CN104701068B - 一种新型真空灭弧室横向磁场触头 - Google Patents

Abstract

一种新型真空灭弧室横向磁场触头，包括第一导电杆、第一触头片、第二触头片和第二导电杆；其中，第一导电杆的一端设置在第一接触端的一端上，另一端为伸出端，且与第一触头片的开口方向相反；第二导电杆的一端设置在第二接触端的一端上，另一端为伸出端，且与第二触头片的开口方向相同；触头闭合时，第一接触端的另一端与第二接触端的另一端相接触并承受触头闭合时的预压力。本发明具有如下的优点：1、能够在一定的触头直径下明显增加触头面积，进而增大断路器开断容量；2、能够控制在一定行程下触头径向向外开距较小，有利于起始电弧的扩展运动更偏向于径向向外；3、可以产生动静触头面切向的相对运动，避免触头局部烧蚀。

Description

一种新型真空灭弧室横向磁场触头

技术领域：

本发明属于电器技术领域，涉及一种用于实现电力系统保护和切换的真空断路器真空灭弧室的触头，具体涉及一种真空灭弧室横向磁场触头。

背景技术：

目前，真空断路器主要用于在中低压电路中切断故障大电流。它主要利用真空的优良的电压恢复特性使电路在电流过零点断开，从而有效的保护电路。真空灭弧室作为真空断路器的核心部分，承担熄灭电弧的任务，目前真空灭弧室主要有两类，纵磁灭弧室和横磁灭弧室。

纵磁和横磁的目的都是在避免电弧对触头造成严重烧蚀而开断失败。纵磁真空灭弧室所采用的方法是利用纵向磁场保持电弧扩散态，延迟阳极斑点的产生，进而使阳极烧蚀比较均匀；横磁真空灭弧室所采用的方法是利用横磁驱动收缩电弧在触头表面运动，进而避免触头局部烧蚀。

目前，横磁真空灭弧室的触头主要有杯状横磁触头和螺旋槽型横磁触头两类，它们都是通过控制触头臂上的电流分布来产生横向磁场，这个横向磁场可以驱动收缩电弧进行旋转运动，这样使电弧产生的热量分散，减轻触头烧蚀。对于杯状横磁触头，电弧运动特性表现优秀，但其跑弧面基本限于触头杯沿，并且起弧区域和跑弧区域重叠；对于螺旋槽型横磁触头，触头面利用率较高，但由于随着触头面积的增大，集聚电弧的旋转很难在触头表面形成均匀的烧蚀。

目前，横向磁场驱动收缩电弧旋转运动受起弧位置、电流大小、开断相位等因素的影响较大，在开断过程中仍然存在不确定性。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种新型真空灭弧室横向磁场触头。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种新型真空灭弧室横向磁场触头，包括第一导电杆、第一触头片、第二触头片和第二导电杆；其中，

第一触头片包括一体化成型的第一伞状体和位于第一伞状体中心处的第一接触端，第一触头片的周向沿第一接触端均匀开设有若干第一开槽；

第二触头片包括一体化成型的第二伞状体和位于第二伞状体中心处的第二接触端，第二触头片的周向沿第二接触端均匀开设有若干与第一开槽相对应的第二开槽；

第一导电杆的一端设置在第一接触端的一端上，第一导电杆的另一端为伸出端，且伸出方向与第一触头片的开口方向相反；第二导电杆的一端设置在第二接触端的一端上，第二导电杆的另一端为伸出端，且伸出方向与第二触头片的开口方向相同；触头闭合时，第一接触端的另一端与第二接触端的另一端相接触并承受触头闭合时的预压力。

本发明进一步的改进在于：第一触头片的周向上均匀开设有四个第一开槽，第二触头片的周向上均匀开设有四个与第一开槽相对应的第二开槽。

本发明进一步的改进在于：第一开槽和第二开槽的开槽形状为直线型开槽或者螺旋线型开槽。

本发明进一步的改进在于：第一伞状体和第二伞状体的开口端周向上开设有倒角。

本发明进一步的改进在于：第一触头片中第一接触端与第一伞状体连接处的内侧设有倒角，第二触头片中第二接触端与第二伞状体连接处的外侧设有倒角。

本发明进一步的改进在于：第一伞状体和第二伞状体为锥体或半球体。

本发明进一步的改进在于：第一接触端与第二接触端相接触的端面上分别开设有第一凹槽和第二凹槽。

本发明进一步的改进在于：第一导电杆与第一接触端相连接一端的面积小于第一接触端的面积；第二导电杆与第二接触端相连接一端的面积小于第二接触端的面积。

与现有技术相比，本发明的主要特点在于触头面呈弯曲状，这样的设计至少有以下三方面的优点：1、在一定触头直径下明显增加了触头面面积，从而明显增加真空灭弧室的开断容量，也有利于真空断路器小型化，进而降低制造成本和节约安装空间；2、伞状体结构可控制在一定触头开距下触头片相对面伞状体部分的开距小于接触端的开距，这使触头闭合时具有平板触头回路电阻小、机械强度高的优点；同时在触头打开时具有类似于杯状触头结构，使电弧驱动特性优良；而且也使电弧在起始金属桥爆炸阶段更容易向伞状体部分扩展，从而更有利于起始电弧离开起弧位置；3、触头面的弯曲使断路器打开过程中动触头轴向的运动可以产生动静触头面在其切向的相对运动，从而进一步避免了触头面局部烧蚀。

进一步地，本发明在第一接触端与第二接触端相接触的端面上分别开设有第一凹槽和第二凹槽，这样的凹槽有利于起弧位置偏离触头中心，进而使电弧更容易被横磁驱动。

进一步地，第一触头片中第一接触端与第一伞状体连接处的内侧设有倒角，第二触头片中第二接触端与第二伞状体连接处的外侧设有倒角，这样可以优化触头间电场强度分布更均匀，避免出现尖峰高电场。

附图说明：

图1为本发明新型真空灭弧室横向磁场触头的整体结构示意图；

图2为本发明第一触头片的第一伞状体特征为锥体时的结构示意图；

图3为本发明第一触头片的第一伞状体特征为半球体时的结构示意图；

图4为本发明第二触头片的第二伞状体特征为锥体时的结构示意图；

图5为本发明第二触头片的第二伞状体特征为半球体时的结构示意图；

图中各符号为：1、第一导电杆，2、第一触头片，201、第一伞状体，202、第一接触端，203、第一开槽，204、第一凹槽，3、第二触头片，301、第二伞状体，302、第二接触端，303、第二开槽，304、第二凹槽，4、第二导电杆。

图6为锥体触头片的行程开距示意图；

图中各符号为：501、触头片接触端(起弧区域)的开距，502、触头片伞状体部分的开距。

图7为半球体触头片的行程开距示意图；

图中各符号为：601、动触头行程，602、触头开距，603、触头面径向不同位置上的开距变化情况。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图5，本发明一种新型真空灭弧室横向磁场触头，包括第一导电杆1、第一触头片2、第二触头片3和第二导电杆4；其中，

第一触头片2包括一体化成型的第一伞状体201和位于第一伞状体201中心处的第一接触端202，第一触头片2的周向沿第一接触端202均匀开设有四个第一开槽203；

第二触头片3包括一体化成型的第二伞状体301和位于第二伞状体301中心处的第二接触端302，第二触头片3的周向沿第二接触端302均匀开设有四个与第一开槽203相对应的第二开槽303；

第一导电杆1的一端设置在第一接触端202的一端上，第一导电杆1的另一端为伸出端，且与第一触头片2的开口方向相反；第二导电杆4的一端设置在第二接触端302的一端上，第二导电杆4的另一端为伸出端，且与第二触头片3的开口方向相同；使用时，第一接触端202的另一端与第二接触端302的另一端相接触。

上述第一开槽203和第二开槽303的开槽形状为直线型开槽或者螺旋线型开槽。上述第一伞状体201和第二伞状体301为锥体或半球体，且第一伞状体201和第二伞状体301的开口端周向上开设有倒角。第一触头片2中第一接触端202与第一伞状体201连接处的内侧设有倒角，第二触头片3中第二接触端302与第二伞状体301连接处的外侧设有倒角，这样可以优化触头间电场强度分布更均匀，避免出现尖峰高电场。

上述第一接触端202与第二接触端302相接触的端面上分别开设有第一凹槽204和第二凹槽304。此外，第一导电杆1与第一接触端202相连接一端的面积小于第一接触端202的面积；第二导电杆4与第二接触端302相连接一端的面积小于第二接触端302的面积。

为了对本发明进一步了解，现对其工作原理做一说明。

触头片闭合时，触头片接触端承受触头闭合预压力，同时也是电流导通路面，这保证了触头系统回路电阻很小。触头面伞状体部分为主要燃弧区域，触头面的弯曲设计能有效增加触头燃弧面积，增大面积的比例为曲面弯曲角度余弦值的倒数，这有利于提高真空灭弧室的开断容量。

在第二触头片3离开第一触头片2时，电弧在第一接触端202和第二接触端302之间产生；此时的电弧不断扩展其直径，所受电磁力非常小；而在一定的行程下，触头面第一伞状体201和第二伞状体301的开距分别小于触头面第一接触端202和第二接触端302部分的开距，导致起始电弧的扩展偏向于触头面第一伞状体201和第二伞状体301，这更有利于起始电弧迅速转移离开起弧位置，从而减轻起弧位置的过度烧蚀。

当电弧在触头面第一伞状体201和第二伞状体301运动时，一方面，由于触头上多对第一开槽203和第二开槽303使触头上的电流分布能产生横向磁场驱动电弧旋转；另一方面，动触头沿轴向的运动产生了动静触头沿切向的相对运动，相对运动速度为动触头运动速度与触头弯曲角度正弦值的乘积，这种相对运动减轻了电弧对触头的局部烧蚀，特别是在电弧起始阶段。

图6和图7分别为触头片伞状体部分为锥面和球面的触头开距示意图。对于锥面形弯曲触头，起始电弧在接触端产生，由于触头面伞状体部分的开距总是小于接触端部分的开距，电弧起始扩展径向向外；对于球面弯曲触头，触头面伞状体部分的开距沿触头面径向逐渐减小，开距对电弧运动的影响不限于触头面接触端与伞状体的交接处。当然，触头面也可以设计为其他期望的曲面特征。同时为了提高第二触头片的利用率，可以适当延伸第一触头片或缩小第二触头片。

总的来说，本发明的弯曲真空灭弧室触头至少有以下三方面的优点：

1、触头面的弯曲状可使触头在直径不变的情况下燃弧面积明显增加，从而增大了真空断路器的开断容量；

2、伞状体结构可控制在一定触头开距下触头片相对面伞状体部分的开距小于接触端的开距，这使触头闭合时具有平板触头回路电阻小、机械强度高的优点；同时在触头打开时具有类似于杯状触头结构，使电弧驱动特性优良；而且起始电弧的扩展径向向外，使触头片燃弧区域尽量避开产弧位置，减轻了触头起弧位置的烧蚀；

3、开断过程中，动触头沿轴向运动，使动静触头面伞状体部分在此过程中存在切向相对运动，避免触头局部烧蚀，特别是在电弧起始阶段。

Claims (8)

1.一种新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：包括第一导电杆(1)、第一触头片(2)、第二触头片(3)和第二导电杆(4)；其中，

第一触头片(2)包括一体化成型的第一伞状体(201)和位于第一伞状体(201)中心处的第一接触端(202)，第一触头片(2)的周向沿第一接触端(202)均匀开设有若干第一开槽(203)；

第二触头片(3)包括一体化成型的第二伞状体(301)和位于第二伞状体(301)中心处的第二接触端(302)，第二触头片(3)的周向沿第二接触端(302)均匀开设有若干与第一开槽(203)相对应的第二开槽(303)；

第一导电杆(1)的一端设置在第一接触端(202)的一端上，第一导电杆(1)的另一端为伸出端，且伸出方向与第一触头片(2)的开口方向相反；第二导电杆(4)的一端设置在第二接触端(302)的一端上，第二导电杆(4)的另一端为伸出端，且伸出方向与第二触头片(3)的开口方向相同；触头闭合时，第一接触端(202)的另一端与第二接触端(302)的另一端相接触并承受触头闭合时的预压力。

2.根据权利要求1所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一触头片(2)的周向上均匀开设有四个第一开槽(203)，第二触头片(3)的周向上均匀开设有四个与第一开槽(203)相对应的第二开槽(303)。

3.根据权利要求1或2所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一开槽(203)和第二开槽(303)的开槽形状为直线型开槽或者螺旋线型开槽。

4.根据权利要求1或2所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一伞状体(201)和第二伞状体(301)的开口端周向上开设有倒角。

5.根据权利要求1所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一触头片(2)中第一接触端(202)与第一伞状体(201)连接处的内侧设有倒角，第二触头片(3)中第二接触端(302)与第二伞状体(301)连接处的外侧设有倒角。

6.根据权利要求1所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一伞状体(201)和第二伞状体(301)为锥体或半球体。

7.根据权利要求1所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一接触端(202)与第二接触端(302)相接触的端面上分别开设有第一凹槽(204)和第二凹槽(304)。

8.根据权利要求1所述的新型真空灭弧室横向磁场触头，其特征在于：第一导电杆(1)与第一接触端(202)相连接一端的面积小于第一接触端(202)的面积；第二导电杆(4)与第二接触端(302)相连接一端的面积小于第二接触端(302)的面积。