CN107004529A - 电弧控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电弧控制设备(1，50)，其包括：接触区(2)，其中设置至少一个静态接触部(3)和至少一个能够相对静态接触部(3)移动的接触部(4)，接触部(3，4)能够彼此接触，而且能够彼此分开；以及招弧角(10)，其面对静态接触部(3)。招弧角(10)的高度hc不短于静态接触部(3)的高度ht，招弧角(10)具有在其自身上折叠的电弧切换部(12)，电弧切换部相对于静态接触部(3)的方向上延伸。

Description

电弧控制设备

技术领域

本发明涉及的技术领域为电弧断路器设备。

背景技术

当断开电路时，电接触部之间会起电弧。电弧在网路中产生逆电动势(emf)，其趋于反抗网路的电源。在交流电(AC)网路中，穿过断路器装备的终端的电流的幅值周期性地穿过零点。例如，在50赫兹(Hz)的网路中，每10毫秒(ms)就发生电流穿过零点。当电流穿过零点时，导电弧突然冷却，电弧的等离子体的离子然后复合。依据灭弧(coupure)技术(分离或延长)、污秽程度以及等离子体类型，该复合更快或更慢地发生。该复合使得断路能够承受仍存在于网路终端的网路电压。如果不是这样，则电击穿重新开启断路中的电弧，直至下次电流穿过零点。

大于网路电压的电弧电压使得该介电复合现象能够早于电流自然穿过零点而启动，从而增加断开电流的几率。

但是，由于产生的电弧可能腐蚀电接触部，所以现有的断路设备存在问题。该腐蚀可能影响这样的断路设备的使用寿命。

因此，需要提高了使用寿命的新型断路器设备，其中电弧导致的接触部的腐蚀受到了限制。

发明内容

为此，在第一方面，本发明提出一种电弧断路器设备，包括：

·接触区，其中存在至少一个静态接触部和至少一个能够相对静态接触部移动的可移动接触部，所述接触部能够彼此接触，而且能够彼此分开；以及

·招弧角，其面对静态接触部，招弧角的高度大于或等于静态接触部的高度，招弧角具有向后折叠的电弧切换部，电弧切换部在远离静态接触部的方向上延伸。

因为向后折叠切换部的存在，招弧角用来将电弧推回断路器设备后方，以改进电弧的分离，并且使电弧远离静态接触部而移动。电弧从静态接触部向招弧角的移动还用于减少静态接触部的腐蚀，这是因为电弧与静态接触部之间的接触有限，从而能够提高断路器设备的使用寿命。电弧切换部构成了被电弧消耗的牺牲元件而不是消耗静态接触部，因此提高了静态接触部的使用寿命，并从而提高了断路器设备的使用寿命。

在一个实施方案中，形成电弧切换部的材料的状态变化温度可以高于形成静态接触部的材料的状态变化温度。这在例如招弧角由钢制成、静态接触部由铜制成时应用。

从而，形成电弧切换部的材料的融化温度或蒸发温度可以分别高于形成静态接触部的材料的融化温度或蒸发温度。

使用这样的招弧角，对于减少静态接触部和招弧角的腐蚀是有益的，因为招弧角由能承受电弧腐蚀的材料组成。因此，这样的配置能够进一步延长断路器设备的寿命。

在一个实施方案中，断路器设备出现在箱体中，招弧角的宽度L等于所述箱体的内部宽度。

使用这样的招弧角，能够减小或甚至避免等离子体气体横向将其绕过。因此，这使得气体遵循的路径延长，并从而使得气体在排放到断路器设备外之前得到更好的冷却。这样的配置有益地用于最小化断路器设备外的电势电弧。

在一个实施方案中，断路器设备可以进一步包括灭弧腔，其包含电弧分离板的堆叠，该电弧分离板的堆叠面对招弧角。

这样的设备用于进一步提高设备的断路能力，从而进一步限制电弧导致的电接触部的腐蚀。

在变化形式中，断路器设备不需要具有电弧分离板的堆叠。

这样的设备有益地提供了简单且便宜的消除电弧的方案。

附图说明

本发明的其他特性和优点由作为非限制性的示例提供并参考附图的本发明的特定实施方案的如下描述而显现，在附图中：

·图1至图3显示了本发明的断路器设备的第一示例；

·图4显示了图1至图3所示的断路器设备的细节；

·图5至图8显示了图1至图3的断路器设备中的电弧的表现如何；以及

·图9显示了本发明的断路器设备的变化形式。

具体实施方式

图1显示了本发明的电弧断路器设备1的示例。所示设备用于在空气中灭弧。断路器设备1具有接触区2，在接触区中，存在至少一个静态接触部3和至少一个可移动接触部4，可移动接触部能够相对于静态接触部3移动。接触部3和4可以彼此接触，并且其可以彼此分开，示例中显示的可移动接触部4被配置为，当接触部分开时，绕枢轴进行旋转移动。接触头3和静态支撑部15形成静态子组件，其使得断路器设备1能够连接在电子装置中。接触头3可以由金属材料制成，例如由铜制成。当可移动接触部4与接触头3接触时，电在这些元件之间流动。当可移动接触部4与接触头3分开时，电不再在这些元件之间流动。

显示的断路器设备是双断旋转断路器设备，其具有两个刀片并且灭两个电弧(见图2)。对于一些其他类型的断路器设备，例如刀片单断旋转式或刀片平移的双断式断路器设备都不超过本发明的范围。

另外，断路器设备1包括招弧角10，其面对静态支撑部15上的接触头3。招弧角10通过机械连接固定至静态支撑部15。招弧角10具有衬片14和电弧切换部12。招弧角由导电材料制成，例如，招弧角10可以由金属材料制成，例如由钢制成。在显示的示例中，衬片14接触静态支撑部15，但是不超过本发明的范围的是，招弧角10不接触静态接触部15而是固定至构成断路器设备的外壳的箱体。在这些情况下，招弧角10与静态支撑部15之间的距离可以小于或等于例如1微米(mm)。可移动接触部4产生的电弧会在电弧切换部12上移动，如下详细所述。

如图所示，招弧角10的高度h_c对应于电弧切换部12的端部13所呈现的高度，其大于接触头3的高度。电弧切换部12向后折叠，并且在对着静态接触部3的方向上延伸(即，其延伸远离静态接触部3)。如图所示，切换部12形成弯曲部12a。招弧角10的高度h_c和弯曲部12a所呈现的高度h'_c都大于接触头3的高度h_t，如示例所示。高度h_c、h'_c和h_t从静态接触部15的面对招弧角10的表面S起，垂直于表面S地进行测量。

断路器1设置在箱体35中。在显示的示例中，箱体包括两个半箱体的组合(见图2和图3)。连同另一半箱体(未显示)，半箱体形成断路器设备的外壳。该壳体使得断路器设备能够安装在电子装置中。招弧角10的宽度等于箱体35的内部宽度，以减少甚至防止等离子体气体横向绕过所述招弧角10。图4显示了招弧角，并且示出了其宽度足以限制气体可以横向将其绕过的程度。招弧角10的宽度L对应于垂直于其高度所测量的最大尺寸。

另外，图1中显示的示例中的断路器设备1包括灭弧腔20，其具有分离板21的堆叠。电弧分离板21安装在板支撑部22上(见图3)。将分离板21安装在板支撑部22上能够形成刚性的灭弧腔20。分离板21由例如软钢制成。作为示例，板支撑部22可以由硫化卡(cartonvulcanisé)制成。在变化形式中，分离板可以直接安装在构成断路器设备的外壳的箱体上。显示的灭弧腔20具有多个堆叠的分离板21，例如至少三个堆叠的分离板21，例如至少五个堆叠的分离板21。作为示例，当在垂直于分离板延伸的平面的方向上观察时，分离板可以是V形或U形。

尤其如图1所示，在接触部3和4分开后，形成电弧30。电弧30在最后电接触的位置触发。电弧30受制于电流流动引起的拉普拉斯(或洛伦兹)力，该流动由曲线31表示。电弧30处于电流环路中，作用在环路上的拉普拉斯力倾向于将其打开。该效应通常称为环路效应。作用在电弧30上的拉普拉斯力倾向于将电弧30推向断路器1的后方。

下面描述接触部3和4之间产生的电弧30的表现。

接触部继续其分开的移动。电弧30然后移动向接触头3的端部3a和可移动接触部4的端部4a(见图5)。来自冷却了的电弧的等离子体可以遵循由箭头32表示的预定路径。因为使用了宽度足够的招弧角10，所以气体遵循了更长的路径，从而在排放到断路器设备外之前得到了更好的冷却。其可以有益地用于最小化断路器设备外的电势电弧。该等离子体气体的主要部分偏向排放孔口40，并且在由切换部12和最接近其的分离板限定的空间内流动。该气体使得接近招弧角的介质处于更好的电击穿条件(介电强度随温度上升而下降)。

接触部继续其分开的移动。在接触头的端部的电弧(图6中示意性显示的配置P1)然后切换至招弧角10的切换部12上(配置P2)，这是因为其长度在切换后变短。这样的切换可以这样解释：电弧优选地沿着具有尽可能小的“阻抗”的路径延伸，在该示例中，这对应于长度尽可能短的路径。该切换由电击穿现象造成。此外，配置P1中的电弧还受制于电流流动导致的环路效应，其倾向于使电弧变形，并使电弧具有曲线形状(见图6中的虚线配置P')。该变形可以进一步便于到招弧角上的切换。在显示的示例中，可移动接触部4在接触部分开的过程中旋转，电弧在切换到招弧角上时径向移动，即垂直于可移动接触部的旋转轴地移动。

在切换后，招弧角旁的电弧的根部受制于环路效应(电流流动31)导致的拉普拉斯力(图6中显示的箭头)，其向断路器设备的后方推动电弧。由此，因为电弧非常高的温度，电弧的根部腐蚀切换部12。从而，切换部12而不是静态接触部3构成了断路器设备消耗的牺牲部。这能够延长断路器设备的接触部可以使用的时间，从而提高断路器设备的使用寿命。

接触部仍继续其分开的移动。电弧穿透进入灭弧腔并且分离。从而，其维持特定的固定的电压水平(阴极电压下降，阳极电压在各种电弧根部下降)，并且其冷却(电弧与分离板之间的交换用来增加阻抗)。在接触部完全分开后，电弧在灭弧腔中完全分离(见图7和图8)。

在没有分离板的情况下也可以应用该灭弧原理，从而能够提供简化的断路器设备50，如图9所示。电弧从接触头3到招弧角10上的切换如同有灭弧腔一样地发送。在切换后，电弧不再稳定在灭弧腔，而是延长至断路器设备50的后方。该延长由环路效应导致的拉普拉斯力产生。延长使得电弧增加其阻抗。电弧沿箱体的内壁延长，从而倾向于冷却电弧，并且还倾向于增加其阻抗。电弧根部变为稳定在切换部12的端部，该区作为牺牲区，如上所述。

本发明的断路器设备可以用于断开直流电(DC)或交流电(AC)。本发明的断路器设备可以用在低压范围(U_AC≤1000伏特(V)和U_DC≤1500V)。

术语“包括/包含/含有”应当理解为“包括/包含/含有至少一个”。

术语“在……至……的范围内”应当理解为包括边界。

Claims (4)

1.一种电弧断路器设备(1；50)，包括：

·接触区(2)，其中存在至少一个静态接触部(3)和至少一个能够相对静态接触部(3)移动的可移动接触部(4)，接触部(3；4)能够彼此接触，而且能够彼此分开；以及

·招弧角(10)，其面对静态接触部(3)，招弧角(10)的高度h_c大于或等于静态接触部(3)的高度h_t，招弧角(10)具有向后折叠的电弧切换部(12)，电弧切换部在远离静态接触部(3)的方向上延伸；

该设备在箱体中，并且招弧角(10)的宽度L等于所述箱体的内部宽度。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，其进一步包括灭弧腔(20)，灭弧腔包含电弧分离板(21)的堆叠，该电弧分离板的堆叠面对招弧角(10)。

3.根据权利要求1所述的设备(50)，其特征在于，其不包括电弧分离板的堆叠。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备(1；50)，其特征在于，形成电弧切换部(12)的材料的状态变化温度高于形成静态接触部(3)的材料的状态变化温度。