一种供电系统用环保气体环网柜的制作方法

本发明涉及电力设备，具体为一种供电系统用环保气体环网柜。

背景技术：

1、环网柜是配电网中实现电能分配与故障隔离的关键设备，广泛应用于城网改造、工业配电及新能源并网等领域。传统环网柜普遍采用六氟化硫作为绝缘和灭弧介质，其绝缘强度约为干燥空气的三倍，灭弧性能优异。但六氟化硫的全球变暖潜势高达二氧化碳的23900倍，被《京都议定书》列为强温室气体，面临日益严格的环保限制。为此，环保型气体（如干燥空气、氮气及与全氟酮类化合物的混合气体）替代六氟化硫成为技术发展主流，其gwp极低，能满足基本绝缘要求。然而，在实际工程应用中，特别是在大电流（＞20ka）开断方面，环保气体暴露出深层技术矛盾：其灭弧能力普遍弱于六氟化硫，缺乏六氟化硫分子在高温下分解吸热及强电负性加速消游离的自愈特性，导致燃弧时间延长、触头烧蚀严重，开断寿命缩短。同时，环保气体易使电弧在灭弧室内自由漂移，难以引入预设灭弧通道，灭弧效率显著下降；其较低的比热容也导致柜内温升不均，影响额定电流承载能力。

2、因此，如何在保证环保属性的前提下，显著提升灭弧性能以满足大电流开断需求，已成为本领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种供电系统用环保气体环网柜，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种供电系统用环保气体环网柜，包括柜体外壳、绝缘支撑结构、载流导体和断路器负荷开关单元，所述断路器负荷开关单元内设置有磁驱灭弧强化通道，磁驱灭弧强化通道包括窄缝式灭弧栅、磁场驱动装置和气流控制阀；

4、所述载流导体通过绝缘支撑结构固定于柜体外壳内部，并与断路器负荷开关单元电气连接。

5、根据上述技术方案，所述柜体外壳采用不锈钢材质，其内部充入干燥空气或氮气混合气作为绝缘介质。

6、根据上述技术方案，所述窄缝式灭弧栅设置于灭弧通道内部，由三级串联的灭弧栅片组成，相邻两级灭弧栅之间的间隙逐级收窄；

7、三级串联的灭弧栅片包括第一级灭弧栅、第二级灭弧栅和第三级灭弧栅；

8、所述第一级灭弧栅与第二级灭弧栅之间的第一级间隙为5mm；

9、所述第二级灭弧栅与第三级灭弧栅之间的第二级间隙为3mm；

10、所述第三级灭弧栅处的第三级间隙为2mm。

11、根据上述技术方案，所述第一级灭弧栅和第二级灭弧栅的材质为铜钨80合金，第三级灭弧栅的材质为铜钨85合金。

12、根据上述技术方案，所述磁场驱动装置包括永磁体阵列和脉冲电磁线圈，所述永磁体阵列布置于灭弧通道外侧两侧，永磁体阵列产生的磁场与电弧方向垂直；

13、所述脉冲电磁线圈缠绕于灭弧通道外侧，并与永磁体阵列间隔分布。

14、根据上述技术方案，所述气流控制阀设置于灭弧通道入口处，采用高速电磁阀，响应时间≤5ms，与电流互感器信号联动，在短路电流达到开断阈值时开启，利用柜内气体因电弧加热产生的压力波实现强制吹弧。

15、根据上述技术方案，还包括电流互感器和智能控制器，所述电流互感器设置于柜体外壳内部，所述智能控制器分别与电流互感器、脉冲电磁线圈和气流控制阀电气连接。

16、根据上述技术方案，所述断路器负荷开关单元设置于柜体外壳内部的中部上方位置，其背面与载流导体固定连接，且其底壁与绝缘支撑结构固定连接。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

18、本发明采用上述技术方案后，在开断操作时，电流互感器检测到短路故障电流达到设定阈值，智能控制器发出开断指令，脉冲电磁线圈通电使磁场强度由永磁体产生的0.4t增强至1.2t，同时气流控制阀在5ms内快速开启；增强的横向磁场对电弧产生洛伦兹力，驱动电弧向灭弧栅入口迁移，同时气流控制阀开启使柜内压力波进入灭弧通道，形成强制吹弧；电弧进入窄缝式灭弧栅后，在逐级收窄的缝隙中被拉伸、冷却、消游离，最终熄灭，燃弧时间不超过15ms。

19、本发明通过磁驱灭弧技术，利用洛伦兹力驱动电弧快速进入窄缝灭弧栅，配合强制吹弧功能，将开断能力提升至25ka，满足大电流开断需求；磁驱灭弧使电弧在电场、磁场、气流的多重作用下快速熄灭，燃弧时间较传统方案缩短约百分之四十；灭弧效率提升减少了对触头的热冲击，触头寿命较传统方案延长约百分之五十；采用干燥空气或氮气混合气作为绝缘灭弧介质，无六氟化硫泄漏风险，符合环保要求。

1.一种供电系统用环保气体环网柜，包括柜体外壳（1）、绝缘支撑结构（2）、载流导体（3）和断路器负荷开关单元（4），其特征在于，所述断路器负荷开关单元（4）内设置有磁驱灭弧强化通道（5），磁驱灭弧强化通道（5）包括窄缝式灭弧栅（6）、磁场驱动装置（7）和气流控制阀（8）；

2.根据权利要求1所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述柜体外壳（1）采用不锈钢材质，其内部充入干燥空气或氮气混合气作为绝缘介质。

3.根据权利要求1所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述窄缝式灭弧栅（6）设置于灭弧通道（13）内部，由三级串联的灭弧栅片组成，相邻两级灭弧栅之间的间隙逐级收窄；

4.根据权利要求3所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述第一级灭弧栅（14）和第二级灭弧栅（15）的材质为铜钨80合金，第三级灭弧栅（16）的材质为铜钨85合金。

5.根据权利要求1所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述磁场驱动装置（7）包括永磁体阵列（9）和脉冲电磁线圈（10），所述永磁体阵列（9）布置于灭弧通道（13）外侧两侧，永磁体阵列（9）产生的磁场与电弧方向垂直；

6.根据权利要求1所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述气流控制阀（8）设置于灭弧通道（13）入口处，采用高速电磁阀，响应时间≤5ms，与电流互感器（11）信号联动，在短路电流达到开断阈值时开启，利用柜内气体因电弧加热产生的压力波实现强制吹弧。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，还包括电流互感器（11）和智能控制器（12），所述电流互感器（11）设置于柜体外壳（1）内部，所述智能控制器（12）分别与电流互感器（11）、脉冲电磁线圈（10）和气流控制阀（8）电气连接。

8.根据权利要求1所述的一种供电系统用环保气体环网柜，其特征在于，所述断路器负荷开关单元（4）设置于柜体外壳（1）内部的中部上方位置，其背面与载流导体（3）固定连接，且其底壁与绝缘支撑结构（2）固定连接。