CN103762116A - 一种高压真空灭弧室的触头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压真空灭弧室的触头，属于真空灭弧室技术领域。它解决了高压真空灭弧室因触头电阻而导致真空腔室热量高的问题。本发明的触头包括导电连接件、环状的外触头和位于外触头环内并与外触头不接触的内触头，所述导电连接件、内触头和外触头位于同一轴心线上且内触头的接触面和外触头的接触面位于同一平面上，所述外触头固定在所述导电连接件上，在所述导电连接件外套有能够生成轴向磁力场的轴向磁力场器件，所述轴向磁力场器件与导电连接件固连，所述内触头固定在所述导电连接件上，在所述导电连接件外套设有能够生成周向磁力场的周向磁力场器件。本发明在高压环境中实现快速灭弧以及减少真空腔室的热量。

Description

一种高压真空灭弧室的触头

技术领域

本发明属于真空灭弧室技术领域，涉及一种高压真空灭弧室的触头。

背景技术

在电力系统中，高压电路的开断需要通过高压真空灭弧室来实现。高压真空灭弧室包括设置在真空腔室中的静触头和动触头，当动触头接触到静触头时电荷从动触头流入静触头实现高压电路的导通，当动触头脱离静触头时实现高压电路的断开，每次触头断开都会伴随电弧产生，由于是真空环境，电弧可以快速熄灭。但是当电压等级达到50kv或者110kv的时候，真空灭弧依旧会带来极大的困难。

随着开断次数的增多，在高压状态下产生的电弧会不断烧蚀触头，导致触头磨损、老化，进而使触头间的接触电阻增大。真空灭弧室中用于形成真空腔室的外壳由于有绝缘要求，一般采用陶瓷、玻璃或者环氧树脂等材料，而这些材料的散热性能较差，而电弧的热量以及触头间的接触电阻增大会在真空腔室中的产生高热量，这会严重影响真空灭弧室及其零部件的使用性能和使用寿命，也影响了高压真空灭弧室的应用等级和开断能力。

经过检索，与我们所要解决的技术问题相同的专利文献是2013年10月23日公开的“真空灭弧室双触头”，其公开号为CN103367024A。该专利申请在说明书中公开了有两个触头体，每个触头体包括装在主触头座上的主触头和装在辅触头座上的辅触头，辅触头座位于主触头座内并可以相对滑动，在辅触头座和主触头座之间设有弹簧，并且各自主触头和辅触头两两相向并可吸合或分离。其工作原理是真空灭弧室断开时主触头先分断，辅触头后断开电流；关合时辅触头先合，主触头后合。这种结构虽然能够减少接触电阻，但是我们认为是不能解决高压环境中的断路，不能解决高压环境中快速灭弧从而达到减少电弧对触头的灼烧。

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述的问题，提出了一种高压真空灭弧室的触头，本发明所要解决的技术问题是在高压环境中实现快速灭弧以及减少真空腔室的热量。

本发明通过下列技术方案来实现：一种高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述触头包括导电连接件、环状的外触头和位于外触头环内并与外触头不接触的内触头，所述导电连接件、内触头和外触头位于同一轴心线上且内触头的接触面和外触头的接触面位于同一平面上，所述外触头固定在所述导电连接件上，在所述导电连接件外套有能够生成轴向磁力场的轴向磁力场器件，所述轴向磁力场器件与导电连接件固连，所述内触头固定在所述导电连接件上，在所述导电连接件外套设有能够生成周向磁力场的周向磁力场器件。

本高压真空灭弧室的触头可以作为动触头或者静触头使用。本高压真空灭弧室的触头工作原理如下：采用外触头和内触头能够增加触头之间的接触面积，增加的面积分担了部分电流，减少了触头产生的热量。其次，在真空灭弧室闭合或者断开时，轴向磁力场器件会产生轴向磁力场，周向磁力场器件会产生以导电连接件的轴线为轴心的周向磁力场，其中，轴向磁力场覆盖了外触头，同时也覆盖了内触头，由于轴向磁力场的存在，真空灭弧室中的动静触头之间产生的电弧会在磁场的作用下沿着磁场方向快速熄灭，特别是外触头接触面上的电弧会快速熄灭。而内触头附近产生的电弧，会在周向磁力场的作用下，沿着周向方向移动而实现快速灭弧，这样，在轴向磁力场和周向磁力场的交叉作用下，触头之间的电弧会快速熄灭，而高压电弧快速熄灭进一步减少了电弧对触头的灼烧，使得真空腔室的发热量减少。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述的轴向磁力场器件包括第一半环和与第一半环上同一轴线的第二半环，第一半环具有第一端部和第二端部，第二半环具有第三端部和第四端部，第一端部与导电连接杆连接，第二端部通过连接块连接到第三端部，第一半环和第二半环位于所述外触头的接触面背对侧。由于第一半环和第二半环处于同一轴线上，这样两个环形圈通过连接块就形成了线圈，电流流经线圈后就会产生轴向上的磁力场。而第一半环和第二半环位于所述外触头的接触面一侧，使得轴向磁力线能够集中在外触头接触面处，增加了外触头的灭弧能力。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述的第一端部具有一延伸到轴心线处的连接筒，所述的第二半环上具有向轴心线延伸的支撑段，在支撑段上具有支撑套，上述的外触头固定在支撑套上，在连接筒和支撑套之间设有导电套筒，所述的导电连接件插接固定在连接筒内，所述连接筒、支撑套和导电套筒位于同一轴线上。外触头通过支撑套、导电套筒和连接筒连接到导电连接件上，使得外触头在两触头接触时可以承受较大的撞击力，而轴向磁力场器件不会受到撞击影响。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述导电连接件上还固定有加强板，所述加强板外围支撑在第一半环上并具有勾住第一半环的翻边，所述加强板内围支撑在所述连接筒上。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述周向磁力场器件包括固定在导电连接件上的支撑架和设置在支撑架内的若干马蹄形铁芯，所述马蹄形铁芯沿着轴向堆叠，所述马蹄形铁芯套在导电连接件外并与导电连接件存在间距。大量电流通过导电连接件后，会产生以导电连接件的轴线为中心的周向磁力场，这些周向磁力经过马蹄形铁芯的增强能够形成定向的周向磁力场作用于内触头周围的高压电弧，而采用片状堆叠能够防止产生在导磁片内产生涡旋磁场。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述的马蹄形铁芯的开口对齐。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，相邻马蹄形铁芯的开口依次以相同的角度按同一个方向铺开。这种排列结构能够加快灭弧速度。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，一半数量的马蹄形铁芯的开口对齐位于上层，另一半数量的马蹄形铁芯的开口也对齐位于下层，且上层马蹄形铁芯的开口与下层马蹄形铁芯的开口成90度角布置。

作为第二种周向磁力场器件的方案，在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述周向磁力场器件包括固定在导电连接件上的支撑架和设置在支撑架内的若干导磁薄板，所述导磁薄板弯折成尺寸依次缩小的马蹄形并沿着导电连接件的径向堆叠，所述马蹄形导磁薄板套在导电连接件外并与导电连接件存在间距。这种结构的周向磁力场器件在开口方向具有较强的磁力场，具有更快的灭弧效果。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述支撑架包括铝制的圆外筒和圆内筒，圆外筒的底部具有底板，圆外筒和圆内筒之间形成用于堆放马蹄形铁芯的空腔，所述的底板固定在导电连接件上，所述圆内筒下端固定在底板上，上端固定在导电连接件上。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述的导电连接件上固定有屏蔽罩。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，所述的屏蔽罩具有向内的翻边。

在上述的高压真空灭弧室的触头中，导电连接件包括导电杆、柱状的导电体和柱状的导电块，导电体一端具有内孔，导电杆插接在内孔中，导电体和导电块连接，导电杆、导电体和导电块连接后具有同一轴心线。

现有技术相比，本高压真空灭弧室的触头具有以下优点：

1、本发明采用外触头和内触头的结构减少了整个触头因电阻增大而产生的热量，延长了高压真空灭弧室的使用寿命。

2、本发明在外触头上采用轴向磁力场且轴向磁力场大部分分布在外触头的接触面上，使得外触头上的电弧能够尽快熄灭，减少了电弧对触头的灼烧，延长了使用寿命；而在外磁力场内部则采用了周向磁力场，内触头上产生的电弧则沿着周向方向快速旋转，电弧旋转速度达到70米/秒，从而达到快速熄灭。由于这个两个磁力场交叉重叠，高压真空灭弧室的开断能力提高了20～25%。

3、本发明的外触头和内触头都直接连接在导电连接件上，在触头闭合碰撞时作用力不会直接作用在轴向磁力场器件和周向磁力场器件上，整体结构牢固，具有较长的寿命。

附图说明

图1是实施例1的高压真空灭弧室的触头的剖视结构示意图。

图2是图1中外触头和内触头的俯视图结构示意图。

图3是轴向磁力场器件的结构示意图。

图4是实施例1中马蹄形铁芯的堆叠方式结构示意图。

图5是实施例2中部分马蹄形铁芯的堆叠方式结构示意图。

图6和图7是实施例4中另一种导磁片的堆叠方式结构图。

图中，1、导电连接件；11、导电杆；12、导电体；13、导电块；14、加强板；141、翻边；15、屏蔽罩；16、固定板；2、外触头；21、中间部分；22、扇形片；23、触头垫板；间隙a；3、内触头；绝缘间隙b；4、轴向磁力场器件；41、第一半环；411、第一端部；412、第二端部；42、第二半环；421、第三端部；422、第四端部；43、连接块；44、连接筒；45、支撑段；46、支撑套；47、导电套筒；5、周向磁力场器件；51、支撑架；511、圆外筒；512、圆内筒；513、底板；52、马蹄形铁芯；54、导磁薄板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：

如图1所示，本高压真空灭弧室的触头可以作为动触头或者静触头使用，包括导电连接件1、环状的外触头2和位于外触头2环内并与外触头2不接触的内触头3，实现在高压环境中快速灭弧以及减少真空腔室的热量。

具体来说，结合图1和图2所示，外触头2呈环形，中间部分21为铜铬合金材料制成，在中间部分21边缘部分为四个扇形片22，相邻扇形片22之间具有间隙a，每个扇形片22相对于中间部分21倾斜设置，因此触头接触时只有中间部分21接触，而边缘部分不接触，这种设置能够使得电弧集中在扇形片22之间而减少中间部分21的电弧，减少电弧对中间部分21的影响。在外触头2中间部分21内设有内触头3，内触头3为圆饼形，中心点出内凹，内凹设置也是用于减少电弧。内触头3和外触头2之间具有绝缘间隙b，相距为5-8mm。该绝缘间隙b距离能够防止外触头2的电弧传到内触头3。

如图1所示，导电连接件1包括导电杆11、柱状的导电体12和柱状的导电块13，导电体12一端具有内孔，导电杆11插接在内孔中，导电体12和导电块13连接，导电杆11、导电体12和导电块13连接后具有同一轴心线。

导电连接件1、内触头3和外触头2位于同一轴心线上且内触头3的接触面和外触头2的接触面位于同一平面上，外触头2固定在导电连接件1的导电块13上，在导电连接件1外套有能够生成轴向磁力场的轴向磁力场器件4，轴向磁力场器件4与导电连接件1固连，内触头3固定在导电连接件1上，在导电连接件1外套设有能够生成周向磁力场的周向磁力场器件5。

结合图1和图3所示，轴向磁力场器件4包括第一半环41和与第一半环41上同一轴线的第二半环42，第一半环41和第二半环42位于背对外触头2接触面的一侧，第一半环41具有第一端部411和第二端部412，第二半环42具有第三端部421和第四端部422，第一端部411具有一延伸到轴心线处的连接筒44，第二端部412通过连接块43连接到第三端部421，第二半环42上的第四端部422具有向轴心线延伸的支撑段45，在支撑段45上具有支撑套46，外触头2通过触头垫板23固定在支撑套46上，触头垫板23能够增加外触头2的结构稳定性同时还能增加导电能力，在连接筒44和支撑套46之间设有导电套筒47，导电连接件1的导电体12插接固定在连接筒44内，连接筒44、支撑套46和导电套筒47位于同一轴线上，导电连接件1的轴线也位于该轴线上。由于第一半环41和第二半环42处于同一轴线上，这样两个环形圈通过连接块43就形成了线圈，电流流经线圈后就会产生轴向上的磁力场。而第一半环41和第二半环42位于外触头2的接触面一侧，使得轴向磁力线能够集中在外触头2接触面处，增加了外触头2的灭弧能力。外触头2通过支撑套46、导电套筒47和连接筒44连接到导电连接件1上，使得外触头2在两触头接触时可以承受较大的撞击力，而轴向磁力场器件4不会受到撞击影响。

导电连接件1的导电体12上侧端还固定有加强板14，加强板14外围支撑在第一半环41上并具有勾住第一半环41的翻边141，加强板14内围支撑在所述连接筒44上。导电连接件1的导电体12下侧端固定有屏蔽罩15，在导电杆11上通过焊接固定有用于支撑屏蔽罩15的固定板16，屏蔽罩15能够屏蔽触头的电弧传递到导电杆11上。

结合图1和图4所示，周向磁力场器件5包括固定在导电连接件1中导电块13上的支撑架51和设置在支撑架51内的若干马蹄形铁芯52，马蹄形铁芯52沿着轴向堆叠，马蹄形铁芯52以开口对齐的方式对齐堆叠，马蹄形铁芯52套在导电连接件1的导电块13外并与导电连接件1导电块13存在间距。大量电流通过导电连接件1后，会产生以导电连接件1的轴线为中心的周向磁力场，这些周向磁力经过马蹄形铁芯52的增强能够形成定向的周向磁力场作用于内触头3周围的高压电弧，而采用片状堆叠能够防止产生在导磁片内产生涡旋磁场。

支撑架51包括铝制的圆外筒511和圆内筒512，圆外筒511的底部具有底板513，圆外筒511和圆内筒512之间形成用于堆放马蹄形铁芯52的空腔，底板513固定在导电连接件1上，圆内筒512下端固定在底板513上，上端固定在导电连接件1上。

本高压真空灭弧室的触头工作原理如下：采用外触头2和内触头3能够增加触头之间的接触面积，增加的面积分担了部分电流，减少了触头产生的热量。其次，在真空灭弧室闭合或者断开时，轴向磁力场器件4会产生轴向磁力场，周向磁力场器件5会产生以导电连接件1的轴线为轴心的周向磁力场，其中，轴向磁力场覆盖了外触头2，同时也覆盖了内触头3，由于轴向磁力场的存在，真空灭弧室中的动静触头之间产生的电弧会在磁场的作用下沿着磁场方向快速熄灭，特别是外触头2接触面上的电弧会快速熄灭。而内触头3附近产生的电弧，会在周向磁力场的作用下，沿着周向方向移动而实现快速灭弧，这样，在轴向磁力场和周向磁力场的交叉作用下，触头之间的电弧会快速熄灭，而高压电弧快速熄灭进一步减少了电弧对触头的灼烧，使得真空腔室的发热量减少。

实施例2：

实施例2的内容与实施例1基本相同，不同点在于相邻马蹄形铁芯52的开口依次以相同的角度按同一个方向铺开，这种排列结构能够加快灭弧速度，如图5所示，其余不在累述。

实施例3:

实施例3的内容与实施例1基本相同，不同点在于一半数量的马蹄形铁芯52的开口对齐位于上层，另一半数量的马蹄形铁芯52的开口也对齐位于下层，且上层马蹄形铁芯52的开口与下层马蹄形铁芯52的开口成90度角布置,这种结构具有四个极点，极点即铁芯的端部，能够形成交叉的磁力场，也具有较好的灭弧效果，其余不在累述。

实施例4：

实施例4的内容与实施例1基本相同，不同点在于周向磁力场器件5包括固定在导电连接件1上的支撑架51和设置在支撑架51内的若干导磁薄板54，所述导磁薄板54弯折成尺寸依次缩小的马蹄形并沿着导电连接件1的径向堆叠，所述马蹄形导磁薄板54套在导电连接件1外并与导电连接件1存在间距。这种结构的周向磁力场器件5在开口方向具有较强的磁力场，具有更快的灭弧效果，其余不在累述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述触头包括导电连接件（1）、环状的外触头（2）和位于外触头（2）环内并与外触头（2）不接触的内触头（3），所述导电连接件（1）、内触头（3）和外触头（2）位于同一轴心线上且内触头（3）的接触面和外触头（2）的接触面位于同一平面上，所述外触头（2）固定在所述导电连接件（1）上，在所述导电连接件（1）外套有能够生成轴向磁力场的轴向磁力场器件（4），所述轴向磁力场器件（4）与导电连接件（1）固连，所述内触头（3）固定在所述导电连接件（1）上，在所述导电连接件（1）外套设有能够生成周向磁力场的周向磁力场器件（5）。

2.根据权利要求1所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述的轴向磁力场器件（4）包括第一半环（41）和与第一半环（41）上同一轴线的第二半环（42），第一半环（41）具有第一端部（411）和第二端部（412），第二半环（42）具有第三端部（421）和第四端部（422），第一端部（411）与导电连接杆连接，第二端部（412）通过连接块（43）连接到第三端部（421），第一半环（41）和第二半环（42）位于所述外触头（2）的接触面背对侧。

3.根据权利要求2所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述的第一端部（411）具有一延伸到轴心线处的连接筒（44），所述的第二半环（42）上具有向轴心线延伸的支撑段（45），在支撑段（45）上具有支撑套（46），上述的外触头（2）固定在支撑套（46）上，在连接筒（44）和支撑套（46）之间设有导电套筒（4），所述的导电连接件（1）插接固定在连接筒（44）内，所述连接筒（44）、支撑套（46）和导电套筒（4）位于同一轴线上。

4.根据权利要求3所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述导电连接件（1）上还固定有加强板（14），所述加强板（14）外围支撑在第一半环（41）上并具有勾住第一半环（41）的翻边（141），所述加强板（14）内围支撑在所述连接筒（44）上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述周向磁力场器件（5）包括固定在导电连接件（1）上的支撑架（51）和设置在支撑架（51）内的若干马蹄形铁芯（52），所述马蹄形铁芯（52）沿着轴向堆叠，所述马蹄形铁芯（52）套在导电连接件（1）外并与导电连接件（1）存在间距。

6.根据权利要求5所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述的马蹄形铁芯（52）的开口对齐。

7.根据权利要求5所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，相邻马蹄形铁芯（52）的开口依次以相同的角度按同一个方向铺开。

8.根据权利要求5所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，一半数量的马蹄形铁芯（52）的开口对齐位于上层，另一半数量的马蹄形铁芯（52）的开口也对齐位于下层，且上层马蹄形铁芯（52）的开口与下层马蹄形铁芯（52）的开口成90度角布置。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述周向磁力场器件（5）包括固定在导电连接件（1）上的支撑架（51）和设置在支撑架（51）内的若干导磁薄板（54），所述导磁薄板（54）弯折成尺寸依次缩小的马蹄形并沿着导电连接件（1）的径向堆叠，所述马蹄形导磁薄板（54）套在导电连接件（1）外并与导电连接件（1）存在间距。

10.根据权利要求9所述的高压真空灭弧室的触头，其特征在于，所述支撑架（51）包括铝制的圆外筒（511）和圆内筒（512），圆外筒（511）的底部具有底板（513），圆外筒（511）和圆内筒（512）之间形成用于堆放马蹄形铁芯（52）的空腔，所述的底板（513）固定在导电连接件（1）上，所述圆内筒（512）下端固定在底板（513）上，上端固定在导电连接件（1）上。

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