CN108022813A - 模制壳体断路器的灭弧单元 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于模制壳体断路器的灭弧单元，并且更具体地说，涉及具有双重布置在熄灭部中的以提高灭弧性能的栅格用于模制壳体断路器的灭弧单元。根据本公开的实施方式，用于模制壳体断路器的灭弧单元包括面向彼此布置的一对侧板以及布置在限定于成对侧板之间的空间中的多个栅格，其中此栅格包括布置在成对侧板的前部的多个第一栅格，以及布置在成对侧板的后部的多个第二栅格，其中在第一栅格与第二栅格之间限定用于再分割电弧的再分割空间。

Description

模制壳体断路器的灭弧单元

技术领域

本公开涉及用于模制壳体断路器的灭弧单元，并且更具体地说，涉及具有双重布置在熄灭部中的以提高灭弧性能的栅格的用于模制壳体断路器的灭弧单元。

背景技术

通常来说，模制壳体断路器(MCCB)是在电流过载或短路情形中通过自动地切断电路来保护电路与负载的电气装置。

图1是示出根据现有技术的模制壳体断路器的纵向横截面视图。根据现有技术的MCCB包括固定接触臂2a与可移动接触臂2b，固定接触臂2a与可移动接触臂2b构成了设置在由绝缘材料形成的壳体1中以连接或断开电源侧与负载侧之间的回路的接触部分；打开与闭合机构3，其提供用于使可移动接触臂2b旋转的能量；熄灭部4，其设置为熄灭在故障电流中断时产生的电弧；以及用于检测异常电流的检测机构5。

当通过使可移动接触臂2b与固定接触臂2a分离而使故障电流的流动中断时，在固定接触臂2a与可移动接触臂2b之间产生电弧。电弧的强度与电流的大小成比例。当大气中的气体立即地达到等离子状态时产生电弧。电弧中心处的温度达到8,000℃到12,000℃并且电弧具有爆炸膨胀压力。此电弧熔化且消耗接触臂，并且使绝缘材料劣化或损坏。相应地，电弧的阻力显著地影响MCCB的性能。因此，电弧在熄灭部4中被快速地中断与熄灭并且从熄灭部4排放。

如上所述，在MCCB中，在故障电流的情形中触发倾翻操作以及熄灭与释放根据电流产生的电弧是通过切断故障电流保护产品、负载与缆线的核心操作，并且与断路器的性能直接地相关。

图2和图3是电弧熄灭部的部分细节图。图2是随着接触部分示出的灭弧部的侧视图，并且图3时灭弧部的立体图。

可移动接触臂2b可枢转地联接到轴6，此轴通过从打开与闭合机构3传送的能量旋转。其中固定接触臂2a的固定触头与可移动接触臂2b的可移动触头相遇的接触部分布置在熄灭部4的侧板内部。

主要地用于MCCB的灭弧部的灭弧单元，是使用金属板的冷阴极式灭弧室。灭弧单元由垂直布置的栅格4b形成，此栅格由具有V状凹槽并且相对于电弧产生路径彼此隔开适当距离的钢板制成。当接触臂2a和2b分离并且产生电弧时，电弧移动到侧板4a内的栅格4b。电弧通过栅格4b冷却并且在栅格4b之间分成短的电弧，由此电弧电压增加并且电流减小。此外，在构成熄灭部的绝缘板(未示出)中产生的熄灭气体增加了壳体的内部压力，在高压下压缩电弧并且抑制自由电子的释放，由此快速地熄灭电弧并且恢复极间电压。

如上所述，使接触臂之间的基于电弧的接触消耗最小化以及在短路情形中通过快速地熄灭电弧抑制熔化投射物，在执行MCCB的基本功能中是重要因素。

根据现有技术的MCCB具有经由通过增加在短路击穿过程中产生的电弧电压来抑制短路电流而在短时间内中断故障电流的电流阻挡能力。然而，如果在短路击穿中在触头之间产生的电弧未通过待熄灭的栅格完全地冷却，那么在熄灭室中的栅格可能受损或者甚至塌陷、故障由于通过栅格的熔化产生的投射物而发生、以及接触的消耗量可能增加。此外，尽管MCCB变得紧凑，但是要求增加的断开能力。因此，需要增强MCCB的熄灭性能。

发明内容

本公开致力于解决上述问题，并且本公开的目的是提供一种用于模制壳体断路器的灭弧单元，其具有双重布置在熄灭部中以便改进灭弧性能的栅格。

本公开的目的不限于上述目的并且本领域的普通技术人员通过下面的描述可以理解其它目的和优点。此外，易于理解的是可以通过在所附权利要求及其组合中叙述的方式实践本公开的目的与优点。

根据本公开的一个方面，一种用于模制壳体断路器的灭弧单元，包括面向彼此布置的一对侧板以及布置在限定于所述一对侧板之间的空间中的多个栅格，其中所述栅格包括布置在所述一对侧板的前部的多个第一栅格，以及布置在所述一对侧板的后部的多个第二栅格，其中在第一栅格与第二栅格之间限定了用于再分割电弧的再分割空间。

这里，第一栅格相对于壳体的底部表面沿着向后方向以第一倾斜角向上倾斜，并且所述第二栅格相对于所述壳体的所述底部表面沿着所述向后方向以第二倾斜角向上倾斜。

第二倾斜角可以大于第一倾斜角。

每个第一栅格的前部都可以设有第一切除部分，第一切除部分提供可移动接触臂能够旋转的空间以及电弧能够分割的空间。

每个第二栅格的前部都可以设有第二切除部分，此第二切除部分提供了能够再分割电弧的空间。

第一栅格的数量可以等于第二栅格的数量。

第一栅格可以从侧板的前部部分地突出，并且第二栅格可以从侧板的后部部分地突出。

每个侧板都设有允许第一栅格安装到其中的第一安装孔以及允许第二栅格安装到其中的第二安装孔。

在第一栅格与第二栅格之间可以限定中间空间。

第二栅格可以短于第一栅格。

在其中心处具有切除部分与突出部的辅助栅格可以设置在第一栅格的顶部上。

根据本公开的模制壳体断路器的灭弧单元，栅格水平地双重布置在熄灭部中，并且由此电弧的分割与冷却发生两次。由此，可以提高熄灭性能。

此外，在第一栅格与第二栅格之间形成中间空间，并且由此可以进一步增强分割与冷却电弧的效果。

附图说明

图1是示出根据现有技术的模制壳体断路器的示意图。

图2是图1中的熄灭部的局部细节图。

图3是图1中电弧室的立体图。

图4是示出根据本公开的实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元应用到其上的模制壳体断路器的侧视图。

图5至图7是示出根据本公开实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元的立体图图、侧视图、以及平面图。

图8是示出根据本公开的另一个实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元的侧视图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细地描述本发明的实施方式。应该理解的是，本发明不限于下面的实施方式，并且仅出于描述性目的而提供了所述实施方式。

图4是示出根据本公开的实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元应用到其上的模制壳体断路器的侧视图。图5至图7是示出根据本公开实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元的立体图、侧视图、以及平面图。在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的各实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元。

根据本公开的实施方式的用于模制壳体断路器的灭弧单元包括一对侧板20与灭弧部，其包括布置在成对侧板20之间并且彼此隔开预定距离的多个栅格。栅格包括布置在成对侧板20的前部的多个第一栅格30以及布置在成对侧板20的后部的多个第二栅格40。在第一栅格30与第二栅格40之间形成其中电弧可以再分割的再分割空间S2。

MCCB设有基部组件10，基部组件10能够将接触部分与熄灭部容纳在壳体(未示出)中。在多极MCCB的情形中，可以设有尽可能多相态的基部组件10。

在基部组件10中设有连接到负载侧电路或电源侧电路的固定接触臂11以及可以与固定接触臂11接触或分离的可移动接触臂12。可移动接触臂12联接到轴组件13，轴组件13通过来自打开与闭合机构(未示出)的能量旋转，并且可移动接触臂12可以通过轴组件13旋转。当可移动接触臂12使固定接触臂11旋转并且与固定接触臂11接触时，电流施加到电路。当可移动接触臂12与固定接触臂11断开连接时，切断电路。灭弧部设置在固定接触臂11的固定触头11a与可移动接触臂12的可移动触头12a之间的接触部分周围。

灭弧部包括一对侧板20与栅格30和40。成对侧板20彼此对称地面向以形成一对侧壁，并且栅格30与40布置在成对侧板20之间，使得多个钢板平行布置并且彼此隔开预定距离。在灭弧部中形成其中电弧可以由侧板20与栅格30和40围绕并且熄灭的内部空间。

当电路处于正常状态中时，由于固定接触臂11的固定触头11a与可移动接触臂12的可移动触头12a连接到彼此，因此电流流动。当在电路中产生故障电流时，可移动接触臂12通过机构(未示出)旋转，并且由此可移动触头12a与固定触头11a分离并且切断电流。此时，在可移动触头12a与固定触头11a之间产生具有高温与高压的电弧。

在电路中，当固定接触臂与可移动接触臂断开连接时电流中断，并且当固定接触臂与可移动接触臂彼此接触时允许电流流动。当可移动触头与固定触头断开连接时，由于电流的惯性而产生电弧。即在固定接触臂11与可移动接触臂12之间产生电弧。此电弧是当用作绝缘体的大气改变为等离子状态的导体时由于由电压造成介电击穿所发生的现象。电弧与电流的大小成比例增加。在电弧的中心处的温度从8,000℃变化到12,000℃，并且电弧具有爆炸膨胀压力。相应地，电弧熔化且消耗接触臂，并且使绝缘材料劣化或损坏。

当电弧进入栅格30与40之间的空间时，电弧被分成短电弧。由此，电弧电压增加。电弧电压通过存在于熄灭部中的诸如SF6的灭弧气体而进一步增加。由此，通过释放抑制的自由电子熄灭电弧。

侧板20可以对称地成对设置。侧板20优选地由绝缘材料制成。因此，在中断时刻产生的电弧可以被侧板20反射并且通过栅格30和40收集。

侧每个板20都可以具有多个第一安装孔21和22以及多个第二安装孔23。第一安装孔21和22形成在侧板20的前部(在附图中右侧，即面向MCCB的中心部分的部分将称作为前部，并且在附图中左侧，即设有排放端口的部分将称作为后部)。第一栅格30可以联接到第一安装孔21和22。第二安装孔23可以形成在侧板20的后部上，并且第二栅格40可以联接到第二安装孔23。

栅格30和40设置为吸收与熄灭电弧。栅格30和40包括设置在成对侧板20的前部的多个第一栅格30以及设置在成对侧板20的后部的多个第二栅格40。

第一栅格30可以形成为平板。第一栅格30可以由钢铁形成以方便电弧的吸入。用于将第一栅格30联接到侧板20的第一安装突出部31和32可以以突出方式形成在第一栅格30的两侧。通过将第一安装突出部31和32安装在第一安装孔21和22中而将第一栅格30安装在侧板20上。为确保第一栅格30与侧板20之间的稳定联接，可以在第一安装突出部31和32上执行嵌缝操作。

第一栅格30设有第一切除部分33。通过将第一栅格30的前部(在附图中右部)的中心部分切除来形成第一切除部分33。第一切除部分33设置为限定可移动接触臂12可以操作的空间和可以分割电弧的空间。第一切除部分33可以形成为V状凹槽、U状凹槽等。第一切除部分33的中心部分可以设置有通过切除其一部分而形成的凹槽。由于凹槽另外地形成在第一切除部分33中，因此可以进一步提高灭弧单元的分割性能。

灭弧单元设有多个第一栅格30。多个第一栅格30可以以多层布置在侧板20上，使得第一栅格30彼此隔开预定距离。相应地，电弧可以经过的第一通道P1设置在以多层布置的多个第一栅格30之间。作为在堆叠的第一栅格30中提供的间距的第一间距w1，可以考虑电弧的分割与抽吸力适当地设置。这里，第一通道P1的宽度与不包括第一栅格30的厚度的第一间距w1相应。

第一栅格30可以倾斜地布置在侧板20上。第一栅格30可以布置为相对于壳体的底部表面或基部组件10或水平面形成第一倾斜角α，以便沿着向后方向向上倾斜。由此，易于吸收沿着径向方向分散与散射的电弧。如上描述的倾斜布置的第一栅格30可以设置为围绕电弧同时形成与可移动接触臂12的旋转方向几乎垂直的平面。

由于多个第一栅格30堆叠在侧板20上，因此在由第一切除部分33围绕的第一栅格30的内部处形成第一分割空间S1。在故障电流的中断时产生的电弧主要在第一分割空间S1中进行分割并且进入堆叠的第一栅格30之间的空间，即第一通道P1。当电弧被熄灭气体压缩时，电弧电压升高并且电流减小。当电弧经过第一通道P1时，热量通过第一栅格30消散。

多个第一栅格30可以布置为使得布置在叠层中较高位置处的第一栅格30进一步向前突出。即，布置在最高位置处的第一栅格30可以定位为在布置于最低位置处的第一栅格30上方向前突出预定距离。

辅助栅格39可以设置在第一栅格30的顶部上。辅助栅格39具有与第一栅格30的形状相类似的形状，但是与第一栅格30的区别在于辅助栅格39具有形成在其切除部分的中心处的突出部。当最后一个栅格设置在灭弧部中时，辅助栅格39用于防止电弧漏出到外部。特别地，由于以突出方式形成在切除部分的中心处的突出部被设置为用于阻挡电弧的突出结构，因此能够通过辅助栅格39非常有效地防止电弧的泄露。在图5的立体图、图6的侧视图中示出了辅助栅格39。为了简便，在图7的平面图中未示出辅助栅格39。

第二栅格40布置在成对侧板20的后部。第二栅格40可以具有与第一栅格30的形式类似的形式。第二栅格40可以形成为平板。第二栅格40可以由钢铁材料形成以方便电弧的吸入。

用于将第二栅格40联接到侧板20的第二安装突出部41可以以突出方式形成在第二栅格40的两侧上。通过将第二安装突出部41安装在第二安装孔23中而将第二栅格40布置在侧板20上。为确保第二栅格40与侧板20之间的稳定联接，可以在第二安装突出部41上执行嵌缝操作。

第二栅格40可以形成为短于第一栅格30。考虑到一旦在第一栅格30内，电弧就已经被分割与冷却，由于在第二栅格40内执行电弧的额外分割与冷却，因此第二栅格40可以形成为短于第一栅格30。相应地，尽管两个第一安装突出部31和32形成在第一栅格30上，但是仅一个第二安装突出部41形成在第二栅格40上。

第二栅格40设有第二切除部分43。通过切除第二栅格40的前部(在附图中右部)的中心部分形成第二切除部分43。第二切除部分43设置为限定电能够再分割弧的空间。第二切除部分43可以形成为V状凹槽、U状凹槽等。第二切除部分43可以设有通过部分地切除中心部分而在其中心部分处形成的凹槽。由于凹槽另外地形成在第二切除部分43中，因此可以进一步提高灭弧单元的分割性能。这里，第二切除部分43的面积可以小于第一切除部分33的面积。考虑到其中可移动接触臂12在其中操作的空间以及用于电弧的初始扩散的空间由第一切除部分33提供，那么第一切除部分33优选地形成为大于第二切除部分43。

灭弧单元设有多个第二栅格40，多个第二栅格40可以以多层布置在侧板20上并且彼此隔开预定距离。相应地，电弧可以经过其的第二通道P2设置在以多层布置的多个第二栅格40之间。

可以考虑电弧的分割以及抽吸力而适当地设置作为在堆叠的第二栅格40中提供间距的第二间距w2。这里，第二通道P2的宽度与不包括第二栅格40的厚度的第二间距w2相应。第二间距w2可以等于第一间距w1。此外，第二栅格40可以布置为使得第二通道P2的延伸部连接到第一通道P1的延伸路径。相应地，电弧可以经由第一通道P1平稳地流入到第二通道P2中。当第一间距w1与第二间距w2如上所述彼此相等时，第一栅格30的数量可以等于第二栅格40的数量。

第二栅格40可以倾斜地布置在侧板20上。第二栅格40可以布置为相对于壳体的底部表面或基部组件10或水平面形成第二倾斜角β以便沿着向后方向向下倾斜。由此，电弧气体易于经过第二通道P2移动到排放端口50。这里，第二倾斜角β可以大于或等于第一倾斜角α。可以考虑至排放端口50的距离以及第二栅格40的长度等设定第二倾斜角β。当然，第二倾斜角β确定在锐角范围内。

当第一间距w1与第二间距w2彼此相等并且第一倾斜角α等于第二倾斜角β时，第一栅格30与第二栅格40可以形成对称布置。图6示出了关于线段L-L的对称布置。

为了将排放气体有效地集中在排放端口50处，可以将第二倾斜角β设置为大于第一倾斜角α。

由于多个第二栅格40堆叠在侧板20s上，因此在由第二切除部分43围绕的第二栅格40的内部形成第二分割空间S2。通过第一栅格30的电弧在第二分割空间S2中被再分割并且进入第二栅格40的叠层中的间隙，即第二通道P2。当在第二分割空间S2与第二通道P2中再次分割与冷却电弧时，电弧最终熄灭，并且未留下电弧电流。

多个第二栅格40可以布置为使得第二栅格40在较高位置处进一步向后突出。即，布置在最高位置处的第二栅格40(H)可以定位为在布置于最低位置处的第二栅格40(L)上方向后突出预定距离。来自布置于最低位置处的第二栅格40(L)的栅格的叠层可以定位为逐渐地向后突出。

可以在第一栅格30与第二栅格40之间限定中间空间M。通过使第一栅格30与第二栅格40隔开布置在侧板20内来限定中间空间M。电弧在第一分割空间S1中被分割，经过第一通道P1并且然后排放到中间空间M。然后，电弧在第二分割空间S2中被再分割。最终，电弧通过第二通道P2冷却并且通过排放端口50排放。

电弧在经过第一栅格30时以预定角升高并且在经过第二栅格40时以预定角降低。然而，电弧沿着大体水平的路径移动。即，由于包括第一栅格30与第二栅格40的全部栅格都水平地布置，因此可以增强熄灭与冷却电弧的效果。此外，由于电弧在中间空间M中再混合并且然后在第二分割空间S2中再分割，因此可以使灭弧单元的电弧分割与冷却效果最大化。

图8是示出根据本公开的另一个实施方式的MCCB的灭弧单元的纵向横截面视图。在此实施方式中的部件与在前面实施方式中的部件相同。

在此实施方式中，布置在最高位置处的第一栅格30可以以大于布置在最低位置处的第一栅格30(H)的倾斜角的角度倾斜。优选地，倾斜角可以设置为从在最低位置处的第一栅格30(L)逐渐增加到在最高位置处的第一栅格。相应地，第三通道P3的出口比第三通道P3的入口更宽。经过以此种方式形成的第三通道P3的电弧在第三通道P3的入口处以高速被吸入并且在第三通道P3内部流速被降低。由此，电弧停留在第三通道P3中的持续时间增加，并且由此可以增强电弧冷却效果。

第二栅格40设置在侧板20的后部上并且与第一栅格30隔开。在最高位置处的第二栅格40(H)可以以大于在最低位置处的第二栅格40(L)的倾斜角的倾斜角布置。由此，栅格的叠层的倾斜角可以从在最低位置处的第一栅格30逐渐增加到最高位置处的第一栅格30。相应地，第四通道P4的出口比第四通道P4的入口窄。电弧被分成在其间具有足够间距的多个电弧以方便电弧的再分割并且吸入到第二栅格40中。电弧的流速在第四通道P4中增加，并且由此电弧快速移动到排放端口50。

在根据本公开的实施方式的用于MCCB的灭弧单元中，栅格沿着水平方向双重布置在熄灭部中，并且由此电弧被分割与冷却两次。由此，可以改进熄灭性能。

此外，由于在第一栅格与第二栅格之间形成了中间空间，因此进一步增强了电弧的分割与冷却的效果。

尽管参照其示例性实施方式特别地示出与描述了本公开，但是应该理解的是在不偏离本公开的精神与范围的情况下本公开可以以其它方式体现。因此，在本公开中公开的实施方式不旨在限定本公开的范围，并且本公开的技术构思的范围不是由实施方式限定。即，应该根据所附权利要求理解本公开寻求的保护范围，并且在其等效物的范围内的全部技术构思都应该理解为包括在如权利要求中限定的本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种用于模制壳体断路器的灭弧单元，包括面向彼此布置的一对侧板以及布置在限定于所述对侧板之间的空间中的多个栅格，

其中所述栅格包括：

多个第一栅格，布置在所述一对侧板的前部；以及

多个第二栅格，布置在所述一对侧板的后部，

其中在所述第一栅格与所述第二栅格之间限定了用于再分割电弧的再分割空间，

其中所述第一栅格相对于壳体的底部表面沿着向后方向向上倾斜，并且所述第二栅格相对于所述壳体的所述底部表面沿着所述向后方向向上倾斜。

2.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，所述第一栅格倾斜以便与所述壳体的所述底部表面形成第一倾斜角，并且

所述第二栅格倾斜以便与所述壳体的所述底部表面形成第二倾斜角，

其中所述第二倾斜角大于所述第一倾斜角。

3.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，每个所述第一栅格的前部都设有第一切除部分，所述第一切除部分提供可移动接触臂能够旋转的空间以及能够分割所述电弧的空间。

4.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，每个所述第二栅格的前部都设有第二切除部分，所述第二切除部分提供了能够再分割所述电弧的空间。

5.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，所述第一栅格的数量等于所述第二栅格的数量。

6.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，所述第一栅格从所述侧板的前部部分地突出，并且所述第二栅格从所述侧板的后部部分地突出。

7.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，每个所述侧板都设有允许所述第一栅格安装到其中的第一安装孔21和22以及允许所述第二栅格安装到其中的第二安装孔。

8.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，在所述第一栅格与所述第二栅格之间限定了中间空间。

9.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，所述第二栅格比所述第一栅格短。

10.根据权利要求1所述的灭弧单元，其中，在所述第一栅格的顶部上设置有辅助栅格，该辅助栅格具有切除部分与在其中心处的突出部。