CN101958211A - 具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置 - Google Patents

Abstract

一种具有高分断能力的断路器的自动闭合触头装置，它包括：触头支持、旋转轴、静触头、安装在触头支持上的旋转式双断点动触头、触头弹簧。动静触点相对于旋转轴对称分布，操作机构和电磁机构分别通过触头装置的操作机构控制部、电磁机构控制部驱动触头支持旋转，弹簧固定轴对称设在触头支持的两侧的壳体上，触头弹簧的一端抵在壳体上，另一端搭在触头支持的扭簧接触线上，所述触头弹簧通过扭簧接触线在触头闭合方向上向触头支持施加扭簧力。这种无外力作用下自动闭合触头装置具体较高的分断分断能力，在不降低触头可靠闭合性能的同时，将触头弹簧对动触头的分断阻力的影响降到最低，提高触头分断速度和可靠性、降低燃弧风险。

Description

具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置

技术领域

本发明涉及一种低压断路器的触头装置，特别是一种旋转式串联双断点的自动闭合触头装置。

背景技术

分断能力是低压断路器十分重要的性能指标。为了提高分断能力，现有技术的断路器，特别是选择性保护断路器采用了旋转式串联双断点的自动闭合触头装置。所谓旋转式，是指动触头以转动的运动形式与静触头闭合/分断。所谓串联双断点，是指两个动触点分别与两个静触头协同闭合/分断。所谓自动闭合，是指触头装置在无外力作用下，能依靠自身触头弹簧的弹性力而自动闭合。现有技术的旋转式串联双断点的自动闭合触头装置，虽然其分断能力比单断点触头装置提高了一倍，但由于存在以下缺点而使其分断能力仍然不理想：一是由于触头弹簧安装在触头支持的旋转轴上，使触头弹簧对于动触头分断的阻力随静触头的开断距离的加大而增大，从而大大降低了动触头的分断速度，并加大了电弧的产生；二是灭弧室的封闭问题没有得到很好的解决，使得电弧熄灭时间长、流串严重。

中国发明专利申请说明书CN200810132890.6所示的结构，该触头弹簧同时有以下两个功能：一是动触头在无外力作用的情况下，能在触头弹簧的作用下自动向静触头闭合，从而接通回路，实现触头常闭状态；二是该弹簧也是一个超程弹簧，它使动静触头闭合后继续向动触头施加一个力，以保证动静触头可靠闭合，即确保触头具有足够的触头超程。

不过，这种使触头自动闭合的触头弹簧与一般触头的超程弹簧相比存在一个区别：在触头分断过程中，使触头自动闭合的触头弹簧将产生一个阻碍触头快速分断的阻力，而一般的超程弹簧不存在此类问题。随着上述自动闭合触头的触头开距加大，该触头弹簧对动触头断开速度的减速影响就越大，即触头弹簧的弹性变形加大后，触头弹簧的扭矩也将加大，但由于现有技术中触头弹簧的力臂1不会发生变化、触头弹簧对动触头(或触头支持)作用力的角度也不会发生变化，因此该触头弹簧作用于动触头上的阻力会随动静触头之间的开距的加大而不断加大，从而明显降低动静触头的分断速度，延长拉弧时间，令分断能力大打折扣。特别是面对大的故障电流来说，现有技术对触头分断速度的不利影响，将无法保证电路安全、可靠的分断，也容易在动静触头之间产生电弧，造成触头的损伤，影响限流效果等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明将为断路器提供一种具有高分断能力的自动闭合触头装置的技术方案，在不降低触头可靠闭合性能的同时，将触头弹簧对动触头的分断阻力的影响降到最低，从而提高触头分断速度和可靠性、减小电弧，使断路器具有较高的分断能力。具体技术方案如下：

一种具有高分断能力的断路器，包括壳体11、操作机构、电磁机构、触头装置、一对灭弧室12a、12b和两个灭弧区17a、17b；所述触头装置包括：触头支持2；位于触头支持2轴心的旋转轴21；一对静触头14a、14b，安装在灭弧区17a、17b内；一对灭弧室12a、12b，安装在灭弧区17a、17b内；所述触头支持2上连接有操作机构控制部51和电磁机构控制部52，操作机构和电磁机构分别通过触头装置的操作机构控制部51、电磁机构控制部52驱动触头支持2绕旋转轴21旋转；桥式动触头1安装在触头支持2上，所述动触头1与触头支持2保持同步旋转；使所述动触头1上的动触点与静触头上的静触点一一对应，所述动静触点相对于旋转轴21对称分布，从而形成旋转串联双断点结构。

所述自动闭合触头装置还包括一对触头弹簧3a、3b，和一对固定触头弹簧3a、3b的弹簧固定轴31a、31b；所述触头弹簧3a、3b是扭簧，并以旋转轴21为中心呈中心对称分布；所述弹簧固定轴31a、31b设在触头支持2的两侧的壳体上11。

在触头支持2内设有两个扭簧槽8a、8b，每个扭簧槽8a、8b内各设有一条扭簧接触线7a、7b。所述扭簧接触线7a、7b可以设置在扭簧槽8a、8b内凸起物的尖端处；也可以安装在扭簧槽8a、8b的槽体侧壁上。所述扭簧接触线7a、7b平行于旋转轴21放置，并相对于旋转轴21为中心呈中心对称分布。所述触头弹簧3a、3b的一端抵在壳体11上，另一端搭在扭簧接触线7a、7b上，所述触头弹簧3a、3b通过扭簧接触线7a、7b在触头闭合方向A上向触头支持2施加扭簧力F；在触头断开过程中，触头弹簧作用在扭簧接触线上的力臂L变大，扭簧力F与其切向分力f之间的夹角α变大。

所述触头支持2上与各灭弧区接壤区域的触头支持表面6a、6b是圆弧面；所述灭弧区17a、17b上是由壳体和/或隔板包围而成的，在所述灭弧区17a、17b上设有供动触头1进入的开口面16a、16b，所述开口面16a、16b是与触头支持表面6a、6b匹配设置的圆弧面。在触头支持和灭弧区壁上设置的圆弧面，使动触头无论在断开状态还是闭合状态，主动触头和静触头开断位置附近的区域处于相对封闭状态，即通过外壳、隔板、灭弧室、触头支持将灭弧区域一端封闭，灭弧室12a、12b安装在灭弧区17a、17b的另一端，灭弧室12a、12b的外侧设置有排气通道，使得主动触头分断电流产生电弧时，在此封闭区域内可有效储存气体压力后，通过灭弧室12a、12b的排气通道排气，产生气吹效果。

这种自动闭合触头系统的新解决方案，采用了旋转双断点结构，通过两个扭簧弹簧在对称位置的布置，利用力臂变换的原理，使主动触头可靠与主静触头接触，同时使动触头在断开位置所受的力矩不会过大，当出现较大短路电流时，主动触头断开后将电流切换到辅助回路，有利于触头保持在断开位置，进行短延时保护。该自动闭合触头装置的特点是，触头在闭合位置和断开位置所受的向闭合方向运动的力矩相差不大，同时通过触头支持上形成的圆弧面对灭弧区域进行封闭，有助于触头灭弧时产生较强的气吹效果，迅速灭弧，分断能力高。

本发明闭合触头装置特别适用于具有选择性保护功能的断路器的主触头装置。

附图说明

图1是本发明断路器实施例的局部结构示意图，图中示出了触头装置处于断开位置的结构。

图2是本发明断路器实施例的局部结构示意图，图中示出了触头装置处于闭合位置的结构。

图3是本发明断路器触头装置实施例的局部结构示意图，具体涉及一个安装有动触头的触头支持的剖面图。

图4是发明断路器触头装置实施例的局部结构示意图，具体涉及一种带推板的触头支持。

图5是本发明断路器触头装置实施例的局部结构示意图，具体涉及处于闭合位置的触头弹簧及触头支持的位置关系图。

图6是本发明断路器触头装置的触头支持在扭簧接触线处的受力关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例，进一步描述本发明触头装置的具体实施方式。

如图1、图2所示的旋转式串联双断点断路器，包括壳体11，还包括安装在壳体11内的操作机构(图中未示出)、电磁机构(图中未示出)、触头装置、一对灭弧室12a、12b和两个灭弧区17a、17b。

所述两个灭弧区17a、17b分列在触头装置两侧；所述灭弧区是由隔板和/或壳体11包围形成独立的灭弧区域，这里存在以下三种实施方式：一是由壳体包围形成的灭弧区，二是由隔板包围形成的灭弧区，三是由隔板和壳体共同形成的灭弧区。图1、2示出了第三种实施方式(由隔板和壳体共同形成灭弧区)的一个直观的实施例，将两块隔板13a、13b分别夹盖在壳体11上形成灭弧区壁，使断路器内分别形成两个独立的灭弧区域，从而将灭弧区17a、17b与操作机构、电磁机构等组件分离开。

所述触头装置包括：一个触头支持2；一个旋转轴21插在触头支持2的轴心上，触头支持2可绕旋转轴21旋转；一对灭弧室12a、12b，安装在灭弧区17a、17b内；两个静触头14a、14b，分别安装在两侧的灭弧区17a、17b内，在所述静触头14a、14b上分别设有静触点15a、15b，所述静触点15a、15b相对于旋转轴21呈中心对称分布；动触头1安装在触头支持2上，并随触头支持2的旋转而旋转，该动触头1为桥式动触头；在动触头1的两侧各有一个与静触点15a、15b对应的触点，用于在动触头旋转过程中实现动触头与两个静触头的接通和分断。

如图1、2所示，在所述两个灭弧区17a、17b上各设有一个供动触头1进入的开口面16a、16b。所述开口面16a、16b最好是一个圆弧面；于此同时，所述触头支持2与灭弧区开口面16a、16b对应处的触头支持2的表面也最好是一对圆弧面，即触头支持圆弧面6a、6b。触头支持圆弧面6a、6b与灭弧区开口面16a、16b的圆弧面相互匹配设置。如图3所示，由于触头支持2是旋转运动的，无论触头支持2如何运动，触头支持2上都有一个圆弧面与灭弧区开口面16a、16b的圆弧面相对应。这一优选实施例的好处在于，它通过对应的圆弧面设计，使动触头1无论在断开状态还是闭合状态，动触头和静触头开断位置附近的区域处于相对封闭状态，即通过外壳、隔板、灭弧室、触头支持将灭弧区域一端封闭，灭弧室12a、12b安装在灭弧区17a、17b的另一端，灭弧室12a、12b的外侧设置有排气通道，使得主动触头分断电流产生电弧时，该封闭区域可有效储存气体压力，通过灭弧室12a、12b的排气通道排气，加强气吹效果，提高了触头分断能力。

如图1、2、4所示，从所述触头支持2上伸出一个操作机构控制部51和一个电磁机构控制部52，断路器的操作机构和电磁机构分别通过所述操作机构控制部51和所述电磁机构控制部52，驱动触头支持2绕旋转轴21旋转，当触头装置操作机构控制部51或电磁机构控制部52接收了来自操作机构或电磁机构的驱动力后，将通过触头支持2带动动触头1旋转实现动、静触头间的接通和分断。所述操作机构控制部51和电磁机构控制部52与触头支持的连接方式，包括但不限于以下两种：第一种是将所述操作机构控制部51和电磁机构控制部52直接安装在触头支持2上(如图1)，并保证壳体11或隔板13a、14b将所述操作机构控制部51和电磁机构控制部52隔离在灭弧区17a、17b之外。另一种实施方式是一种更优选的实施方式，它将操作机构控制部51和/或电磁机构控制部52通过推板5连接到触头支持2上，所述推板5所处的平面与灭弧区17a、17b所处平面不重叠。如图4所示，所述推板5通过连接件53固定安装在触头支持2的旁侧，使推板5与触头支持2同步旋转，所述操作机构控制部51和电磁机构控制部52直接与推板5相连并与推板5保持在一个平面内，该推板所处的平面在纸的纵深方向上高于灭弧区17a、17b所处的平面，不仅可以利用壳体11或隔板13a、13b将两个平面有效的隔离开，还便于断路器元件的分层装配，使断路器内部空间的整体布局更加合理。

所述操作机构控制部51和/或电磁机构控制部52通过推板5连接到触头支持2上，所述推板5所处的平面与灭弧区17a、17b所处平面不重叠。

如图1、2、5所示，所述触头装置还包括一对对称放置的触头弹簧3a、3b，和一对用于安装所述触头弹簧3a、3b的弹簧固定轴31a、31b，所述弹簧固定轴31a、31b以旋转轴21为轴心，对称分布在触头支持2的两侧的壳体上11。所述触头弹簧3a、3b是扭簧，所述触头弹簧3a、3b的一端抵在壳体11或隔板13a、13b上，另一端与触头支持2配合工作。在触头支持2内设有两个扭簧槽8a、8b，每个扭簧槽8a、8b内各设有一条扭簧接触线7a、7b。所述扭簧接触线7a、7b平行于旋转轴21放置，并相对于旋转轴21对称分布。所述扭簧接触线7a、7b可以安装在扭簧槽8a、8b的槽体侧壁上；也可以设置在扭簧槽8a、8b内某凸起物的尖端，如图5所示。所述触头弹簧3a、3b分别搭在各自的扭簧接触线7a、7b上，并持续不断地通过扭簧接触线7a、7b，向触头支持2施加一个使动触头1闭合的扭簧力F；一旦动静触头闭合后，该扭簧力F将使动触头1与静触头14a、14b实现可靠接触。

如图6所示，随着动触头1、触头支持2的旋转，触头弹簧3a、3b与扭簧接触线7a、7b的接触端，将在扭簧接触线7a、7b上产生滑动位移，触头弹簧的力臂L(即触头弹簧轴31a、31b到扭簧接触线7a、7b的距离)将会发生变化。断开位置的触头弹簧的力臂L(如图1)明显长于闭合位置的触头弹簧的力臂L(如图2)。触头弹簧3a、3b在某一形变状态下(即假设扭矩相同的境况下)，力臂L越长的，则施加在接触线7a、7b上的扭簧力F越小。因此采用本发明的技术方案，可以通过运动过程中触头弹簧3a、3b力臂L的变化，降低触头弹簧对动触头的分断阻力。

图6还示出了扭簧力F方向变化对触头支持2旋转速度的影响过程，下面以触头闭合方向A为逆时针方向为例，说明扭簧接触线7a处的受力变化情况，图中的虚线圆表示扭簧接触线7a、7b的运动轨道。扭簧力F对触头支持2的影响主要体现在扭簧力F在运动轨道方向上的分力，即切向分力f上，而扭簧力F的向心分力对触头支持的旋转运动并没有任何贡献。当触头支持2旋转时，触头弹簧3a、3b在触头支持2上的受力点，即扭簧接触线7a、7b也随即旋转，使扭簧力F与其切向分力f之间的夹角α发生变化。

正是由于本发明没有将触头弹簧的弹簧固定轴31a、31b放置在触头支持2上，而是将弹簧固定轴31a、31b固定在机壳上，引起了触头弹簧力臂的变化、扭簧力F与切向分力f的夹角α变化。下面说明这种将弹簧固定轴31a、31b与触头支持2分离放置的设计的运动过程：

当触头支持2沿逆时针方向A进行触头闭合过程时，虽然因触头弹簧弹性变形减弱而导致扭簧力矩不断减小，但由于触头弹簧的力臂L的减小，因此部分抑制了触头弹簧3a、3b在扭簧接触线7a、7b处的扭簧力F的减小趋势，并且该扭簧力F与切向分力f间的夹角α也在变小，因此更多的扭簧力F被分配用于促进动触头1的闭合运动，确保了动触头1与静触头14a、14b的快速闭合，并在闭合后提供可靠的接触力。

在已有断路器中，当触头支持2沿顺时针方向(即闭合方向的反向)进行触头断开过程时，触头弹簧的弹性变形增加，导致扭簧力矩不断变大，此时的扭簧力F由驱动力变为了阻力，阻止并减缓了动触头断开，这种无谓的阻力无疑是有害的，需要尽量避免。本发明将弹簧固定轴31a、31b与触头支持2分离放置的设计，使触头断开时，触头弹簧3a、3b在扭簧接触线7a、7b处的力臂L加大，一定程度上抑制了扭簧力F的加大，并且该扭簧力F与其切向分力f间的夹角α不断增大，因此随着断开过程的发展，越来越少的扭簧力F被分配到阻止触头断开的切向分力f上，有效抑制了阻力的增大、加快了触头的断开速度，减少了拉弧时间，提高了触头分断能力。

相对于旋转轴21，所述弹簧固定轴31a、31b与扭簧接触线7a、7b之间存在一个夹角β。动触头处于闭合过程时，夹角β将越来越小。当触头闭合后，弹簧固定轴31a、31b与扭簧接触线7a、7b相对于旋转轴21的夹角β将出现最小值β_min。作为本发明的一种优选实施例，如图2所示的角度看，触头在闭合后，弹簧固定轴31a、31b、扭簧接触线7a、7b、旋转轴21处于一条直线上，即夹角β_min为0°；作为本发明的其他实施例，建议夹角0°≤β_min≤30°，如触头闭合后，弹簧固定轴31a、31b与扭簧接触线7a、7b之间相对于旋转轴21的最小夹角值β_min为10°或20°。

本发明具有高分断能力自动闭合触头装置，特别适用于具有选择性保护功能的断路器的主触头装置。

Claims (6)

1.一种具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，所述断路器包括壳体(11)、操作机构、电磁机构、触头装置、灭弧室(12a、12b)和两个灭弧区(17a、17b)；

所述触头装置包括：触头支持(2)；位于触头支持(2)轴心的旋转轴(21)；静触头(14a、14b)，安装在灭弧区(17a、17b)内；一对灭弧室(12a、12b)分别安装在灭弧区(17a、17b)内；所述触头支持(2)上连接有操作机构控制部(51)和电磁机构控制部(52)，操作机构和电磁机构分别通过触头装置的操作机构控制部(51)、电磁机构控制部(52)驱动触头支持(2)绕旋转轴(21)旋转；桥式动触头(1)，安装在触头支持(2)上，所述动触头(1)与触头支持(2)保持同步旋转；所述动触头(1)上的动触点与静触头上的静触点一一对应，所述动静触点相对于旋转轴(21)对称分布；

其特征在于：

所述触头装置还包括一对触头弹簧(3a、3b)，和一对固定触头弹簧(3a、3b)的弹簧固定轴(31a、31b)；所述触头弹簧(3a、3b)是扭簧，并以旋转轴(21)为中心呈中心对称分布；所述弹簧固定轴(31a、31b)设在触头支持(2)的两侧的壳体上(11)；

在触头支持(2)内设有两个扭簧槽(8a、8b)，每个扭簧槽(8a、8b)内各设有一条扭簧接触线(7a、7b)；所述扭簧接触线(7a、7b)平行于旋转轴(21)放置，并相对于旋转轴(21)为中心呈中心对称分布；

所述触头弹簧(3a、3b)的一端抵在壳体(11)，另一端搭在扭簧接触线(7a、7b)上，所述触头弹簧(3a、3b)通过扭簧接触线(7a、7b)在触头闭合方向A上向触头支持(2)施加扭簧力F；

在触头断开后，触头弹簧的力臂L变大，扭簧力F与其切向分力f之间的夹角α变大。

2.根据权利要求1所述的具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，其特征在于：所述扭簧接触线(7a、7b)设置在扭簧槽(8a、8b)内凸起物的尖端处。

3.根据权利要求1所述的具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，其特征在于：所述扭簧接触线(7a、7b)安装在扭簧槽(8a、8b)的槽体侧壁上。

4.根据权利要求1所述的具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，其特征在于：所述触头支持(2)在与灭弧区接壤区域的触头支持表面(6a、6b)是圆弧面；所述灭弧区(17a、17b)上设有供动触头1进入的开口面(16a、16b)，所述开口面(16a、16b)是与触头支持表面(6a、6b)匹配设置的圆弧面。

5.根据权利要求1所述的具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，其特征在于：当动触头(1)与静触头(14a、14b)处于闭合位置时，弹簧固定轴(31a、31b)与扭簧接触线(7a、7b)相对于旋转轴(21)所呈的夹角β_min为0°≤β_min≤30°。

6.根据权利要求1所述的具有高分断能力的断路器自动闭合触头装置，其特征在于：所述操作机构控制部(51)和/或电磁机构控制部(52)通过推板(5)连接到触头支持(2)上，所述推板(5)所处的平面与灭弧区(17a、17b)所处平面不重叠。

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