和规范要求。使压气室内的高温高压sf6气体逸散迅速，温度降低快，从而使电弧迅速冷却熄灭，减少触头烧蚀，提高气体的通流能力，从而提高断路器的开断能力，延长断路器的使用寿命，提高了产品竞争力。
56.本发明的断路器的灭弧室的实施例2：
57.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，挡气罩靠近导气锥的一端的端面与平面相连。而本实施例中，挡气罩的后端罩设在导气锥的外周面上，且挡气罩的内周面与导气锥的外周面相贴。
58.最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。