CN102832062B - 一种具有隔弧件的电器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有隔弧件的断路器，包括外壳、手柄、动触头、静触头、灭弧系统、隔弧板、接线端子、隔弧件，其中：所述外壳内装有采用绝缘材料由左力臂、右力臂和支点构成的隔弧件；当动触头执行断开动作时，所述隔弧件的右力臂被动触头的另一侧端面直接驱动，带动左力臂转动进入动触头与静触头之间的间隙内，且隔弧件转动的距离小于动触头的运动距离。本发明结构简单、动作可靠，它能够在动、静触头分断时提高电弧运动速度，迅速拉长电弧，提高弧电阻，缩短电弧进入灭弧室的时间，显著提高断路器的限流能力、分断能力和使用寿命；同时能够实现可逆保护，扩大断路器的应用范围。

Description

一种具有隔弧件的电器装置

技术领域

本发明属于隔弧装置，特别是涉及一种具有隔弧件的电器装置。

背景技术

为了保护用户自身用电安全，通常在供电系统中均会安装断路器作为保护电器，随着电力工业和用电水平的不断提高，对断路器的性能、质量、品种等要求也越来越高，实际电力系统中对于小型化、高分断能力的断路器的需求越来越迫切。众所周知，在断路器分断的过程中，动触头与静触头之间会产生电弧，由于电弧具有导电性能，若不能及时熄灭，将会直接影响断路器的限流能力并降低分断能力，进而影响断路器的使用寿命。因此，为了提高断路器的分断能力和限流能力，应在断路器产生电弧后使电弧迅速熄灭。

现有的断路器灭弧系统一般均采用栅片短弧原理，依靠触头导电回路产生的磁场驱使电弧进入灭弧室，进而熄灭电弧。但是常规的栅片式灭弧室需在电弧由动静触头之间运动进入灭弧室之后才能起到灭弧作用，对于电弧由动静触头处到灭弧室的运动速度无作用，因此很难使得电弧及时熄灭，各厂家也在不断地改进灭弧方法，提高断路器的分断能力，如采用气吹灭弧的方法，一方面有利于冷却电弧，另一方面依靠气流驱使电弧进入栅片；对于直流灭弧系统，有些厂家采用磁铁将电弧引入灭弧室熄灭，以解决电弧在触头间难以截断熄灭的问题。上述灭弧方法的改进，虽然可以加快电弧进入灭弧室的速度，在一定程度上提高断路器的分断能力，但是由于在壳体内部增加了磁铁，使断路器结构复杂化，增加了断路器体积；同时，直流灭弧系统中采用磁铁引弧的方法会限制其应用范围，即接线方式受限，无法实现可逆保护。所谓可逆保护，对于直流系统是指无论是正向和反向故障电流均可实现可靠保护。

众所周知，断路器分断时会在动、静触头间产生电弧，一般来讲从出现短路电流至电弧熄灭包括四个阶段，即机构动作时间、电弧停滞时间、电弧运动时间与电弧熄灭时间。在第一个阶段，触头两端的电弧电压为零，第二阶段电弧电压变化不大，在第三阶段电弧拉长，电弧离开触头通过弧角进入灭弧栅片，这一阶段电弧电压快速增大。在第四阶段电弧进入栅片，电弧电压达到最大值，且大于电源电压瞬时值时，电流被强制减小，进而电弧熄灭。电弧电压大小及上升速度是决定能否快速熄灭电弧的关键，一般来讲电弧电压包括电弧阴极压降、阳极压降和弧柱压降，且与电弧电阻大小成正比。因此，可通过提高电弧电阻的方法提高电弧电压，最终将电弧熄灭。

专利201020160891.4《小型断路器》中公开了一种带有自动隔弧片的小型断路器，其自动隔弧片底部的一端固定在断路器通断时动触头行程范围下方，且旋转的支点离动触头前面有一预设距离H1，自动隔弧片底部的另一端延伸至动触头与静触头接触面上方靠近动触头处，且断路器闭合时与动静触头的前面有一预设距离H2。同时通过发明内容可看出本专利自动隔弧片在装置4和6驱动的驱动下由动触头的前面插入或退出动静触头之间，实现电弧隔离作用。

此专利声称：具有自动隔弧片的小型断路器，当动触头和静触头断开时，同时电弧被隔开，大大降低了燃弧时间，使所产生电弧迅速被引弧片引入灭弧室内，有效的保护了动触头，防止了动触头被烧伤，从而提高了断路器的分断能力和电寿命使用次数。

但具体分析以上专利可看出：

在断路器处于闭合状态时，自动隔弧片停留在动、静触头前方，留有1mm的间隙；当断路器执行断开动作时，动触头绕其旋转支点旋转，与静触头之间逐渐产生间隙并产生电弧，自动隔弧片通过装置4和6在动触头的驱动下，也同时由前向后插入间隙中，在引弧片作用下电弧向灭弧室方向喷射，但由于自动隔弧片设置在触头前方，随着动触头转动同时转动70度，同时自动隔弧片的旋转支点位于动触头断开位置的前方，所以自动隔弧片已占据动、静触头断开时距离的85%以上。因此电弧受到自动隔弧片的阻塞，导致直至第四个阶段电弧也不能喷向灭弧室，而停留在动、静触头之间，加剧了触头的烧损；同时由于自动隔弧片是由前向后插入动静触头之间的，因此运动距离长，实施例中指出自动隔弧片转动的角度是70°，假定触头间开距为4mm，则自动隔弧片至少需运动4mm，也就是，动触头至完全打开后，自动隔弧件才能覆盖住动触头导电部分，此时电弧已进入第四个阶段，也就是能量的最大的阶段。

此自动隔弧片在断路器中的应用会导致：（1）自动隔弧片被电弧烧毁；（2）电弧被自动隔弧片阻塞，触头烧损加剧；（3）电弧不能在引弧片引导下顺利进入灭弧室；（4）电弧能量最大；（5）无限流能力。

上述现象的产生，使断路器无限流作用，最终导致断路器不能分断故障电流，进而使断路器烧毁。众所周知，所有断路器之所以能分断故障电流，主要是依靠限流来实现的，该专利违背了电弧的灭弧原理。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、动作可靠的一种具有隔弧件的电器装置，它能够在动、静触头分断时提高电弧运动速度，迅速拉长电弧，提高弧电阻，缩短电弧进入灭弧室的时间，显著提高断路器的限流能力、分断能力和使用寿命；同时能够实现可逆保护，扩大断路器的应用范围。

本发明采用的解决方案是提供一种具有隔弧件的电器装置，包括外壳、手柄、动触头、静触头、灭弧系统、隔弧板、接线端子、隔弧件以及脱扣装置，所述隔弧板上活动地连接一个隔弧件，其特征在于：所述隔弧件为由左力臂、右力臂和支点构成的杠杆。

进一步地，所述隔弧件的左力臂面形状为平面或平面与弧面的结合，所述隔弧件的右力臂面形状为一平面或是一弧面，也可是平面与弧面的结合。

进一步地，所述隔弧件的左力臂面形状为一弧面，所述右力臂面形状为一平面，左、右力臂之间为一个具有弧度的夹角。

进一步地，所述隔弧板和隔弧件均用不含矿粉或玻璃纤维的尼龙材料制成。

进一步地，当所述动触头执行闭合动作时，所述隔弧件的左力臂在所述动触头直接驱动下向下摆动，从所述动、静触头之间的间隙中退出，所述隔弧件的右力臂则翘起。

进一步地，当所述动静触头最终闭合后，所述隔弧件的左力臂位于动静触头接触部位下方，距离动静触头接触部位距离在0.1-1mm之间，所述右力臂位于所述动触头右侧。

进一步地，当所述动触头执行分离动作时，所述动触头绕其支点旋转15°以上，所述右力臂在所述动触头下端面的直接驱动下绕旋转所述支点向下摆动，旋转角度45°以上，此时，隔弧件的右力臂最终运动到动触头的下方，并距离动触头的距离小于1mm；左力臂翘起并由左侧插入到动、静触头之间的间隙中，最终完全包裹住所述动触头与静触头的接触部位。

进一步地，所述隔弧件的左力臂向右运动的距离约为2mm以上；所述左力臂向上的运动距离小于3mm。

进一步地，所述隔弧件至少设置有一轴或轴孔，与外壳或外壳内的其它部件连接，作为隔弧件的转动支点；所述轴或轴孔在隔弧件的底部。所述隔弧件形状为Y形或V形。

进一步地，所述电器装置为断路器。

由于隔弧件材料为不含矿粉或玻璃纤维的尼龙材料，相对于常规的绝缘材料来讲，本专利中选用的纯尼龙材料耐电弧效果更好，能够显著提高断路器的电气寿命；同时，对比添加矿粉或玻纤的尼龙来讲，纯尼龙材料产气效果最好，即对于电弧的磁吹效果最好，有利于断路器引弧，缩短了电弧运动时间，显著提高断路器的分断能力。

本发明结构简单、动作可靠，它能够在动、静触头分断时迅速拉长电弧，提高弧电阻和电弧运动速度，缩短电弧进入灭弧室的时间，显著提高断路器的限流能力、分断能力和使用寿命；同时能够实现可逆保护，扩大断路器的应用范围。

附图说明

图1为本发明中隔弧件应用于断路器中的示意图；

图2为本发明中隔弧件的结构示意图；

图3为本发明中隔弧件插入动静触头之间的间隙的示意图；

图4为本发明中隔弧件退出动静触头之间的间隙的示意图。

具体实施方式

本发明涉及一种具有隔弧件的电器装置，在实施例中以断路器为例对本发明进行具体分析。该断路器包括外壳、手柄、动触头、静触头、灭弧系统、隔弧板、接线端子、隔弧件、脱扣装置。其中除隔弧件与隔弧板外，其他零件与常规的断路器类似，在此不再描述，仅描述断路器的隔弧件与隔弧板部分。在图1所示的本发明的一个应用实例中，断路器为常规单断点断路器，其触头与基座间设置一隔弧板1，隔弧板1上活动地连接一个隔弧件2；如图2所示，该隔弧件2的形状为Y型，也可以为V型，是由左力臂3、右力臂4和支点5构成的杠杆；该隔弧件2装在断路器外壳内，经其杠杆的支点5活动地与外壳或外壳内的其它部件连接。隔弧件2的左力臂面形状为平面或平面与弧面的结合，所述隔弧件的右力臂面形状为一平面或是一弧面，也可是平面与弧面的结合。隔弧件2的结构中在熄灭电弧的作用上起主要作用的是左力臂，这是由于在动静触头断开时，隔弧件的左力臂插入动静触头之间，起到拉长电弧的作用，因此隔弧件形状中左力臂的材料和形状直接影响产品分断电弧的效果。

当所述动静触头最终闭合后，所述隔弧件的左力臂位于动静触头接触部位下方，距离动静触头接触部位距离在0.1-1mm之间，所述右力臂位于所述动触头右侧。当所述动触头执行分离动作时，所述动触头绕其支点旋转15°以上，所述右力臂在所述动触头下端面的直接驱动下绕旋转所述支点向下摆动，旋转角度45°以上，此时，隔弧件的右力臂最终运动到动触头的下方，并距离动触头的距离小于1mm；左力臂翘起并由左侧插入到动、静触头之间的间隙中，最终完全包裹住所述动触头与静触头的接触部位。所述隔弧件的左力臂向右运动的距离约为2mm以上；所述左力臂向上的运动距离小于3mm。

隔弧板1和隔弧件2均用不含矿粉或玻璃纤维的尼龙材料制成。而常规的技术中是选用添加矿粉或玻纤的尼龙。我们针对多种不同的塑料材料，包括纯尼龙材料PA66、无卤添加剂的尼龙材料RVO和无卤添加剂的尼龙材料VOGV30（添加30%玻璃纤维），分别制成隔弧件2的样件进行小电流（16A）电寿命对比试验，具体试验结果见下表：

通过实验结果可知：进行小电流电寿命实验时，主要是通过直接拉断电弧灭弧，灭弧室几乎起不到灭弧的作用，因此在小电流的情况下隔弧件的作用更加明显。产品能够经受的小电流试验次数能够直接反应出隔弧件对电弧熄灭的作用效果，产品耐受的试验次数越多，证明产品耐电弧能力越强，则说明隔弧件对电弧的作用效果越明显。通过以上三组对比试验可看出添加30%玻璃纤维增强剂的材料VOGV30的试验次数最少，证明加入添加剂影响了隔弧件的耐电弧能力，此种材料相对于其他两种材料来讲耐电弧能力较差；纯尼龙材料PA66的试验效果最好，试验次数约为材料RVO的2倍，VOGV30的40倍。因此最终选择的材料为不含矿粉或玻璃纤维的PA66。

【具体实施例1】

插入动静触头（7,6）之间的隔弧件2的左力臂3长度约为6.9mm，厚度约为1.4mm；右力臂4长度约为4.6mm，厚度约为2.1mm。隔弧件的左、右力臂之间为一个具有弧度的夹角，大约为85°，左力臂3弧长大约为3.1mm，半径为2.5mm，相对于左力臂而言，右力臂面的形状接近为一平面。本实施例中，隔弧件的左力臂3为向右的圆弧形状，与右力臂4成一有弧度的夹角，相对于左右力臂由两平面组成一个夹角的常规形状而言，在动静触头分离时，由于左力臂3为一向动触头7方向倾斜的圆弧状结构，在不影响动触头7运动的前提下，此种形状的左力臂3包裹住动触头7与静触头6接触部位的速度更快、包裹的更全，因此更有利于拉长电弧，提高产品的耐电弧能力。

请参阅图3，当断路器断开时，动触头7与静触头6执行分离动作，动触头绕其支点旋转，此实施例中动触头旋转角度约为23°，此时动静触头之间产生电弧，位于动静触头下部的隔弧件2的右力臂在动触头7下端面的直接驱动下绕旋转支点向下摆动，旋转角度约为60°，此时，隔弧件的右力臂最终运动到动触头的下方，并距离动触头的距离小于0.5mm；左力臂翘起并由左侧插入到动、静触头之间的间隙中，最终完全包裹住动触头与静触头的接触部位。动静触头之间产生的电弧在经过机构动作时间和电弧停滞时间两个阶段后，迅速被隔弧件拉长，弧电阻被提高，电弧被快速拉断或引入灭弧室，进而熄灭电弧。

在此过程中，隔弧件的左力臂的运动距离包括向右和向上两个方向，以隔弧件左力臂的最上端作为基准面来计算其向上的运动距离，以左力臂圆弧面的最凸出处作为基准面在计算其向右的运动距离。对于左力臂向右的运动距离：在隔弧件运动过程中，初始位置（动静触头闭合）时，隔弧件2的左力臂圆弧面的最凸出处位于动静触头接触部位下方，距离动触头具有小于1mm的间隙，当动触头驱动隔弧件2转动时，隔弧件2的左力臂由左向右插入动静触头之间，始终位于动触头左侧，即位于动静触头接触部位之间的区域，进而起到隔弧的作用，因此隔弧件向右的运动距离始终小于动静触头之间的开距。在此实施例中，隔弧件左力臂向右运动的距离约为3mm。当动触头驱动隔弧件2转动时，左力臂向上的运动距离仅为动触头厚度与间隙距离之和。本实施例中动触头厚度为1.2mm，加上间隙，隔弧件左力臂向上的运动距离小于1.5mm。

参见图4，当断路器闭合时，动触头7与静触头6执行闭合动作，隔弧件的左力臂在动触头直接驱动下向下摆动，从动、静触头之间的间隙中退出，隔弧件的右力臂则翘起，从而不影响电路的接通。动静触头最终闭合后，隔弧件左力臂位于动静触头接触部位下方，距离动静触头接触部位小于1mm；右力臂位于动触头右侧。

由以上动作过程可看出：

（1）动触头5自身绕旋转支点转动时，未经过其他驱动装置，动触头下端面直接驱动隔弧件2的左力臂插入动静触头之间的间隙中，因此结构简单，动作可靠，并降低了产品成本；同时，隔弧件由动触头直接驱动，能够加快隔弧件的运动速度，进一步提高电弧运动速度，缩短电弧运动时间，提高断路器的限流能力和分断能力；

（2）断路器分断时触头间产生的电弧在引弧片的引导下向灭弧室方向喷射，隔弧件2位于动静触头下方，隔弧件2并未阻塞电弧的运动趋势，同时由于隔弧件2在动触头下部由左向右插入动静触头之间间隙中，能够进一步促使电弧快速向灭弧室方向喷射，降低电弧对触头的烧损，提高断路器的电气寿命和限流能力；

（3）隔弧件2在动触头下端面的直接驱动下由左向右插入动静触头之间间隙中，本实施例中动触头厚度为1.2mm，加上间隙隔弧件的总行程最多1.5mm，而断路器的触头开距大于4mm；而且，隔弧件完全插入动、静触头之间并产生强制隔弧作用的运动距离只有动触头完全打开距离的37%，这个插入的距离，还只是在电弧分断的第二个阶段，电流能量为较小阶段；此时电弧被快速拉长、弧电阻被迅速提高，则显著降低了由此产生的热电容I²t，就能起到提高限流能力和分断能力的作用。

本实施例中隔弧件2采用的是不含矿粉或玻璃纤维的PA66材料，具有良好的耐电弧性，能够显著提高断路器的电气寿命；同时对比添加矿粉或玻纤的尼龙来讲，纯PA66材料产气效果最好，即对于电弧的磁吹效果最好，有利于断路器引弧，缩短了电弧运动时间，显著提高断路器的分断能力。

本实施例中，隔弧件2的杠杆的支点是设置在杠杆底部的轴孔5，轴孔5通过一个轴与隔弧件活动连接。此外，杠杆的支点也可以是设置在杠杆的前后侧面的一对凸起或凹坑。杠杆的支点活动地与外壳或外壳内的其它部件连接，只要能够实现摆动或转动即可。

所述电器装置为断路器时，其内还设置有过载脱扣器或短路瞬时脱扣器，也可是二者兼有。

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只局限于这些说明。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推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有隔弧件的电器装置，包括外壳、手柄、动触头、静触头、灭弧系统、隔弧板、接线端子、隔弧件以及脱扣装置，所述隔弧板上活动地连接一个隔弧件，其特征在于：所述隔弧件为由左力臂、右力臂和支点构成的杠杆；所述隔弧件的左力臂面形状为一弧面，所述右力臂面形状为一平面，左、右力臂之间为一个具有弧度的夹角；当所述动触头执行分离动作时，所述动触头绕其支点旋转15°以上，所述右力臂在所述动触头下端面的直接驱动下绕旋转所述支点向下摆动，旋转角度45°以上，此时，隔弧件的右力臂最终运动到动触头的下方，并距离动触头的距离小于1mm；左力臂翘起并由左侧插入到动、静触头之间的间隙中，最终完全包裹住所述动触头与静触头的接触部位。

2.根据权利要求1所述的电器装置，其特征在于，所述隔弧板和隔弧件均用不含矿粉或玻璃纤维的尼龙材料制成。

3.根据权利要求1所述的电器装置，其特征在于，当所述动触头执行闭合动作时，所述隔弧件的左力臂在所述动触头直接驱动下向下摆动，从所述动、静触头之间的间隙中退出，所述隔弧件的右力臂翘起。

4.根据权利要求3所述的电器装置，其特征在于，当所述动静触头最终闭合后，所述隔弧件的左力臂位于动静触头接触部位下方，距离动静触头接触部位距离在0.1-1mm之间，所述右力臂位于所述动触头右侧。

5.根据权利要求4所述的电器装置，其特征在于，所述隔弧件的左力臂向右运动的距离约为2mm以上；所述左力臂向上的运动距离小于3mm。

6.根据权利要求1所述的电器装置，其特征在于，所述隔弧件至少设置有一轴或轴孔，与外壳或外壳内的其它部件连接，作为隔弧件的转动支点；所述轴或轴孔在隔弧件的底部。

7.根据权利要求1所述的电器装置，其特征在于，所述隔弧件形状为Y形或V形；所述电器装置为断路器。