CN109904045B - 一种断路器的触头灭弧系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种断路器的触头灭弧系统，包括相对布置的左、右侧灭弧室，以垂直于断路器壳体底面的垂线为基准，左侧灭弧室向左偏转，右侧灭弧室向右偏转，左侧灭弧室左端部和右侧灭弧室右端部均设有排气口；左、右侧灭弧室内均设有灭弧栅片，左侧灭弧室内的灭弧栅片向左偏转，右侧灭弧室内的灭弧栅片向右偏转；左、右侧灭弧室之间设有分隔灭弧片。本发明在单断点塑壳断路器上实现双出气口设计，在栅片中间布置分隔栅片，分隔电弧轨迹，并配合两侧的引弧片将电弧分别导向两个出气口，使得高温高压气体尽快排出至壳体外部。本发明大大增加了灭弧室可利用的型腔体积，灭弧室的栅片数量、纵深和截面积均可获得增加，灭弧系统容量得到了极大的提升。

Description

一种断路器的触头灭弧系统

技术领域

本发明涉及一种灭弧室结构，尤其涉及一种应用于低压断路器的触头灭弧系统。

背景技术

灭弧室是断路器灭弧系统中的核心部件，用于限制电弧空间位置并加速电弧熄灭。常见的灭弧室由灭弧栅片、侧板组成，其灭弧容量与栅片的数量、纵深及截面积呈正比关系。那么，如何在断路器有限的空间内布置更大灭弧容量的灭弧室？这是所有从事低压断路器研发的人员都必须面对的难题。此外，灭弧栅片的排布角度也非常关键，因为灭弧室空间形成的气道，是供电弧运动的通道，其设计的合理与否直接关系到断路器的分断能力的大小。

常见的塑壳断路器灭弧室系统结构如图1所示，其在断路器中的组成如图2a所示，这种灭弧室包括位于灭弧栅片102两侧的隔弧壁101，以及面向触头系统隔弧座103，出气口位于灭弧室面向接线端子的一侧这种塑壳断路器灭弧室的不足之处在于：其并未充分利用断路器内部型腔体积，灭弧容量有限。此外均为单出气口设计，灭弧室底部与壳体间通道狭窄，电弧运动不畅。

专利CN108695124A也公开了另一种结构布置的断路器，如图2b，其灭弧室位于基座的底部，区别于图2a直立布置的灭弧室，以平躺的方式布置，在灭弧室的两端各布置一个排气口，以使高温气体尽快从两端排出。

可以看出，图2a中的排气口正对电弧运动的方向，由气体运动和热传导可知，高温高压气体总是向低温低压气体运动的，这样电弧产生的高温高压气体顺势向排气口运动，有力于电弧的气吹和快速运动而冷却。在断路器中电弧的快速向前运动并在灭弧室中扩散是非常重要的，这有助于拉长电弧和冷却电弧。在直流应用的断路器中尤其如此，其没有电压电流过零这一过程，因此拉长电弧和迅速冷却电弧成了最重要的灭弧手段。

在图2a的灭弧室布置中，由于断路器高度的限制，灭弧室的高度有限，难以布置更多的灭弧栅片。在现有产品中，有的通过提升高度，来增加灭弧室垂直高度，进而增加灭弧栅片；有的通过灭弧栅片的各类堆叠布置来增加栅片数量。这些方式只能有限的增加栅片数量，并且使得断路器的裕量大大减小，可靠性降低，且进一步提升性能也不太可能。虽然出气口针对电弧运动方向，但性能提升有限。

在图2b的灭弧室布置中，采用了新颖的平躺式灭弧室，大大增加了灭弧栅片的数量，最多可达图2a结构灭弧室的两倍以上，甚至可以贯通于整个断路器基座的底部，但是这种灭弧室布置使得出气口不能处在电弧运动的方式，高温气体的排出速度不及产生速度，前后两个排气通道不能充分利用，造成高压气体的集聚膨胀炸坏壳体。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何在断路器有限的空间内布置更大灭弧容量的灭弧室，同时使断路器内的电弧气体尽快从排出。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：包括相对布置的左侧灭弧室和右侧灭弧室，以垂直于断路器壳体底面的垂线为基准，左侧灭弧室向左偏转，右侧灭弧室向右偏转，左侧灭弧室左端部和右侧灭弧室右端部均设有排气口；

左侧灭弧室和右侧灭弧室内均设有灭弧栅片，左侧灭弧室内的灭弧栅片向左偏转，右侧灭弧室内的灭弧栅片向右偏转；左侧灭弧室和右侧灭弧室之间设有分隔灭弧片；

所述分隔灭弧片位于断路器触头系统的动触头与静触头接触位置到动触头最大分断位置所形成的张角范围内。

优选地，所述左侧灭弧室和右侧灭弧室呈“ハ”形或者“Λ”形布置。

优选地，所述分隔灭弧片由左侧栅片和右侧栅片组成，左侧栅片和右侧栅片之间等电位连接，形成“ハ”形或者“Λ”形或者“||”形结构。

优选地，所述左侧灭弧室和右侧灭弧室布置于断路器的触头系统的下方，当触头系统的动触头和静触头断开时，左侧灭弧室和右侧灭弧室具有把电弧气体引导向各自的排气口的趋势。

优选地，还包括用于改变电流的方向的动触头引弧片和静触头引弧片，动触头引弧片与动触头等电位连接，静触头引弧片与静触头等电位连接。

更优选地，所述静触头引弧片处设有聚磁片。

优选地，所述左侧灭弧室内的灭弧栅片的偏转角度均顺向于断路器的动触头分断的运动方向布置，所述右侧灭弧室内的灭弧栅片的偏转角度均逆向于断路器的动触头分断的运动方向布置；所述右侧灭弧室比左侧灭弧室具有更多的灭弧栅片。

优选地，所述左灭弧室和右灭弧室通过单独不同的灭弧室在断路器壳体内安装成不同的偏转方向，或者通过前后两块侧板连接成一个灭弧室组件；所述侧板上设有磁吹片和/或气吹片。

优选地，当有短路故障电流经过断路器时，断路器的动触头与静触头分开，电弧在动触头与静触头间产生，电弧从产生到熄灭经过下面三个过程：

一、动触头刚刚打开；

动、静触头间电流流向相反，电弧一端被引向动触头弧角，电弧另一端被引向静触头引弧片；由于动触头打开角度未扫过分隔灭弧片所在的位置，因此电弧被引向右灭弧室，此时分隔灭弧片具有阻挡作用，把电弧和大部分电弧气体限制在右侧灭弧内；

二、动触头打开至靠近动触头引弧片；

动触头持续转动，电弧从动触头弧角上转移至动触头引弧片上，此时动触头引弧片与静触头引弧片的电流流向依然相反，电弧受到洛伦兹力作用与电弧气体的推动，电弧一端被引向动触头引弧片末端，电弧另一端被引向静触头引弧片末端，拉长的电弧越过分隔灭弧片，开始进入左侧灭弧室；

三、动触头完全打开；

电弧两端分别被拉扯到动触头引弧片和静触头引弧片的末端，并在分隔灭弧片的作用下，被分成左右两个部分，形成设于左侧栅片与动触头引弧片之间、并顺着左侧灭弧室堆叠布置而运动的左电弧，和设于右侧栅片与静触头引弧片之间、并顺着右侧灭弧室堆叠布置而运动的右电弧；左侧栅片与动触头引弧片构成左电弧的两个电极，右侧栅片与静触头引弧片构成右电弧的两个电极；电弧气体通过左右两个出气口泄压，电弧被最大程度的拉长和冷却。

相比现有技术，本发明提出的断路器的触头灭弧系统具有如下有益效果：

1、左右灭弧室的偏转布置与动静触头引弧片匹配良好，可以达到更好的引弧效果；

2、左右灭弧室的不同倾角，使其与左右出气口匹配良好，达到更好的导气和排气效果；

3、电弧分隔片将电弧阻隔开，并引导进入灭弧室的左右两个部分，加快电弧转移速度；

4、电弧分隔片的布置，使得电弧在其上又绕了一下，电弧拉的更长。

5、由于采用了新的布局，使得灭弧栅片增多，不需要采用不同引弧沟槽的栅片，采用单一的栅片就能达到灭弧效果，因此降低了零部件成本和备料，简化了装备，使得成本降低。

附图说明

图1为现有灭弧室结构示意图；(a)外部图；(b)爆炸图；

图2a为现有灭弧室在断路器中的组成示意图；

图2b为现有另一种灭弧室在断路器中的结构示意图；

图3为本发明提供的断路器的触头灭弧系统结构示意图；(a)外部图；(b)爆炸图；

图4为本发明提供的断路器的触头灭弧系统在断路器中的组成示意图；

图5为本发明断路器的触头灭弧系统分断过程—动触头打开一定角度示意图；

图6为本发明断路器的触头灭弧系统分断过程—动触头打开至靠近引弧片示意图；

图7为本发明断路器的触头灭弧系统分断过程—动触头完全打开示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

结合图3和图4，本发明提供了一种断路器的触头灭弧系统，包括灭弧系统20、动触头22、静触头23等。动触头22、静触头23相对设置，构成触头系统；灭弧系统20布置在触头系统的下方，且位于壳体25的底部，灭弧系统20带有引弧沟槽的一面对着触头系统，灭弧系统20背面则对着壳体25底面的内表面，灭弧系统20左右两侧设置排气口28，灭弧系统20及对应的排气通道占据了壳体25下部的空间。排气通道内设置有零飞弧栅片24。

结合图3，灭弧系统20包含相对布置的左侧灭弧室20a和右侧灭弧室20b，以垂直于壳体底面的垂线为基准，左侧灭弧室20a向左偏转一定的角度，右侧灭弧室20b向右偏转一定的角度，这样左侧灭弧室20a和右侧灭弧室20b呈类似“ハ”或者“Λ”形布置。这样当动触头22和静触头23断开时，左侧灭弧室20a和右侧灭弧室20b具有把电弧气体引导向各自的排气口28的趋势。

这样，左侧灭弧室20a的灭弧栅片的偏转角度都顺向于动触头22分断的运动方向布置，而右侧灭弧室20b的灭弧栅片的偏转角度逆向于动触头22分断的运动方向布置，不同与现有技术中整个灭弧室栅片堆叠都顺着触头转动的方向或者平行于触头系统接触平面。

更近一步，本发明还包含分隔灭弧片205，其由左侧栅片205a和右侧栅片205b组成，左侧栅片205a和右侧栅片205b之间等电位连接，也可一体成型，可以呈类似“ハ”或者“Λ”形或者“||”等外形。

分隔灭弧片205位于左侧灭弧室20a和右侧灭弧室20b之间，这样与左、右灭弧室的“ハ”或者“Λ”形的分隔位置相对应，这一分隔位置名称仅作为分隔灭弧片205的布置位置，不作为字面意义及功能上的限定描述。分隔位置位于动触头22与静触头23接触位置，到动触头22到最大分断位置所扫过的扇形平面内，优选的方案可以位于接触位置正下方，偏左侧的位置(设为位置a)上，进一步优选，可以设置在这一位置a到动触头22转动中心连线所在平面的任何位置，如灭弧室内、灭弧室外等等。

本触头灭弧系统还具有动触头引弧片21和静触头引弧片26，动触头引弧片21与动触头22通过第一联结板等电位连接，静触头引弧片26与静触头23通过第二联结板等电位连接。动触头引弧片21安装在第一联结板或者动触头上；静弧触头引弧片26安装在第二联结板或者静触头上。所述动触头引弧片21和静触头引弧片26都具有类似形外形，主要用于改变电流的方向，而不拘泥于外形细节。

更近一步，右侧灭弧室20b比左侧灭弧室20a具有更多的灭弧栅片204，因此右侧灭弧室20b比左侧灭弧室20a要大一些。

下面，结合图4-图7说明本发明断路器的触头灭弧系统的分断过程。图4-图7中，点状线条为电流回路示意，箭头为电弧运动趋势示意。

当回路中有短路故障电流经过时，断路器机构脱扣打开动触头或电动斥力直接斥开动触头，电弧在动、静触点间产生，电弧从产生到熄灭会经过下面三个过程。

1、动触头打开一定角度，如图5；

动静触头间电流流向相反，电弧一端被引向动触头弧角，另一端被引向静触头引弧片26。由于动触头22打开角度较小，且未扫过分隔灭弧片205所在的位置，因此电弧被引向右灭弧室20b，这个时候分隔灭弧片205具有阻挡作用，把电弧和大部分高温气体限制在右侧灭弧20b内。

2、动触头打开至靠近引弧片，如图6；

动触头持续转动，电弧从动触头弧角上转移至动触头引弧片21上，此时动触头引弧片21与静触头引弧片26的电流流向依然相反，电弧受到洛伦兹力作用与气体的推动，其一端被引向动触头引弧片21末端，另一端被引向静触头引弧片26末端。拉长的电弧越过分隔灭弧片205，开始进入左侧灭弧室20a。

3、动触头完全打开，如图7；

电弧两端都被拉扯到两个引弧片的末端，并在分隔灭弧片205的作用下，被分成左右两个部分，进入整个灭弧室，形成设于左侧栅片205a与动触头引弧片21之间、并顺着左侧灭弧室20a堆叠布置而运动的左电弧，和设于右侧栅片205b与静触头引弧片26之间、并顺着右侧灭弧室20b堆叠布置而运动的右电弧。左侧栅片205a与动触头引弧片21构成左电弧的两个电极，右侧栅片205b与静触头引弧片26构成右电弧的两个电极。通过两个出气口泄压，电弧被最大程度的拉长和冷却。

需要进一步指出的是，以动触头转动中心作为直角平面坐标系的原点，本发明触头系统的接触位置布置在Y轴的负半轴上或者在第四象限内，这样能更好的使电弧进入右侧灭弧室20b。

进一步，由于本发明触头系统的设计，使得电弧先进入右侧灭弧室20a，因此构造成右侧灭弧室20a大于左侧灭弧室20b，灭弧室栅片也相应的要多，这样右侧的灭弧通道和气流通道也更长一点。

进一步，分隔灭弧片205可以采用与灭弧栅片204一样的材料，如果为了达到更好的电弧转移效果，分隔灭弧片205可以采用比灭弧栅片204更高导电率的材料。

进一步，左灭弧室20a和右灭弧室20b可以通过单独不同的灭弧室在壳体内安装成不同的偏转方向。也可以通过如本发明图3的方式，通过两块侧板201(也有称为隔弧壁)安装成一个灭弧室组件，以方便安装。同时在灭弧栅片204两侧的侧板201上布置磁吹片202和/或气吹片203来增强洛伦兹力和气吹的效果，气吹片203为三聚氰胺材料，且由于增加了两侧的气吹片203，使得灭弧室形成了窄缝增压气吹效果。

进一步的，在静触头引弧片26处设置聚磁片27，以实现更好的磁吹效果。

本发明实现了极致的灭弧室容量设计，排布更多的栅片。灭弧室布置于产品下方，从而获得左右两个出气口，在单断点塑壳断路器上实现双出气口设计，创新地在栅片中间布置倒V型分隔栅片，分隔电弧轨迹，并配合两侧的引弧片将电弧分别导向两个出气口，使得高温高压气体尽快排出至壳体外部。本发明大大增加了灭弧室可利用的型腔体积，灭弧室的栅片数量、纵深和截面积均可获得增加，灭弧系统容量得到了极大的提升。

应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：包括相对布置的左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)，以垂直于断路器壳体底面的垂线为基准，左侧灭弧室(20a)向左偏转，右侧灭弧室(20b)向右偏转，左侧灭弧室(20a)左端部和右侧灭弧室(20b)右端部均设有排气口；

左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)内均设有灭弧栅片(204)，左侧灭弧室(20a)内的灭弧栅片(204)向左偏转，右侧灭弧室(20b)内的灭弧栅片(204)向右偏转；左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)之间设有分隔灭弧片(205)；

所述分隔灭弧片(205)位于断路器触头系统的动触头(22)与静触头(23)接触位置到动触头(22)最大分断位置所形成的张角范围内；

当有短路故障电流经过断路器时，断路器的动触头(22)与静触头(23)分开，电弧在动触头(22)与静触头(23)间产生，动触头刚刚打开，动触头(22)打开角度未扫过分隔灭弧片(205)所在的位置，电弧被引向右侧灭弧室(20b)；动触头打开至靠近动触头引弧片，拉长的电弧越过分隔灭弧片(25)，进入左侧灭弧室(20a)。

2.如权利要求1所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)呈“ハ”形或者“Λ”形布置。

3.如权利要求1所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述分隔灭弧片(205)由左侧栅片(205a)和右侧栅片(205b)组成，左侧栅片(205a)和右侧栅片(205b)之间等电位连接，形成“ハ”形或者“Λ”形或者“||”形结构。

4.如权利要求1所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)布置于断路器的触头系统的下方，当触头系统的动触头(22)和静触头(23)断开时，左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)具有把电弧气体引导向各自的排气口的趋势。

5.如权利要求3所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：还包括用于改变电流的方向的动触头引弧片(21)和静触头引弧片(26)，动触头引弧片(21)与动触头(22)等电位连接，静触头引弧片(26)与静触头(23)等电位连接。

6.如权利要求5所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述静触头引弧片(26)处设有聚磁片(27)。

7.如权利要求1所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述左侧灭弧室(20a)内的灭弧栅片(204)的偏转角度均顺向于断路器的动触头(22)分断的运动方向布置，所述右侧灭弧室(20b)内的灭弧栅片(204)的偏转角度均逆向于断路器的动触头(22)分断的运动方向布置；所述右侧灭弧室(20b)比左侧灭弧室(20a)具有更多的灭弧栅片(204)。

8.如权利要求1所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：所述左侧灭弧室(20a)和右侧灭弧室(20b)通过单独不同的灭弧室在断路器壳体内安装成不同的偏转方向，或者通过前后两块侧板(201)连接成一个灭弧室组件；所述侧板(201)上设有磁吹片(202)和/或气吹片(203)。

9.如权利要求5所述的一种断路器的触头灭弧系统，其特征在于：当有短路故障电流经过断路器时，断路器的动触头(22)与静触头(23)分开，电弧在动触头(22)与静触头(23)间产生，电弧从产生到熄灭经过下面三个过程：

一、动触头刚刚打开；

动、静触头间电流流向相反，电弧一端被引向动触头弧角，电弧另一端被引向静触头引弧片(26)；由于动触头(22)打开角度未扫过分隔灭弧片(205)所在的位置，因此电弧被引向右侧灭弧室(20b)，此时分隔灭弧片(205)具有阻挡作用，把电弧和大部分电弧气体限制在右侧灭弧室(20b)内；

二、动触头打开至靠近动触头引弧片；

动触头持续转动，电弧从动触头弧角上转移至动触头引弧片(21)上，此时动触头引弧片(21)与静触头引弧片(26)的电流流向依然相反，电弧受到洛伦兹力作用与电弧气体的推动，电弧一端被引向动触头引弧片(21)末端，电弧另一端被引向静触头引弧片(26)末端，拉长的电弧越过分隔灭弧片(25)，开始进入左侧灭弧室(20a)；

三、动触头完全打开；

电弧两端分别被拉扯到动触头引弧片(21)和静触头引弧片(26)的末端，并在分隔灭弧片(205)的作用下，被分成左右两个部分，形成设于左侧栅片(205a)与动触头引弧片(21)之间、并顺着左侧灭弧室(20a)堆叠布置而运动的左电弧，和设于右侧栅片(205b)与静触头引弧片(26)之间、并顺着右侧灭弧室(20b)堆叠布置而运动的右电弧；左侧栅片(205a)与动触头引弧片(21)构成左电弧的两个电极，右侧栅片(205b)与静触头引弧片(26)构成右电弧的两个电极；

电弧气体通过左右两个出气口泄压，电弧被最大程度的拉长和冷却。