一种机械式灭弧结构的制作方法

1.本发明涉及开关、防雷装置等电气领域，具体涉及一种机械式灭弧结构。


背景技术：

2.高压开关柜、高压断路器等电气设施一直以来面临着电弧开断难度大，电弧烧蚀损伤设备的难题，尽管目前该领域已经有大量成熟的相关技术产品，但从成本和效果角度出发仍然需要不断的进行技术革新，发掘成本更低、工作效果更好、环境友好型的新技术新产品。


技术实现要素：

3.针对高压开关柜、断路器及防雷装置等领域存在的电弧熄灭难题，本发明提供了一种机械式灭弧结构，实现高效灭弧功能。
4.本发明采用以下的技术方案：
5.一种机械式灭弧结构，其特征在于，包括灭弧罩，灭弧罩内设置有固定灭弧组件和旋转灭弧组件，旋转灭弧组件与固定灭弧组件交错布置，旋转灭弧组件能相对固定灭弧组件旋转。
6.优先的，固定灭弧组件的中央设置有低压电极，灭弧罩外设置有高压电极，通过旋转灭弧组件与固定灭弧组件相对旋转，对高压电极与低压电极之间的电弧进行拉伸，来熄灭电弧。
7.优先的，固定灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的固定灭弧环，所述旋转灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的旋转灭弧环，固定灭弧环与旋转灭弧环交错布置，固定灭弧环固定的设置在两个相邻的旋转灭弧环之间，旋转灭弧环能够相对固定灭弧环旋转。
8.优先的，固定灭弧环、旋转灭弧环的截面均为圆弧角度大于180
°
的圆弧，所有固定灭弧环和旋转灭弧环的圆弧角度均保持一致。
9.优先的，所述灭弧罩为密闭的偏平圆柱结构，灭弧罩包括第一圆盘和第二圆盘，固定灭弧环固定连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环滑动连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环能在第一圆盘和第二圆盘上旋转滑动。
10.优先的，固定灭弧环、旋转灭弧环和灭弧罩的材料是树脂、硅橡胶、环氧板、电木板、二苯醚板或有机硅板这些绝缘材料。
11.优先的，固定灭弧环、旋转灭弧环、第一圆盘和第二圆盘的内壁均设置有栅格的突起。
12.优先的，相邻的固定灭弧环与旋转灭弧环的半径的差值相等。
13.优先的，旋转灭弧环旋转的驱动能量来自电弧本身，或者来自外部供能。
14.优先的，高压电极和低压电极的材质是不锈钢、铝、铜或银。
15.优先的，高压电极是输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位，或
者固定于输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位上的夹具。
16.优先的，低压电极通过绝缘导线引至灭弧罩外。
17.优先的，绝缘导线与灭弧罩之间的穿孔进行了密封处理。
18.本发明具有的有益效果是：
19.本发明提供的一种机械式灭弧结构，通过旋转灭弧环相对固定灭弧环旋转这样纯机械的方式将电弧拉伸至初始长度的5-80倍，甚至更高倍数，以达到高效灭弧的目的，可用于高压开关柜、断路器等电流开断装置，以熄灭在开断过程中产生的持续电弧，避免电弧对电气设施造成损害，亦可用于避雷器产品，作为核心器件组成一种具有灭弧防雷双重功能的防雷装置。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
21.图1为圆弧角度为235
°
时固定灭弧环和旋转灭弧环的结构示意图。
22.图2为灭弧罩及绝缘导线示意图。
23.图3为圆弧角度为235
°
时旋转灭弧环转动后的结构示意图。
24.图4为栅格凸起的结构示意图。
25.图5为机械式灭弧结构工作时电弧拉伸倍数计算所需参数标示。
26.图6为圆弧角度为270
°
时固定灭弧环和旋转灭弧环的结构示意图。
27.图7为圆弧角度为270
°
时旋转灭弧环转动后的结构示意图。
28.1、低压电极，2、高压电极，3、固定灭弧环，4、旋转灭弧环，5、电弧，6、绝缘导线，7、灭弧罩。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.实施例1
35.结合图1至图5，一种机械式灭弧结构，包括灭弧罩7，灭弧罩内设置有固定灭弧组件和旋转灭弧组件，旋转灭弧组件与固定灭弧组件交错布置，旋转灭弧组件能相对固定灭弧组件旋转。
36.其中，固定灭弧组件的中央设置有低压电极1，灭弧罩外设置有高压电极2，通过旋转灭弧组件与固定灭弧组件相对旋转，对高压电极与低压电极之间的电弧进行拉伸，达到熄灭电弧的目的。
37.如图1所示，固定灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的固定灭弧环3，旋转灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的旋转灭弧环4，固定灭弧环与旋转灭弧环交错布置，固定灭弧环固定的设置在两个相邻的旋转灭弧环之间，旋转灭弧环能够相对固定灭弧环旋转。
38.具体的，固定灭弧环3、旋转灭弧环4的截面均为圆弧角度235
°
的圆弧，所有固定灭弧环和旋转灭弧环的圆弧角度均保持一致。如图1。
39.灭弧罩7为密闭的偏平圆柱结构，灭弧罩7包括第一圆盘和第二圆盘，固定灭弧环固定连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环滑动连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环能在第一圆盘和第二圆盘上旋转滑动。
40.灭弧罩7、固定灭弧环3、旋转灭弧环4一起组成了灭弧腔的组织结构，高压电极、低压电极之间的电弧在灭弧腔内得到有效熄灭。
41.通过旋转灭弧环相对固定灭弧环旋转这样纯机械的方式将电弧拉伸至初始长度的5-80倍，甚至更高倍数，以到达高效灭弧的目的。如图3。
42.固定灭弧环、旋转灭弧环和灭弧罩的材料是树脂、硅橡胶、环氧板、电木板、二苯醚板或有机硅板等绝缘材料。
43.固定灭弧环、旋转灭弧环、第一圆盘和第二圆盘的内壁均设置有栅格的突起，以增加内壁的爬电距离，使同样距离的空气击穿电压小于内壁表面爬电击穿电压，如图4所示。
44.在本实施例中，固定灭弧环3数量为6个，旋转灭弧环4数量为7个。
45.实际上，固定灭弧环、旋转灭弧环的数量可以根据开断电流大小进行调整，其取值范围为[0,∞)中的整数。
[0046]
旋转灭弧环旋转的驱动能量来自电弧本身，或者来自外部供能。其通过现有技术即可实现，在此不进行过多的赘述。
[0047]
高压电极和低压电极的材质是不锈钢、铝、铜或银等良导体。
[0048]
高压电极是输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位，或者固定于输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位上的夹具。
[0049]
低压电极通过绝缘导线引至灭弧罩外，以便与所灭电弧低压侧进行连接，如图2所示。
[0050]
绝缘导线与灭弧罩之间的穿孔进行了严密的密封处理，以防止电弧通过。
[0051]
相邻的固定灭弧环与旋转灭弧环的半径的差值相等。
[0052]
本示例中，设低压电极1直径为d，所有相邻灭弧环(包括固定灭弧环、旋转灭弧环)圆弧半径的差值均为h，旋转灭弧环最内环与低压电极距离也为h，高压电极2距离旋转灭弧环最外环距离为h，如图5所示。
[0053]
对本示例中机械式灭弧结构动作后电弧拉伸效果进行计算如下。
[0054]
则初始状态下，如图1，电弧长度为：
[0055]
l1＝(2a+1)h+h
[0056]
其中a为固定灭弧环数量。本示例中a＝6，即，
[0057]
l1＝(2a+1)h+h＝13h+h
[0058]
灭弧结构动作的开断状态下，如图3，电弧长度估算公式如下：
[0059][0060]
本例中a＝6，因此，
[0061][0062][0063]
设d＝4h，h＝h，则有
[0064]
l1＝14h，l2＝105.8h
[0065]
灭弧结构动作的开断状态下，电弧长度l2是初始电弧长度l1的7.56倍。
[0066]
由计算结果可知，本示例实现了较好的灭弧效果。
[0067]
实施例2
[0068]
结合图2、图4至图7，一种机械式灭弧结构，包括灭弧罩7，灭弧罩内设置有固定灭弧组件和旋转灭弧组件，旋转灭弧组件与固定灭弧组件交错布置，旋转灭弧组件能相对固定灭弧组件旋转。
[0069]
其中，固定灭弧组件的中央设置有低压电极1，灭弧罩外设置有高压电极2，通过旋转灭弧组件与固定灭弧组件相对旋转，对高压电极与低压电极之间的电弧进行拉伸，达到熄灭电弧的目的。
[0070]
如图1所示，固定灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的固定灭弧环3，旋转灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的旋转灭弧环4，固定灭弧环与旋转灭弧环交错布置，固定灭弧环固定的设置在两个相邻的旋转灭弧环之间，旋转灭弧环能够相对固定灭弧环旋转。
[0071]
具体的，固定灭弧环3、旋转灭弧环4的截面均为圆弧角度270
°
的圆弧，所有固定灭弧环和旋转灭弧环的圆弧角度均保持一致。如图6。
[0072]
灭弧罩7为密闭的偏平圆柱结构，灭弧罩7包括第一圆盘和第二圆盘，固定灭弧环固定连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环滑动连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环能在第一圆盘和第二圆盘上旋转滑动。
[0073]
灭弧罩7、固定灭弧环3、旋转灭弧环4一起组成了灭弧腔的组织结构，高压电极、低压电极之间的电弧在灭弧腔内得到有效熄灭。
[0074]
通过旋转灭弧环相对固定灭弧环旋转这样纯机械的方式将电弧拉伸至初始长度的5-80倍，甚至更高倍数，以到达高效灭弧的目的。如图7。
[0075]
固定灭弧环、旋转灭弧环和灭弧罩的材料是树脂、硅橡胶、环氧板、电木板、二苯醚板或有机硅板等绝缘材料。
[0076]
固定灭弧环、旋转灭弧环、第一圆盘和第二圆盘的内壁均设置有栅格的突起，以增加内壁的爬电距离，使同样距离的空气击穿电压小于内壁表面爬电击穿电压，如图4所示。
[0077]
在本实施例中，固定灭弧环3数量为6个，旋转灭弧环4数量为7个。
[0078]
实际上，固定灭弧环、旋转灭弧环的数量可以根据开断电流大小进行调整，其取值范围为[0,∞)中的整数。
[0079]
旋转灭弧环旋转的驱动能量来自电弧本身，或者来自外部供能。其通过现有技术即可实现，在此不进行过多的赘述。
[0080]
高压电极和低压电极的材质是不锈钢、铝、铜或银等良导体。
[0081]
高压电极是输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位，或者固定于输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位上的夹具。
[0082]
低压电极通过绝缘导线引至灭弧罩外，以便与所灭电弧低压侧进行连接，如图2所示。
[0083]
绝缘导线与灭弧罩之间的穿孔进行了严密的密封处理，以防止电弧通过。
[0084]
相邻的固定灭弧环与旋转灭弧环的半径的差值相等。
[0085]
本示例中，设低压电极1直径为d，所有相邻灭弧环(包括固定灭弧环、旋转灭弧环)圆弧半径的差值均为h，旋转灭弧环最内环与低压电极距离也为h，高压电极2距离旋转灭弧环最外环距离为h，如图5所示。
[0086]
对本示例中机械式灭弧结构动作后电弧拉伸效果进行计算如下。
[0087]
则初始状态下，如图6，电弧长度为：
[0088]
l1＝(2a+1)h+h
[0089]
其中a为固定灭弧环数量。本示例中a＝6，即，
[0090]
l1＝(2a+1)h+h＝13h+h
[0091]
灭弧结构动作的开断状态下，如图7，电弧长度估算公式如下：
[0092][0093]
本例中a＝6，因此，
[0094][0095][0096]
设d＝4h，h＝h，则有
[0097]
l1＝14h，l2＝197.7h
[0098]
灭弧结构动作的开断状态下，电弧长度l2是初始电弧长度l1的14.1倍。
[0099]
由计算结果可知，本示例实现了较好的灭弧效果。
[0100]
实施例3
[0101]
结合图2、图4至图7，一种机械式灭弧结构，包括灭弧罩7，灭弧罩内设置有固定灭弧组件和旋转灭弧组件，旋转灭弧组件与固定灭弧组件交错布置，旋转灭弧组件能相对固定灭弧组件旋转。
[0102]
其中，固定灭弧组件的中央设置有低压电极1，灭弧罩外设置有高压电极2，通过旋转灭弧组件与固定灭弧组件相对旋转，对高压电极与低压电极之间的电弧进行拉伸，达到熄灭电弧的目的。
[0103]
如图1所示，固定灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的固定灭弧环3，旋转灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的旋转灭弧环4，固定灭弧环与旋转灭弧环交错布置，固定灭弧环固定的设置在两个相邻的旋转灭弧环之间，旋转灭弧环能够相对固定灭弧环旋转。
[0104]
具体的，固定灭弧环3、旋转灭弧环4的截面均为圆弧角度270
°
的圆弧，所有固定灭弧环和旋转灭弧环的圆弧角度均保持一致。如图6。
[0105]
灭弧罩7为密闭的偏平圆柱结构，灭弧罩7包括第一圆盘和第二圆盘，固定灭弧环固定连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环滑动连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环能在第一圆盘和第二圆盘上旋转滑动。
[0106]
灭弧罩7、固定灭弧环3、旋转灭弧环4一起组成了灭弧腔的组织结构，高压电极、低压电极之间的电弧在灭弧腔内得到有效熄灭。
[0107]
通过旋转灭弧环相对固定灭弧环旋转这样纯机械的方式将电弧拉伸至初始长度的5-80倍，甚至更高倍数，以到达高效灭弧的目的。如图7。
[0108]
固定灭弧环、旋转灭弧环和灭弧罩的材料是树脂、硅橡胶、环氧板、电木板、二苯醚板或有机硅板等绝缘材料。
[0109]
固定灭弧环、旋转灭弧环、第一圆盘和第二圆盘的内壁均设置有栅格的突起，以增加内壁的爬电距离，使同样距离的空气击穿电压小于内壁表面爬电击穿电压，如图4所示。
[0110]
在本实施例中，固定灭弧环3数量为20个，旋转灭弧环4数量为21个。
[0111]
实际上，固定灭弧环、旋转灭弧环的数量可以根据开断电流大小进行调整，其取值范围为[0,∞)中的整数。
[0112]
旋转灭弧环旋转的驱动能量来自电弧本身，或者来自外部供能。其通过现有技术即可实现，在此不进行过多的赘述。
[0113]
高压电极和低压电极的材质是不锈钢、铝、铜或银等良导体。
[0114]
高压电极是输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位，或者固定于输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位上的夹具。
[0115]
低压电极通过绝缘导线引至灭弧罩外，以便与所灭电弧低压侧进行连接，如图2所示。
[0116]
绝缘导线与灭弧罩之间的穿孔进行了严密的密封处理，以防止电弧通过。
[0117]
相邻的固定灭弧环与旋转灭弧环的半径的差值相等。
[0118]
本示例中，设低压电极1直径为d，所有相邻灭弧环(包括固定灭弧环、旋转灭弧环)
圆弧半径的差值均为h，旋转灭弧环最内环与低压电极距离也为h，高压电极2距离旋转灭弧环最外环距离为h，如图5所示。
[0119]
对本示例中机械式灭弧结构动作后电弧拉伸效果进行计算如下。
[0120]
则初始状态下，电弧长度为：
[0121]
l1＝(2a+1)h+h
[0122]
其中a为固定灭弧环数量。本示例中a＝20，即，
[0123]
l1＝(2a+1)h+h＝41h+h
[0124]
灭弧结构动作的开断状态下，如图7，电弧长度估算公式如下：
[0125][0126]
本例中a＝20，因此，
[0127][0128][0129]
设d＝4h，h＝h，则有
[0130]
l1＝42h，l2＝1522.6h
[0131]
灭弧结构动作的开断状态下，电弧长度l2是初始电弧长度l1的36.3倍。
[0132]
由计算结果可知，本示例实现了较好的灭弧效果。
[0133]
实施例4
[0134]
结合图2、图4至图7，一种机械式灭弧结构，包括灭弧罩7，灭弧罩内设置有固定灭弧组件和旋转灭弧组件，旋转灭弧组件与固定灭弧组件交错布置，旋转灭弧组件能相对固定灭弧组件旋转。
[0135]
其中，固定灭弧组件的中央设置有低压电极1，灭弧罩外设置有高压电极2，通过旋转灭弧组件与固定灭弧组件相对旋转，对高压电极与低压电极之间的电弧进行拉伸，达到熄灭电弧的目的。
[0136]
如图1所示，固定灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的固定灭弧环3，旋转灭弧组件包括自内向外依次排列的多个同心的旋转灭弧环4，固定灭弧环与旋转灭弧环交错布置，固定灭弧环固定的设置在两个相邻的旋转灭弧环之间，旋转灭弧环能够相对固定灭弧环旋转。
[0137]
具体的，固定灭弧环3、旋转灭弧环4的截面均为圆弧角度270
°
的圆弧，所有固定灭弧环和旋转灭弧环的圆弧角度均保持一致。如图6。
[0138]
灭弧罩7为密闭的偏平圆柱结构，灭弧罩7包括第一圆盘和第二圆盘，固定灭弧环固定连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环滑动连接在第一圆盘和第二圆盘之间，旋转灭弧环能在第一圆盘和第二圆盘上旋转滑动。
[0139]
灭弧罩7、固定灭弧环3、旋转灭弧环4一起组成了灭弧腔的组织结构，高压电极、低压电极之间的电弧在灭弧腔内得到有效熄灭。
[0140]
通过旋转灭弧环相对固定灭弧环旋转这样纯机械的方式将电弧拉伸至初始长度
的5-80倍，甚至更高倍数，以到达高效灭弧的目的。如图7。
[0141]
固定灭弧环、旋转灭弧环和灭弧罩的材料是树脂、硅橡胶、环氧板、电木板、二苯醚板或有机硅板等绝缘材料。
[0142]
固定灭弧环、旋转灭弧环、第一圆盘和第二圆盘的内壁均设置有栅格的突起，以增加内壁的爬电距离，使同样距离的空气击穿电压小于内壁表面爬电击穿电压，如图4所示。
[0143]
在本实施例中，固定灭弧环3数量为50个，旋转灭弧环4数量为51个。
[0144]
实际上，固定灭弧环、旋转灭弧环的数量可以根据开断电流大小进行调整，其取值范围为[0,∞)中的整数。
[0145]
旋转灭弧环旋转的驱动能量来自电弧本身，或者来自外部供能。其通过现有技术即可实现，在此不进行过多的赘述。
[0146]
高压电极和低压电极的材质是不锈钢、铝、铜或银等良导体。
[0147]
高压电极是输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位，或者固定于输电线路高压导线、开关柜端子排、电子线路中的高电位上的夹具。
[0148]
低压电极通过绝缘导线引至灭弧罩外，以便与所灭电弧低压侧进行连接，如图2所示。
[0149]
绝缘导线与灭弧罩之间的穿孔进行了严密的密封处理，以防止电弧通过。
[0150]
相邻的固定灭弧环与旋转灭弧环的半径的差值相等。
[0151]
本示例中，设低压电极1直径为d，所有相邻灭弧环(包括固定灭弧环、旋转灭弧环)圆弧半径的差值均为h，旋转灭弧环最内环与低压电极距离也为h，高压电极2距离旋转灭弧环最外环距离为h，如图5所示。
[0152]
对本示例中机械式灭弧结构动作后电弧拉伸效果进行计算。本次计算采用近似处理的方式进行。
[0153]
则初始状态下，电弧长度为：
[0154]
l1＝(2a+1)h+h
[0155]
其中a为固定灭弧环数量。
[0156]
灭弧结构动作的开断状态下，如图7，电弧长度估算公式如下：
[0157][0158]
直接将l2和l1进行相除运算：
[0159][0160][0161]
上式中，由于a＝50，数值很小，对结果影响已经很小，因此做近似处理，
舍去该项得到：
[0162][0163]
当a＝50时，电弧拉伸倍数为83.4倍。
[0164]
由计算结果可知，本示例实现了较好的灭弧效果。
[0165]
另外，亦可得出结论：灭弧结构对电弧的拉伸倍数近似可以达到4.925+1.57a倍，通过增加中间电极的数量，可以确保电弧被可靠熄灭。
[0166]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。