CN101436495A - 电弧隔板和带有这种电弧隔板的断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电弧隔板和带有这种电弧隔板的断路器。电弧隔板包括：由层叠的去离子板(22)形成的灭弧室(21)；由第一颊壁(12)和第二颊壁(13)限定出的电弧形成室(11)；和用于去除电弧形成时所产生气体的除气装置，其包括排气通道(31)，该排气通道布置于第二颊壁后且连接到至少一个交换空间(24)。其中，灭弧室包括至少一部分布置于第一颊壁(12)后的永久磁体，并且除气装置包括部分地形成于第二颊壁(13)中的开口且其开向电弧隔板外面。本发明提出一种断路器，其包括如上所述的灭弧室。

Description

电弧隔板和带有这种电弧隔板的断路器
技术领域
本发明涉及断路装置(breaking device)领域，特别是能实现切断直流电流的装置。
本发明涉及用于断路器(circuit breaker)的电弧隔板(arc chute)，其包括：由层叠的去离子板形成的灭弧室(arc extinguishing chamber)，该去离子板彼此被交换空间隔开；由第一颊壁和第二颊壁限定出的电弧形成室；和用于去除电弧形成时所产生气体的除气装置，其包括布置于第二颊壁后且连接到至少一个交换空间的排气通道。
本发明还涉及断路器，其包括可分离的触点和用于熄灭电弧的电弧隔板，该电弧是在所述触点发生分离时形成的。
背景技术
在断路装置(如断路器)中触点的分离通常产生电弧，其必须在电弧隔板中消除。电弧通常必须被尽快冷却同时保持远离电触点。冷却过程一般是通过放置电弧于由层叠的去离子翼片或板片形成的灭弧室内来完成，这些板片被交换空间(exchange space)彼此隔开并能实现建立更好的交换。
当电弧形成后，它会进入由侧壁或颊壁限定出的电弧形成室，一般通过去离子板之间的交换空间，然后进入灭弧室。实际上，电弧可被由导体中电流产生的磁场感生的电动势推进灭弧室。去离子板之间的交换空间增强电弧迁移到该室的后部。层叠的去离子板还使电弧被切断并促进插入到灭弧室中。灭弧室和去离子板进一步容纳电弧，该电弧趋向于扩张以侵入整个可及空间。
电弧的起弧伴随有大量金属蒸气的释放，其如果不被去除，可能尤其会导致电气开关装置各部分之间的连接电弧并引起爆炸。提供了许多解决方案以供除气装置去除电弧形成时产生的气体。这些解决方案可以使除气动作从靠近触点甚至从靠近开关装置的外面的地带执行，或者在开关装置内部回收以遵守(例如)环保要求。
一个上述的解决方案已从法国专利申请FR2879016中已知，该申请描述了包括开放到一开放体积上的灭弧室的电气开关装置，所述灭弧室被两个颊壁限定出并带有层叠的由交换空间彼此隔开的去离子板。该专利申请描述的电气开关装置进一步包括设于颊壁后并连接到交换空间的除气装置，在本例中为排气通道。
这类解决方案可能带来某些缺陷，例如增加了电弧隔板周围电气开关装置的体积。气体实际上被导入除气装置，其阻塞电弧隔板和/或相邻空间。
发明内容
本发明的目的是为了纠正现有技术的电弧隔板的缺点。本发明提供一种用于断路器的电弧隔板，其包括：
由层叠的去离子板形成的灭弧室，所述去离子板彼此被交换空间隔开；
由第一颊壁和第二颊壁限定出的电弧形成室；和
用于去除电弧形成时所产生气体的除气装置，其包括布置于第二颊壁后且连接到至少一个交换空间的排气通道。
如本发明所述的电弧隔板包括至少一部分位于第一颊壁后的永久磁体；并且除气装置包括一个开口，其部分地形成于第二颊壁中且开向电弧隔板的外面。
电弧形成室优选地包括：
增强感应区，其中电弧被由永久磁体的第一部分产生的磁场推向灭弧室；和
转移区，其中电弧相对于电弧形成室纵轴被由永久磁体的第二部分产生的磁场转移向第一颊壁，永久磁体的整个第二部分位于第一颊壁后。
永久磁体的第一部分优选地包括布置于每个颊壁后的两个磁化部份。
永久磁体第一部分的两个磁化部份优选地相对于电弧形成室的纵轴对称布置。
根据一实施例，开口部分地形成于壳体的一个壁面上。
根据一实施例，排气通道延伸于至少一个交换空间和开口之间并具有基本恒定或减小的横截面。
根据一实施例，去离子板包括配备有中央凹陷的前缘。
根据一实施例，第一颊壁由陶瓷材料制成。第二颊壁优选地由产生气体的材料制成。
本发明还涉及包括可分离的触点和用于熄灭电弧的电弧隔板的断路器，该电弧是在触点分离时形成，其中电弧隔板如上所述。
附图说明
其他优点和特征从本发明的下述特定实施例中将变得更加清楚明了，该特定实施例只起非限制例子的作用并被表示在附图中。
图1表示根据本发明所述的电弧隔板的纵截面。
图2表示所述电弧隔板沿如图1所示的A-A’轴的横截面。
图3表示所述电弧隔板沿如图1所示的B-B’轴的另一横截面。
图4表示所述电弧隔板沿如图3所示的C-C’轴的纵断面。
具体实施方式
如图1到4所示，断路器磁极单元包括可动触点1和固定触点2，每个触点通过导体连接到断路器的接线端子而连通。可动触点的分离可以由操作机构通过摇柄或脱扣装置(它们未被示出)的方式来操纵。所述脱扣装置可以包括电磁脱扣装置和热脱扣装置，两者在过载和/或短路时皆能引起可动触点的自动分离。
断路器元件，例如可分离的触点、操作机构和脱扣装置，一般放在由绝缘材料制成的模制壳体3(molded case)中。如图1所示，壳体3还装有设为用于熄灭电弧5的电弧隔板4，当可分离的触点分离时该电弧5形成于可分离的触点之间。
如图1和2所示，电弧隔板4包括由第一颊壁和第二颊壁限定出的电弧形成室11。断路器磁极单元的端子之一被电连接到固定触点2并延伸以形成电极或招弧角(arcing horn)14，其在电弧形成室的上部延伸。电连接到可动触点1的断路器磁极单元的另一个端子被连接到另一个电极或招弧角15，其在电弧形成室的下部延伸。电极或招弧角14和15被如此布置以便收集当触点1和2发生分离时在它们之间引出的电弧。形成于两触点之间的电弧被电极收集，以传输和移到电弧隔板的灭弧室21中。
如图1和2所示，灭弧室21是由层叠的去离子板22形成，该去离子板22一般是金属板。去离子板包括前缘，电弧通过前缘进入灭弧室。从图1可以看出，去离子板的前缘一般包括中央凹陷23。去离子板22由交换空间24彼此隔开。从图1和2可以看出，电弧形成室所在的颊壁12和13的一侧的表面略成曲线，以便更好地引导电弧进入去离子板的中央凹陷23中。电弧形成室所在的颊壁12和13的一侧的表面包括边缘25，其标志所述表面在靠近灭弧室21处倾斜度的变化。
从图1、3和4可以看出，电弧隔板包括永久磁体32、33，其在图1中以阴影线方式示出，永久磁体32至少有一部分布置于第一颊壁12后。优选地，永久磁体的大部分甚至全部布置于第一颊壁12后。从而相对于纵轴A-A’可以获得不对称的布置，永久磁体的一部分或者大部分甚至全部在一侧，除气装置在另一侧。如此布置，电弧会被永久磁体32吸引。
如图1、3和4所示，电弧隔板包括除气装置以去除电弧形成时所产生的气体。从图1可以看出，除气装置包括排气通道31，其布置于第二颊壁13的一部分之后且连接到至少一个交换空间24。由于该不对称布置，其中只有一部分永久磁体甚至没有永久磁体位于第二颊壁13后，在该第二颊壁后面就可获得一空间用于安放除气装置，例如排气通道31。排气通道被这样布置于所述第二颊壁后，而没有增加围绕在电弧隔板周围的开关设备的体积，并且没有改变壳体的形状。这样，排气通道31并没有阻塞电弧隔板和/或周围空间。
从图3和4可以看出，排气通道31主要由壳体3的侧壁和面对壳体的颊壁表面形成。颊壁13在其面对壳体的面上包括壁面34，在开关设备单元组装之后，该壁面与壳体3的内表面配合。所述壁面34尤其防止排出气体与磁体33的任何接触。所述壁面34还限定了一部分排气通道31。颊壁13在面对壳体的表面上包括凹槽35，该凹槽布置为面对位于灭弧室上部的去离子板的前缘。所述凹槽35在装配之后与壳体内形成的壁面边缘相配合。颊壁13进一步包括增强部36，其周边表面在装配之后与壳体内形成的壁面边缘相配合。所述颊壁进一步包括曲线边缘37，其在装配之后与壳体内形成的壁面的延伸部分38相配合。因此，排气通道31由下述部分形成：
颊壁13面对壳体3内表面的表面；
壳体3的内表面；
所述颊壁与壳体3的内表面相配合的壁面34；
所述壳体的边缘与凹槽35、增强部36的外围表面相配合的壁面；和
所述边缘的与颊壁38的曲线边缘37相配合的延伸部分。
从图3可以看出，在颊壁13顶端的边缘39装配后与壳体不配合。因此，颊壁13的边缘39与形成于壳体内的壁面的延伸部分38的一部分一起形成开口40，使排出气体被移到电弧隔板外面。这样，回收到排气通道31中的气体通过开口40被移到电弧隔板外面，该开口40部分形成于第二颊壁中、且部分由布置在壳体内表面上的壁面的延伸部分38形成。
如图1所示，电弧形成室包括增强感应区41，其中电弧被由永久磁体的第一部分产生的磁场推进灭弧室21中。在增强感应区中由永久磁体第一部分产生的磁场大于在电弧形成室其余区域中由永久磁体另一部分产生的磁场。这使电弧能被更好地推进并且使电弧离开可分离的触点。所以可动触点1和电极15之间电弧根的换向(switching)主要是通过在电弧形成室增强感应区中的永久磁体的第一部分来获得。在切断弱强度直流电流的情况下，电极14和15中电流的流动所产生的磁感应将不再足以移动电弧到灭弧室21中。永久磁体的这种布置方式可以使磁场被增大以移动电弧。
如图1所示，永久磁体的第一部分包括布置于每个颊壁后的两个磁化部份。这两个磁化部份实质上是由放在增强感应区41中的磁体32的一部分43和磁体33形成的。永久磁体第一部分的这两个磁化部份33和43相对于电弧形成室的纵轴A-A’10对称地布置。这使上述性质得到进一步改善，即它可以使电弧被更有效地推进灭弧室中。
如图1所示，电弧形成室进一步包括转移区(diverting section)51，其中电弧被相对于电弧形成室纵轴10转移向第一颊壁12。电弧被由永久磁体的第二部分即永久磁体32的磁化部份52产生的磁场转移，。电弧的不同位置由图1中的点26所示。这样布置，在纵轴A-A’上由永久磁体第二部分产生的磁场要弱于由永久磁体第一部分产生的磁场。此外，由永久磁体第二部分产生的磁场相对于所述纵轴是不对称的。这有助于电弧从它的轨迹转移。所以电弧的转移元件主要是通过在转移区51中的永久磁体的第二部分来获得。
在图1到4所示的实施例中，永久磁体的整个第二部分，即磁化部份52，布置于第一颊壁12后。如前述，这种布置可以得到一个可用空间，用于安放排气通道31到转移区51中第二颊壁13后。永久磁体相对于A-A’轴不对称布置，加之安放除气装置到一个颊壁后，可以获得一个最佳电弧隔板，其就传热和传物而言能更好地消除电弧。
在图1和2所示的实施例中，排气通道31延伸于至少一个交换空间24和开口40之间，并具有在气体流动方向基本上是减小的横截面。这使得气体在出口被加速，并且在靠近触点的区域增强气体冷却效应。这样，电弧离开触点和它到达去离子板前缘之间的时间就被减少。
从图1可以看出，去离子板前缘具备中央凹陷23和面向电弧形成室11的转移区51的两个侧部71和72。电弧在转移区被导向侧部71。在切断高强度直流电流或交流电流的情况下，一般要设法使电弧通过中央凹陷进入灭弧室。这使得电弧在灭弧室中被除去离子以消除最高额的能量。在切断弱强度电流的情况下，应设法使电弧尽快进入灭弧室以防止它在电弧形成室内，例如在灭弧室的上游，残存和消除能量。在切断弱强度电流的情况下，由于被消除的能量少，电弧可以延伸超过灭弧室21前缘的侧部71。
限定电弧形成室的颊壁12和13一般由绝缘材料制成。为了获得优良的弱强度直流电流的耐电性和比交流电流相对更长的清澈时间(clearingtimes)，颊壁应由不易腐蚀的绝缘材料制成，例如陶瓷材料，如矾土(alumina)或堇青石(cordierite)。为了获得优良的高强度直流或交流电流断路能力，颊壁应由产生气体的绝缘材料制成，例如产生气体的尼龙。有利地，第一颊壁12由陶瓷材料制成，并且第二颊壁13是产生气体的有机材料。产生气体的颊壁使接触区内的压力得到增加从而促进电弧从接触区漂移到灭弧室。
本发明还可以扩展到包括三个永久磁体的电弧隔板，其第一和第二磁体布置于第一颊壁后，分别处于增强感应区和转移区；第三磁体布置于增强感应区内第二颊壁后。
根据本发明所述的电弧隔板的一个优点是它能得到更好的气体循环，该气体是在电弧形成时产生的。永久磁体相对于A-A’轴的不对称布置实际上意味着电弧会被转移到第一颊壁12上，永久磁体的大部分被布置于该颊壁12之后。同时，在进入与第一颊壁处于同一侧的灭弧室21之前，电弧形成时所产生的气体将被传向相同方向，即向第一颊壁12。于是气体将在灭弧室剩余空间内扩张，即实质上是朝灭弧室相对侧的方向扩张，即与第二颊壁13相同那侧，排气通道布置于第二颊壁13后。气体将继续向处于交换空间和排气通道之间的互通排气孔的方向扩张，从而增强除气装置内气体的流动。该布置防止了在电弧和去离子板之间形成气塞(gas lock)。如果该气塞过于巨大，它将会限制电弧的位移，并且甚至会阻止电弧插入去离子板中。

Claims (10)

1、一种用于断路器的电弧隔板(4)，其包括：
灭弧室(21)，其由层叠的被交换空间(24)彼此分开的去离子板(22)形成；
由第一颊壁(12)和第二颊壁(13)限定出的电弧形成室(11)；和
用于去除电弧形成时所产生气体的除气装置，其包括布置于第二颊壁后且连接到至少一个交换空间(24)的排气通道(31)；
其特征在于，所述灭弧室包括至少一部分位于第一颊壁(12)后的永久磁体，并且所述除气装置包括部分地形成于第二颊壁(13)中的开口(40)且其开向所述电弧隔板外面。
2、如权利要求1所述的电弧隔板，其特征在于，所述电弧形成室包括：
增强感应区(41)，其中所述电弧被由所述永久磁体的第一部分产生的磁场推向所述灭弧室；
转移区(51)，其中所述电弧相对于所述电弧形成室的纵轴(10)被所述磁场转移向第一颊壁(12)，该磁场由所述永久磁体的整个第二部分(52)产生，所述永久磁体的整个第二部分位于第一颊壁(12)后。
3、如权利要求2所述的电弧隔板，其特征在于，所述永久磁体的第一部分包括位于每个颊壁(12、13)后的两个磁化部份(43、33)。
4、如权利要求3所述的电弧隔板，其特征在于，所述永久磁体第一部分的两个磁化部份相对于所述电弧形成室的纵轴(10)对称布置。
5、如权利要求1到4中任一项所述的电弧隔板，其特征在于，所述开口(40)部分地形成于壳体的所述壁面中。
6、如权利要求1到5中任一项所述的电弧隔板，其特征在于，所述排气通道(31)在至少一个交换空间(24)和所述开口(40)之间延伸，并具有基本上恒定或减小的横截面。
7、如权利要求1到6中任一项所述的电弧隔板，其特征在于，所述去离子板(22)包括带有中央凹陷(23)的前缘。
8、如权利要求1到7中任一项所述的电弧隔板，其特征在于，所述第一颊壁(12)由陶瓷材料制成。
9、如权利要求8所述的电弧隔板，其特征在于，所述第二颊壁(13)是产生气体的有机材料。
10、一种包括可分离的触点(1、2)和电弧隔板(4)的断路器，所述电弧隔板(4)用于熄灭所述触点发生分离时形成的电弧，其特征在于，所述电弧隔板是如权利要求1到9中任一项所述的电弧隔板。
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