CN108364821A - 一种新型横向磁场真空开关用触头结构 - Google Patents

一种新型横向磁场真空开关用触头结构 Download PDF

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修士新
王婷
袁博
赵力
李梦如
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil

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Abstract

本发明提供的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，包括一对触头片、一对触头杯和一对导电杆，其中，一对触头杯对称布置，且互为镜像；触头杯为碗状结构，且在其上端部沿其周向方向均布有若干个通透槽隙，在其下端部沿其周向方向均布有若干个通透凹槽；触头片与触头杯的杯口表面连接，导电杆与触头杯的杯底连接；本发明中的真空灭弧室触头采用特殊的槽隙结构，当开断电流时，触头杯上部分开槽所形成的触臂增大了产生横向磁场电流的流经路径，进一步增强了横向磁场对电弧的控制与驱动作用，更有利于电弧在触头表面的旋转运动，可对真空灭弧室的开断能力进行有效提高。

Description

一种新型横向磁场真空开关用触头结构
技术领域
本发明属于电器技术领域，涉及开关设备中的真空灭弧室，具体涉及一种新型横向磁场真空开关用触头结构。
背景技术
随着我国电力系统的不断发展，电压等级的逐步提高，对电气设备的安全性、可靠性要求也越加严格，真空灭弧室作为一种应用广泛的开关设备，其开断电流的性能直接关系着电力系统的稳定运行。其中触头作为真空灭弧室中电弧的直接承载部件，其作用更是不言而喻，因此，对触头的设计研究越来越得到重视。目前，真空灭弧室触头主要分为纵向磁场真空灭弧室触头和横向磁场真空灭弧室触头。其中横向磁场触头通过控制触臂上的电流分布来产生横向磁场，驱动真空电弧在触头表面做旋转运动，进而减轻触头烧蚀情况，提高真空灭弧室的开断能力。但由于电弧运动的不稳定性，开断电流的大小、触头开距、起弧位置等因素也严重影响着横向磁场真空灭弧室触头的开断结果，其开断能力仍有提高的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型横向磁场真空开关用触头结构，增强了横向磁场对电弧的控制能力，改善了现有横向磁场触头结构因电弧运动的不稳定易导致开断结果不理想的情况。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，包括一对触头片、一对触头杯和一对导电杆，其中，一对触头杯对称布置，且互为镜像；触头杯为碗状结构，且在其上端部沿其周向方向均布有若干个通透槽隙，在其下端部沿其周向方向均布有若干个通透凹槽；触头片与触头杯的杯口表面连接，导电杆与触头杯的杯底连接。
优选地，所述槽隙沿其径向方向开设。
优选地，所述凹槽的形状为三角形。
优选地，所述间隙和凹槽的数量相等，均为6-9个。
优选地，触头片朝向两个触头杯之间间隙的一端面开设有倒角。
优选地，导电杆与触头杯相连接的一端端部开设有倒角，且其中心位置设置有两阶式台阶结构，其中，第一阶台阶结构与触头杯杯底预留的定位孔相配合；第二阶台阶结构的表面与触头杯的杯底表面相接触。
优选地，所述触头杯放置在支撑件中，所述支撑件为碗状结构，其底部与导电杆连接，其上端端面与触头片连接。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
1、本发明中的真空灭弧室触头采用特殊的槽隙结构，当开断电流时，触头杯上部分开槽所形成的触臂增大了产生横向磁场电流的流经路径，进一步增强了横向磁场对电弧的控制与驱动作用，且仿真结果表明，此结构中横向磁场中的径向磁场分量更大，切向磁场分量更小，即弧柱所受切向力更大、径向力更小，更有利于电弧在触头表面的旋转运动，可对真空灭弧室的开断能力进行有效提高。
2、本发明中的真空灭弧室触头在触头片和导电杆等部件的边缘均进行了圆角或倒角处理，可对触头间的电场分布起到优化作用，避免尖峰电场的出现，同时也可减小电弧在触头片上旋转运动的噪声电压大小。
3、本发明中的真空灭弧室触头在导电杆与触头片之间安装有支撑件，增强了触头结构的强度，可有效避免合闸压力对触头结构所产生的变形，且支撑件位于触头杯外侧，材料采用导电性能差的不锈钢材料，减弱了支撑件对触头间横向磁场的影响。
附图说明
图1是本发明涉及的触头结构示意图；
图2是本发明涉及的触头结构安装示意图；
图3是导电杆的结构示意图；
图4是触头杯的主视图；
图5是触头杯的俯视图；
图6是支撑件的结构示意图；
图7是触头片的结构示意图；
图8是本发明新型横向磁场真空开关用触头结构一个直径为48mm的实例所产生的切向磁场和径向磁场能力随开距变化的仿真结果；
图9是相同尺寸下传统杯状触头所产生的切向磁场和径向磁场能力随开距变化的仿真结果；
其中，1、触头片2、触头杯3、导电杆4、支撑件201、槽隙。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，包括一对触头片1、一对触头杯2、一对导电杆3和一对支撑件4，其中，一对触头杯2对称布置，且互为镜像；触头片1的一端面与触头杯2的杯口表面焊接连接，触头片1的另一端面设置有圆角或倒角，且该端面朝向两个触头杯2之间的间隙一侧，目的是优化触头表面的电场分布，避免尖峰电场的出现，并且减小电弧在触头片上旋转运动时噪声电压的大小。
如图3所示，导电杆3的两端表面边缘均进行圆角或倒角处理，导电杆3的一端为两阶式台阶结构，其中，第一阶台阶结构的设置在第二阶台阶结构上；第一阶台阶结构在焊接时插入触头杯2杯底预留的定位孔中，同时第二阶台阶结构的表面与触头杯2的杯底相接触，保证导电杆3与触头杯2的焊接精度与结构强度。
同时，为了提高触头的整体强度，确保触头在承受合闸力时不发生形变，并且尽可能减少支撑件对触头间隙磁场的分布的影响，一对不锈钢材料的支撑件4分别焊接在导电杆3与触头片1之间，其中，支撑件4一端面焊接在导电杆3上，另一端面焊接在触头片1的背面；同时，触头杯2放置在支撑件4内。
如图4、图5所示，触头杯2为碗状结构，所述触头杯2的上端侧壁上沿其周向方向均布有若干个通透的槽隙，所述槽隙沿其径向方向开设。
所述触头杯2的下端侧壁上沿其周向方向均布有若干个通透的凹槽，所述凹槽为三角形结构或其他。
通过调节触头杯2上下两端开槽的数量、形状、槽隙宽度等参数，改变了触头杯上电流的流经路径与电流密度，可对触头间横向磁场的大小与其中的径向磁场和切向磁场分量产生影响，改变电弧的运动特性与形态，一般情况下，槽隙和凹槽的数量相等，均为6-9个，优选为8个。
如图6所示，所述支撑件4为碗状结构，所述支撑件4的小端与导电杆3的一端焊接连接，支撑件4的大端与触头片1的背面焊接连接，同时，触头片1的外径大于与之焊接的触头杯2的杯口的直径，便于支撑件4与触头片1的焊接。
如图7所示，触头片1作为起弧和燃弧的承载部件，其形状可采用圆形或环形。
图8是本发明新型横向磁场真空开关用触头结构一个直径为48mm的实例所产生的切向磁场和径向磁场能力随开距变化的仿真结果；
图9是相同尺寸下传统杯状触头所产生的切向磁场和径向磁场能力随开距变化的仿真结果；
由两幅仿真结果图中可明显看到，本发明的触头结构与传统杯状触头结构相比，不仅径向磁场增大，增幅为34％-40％，而且切向磁场减小，减小幅度为3.5％-23％，增加了弧柱切向受力的同时径向受力减小，加速了弧柱在触头表面的旋转运动，减轻了弧柱对触头的烧蚀与喷溅。
图中Bt和Br分别是弧柱中的平均切向磁场和平均径向磁场。
本发明的触头结构在开断电流时，电流流经导电杆3、触头杯2、触头片1和所对应镜像结构的触头片、触头杯和导电杆，特殊的触头杯槽隙结构可使流经的电流在触头间隙中产生一横向磁场，此横向磁场与弧柱方向垂直，在横向磁场的作用下，电弧受到径向磁场所产生的切向力和切向磁场所产生的径向力，使电弧在触头片表面做高速旋转运动，使电弧能量在触头片表面均匀分布，减小了真空电弧对触头表面的局部烧蚀，并且本发明触头结构所产生的横向磁场较原有横向磁场触头结构强度更大，且其中的切向磁场分量更小，即弧柱所受到的径向受力更小，更有利于电弧的高速旋转运动，可大大提高真空灭弧室的开断能力与使用寿命。
上面结合附图对本发明的实施例进行了详细的描述，但本发明并不局限于上述具体实施方式，上述实施例仅是示意性的，并非限制性的，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围内，还可做出多种改变，这些均应落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：包括一对触头片(1)、一对触头杯(2)和一对导电杆(3)，其中，一对触头杯(2)对称布置，且互为镜像；触头杯(2)为碗状结构，且在其上端部沿其周向方向均布有若干个通透槽隙(201)，在其下端部沿其周向方向均布有若干个通透凹槽(202)；触头片(1)与触头杯(2)的杯口表面连接，导电杆(3)与触头杯(2)的杯底连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：所述槽隙(201)沿其径向方向开设。
3.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：所述凹槽的形状为三角形。
4.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：所述间隙(201)和凹槽(202)的数量相等，均为6-9个。
5.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：触头片(1)朝向两个触头杯(2)之间间隙的一端面开设有倒角。
6.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：导电杆(3)与触头杯(2)相连接的一端端部开设有倒角，且其中心位置设置有两阶式台阶结构，其中，第一阶台阶结构与触头杯(2)杯底预留的定位孔相配合；第二阶台阶结构的表面与触头杯(2)的杯底表面相接触。
7.根据权利要求1所述的一种新型横向磁场真空开关用触头结构，其特征在于：所述触头杯(2)放置在支撑件(4)中，所述支撑件(4)为碗状结构，其底部与导电杆(3)连接，其上端端面与触头片(1)连接。
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