一種新型復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的真空滅弧室的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大電流真空斷路器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的真空滅弧室。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，真空斷路器在整個(gè)電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也得以快速的發(fā)展。但是，在發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)于真空斷路器的要求也是不斷的提高。為了提高真空滅弧室的短路開(kāi)斷能力，在滅弧室中引入了電弧的磁場(chǎng)控制技術(shù)。
[0003]磁場(chǎng)控制技術(shù)主要包括了橫向磁場(chǎng)控制技術(shù)和縱向磁場(chǎng)控制技術(shù)。其中，橫向磁場(chǎng)技術(shù)是通過(guò)特定的觸頭結(jié)構(gòu)，使得在燃弧過(guò)程中形成的電流通路在觸頭及其觸頭間隙區(qū)域形成與電弧電流流向垂直的橫向磁場(chǎng)。橫向磁場(chǎng)作用于真空電弧，驅(qū)動(dòng)其在觸頭表面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免了電弧對(duì)于觸頭局部的過(guò)度燒蝕，提高了開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力。縱向磁場(chǎng)技術(shù)也是通過(guò)觸頭結(jié)構(gòu)，形成與電弧電流流向平行的磁場(chǎng)。縱向磁場(chǎng)技術(shù)使得真空電弧更加均勻，減少了真空電弧的集聚，減輕電弧對(duì)于觸頭表面的燒蝕，提高了開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷能力。
[0004]在現(xiàn)有的真空滅弧室中，縱向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)主要為杯狀縱磁觸頭結(jié)構(gòu)和線圈式縱磁觸頭結(jié)構(gòu)。橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)主要為杯狀橫磁觸頭結(jié)構(gòu)、萬(wàn)字形等開(kāi)槽式橫磁觸頭結(jié)構(gòu)?？v向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是電弧的控制能力強(qiáng)，開(kāi)斷能力強(qiáng)；缺點(diǎn)是觸頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，觸頭結(jié)構(gòu)導(dǎo)通電阻大，對(duì)于額定電流有較大限制。橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是觸頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，觸頭導(dǎo)通電阻小，可以導(dǎo)通較大額定電流；缺點(diǎn)是橫向磁場(chǎng)控制技術(shù)作用下，真空電弧在快速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，對(duì)于觸頭有一定的燒蝕，以及電弧的噴濺會(huì)對(duì)屏蔽罩造成一定程度的燒蝕。綜上所述，現(xiàn)有的橫向和縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)觸頭在斷路器中的應(yīng)用中各有優(yōu)劣，其結(jié)構(gòu)也在不斷的改進(jìn)和完善。
[0005]目前，復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的研究也取得了一定的發(fā)展，尤其是ABB公司提出的復(fù)合觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案(EUROPEAN PATENT APPLICAT1N !Applicat1n number: 11006056.3)。其設(shè)計(jì)的觸頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。其觸頭結(jié)構(gòu)主要由外側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)40和內(nèi)側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)52組成。外側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)40為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且在外側(cè)開(kāi)槽；內(nèi)側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)52為直徑較小的觸頭結(jié)構(gòu)，置于環(huán)狀的外側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)內(nèi)部。通過(guò)其開(kāi)槽的設(shè)計(jì)，其外側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)40和內(nèi)部觸頭結(jié)構(gòu)52均可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)真空電弧進(jìn)行約束和控制。外側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)40通過(guò)開(kāi)槽的方向的配合可以形成橫向磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)；內(nèi)側(cè)觸頭結(jié)構(gòu)52通過(guò)開(kāi)槽方向的配合，也可以形成橫向磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)。
[0006]上述復(fù)合觸頭結(jié)構(gòu)，通過(guò)外側(cè)觸頭和內(nèi)側(cè)觸頭的配合，分別可以形成橫向磁場(chǎng)一縱向磁場(chǎng)組合；橫向磁場(chǎng)一橫向磁場(chǎng)組合；縱向磁場(chǎng)一縱向磁場(chǎng)組合。這種觸頭結(jié)構(gòu)在燃弧過(guò)程中，充分發(fā)揮了橫向磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)對(duì)于真空電弧的控制。如果僅考慮觸頭磁場(chǎng)對(duì)于電弧的約束，上述觸頭結(jié)構(gòu)通過(guò)組合形成復(fù)合磁場(chǎng)，強(qiáng)化并且充分利用了橫向和縱向磁場(chǎng)對(duì)于電弧的控制。
[0007]但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，上述復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)由于是由外側(cè)環(huán)狀觸頭和內(nèi)側(cè)小直徑觸頭組合而成，觸頭表面的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。在大電流條件下，容易造成觸頭表面的過(guò)度燒蝕以及結(jié)構(gòu)的破壞，不利于大電流條件下的開(kāi)斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的真空滅弧室，解決了現(xiàn)有復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)觸頭表面結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題。
[0009]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]一種新型復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)，包括靜端觸頭201和動(dòng)端觸頭202 ;所述靜端觸頭201包括靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103，焊接在靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103背部中心區(qū)域的靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102以及焊接在靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102另一端的靜端導(dǎo)電桿101 ;所述靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103為螺旋槽橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或“萬(wàn)”字形橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)；所述靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102為螺旋槽橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、“萬(wàn)”字形橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、杯狀縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或線圈式縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)；所述靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102的直徑小于靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103的直徑；所述靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103與靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102的開(kāi)槽旋轉(zhuǎn)方向相同，但存在預(yù)設(shè)的角度差；所述動(dòng)?而觸頭202包括動(dòng)?而橫向磁場(chǎng)觸頭片104，焊接在動(dòng)?而橫向磁場(chǎng)觸頭片104背部中心區(qū)域的動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105以及焊接在動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105另一端的動(dòng)端導(dǎo)電桿106 ;所述動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104為螺旋槽橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或“萬(wàn)”字形橫向磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)；所述動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105為螺旋槽橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、“萬(wàn)”字形橫向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)、杯狀縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)或線圈式縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)；所述動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的直徑小于動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104的直徑；所述動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104與動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的開(kāi)槽旋轉(zhuǎn)方向相同，但存在預(yù)設(shè)的角度差；所述動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104與靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103的開(kāi)槽方向相匹配，所述動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105與靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102的開(kāi)槽方向相匹配。
[0011]所述靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103的背部中心區(qū)域?yàn)橹睆脚c靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102直徑相同的凹槽，靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102放置在凹槽中，所述靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102的邊緣位置高于中間區(qū)域，靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102的邊緣位置與靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103的背部凹槽焊接；所述動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104的背部中心區(qū)域?yàn)橹睆脚c動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105直徑相同的凹槽，動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105放置在凹槽中，所述動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的邊緣位置高于中間區(qū)域，動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的邊緣位置與動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104的背部凹槽焊接。
[0012]所述預(yù)設(shè)的角度差為20°?60°，使得靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103與靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102以及動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104與動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的焊接部位形成匹配。
[0013]—種真空滅弧室，包括上述所述的新型復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)和中央屏蔽罩108。
[0014]所述中央屏蔽罩108的材料選擇耐電弧燒蝕的CuCr合金材料。
[0015]本發(fā)明復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了觸頭間隙的橫向磁場(chǎng)強(qiáng)度，優(yōu)化了中心區(qū)域的橫向磁場(chǎng)分布。由于觸頭開(kāi)槽結(jié)構(gòu)和角度的配合，在燃弧期間，電弧電流不僅需要經(jīng)過(guò)靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103和動(dòng)端橫向磁場(chǎng)觸頭片104產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)，還要經(jīng)過(guò)靜端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102和動(dòng)端勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105，再次產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)。這一設(shè)計(jì)，通過(guò)不同直徑的靜端橫向磁場(chǎng)觸頭片103、和動(dòng)?而橫向磁場(chǎng)觸頭片104與靜?而勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)102、動(dòng)?而勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)105的配合，延長(zhǎng)了電流在觸頭結(jié)構(gòu)中的流通路徑；同時(shí)通過(guò)直徑的配合，強(qiáng)化了觸頭間隙特別是觸頭中心區(qū)域的橫向磁場(chǎng)的強(qiáng)度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]I)觸頭表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；觸頭表面形狀為開(kāi)槽式橫向磁場(chǎng)觸頭片的表面，表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔；由于橫向磁場(chǎng)對(duì)于真空電弧的作用效果，真空電弧在觸頭表面旋轉(zhuǎn)燒蝕，會(huì)在觸頭表面造成燒蝕；簡(jiǎn)單的觸頭表面結(jié)構(gòu)能夠使得燒蝕分布均勻，有利于大電流電弧的開(kāi)斷。相比較現(xiàn)有的復(fù)合磁場(chǎng)觸頭，本發(fā)明的觸頭表面完全是傳統(tǒng)的“萬(wàn)”字形或者是傳統(tǒng)的橫磁觸頭表面。這種觸頭表面十分簡(jiǎn)單，更有利于觸頭的均勻燒蝕。
[0017]2)利用簡(jiǎn)單的觸頭結(jié)構(gòu)形成了復(fù)合橫向磁場(chǎng)；在燃弧過(guò)程中，電弧電流不僅流經(jīng)觸頭表面，同時(shí)會(huì)流經(jīng)觸頭背面的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)。在電弧電流流經(jīng)上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)。隨著電流流經(jīng)距離的增加，兩個(gè)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的疊加的橫向磁場(chǎng)的強(qiáng)度會(huì)比單純觸頭片產(chǎn)生的橫向磁場(chǎng)更強(qiáng)。更強(qiáng)的橫向磁場(chǎng)就更加有利于橫磁觸頭電弧的運(yùn)動(dòng)，對(duì)電流的開(kāi)斷更加有利。
[0018]3)更加有效的利用了復(fù)雜的觸頭結(jié)構(gòu)；現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，當(dāng)電弧處于觸頭表面的不同區(qū)域時(shí)，電流流經(jīng)的路徑是不同的，或者流經(jīng)外側(cè)觸頭，或者流經(jīng)內(nèi)部觸頭。當(dāng)電弧在觸頭邊緣時(shí)，觸頭內(nèi)部的結(jié)構(gòu)其實(shí)不會(huì)有太大電流流經(jīng)，因此也只有外側(cè)的結(jié)構(gòu)會(huì)起到作用。在本發(fā)明中，由于觸頭表面是一個(gè)整體，因此不論電弧處于觸頭的什么位置，觸頭背側(cè)的勵(lì)磁結(jié)構(gòu)都是有磁場(chǎng)產(chǎn)生了。
[0019]4)對(duì)于傳統(tǒng)的橫向磁場(chǎng)分布進(jìn)行了優(yōu)化；傳統(tǒng)的橫磁觸頭，如果電弧是在觸頭的中心區(qū)域燒蝕，那么由于電流流經(jīng)距離下，觸頭間隙的橫磁較弱。而在本發(fā)明中，由于勵(lì)磁觸頭結(jié)構(gòu)直徑小，此外，不管電弧在什么位置燃燒，勵(lì)磁結(jié)構(gòu)都會(huì)有電流流經(jīng)，因此所產(chǎn)生的橫向磁場(chǎng)補(bǔ)充了觸頭片在中心區(qū)域磁場(chǎng)的不足。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是ABB公司現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合磁場(chǎng)觸頭結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的萬(wàn)字形復(fù)合橫向磁場(chǎng)觸頭的示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的萬(wàn)字形復(fù)合橫向磁場(chǎng)觸頭的軸向剖視圖。
[0023]圖4a與圖4b分別是本發(fā)明的萬(wàn)字形復(fù)合橫向磁場(chǎng)動(dòng)端觸頭的正面與背面視圖。
[0024]圖5是本發(fā)明的應(yīng)用萬(wàn)字形復(fù)合橫向磁場(chǎng)觸頭的真空滅弧室的平面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明一種