CN105047470B - 一种新型复合磁场触头结构及其应用的真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

一种新型复合磁场触头结构及其应用的真空灭弧室，该复合磁场触头结构包括静端触头和动端触头；静端触头包括静端横向磁场触头片，焊接在其背部中心区域的静端励磁触头结构以及焊接在静端励磁触头结构另一端的静端导电杆；静端励磁触头结构的直径小于静端横向磁场触头片的直径；静端横向磁场触头片与静端励磁触头结构的开槽旋转方向相同，但存在预设的角度差；动端触头的结构同静端触头结构；动端横向磁场触头片与静端横向磁场触头片的开槽方向相匹配，动端励磁触头结构与静端励磁触头结构的开槽方向相匹配；本发明还公开了采用该复合磁场触头结构的真空灭弧室；本发明解决了现有复合磁场触头结构触头表面结构过于复杂的问题。

Description

一种新型复合磁场触头结构及其应用的真空灭弧室

技术领域

本发明属于大电流真空断路器技术领域，具体涉及一种新型复合磁场触头结构及其应用的真空灭弧室。

背景技术

随着电力系统的发展，真空断路器在整个电力系统中的应用也得以快速的发展。但是，在发展的过程中，对于真空断路器的要求也是不断的提高。为了提高真空灭弧室的短路开断能力，在灭弧室中引入了电弧的磁场控制技术。

磁场控制技术主要包括了横向磁场控制技术和纵向磁场控制技术。其中，横向磁场技术是通过特定的触头结构，使得在燃弧过程中形成的电流通路在触头及其触头间隙区域形成与电弧电流流向垂直的横向磁场。横向磁场作用于真空电弧，驱动其在触头表面旋转运动，避免了电弧对于触头局部的过度烧蚀，提高了开关的开断能力。纵向磁场技术也是通过触头结构，形成与电弧电流流向平行的磁场。纵向磁场技术使得真空电弧更加均匀，减少了真空电弧的集聚，减轻电弧对于触头表面的烧蚀，提高了开关的开断能力。

在现有的真空灭弧室中，纵向磁场触头结构主要为杯状纵磁触头结构和线圈式纵磁触头结构。横向磁场触头结构主要为杯状横磁触头结构、万字形等开槽式横磁触头结构。纵向磁场触头结构的优势是电弧的控制能力强，开断能力强；缺点是触头结构复杂，触头结构导通电阻大，对于额定电流有较大限制。横向磁场触头结构的优势是触头结构简单，触头导通电阻小，可以导通较大额定电流；缺点是横向磁场控制技术作用下，真空电弧在快速旋转过程中，对于触头有一定的烧蚀，以及电弧的喷溅会对屏蔽罩造成一定程度的烧蚀。综上所述，现有的横向和纵向磁场结构触头在断路器中的应用中各有优劣，其结构也在不断的改进和完善。

目前，复合磁场触头结构的研究也取得了一定的发展，尤其是ABB公司提出的复合触头结构设计方案(EUROPEANPATENTAPPLICATION；Applicationnumber:11006056.3)。其设计的触头结构如图1所示。其触头结构主要由外侧触头结构40和内侧触头结构52组成。外侧触头结构40为环状结构，并且在外侧开槽；内侧触头结构52为直径较小的触头结构，置于环状的外侧触头结构内部。通过其开槽的设计，其外侧触头结构40和内部触头结构52均可以产生磁场，对真空电弧进行约束和控制。外侧触头结构40通过开槽的方向的配合可以形成横向磁场和纵向磁场；内侧触头结构52通过开槽方向的配合，也可以形成横向磁场和纵向磁场。

上述复合触头结构，通过外侧触头和内侧触头的配合，分别可以形成横向磁场--纵向磁场组合；横向磁场--横向磁场组合；纵向磁场--纵向磁场组合。这种触头结构在燃弧过程中，充分发挥了横向磁场和纵向磁场对于真空电弧的控制。如果仅考虑触头磁场对于电弧的约束，上述触头结构通过组合形成复合磁场，强化并且充分利用了横向和纵向磁场对于电弧的控制。

但是，在实际的应用中，上述复合磁场触头结构由于是由外侧环状触头和内侧小直径触头组合而成，触头表面的结构过于复杂。在大电流条件下，容易造成触头表面的过度烧蚀以及结构的破坏，不利于大电流条件下的开断。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型复合磁场触头结构及其应用的真空灭弧室，解决了现有复合磁场触头结构触头表面结构过于复杂的问题。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型复合磁场触头结构，包括静端触头201和动端触头202；所述静端触头201包括静端横向磁场触头片103，焊接在静端横向磁场触头片103背部中心区域的静端励磁触头结构102以及焊接在静端励磁触头结构102另一端的静端导电杆101；所述静端横向磁场触头片103为螺旋槽横向磁场结构或“万”字形横向磁场触头结构；所述静端励磁触头结构102为螺旋槽横向磁场结构、“万”字形横向磁场结构、杯状纵向磁场结构或线圈式纵向磁场结构；所述静端励磁触头结构102的直径小于静端横向磁场触头片103的直径；所述静端横向磁场触头片103与静端励磁触头结构102的开槽旋转方向相同，但存在预设的角度差；所述动端触头202包括动端横向磁场触头片104，焊接在动端横向磁场触头片104背部中心区域的动端励磁触头结构105以及焊接在动端励磁触头结构105另一端的动端导电杆106；所述动端横向磁场触头片104为螺旋槽横向磁场结构或“万”字形横向磁场触头结构；所述动端励磁触头结构105为螺旋槽横向磁场结构、“万”字形横向磁场结构、杯状纵向磁场结构或线圈式纵向磁场结构；所述动端励磁触头结构105的直径小于动端横向磁场触头片104的直径；所述动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105的开槽旋转方向相同，但存在预设的角度差；所述动端横向磁场触头片104与静端横向磁场触头片103的开槽方向相匹配，所述动端励磁触头结构105与静端励磁触头结构102的开槽方向相匹配。

所述静端横向磁场触头片103的背部中心区域为直径与静端励磁触头结构102直径相同的凹槽，静端励磁触头结构102放置在凹槽中，所述静端励磁触头结构102的边缘位置高于中间区域，静端励磁触头结构102的边缘位置与静端横向磁场触头片103的背部凹槽焊接；所述动端横向磁场触头片104的背部中心区域为直径与动端励磁触头结构105直径相同的凹槽，动端励磁触头结构105放置在凹槽中，所述动端励磁触头结构105的边缘位置高于中间区域，动端励磁触头结构105的边缘位置与动端横向磁场触头片104的背部凹槽焊接。

所述预设的角度差为20°～60°，使得静端横向磁场触头片103与静端励磁触头结构102以及动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105的焊接部位形成匹配。

一种真空灭弧室，包括上述所述的新型复合磁场触头结构和中央屏蔽罩108。

所述中央屏蔽罩108的材料选择耐电弧烧蚀的CuCr合金材料。

本发明复合磁场触头结构加强了触头间隙的横向磁场强度，优化了中心区域的横向磁场分布。由于触头开槽结构和角度的配合，在燃弧期间，电弧电流不仅需要经过静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104产生横向磁场，还要经过静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105，再次产生横向磁场。这一设计，通过不同直径的静端横向磁场触头片103、和动端横向磁场触头片104与静端励磁触头结构102、动端励磁触头结构105的配合，延长了电流在触头结构中的流通路径；同时通过直径的配合，强化了触头间隙特别是触头中心区域的横向磁场的强度。与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)触头表面结构简单；触头表面形状为开槽式横向磁场触头片的表面，表面结构简洁；由于横向磁场对于真空电弧的作用效果，真空电弧在触头表面旋转烧蚀，会在触头表面造成烧蚀；简单的触头表面结构能够使得烧蚀分布均匀，有利于大电流电弧的开断。相比较现有的复合磁场触头，本发明的触头表面完全是传统的“万”字形或者是传统的横磁触头表面。这种触头表面十分简单，更有利于触头的均匀烧蚀。

2)利用简单的触头结构形成了复合横向磁场；在燃弧过程中，电弧电流不仅流经触头表面，同时会流经触头背面的励磁结构。在电弧电流流经上述两个结构时，都会产生横向磁场。随着电流流经距离的增加，两个结构所产生的叠加的横向磁场的强度会比单纯触头片产生的横向磁场更强。更强的横向磁场就更加有利于横磁触头电弧的运动，对电流的开断更加有利。

3)更加有效的利用了复杂的触头结构；现有设计中，当电弧处于触头表面的不同区域时，电流流经的路径是不同的，或者流经外侧触头，或者流经内部触头。当电弧在触头边缘时，触头内部的结构其实不会有太大电流流经，因此也只有外侧的结构会起到作用。在本发明中，由于触头表面是一个整体，因此不论电弧处于触头的什么位置，触头背侧的励磁结构都是有磁场产生了。

4)对于传统的横向磁场分布进行了优化；传统的横磁触头，如果电弧是在触头的中心区域烧蚀，那么由于电流流经距离下，触头间隙的横磁较弱。而在本发明中，由于励磁触头结构直径小，此外，不管电弧在什么位置燃烧，励磁结构都会有电流流经，因此所产生的横向磁场补充了触头片在中心区域磁场的不足。

附图说明

图1是ABB公司现有技术复合磁场触头结构的示意图。

图2是本发明的万字形复合横向磁场触头的示意图。

图3是本发明的万字形复合横向磁场触头的轴向剖视图。

图4a与图4b分别是本发明的万字形复合横向磁场动端触头的正面与背面视图。

图5是本发明的应用万字形复合横向磁场触头的真空灭弧室的平面示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图2所示，本发明一种新型复合横向磁场触头结构，包括动端触头202和静端触头201两个部分。静端触头201由静端横向磁场触头片103和静端励磁触头结构102组成。静端横向磁场触头片103为“万”字形横向磁场结构，所对应的静端励磁触头结构102也为“万”字形横向磁场结构。静端励磁触头结构102焊接在静端横向磁场触头片103背部，两者的开槽方向相同，但是存在一定的角度差。在静端励磁触头结构102背部焊接有静端导电杆101。动端触头202由动端横向磁场触头片104和动端励磁触头结构105组成。动端横向磁场触头片104为“万”字形横向磁场结构，所对应的动端励磁触头结构105也为“万”字形横向磁场结构。动端励磁触头结构105焊接在动端横向磁场触头片104背部，两者的开槽方向相同，但是存在一定的角度差。在动端励磁触头结构105背部焊接有动端导电杆106。动端触头202与静端触头201的开槽方向匹配，使得在燃弧期间触头间隙中产生横向磁场。

图3是本发明的万字形复合横向磁场触头的轴向剖视图。如图3展示了静端触头201和动端触头202中，各个横向磁场触头片与励磁触头结构以及导电杆焊接的位置。静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104分别形成一个直径与静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105直径相同的凹槽。静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105分别放置在静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104的凹槽中。静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105分别与静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104相对的面中间位置为凹槽，因此只有静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105的边缘部分分别与静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104连接并且焊接。静端导电杆101和动端导电杆106分别焊接在静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105背部的中心位置。这种连接与焊接方式，确保了在电弧的燃弧过程中，电流分别流经静端横向磁场触头片103、动端横向磁场触头片104，静端励磁触头结构102、动端励磁触头结构105，在这一过程中，静端横向磁场触头片103和动端横向磁场触头片104产生横向磁场，静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105也产生横向磁场，使得触头间隙中横向磁场是上述两种横向磁场的叠加，加强了横向磁场对于电弧的作用。特别是由于静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105直接较小，因此静端励磁触头结构102和动端励磁触头结构105产生的横向磁场，对于触头间隙中心区域的电弧也会有较强的作用。

图4a和图4b分别展示了本发明的万字形复合横向磁场动端触头的正面与背面视图。如图4a和图4b所示，动端横向磁场触头片104背部焊接有动端励磁触头结构105。动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105均为“万”字形横向磁场触头结构。动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105的开槽旋转方向相同，形成匹配。动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105的开槽方向有一定的角度差，一般为20°～60°，使得动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105焊接部位形成匹配。本发明的万字形复合横向磁场静端触头201中的静端横向磁场触头片103与静端励磁触头结构102的组合方式与动端触头202相同。图4中，还用箭头表示了当电弧在动端横向磁场触头片104边缘时，电流流经动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105的路径。

图5是本发明的应用万字形复合横向磁场触头的真空灭弧室的平面示意图。如图5所示，灭弧室中的导杆以及触头的布置与传统灭弧室相同。从上到下依次是灭弧室静端盖板112以及从灭弧室静端盖板112中心穿过的静端导电杆101。静端触头201连接在静端导电杆101的下端。静端触头201包括了静端横向磁场触头片103与静端励磁触头结构102。其中，静端励磁触头结构102焊接在静端横向磁场触头片103背部。静端导电杆101的下端连接在静端励磁触头结构102背部的中心区域。灭弧室静端盖板112与静端绝缘壳体114连接。静端绝缘壳体114连接着动端绝缘壳体107。灭弧室动端盖板111置于灭弧室下侧，通过波纹管109与动端导电杆106连接。在动端导电杆106上方连接有动端触头202。动端触头202包括了动端横向磁场触头片104与动端励磁触头结构105。其中，动端励磁触头结构105焊接在动端横向磁场触头片104背部。动端导电杆106的下端连接在动端励磁触头结构105背部的中心区域。在灭弧室内部从上往下分布着静端端部屏蔽罩113，中央屏蔽罩108，以及动端端部屏蔽罩110。灭弧室中所应用的中央屏蔽罩108的材料可以选择耐电弧烧蚀的CuCr合金材料。

本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的新型复合触头真空灭弧室及其应用的真空断路器做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型复合磁场触头结构，包括静端触头(201)和动端触头(202)；其特征在于：所述静端触头(201)包括静端横向磁场触头片(103)，焊接在静端横向磁场触头片(103)背部中心区域的静端励磁触头结构(102)以及焊接在静端励磁触头结构(102)另一端的静端导电杆(101)；所述静端横向磁场触头片(103)为螺旋槽横向磁场结构或“万”字形横向磁场触头结构；所述静端励磁触头结构(102)为螺旋槽横向磁场结构、“万”字形横向磁场结构、杯状纵向磁场结构或线圈式纵向磁场结构；所述静端励磁触头结构(102)的直径小于静端横向磁场触头片(103)的直径；所述静端横向磁场触头片(103)与静端励磁触头结构(102)的开槽旋转方向相同，但存在预设的角度差；

所述动端触头(202)包括动端横向磁场触头片(104)，焊接在动端横向磁场触头片(104)背部中心区域的动端励磁触头结构(105)以及焊接在动端励磁触头结构(105)另一端的动端导电杆(106)；所述动端横向磁场触头片(104)为螺旋槽横向磁场结构或“万”字形横向磁场触头结构；所述动端励磁触头结构(105)为螺旋槽横向磁场结构、“万”字形横向磁场结构、杯状纵向磁场结构或线圈式纵向磁场结构；所述动端励磁触头结构(105)的直径小于动端横向磁场触头片(104)的直径；所述动端横向磁场触头片(104)与动端励磁触头结构(105)的开槽旋转方向相同，但存在预设的角度差；所述动端横向磁场触头片(104)与静端横向磁场触头片(103)的开槽方向相匹配，所述动端励磁触头结构(105)与静端励磁触头结构(102)的开槽方向相匹配；所述静端横向磁场触头片(103)的背部中心区域为直径与静端励磁触头结构(102)直径相同的凹槽，静端励磁触头结构(102)放置在凹槽中，所述静端励磁触头结构(102)的边缘位置高于中间区域，静端励磁触头结构(102)的边缘位置与静端横向磁场触头片(103)的背部凹槽焊接；

所述动端横向磁场触头片(104)的背部中心区域为直径与动端励磁触头结构(105)直径相同的凹槽，动端励磁触头结构(105)放置在凹槽中，所述动端励磁触头结构(105)的边缘位置高于中间区域，动端励磁触头结构(105)的边缘位置与动端横向磁场触头片(104)的背部凹槽焊接。

2.根据权利要求1所述的一种新型复合磁场触头结构，其特征在于：所述预设的角度差为20°～60°，使得静端横向磁场触头片(103)与静端励磁触头结构(102)以及动端横向磁场触头片(104)与动端励磁触头结构(105)的焊接部位形成匹配。

3.一种真空灭弧室，其特征在于：包括权利要求1或2所述的新型复合磁场触头结构和中央屏蔽罩(108)

4.根据权利要求3所述的一种真空灭弧室，其特征在于：所述中央屏蔽罩(108)的材料选择耐电弧烧蚀的CuCr合金材料。