CN106252151A - 真空灭弧室的触头装置及真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空灭弧室的触头装置及真空灭弧室。其中，该装置包括：静端触头部件和动端触头部件，静端触头部件包括：环形导电杯座和静触头片，其中，静触头片连接在环形导电杯座的一端，环形导电杯座朝向静触头片一端的侧壁开有杯座槽。本发明提高了真空灭弧室触头合闸过程中的接触压力以及减少了合闸过程中电动斥力。

Description

真空灭弧室的触头装置及真空灭弧室

技术领域

本发明涉及真空开关领域，具体而言，涉及一种真空灭弧室的触头装置及真空灭弧室。

背景技术

对于真空开关内部核心元件真空灭弧室触头而言，要求其一是在闭合状态下是作为良导体导通回路电流。当动触头与静触头闭合时，实际的接触面积是触头表面积的很小一部分，当真空断路器要求触头处于长期工作状态时，需要保证触头间的收缩电阻在允许的范围内，避免因长时间工作而使得温升过高而导致触头熔焊。

此外，电流流过处于闭合位置的一对触头时，电流的收缩效应会产生一个倾向于推开触头的电磁力。动静触头中的电流元与通过收缩点前后的轴向分量相反，反向电流之间会产生电动斥力。假定一对触头闭合时表面接触半径为b，而实际电流流经区域为半径为a的收缩区，则该电动斥力为：

$F_R=I^2\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}}ln\frac{b}{a}$

上式中，I为通过触头的电流，μ₀为真空磁导率，a为电流收缩半径，b为接触面的半径。

当真空灭弧室处于闭合或关合过程时，要求其触头不会由于过大的电斥力作用而弹开。特别是在电网事故的情况下，如接地关合有预伏短路故障的电路时，通过触头间的短路电流可达几十千安，一旦电动斥力使触头弹开会产生电弧，从而引起严重烧伤，并可能导致触头熔焊或关合失败。

一旦出现触头熔焊，当真空灭弧室在正常工作的状态下需要开断负荷电流时，会出现操动机构无法分闸，或分闸过程中触头分离拉出金属须致使重击穿开断失败，从而使灭弧室失去基本的保护功能，并可能发生回路事故。

因此，为提高真空灭弧室触头合闸时的接触压力，同时减少合闸或关合过程中的电动斥力，需要足够大的触头压力来保证触头接触良好并在通过大电流时阻止触头弹开。同时为满足关合与开断的需要，真空灭弧室关合与分闸的速度要求也很高。这样一来就对配套操动机构的设计提出了更高的要求，而这对具有一般操作功能的操动机构而言是很难实现的。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种真空灭弧室的触头装置及真空灭弧室，以提高真空灭弧室触头合闸过程中的接触压力以及减少合闸过程中电动斥力。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种真空灭弧室的触头装置，包括：静端触头部件和动端触头部件，静端触头部件包括：环形导电杯座和静触头片；其中，静触头片连接在环形导电杯座的一端，环形导电杯座朝向静触头片一端的侧壁开有杯座槽。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种真空灭弧室，包括任意一项上述的触头装置。

在本发明实施例中，通过增大真空灭弧室合闸时的接触压力，降低接触电阻，增加磁场的控制作用，减小电弧集聚，增大导流面积，从而实现了提高真空灭弧室的动稳定和热稳定的性能，进而提高了真空灭弧室触头合闸过程中的接触压力以及减少了合闸过程中电动斥力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种可选的真空灭弧室的触头装置分闸位置的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的静端触头部件的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的动端触头部件的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的动静触头间隙磁场产生与分布的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的真空灭弧室的触头装置合闸位置的示意图；以及

图6是根据本发明实施例的一种可选的磁箍缩接触压力增强原理的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例，提供了一种真空灭弧室的触头装置的实施例。

图1是根据本发明实施例的触头装置，如图1所示，该装置包括：

静端触头部件1和动端触头部件2，静端触头部件1包括：环形导电杯座1-1和静触头片1-2；其中，静触头片1-2连接在环形导电杯座1-1的一端，环形导电杯座1-1朝向静触头片1-2一端的侧壁开有杯座槽1-3。

具体的，如图2所示，静端触头部件1由环形导电杯座1-1、静触头片1-2、杯座槽1-3和静触头片槽1-4组成，环形导电杯座1-1的外壁上布置了一些杯座槽，这些杯座槽用于在动静触头分离拉弧过程中，电弧电流通过这些杯座槽导流，从而产生自生磁场。

需要说明的是，触头装置是真空灭弧室中的一个核心部件，除触头装置外，真空灭弧室还包括其他部件，如上端盖31、下端盖32、瓷壳4、屏蔽罩5、波纹管8、波纹管保护套9和导向套10。

作为一种可选的实施例，当静端触头部件1与动端触头部件2相接触时，动、静触头闭合，电源与负载接通，电流流过负载。

在本申请提供的实施例中，通过增大真空灭弧室合闸时的接触压力，降低接触电阻，增加磁场的控制作用，减小电弧集聚，增大导流面积，从而实现了提高真空灭弧室的动稳定和热稳定的性能，进而提高了真空灭弧室触头合闸过程中的接触压力以及减少了合闸过程中电动斥力，并兼顾有大的负荷开断能力的技术效果。

可选地，静触头片1-2包括多个金属瓣，相邻的两个金属瓣之间具有间隙。

具体的，如图2所示，静触头片1-2为一组金属瓣，当静端触头部件1与动端触头部件2闭合时，静端触头片1-2与动触头片2相接触。这样的设计能够增大电流的导流面积，从而减小电动斥力。

可选地，金属瓣呈半椭圆状。

具体的，静触头片1-2为半椭圆形式的金属瓣，椭圆面与动触头片2接触，可以增大电流的导流面积。当然，作为本领域技术人员知道，静触头片1-2也可以采用其他形状，比如半圆形，或者矩形。

可选地，杯座槽1-3和间隙均为多个，多个杯座槽1-3和多个间隙一一对应地连通。

具体的，如图2所示，杯座槽1-3与静触头片1-2各个金属瓣之间的间隙连通，杯座槽1-3的个数与间隙的个数相同。

需要说明的是，杯座槽1-3均匀分布在环形导电杯座1-1上，杯座槽1-3的宽度、高度、螺旋转角、螺旋方向、均布个数不固定，这些因素将影响触头间隙横向磁场的磁场强度以及静端导体表面的涡流大小。

可选地，杯座槽1-3为直角槽或者螺旋槽。

具体的，当环形导电杯座1-1开有螺旋槽时，在动静触头分离拉弧过程中，电弧电流通过杯座槽1-3导流，在动静触头间隙产生自生磁场，有助于抑制电流集聚，电弧呈扩散态，可增大真空灭弧室的开断能力。

可选地，静端触头部件1焊接在静导电杆6上。

需要说明的是，静导电杆6为纯铜材料，作为良导体来导通电流。

可选地，动端触头部件2为环形触头片，动端触头部件2连接至动导电杆7上，且动导电杆7的一端凸出于动端触头部件2。

具体的，如图3所示，当用于负荷开断用时，动端触头片部件2采用抗熔焊与开断特性兼备的铜铬材料，导电特性优异，有助于负荷开断能力的提高；当用于接地关合用时，动端触头片部件2采用耐烧蚀的铜钨材料。

可选地，静触头片1-2和/或动触头片2采用耐烧蚀材料制成。

具体的，由于上述触头装置用于高热流的环境下，为了保证触头装置能够安全、可靠的适应流场的变化，所以静触头片1-2和动端触头片部件2均采用了耐烧蚀材料。当静端触头部件1与动端触头部件2用于接地关合时，静触头片1-2和动端触头片部件2采用耐烧蚀的铜钨材料，可以减少触头的集中烧蚀，避免大电流关合时因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊；当静端触头部件1与动端触头部件2用于负荷开断时，静触头片1-2和动端触头片部件2采用抗熔焊与开断特性兼备的铜铬材料，可以使得导电特性优异，有助于负荷开断能力的提高。

可选地，静端触头部件1与动端触头部件2的闭合和分断采用直动插入式。

具体的，如图4所示，当动、静触头部件闭合时，动导电杆在动端触头部件2的凸出部分直接插入到静端触头部件1的环形导电杯座1-1中；当动、静触头部件分断时，动导电杆在动端触头部件2的凸出部分从静端触头部件1的环形导电杯座1-1中抽出。

可选地，一种真空灭弧室，包括上述的任意一项的触头装置。

具体的，如图1所示，上述真空灭弧室包括上述的触头装置以及上端盖31、下端盖32、瓷壳4、屏蔽罩5、波纹管8、波纹管保护套9和导向套10。

作为一种可选的实施例，如图4所示，当真空灭弧室发挥其负荷开断功能时，灭弧室的触头装置由闭合位置向分闸位置运动，静端触头部件1与动端触头部件2分离拉弧，导流面为静触头片1-2与动触头片2之间的接触面。由于二者采用抗熔焊与开断特性兼备的铜铬材料，导电特性优异，有助于负荷开断能力的提高。当杯座1-1上开槽1-3为螺旋槽时，在动静触头分离拉弧过程中，电弧电流通过杯座螺旋槽1-3导流，假设电弧电流为I，流经其中一条导流路径上的电流为I_x，(其中n为槽数)，I_x在动静触头间隙产生自生磁场B_x，则在分闸拉弧过程中动静触头间隙总的自生磁场B为B_x的矢量和(其中n为槽数)。

可选地，当静端触头部件1与动端触头部件2用于接地关合时，电接触部分除静触头片1-2与动触头片2之间的接触面外，还包括静触头片1-2，或/和，环形导电杯座1-1与动导电杆7之间的接触面。

具体的，在上述触头装置应用于真空灭弧室的情况下，当真空灭弧室发挥其接地关合功能时，灭弧室触头由分闸位置向闭合位置运动，由于导流面为静触头片1-2与动触头片2采用耐烧蚀的铜钨材料，减少了触头的集中烧蚀，避免大电流关合时因触头局部表面过热熔化而导致的触头熔焊。同时当环形导电杯座1-1上的杯座槽1-3为螺旋槽时，在动静触头间隙产生自生磁场B_x，能够抑制电弧收缩，减小关合电动斥力。

作为一种可选的实施例，如图5所示，为本发明一种触头装置合闸位置实施例。电接触部分除了静触头片1-2与动触头片2之间的接触面，还包括静触头片1-2或环形导电杯座1-1与动导电杆7之间的接触面，这样增大了电接触导流面，抑制了电流的收缩。当灭弧室触头处于合闸位置时，回路电流I流经静端触头部件1和动端触头部件2，在杯座槽1-3与静触头片槽1-4的作用下电流I分流。假设静端触头部件1上的两支路电流分别为I_a和I_b，其中，I_a和I_b大小及槽间分布任意。当灭弧室合闸时动导电杆7嵌入在流经I_a和I_b的静触头片1-2内部。

图6所示为本发明实施例磁箍缩接触压力增强的原理示意图，假设I_a和I_b竖直方向分量分别为I_at和I_bt，流经静触头片1-2上的电流I_at在I_bt处产生垂直向内的磁场B_at，在到磁场B_at的作用下，流经I_bt电流大小的静触头片1-2受到水平向左的箍缩电磁力F_at，同理，流经I_at电流大小的静触头片1-2在I_bt磁场B_bt的作用下，受到水平向右的箍缩电磁力F_bt，F_bt与F_at大小相同，方向相反。在箍缩电磁力F_at与F_bt的作用下，动导电杆7与静触头片1-2及环形导电杯座1-1之间的接触压力增大，使得电流收缩半径a变大，则真空灭弧室处于闭合时的电动斥力减小(其中I—通过触头的电流，μ₀—真空磁导率，a—电流收缩半径，b—接触面半径)，有助于提高灭弧室的动稳定能力。此外，动导电杆7与静触头片1-2及环形导电杯座1-1之间接触压力的增大也提高了灭弧室的热稳定能力，减小静熔焊的发生。动静导电部分接触压力增大，抑制了电流的收缩，接触电阻降低，减小因接触电阻发热而导致导电斑点及其附件金属熔化而焊接的现象。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空灭弧室的触头装置，其特征在于，所述触头装置包括：

静端触头部件(1)和动端触头部件(2)，所述静端触头部件(1)包括：环形导电杯座(1-1)和静触头片(1-2)；其中，

所述静触头片(1-2)连接在所述环形导电杯座(1-1)的一端，所述环形导电杯座(1-1)朝向所述静触头片(1-2)一端的侧壁开有杯座槽(1-3)。

2.根据权利要求1所述的触头装置，其特征在于，所述静触头片(1-2)包括多个金属瓣，相邻的两个所述金属瓣之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的触头装置，其特征在于，所述金属瓣呈半椭圆状。

4.根据权利要求1所述的触头装置，其特征在于，所述杯座槽(1-3)和所述间隙均为多个，多个所述杯座槽(1-3)和多个所述间隙一一对应地连通。

5.根据权利要求4所述的触头装置，其特征在于，所述杯座槽(1-3)为直角槽或者螺旋槽。

6.根据权利要求5所述的触头装置，其特征在于，所述静端触头部件(1)焊接在静导电杆(6)上。

7.根据权利要求1所述的触头装置，其特征在于，所述动端触头部件(2)为环形触头片，所述动端触头部件(2)连接至动导电杆(7)上，且所述动导电杆(7)的一端凸出于所述动端触头部件(2)。

8.根据权利要求6或7所述的触头装置，其特征在于，所述静触头片(1-2)和/或动触头片(2)采用耐烧蚀材料制成。

9.根据权利要求8所述的触头装置，其特征在于，所述静端触头部件(1)与所述动端触头部件(2)的闭合和分断采用直动插入式。

10.一种真空灭弧室，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的触头装置。