CN110289191A - 一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构及应用的真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构及应用的真空灭弧室，该触头结构包括相对放置的静触头和动触头，静触头包括静导电杆、静侧2/4匝纵磁线圈、静支撑座和静触头片；静侧2/4匝纵磁线圈布置于静导电杆底部，为双层结构，具有四条并联支路，支路末端与静触头片焊接，静触头片上开有4条直线槽以减小涡流，静触头片背面布置有静支撑座；动触头与静触头结构相同，触头片相对布置；本发明结构应用于真空灭弧室，与现有触头结构相比可在保证一定磁场强度的条件下大幅减小触头系统的电阻，提高灭弧室的额定通流能力。

Description

一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构及应用的真空灭弧室

技术领域

本发明属于真空开关技术领域，具体涉及一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构及应用的真空灭弧室。

背景技术

真空灭弧室具环境友好及免维护的特性，已广泛应用于中压等级的开关设备。在将真空灭弧室应用于高电压等级开关设备时，主要需要实现大电流下的可靠开断和高额定电流下的温升控制。在高电压等级真空灭弧室中，通常采用纵磁触头控制电弧，一方面可以使电弧维持扩散态，实现大电流的开断；另一方面纵磁触头适用于大开距情况下，可以保证较高的绝缘水平。线圈型纵磁触头就是其中常用的一种，其具有线圈结构，可产生较强的纵向磁场，然而由于电流路径长，触头系统电阻较大，限制了真空灭弧室额定电流水平的提升。因此，如何在保证一定磁场强度的条件下有效降低触头结构的电阻是高压真空灭弧室研制中急需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构及应用的真空灭弧室，该结构能大幅减小线圈型纵磁触头中线圈部分的电阻，同时可以产生较强的磁场以有效控制电弧，是一种适用于高电压等级真空灭弧室的纵向磁场触头结构。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，包括相对放置的静触头1和动触头2，静触头1包括静导电杆3-1、静侧2/4匝纵磁线圈4-1、静支撑座5-1和静触头片6-1，静侧2/4匝纵磁线圈4-1布置于静导电杆3-1底部，为中空双层结构，具有四条并联支路，每条并联支路均在双层结构的上下两层中各绕过预设长度，每条并联支路末端与静触头片6-1焊接，静触头片6-1背面布置有支撑座5-1，静支撑座5-1位于静侧2/4匝纵磁线圈4-1的中空腔体内；静触头1和动触头2的结构除动侧2/4匝纵磁线圈4-2和静侧2/4匝纵磁线圈4-1的每条并联支路在双层结构的上下两层中旋向相反外，其它结构均相同，包括动导电杆3-2、动侧2/4匝纵磁线圈4-2、动支撑座5-2和动触头片6-2，静触头片6-1与动触头片6-2相对布置。

所述静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2中的四条并联支路结构参数相同，间隔90度布置，每条并联支路均由线圈背侧中部径向延伸至触头边缘，再沿圆周方向延伸，在双层结构的上下两层中各绕过1/4圆周的长度。

所述静触头片6-1和动触头片6-2与每条并联支路末端相连接处开有直线槽以减小涡流，直线槽沿径向由触头片边缘向内切出，四条直线槽间隔90度布置。

所述静支撑座5-1和动支撑座5-2为空心结构，几何结构圆周对称，纵剖面呈工字型，横截面为圆环状。

所述静触头1与动触头2相对布置时，静侧2/4匝纵磁线圈4-1与动侧2/4匝纵磁线圈4-2旋向相互配合即旋向相反，形成的磁场相互叠加，共同在触头间形成单极纵向磁场。

本发明的真空灭弧室采用的技术方案是：

一种真空灭弧室，包括具有真空腔8的灭弧室壳体7，位于灭弧室壳体7上侧和下侧的灭弧室上侧盖板10和灭弧室下侧盖板11，位于灭弧室壳体7内的屏蔽罩9，屏蔽罩9内真空腔中设有所述的四分之二匝线圈型纵磁触头结构。

燃弧过程中，电流由静导电杆3-1流入，由静导电杆3-1末端流入静侧2/4匝纵磁线圈4-1的中部，再经由四条并联支路流入静触头片6-1，并经过电弧等离子体流入动触头2，由动触头片6-2留入动侧2/4匝纵磁线圈4-2，经四条并联支路汇集在动侧2/4匝纵磁线圈4-2中部，最终由动导电杆3-2流出，电流流经静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2时会感应出相应的纵向磁场。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明的真空灭弧室触头结构的额定通流能力更强。由于本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构中静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2具有四条并联支路，各支路导体电阻相并联使得线圈整体电阻大幅减小；此外，由于本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构中静触头片6-1和动触头片6-2上开有直线槽，静支撑座5-1和动支撑座5-2为空心结构，可减小触头内的涡流，减小通交流电时的涡流损耗，故其额定通流能力更强。

(2)本发明的真空灭弧室触头结构的磁场分布更均匀。由于本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构中静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2为双层结构，较单层结构的线圈型纵磁触头而言线圈拐臂造成的磁场畸变对触头间隙中的磁场影响较小，故磁场分布更加均匀，更有利于控制电弧。

附图说明

图1为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构的示意图。

图2为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构的电流路径图。

图3为支撑座的示意图。

图4为动触头和静触头布置方式的示意图。

图5为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头磁场分布示意图及与其他触头性能仿真对比情况。

图6为本发明的真空灭弧室实施方案的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步的详细说明。

图1为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构的示意图。包括结构相同，相对布置的静触头1和动触头2。静触头1包括静导电杆3-1、静侧2/4匝纵磁线圈4-1、静支撑座5-1和静触头片6-1，其中静导电杆3-1、静侧2/4匝纵磁线圈4-1为无氧铜材料，静支撑座5-1为不锈钢材料，静触头片6-1为铜铬合金材料。静侧2/4匝纵磁线圈4-1焊接于静导电杆3-1底部，其结构由基于理论分析的触头线圈参数优化得到，线圈为双层结构，具有四条并联支路。各支路结构参数相同，间隔90度布置，每条支路均由线圈背侧中部径向延伸至触头边缘，再沿圆周方向延伸，在上下两层中各绕过1/4圆周的长度，支路末端焊接于静触头片6-1的背侧。静触头片6-1上开有4条直线槽以减小涡流，直线槽沿径向由触头片边缘向内切出，间隔90度布置。静触头片6-1与线圈支路末端的焊接位置位于直线槽的边沿且使连接处触头片上电流流向与线圈中一致。静触头片6-1背侧与静侧2/4匝纵磁线圈4-1中部之间焊接有静支撑座5-1。静触头1和动触头2的结构除静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2的每条并联支路在双层结构的上下两层中旋向相反外均，其它结构均相同，包括动导电杆3-2、动侧2/4匝纵磁线圈4-2、动支撑座5-2和动触头片6-2，，静触头片6-1与动触头片6-2相对布置。

图2为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构的电流路径图。电流由静导电杆3-1流入，由静导电杆3-1末端流入静侧2/4匝纵磁线圈4-1的中部，再经由四条并联支路流入静触头片6-1，并由触头片连接面(合闸状态)或电弧(分闸状态)流入动触头2，由动触头片6-2留入动侧2/4匝纵磁线圈4-2，经四条并联支路汇集在动侧2/4匝纵磁线圈4-2中部，最终由静导电杆3-2流出。

图3为支撑座的示意图。静支撑座5-1整体呈空心的圆环柱结构，几何结构圆周对称且纵剖面呈工字型以增强结构强度，中部开圆柱孔以形成空心结构，可减小材料用量，同时降低触头总质量。动支撑座5-2与静支撑座5-1结构完全相同。

图4为静触头1和动触头2布置方式的示意图。静触头1和动触头2的静触头片6-1和动触头片6-2相对布置，静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2的旋向相互配合以使电流在两侧触头中静侧2/4匝纵磁线圈4-1动侧2/4匝纵磁线圈4-2的支路中流向相同。

图5为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头磁场分布示意图。如图所示，本发明四分之二匝线圈型纵磁触头的磁场分布相对较为均匀，为触头中轴附近强，向四周逐渐减弱的单极纵向磁场。

四分之二匝线圈型纵磁触头磁场及电阻性能如表1所示，在与1/2匝线圈触头、2/3匝线圈触头这两种高压灭弧室常用触头结构的对比中，2/4匝线圈触头的磁场与1/2匝线圈触头相近，而电阻降低了40％；2/4匝线圈触头的磁场较2/3匝线圈触头降低约10％，而电阻降低20％。

表1四分之二匝线圈型纵磁触头与现有其他常用触头磁场及电阻性能对比

线圈结构	30mm开距磁场/T	触头电阻/μΩ
			1/2匝	0.360	26.11
2/3匝	0.400	19.16
			2/4匝	0.358	15.45

由此可见，综合开断能力与通流能力两方面，本发明提出的2/4匝线圈触头与其他现有其他线圈结构触头相比是一种新的且更优的结构，能够同时满足高电压和大电流下的应用需求。

图6为本发明的具有四分之二匝线圈型纵磁触头的真空灭弧室，包括具有真空腔8的灭弧室壳体7，灭弧室上侧盖板10，灭弧室下侧盖板11，位于壳体内的屏蔽罩9，屏蔽罩9内真空腔中设有四分之二匝线圈型纵磁触头，四分之二匝线圈型纵磁触头包括静触头1和动触头2，静触头1包括静导电杆3-1、静侧2/4匝纵磁线圈4-1、静支撑座5-1和静触头片6-1，静侧2/4匝纵磁线圈4-1布置于静导电杆3-1底部，线圈支路末端与静触头片6-1焊接，静触头片6-1背面布置有静支撑座5-1，所述静支撑座5-1为空心结构，几何结构圆周对称，纵剖面呈工字型，横截面为圆环状。动触头2与静触头1结构相同，且相对布置，两侧触头中静侧2/4匝纵磁线圈4-1和动侧2/4匝纵磁线圈4-2的支路中电流流向相同。

以上描述仅为本发明的四分之二匝线圈型纵磁触头结构的一种具体实施方式，本领域内的技术人员可以根据本发明的原理对其实施方式做出各种改变。本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，包括相对放置的静触头(1)和动触头(2)，静触头(1)包括静导电杆(3-1)、静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)、静支撑座(5-1)和静触头片(6-1)；静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)布置于静导电杆(3-1)底部，为中空双层结构，具有四条并联支路，每条并联支路均在双层结构的上下两层中各绕过预设长度，每条并联支路末端与静触头片(6-1)焊接，静触头片(6-1)背面布置有静支撑座(5-1)，静支撑座(5-1)位于静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)的中空腔体内；动触头(1)与静触头(2)的结构除动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)和静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)的每条并联支路在双层结构的上下两层中旋向相反外，其它结构均相同，包括动导电杆(3-2)、动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)、动支撑座(5-2)和动触头片(6-2)，动触头片(6-2)与静触头片(6-1)相对布置；燃弧过程中，电流由静导电杆(3-1)流入，由静导电杆(3-1)末端流入静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)的中部，再经由四条并联支路流入静触头片(6-1)，并经过电弧等离子体流入动触头(2)，由动触头片(6-2)留入动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)，经四条并联支路汇集在动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)中部，最终由动导电杆(3-2)流出，电流流经静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)和动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)时会感应出相应的纵向磁场。

2.根据权利要求1所述的一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，其特征在于：所述静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)和动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)中的四条并联支路结构参数相同，间隔90度布置，每条并联支路均由线圈背侧中部径向延伸至触头边缘，再沿圆周方向延伸，在双层结构的上下两层中各绕过1/4圆周的长度。

3.根据权利要求1所述的一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，其特征在于：所述静触头片(6-1和动触头片(6-2)与每条并联支路末端相连接处开有直线槽以减小涡流，直线槽沿径向由触头片边缘向内切出，四条直线槽间隔90度布置。

4.根据权利要求1所述的一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，其特征在于：所述静支撑座(5-1)和动支撑座(5-2)为空心结构，几何结构圆周对称，纵剖面呈工字型，横截面为圆环状。

5.根据权利要求1所述的一种四分之二匝线圈型纵磁触头结构，其特征在于：所述静触头(1)与动触头(2)相对布置时，静侧2/4匝纵磁线圈(4-1)与动侧2/4匝纵磁线圈(4-2)旋向相互配合即旋向相反，形成的磁场相互叠加，共同在触头间形成单极纵向磁场。

6.一种真空灭弧室，包括具有真空腔(8)的灭弧室壳体(7)，位于灭弧室壳体(7)上侧和下侧的灭弧室上侧盖板(10)和灭弧室下侧盖板(11)，位于灭弧室壳体(7)内的屏蔽罩(9)，其特征在于：屏蔽罩(9)内真空腔中设有权利要求1至5任一项所述的四分之二匝线圈型纵磁触头结构。