CN102270555B - 一种低压断路器灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压断路器灭弧室，所述灭弧室包括固定在动导电杆上的动触头、固定在静导电杆上的静触头和电弧激波反射板，电弧激波反射板设置在动触头后紧靠触头的后端。所述电弧激波反射板装在动触头后端的动导电杆上，其结构上相当于给动触头后方加上一个叶片状挡扳。本发明提出的触头系统后方挡板，主要对电弧点燃产生的向后运动激波起反射作用，反射波与电弧运动方向一致，有助于推动电弧向前运动，故而称这种挡板为激波反射板。反射板用不产气或产气绝缘材料制作，后者效果更好。这种挡板可根据断路器结构装在动触头后端，也可装在静触头后端。

Description

一种低压断路器灭弧室

技术领域：

本发明属于低压断路器领域，涉及低压断路器的触头、灭弧系统，特别涉及在最近触头系统的后端放置一种用于反射断路器开断过程的激波的反射板。

背景技术：

近年来在低压断路器中用气吹来驱动电弧进入栅片灭弧室受到普遍重视，传统塑壳和微型断路器灭弧室后端是敞开的。故而电弧点燃产生两股气流，一股是通过出气口的向前气流，另一股是通过背后区域的反向气流，前者能驱动电弧进入栅片灭弧室，后者则起阻止作用，所以近年来低压断路器结构设计的趋势是采用把触头系统和灭弧室后端封起来的结构，这种结构可以在传统外壳设计上改进，也可采用每极附加灭弧室小外壳来实现，但结构复杂，成本高，特别是这种结构由于要把灭弧室、触头系统和动触头转轴都封闭起来，封闭部份后端离燃弧点较远，不能充分利用本发明所提出的激波反射作用。

发明内容：

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种装置在触头系统最靠近处的激波反射板，这种挡板能反射电弧点燃最初阶段生成的激波，能显著提高低压断路器的开断性能。

本发明提供了一种低压断路器灭弧室，所述灭弧室包括动触头、静触头和电弧激波反射板，电弧激波反射板设置在动触头或静触头后端。

所述断路器触头分断呈现电弧时，由于电弧点燃对灭弧室空间造成强烈扰动，而产生向前和向后两股激波，向后激波以声速向灭弧室背后方向运动时，碰到电弧激波反射板后引起激波的反射，反射波的方向与电弧向前运动方向一致，当反射波遇到电弧时，反射波推动电弧离开动触头或静触头，并使电弧进入引弧片，最后让电弧进入栅片。

所述电弧激波反射板是绝缘挡板。

所述电弧激波反射板在塑壳断路器中，装在动触头后端的动导电杆上，结构上相当于给动触头后端加上一个两侧对称的叶片。

所述电弧激波反射板在框架断路器中，采用漏斗状绝缘挡板。

所述电弧激波反射板采用聚甲醛或尼龙制成。

所述灭弧室的后端是非封闭型的传统结构。

本发明通过电弧磁流体动力学微观仿真分析和大量的试验得出：当电弧点燃后的若干微秒间产生的向前和向后的激波传播到前后器壁，会产生反射波，这种反射波对电弧起始运动起很大影响，向后传播的激波通过后端器壁的反射而产生的反射波其方向与电弧运动一致，能有效推动电弧进入灭弧室，故而提出一种电弧激波反射板的新发明，该挡板放置于最靠近触头系统的位置，不要求完全封闭触头的背后区域，只要求在触头打开的起始阶段能阻挡向后激波，产生与电弧运动方向一致的反射波即可，反射板放在靠近触头系统后端是为了可提前起反射作用和提高反射波的强度，这种新发明与现有封闭背后区域灭弧室的结构不同，首先是结构简单，仅在触头区增加一块挡板。另一作用是封闭结构由于要包括动触头及其转轴，故而后壁离开触头系统较远不利于激波反射。

附图说明：

图1是仿真用模型灭弧室；

图2是封闭端距弧柱15mm灭弧室内气压波的波动过程与电弧运动形态，其中(a)气压波波动过程，(b)电弧运动形态；

图3是不同后方封闭端位置的电弧运动曲线；

图4是实验用灭弧室模型，其中(a)为三维图，(b)为侧视图；

图5是挡板改用产气材料制作(三聚氰胺)后的试验结果；

图6是装置在塑壳断路器动触头上的反射板，它犹如给动触头装上了一个叶片，其中(a)为三维图，(b)为侧视图；

图7是叶片状挡板，通过左右两个孔，用铆接等方法固定在动导电杆上，其中为(a)为三维图，(b)为侧视图，(c)为后视图；

图8是装置在微型断路器上静触头后端的一种反射板；

图9是装置在框架断路器动触头上的反射板，它装于动触头前端，犹如一个漏斗；

图10是漏斗状挡板。

其中：1为阴极、2为阳极、3为初始弧柱、4为灭弧室、5为出气口、6为封闭端、7为灭弧室壳体、8为出气挡板、9为出气孔、10为导电杆、11为灭弧栅片、12为安装螺丝孔、13为触点、14为灭弧室挡板、15为背后空间、18为动触头、19为静触头、20为激波反射挡板、21为动导电杆、22为静导电杆、23为叶片、24为固定挡板用孔、25为插入动导电杆的槽、26为动引弧板、27为栅片灭弧室、28为冲击电磁铁、29为漏斗状挡板、30为动触头支架、31为底板、32为反射板、33为反射板的侧扳、34为固定用的侧板、35为把漏斗状挡板固定在动触头支架的孔。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

对一模型灭弧室，如附图1所示，其几何尺寸沿x，y，z方向35mm*5mm*12mm，在阴极和阳极间点燃电弧后，电弧起始弧柱距左端封闭面为15mm，距右侧出气口为20mm，当电弧电流i＝300√2sin(100πt+0.4π)，沿y方向外加驱弧磁场为1mT时，对灭弧室内电弧点燃后电弧运动及压力波的传播进行磁流体动力学微观仿真。附图2为灭弧室内气压波的波动过程与电弧运动形态，由图2a的气压波动过程可见，当电弧点燃后0.03ms瞬间，在电弧左右两端出现了向前(左)和向后(右)两股激波，当0.06ms时两股激波分别接近后壁和前段出气口，0.09ms时后端的反射波已接近电弧，并对电弧起推动作用，此时前段反射波尚未对电弧起作用，0.17ms瞬间，电弧在前后两股激波作用下，继续前进，0.65ms时压力波衰减，此时电弧在灭弧室内建立的压力梯度下继续前进。

经过研究发现激波的过程与灭弧室后方封闭端离电弧燃弧点的位置有很大关系，距离越近，激波衰减越快，也即电弧停滞时间越短，附图3为对不同后方封闭端位置(5mm，15mm，30mm)作仿真获得的电弧运动曲线，可见当封闭端距起弧位置为30mm时，不但激波衰减过程很慢，并且在两股激波相互作用下，电弧运动开始瞬间甚至出现后退现象。

为了用实验验证上述结论，制作了一个灭弧室模型如附图4，在灭弧室壳体上端有带出气孔的出气挡板，两侧导电杆上分别带有触点，触点间有熔丝作引弧用，灭弧室外形尺寸为80mm＊100mm＊40mm，有7片栅片，灭弧室后方设置六个不同位置的挡板，距离起弧点分别为5，13，21，29，37和45mm，位置间距为8mm。在振荡回路上以10kA的预期电流作开断试验，表1给出了不同挡板距离下的开断试验结果，其中i为电弧电流峰值，u为电弧电压峰值，p为灭弧室气压峰值。由试验结果可以看出：挡板距离起弧点越近，限流和开断效果越好。把挡板改用产气材料制作(三聚氰胺)，进行重复试验，试验结果见附图5，发现电弧电压较非产气材料挡板要高，开断性能要好，这是因为产气材料在电弧高温作用下产气，有利于加强灭弧室内气吹作用。

表1不同不同挡板距离下的开断实验结果

2当预期电流为6kA时，带与不带反射板的微型断路器开断性能对比

激波反射板是一种用绝缘耐弧材料制作的挡板，可用耐弧的非产气材料，也可用产气材料图聚甲醛(POM)和尼龙(Nylon)等，采用产气材料效果更好。

本发明所提出的激波反射板主要用于反射电弧点燃后向灭弧室背后方向传播的激波，这一过程时间很短，触头开距不大，因而挡板的长度并不要求能堵住整个背后区域，只要求在触头开距不大时能部份堵塞灭弧室后方即可。由以上分析反射板的效果和它与触头系统的距离有关，要求这一距离越短越好。根据上述两个要求，挡板可根据情况安装在动触头上或静触头后，附图6为装置在塑壳断路器动导电杆上的反射板，它犹如给动触头最靠近的后端装上了一对左右对称的叶片，图6中静触头装置在静导电杆上，附图7为耐弧绝缘材料制作的叶片状挡板，动导电杆可插入该挡扳的槽中，通过左右两个孔用铆接等方法固定，附图8为装置在微型断路器上静触头后端的一种反射板，反射板装置在断路器的外壳上，挡板的长度应当动触头和静触头闭合时，尽可能封闭触头的背后区域，但不能与动触头发生干涉，图8中有灭弧栅片和冲击电磁铁，附图9为框架断路器触头、灭弧系统和反射挡板，反射板装置在动触头支架上，位于动触头后端，犹如一个漏斗，静触头固定在底板上，灭弧栅片位于触头系统上部，附图10是漏斗状挡板，反射板两侧有侧板，形成漏斗状，固定用侧极上有孔，便于把把漏斗状挡板固定在动触头支架上。

附图8的方案用于额定电流为63A的微断上，在振荡回路上，当开断6kA时与无反射板的传统结构相比较，其试验数据见表2，由表可见：带反射板的方案开断性能有明显提高，特别是∫i²dt值较低，因而6kA二次开断后，无反射板结构的动触头就烧掉，而有反射板结构的动触头保持良好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (3)

1.一种低压断路器灭弧室，其特征在于：所述灭弧室包括动触头、静触头和电弧激波反射板，电弧激波反射板设置在动触头后端，並在最靠近触头的位置；所述电弧激波反射板是绝缘挡板；所述电弧激波反射板在框架断路器中，采用漏斗状绝缘挡板，反射板装置在动触头支架上，位于动触头后端，静触头固定在底板上，灭弧栅片位于触头系统上部，所述反射板两侧有侧板，所述反射板与两侧侧板形成漏斗状，所述反射板延伸到触头系统后方，对电弧点燃产生的向后运动激波起反射作用；所述灭弧室的后端是非封闭型的传统结构，反射板的长度不要求能堵住动静触头的整个背后区域，在触头开距不大时能部分堵塞灭弧室后方即可。

2.如权利要求1所述一种低压断路器灭弧室，其特征在于：所述电弧激波反射板用产气绝缘材料或不产气绝缘材料制作。

3.如权利要求2所述一种低压断路器灭弧室，其特征在于：所述产气材料采用聚甲醛或者尼龙。