CN109559946A - 一种断路器 - Google Patents
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Abstract
一种断路器,包括触头装置和灭弧装置,所述触头装置包括静触头和在打开和闭合位置间动作的动触头,静触头上设有静触点,动触头上设有与静触点分离和接触的动触点,灭弧装置位于静触点上方并由数片间隔设置的栅片层叠构成,动触头具有一用于将动触点与静触点分离时产生的电弧转移至顶部的栅片的引弧角,以所述动触头相对于所述静触头打开至极限程度时的位置为基准,灭弧装置的位于动触点高度位置以上的栅片与动触头之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。改善灭弧装置内部的电场强度分布并使电场强度分布区域均匀或向灭弧装置上端集中,确保电弧向上端的灭弧栅片的方向转移,避免上端的灭弧栅片失效,提高电弧在灭弧装置内部的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于低压电器技术领域,具体涉及一种断路器。
背景技术
低压断路器在配电线路中所起的作用是分断和接通电路,更具体地讲,通过触头系统的一对可分离的触头对的闭合或分离实现电线路的接通或断开来保护电路和用电设备。当线路出现异常故障时,例如短路时,由触头对的分离而快速地分断电路,以避免设备损坏。如业界周知之理,在载流情况下触头分离会产生电弧,尤其是在断开短路大电流时,电弧的能量大,对触头的烧蚀严重,因此在断路器、接触器等各种开关电器中,通常都设置灭弧装置来熄灭电弧,以保证电器设备运行安全。
图7是已有技术中的断路器的触头装置的示意图,图8为图7的俯视图,触头装置包括静触头4和动触头5,静触头4由静导杆43、静触点41和引弧板42组成;动触头5由动触点51和动导杆52组成,动触点51与静触点41相对应。动触头5可旋转地轴接在断路器内部的动触头支撑架上。灭弧装置一般包括多片按适当间隔距离安装的灭弧栅片1和间隔设置在灭弧栅片1上方的引弧栅片2,用于隔断并熄灭电弧。灭弧栅片1通常呈U形结构,包括两栅片腿、连接两栅片腿的切割区,灭弧栅片1一般稍作倾斜安装,即切割区的高度高于栅片腿的高度。为提高触头装置附近的磁场强度,灭弧栅片1的栅片腿包围动触点41的移动轨迹,并在栅片腿与动导杆52之间安装有绝缘隔离部件3。
在这样的电路断路器中,正常工作时,动触头5在触头弹簧的作用下与所述的静触头4接触,即动、静触点51、41闭合,实现电路的导通。当回路出现短路电流时,动、静触头5、4之间的电动斥力大于触头接触力,动触头5则会斥开即与静触头4分离,在静触点41与动触点51之间产生电弧,产生的电弧在磁吹与气吹力的共同作用下,沿着引弧板42进入灭弧装置内部,在灭弧装置内部电弧被灭弧栅片1的切割区切割成多个串联的短弧,从而提高电弧电压,使电弧熄灭。绝缘隔离部件3可以增加栅片腿到动触头5的电气间隙,避免电弧电压升高后在栅片腿与动触头5之间发生击穿现象。
灭板栅片1切割电弧后,在灭弧栅片1上形成电弧弧根,将电弧分割成多个串联的短弧,每个短弧都有一近极压降U0,所以分割电弧后相邻灭弧栅片1之间也产生U0的电势差。短路分断过程中,随着动、静触头5、4的彼此打开,参与切割电弧的灭弧栅片1增加,灭弧装置自下而上灭弧栅片上的电势逐渐升高,动触头5上的电势最高。当动触头5到达极限打开位置时,即动触头5相对于所述静触头4打开至极限程度时的位置,动触头5、灭弧装置的自顶部灭弧栅片而下的所有灭弧栅片1、静触头4的引弧板42之间通过电弧形成通路,动触头5与最上端引弧栅片2之间的电势差最小,然后自上而下的灭弧栅片1与动触头5之间的电势差逐渐增大。
现有技术下,当动触头5到达极限打开位置时,动触头5附近的灭弧栅片1到动触头5的电气间隙d出现在栅片腿到动触头5之间,使得,在灭弧装置高度方向上,越靠近动触点51的灭弧栅片1到动触头5的电气间隙越小。由于电弧被所有灭弧栅片1切割后,靠近动触点51的灭弧栅片1与动触头5的电势差大于该靠近动触点51的灭弧栅片1上方的灭弧栅片与动触头5的电势差,会造成电场强度在靠近动触点51的灭弧栅片1位置集中。该结构下,一方面会增加电弧向上端灭弧栅片1转移的难度,电弧无法转移至上端灭弧栅片1,动触点51上方的灭弧栅片1无法对电弧实现切割,降低了灭弧栅片1的有效性;另一方面,也容易在该处发生背后击穿,不利于电弧在灭弧装置内的保持。
发明内容
本发明的任务在于提供一种断路器,将灭弧装置内的处于不同高度的灭弧栅片与动触头之间的电气间隙调整而藉以改善灭弧装置内部的电场强度分布并使电场强度分布区域均匀或向灭弧装置上端集中,确保电弧向上端的灭弧栅片转移,避免上端的灭弧栅片失效,以及降低因动触头附近电场强度集中而使该处发生背后击穿的风险并提高电弧在灭弧装置内部的稳定性。
本发明的任务是这样来完成的,一种断路器,包括触头装置和灭弧装置,所述触头装置包括静触头和在打开和闭合位置间动作的动触头,静触头上设有静触点,动触头上设有与静触点分离和接触的动触点,灭弧装置位于静触点上方并由数片间隔设置的栅片层叠构成,动触头具有一用于将动触点与静触点分离时产生的电弧转移至顶部的栅片的引弧角,以所述动触头相对于所述静触头打开至极限程度时的位置为基准,灭弧装置的位于动触点高度位置以上的栅片与动触头之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。
在本发明的一个具体的实施例中,所述的动触头具有一动导杆,所述的动触点设置在动导杆朝向所述静触点的一端端部并且与静触点相对应,动导杆朝向静触点的一端端部并且背离动触点的一侧向上延伸而构成为所述的引弧角。
在本发明的另一个具体的实施例中,所述的栅片包括数个灭弧栅片和位于灭弧栅片的上部的一引弧栅片,引弧栅片包括引弧栅片本体和引弧片,引弧栅片本体位于灭弧栅片的上部,引弧片由引弧栅片本体朝向所述动触头的一端端部以折弯状态延伸构成,该引弧片延伸至在动触头相对于所述静触头打开至极限位置时的所述引弧角的上方并且与引弧角之间保持有间距。
在本发明的又一个具体的实施例中,所述的灭弧栅片呈矩形平板状,灭弧栅片的面对动触头的一侧开设有引弧槽。
在本发明的再一个具体的实施例中,所述的灭弧栅片为由电弧切割片和一对栅片腿构成的“U”字形结构,一对栅片腿在电弧切割片朝向所述动触头的一端的两侧延伸构成并且相互对应,一对栅片腿之间的空间构成为动触头活动腔,所述的动触头朝向灭弧栅片的一端探入动触头活动腔内,在动触头活动腔的腔底壁上并且位于腔底壁的长度方向的居中位置开设有一引弧槽;所述的灭弧装置还包括有一对绝缘隔离部件,该对绝缘隔离部件设置在所述动触头与所述的栅片腿之间。
在本发明的还有一个具体的实施例中,所述的一对栅片腿各由第一腿段和宽度大于第一腿段的第二腿段构成,其中:第二腿段位于所述电弧切割片与第一腿段之间并且该第二腿段延伸至所述的引弧槽。
在本发明的更而一个具体的实施例中,所述的一对栅片腿由所述的一对绝缘隔离部件遮盖。
在本发明的进而一个具体的实施例中,所述的第一腿段由所述的一对绝缘隔离部件遮盖。
在本发明的又更而一个具体的实施例中,所述引弧片由引弧栅片本体朝向所述动触头的一端端部以向上倾斜状态折弯并延伸构成。
在本发明的又进而一个具体的实施例中,所述的电气间隙自上而下增大的幅度为大于或等于上下两相邻栅片之间的间隔距离的50%。
本发明提供的技术方案的技术效果在于:由于将灭弧装置中数片栅片的位置调整为如下:以动触头相对于静触头打开至极限程度时的位置为基准,位于动触点高度位置以上的栅片与动触头之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大,因而得以改善灭弧装置内部的电场强度分布并使电场强度分布区域均匀或向灭弧装置上端集中,确保电弧向上端的灭弧栅片的方向转移,避免上端的灭弧栅片失效,以及降低动触头附近电场强度集中而使该处发生背后击穿的风险并提高电弧在灭弧装置内部的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例一的触头装置和灭弧装置示意图。
图2为本发明实施例一的灭弧栅片结构图。
图3为本发明实施例二的触头装置和灭弧装置示意图。
图4为本发明实施例二的灭弧栅片结构图。
图5为本发明实施例三的触头装置和灭弧装置示意图。
图6为本发明实施例四的灭弧栅片结构图。
图7为已有技术中的断路器的触头装置的示意图。
图8为图7的俯视图。
具体实施方式
实施例1暨实施例2以及实施例3和实施例4:
请参见图1至图5,本发明的断路器包括触头装置和灭弧装置,触头装置包括静触头4和在打开和闭合位置间动作的动触头5,静触头4上设有静触点41,动触头5上设有与静触点41分离和接触的动触点51,灭弧装置位于静触点41上方并由数片间隔设置的栅片层叠构成,动触头5具有一用于将动触点51与静触点41分离时产生的电弧转移至顶部的栅片的引弧角53。
作为本发明提供的技术方案的技术要点:以前述动触头5位于极限打开位置时,即相对于前述静触头4打开至极限程度时的位置为基准,灭弧装置的位于动触点51高度位置以上的栅片与动触头5之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。
灭弧装置的顶部的栅片的高度高于动触头5处于极限打开位置时的动触头5的高度。动触头5具有一动导杆52,前述的动触点51设置在动导杆52朝向前述静触点41的一端端部并且与静触点4相对应,动导杆52朝向静触点41的一端端部并且背离动触点51的一侧向上延伸而构成为前述的引弧角53。
前述的栅片包括数个灭弧栅片1和位于灭弧栅片1的上部的一引弧栅片2,引弧栅片2包括引弧栅片本体21和引弧片22,引弧栅片本体21位于灭弧栅片1的上部,引弧片22由引弧栅片本体21朝向前述动触头5的一端端部以折弯状态延伸构成,该引弧片22延伸至在动触头5相对于前述静触头4打开至极限位置时的前述引弧角53的上方并且与引弧角53之间保持有间距。
前述的一对栅片腿11由前述的一对绝缘隔离部件3遮盖。
在本实施例中,前述引弧片22由引弧栅片本体21朝向前述动触头5的一端端部以向上倾斜状态折弯并延伸构成;前述的电气间隙自上而下增大的幅度为大于或等于上下两相邻栅片之间的间隔距离的50%。
在图1中还示出了静触头4的结构体系的静导杆43以及向灭弧装置底部延伸的引弧板42(即静触头引弧板)。前述的动触头5在打开和闭合位置之间动作,使得前述的静触点41与动触点51分离和接触,实现线路的断开与接通。
前述灭弧装置的灭弧栅片1中的上下两相邻的灭弧栅片按合理的间隔距离L安装于即插嵌在灭弧装置的灭弧室的壁体上(属于现有技术)。前述的引弧栅片2实质上为一枚金属板。
布置多个栅片的位置使,以动触头5相对于静触头4打开至极限程度时的位置为基准,灭弧装置的位于动触点51高度位置以上的栅片与动触头5之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。本发明所述的动触点51高度位置以上的栅片是指整个动触点51的水平位置处于最高的端部511的位置以上的栅片。
在实施例1(如图1、2)和实施例2(如图3、4)中这些栅片为:引弧栅片2至电弧切割片13的最低处位于端部511上方的灭弧栅片1,该些栅片包括:电弧切割片13的最低处位于动触头5上引弧角52和动触点51之间的连接壁54所占高度范围内的灭弧栅片1,和引弧栅片2。电气间隙自上而下增大的幅度为不小于(即大于或等于)上下两相邻栅片之间的间隔距离的50%,即若灭弧栅片1至动触头5的电气间隙为d,则下一片灭弧栅片至动触头的电气间隙应当为d+0.5L。
在实施例3(如图5)中所示的栅片,包括:电弧切割片13的最低处位于动触头5上引弧角52和动触点51之间的连接壁54所占高度范围内的灭弧栅片1。
上述高度范围的描述均是动触头5位于极限打开位置时,即动触头5相对于静触头4打开至极限程度时的位置为基准的。在限流型断路器中,电路发生短路故障时,动静触头首先斥开,而断路器的操作机构由于其内部的机械传动还来不及动作至打开位置,动触头相对静触头分离,动触头打开至最大极限位置后,动触头会回落,此时断路器的操作机构动作至打开位置,最终使得动触头停止在打开位置。因此极限打开位置通常比动触头的最终打开位置距离静触头远。
在实施例1(如图1、2)中,绝缘隔离部件3遮盖全部栅片腿11,灭弧栅片1到动触头5的电气间隙出现在电弧切割片13的面对动触头5的一侧边缘的连接引弧槽12与栅片腿11的壁121与动触头5之间。同样,在实施例4(如图6)中,灭弧栅片1为大致呈矩形的平板状,灭弧栅片1的面对动触头5的一侧开设有引弧槽12,但其不具有栅片腿,灭弧栅片1稍作倾斜安装,即灭弧栅片1的背离动触头5的一侧的高度高于灭弧栅片1的面对动触头5的一侧(即开设有引弧槽12的一侧)因此,只需通过设置栅片与动触头之间的距离来保证本发明所要求的电气间隙,即在灭弧装置的高度方向上,自引弧栅片2至位于动触点51高度位置的灭弧栅片与动触头5之间的距离自上而下增大。
实施例2:
请参见图3和图4,前述的灭弧栅片1由电弧切割片13和一对栅片腿11构成为U字形的形状,一对栅片腿11在电弧切割片13朝向前述动触头5的一端的两侧延伸构成并且相互对应,一对栅片腿11之间的空间构成为动触头活动腔111,前述的动触头5朝向灭弧栅片1的一端探入动触头活动腔111内,在动触头活动腔111的腔底壁上并且位于腔底壁的长度方向的居中位置开设有一引弧槽12;前述的灭弧装置还包括有一对绝缘隔离部件3(图1示),该对绝缘隔离部件3设置在前述动触头5与前述的栅片腿11之间。
在本实施例中,前述的一对栅片腿11各由第一腿段112和宽度大于第一腿段112的第二腿段113构成,其中:第二腿段113位于前述电弧切割片13与第一腿段112之间并且该第二腿段113延伸至前述的引弧槽12。
本实施例2中的灭弧栅片1的为了增加引弧槽12的栅片入弧口的磁场强度,将栅片入弧口处的栅片腿局部加宽,从而使一对栅片腿11各由第一、第二腿段112、113构成。绝缘隔离部件3遮盖第一腿段112但不遮盖第二腿段113。本实施例的灭弧栅片1的结构,实质上也可将第二腿段113作为电弧切割片13的一部分,即第二腿段113和引弧槽12均为电弧切割片13的面对动触头5的一侧开设的槽。
本实施例通过设置栅片与动触头之间的距离来保证本发明所要求的电气间隙,即在灭弧装置的高度方向上,自引弧栅片2至位于动触点51高度位置的各片灭弧栅片的第二腿段113与动触头5之间的距离自上而下增大。
当短路电流通过时,随着短路电流的增加,当短路电流达到临界斥开电流值以后,由集中电流产生的电动斥力就会大于触头弹簧提供的接触力,动触头5将离开静触头4,向打开位置运动。在动触头5脱离静触头4的同时,在静触头4、动触头5之间就会产生电弧。在磁吹与气吹力的共同作用下,电弧从静触点41转移到静触头引弧板42,并通过静触头引弧板42进入灭弧装置,被灭弧栅片1切割,随着触头的打开,切割电弧的灭弧栅片1逐渐增加,电弧电压提高,栅片上的电势也提高,动触头5上的电势最高。动触头5到达打开位置时,电弧电压达到最大值,此时如果所有灭弧栅片1都对电弧形成有效切割,则栅片与动触头之间的电势差自上而下逐渐增大。电场强度的计算公式为,由于栅片到动触头(包括动导杆52、动触点51、引弧角53在内的所有导电体)的电气间隙也自上而下呈现逐渐增加的趋势,所以可以使灭弧装置内部的电场强度分布区域均匀或向灭弧装置上端集中,保证了电弧向上端栅片的转移,避免了上端栅片的失效;可以降低因动触头附近电场强度集中而发生背后击穿使动触点上端栅片失效的风险。
本发明的灭弧装置也可不设置引弧栅片2,如图5所示的实施例3,布置灭弧栅片1的位置使得,对应于动触头5的前述引弧角53与前述动触点51之间的连接壁54的区域的前述栅片与动触头5之间的电气间隙自上向下逐渐增大。
本发明调整栅片与动触头间电气间隙的技术方案不限于上述实施例,可以如同实施例四所述的仅通过布置栅片位置来实现电气间隙的调整,也可如同实施例一、二、三所述的通过布置栅片位置同时布置绝缘隔离部件对灭弧栅片的遮挡情况两方面共同来完成。
本发明提供一种断路器通过布置栅片位置,使得动触头5位于打开位置时,灭弧装置的位于动触点51高度位置以上的栅片与动触头5之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。效果:优化灭弧装置内部电场强度的分布,使灭弧装置内部的电场强度分布区域均匀或向灭弧装置上端集中,保证了电弧向上端栅片的转移,避免了上端栅片的失效;降低因动触头附近电场强度集中而使得该处发生背后击穿的风险,提高了电弧在灭弧装置内部的稳定性。
Claims (10)
1.一种断路器,包括触头装置和灭弧装置,所述触头装置包括静触头(4)和在打开和闭合位置间动作的动触头(5),静触头(4)上设有静触点(41),动触头(5)上设有与静触点(41)分离和接触的动触点(51),灭弧装置位于静触点(41)上方并由数片间隔设置的栅片层叠构成,动触头(5)具有一用于将动触点(51)与静触点(41)分离时产生的电弧转移至顶部的栅片的引弧角(53),其特征在于以所述动触头(5)相对于所述静触头(4)打开至极限程度时的位置为基准,灭弧装置的位于动触点(51)高度位置以上的栅片与动触头(5)之间的电气间隙在灭弧装置高度方向自上而下增大。
2.根据权利要求1所述的一种断路器,其特征在于所述的动触头(5)具有一动导杆(52),所述的动触点(51)设置在动导杆(52)朝向所述静触点(41)的一端端部并且与静触点(41)相对应,动导杆(52)朝向静触点(41)的一端端部并且背离动触点(51)的一侧向上延伸而构成为所述的引弧角(53)。
3.根据权利要求1所述的一种断路器,其特征在于所述的栅片包括数个灭弧栅片(1)和位于灭弧栅片(1)的上部的一引弧栅片(2),引弧栅片(2)包括引弧栅片本体(21)和引弧片(22),引弧栅片本体(21)位于灭弧栅片(1)的上部,引弧片(22)由引弧栅片本体(21)朝向所述动触头(5)的一端端部以折弯状态延伸构成,该引弧片(22)延伸至在动触头(5)相对于所述静触头(4)打开至极限位置时的所述引弧角(53)的上方并且与引弧角(53)之间保持有间距。
4.根据权利要求3所述的一种断路器,其特征在于所述的灭弧栅片(1)呈矩形平板状,灭弧栅片(1)的面对动触头(5)的一侧开设有引弧槽(12)。
5.根据权利要求3所述的一种断路器,其特征在于所述的灭弧栅片(1)为由电弧切割片(13)和一对栅片腿(11)构成的“U”字形结构,一对栅片腿(11)在电弧切割片(13)朝向所述动触头(5)的一端的两侧延伸构成并且相互对应,一对栅片腿(11)之间的空间构成为动触头活动腔(111),所述的动触头(5)朝向灭弧栅片(1)的一端探入动触头活动腔(111)内,在动触头活动腔(111)的腔底壁上并且位于腔底壁的长度方向的居中位置开设有一引弧槽(12);所述的灭弧装置还包括有一对绝缘隔离部件(3),该对绝缘隔离部件(3)设置在所述动触头(5)与所述的栅片腿(11)之间。
6.根据权利要求5所述的一种断路器,其特征在于所述的一对栅片腿(11)各由第一腿段(112)和宽度大于第一腿段(112)的第二腿段(113)构成,其中:第二腿段(113)位于所述电弧切割片(13)与第一腿段(112)之间并且该第二腿段(113)延伸至所述的引弧槽(12)。
7.根据权利要求5所述的一种断路器,其特征在于所述的一对栅片腿(11)由所述的一对绝缘隔离部件(3)遮盖。
8.根据权利要求6所述的一种断路器,其特征在于所述的第一腿段(112)由所述的一对绝缘隔离部件遮盖。
9.根据权利要求3所述的一种断路器,其特征在于所述引弧片(22)由引弧栅片本体(21)朝向所述动触头(5)的一端端部以向上倾斜状态折弯并延伸构成。
10.根据权利要求1所述的一种断路器,其特征在于所述的电气间隙自上而下增大的幅度为大于或等于上下两相邻栅片之间的间隔距离的50%。
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