接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关.pdf

本发明提供了一种接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关。其中，接地开关触头包括：静端触头电极和动端触头电极，静端触头电极固定设置，动端触头电极沿静端触头电极的轴向可移动的设置，并具有与静端触头电极相互嵌套的导通位置以及与静端触头电极相互分离的断开位置，静端触头电极包括设置在开关触头上的磁性装置，磁性装置为能够产生平行于静端触头电极轴向的纵向磁场。本发明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。

权利要求书1.  一种接地开关触头，包括：静端触头电极(10)和动端触头电极(20)，所述静端触头电 极(10)固定设置，所述动端触头电极(20)沿所述静端触头电极(10)的轴向可移动 的设置，并具有与所述静端触头电极(10)相互嵌套的导通位置以及与所述静端触头电 极(10)相互分离的断开位置，其特征在于，所述静端触头电极包括设置在所述开关触 头上的磁性装置(30)，所述磁性装置(30)为能够产生平行于所述静端触头电极(10) 轴向的纵向磁场。 2.  根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述磁性装置(30)为环形磁铁。 3.  根据权利要求2所述的接地开关触头，其特征在于，所述环形磁铁套设在所述静端触头电 极(10)的侧壁上。 4.  根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述静端触头电极(10)还包括设 置在所述静端触头电极(10)的侧壁上的多个切槽(12)，所述多个切槽(12)贯通所述 静端触头电极(10)的侧壁以将所述静端触头电极(10)的侧壁分割为多个导流部(13)。 5.  根据权利要求4所述的接地开关触头，其特征在于，所述切槽(12)沿所述静端触头电 极(10)的轴向方向延伸。 6.  根据权利要求4所述的接地开关触头，其特征在于，所述切槽(12)均匀的布置在所述 静端触头电极(10)的侧壁上。 7.  根据权利要求1所述的接地开关触头，其特征在于，所述静端触头电极(10)为静导电 筒(11)。 8.  一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，其特征在于，所述接地开关触头为权利 要求1至7中任一项所述的接地开关触头。

说明书接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关
技术领域
本发明涉及高压开关柜设备领域，具体而言，涉及一种接地开关触头及具有其的直动插 接式接地开关。
背景技术
在电力系统中，接地开关具备有短路关合的需要。接地开关合闸操作时，因系统中存在 “预伏性短路故障”现象，要求接地开关合闸过程能够承受关合短路负荷。根据标准 GB1985-2004规定，具有短路电流关合能力的E1级接地开关，不论电压等级如何，都应经受 2次短路关合操作。对于额定电压40.5kV及以下具有短路电流关合能力的E2级接地开关，短 路关合操作次数增加到5次。
现有技术中的直动插接式接地开关，其大电流的关合效果并不理想，很难实现接地短路 关合的目的。目前改善接地开关关合操作能力的主要措施是通过提高关合速度来降低预击穿 开距，预击穿开距为击穿发生时的触头开距，预击穿开距越大，燃弧时间越长，电弧能量越 大，成功关合的可能性越低。但上述提高关合速度的方法要求接地开关需配置更高动力型操 动机构。接地关合速度达到5m/s以上的速度范围时才实现短路关合的要求，这对仅具有一般 操作功的直动插接式接地开关操动机构来讲是很难实现的。于此同时，接地关合过程中的预 击穿现象与很多因素有关，除了关合速度的影响，还受到触头材料、触头表面状况、触头间 隙磁场等因素的作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种接地开关触头及具有其的直动插接式接地开关，以解决 现有技术中的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种接地开关触头，包括：静端触 头电极和动端触头电极，静端触头电极固定设置，动端触头电极沿静端触头电极的轴向可移 动的设置，并具有与静端触头电极相互嵌套的导通位置以及与静端触头电极相互分离的断开 位置，静端触头电极包括设置在开关触头上的磁性装置，磁性装置为能够产生平行于静端触 头电极轴向的纵向磁场。
进一步地，磁性装置为环形磁铁。
进一步地，环形磁铁套设在静端触头电极的侧壁上。
进一步地，静端触头电极还包括设置在静端触头电极的侧壁上的多个切槽，多个切槽贯 通静端触头电极的侧壁以将静端触头电极的侧壁分割为多个导流部。
进一步地，切槽沿静端触头电极的轴向方向延伸。
进一步地，切槽均匀的布置在静端触头电极的侧壁上。
进一步地，静端触头电极为静导电筒。
根据本发明的另一方面，提供了一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，接地开 关触头为上述的接地开关触头。
应用本发明的技术方案，接地开关触头包括静端触头电极和动端触头电极，并且在接地 开关触头设置有磁性装置。磁性装置能够产生平行于静端触头电极轴向的纵向磁场，磁控装 置配置为动端触头电极由断开位置向导通位置切换产生预击穿电弧时，纵向磁场对预击穿电 弧产生磁吹作用，抑制预击穿电弧收缩，降低预击穿电弧能量，减轻预击穿电弧对开关设备 电弧烧蚀，避免因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，进而降低接地开关的关合速度 要求，使接地开关更加容易实现大电流关合，提高接地开关对大电流的开合能力。因此本发 明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现大电流关合的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的接地开关触头的实施例的结构示意图；
图2示出了图1的接地开关触头的静端触头电极的立体示意图；
图3示出了图2的静端触头电极的纵剖示意图；
图4示出了图1的接地开关触头的动端触头电极的立体示意图；
图5示出了图4的动端触头电极的纵剖示意图；
图6示出了图1的接地开关触头产生纵向磁场的原理示意图；
图7示出了根据本发明的直动插接式接地开关的实施例的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、静端触头电极；11、静导电筒；12、切槽；13、导流部；20、动端触头电极；30、磁 性装置；
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在现有技术中，传统直动插接式接地开关的触头设计还缺乏对电极触头间隙的磁场对预 击穿电弧影响的考虑，未能将磁场的磁吹作用成功应用到接地开关关合操作上，接地开关成 功关合短路电流仍然存在困难。本申请的接地开关触头应用了磁场对预击穿电弧的磁吹效应， 有效的解决了上述问题。
如图1所示，本实施例的接地开关触头包括静端触头电极10、动端触头电极20以及磁性 装置30。静端触头电极10固定设置，动端触头电极20沿静端触头电极10的轴向可移动的设 置，并具有与静端触头电极10相互嵌套的导通位置以及与静端触头电极10相互分离的断开 位置，磁性装置30为能够产生平行于静端触头电极10轴向的纵向磁场。
应用本实施例的技术方案，接地开关触头包括静端触头电极10和动端触头电极20，并且 在接地开关触头设置有磁性装置30。磁性装置30能够产生平行于静端触头电极10轴向的纵 向磁场，磁性装置30配置为动端触头电极20由断开位置向导通位置切换产生预击穿电弧时， 纵向磁场对预击穿电弧产生磁吹作用。抑制预击穿电弧收缩，降低预击穿电弧能量，减轻预 击穿电弧对开关设备电弧烧蚀，避免因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，进而降低 接地开关的关合速度要求，使接地开关更加容易实现大电流关合，提高接地开关对大电流的 开合能力。因此本发明的技术方案能够有效的解决现有技术的直动插接式接地开关难以实现 大电流关合的问题。
在本实施例中，静端触头电极10和动端触头电极20的接触端均焊接有触头片。触头片 采用耐烧蚀钨铜材料制成，能够部分抵挡静端触头电极10和动端触头电极20之间产生的预 击穿电弧，进而增加接地开关对大电流关合的能力。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，磁性装置30为环形磁铁。环形磁铁能够提供平 行于静端触头电极10轴向的纵向磁场。在接地开关关合过程中产生预击穿电弧时，静端触头 电极10和动端触头电极20之间的纵向磁场可以抑制预击穿电弧的收缩，增大弧柱半径，使 预击穿电弧更容易保持为扩散态模式，降低关合时电动斥力。同时减小电弧能量，使得静端 触头电极10或动端触头电极20表面烧蚀更加轻微。
本实施例中环形磁铁采用钕铁硼强磁材料制作。钕铁硼强磁材料可以提供高强度的磁场， 进而增强磁场对预击穿电弧的磁吹作用，达到更好的抑制预击穿电弧的效果。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，磁性装置30不限于环形磁铁，可以采用其他磁 性零件，例如通电平行导板，具体满足可以在静端触头电极10和动端触头电极20之间的间 隙产生纵向磁场即可。
如图1所示，在本实施例的技术方案中，环形磁铁套设在静端触头电极10的侧壁上。本 实施例中，环形磁铁套设在静端触头电极10的底部，结构简单便于制造。当然，环形磁铁的 位置不固定，为了得到不同强度的磁场可以调整环形磁铁的位置，进而能抑制不同强度的预 击穿电弧。环形磁铁的具体位置根据工作实际需要确定。
如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，静端触头电极10还包括设置在静端触头 电极10的侧壁上的多个切槽12，多个切槽12贯通静端触头电极10的侧壁以将静端触头电极 10的侧壁分割为多个导流部13。
本实施例中，将静端触头电极10分割为多个导流部13的具体作用为：
1、分离导电路径，降低静端触头电极10和动端触头电极20上的环向涡流，进而降低动 静触头因涡流热效应而产生的温升，提高接地开关的额定电流。
2、使得静端触头电极10能够承受动端触头电极20在穿设进静导电筒11过程中的机械变 形，增大接地开关合闸时动静触头的电接触面积，减小接触电阻，同时降低关合电动斥力。
如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，切槽12沿静端触头电极10的轴向方向 延伸。切槽12采用竖直方向延伸结构简单，便于加工。
如图2和图3所示，在本实施例的技术方案中，切槽12均匀的布置在静端触头电极10 的侧壁上，能够均匀吸收在接地开关关合的过程中，静端触头电极10由于动端触头电极20 在穿设进静导电筒11过程中的机械变形，进而增强结构稳定型。
如图2至图5所示，在本实施例的技术方案中，静端触头电极10朝向动端触头电极20 的一端具有容纳动端触头电极20的静导电筒11。静端触头电极10固定设置，动端触头电极 20设置在静端触头电极10的正上方，并且动端触头电极20可沿着轴向上下移动。当接地开 关完成关合操作时，动端触头电极20朝向静端触头电极10运动，并且动端触头电极20穿设 于静导电筒11内，实现动端触头电极20和静端触头电极10的接触导通。
如图6所示，在本实施例的技术方案中，假设所述环形磁铁的N极朝上，S极朝下，则 环形磁铁外部N、S极之间构成的磁力线为逆时针方向，如果环形磁铁磁场足够强，则在触头 间隙会励磁产生一个外置平行的纵向磁场Ba，方向朝上。直动插接式接地开关关合过程中， 静端触头电极10和动端触头电极20中之间的距离越来越小，致使无法承受外加的电压时， 间隙击穿产生预击穿电弧，电弧电流为I。上面所述产生的外置纵向磁场Ba同样平行于预击 穿电弧，于是间隙中预击穿电弧将受到一个外置纵向磁场的磁吹作用。
预击穿电弧受到纵向磁场Ba的作用，产生一个磁约束力，抑制电弧电流的收缩与集聚， 使得穿电弧更易保持为一个扩散态模式，进而关合电动斥力显著降低。同时在纵向磁场Ba磁 吹作用下，预击穿电弧弧柱半径增大，到达触头表面的离子、电子数增多，于是触头表面电 流密度减小，预击穿电弧电压和电弧能量降低，触头表面烧蚀更加轻微，避免了大电流关合 时的触头熔焊。
次外，当预击穿电弧电流方向与图6中电弧电流方向相反时，预击穿电弧受到纵向磁场 Ba磁约束力的方向改变，但磁约束效果不变，磁吹作用相同。另一方面，当图6中外置环形 磁铁的N、S极位置互换，则N、S之间励磁构成的磁力线变为顺时针方向，触头间隙产生的 外置纵向磁场Ba方向朝下，但纵向磁场Ba的磁吹效果同样保持不变。
如图7所示，本实施例还提供了一种直动插接式接地开关，包括接地开关触头，接地开 关触头为上述的接地开关触头。
接地开关触头包括静端触头电极10和动端触头电极20，并且在接地开关触头设置有磁性 装置30。磁性装置30能够产生平行于静端触头电极10轴向的纵向磁场，纵向磁场对预击穿 电弧产生磁吹作用。减轻接地开关在关合时产生的预击穿电弧对开关设备电弧烧蚀，避免因 触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊，进而提高接地开关对大电流的开合能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。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。