阅读说明：本技术 混合式灭弧室 (Hybrid arc extinguishing chamber ) 是由 彭晶 王科 谭向宇 邓云坤 马仪 赵现平 李�昊 刘红文 彭兆裕 于 2020-03-13 设计创作，主要内容包括：本申请公开一种混合式灭弧室,包括：绝缘外壳、第一导杆、静触头、第二导杆、直动密封和动触头,绝缘外壳由依次连接的第一边框、第二边框、第三边框和第四边框组成的方框型结构,其内部充有绿色绝缘气体；第一导杆穿过第一边框,深入至绝缘外壳内部并连接静触头；第二导杆通过直动密封固定在第三边框上,第二导杆可沿第三边框垂直方向上下运动；第二导杆深入至所述绝缘外壳内部并连接动触头；动触头与第二边框之间以及动触头与第四边框之间均设有第一气隙；动触头与第三边框之间设有第一压气缸；静触头与动触头之间设有燃弧区。采用前述的灭弧室,融合了真空灭弧室和SF<Sub>6</Sub>灭弧室的优点,并克服各自的缺点,性能大大提升,且结构简单,应用广泛。(The application discloses hybrid explosion chamber includes: the insulating shell is of a square frame structure consisting of a first frame, a second frame, a third frame and a fourth frame which are sequentially connected, and green insulating gas is filled in the insulating shell; the first guide rod penetrates through the first frame, extends into the insulating shell and is connected with the fixed contact; the second guide rod is fixed on the third frame through a linear seal and can move up and down along the vertical direction of the third frame; the second guide rod extends into the insulating shell and is connected with the moving contact; first air gaps are arranged between the moving contact and the second frame and between the moving contact and the fourth frame; a first air cylinder is arranged between the moving contact and the third frame; an arc burning zone is arranged between the static contact and the moving contact. By adopting the arc extinguish chamber, the vacuum arc extinguish chamber andSF 6 the advantages of the arc extinguish chamber are that the respective disadvantages are overcome, the performance is greatly improved, the structure is simple, and the application is wide.)

混合式灭弧室

技术领域

本申请涉及高压开关技术领域，尤其涉及以一种混合式灭弧室。

背景技术

高压开关的主要作用是关合和开断正常电路和故障电路，以保护电力系统。高压开关的核心部件是高压灭弧室，目前应用较为广泛的高压灭弧室分别是真空灭弧室和SF₆灭弧室。真空灭弧室主要应用于3.6kV～40.5kV电压等级高压开关，SF₆灭弧室主要应用于40.5kV以上电压等级高压开关。

传统的真空灭弧室由动触头、静触头、导向管、屏蔽罩、波纹管、绝缘外壳等组成。其存在的优点有：1)动触头、静触头上通常通过开斜槽的方式形成线圈，当电流按斜槽确定的旋向通过触头时，产生径向磁场或轴向磁场，导致电弧在动触头、静触头表面沿径向高速旋转，或分成许多纤细的扩散状小弧柱，从而有利于电弧熄灭；2)结构简单、体积小。

真空灭弧室存在的缺点有：1)真空间隙的击穿电压，并不与间隙长度成正比，导致难以通过扩大尺寸而提升电压等级，为了提升电压等级，实现在40.5kV以上电压等级应用时，常需通过串并联多个真空灭弧室的方式进行，这增加了其复杂度，导致工程上难以实施或产品尺寸及造价很大而失去竞争优势；2)内部采用真空而非绝缘气体，真空灭弧能力固然很强，但在开断电抗器时，正是由于其灭弧能力很强，极易产生截流现象，并带来较高的截流过电压，严重威胁到真空灭弧室本体及与之相连的电气设备的安全；3)为了保证真空，真空灭弧室内部设有波纹管，真空灭弧室每操作一次，相应地使波纹管产生一次机械变形，故波纹管容易损坏，也是真空灭弧室的薄弱部位，波纹管金属材料的疲劳寿命决定了真空灭弧室的机械寿命。

SF₆灭弧室结构，以自能式SF₆灭弧室为例，由静弧触头、主触头、喷口、动弧触头、压气缸、热膨胀室、单向阀等组成。SF6灭弧室的优点有：1)SF6气体的击穿电压与间隙长度成正比，故SF6灭弧室容易通过扩大尺寸而提升电压等级，非常适用于40.5kV以上电压等级应用；2)同尺寸下SF6灭弧能力较真空稍差，电弧能够稳定燃烧一定时间而不至于瞬间熄灭，故很少产生截流现象，很少带来威胁真空灭弧室及与之相连的电气设备安全的截流过电压；3)、目前广泛应用的自能式SF6灭弧室，由于采用自能式原理，故可降低操作功，减小操动机构体积。

SF6灭弧室的缺点有：1)结构较真空灭弧室复杂，尺寸较真空灭弧室大；2)主要依靠SF6气体吹弧，缺乏使用旋转磁场辅助灭弧；3)采用SF6气体，由于SF6气体是温室气体，其温室效应是二氧化碳的23900倍，不符合国家节能减排的政策。

可见真空灭弧室和SF₆灭弧室各自都具有明显的优点和缺点，正是由于真空灭弧室和SF₆灭弧室各自具有明显的优点和缺点，所以，真空灭弧室和SF₆灭弧室的结合成为了业内的研究热点。例如，1980年授权的美国发明专利US4204101A中提出一种由真空灭弧室和SF6灭弧室串联的混合式断路器。2003年授权的美国发明专利US6593538B2提出一种由真空灭弧室和气体灭弧室串联组成的混合式灭弧室。2012年授权专利CN101783262A公开了一种基于真空断路器与SF₆断路器串联的光控模块式混合型断路器，其中提出在现有的真空断路器、SF₆断路器和光电控制基础上组成光控模块式混合型断路器。可以看出，现有的研究仅是将真空灭弧室和SF₆灭弧室进行串联，不仅结构复杂，且各自的缺点不能完全克服，使得结合之后整体性能无法提升。

发明内容

本申请提供了一种混合式灭弧室，融合了真空灭弧室和SF₆灭弧室的优点，并克服各自的缺点，以解决现有的研究仅是将真空灭弧室和SF₆灭弧室进行串联，不仅结构复杂，且各自的缺点不能完全克服，使得结合之后整体性能无法提升的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种混合式灭弧室，包括：绝缘外壳、第一导杆、静触头、第二导杆、直动密封和动触头。

所述绝缘外壳为方框型，所述绝缘外壳由依次连接的第一边框、第二边框、第三边框和第四边框组成；所述绝缘外壳内部充有绿色绝缘气体；

所述第一边框上设置有第一导杆，所述第一导杆穿过所述第一边框，深入至所述绝缘外壳内部并连接静触头；

所述第三边框上设置有第二导杆，所述第二导杆通过直动密封固定在所述第三边框上，所述第二导杆可沿所述第三边框垂直方向上下运动；

所述第二导杆穿过所述第三边框，深入至所述绝缘外壳内部并连接动触头；

所述动触头与第二边框之间以及动触头与第四边框之间均设置有第一气隙；所述动触头与第三边框之间设置有第一压气缸；

所述静触头与动触头之间设置有燃弧区。

结合第一方面，在第一种实现方式中，在所述第二导杆深入绝缘外壳内部一端的顶部轴向设置有第一喷口，所述第二导杆的内部径向设置有第一气道，所述第一气道与所述第一喷口相连通；所述第一气道与第一压气缸连通。

结合第一方面，在第二种实现方式中，所述第一导杆通过直动密封固定在所述第一边框上，所述第一导杆可沿所述第一边框垂直方向上下运动；

当所述第一导杆通过直动密封固定在所述第一边框上时，所述静触头与第一边框之间以及静触头与第四边框之间均设置有第二气隙，所述静触头与第一边框之间设置有第二压气缸。

结合第一方面的第二种实现方式，在第三种实现方式中，在所述第一导杆深入绝缘外壳内部一端的顶部轴向设置有第二喷口，所述第一导杆的内部径向设置有第二气道，所述第二气道与所述第二喷口相连通；所述第二气道与第二压气缸连通。

结合第一方面的第一种或第三种实现方式，在第四种实现方式中，，所述动触头与第二边框之间以及动触头与第四边框之间的间隙为0。

结合第一方面，在第一种实现方式中，所述静触头和动触头上均开设斜槽，形成线圈。

结合第一方面，在第一种实现方式中，所述绿色绝缘气体为以下一种或多种：N₂、干燥空气、CO₂、O₂、C₄F₇N、C₅F₁₀O、CF₃I。

结合第一方面，在第一种实现方式中，所述绝缘外壳上设置有伞裙。

第二方面，本申请实施例部分提供了一种高压开关，包括第一方面任意一种实现方式中所述的混合式灭弧室。

本申请公开的混合式灭弧室至少具有以下优点：

1、深入融合真空灭弧室和SF₆灭弧室的灭弧原理，做成一体化结构。一方面，采用SF₆灭弧室的基本原理，实现吹弧，且对自能式SF₆灭弧室的结构进行简化，大大降低了灭弧室复杂度及尺寸，减小操动机构体积。另一方面，兼顾真空灭弧室的基本原理，采用真空灭弧室动触头、静触头的平板结构，保留线圈，使得电弧在动触头、静触头表面沿径向高速旋转，或分成许多纤细的扩散状小弧柱，从而有利于电弧熄灭。

2、灭弧室内部充入绝缘气体，而非像真空灭弧室那样为真空。首先，由于大部分绝缘气体的击穿电压与间隙长度成正比，故该真空灭弧室可通过扩大尺寸而提升电压等级，非常适用于40.5kV以上电压等级应用，且在复杂度及尺寸上具有较大优势。其次，由于无需保持真空，故也无需像传统真空断路器一样为了维持真空而设置寿命非常有限的波纹管，从而提升了灭弧室的机械寿命。再次，当绝缘气体采用非SF₆气体，如N₂、干燥空气、CO₂、O₂、C₄F₇N、C₅F₁₀O、CF₃I及其混合物时，具有环保的优势。

总体来说，本申请公开的混合式灭弧室结合了真空灭弧室和SF₆灭弧室的优点，规避了各自的缺点，提高整体性能，混合式灭弧室具有开断能力大、绝缘性能可靠、环保等优点，特别适用于高电压等级、大开断电流、容性及感性负载投切等场合应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例1的结构示意图；

图2是本申请实施例2中，开断小电流时的结构示意图；

图3是本申请实施例2中，开断大电流时的结构示意图；

图4是本申请实施例3的结构示意图，

图5是本申请实施例4的结构示意图。

其中，1-绝缘外壳，11-第一边框，12-第二边框，13-第三边框，14-第四边框，15-伞裙；2-第一导杆，21-第二气隙，22-第二压气缸，23-第二喷口，24-第二气道；3-静触头；4-第二导杆，41-第一气隙，42-第一压气缸，43-第一喷口，44-第一气道；5-直动密封；6-动触头；7-燃弧区。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请提供了一种混合式灭弧室，融合了真空灭弧室和SF₆灭弧室的优点，并克服各自的缺点，以解决现有的研究仅是将真空灭弧室和SF₆灭弧室进行串联，不仅结构复杂，且各自的缺点不能完全克服，使得结合之后整体性能无法提升的问题。

实施例1：

参照图1，示出了一种混合式灭弧室，包括：绝缘外壳1、第一导杆2、静触头3、第二导杆4、直动密封5和动触头6。

绝缘外壳1为方框型，所述绝缘外壳1由依次连接的第一边框11、第二边框12、第三边框13和第四边框14组成；其中，所述绝缘外壳1为密封结构，所述绝缘外壳1内部充有绿色绝缘气体。

可选地，所述绝缘外壳1内部的绿色绝缘气体为以下一种或多种：N₂、干燥空气、CO₂、O₂、C₄F₇N、C₅F₁₀O、CF₃I。

上述气体均为环境友好型气体，不会对环境造成污染，利于推广。

另外，所述绝缘外壳1外部具有伞裙15，该伞裙15既可以与绝缘外壳1为一体成型件，也可为单独元件并安装在绝缘外壳1上。

所述第一边框11上设置有第一导杆2，所述第一导杆2穿过所述第一边框11，深入至所述绝缘外壳1内部并连接静触头3。

其中，所述第一导杆2固定在所述第一边框11上，所述第一边框11与第一导杆2紧密贴合，所述第一导杆2绝缘外壳1内部的一端固定设置有静触头3，所述静触头3可采用现有的静触头3结构，本申请不做具体限定。

所述第三边框13上设置有第二导杆4，所述第二导杆4通过直动密封5固定在所述第三边框13上，所述第二导杆4可沿所述第三边框13垂直方向上下运动。

所述第二导杆4穿过所述第三边框13，深入至所述绝缘外壳1内部并连接动触头6。

本实施例中，在第一导杆2的相向位置设置有可上下活动的第二导杆4，第二导杆4通过直动密封5固定在所述第三边框13上，使得第二导杆4可以沿所述第三边框13垂直方向上下运动，第二导杆4在绝缘外壳1内部的一端固定设置有动触头6，所述动触头6可采用现有的与所述静触头3相匹配的动触头6，本申请不做具体限定。

所述动触头6与第二边框12之间以及动触头6与第四边框14之间均设置有第一气隙41；所述动触头6与第三边框13之间设置有第一压气缸42。

其中，所述动触头6与第二边框12之间以及动触头6与第四边框14之间均设置有第一气隙41，也就是说动触头6与绝缘外壳1之间设置有间隙，不贴合，所述静触头3同样与绝缘外壳1之间有间隙。另外，所述动触头6与安装第二导杆4的边框之间留有空间，为第一压气缸42。

所述静触头3与动触头6之间设置有燃弧区7。

其中，所述静触头3与动触头6之间留有空间，即燃弧区7。

另外，所述静触头3和动触头6上均开设斜槽，形成线圈，所述线圈有使得电弧在动触头6、静触头3表面沿径向高速旋转，或分成许多纤细的扩散状小弧柱，从而有利于电弧熄灭对电弧的快速旋转及扩散作用，实现灭弧的目的，增强灭弧室的整体灭弧性能。

采用本实施例公开的混合式灭弧室时，其开断小电流和开断大电流的原理是一致的，以开断小电流情况为例：在开断小电流情况下，由第二导杆4带动动触头6向靠近第三边框13方向运动，使得第一压气缸42内空间变小，从而压缩第一压气缸42内的气体，由于此时的第一压气缸42内气体压力大于燃弧区7的气体压力，因此，第一压气缸42气体通过第一气隙41反吹燃弧区7边缘(图中箭头方向)，在反吹气流的带动下，燃弧区7中心气体向外部扩散，因此，有利于灭弧，此外，结合线圈对电弧的快速旋转及扩散作用，实现灭弧的目的。

本实施例中的混合式灭弧室能够开断的电流更小，结构简单，对于频繁操作场合的适用性更好。

实施例2：

参照图2和图3，实施例2是在实施例1的基础上增加了以下技术特征：在所述第二导杆4深入绝缘外壳1内部一端的顶部轴向设置有第一喷口43，所述第二导杆4的内部径向设置有第一气道44，所述第一气道44与所述第一喷口43相连通；所述第一气道44与第一压气缸42连通。

采用实施例2中的混合式灭弧室时，其开断原理是：参照图2，在开断小电流情况下，由第二导杆4带动动触头6向靠近第三边框13方向运动，从而压缩第一压气缸42内气体，使得第一压气缸42内空间变小，由于此时第一压气缸42内气体压力大于燃弧区7气体压力，故第一压气缸42气体主要通过第一气道44后由第一喷口43喷向燃弧区7，对电弧进行吹弧(图中箭头方向)，此外，结合线圈对电弧的快速旋转及扩散作用，实现灭弧的目的。

参照图3，在开断大电流情况下，由第一导杆2带动动触头6向靠近第三边框13方向运动，此时由于大电流对燃弧区7中心气体的加热作用，燃弧区7中心气体压力大于第一压气缸42内气体压力，此时燃弧区7气体通过第一喷口43及第一气道44进入第一压气缸42，一方面高温气体离开燃弧区7有利于灭弧，另一方面进入第一压气缸42的气体又通过第一气隙41反吹燃弧区7边缘，在反吹气流的带动下，燃弧区7中心气体向外部扩散，亦有利于灭弧，此外，结合线圈对电弧的快速旋转及扩散作用，实现灭弧的目的。

本实施例中的混合式灭弧室，其开断能力大，适应电压范围较广，性能较好。

实施例3：

参照图4，实施例3是在实施例2的基础上增加了以下技术特征：所述第一导杆2通过直动密封5固定在所述第一边框11上，所述第一导杆2可沿所述第一边框11垂直方向上下运动；

当所述第一导杆2通过直动密封5固定在所述第一边框11上时，所述静触头3与第一边框11之间以及静触头3与第四边框14之间均设置有第二气隙21，所述静触头3与第一边框11之间设置有第二压气缸22。

在所述第一导杆2深入绝缘外壳1内部一端的顶部轴向设置有第二喷口23，所述第一导杆2的内部径向设置有第二气道24，所述第二气道24与所述第二喷口23相连通；所述第二气道24与第二压气缸22连通。

本实施例是实施例2的加强版，也就是说，实施例2是单动版(即只有动触头6可以动)，实施例3是双动版(动触头6和静触头3均可以运动)，因此，本实施例的开断原理与实施例2类似，具体可参见实施例2公开的灭弧原理，在此不做详细描述。

本实施例公开的混合式灭弧室，能够实现更有效的灭弧，开断速度更快，能够开断的电流更大，对于更高电压等级等场合的适用性更好。

实施例4：

参照图5，本实施例是对实施例2的一种改进，即本实施例中，所述动触头6与第二边框12之间以及动触头6与第四边框14之间均不具备气隙，也就是说，动触头6的两侧紧贴绝缘外壳1内壁设置，所述动触头6可沿绝缘外壳1内壁滑动。

本实施例公开的混合式灭弧室，其开断小电流和开断大电流的原理是一致的，均为：由第二导杆4带动动触头6向靠近第三边框13的方向运动，使得第一压气缸42的空间变小，从而压缩第一压气缸42内的气体，由于此时第一压气缸42内气体压力大于燃弧区7气体压力，故第一压气缸42气体通过第一气道44后由第一喷口43喷向燃弧区7，对电弧进行吹弧，此外，结合线圈对电弧的快速旋转及扩散作用，实现灭弧的目的。

本实施例中的混合式灭弧室，能够开断的电流较小，但其结构更为简单可靠，对于开断小电流场合的适用性更好。

本申请还公开了一种高压开关，所述高压开关包括上述任意一种实施例中的混合式灭弧室，可根据不同场合自行选择合适的灭弧室。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。