CN106971928A - 应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器 - Google Patents

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徐强
张威
刘云飞
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    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc

Abstract

本发明提供一种应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器，灭弧结构包括：引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统和灭弧装置；磁吹系统包括铁心系统和导磁系统；左导磁板和右导磁板置于灭弧室外壳左右两侧，在左导磁板和右导磁板之间形成磁场空间，因此，灭弧室置于磁场空间，磁场空间所产生的磁力作用于进入灭弧室的电弧，使电弧加速向灭弧室出口方向移动。优点为：铁心和左右导磁板组成磁吹系统，磁吹系统产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到灭弧装置，引弧片在电弧进入灭弧栅片前快速拉长电弧，隔弧件罩在灭弧栅片两侧，隔弧件在电弧的灼烧下分解大量气体，气体介质增强了对电弧去游离能力。由此全面提高了灭弧效果。

Description

应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器
技术领域
本发明属于断路器研究技术领域，具体涉及一种应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器。
背景技术
太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，将成为世界能源供应的主体。为了提高太阳能的经济效益，降低光伏发电系统发电成本，提高系统电压是必然之路。现系统电压已高达1000V。
线路短路会造成大量发电设备烧损和大面积停止发电，将给发电厂带来巨大的损失。快速可靠的切断短路电流是降低损失的关键，这对低压断路器特别是光伏直流断路器提出了更高的要求。为了提高系统运行可靠性，断路器一般都要求有可靠断开短路电流的重要功能，但是在系统电压增大的同时，分断的电弧能量也迅速增大，现有断路器分断高压直流电弧的能力不能满足光伏发电系统安全的需要。
具体的，目前塑壳断路器的灭弧原理主要为：1动触头和静触头快速分离，拉长电弧；2电弧在电动力作用下进入灭弧装置；3灭弧装置内的灭弧栅片分割电弧、形成串联短弧；4灭弧栅片使电弧冷却熄弧。电弧是否快速进入灭弧装置是电弧快速熄弧和限制短路电流的关键。现有技术中，电弧仅在电动力作用下进入灭弧装置，具有电弧移动速度慢的问题，从而限制了灭弧效果。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种应用于塑壳断路器的灭弧结构，包括：引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统(60)和灭弧装置(30)；
其中，所述引弧系统包括引弧片(50)、绝缘罩(3)和绝缘片(10)；静触头(1)的顶部设置静触点(1.1)；所述引弧片(50)包括底部(51)、顶部(53)以及连接在所述底部(51)和所述顶部(53)之间的倾斜部(52)；所述引弧片(50)的所述顶部(53)与所述静触点(1.1)焊接；所述引弧片(50)的所述底部(51)悬空；所述绝缘罩(3)为半封闭型腔结构，罩在所述静触头(1)的外表面上；所述绝缘片(10)为长方形平面(11)的结构，放置在所述静触头(1)的内部平面上；
所述灭弧装置(30)包括灭弧室(20)和隔弧系统(90)；所述灭弧室(20)设置于所述静触头(1)的上方；所述灭弧室(20)包括左隔板(21)、右隔板(22)和n个多边形的灭弧栅片(23)，n为自然数；各个所述灭弧栅片(23)自上而下同轴心设置；每个所述灭弧栅片(23)的中心位于所述静触点(1.1)的正上方；每个所述灭弧栅片(23)包括切弧槽(23.1)以及位于所述切弧槽(23.1)两侧的第1伸长部(23.2)和第2伸长部(23.3)；所述隔弧系统(90)包括左隔弧件(91)和右隔弧件(92)；所述左隔弧件(91)和所述右隔弧件(92)均为空腔结构，并且具有n个隔槽，n为自然数；所述左隔弧件(91)和所述右隔弧件(92)分别罩在所述第1伸长部(23.2)和所述第2伸长部(23.3)的外部；
所述绝缘板系统(60)包括左绝缘板(61)和右绝缘板(62)；
所述磁吹系统包括铁心系统(70)和导磁系统(80)；其中，所述铁心系统(70)包括n个长方形铁心，n为自然数；所述铁心系统(70)设置于所述静触头(1)的内部，并且，所述铁心系统(70)位于所述静触点(1.1)的正下方，所述铁心系统(70)的底部与所述绝缘片(10)相接触，进而使所述铁心系统(70)与所述静触头(1)之间绝缘；所述导磁系统(80)包括左导磁板(81)和右导磁板(82)；所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)为长条结构，对称设置于所述铁心系统(70)的两侧上方，所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)均与所述铁心系统(70)不直接接触；此外，所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)置于所述灭弧室(20)外壳左右两侧，在所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)之间形成磁场空间，因此，所述灭弧室(20)置于所述磁场空间，所述磁场空间所产生的磁力作用于进入灭弧室的电弧，使电弧加速向灭弧室出口方向移动；
在所述左导磁板(81)和所述灭弧室(20)的外壳之间安装所述左绝缘板(61)；在所述右导磁板(82)和所述灭弧室(20)的外壳之间安装所述右绝缘板(62)。
优选的，所述引弧片(50)的底部(51)与倾斜部(52)夹角a在105°～140°范围内；所述引弧片(50)的顶部(53)与倾斜部(52)夹角在105°～140°范围内。
优选的，所述铁心系统(70)的铁心采用软磁材料。
优选的，所述导磁系统(80)采用软磁材料。
优选的，所述绝缘罩(3)采用受热产气材料。
优选的，所述隔弧系统(90)采用受热产气材料。
本发明还提供一种塑壳断路器，包括上述的应用于塑壳断路器的灭弧结构。
优选的，包括断路器外壳(12)，所述断路器外壳(12)的内部设置有静触头(1)、动触头(4)、引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统(60)和灭弧装置(30)；其中，所述动触头(4)和所述静触头(1)上下相对设置，所述灭弧装置(30)位于引弧系统之上、置于断路器外壳相适配的槽中；所述磁吹系统中的铁心系统(70)的中部位于静触头(1)内部，两端部置于与断路器外壳相适配的槽中，绝缘片(10)放置在铁心系统(70)与静触头(1)内部平面之间，导磁系统(80)位于灭弧装置两侧且置于断路器外壳相适配的槽中，导磁系统(80)与灭弧装置(30)之间放置绝缘板系统(60)，并且，动触头(4)的电流使所述磁吹系统的铁心系统(70)和导磁系统(80)产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到所述灭弧装置。
本发明提供的应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器具有以下优点：
(1)灭弧装置体积大、灭弧栅片数量多；铁心和左右导磁板组成磁吹系统，磁吹系统产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到灭弧装置，引弧片在电弧进入灭弧栅片前快速拉长电弧，隔弧件罩在灭弧栅片两侧，隔弧件在电弧的灼烧下分解大量气体，气体介质增强了对电弧去游离能力。由此全面提高了灭弧效果。
(2)还具有结构简单和安装方便的优点。
附图说明
图1为本发明提供的引弧系统的各部件之间装配关系的完整示意图；
图2为引弧系统中引弧片的结构示意图；
图3为本发明提供的磁吹系统的各部件空间分布示意图；
图4为磁吹系统中的铁心系统的结构示意图；
图5为本发明提供的灭弧装置的各部件空间分布和安装关系示意图；
图6为图5处于分闸状态时的剖面图；
图7为灭弧装置处于合闸状态时的剖面图；
图8为本发明提供的灭弧室的结构示意图；
图9为本发明提供的灭弧装置的安装关系示意图；
图10为本发明提供的塑壳断路器外壳内灭弧结构的装配关系示意图；
图11为本发明提供的磁吹系统和塑壳断路器外壳之间装配关系的完整示意图；
图12为本发明提供的灭弧结构的灭弧原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种应用于塑壳断路器的灭弧结构，灭弧结构优点为：引弧系统快速移动和拉长电弧，解决了动触头与静触头之间开距不能再增大的问题；磁吹系统增强了电弧的电动力，加快了电弧移动速度；灭弧装置增加了灭弧栅片的数量，提高了电弧电压，从而提高了的电弧的分断能力。
结合图1-图12，本发明提供一种应用于塑壳断路器的灭弧结构，包括：引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统60和灭弧装置30。下面对各部件分别详细介绍：
(1)引弧系统
结合图1-图2，引弧系统包括引弧片50、绝缘罩3和绝缘片10；静触头1的顶部设置静触点1.1；引弧片50包括底部51、顶部53以及连接在底部51和顶部53之间的倾斜部52，引弧片具体的倾斜角度根据实际需求灵活设置，作为一种优选方式，引弧片50的底部51与倾斜部52夹角a在105°～140°范围内；引弧片50的顶部53与倾斜部52夹角在105°～140°范围内。引弧片50的顶部53与静触点1.1焊接；引弧片50的底部51悬空。
引弧片的作用为：由于动触头设置有动触点，静触头设置有静触点；动触点和静触点分离时产生电弧；而引弧片顶部与静触点采用焊接或铆接型式，因此，可引导动触头和静触头分离时产生的电弧。
绝缘罩3为半封闭型腔结构，采用受热产气材料，所采用的受热产气材料为现有技术中已公开的一种材料，例如，可采用以下材料：尼龙中添加有氢氧化铝，当氢氧化铝受热时产生二氧化铝和水蒸汽。绝缘罩3罩在静触头1的外表面上。
绝缘片10为长方形平面11的结构，放置在静触头1的内部平面上。绝缘片的作用在后续介绍磁吹系统时详述。
(2)灭弧装置
结合图5-图9，灭弧装置30包括灭弧室20和隔弧系统90；灭弧室20设置于静触头1的上方；灭弧室20包括左隔板21、右隔板22和n个多边形的灭弧栅片23，n为自然数；各个灭弧栅片23自上而下同轴心设置；每个灭弧栅片23的中心位于静触点1.1的正上方；每个灭弧栅片23包括切弧槽23.1以及位于切弧槽23.1两侧的第1伸长部23.2和第2伸长部23.3。
隔弧系统90包括左隔弧件91和右隔弧件92，采用受热产气材料，所采用的受热产气材料为现有技术中已公开的一种材料，例如，可采用以下材料：尼龙中添加有氢氧化铝，当氢氧化铝受热时产生二氧化铝和水蒸汽。左隔弧件91和右隔弧件92均为空腔结构，并且具有n个隔槽，n为自然数；左隔弧件91和右隔弧件92分别罩在第1伸长部23.2和第2伸长部23.3的外部；
(3)绝缘板系统
绝缘板系统60包括左绝缘板61和右绝缘板62。
(4)磁吹系统
结合图3-图4，磁吹系统包括铁心系统70和导磁系统80；其中，铁心系统70包括n个长方形铁心，n为自然数，铁心采用软磁材料；铁心系统70设置于静触头1的内部，并且，铁心系统70位于静触点1.1的正下方，铁心系统70的底部与绝缘片10相接触，进而使铁心系统70与静触头1之间绝缘。
在铁心系统和静触头1之间设置绝缘片10的原因为：防止引弧片50部分与静触头接触。因为，如果引弧片和静触头接触，将改变电流的流动方向，一方面降低了动触头与静触头的电动斥力、影响动触头与静触头分离速度。另一方面，降低了动触头与静触头之间的磁场强度，影响电弧移动速度。
导磁系统80包括左导磁板81和右导磁板82；左导磁板81和右导磁板82为长条结构，均采用软磁材料，对称设置于铁心系统70的两侧上方，左导磁板81和右导磁板82均与铁心系统70不直接接触；此外，左导磁板81和右导磁板82置于灭弧室20外壳左右两侧，在左导磁板81和右导磁板82之间形成磁场空间，因此，灭弧室20置于磁场空间，根据左手定理，磁场空间所产生的磁力作用于进入灭弧室的电弧，使电弧加速向灭弧室出口方向移动。
需要说明的是，左导磁板、右导磁板均与铁心不直接接触，存在间隙的目的为：因为铁心靠近静触头，因此，铁心有可能带电。如果铁心和左右导磁板接触，则会使左右导磁板也带电，从而影响灭弧过程。因此，铁心与左右导磁板需要存在间隙，从而避免左右导磁板带电。
此外，在左导磁板81和灭弧室20的外壳之间安装左绝缘板61；在右导磁板82和灭弧室20的外壳之间安装右绝缘板62。设置左右绝缘板的目的为：防止导磁板将灭弧室中的灭弧栅片短接。因此如果短接、灭弧栅片就不能切断电弧，从而不能发挥切断电弧的效果。
结合图10-图12，本发明还提供一种塑壳断路器，包括断路器外壳12，断路器外壳12的内部设置有静触头1、动触头4、引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统60和灭弧装置30；其中，动触头4和静触头1上下相对设置，灭弧装置30位于引弧系统之上、置于断路器外壳相适配的槽中；磁吹系统中的铁心系统70的中部位于静触头1内部，两端部置于与断路器外壳相适配的槽中，绝缘片10放置在铁心系统70与静触头1内部平面之间，导磁系统80位于灭弧装置两侧且置于断路器外壳相适配的槽中，导磁系统80与灭弧装置30之间放置绝缘板系统60，并且，动触头4的电流使磁吹系统的铁心系统70和导磁系统80产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到灭弧装置。
其工作原理为：
动触头在洛仑兹力和霍姆力共同作用下向上打开，同时动触头和静触头中间的空气被击穿产生电弧，流经静触头和动触头的电流使铁心产生磁力线向内的磁场，电弧在电磁力的作用下沿引弧片向灭弧装置快速移动，电弧在进入灭弧栅片之前快速拉长、并向灭弧栅片快速移动；灭弧栅片切断和冷却电弧使电弧迅速熄灭；同时，电弧产生巨大的热量加热周围的空气以及电弧灼烧，由于绝缘罩和隔弧件采用产气材料，一方面，由于动触点与静触头所在的腔室通过出气口与灭弧室连通，因此，气体流动有利于推动电弧通过出气口进入到灭弧室中，另一方面，绝缘件汽化过程可以吸收大量热量，从而降低电弧温度，也有利于电弧熄灭。在图12中，A1-A2-A3代表动触头和静触头打开过程中，电弧运动方向，即：电弧从A1位置运动到A2位置，再继续运动到A3位置。B1-B2-B3代表动触头和静触头打开过程中，电流运动方向，即：电流从B1位置运动到B2位置，再继续运动到B3位置。C代表绝缘罩和隔弧件所产生的气流运动方向。
本发明提供的应用于塑壳断路器的灭弧结构以及塑壳断路器具有以下优点：
(1)灭弧装置体积大、灭弧栅片数量多；铁心和左右导磁板组成磁吹系统，磁吹系统产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到灭弧装置，引弧片在电弧进入灭弧栅片前快速拉长电弧，隔弧件罩在灭弧栅片两侧，隔弧件在电弧的灼烧下分解大量气体，气体介质增强了对电弧去游离能力。由此全面提高了灭弧效果。
(2)还具有结构简单和安装方便的优点。
以上所述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本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，包括：引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统(60)和灭弧装置(30)；
其中，所述引弧系统包括引弧片(50)、绝缘罩(3)和绝缘片(10)；静触头(1)的顶部设置静触点(1.1)；所述引弧片(50)包括底部(51)、顶部(53)以及连接在所述底部(51)和所述顶部(53)之间的倾斜部(52)；所述引弧片(50)的所述顶部(53)与所述静触点(1.1)焊接；所述引弧片(50)的所述底部(51)悬空；所述绝缘罩(3)为半封闭型腔结构，罩在所述静触头(1)的外表面上；所述绝缘片(10)为长方形平面(11)的结构，放置在所述静触头(1)的内部平面上；
所述灭弧装置(30)包括灭弧室(20)和隔弧系统(90)；所述灭弧室(20)设置于所述静触头(1)的上方；所述灭弧室(20)包括左隔板(21)、右隔板(22)和n个多边形的灭弧栅片(23)，n为自然数；各个所述灭弧栅片(23)自上而下同轴心设置；每个所述灭弧栅片(23)的中心位于所述静触点(1.1)的正上方；每个所述灭弧栅片(23)包括切弧槽(23.1)以及位于所述切弧槽(23.1)两侧的第1伸长部(23.2)和第2伸长部(23.3)；所述隔弧系统(90)包括左隔弧件(91)和右隔弧件(92)；所述左隔弧件(91)和所述右隔弧件(92)均为空腔结构，并且具有n个隔槽，n为自然数；所述左隔弧件(91)和所述右隔弧件(92)分别罩在所述第1伸长部(23.2)和所述第2伸长部(23.3)的外部；
所述绝缘板系统(60)包括左绝缘板(61)和右绝缘板(62)；
所述磁吹系统包括铁心系统(70)和导磁系统(80)；其中，所述铁心系统(70)包括n个长方形铁心，n为自然数；所述铁心系统(70)设置于所述静触头(1)的内部，并且，所述铁心系统(70)位于所述静触点(1.1)的正下方，所述铁心系统(70)的底部与所述绝缘片(10)相接触，进而使所述铁心系统(70)与所述静触头(1)之间绝缘；所述导磁系统(80)包括左导磁板(81)和右导磁板(82)；所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)为长条结构，对称设置于所述铁心系统(70)的两侧上方，所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)均与所述铁心系统(70)不直接接触；此外，所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)置于所述灭弧室(20)外壳左右两侧，在所述左导磁板(81)和所述右导磁板(82)之间形成磁场空间，因此，所述灭弧室(20)置于所述磁场空间，所述磁场空间所产生的磁力作用于进入灭弧室的电弧，使电弧加速向灭弧室出口方向移动；
在所述左导磁板(81)和所述灭弧室(20)的外壳之间安装所述左绝缘板(61)；在所述右导磁板(82)和所述灭弧室(20)的外壳之间安装所述右绝缘板(62)。
2.根据权利要求1所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，所述引弧片(50)的底部(51)与倾斜部(52)夹角a在105°～140°范围内；所述引弧片(50)的顶部(53)与倾斜部(52)夹角在105°～140°范围内。
3.根据权利要求1所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，所述铁心系统(70)的铁心采用软磁材料。
4.根据权利要求1所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，所述导磁系统(80)采用软磁材料。
5.根据权利要求1所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，所述绝缘罩(3)采用受热产气材料。
6.根据权利要求1所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构，其特征在于，所述隔弧系统(90)采用受热产气材料。
7.一种塑壳断路器，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的应用于塑壳断路器的灭弧结构。
8.根据权利要求7所述的塑壳断路器，其特征在于，包括断路器外壳(12)，所述断路器外壳(12)的内部设置有静触头(1)、动触头(4)、引弧系统、磁吹系统、绝缘板系统(60)和灭弧装置(30)；其中，所述动触头(4)和所述静触头(1)上下相对设置，所述灭弧装置(30)位于引弧系统之上、置于断路器外壳相适配的槽中；所述磁吹系统中的铁心系统(70)的中部位于静触头(1)内部，两端部置于与断路器外壳相适配的槽中，绝缘片(10)放置在铁心系统(70)与静触头(1)内部平面之间，导磁系统(80)位于灭弧装置两侧且置于断路器外壳相适配的槽中，导磁系统(80)与灭弧装置(30)之间放置绝缘板系统(60)，并且，动触头(4)的电流使所述磁吹系统的铁心系统(70)和导磁系统(80)产生磁力线向内的磁场，该磁场加速电弧通过引弧系统进入到所述灭弧装置。
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