【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于快速接地开关，具体涉及一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置及方法。
技术介绍
1、在研制高压等级气体绝缘全封闭组合电器(gis)的关键部件时，存在gis用快速接地开关(fes)难以开断b类电磁感应电流的技术难题。
2、快速接地开关用于切断故障电流，保护设备和工作人员安全，在环保型理念引领的市场环境下，攻克环保型gis用快速接地开关的电磁感应分断难题更加成为当务之急。快速接地开关作为gis的组成部件，其体积和绝缘性能都需要配套设计，因此不适合设计复杂或庞大的结构用于灭弧，以免过度增加空间成本和结构成本。
3、目前，现有专利文献cn202311343776.9公开了一种快速接地开关磁吹灭弧方法及装置，可以在快速接地开关动静触头之间插入横向磁场，使电弧表面处处受到切向力而发生旋转。但采用磁体产生磁场的方式，会导致磁场方向不能随电流交变周期发生改变，该方案可能造成工频电流每过半周期时电弧旋转方向发生逆转，导致冷却效果不够充分。且磁场强度随着空间距离增大会发生衰减，当快速接地开关动触头拉开一定距离时，动静触头中部磁场几乎为零，因此磁场旋弧产生的电弧冷却效果会随着动触头动作而衰减，冷却强度依然不够。
4、目前，现有专利文献cn201420753586.4公开了一种带有压气式结构的快速接地开关装置，该装置增设封闭气室，通过喷口喷出强力气流，起到强力吹灭电弧的作用。但对于组合电器整体性而言，增设气缸产生的额外体积较大，须考虑更多的空间成本和其他结构成本，且气缸产生的高压气流压入快速接地开关触头
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置及方法，在不占用额外空间的前提下，辅助气体电弧冷却散热，达到提高快速接地开关电磁感应电流分断能力的目的。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，在快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7上分别安装动端线圈6和静端线圈9，当快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7分断时通流产生旋弧磁场；其中动端线圈6安装在快速接地开关动触头2内且中间有孔隙，静端线圈9安装在快速接地开关静触头7外部，静端线圈9内部依次安装引弧环8和冷却环10；快速接地开关动触头2中位于动端线圈6上部安装有依次连接的活塞3、弹簧4和绝缘件5，绝缘件5中间与动端线圈6空隙相应位置处也有孔隙，快速接地开关动触头2顶部安装固定在快速接地开关外壳上的固定件1；
4、所述动端线圈6和静端线圈9的出线端正极电势均从快速接地开关静触头7侧引入，出线端负极均接地，使快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7开断时动端线圈6和静端线圈9产生旋弧磁场方向随电流同步发生交变，使电弧在不同交流电流周期绕同一方向旋转；活塞3和弹簧4配合垂直压出快速接地开关动触头管腔内储存的气体，通过绝缘件5和动端线圈6中间的孔隙加快流速垂直喷出触头。
5、所述动端线圈6和静端线圈9，根据快速接地开关触头具体结构采用不同形状、不同匝数、不同材料的设计，由绝缘漆和绝缘壳保护，隔绝线圈通流时与其他结构之间的电场作用；动端线圈6结构中间留出孔隙作为气体流动通道，根据所需吹气强度设计孔隙大小，控制气体流通速度。
6、所述绝缘件5固定在快速接地开关动触头2的动端线圈6和弹簧4之间，隔绝导体之间电场作用，活塞3采用非导体和非磁体的轻量材料，使快速接地开关内部安装各部件不影响快速接地开关整体绝缘性能，且不给所述快速接地开关动触头2施加额外重量负担。
7、所述活塞3和弹簧4的长度根据所需喷气量设计调整，绝缘件5采用具有隔热性能的材料，防止弹簧4受热退火。
8、所述快速接地开关静触头7侧安装引弧环8，不和其他结构产生应力，内嵌冷却环10材料为陶瓷或金属栅片。
9、所述引弧环8接地，且材料应具备耐热、不隔绝磁场性能。
10、所述快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7为插入式触头，结构大小和开断速度根据所需开断电流等级调整。
11、所述固定件1为固定在快速接地开关动触头2上的任意形状结构件，采用柱体、固定螺丝或挡板；固定件1材料坚固，不随快速接地开关动触头2动作而发生移动。
12、所述的快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置的灭弧方法，
13、快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7垂直相对，接触时连通电路，分断时产生电弧；由于动端线圈6和静端线圈9的磁场作用于电弧使其旋转，产生旋弧磁场，快速接地开关动触头2向上动作接地的过程中，活塞3被固定件1抵住，压住弹簧4使其压缩，通过绝缘件5和动端线圈6中间的孔隙喷出储存在快速接地开关动触头管道中的气体，绝缘件5隔绝弹簧4和动端线圈6之间的电场作用；快速接地开关静触头7外安装的引弧环8，旋弧磁场将电弧扩散至安装在快速接地开关静触头7外的引弧环边后，与安装在引弧环8内的冷却环10接触并冷却散热；磁场和气吹组合作用于快速接地开关动触头2和快速接地开关静触头7开断时产生的电弧，使得电弧旋转并拉长电弧，短时间内迅速增大电弧与周围气体的接触面积，使电弧一边旋转一边被吹散，迅速增大电弧与周围气体的接触面积，通过弧温的瞬时冷却提升熄弧性能，达到辅助开断快速接地开关的电磁感应电流的目的。
14、和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
15、为了辅助熄灭高压环境下触头分断时产生的电弧，本专利技术结合磁吹和气吹优势，将电弧在旋转的同时用气流吹散，应用热传导和热对流的原理提高电弧的瞬时冷却功率，该方案考虑快速接地开关的绝缘特性、受热特性和空间结构特性，具有不断提升开断性能的潜力和可行性。
16、当快速接地开关分断时，安装在触头两端的线圈被串入电弧通路并发生通流，线圈生成的磁场作用于电弧使其旋转；动触头端内部活塞被压缩并喷出气体，利用气体对流将阴极弧根区域及弧中区域进一步吹散，加强阴极弧根区域冷却强度并弥补磁场随距离衰减使得弧中区域受旋弧电磁力不足的缺陷，从而增大电弧与气体接触面积；静触头侧阳极弧根区域电弧将散入冷却环，增大阳极弧根区域冷却强度。
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1.一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：在快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)上分别安装动端线圈(6)和静端线圈(9)，当快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)分断时通流产生旋弧磁场；其中动端线圈(6)安装在快速接地开关动触头(2)内且中间有孔隙，静端线圈(9)安装在快速接地开关静触头(7)外部，静端线圈(9)内部依次安装引弧环(8)和冷却环(10)；快速接地开关动触头(2)中位于动端线圈(6)上部安装有依次连接的活塞(3)、弹簧(4)和绝缘件(5)，绝缘件(5)中间与动端线圈(6)空隙相应位置处也有孔隙，快速接地开关动触头(2)顶部安装固定在快速接地开关外壳上的固定件(1)。
2.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述动端线圈(6)和静端线圈(9)的出线端正极电势均从快速接地开关静触头(7)侧引入，出线端负极均接地，使快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)开断时动端线圈(6)和静端线圈(9)产生旋弧磁场方向随电流同步发生交变，使电弧在不同交流电流周期绕同一方向旋转；活塞(3)
3.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述动端线圈(6)和静端线圈(9)，根据快速接地开关触头具体结构采用不同形状、不同匝数、不同材料的设计，由绝缘漆和绝缘壳保护，隔绝线圈通流时与其他结构之间的电场作用；动端线圈(6)结构中间留出孔隙作为气体流动通道，根据所需吹气强度设计孔隙大小，控制气体流通速度。
4.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述绝缘件(5)固定在快速接地开关动触头(2)的动端线圈(6)和弹簧(4)之间，隔绝导体之间电场作用，活塞(3)采用非导体和非磁体的轻量材料，使快速接地开关内部安装各部件不影响快速接地开关整体绝缘性能，且不给所述快速接地开关动触头(2)施加额外重量负担。
5.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述活塞(3)和弹簧(4)的长度根据所需喷气量设计调整，绝缘件(5)采用具有隔热性能的材料，防止弹簧(4)受热退火。
6.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述快速接地开关静触头(7)侧安装引弧环(8)，不和其他结构产生应力，内嵌冷却环(10)材料为陶瓷或金属栅片。
7.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述引弧环(8)接地，且材料应具备耐热、不隔绝磁场性能。
8.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)为插入式触头，结构大小和开断速度根据所需开断电流等级调整。
9.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述固定件(1)为固定在快速接地开关动触头(2)上的任意形状结构件，采用柱体、固定螺丝或挡板；所述固定件(1)材料坚固，不随快速接地开关动触头(2)动作而发生移动。
10.权利要求1至9任一项所述的快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置的灭弧方法，其特征在于：快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)垂直相对，接触时连通电路，分断时产生电弧；由于动端线圈(6)和静端线圈(9)的磁场作用于电弧使其旋转，产生旋弧磁场，快速接地开关动触头(2)向上动作接地的过程中，活塞(3)被固定件(1)抵住，压住弹簧(4)使其压缩，通过绝缘件(5)和动端线圈(6)中间的孔隙喷出储存在快速接地开关动触头管道中的气体，绝缘件(5)隔绝弹簧(4)和动端线圈(6)之间的电场作用；快速接地开关静触头(7)外安装的引弧环(8)，旋弧磁场将电弧扩散至安装在快速接地开关静触头(7)外的引弧环边后，与安装在引弧环(8)内的冷却环(10)接触并冷却散热；磁场和气吹组合作用于快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)开断时产生的电弧，使得电弧旋转并拉长电弧，短时间内迅速增大电弧与周围气体的接触面积，使电弧一边旋转一边被吹散，迅速增大电弧与周围气体的接触面积，通过弧温的瞬时冷却提升熄弧性能，达到辅助开断快速接地开关的电磁感应电流的目的。
...【技术特征摘要】
1.一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：在快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)上分别安装动端线圈(6)和静端线圈(9)，当快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)分断时通流产生旋弧磁场；其中动端线圈(6)安装在快速接地开关动触头(2)内且中间有孔隙，静端线圈(9)安装在快速接地开关静触头(7)外部，静端线圈(9)内部依次安装引弧环(8)和冷却环(10)；快速接地开关动触头(2)中位于动端线圈(6)上部安装有依次连接的活塞(3)、弹簧(4)和绝缘件(5)，绝缘件(5)中间与动端线圈(6)空隙相应位置处也有孔隙，快速接地开关动触头(2)顶部安装固定在快速接地开关外壳上的固定件(1)。
2.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述动端线圈(6)和静端线圈(9)的出线端正极电势均从快速接地开关静触头(7)侧引入，出线端负极均接地，使快速接地开关动触头(2)和快速接地开关静触头(7)开断时动端线圈(6)和静端线圈(9)产生旋弧磁场方向随电流同步发生交变，使电弧在不同交流电流周期绕同一方向旋转；活塞(3)和弹簧(4)配合垂直压出快速接地开关动触头管腔内储存的气体，通过绝缘件(5)和动端线圈(6)中间的孔隙加快流速垂直喷出触头。
3.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述动端线圈(6)和静端线圈(9)，根据快速接地开关触头具体结构采用不同形状、不同匝数、不同材料的设计，由绝缘漆和绝缘壳保护，隔绝线圈通流时与其他结构之间的电场作用；动端线圈(6)结构中间留出孔隙作为气体流动通道，根据所需吹气强度设计孔隙大小，控制气体流通速度。
4.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特征在于：所述绝缘件(5)固定在快速接地开关动触头(2)的动端线圈(6)和弹簧(4)之间，隔绝导体之间电场作用，活塞(3)采用非导体和非磁体的轻量材料，使快速接地开关内部安装各部件不影响快速接地开关整体绝缘性能，且不给所述快速接地开关动触头(2)施加额外重量负担。
5.根据权利要求1所述的一种快速接地开关磁吹-气吹组合灭弧装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：项彬，张彩莉，王东宇，王岩，宫瑞磊，李奕萱，马舒幸，许闽榉，刘志远，耿英三，王建华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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