CN102931041A - 一种导弧灭弧装置及使用该导弧灭弧装置的直流断路器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种导弧灭弧装置及使用该导弧灭弧装置的直流断路器。所述导弧灭弧装置包括U形电动机槽和灭弧罩组件，两者相连接，U形电动机槽空腔内设有一个U形磁轭，该磁轭的两个侧壁的上方分别设有铁磁材料块，铁磁材料块与灭弧罩组件中的灭弧栅片形成倒U形磁路。当动静触头脱离接触瞬间产生电弧时，导电回路中的电流在U形磁轭和倒U形磁路中产生的磁通对电弧有很强的磁吹力，将电弧吹进灭弧罩组件进行灭弧。解决了现有技术中导弧装置对动触头附近的电弧导弧效果差的问题，提供了一种对动触头和静触头之间的电弧都具有很好的导弧效果、灭弧能力更强、喷弧距离短、适用范围更广泛的导弧灭弧装置以及使用该导弧灭弧装置的直流断路器。

Description

一种导弧灭弧装置及使用该导弧灭弧装置的直流断路器

技术领域

本发明涉及一种导弧灭弧装置，特别是一种适用于直流断路器的导弧灭弧装置。

背景技术

随着工业以及绿色能源的日益发展，如太阳能发电、风力发电以及城市轨道交通的日新月异，并为世人所青睐。在这些新领域里，不仅需要有各种交流供电系统，更需要有直流供电系统和电力集中监控系统。在直流供电系统中直流塑壳断路器是保证直流供电系统稳定、可靠、安全运行的重要元器之一，无论交流还是直流，在触头断开过程中，由于高电场发射、热发射和热游离等情况均产生电弧，又由于直流电无过零现象，其电弧的熄灭更为困难，因此直流断路器中的导弧灭弧装置是影响直流断路器工作可靠性、稳定性的关键组件之一。

与交流灭弧不同，直流电弧只能靠强制电弧过零熄灭，这意味着电弧电压必须高于断路器触头两端的恢复电压，因此导弧灭弧装置必须具有良好的导弧能力和灭弧能力。

鉴于当前的直流断路器大多采用交流断路器的导弧灭弧装置，不能充分利用短路条件下产生的电动力和热驱动力，对动触头和静触头之间的电弧导弧和灭弧效果不佳，无法确保直流断路器在分断电流时的可靠性，稳定性和安全性，不能满足用户产生多方位的需求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是现有技术中的导弧灭弧装置不能充分利用短路条件下产生的电动力和热驱动力的问题，从而提供一种能充分利用短路条件下产生的电动力和热驱动力，对动触头和静触头附近的电弧都具有很好的吹弧效果、灭弧能力更强、适用范围更广泛的导弧灭弧装置以及使用该导弧灭弧装置的直流断路器。

为解决上述技术问题，本发明的一种直流断路器的导弧灭弧装置，包括电动机槽和灭弧罩组件，所述电动机槽与所述灭弧罩组件连接，所述灭弧罩组件内设置有灭弧栅片，所述电动机槽包括相互扣合的罩壳和盖，在所述罩壳和盖扣合形成的内部空腔内设置有U形磁轭，并在所述U形磁轭的两个侧壁的上方分别设置有铁磁材料块；所述电动机槽的一端伸入所述灭弧罩组件内，顶部灭弧栅片延伸到所述两个铁磁材料块之间，所述顶部灭弧栅片与所述铁磁材料块形成开口向下的倒U形磁路。

所述U形磁轭的两侧壁与所述铁磁材料块的距离为7mm-8mm。

所述罩壳和所述盖由在电弧高温下能产生气体的塑料制成。

位于所述灭弧罩组件的顶部灭弧栅片下方的灭弧栅片为多片非对称结构栅片正反面交替设置,所述顶部灭弧栅片夹在两夹板之间。

位于所述灭弧罩组件顶部灭弧栅片下方的灭弧栅片由13片平行设置的栅片组成。

一种使用所述的导弧灭弧装置的直流断路器，包括静触头组件、动触头组件、隔弧罩组件、手动操作机构、外壳和所述导弧灭弧装置，所述隔弧罩组件设置于静触头组件与动触头组件前端，所述导弧灭弧装置的U形磁轭套在静触头上，延伸到所述两个铁磁材料块之间的顶部灭弧栅片位于动触头上方。

所述静触头组件包括静触头、触点、引弧片、第一绝缘静罩和第二绝缘静罩，所述引弧片紧挨所述触点设置，且与所述触点固定设置在所述静触头上方，所述引弧片对所述触点处产生的电弧起引弧作用，所述第一绝缘静罩设置在所述静触头与所述动触头组件之间对动、静触头脱离接触的瞬间产生的高温电弧反吹起阻碍作用，所述第二绝缘静罩覆盖在静触头上，阻止电弧与所述静触头接触。

所述隔弧罩组件具有绝缘性，包括设置于所述U形电动机槽与所述动触头组件之间的第一隔弧片和位于所述灭弧罩组件与所述隔弧罩之间的第二隔弧片，所述第二隔弧片上部成形有多个小孔。

所述外壳包括面盖、基座和隔弧装置，所述隔弧装置包括隔弧罩和铁磁栅片，所述隔弧罩出口处成形有多个供气体排出的小孔，在所述隔弧罩的气体出口处设置与所述隔弧罩平行的铁磁栅片，所述铁磁栅片成形有多个小孔。

所述动触头组件包括动触头、固定设置在所述动触头上且与所述静触点配合使用的动触点和覆盖在所述动触头上用于阻止电弧与所述动触头接触的动触头罩。

所述手动操作机构包括操作机构和手柄，所述手柄通过操作机构可以控制动静触头打开或闭合。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的导弧灭弧装置和使用所述导弧灭弧装置的直流断路器，包括U形电动机槽和灭弧罩组件，在U形电动机槽内设置有一个开口向上的半包围状磁轭，其上部设置有两个铁磁材料块，与所述灭弧罩组件内的最上面的灭弧栅片形成开口向下的磁路。下部的半包围状磁轭使用时套在静触头组件上，对所述静触头强磁回路电流所产生的磁通集中到电弧的通道上，对电弧形成强大的磁吹力，加速电弧向灭弧罩组件运动的速度。所述铁磁材料块与所述灭弧栅片形成的开口向下的磁路位于动触头组件上，将动触头回路电流所产生的磁通集中到电弧的通道上，对电弧形成强大的磁吹力，加速电弧向灭弧罩组件运动的速度，充分利用了短路条件下产生的电动力和热驱动力，对动触头和静触头附近的电弧具有好的灭弧效果。解决了现有技术中的导弧装置对动触头附近的电弧导弧效果差的问题，是一种对动触头和静触头附近的电弧都具有很好的导弧效果、灭弧能力更强、适用范围更广泛的导弧灭弧装置以及直流断路器。

2、在本发明所述的导弧灭弧装置，所述开口向上的U形磁路，当动静触头断开电路时，回路电流所产生的磁通，通过U形磁路集中到动静触头之间的电弧区,对静触头附近的电弧形成磁吹力，U形磁场设置简单，取材方便，而且效果较好。

3、在本发明所述的导弧灭弧装置，所述铁磁材料块与所述灭弧罩组件内最上面的顶部灭弧栅片形成倒U形结构的磁路，所述U形磁轭形成U形磁路，设置所述U形磁轭的两侧壁与所述铁磁材料块的距离为7mm-8mm，该间隙的设置为避免两个U形磁路形成封闭磁路，以增强电弧区域内的磁场强度，即增加对电弧的磁吹作用，加速电弧向灭弧罩组件方向运动。

4、在本明所述的导弧灭弧装置，所述顶部灭弧栅片，既可以作为灭弧栅片进行灭弧，又可以与两个铁磁材料块形成倒U形磁路，将回路电流所产生的磁通集中到动触头处的电弧通道上，对动触头处产生的电弧产生磁吹，而其余的灭弧栅片仅对从磁场中吹出的电弧进行灭弧。

5、在本发明所述的导弧灭弧装置中，所述罩壳和所述盖由在电弧高温下能产生气体的塑料制成，可有效增大电弧周围气体介质的压力，增大电弧与流体介质之间的相对运动速度，并且电弧与塑料盖紧密接触加强对电弧的冷却作用，这两者均对电弧熄灭十分有利。

6、在本发明所述的导弧灭弧装置中，位于所述灭弧罩组件顶部灭弧栅片下方的灭弧栅片为多片非对称结构栅片正反面交替设置能使磁场产生畸变增强电弧的运动速度，另一方面交替设置能够在灭弧罩组件有限的空间内增大电弧长度，进一步提高电弧电压，促进电弧的熄灭。

7、在本发明所述的导弧灭弧装置中，位于所述灭弧罩组件最顶端的灭弧栅片下方的灭弧栅片由13片平行设置的栅片组成，与最顶端的灭弧栅片一起将电弧分割成一系列串联的短弧，每一个短弧都有一个阴极压降和阳极压降，其压降约为26～30V左右，按本发明中的栅片的总数量可形成14个短弧，其总的压降为（26～30）×14=364～420V电弧压降，在能保证灭弧效果的同时节省了灭弧栅片所占空间。

8、在本发明所述的直流断路器，所述静触头组件包括静触头、触点、引弧片、第一绝缘静罩和第二绝缘静罩，引弧片与触点设置在静触头的上方，第一绝缘静罩设置在静触头后部，所述第二绝缘静罩覆盖在静触头上，当动、静触头脱离接触瞬间，引弧片会对触点处产生的高温电弧起引弧作用，所述第一绝缘静罩对动、静触头脱离接触的瞬间产生的高温电弧反吹起阻碍作用，所述第二绝缘静罩会阻止电弧与所述静触头接触，对增加电弧电压十分有利。

9、在本发明所述的直流断路器，设置于所述U形电动机槽与所述动触头组件后部的第一隔弧片可以有效防止动触头处产生的高温电弧反吹进入动触头组件对动触头组件造成损害，位于所述灭弧罩组件与所述后端盖之间的第二隔弧片上部冲有多个小孔，灼热电弧以及电弧高温下产生的高温高压气流可以通过所述第二隔弧片上小孔进入后端盖，并且可以使气压很高的高温气体通过气孔顺畅排出。

10、在本发明所述的直流断路器中，所述外壳包括面盖、基座和隔弧装置，所述隔弧装置包括隔弧罩和铁磁栅片，所述隔弧罩出口处成形有多个供气体排出的小孔，在所述隔弧罩在气体出口处设置与所述隔弧罩平行的铁磁栅片，其作用在于吸引经过灭弧栅片还未熄灭的电弧起进一步灭弧的作用，铁磁栅片上成形有许多小孔作用在于进一步使高温气体排出顺畅，所述隔弧罩作用在于对相互各极之间的电弧起隔离作用，而其上成形的小孔可以进一步使高温气体排出顺畅，从而将电弧限制在隔弧装置内，以减少喷弧距离。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的导弧灭弧装置和使用导弧灭弧装置的直流断路器的主视剖视图；

图2是本发明的导弧灭弧装置和使用导弧灭弧装置的直流断路器的立体剖视图；

图3是本发明的静触头组件结构示意图；

图4是本发明的U形电动机槽结构示意图；

图5是本发明的U形电动机槽分解示意图；

图6是本发明的灭弧罩组件结构示意图；

图7是本发明的动触头组件结构示意图；

图8是本发明的的第一隔弧片结构示意图；

图9是本发明的第二隔弧片结构示意图。

图10是本发明的隔弧罩组件结构示意图。

图中附图标记表示为：1-U形电动机槽、2-灭弧罩组件、3-顶部灭弧栅片、4-罩壳、5-盖、6-磁轭、7-铁磁材料块、8-静触头组件、9-动触头组件、12-静触头、13-触点、14-引弧片、15-第一绝缘静罩、16-第二绝缘静罩、17-第一隔弧片、18-第二隔弧片、19-面盖、20-基座、21-隔弧罩、22-铁磁栅片、23-动触头、24-动触点、25-动触头罩、26-操作机构、27-手柄、28-夹板、29-灭弧栅片。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种直流断路器的导弧灭弧装置，结构如图1所示，包括U形电动机槽1和灭弧罩组件2，所述U形电动机槽1与所述灭弧罩组件2连接，所述灭弧罩组件2内设置有灭弧栅片29，所述U形电动机槽1包括相互扣合的罩壳4和盖5，在所述罩壳4和盖5扣合形成的内部空腔内设置有一个U形磁轭，并在所述U形磁轭6的两个侧壁的上方分别设置有铁磁材料块7，所述U形电动机槽1的一端伸入所述灭弧罩组件2内，位于所述灭弧罩组件2的顶部灭弧栅片3延伸到所述两个铁磁材料块7之间，形成倒U形磁路。

在所述的导弧灭弧装置中，所述U形磁轭形成的U形磁场与所述倒U形磁路围成一个上下两个开口对接的磁路，U形磁轭使用时套在所述静触头组件8上，所述铁磁材料块7与所述顶部灭弧栅片3形成的开口向下的U形磁路位于所述动触头组件9上，上下两个开口对接的磁场不仅使得所述动、静触头强磁回路电流所产生的磁通集中到电弧的通道上，对电弧形成强大的磁吹力，加速电弧向灭弧罩组件运动的速度，从而保证对动、静触头回路附近的电弧具有好的导弧效果，而且还可以增强作用在动触头臂上的电斥动力有利于动静触头的快速分断。

作为可以变换的实施方式，所述U形磁轭还可以为其他形式的底部闭合、两侧壁向上延伸的开口向上的半包围状磁轭；顶部灭弧栅片3与所述两个铁磁材料块7形成的倒U形磁路即开口向下的倒U形磁路。进一步，为了保证形成的上下两个开口对接的磁路的磁效应，所述U形磁轭的两侧壁与所述磁性材料块的距离为7mm或8mm，也可根据需要选择其它距离之值，该间隙的设置可使得动静触头处产生的电弧通道上有磁通的存在，这样磁路就会对动静触头处产生的电弧产生磁吹作用，加速电弧向灭弧罩组件运动。

实施例2

在上述实施例1的基础上，为了有效增大电弧的运动速度，还可采用增大电弧周围气体介质的压力和增大电弧与塑料盖紧密接触加强对电弧的冷却作用及表面复合作用，来实现快速灭弧。所述罩壳4和所述盖5由在电弧高温下能产生气体的塑料如尼龙PA46制成，所述灭弧罩组件由灭弧栅片与夹板铆接而成，所述夹板由能在高温下产生气体的绝缘材料（尼龙PA46）制成，它的作用在于既能使灭弧栅片之间形成相互绝缘，又能在高温下产生气体，增大电弧周围气体介质的压力，增大电弧与流体介质之间的相对运动速度，对电弧熄灭十分有利,所述顶部灭弧栅片3没有采用传统的长腿栅片而是采用了短腿栅片，并且在动触头处形成一个窄缝，当动静触头脱离瞬间产生的高温电弧（温度可达3000-6000摄氏度）时，窄缝内端盖壁可产生大量气体，与窄缝外的介质形成强烈的压力差，从而造成一股向槽外的强烈气流，这股气流不但有利于熄弧，并且也会推动动触头向远离静触头的方向移动，加快了动、静触头的斥开速度，所以本发明的一种直流断路器的导弧灭弧装置应用于DC500-1000V、分断能力达20KA以上的高分断直流塑壳断路器中，是十分理想的结构形式。

此外，位于所述灭弧罩组件2最顶端的灭弧栅片下方的灭弧栅片为13片非对称结构栅片正反面交替设置，与最顶端的灭弧栅片一起将电弧分割成一系列串联的短弧，每一个短弧都有一个阴极压降和阳极压降，其压降为26～30V左右，在本实施例中，所述灭弧栅片为13片，可形成14个短弧，其总的压降约为（26～30）×14=364～420V电弧压降，在能保证灭弧效果的同时节省了灭弧栅片所占空间。

作为可以变换的实施方式，所述非对称结构栅片可以设置为10-15片，可以为非对称U形片或者非对称V形片，所述灭弧罩组件最顶端的灭弧栅片可以为T形片状结构，所述两铁磁材料块也可以为永久磁铁，而T形栅片与所述两永久磁铁形成一个U形磁路，与下方所述U形或者开口向上的U形结构的磁轭形成的磁路不能围城一个封闭的磁路，以保证对动静触头产生的电弧形成强大的磁吹力，有利于灭弧。

实施例3

如图2所示，本发明的一种使用所述导弧灭弧装置的直流断路器，包括静触头组件8、动触头组件9、隔弧罩组件10和所述导弧灭弧装置，所述隔弧罩组件10设置于静触头组件8与动触头组件9的前端，所述导弧灭弧装置包括U形电动机槽1和灭弧罩组件2，所述U形电动机槽1与所述灭弧罩组件2连接，所述灭弧罩组件2内设置有灭弧栅片3，所述U形电动机槽1包括相互扣合的罩壳4和盖5，在所述罩壳4和盖5扣合形成的内部空腔内设置有一个U形磁轭，所述U形磁轭可以形成一个U形磁路，并在所述磁轭6的两个侧壁的上方分别设置有铁磁材料块7，所述U形电动机槽1的一端伸入所述灭弧罩组件2内，位于所述灭弧罩组件2的顶部灭弧栅片3延伸到所述两个铁磁材料块7之间，形成倒U形磁路，所述半包围状磁轭6套在静触头12上，延伸到所述两个铁磁材料块7之间的顶部灭弧栅片3位于动触头上方，位于所述灭弧罩组件2最顶端的顶部灭弧栅片3延伸到所述两个铁磁材料块7之间开口向下的U形磁场与U形磁轭形成的开口向上的U形磁场围成一个不封闭的磁路，该不封闭磁路可以对动、静触头脱离接触瞬间产生的高温电弧有磁吹作用，吹动电弧向所述灭弧罩组件运动，灭弧罩组件中设置的灭弧栅片对电弧有很好的灭弧作用。

在本实施例3中，所述静触头组件8包括静触头12、触点13、引弧片14、第一绝缘静罩15和第二绝缘静罩16，所述引弧片14紧挨所述触点13设置，且与所述触点13固定设置在所述静触头12上方，所述引弧片14对所述触点13处产生的电弧起引弧作用，所述第一绝缘静罩15设置在所述静触头12与所述动触头组件9之间对动、静触头脱离接触的瞬间产生的高温电弧反吹起阻碍作用，所述第二绝缘静罩16覆盖在静触头12上，阻止电弧与所述静触头12接触。

实施例4

为了进一步加强所述直流断路器的灭弧效果，所述隔弧罩组件具有绝缘性，包括设置于所述U形电动机槽1与所述动触头组件9之间的第一隔弧片17和位于所述灭弧罩组件2与所述后端盖之间的第二隔弧片18，所述第二隔弧片18上部成形有8个小孔，灼热电弧以及电弧高温下产生的高温高压气流可以通过所述第二隔弧片上小孔进入隔弧罩组件作进一步导弧和隔弧，并且可以使气压很高的高温气体通过气孔顺畅排出。

所述外壳包括面盖19、基座20和隔弧罩21，所述隔弧罩21出口处成形有多个供气体排出的小孔，在所述隔弧罩21在气体出口处设置与所述隔弧罩21平行的铁磁栅片22，所述铁磁栅片22成形有多个小孔，其作用在于当电弧尚未到达铁磁栅片时，铁磁性栅片对电弧有吸引作用，加速电弧继续前进，当电弧要离开铁磁栅片时它对电弧有拉力作用，以减小电弧的喷弧距离，铁磁栅片上的小孔能使灼热气体排出顺畅，使去游离作用进一步加强。

所述动触头组件9包括动触头23、固定设置在所述动触头上且与所述静触点配合使用的动触点24和覆盖在所述动触头上用于阻止电弧与所述动触头23接触的动触头罩25。

所述手动操作机构包括操作机构26和手柄27，所述手柄26通过控制所述操作机构27可以控制动静触头打开或闭合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种直流断路器的导弧灭弧装置，包括电动机槽（1）和灭弧罩组件（2），所述电动机槽（1）与所述灭弧罩组件（2）连接，所述灭弧罩组件（2）内设置有灭弧栅片（29），其特征在于，

所述电动机槽（1）包括相互扣合的罩壳（4）和盖（5），在所述罩壳（4）和盖（5）扣合形成的内部空腔内设置有U形磁轭（6），并在所述U形磁轭（6）的两个侧壁的上方分别设置有铁磁材料块（7）；所述电动机槽（1）的一端伸入所述灭弧罩组件（2）内，顶部灭弧栅片（3）延伸到所述两个铁磁材料块（7）之间，所述顶部灭弧栅片（3）与所述铁磁材料块形成开口向下的倒U形磁路。

2.根据权利要求2所述的导弧灭弧装置，其特征在于，所述U形磁轭（6）的两侧壁与所述铁磁材料块（7）的距离为7mm-8mm。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的导弧灭弧装置，其特征在于，所述罩壳（4）和所述盖（5）由在电弧高温下能产生气体的塑料制成。

4.根据权利要求1或2或3中任一项所述的导弧灭弧装置，其特征在于，位于所述灭弧罩组件（2）的顶部灭弧栅片（3）下方的灭弧栅片（29）为多片非对称结构栅片正反面交替设置,所述顶部灭弧栅片（3）夹在两夹板（28）之间。

5.根据权利要求4所述的导弧灭弧装置，其特征在于，位于所述灭弧罩组件（2）顶部灭弧栅片（3）下方的灭弧栅片（29）由13片平行设置的栅片组成。

6.一种使用权利要求1-5中任一项所述的导弧灭弧装置的直流断路器，包括静触头组件（8）、动触头组件（9）、隔弧罩组件、手动操作机构、外壳和所述导弧灭弧装置，所述隔弧罩组件设置于静触头组件（8）与动触头组件（9）前端，其特征在于：

所述导弧灭弧装置的U形磁轭（6）套在静触头（12）上，延伸到所述两个铁磁材料块（7）之间的顶部灭弧栅片（3）位于动触头上方。

7.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述静触头组件（8）包括静触头（12）、触点（13）、引弧片（14）、第一绝缘静罩（15）和第二绝缘静罩（16），所述引弧片（14）紧挨所述触点（13）设置，且与所述触点（13）固定设置在所述静触头（12）上方，所述引弧片（14）对所述触点（13）处产生的电弧起引弧作用，所述第一绝缘静罩（15）设置在所述静触头（12）与所述动触头组件（9）之间对动、静触头脱离接触的瞬间产生的高温电弧反吹起阻碍作用，所述第二绝缘静罩（16）覆盖在静触头（12）上，阻止电弧与所述静触头（12）接触。

8.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述隔弧罩组件具有绝缘性，包括设置于所述U形电动机槽（1）与所述动触头组件（9）之间的第一隔弧片（17）和位于所述灭弧罩组件（2）与所述隔弧罩（21）之间的第二隔弧片（18），所述第二隔弧片（18）上部成形有多个小孔。

9.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述外壳包括面盖（19）、基座（20）和隔弧装置，所述隔弧装置包括隔弧罩（21）和铁磁栅片（22），所述隔弧罩（21）出口处成形有多个供气体排出的小孔，在所述隔弧罩（21）的气体出口处设置与所述隔弧罩（21）平行的铁磁栅片（22），所述铁磁栅片（22）成形有多个小孔。

10.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述动触头组件（9）包括动触头（23）、固定设置在所述动触头上且与所述静触点配合使用的动触点（24）和覆盖在所述动触头上用于阻止电弧与所述动触头（23）接触的动触头罩（25）。

11.根据权利要求6所述的直流断路器，其特征在于，所述手动操作机构包括操作机构（26）和手柄（27），所述手柄（27）通过操作机构（26）可以控制动静触头打开或闭合。

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