CN104810222B - 一种快速灭弧的灭弧室及应用该灭弧室的小型化断路器 - Google Patents

Abstract

本发明的灭弧室包括由绝缘材料制成的外壳和由金属材料制成的灭弧栅片，所述外壳上的两个侧壁在靠近电弧喷口处设置有开槽，所述灭弧栅片的侧边设置有凸起，该凸起与所述灭弧室外壳上的开槽对应设置并容纳于槽内。本发明还涉及一种包括所述灭弧室的小型化断路器，所述断路器采用功能部件层叠结构来减小体积，同时所述断路器壳体侧面在与所述灭弧室外壳上设置的开槽对应的位置设置有减压排气喷口。本发明中的灭弧室可以在不改变目前灭弧室体积及不降低工艺性的前提下实现快速灭弧和分断能力提高，特别适用于需要高分断能力的小型化断路器中。本发明结构简单，工艺水平要求同现有产品相同，可以方便地实现断路器的小型化和分断能力的提高。

Description

一种快速灭弧的灭弧室及应用该灭弧室的小型化断路器

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其是涉及一种快速灭弧的灭弧室及应用该灭弧室的小型化断路器。

背景技术

灭弧室作为低压电器中的一个重要功能部件，其性能的高低对低压电器分断能力及使用寿命起着决定性的作用，特别是断路器中的灭弧室，所以提高灭弧室的性能特别是其对电弧的拉长和冷却能力一直是低压电器领域追求高分断能力的重要手段，通常的方法是加大灭弧栅片表面积、增加栅片数量来进行灭弧室容量的加大来提高灭弧室的分断能力，但这样的方法会使灭弧室体积不断增加，进而带来的问题的是断路器体积的不断增加，这显然与断路器向小型化发展的趋势是违背的。

断路器作为低压电器中的重要元件，其小型化和高性能一直是低压电器领域不断追求的目标，在新能源不断发展壮大的时代，尤其是光伏发电领域的迅猛发展，光伏会流箱的大量使用，小型化和高性能的断路器不但能够使同样体积的汇流箱容纳更多路的光伏发电单元，同时给操作和维护带来了极大的便利，也降低了整个系统的成本。

中国发明专利申请公开号CN101868840B公开了一种开关装置的电弧室，其主要技术措施为：在灭弧室中加入了铁磁性材料构成的磁极，所述铁磁性材料构成的磁极设置在灭弧室中“U”形灭弧栅片分叉部分的末端，为了使所设置的铁磁性材料构成的磁极不会将各灭弧栅片短路，所以其还设置了一个绝缘的壳体将所述铁磁性材料构成的磁极进行包裹，同时也使低压电器断开时产生的电弧不会被所述铁磁性材料短路。

上述技术方案中所述铁磁性材料构成的磁极设置的提前是需要减小较大部分灭弧栅片的体积,这样虽然设置的铁磁性材料构成的磁极能够增强灭弧室区域的磁场但其效果是有限的，原因是所述铁磁性材料构成的磁极较不设置该磁极的灭弧室而言其导磁部分的增加量只有约所述铁磁性材料构成的磁极的一半，同时由于所述绝缘壳体的设置使灭弧栅片与所述磁极之间存在一定的磁阻，所以其对灭弧室区域的磁场增强是有限的。进一步，上述铁磁性材料构成的磁极被设置在一个绝缘的壳体中，所以其对电弧的冷却能力甚微，而对整个灭弧室来说其栅片总体积的减少必然导致灭弧室对电弧的冷却能力下降，总体来看，上述技术方案对提高灭弧室的分断能力是有限的，同时其又受制于灭弧室总体体积的影响，所以对使用该技术方案中灭弧室的低压电器来说实现小型化的难度是显而易见的。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种快速灭弧的灭弧室，其采用带有减压排气喷口的灭弧室壳体和体积增大的灭弧栅片来改善灭弧室冷却能力和磁场分布，进而实现同体积下灭弧室的快速灭弧和高分断；

本发明的另一目的是提供一种小型化的断路器，其采用所述快速灭弧的灭弧室和功能部件层叠结构来实现小型化。由于其不减小各功能单元而使得断路器性能在小型化的同时不发生降低，同时通过弧压释放技术来配合所述快速灭弧的灭弧室提高电弧的冷却和熄灭速度，以满足断路器小型化和高性能的要求。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种快速灭弧的灭弧室，所述灭弧室1包括：

一个由绝缘材料制成的壳体11，所述壳体11中设置有灭弧栅片定位筋112，两个侧壁设置有开槽113；

一个由金属材料制成的灭弧栅片12，灭弧栅片12的大致形状为“U”形，布置于所述壳体11中；

一个由绝缘材料制成的隔弧板13，隔弧板13和壳体11共同组成一个相对封闭的腔体，隔弧板13上部设置电弧喷口14；所述壳体11的开槽113设置于电弧喷口14一侧。

所述开槽113在纵向上位于灭弧栅片12最下侧一片的下表面到最上面的一片的上表面之间，横向从所述壳体11左侧面111起始，直到所述灭弧栅片12上表面“U”形圆弧顶点121连线在所述壳体11侧壁114上的正交投影线的左侧结束。

所述灭弧栅片12由冷轧低碳钢板冲压制成，两个侧边各设置有一个凸起部122，所述凸起部122容纳于所述壳体11的开槽113内，增加灭弧室容量和改善磁场分布。

根据本发明的一个实施例，所述壳体11还可以由两片绝缘板侧壁81构成，所述侧壁81上开有方孔811；所述灭弧栅片82上设置有凸起部821，所述凸起部821穿入所述方孔811并采用铆接的方式与侧壁81固定。

本发明还提出一种使用所述灭弧室的小型断路器，所述断路器包括灭弧室1、静触头2、动触头3、操作机构4、脱扣器5、壳体6和挡板7，其中，所述灭弧室1设置于所述动静触头2，3的分合区域；所述静触头2上有一“U”形弯折部分21，所述弯折部分21靠近操作机构4一侧的部分设置于操作机构4的下方，与操作机构4在上下方向上有重叠，使得静触头2与动触头3有一段重叠。

所述壳体6包括基座61，所述基座61上设置有一个绝缘隔断部分611，所述绝缘隔断部分611与基座61为一整体且由基座61模塑成型时一同制成。

所述绝缘隔断部分611为一个隔弧件9，所述隔弧件9包括截面形状大致为“凹”字形的第一部分91和内部形状与所述静触头2的“U”形弯折部分对应第二部分92，所述第二部分包裹在所述静触头2的“U”形弯折部分，第一部分包裹在所述静触头2的“U”形弯折部分靠近动触头3一侧的导电基体上；所述隔弧件9由产气材料制成。

所述壳体6在两个外侧壁上与所述灭弧室(1)的壳体(11)上的开槽113的对应位置上设置有泄压喷口601，所述泄压喷口601与壳体6侧壁的夹角为锐角且开口方向朝向面盖；所述壳体6上在两个外侧壁上与开槽113的对应位置上设置有开槽612，所述开槽612与所述开槽113形成一个通道，高温高压气体的一部分经过所述通道从所述泄压喷口601排出。

所述挡板7为一个冲压制成的带有长孔71的薄板，所述动触头3穿过所述长孔71，所述挡板7随动触头3运动。

所述脱扣器5与操作机构4在上下方向上有重叠，所述脱扣器5的一部分位于操作机构4的下方。

本发明技术方案带来的有益效果：

与现有技术相比，本发明中的灭弧室可以在不改变目前灭弧室体积及不降低工艺性的前提下实现快速灭弧和分断能力提高，其特别适用于需要高分断能力的小型化断路器中。

本发明结构简单，工艺水平要求同现有产品相同，可以方便地实现断路器的小型化，同时能够实现分断能力的提高。

附图说明

图1为本发明实施例一灭弧室的轴侧视图；

图2为本发明实施例一灭弧室的剖视视图；

图3为本发明实施例一灭弧室壳体的轴侧视图；

图4为本发明实施例一灭弧栅片的轴侧视图；

图5为本发明实施例一隔弧板的轴侧视图；

图6为本发明实施例一断路器的剖视图；

图7为本发明实施例一静触头的轴侧视图；

图8为本发明实施例一断路器的轴侧视图；

图9为本发明实施例一断路器的轴侧视图；

图10为本发明实施例一断路器壳体的剖视图；

图11为本发明实施例一断路器底座的剖视图；

图12为本发明实施例一断路器面盖的轴侧视图；

图13为本发明实施例一挡板的轴侧视图；

图14为本发明实施例二灭弧室的轴侧视图；

图15为本发明实施例二侧壁的轴侧视图；

图16为本发明实施例二灭弧栅片的轴侧视图；

图17为本发明实施例三断路器的剖视图；

图18为本发明实施例三隔弧罩的轴侧视图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例一

如图1-图5所示，本发明涉及的灭弧室1包括一个由绝缘材料制成的壳体11、一个由金属材料制成的灭弧栅片12、一个由绝缘材料制成的隔弧板13；隔弧板13和壳体11共同组成一个相对封闭的腔体；灭弧栅片12的大致形状为“U”形，布置于所述壳体11中；隔弧板13上部设置电弧喷口14；所述壳体11中设置有灭弧栅片定位筋112，两个侧壁设置有开槽113，且该开槽113设置于电弧喷口14一侧。

进一步，所述开槽113在纵向上位于最下侧一片灭弧栅片12的下表面到最上面的一片灭弧栅片12的上表面之间，横向从所述壳体11左侧面111起始直到所述灭弧栅片12上表面“U”形特征的圆弧顶点121连线在所述壳体11侧壁114上的正交投影线17的左侧结束。该开槽113能够降低灭弧室内部压力，利于电弧拉长、冷却和增大灭弧栅片容量。

进一步，所述灭弧栅片12的两个侧边各设置有一个凸起部122，所述凸起部122容纳于所述壳体11的开槽113内；所述灭弧栅片12由冷轧低碳钢板冲压制成；该凸起能够增加灭弧室容量和改善磁场分布。

如图6-图13所示为本发明应用所述灭弧室1的小型化断路器，该断路器包括一个灭弧室1、静触头2、动触头3、操作机构4、脱扣器5、壳体6、隔板7。其中：所述灭弧室1设置于壳体中动静触头的分合区域，其用于断路器分合中所产生电弧的熄灭；所述静触头2上有一“U”形弯折部分21，所述弯折部分21与操作机构4在上下方向上有重叠；

进一步，所述弯折部分21靠近机构侧的一部分设置于操作机构4的下方，进而使得静触头2与动触头3有一段重叠，此重叠使得断路器能够在长度方向上缩短相应于重叠部分的长度，进而能够使断路器设计的更小型化，此重叠还能够使断路器在断开时动触头受到静触头上与其重叠部分给予的其洛伦兹力，此洛伦兹力迫使动触头快速打开，进而加快断路器的断开速度，这样一来断路器就会在电流还没有增长到最大值时断开，所以整个断路器承受的能量也将降低，即断路器的限流性能有了提升，由此可见本发明在使断路器小型化的同时并没有牺牲断路器分断能力这一重要指标反而使分断能力有一定的提高；

由于所述静触头2与动触头3有一段重叠，所以为了保证断路器在分断大电流时产生的电弧不至于使静触头2的“U”形弯折部分与动触头尾部短路，在基座61上设置有一个绝缘隔断部分611，所述绝缘隔断部分611与基座61为一整体且由基座模塑成型时一同制成；

所述动触头3上设置有一个随动触头3运动的挡板7，所述挡板7为一个冲压制成的带有长孔71的薄板，其中动触头穿过所述挡板7上的长孔71，动触头3在所述挡板7上的长孔71的一定范围内相对于所述挡板7运动，当动触头3运动到所述挡板7上的长孔71的一边时将带动所述挡板7运动，此挡板7能够封闭灭弧室区域在机构侧的开口而使分断时电弧导致的高温气体和金属熔渣不会喷向机构部分而损坏机构及机构后方的用于电连接的铜软线和脱扣器5；

所述脱扣器5与操作机构4在上下方向上有重叠，进一步，所述脱扣器5的一部分位于操作机构4的下方，这样在不减小脱扣器体积的情况下使得断路器在长度方向上实现了尺寸缩减，脱扣器对于断路器的重要作用作为行业内的人士是完全了解的，要保证断路器的稳定性和可靠性必须设置有性能足够稳定和可靠的脱扣器，而本技术方案中只是改变了脱扣器的位置，所以其稳定性和可靠性被良好的保留下来；

所述壳体6上在灭弧室1区域的两个外侧壁上与所述灭弧室1开槽113的对应位置上设置有泄压喷口601；

进一步，所述壳体6上的两个外侧壁上与所述灭弧室1的壳体(11)上的开槽113的对应位置上设置有开槽612，所述开槽612与所述灭弧室1开槽113形成一个通道，断路器分断时产生的高温高压气体的一部分将经过所述通道从所述泄压喷口601排出，因此断路器内部的温度和压力都将降低，电弧得以冷却，断路器壳体受到的冲击也将降低。

所述壳体6上在灭弧室3区域设置的泄压喷口601与壳体侧壁的夹角为锐角且开口方向朝向面盖。

实施例二

如图14、图15、图16所示，与上述实施例一所不同的是，所述灭弧室8的壳体还可以由两片绝缘板作为侧壁81构成，所述侧壁81上开有方孔811，所述灭弧栅片82上设置有凸起部821，所述凸起部821穿入所述侧壁81上开有的方孔811中并采用铆接的方式与侧壁81固定，进一步所述侧壁由三聚氰胺玻璃布板冲压制成，所述三聚氰胺玻璃布板制成的侧壁在断路器发生短路分断中高温电弧致使侧壁释放出利于电弧熄灭的气体，进而利于电弧的快速熄灭和提高断路器分断能力。

实施例三

如图17、图18所示，与上述实施例一所不同的是，所述绝缘隔断部分611为包裹在静触头2上“U”形弯折部分的一个隔弧件9，所述隔弧件9为一个模制塑料件，其内部形状与触头2的“U”形弯折部分大致相同，进一步所述隔弧件9包括第一部分91和第二部分92，所述第一部分91截面形状大致为“凹”字形，所述第一部分包裹在所述静触头2的“U”形弯折部分靠近动触头一侧的导电基体22上，更进一步，所述隔弧件由产气材料制成，在断路器发生分断时所述隔弧件在高温下能够释放出利于电弧熄灭和冷却的气体。

使用本发明灭弧室的断路器较现有技术的断路器在体积上有明显的减小，而且在减小体积的同时不改变内部功能部件的大小，所以其性能与现有技术断路器相比没有因体积减小而降低，同时快速灭弧灭弧室的应用以及与灭弧室开槽对应设置的泄压喷口能够使发生短路时电弧产生的弧压推动电弧向灭弧室顶端及喷弧口方向运动进而有利于电弧的拉长和快速排出断路器，以致电弧能够快速冷却和熄灭，同时也减轻了由于体积减小而带来的断路器内部压力增大的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速灭弧的灭弧室，其特征在于，所述灭弧室(1)包括：

一个由绝缘材料制成的壳体(11)，所述壳体(11)中设置有灭弧栅片定位筋(112)，两个侧壁设置有开槽(113)；

一个由金属材料制成的灭弧栅片(12)，灭弧栅片(12)的大致形状为“U”形，布置于所述壳体(11)中；

一个由绝缘材料制成的隔弧板(13)，隔弧板(13)和壳体(11)共同组成一个相对封闭的腔体，隔弧板(13)上部设置电弧喷口(14)；所述壳体(11)的开槽(113)设置于电弧喷口(14)一侧；

所述灭弧栅片(12)由冷轧低碳钢板冲压制成，两个侧边各设置有一个凸起部(122)，所述凸起部(122)容纳于所述壳体(11)的开槽(113)内，用于增加灭弧室容量和改善磁场分布。

2.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述开槽(113)在纵向上位于灭弧栅片(12)最下侧一片的下表面到最上面的一片的上表面之间，横向从所述壳体(11)的左侧面(111)起始，直到所述灭弧栅片(12)上表面“U”形圆弧顶点(121)连线在所述壳体(11)侧壁(114)上的正交投影线的左侧结束。

3.根据权利要求1所述的灭弧室，其特征在于，所述壳体(11)由两片由绝缘板制成的侧壁(81)构成，所述侧壁(81)上开有方孔(811)；所述灭弧栅片(82)上设置有凸起部(821)，所述凸起部(821)穿入所述方孔(811)并采用铆接的方式与侧壁(81)固定。

4.一种使用如权利要求1-3其中之一所述灭弧室的小型断路器，其特征在于，所述断路器包括灭弧室(1)、静触头(2)、动触头(3)、操作机构(4)、脱扣器(5)、壳体(6)和挡板(7)，其中，所述灭弧室(1)设置于所述动静触头(2，3)的分合区域；所述静触头(2)上有一“U”形弯折部分(21)，所述弯折部分(21)靠近操作机构(4)一侧的部分设置于操作机构(4)的下方，与操作机构(4)在上下方向上有重叠，使得静触头(2)与动触头(3)有一段重叠；

所述壳体(6)包括基座(61)，所述基座(61)上设置有一个绝缘隔断部分(611)，所述绝缘隔断部分(611)与基座(61)为一整体且由基座(61)模塑成型时一同制成；

所述绝缘隔断部分(611)为一个隔弧件(9)，所述隔弧件(9)包括截面形状大致为“凹”字形的第一部分(91)和内部形状与所述静触头(2)的“U”形弯折部分对应第二部分(92)，所述第二部分包裹在所述静触头(2)的“U”形弯折部分，第一部分包裹在所述静触头(2)的“U”形弯折部分靠近动触头(3)一侧的导电基体上；所述隔弧件(9)由产气材料制成。

5.根据权利要求4所述的小型断路器，其特征在于，所述壳体(6)在两个外侧壁上与所述灭弧室(1)的壳体(11)上的开槽(113)的对应位置上设置有泄压喷口(601)，所述泄压喷口(601)与壳体(6)侧壁的夹角为锐角且开口方向朝向面盖；所述壳体(6)上的两个外侧壁上与开槽(113)的对应位置上设置有开槽(612)，所述断路器的壳体(6)上的两个外侧壁上与开槽(113)的对应位置上设置的开槽(612)与所述灭弧室(1)的壳体(11)上的开槽(113)形成一个通道，高温高压气体的一部分经过所述通道从所述泄压喷口(601)排出。

6.根据权利要求5所述的小型断路器，其特征在于，所述挡板(7)为一个冲压制成的带有长孔(71)的薄板，所述动触头(3)穿过所述长孔(71)，所述挡板(7)随动触头(3)运动。

7.根据权利要求6所述的小型断路器，其特征在于，所述脱扣器(5)与操作机构(4)在上下方向上有重叠，所述脱扣器(5)的一部分位于操作机构(4)的下方。