如何优化波纹管与套管的结构？

波纹管是动触头能够运动并维持灭弧室内部真空度的关键部件。波纹管一般采用极薄的不锈钢制成，不锈钢厚度在0.1～0.15mm之间，主要有液压成型和焊接成型两大类。图4-11所示是两种波纹管的结构。液压波纹管采用薄管液压成型的工艺制成，主要优点是制造工艺简单，价格便宜，但运动行程较短，机械寿命也较短，不太适合用于大开距的输电等级真空灭弧室。焊接成型波纹管采用多片焊接的方式，制造工艺比较复杂，但它的运动行程长，机械寿命也相对较长，是设计输电等级真空灭弧室的首选。

图4-11 波纹管结构图

a）液压成型波纹管 b）焊接成型波纹管

套管的作用主要是维持动导电杆运动过程的轨迹始终平行，对中压真空灭弧室而言比较简单，但对输电等级真空断路器则有所不同。输电等级真空灭弧室的外绝缘比较复杂，一般需要特别考虑。目前经常使用的方法是在外绝缘套管和真空灭弧室之间充以SF₆气体作为绝缘介质，其压力一般为0.3～0.5MPa。从环境友好角度考虑，如果充其他类型气体，例如干燥空气、二氧化碳气体等，压力要比SF₆高，这就对真空灭弧室的波纹管产生了很大压力，极大地影响了其机械寿命。这是发展输电等级真空断路器中特别需要解决的一个问题。目前解决的办法之一是采用双气室结构，即灭弧室外壳和波纹管承受的压力不同，通过气压隔绝办法，使得波纹管承受的气压比灭弧室外壳承受的低很多。可以采取的隔绝办法之一是采用一种磁流体滑动轴承技术制作套管，使得动导电杆在滑动过程中内部与外部是气密隔绝的，维持波纹管处于低压力状态。该结构在密封处安装有永磁体，滑动密封通过磁性液体实现，如图4-12所示。(www.xing528.com)

图4-12 磁流体滑动轴承套管

1—非磁性密封底座 2—极靴 3—磁性液体 4—永磁体 5—波纹管 6—导电杆

总体来说，真空灭弧室的结构设计必须考虑几方面的主要约束，即绝缘耐压要求、开断能力要求和额定电流下的温升要求。目前没有成熟的设计方法可以一次性给出最终结构，必须通过设定设计结构和参数，进行数值仿真计算分析、实验对比，再调整结构参数的方法逐步收敛，最终达到要求的设计结构和参数。本书各章节提供的各种方法都可用于这一设计过程。