CN113628923A - 双极纵磁触头结构及真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双极纵磁触头结构及真空灭弧室。双极纵磁触头结构，包括：静触头组件，静触头组件包括静导电杆、静触头片、静侧U形铁芯；动触头组件，动触头组件包括动导电杆、动触头片、动侧U形铁芯；还包括：动侧铁芯支撑件，与动侧U形铁芯固定连接，用于将动侧U形铁芯固定在真空灭弧室的动端；所述动触头组件的动触头片与动侧U形铁芯分体布置，动触头片能够在动导电杆的带动下实现分合闸。上述方案能够解决现有的双极纵磁触头结构分闸过程中触头间距较小时局部电弧过于集中的问题。

Description

双极纵磁触头结构及真空灭弧室

技术领域

本发明涉及双极纵磁触头结构及真空灭弧室。

背景技术

真空断路器因其可靠性高、环境友好等优势，被大量应用在中低压领域的交流电网。而真空灭弧室作为其核心部件，则影响真空断路器的成功开断与否。目前，为了提升真空灭弧室的短路电流开断能力，通常采用真空电弧的磁场控制技术，主要包括横向磁场控制技术和纵向磁场控制技术。例如公开号为CN110379670B的中国专利文献公开一种带有固定断口的高通流能力真空灭弧室的背景技术中的介绍，横向磁场技术是通过特定的触头结构，使得在燃弧过程中形成的电流通路在触头及其触头间隙区域形成与电弧电流流向垂直的横向磁场。横向磁场作用于真空电弧，驱动其在触头表面旋转运动，避免了电弧对于触头局部的过度烧蚀，以提高开关的开断能力。纵向磁场技术是通过触头结构形成与电弧电流流向平行的磁场，使真空电弧扩散且均匀燃烧，减少了真空电弧的集聚，减轻电弧对于触头表面局部的烧蚀，以提高开关的开断能力。

对于纵磁触头，其在大开距下仍能保持较强的磁场，开断能力较强，但触头结构较为复杂，回路电阻较大，额定电流承载能力较低；对于横磁触头，其回路电阻较小，但在大开距下磁场较弱，短路电流开断能力较低。在较高电压等级的大电流开断中，由于此时触头间距往往较高，而纵向磁场可以在触头间距较大的情况下依然有效抑制电弧集聚，提高真空断路器的开断能力，故而在较高电压等级下真空灭弧室通常采用纵磁触头结构，即能产生纵向磁场的触头结构。现有的纵磁触头结构如公开号为CN107093535B的专利文献中公开的一种高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构、公开号为CN107993882B的专利文献中公开的纵磁扇形铁心式触头组件采用的触头结构，均为带有铁芯的双极纵磁触头结构。双极纵磁触头结构均包括静触头组件和动触头组件，静触头组件包括静导电杆、静触头片、静侧U形铁芯，动触头组件包括动导电杆、动触头片、动侧U形铁芯。

然而，对于带有铁芯的双极纵磁触头结构，在分闸过程中，触头在小间距下产生的磁场过强，会导致局部电弧过于集中，这将会阻碍真空断路器的成功开断。

发明内容

本发明的目的是提供一种双极纵磁触头结构及真空灭弧室，解决现有的双极纵磁触头结构分闸过程中触头间距较小时局部电弧过于集中的问题。

本发明中双极纵磁触头结构采用如下技术方案：

双极纵磁触头结构，包括：

静触头组件，静触头组件包括静导电杆、静触头片、静侧U形铁芯；

动触头组件，动触头组件包括动导电杆、动触头片、动侧U形铁芯；

还包括：

动侧铁芯支撑件，与动侧U形铁芯固定连接，用于将动侧U形铁芯固定在真空灭弧室的动端；

所述动触头组件的动触头片与动侧U形铁芯分体布置，动触头片能够在动导电杆的带动下实现分合闸。

有益效果：采用上述技术方案，由于动侧铁芯支撑件与动侧U形铁芯固定连接，能够将动侧U形铁芯固定在真空灭弧室的动端，分闸时，动侧触头组件中仅有动触头片运动，而动侧U形铁芯固定不动，故而动侧U形铁芯与静侧U形铁芯的间距不随触头开距变化而改变，因此分闸全过程中静侧U形铁芯和动侧U形铁芯产生的双极纵向磁场基本保持不变，在满足大开距下有效控制电弧的磁场需求的同时，能够避免小开距下双极纵向磁场过强导致的电弧局部集中，提高了整个分闸过程中双极纵向磁场对电弧的控制效果，有助于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力；并且，分闸中运动部件仅为动触头片和动导电杆，减轻了运动质量，能够降低对断路器操动机构操作功的需求，有利于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为支撑杆，动侧铁芯支撑件远离动侧U形铁芯的一端用于支撑在真空灭弧室的动侧盖板上。

有益效果：采用上述技术方案，支撑杆结构简洁，成本低，制造方便。

作为一种优选的技术方案：所述支撑杆设有两只，分别支撑在动侧U形铁芯的U形开口的两端。

有益效果：采用上述技术方案能够动侧U形铁芯形成稳定的支撑，可靠性好。

作为一种优选的技术方案：所述动触头片的纵剖面为U形，U形的开口背向静触头片；动触头组件处于分闸状态时，动侧U形铁芯完全位于动触头片的内腔中，或者，动侧U形铁芯的其中一部分位于动触头片的内腔中。

有益效果：采用上述技术方案，结构紧凑，能够匹配不同的触头片结构。

作为一种优选的技术方案：所述静侧U形铁芯与动侧U形铁芯的开口朝向相反。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为金属材质，用于焊接固定在真空灭弧室的动侧盖板上。

有益效果：采用上述技术方案有利于保证动侧铁芯支撑件的结构强度，并且能够通过焊接实现方便、可靠的连接。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为绝缘材料。

作为一种优选的技术方案：所述静触头片焊接固定在静导电杆的端面上。

有益效果：采用上述技术方案连接可靠，便于组装。

作为一种优选的技术方案：所述动触头片焊接固定在动导电杆的端面上。

有益效果：采用上述技术方案连接可靠，便于组装。

本发明中真空灭弧室采用如下技术方案：

真空灭弧室，包括：

灭弧室外壳，灭弧室外壳的轴向两端分别设有静侧盖板和动侧盖板，内部设有触头组件，触头组件采用双极纵磁触头结构；

双极纵磁触头结构，包括：

静触头组件，静触头组件包括静导电杆、静触头片、静侧U形铁芯；

动触头组件，动触头组件包括动导电杆、动触头片、动侧U形铁芯；

还包括：

动侧铁芯支撑件，与动侧U形铁芯固定连接，用于将动侧U形铁芯固定在真空灭弧室的动端；

所述动触头组件的动触头片与动侧U形铁芯分体布置，动触头片能够在动导电杆的带动下实现分合闸。

有益效果：采用上述技术方案，由于动侧铁芯支撑件与动侧U形铁芯固定连接，能够将动侧U形铁芯固定在真空灭弧室的动端，分闸时，动侧触头组件中仅有动触头片运动，而动侧U形铁芯固定不动，故而动侧U形铁芯与静侧U形铁芯的间距不随触头开距变化而改变，因此分闸全过程中静侧U形铁芯和动侧U形铁芯产生的双极纵向磁场基本保持不变，在满足大开距下有效控制电弧的磁场需求的同时，能够避免小开距下双极纵向磁场过强导致的电弧局部集中，提高了整个分闸过程中双极纵向磁场对电弧的控制效果，有助于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力；并且，分闸中运动部件仅为动触头片和动导电杆，减轻了运动质量，能够降低对断路器操动机构操作功的需求，有利于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为支撑杆，动侧铁芯支撑件远离动侧U形铁芯的一端用于支撑在真空灭弧室的动侧盖板上。

有益效果：采用上述技术方案，支撑杆结构简洁，成本低，制造方便。

作为一种优选的技术方案：所述支撑杆设有两只，分别支撑在动侧U形铁芯的U形开口的两端。

有益效果：采用上述技术方案能够动侧U形铁芯形成稳定的支撑，可靠性好。

作为一种优选的技术方案：所述动触头片的纵剖面为U形，U形的开口背向静触头片；动触头组件处于分闸状态时，动侧U形铁芯完全位于动触头片的内腔中，或者，动侧U形铁芯的其中一部分位于动触头片的内腔中。

有益效果：采用上述技术方案，结构紧凑，能够匹配不同的触头片结构。

作为一种优选的技术方案：所述静侧U形铁芯与动侧U形铁芯的开口朝向相反。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为金属材质，用于焊接固定在真空灭弧室的动侧盖板上。

有益效果：采用上述技术方案有利于保证动侧铁芯支撑件的结构强度，并且能够通过焊接实现方便、可靠的连接。

作为一种优选的技术方案：所述动侧铁芯支撑件为绝缘材料。

作为一种优选的技术方案：所述静触头片焊接固定在静导电杆的端面上。

有益效果：采用上述技术方案连接可靠，便于组装。

作为一种优选的技术方案：所述动触头片焊接固定在动导电杆的端面上。

有益效果：采用上述技术方案连接可靠，便于组装。

对于本专利要保护的主题，同一主题下的各优选技术方案均可以单独采用，在能够组合的情况下，也可以将同一主题下的两个以上优选的技术方案任意组合，组合形成的技术方案此处不再具体描述，以此形式包含在本专利的记载中。

附图说明

图1是本发明中真空灭弧室的实施例1处于合闸状态的结构示意图；

图2是本发明中真空灭弧室的实施例1处于分闸状态的结构示意图；

图3是图1中双极纵磁触头结构的结构示意图；

图4是图3的立体图；

图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、灭弧室外壳；12、静侧盖板；13、动侧盖板；14、静侧端部屏蔽罩；15、动侧端部屏蔽罩；16、主屏蔽罩；21、静触头组件；22、静导电杆；23、静触头片；24、静侧U形铁芯；31、动触头组件；32、动导电杆；33、动触头片；34、动侧U形铁芯；35、动侧铁芯支撑件；36、波纹管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中真空灭弧室的实施例1：

如图1和图2所示，真空灭弧室包括灭弧室外壳11，灭弧室外壳11采用瓷壳，其轴向两端分别与静侧盖板12和动侧盖板13焊接固定，灭弧室外壳11的内部设有触头组件，触头组件采用双极纵磁触头结构。

双极纵磁触头结构包括静触头组件21和动触头组件31。静触头组件21包括静导电杆22、静触头片23、静侧U形铁芯24；动触头组件31包括动导电杆32、动触头片33、动侧U形铁芯34。静触头片23、动触头片33的纵剖面均为U形，两者的U形开口朝向相反。静触头片23的径向中心的背面焊接固定在静导电杆22的端面上，所述动触头片33的径向中心的背面焊接固定在动导电杆32的端面上。静触头片23、动触头片33的具体结构为现有技术，用于形成双极纵磁触头，此处不再详细说明。

静导电杆22的轴向中部与静侧盖板12焊接固定，灭弧室外壳11内于静侧盖板12的内侧还焊接固定有静侧端部屏蔽罩14。静导电杆22的轴向中部与波纹管36一端焊接固定，波纹管36的另一端焊接固定在动侧盖板13上，灭弧室外壳11内于动侧盖板13的内侧还焊接固定有动侧端部屏蔽罩15。另外，静触头组件21与动触头组件31的结合处还设有主屏蔽罩16，主屏蔽罩16焊接固定在灭弧室外壳11的轴向中部。

作为一种现有技术，静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34的U形开口朝向相反，成180°布置。静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34可为电工纯铁等导磁材料，静侧U形铁芯24焊接固定在静侧U形铁芯24的背面，完全位于静触头片23的内腔中。动侧U形铁芯与动触头片33分体布置，动侧U形铁芯34焊接固定在动侧铁芯支撑件35的一端，动侧铁芯支撑件35的另一端焊接固定在动侧盖板13上，用于将动侧U形铁芯34支撑固定在真空灭弧室的动端。动触头组件31处于分闸状态时，动侧U形铁芯34完全位于动触头片33的内腔中。

如图3和图4，所述动侧铁芯支撑件35为支撑杆，支撑杆设有两只，分别支撑在动侧U形铁芯34的U形开口的两端，两只支撑杆所在的平面经过动触头杆的轴线。为了保证工作稳定性和组装方便，动侧铁芯支撑件35材料为具有较高机械强度的金属材质，便于焊接。

与现有技术中的结构类似，静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34的厚度从开口侧向另一侧逐渐增厚。当然，静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34和的也可以是其他形状，例如马蹄形，或其他具有近似U形的、中心具有开槽结构的形状。

使用时，分闸燃弧过程中，静触头片23和动触头片33中有电流通过，静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34在U形的槽口两侧产生大小相同、极性相反的双极纵向磁场，磁场对应于头间隙，作用于真空电弧弧柱，能够抑制真空电弧弧柱的集聚趋势。在触头分闸过程中，由于动侧触头组件中仅有动触头片33运动，而动侧U形铁芯34固定不动，故而动侧U形铁芯34与静侧U形铁芯24的间距不随触头开距变化而改变，因此分闸全过程中静侧U形铁芯24和动侧U形铁芯34产生的双极纵向磁场基本保持不变，在满足大开距下有效控制电弧的磁场需求的同时，能够避免小开距下双极纵向磁场过强导致的电弧局部集中，提高了整个分闸过程中双极纵向磁场对电弧的控制效果，有助于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力；并且，分闸中运动部件仅为动触头片33和动导电杆32，减轻了运动质量，能够降低对断路器操动机构操作功的需求，有利于提高具有固定铁芯的双极纵磁触头的真空灭弧室的开断能力。

本发明中真空灭弧室的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，动侧铁芯支撑件35为支撑杆，而本实施例中，动侧铁芯支撑件35为支撑筒，支撑筒固定在动侧盖板13内侧，动导电杆32从支撑筒中穿过。在其他实施例中，动侧铁芯支撑件35也可以是其他形式，例如框架形式；另外，在其他实施例中，支撑杆的数量也可以仅有一只，或者三只以上。

本发明中真空灭弧室的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，支撑杆焊接固定在动侧盖板13上，而本实施例中，支撑杆的端部设有法兰结构，通过法兰结构装配固定在动端盖板上。

本发明中真空灭弧室的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，支撑杆固定在动侧盖板13上，而本实施例中，支撑杆焊接固定在灭弧室壳体的内壁上。

本发明中真空灭弧室的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，所述动触头片33的纵剖面为U形，而本实施例中，所述动触头片33为扁平片状结构，具体为公开号为CN107093535B的专利文献中采用的结构。

在上述实施例中，动侧铁芯支撑件35焊接固定在动侧U形铁芯34上；在其他实施例中，动侧铁芯支撑件35也可以采用其他固定方式，例如螺纹连接固定、粘接固定。在上述实施例中，动触头组件31处于分闸状态时，动侧U形铁芯34完全位于动触头片33的内腔中；在其他实施例中，分闸时动侧U形铁芯34也可以仅有一部分位于动触头片33的内腔中。

本发明中双极纵磁触头结构的实施例：双极纵磁触头结构的实施例即上述真空灭弧室的任一实施例中记载的双极纵磁触头结构，此处不再具体说明。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.双极纵磁触头结构，包括：

静触头组件（21），静触头组件（21）包括静导电杆（22）、静触头片（23）、静侧U形铁芯（24）；

动触头组件（31），动触头组件（31）包括动导电杆（32）、动触头片（33）、动侧U形铁芯（34）；

其特征在于，还包括：

动侧铁芯支撑件（35），与动侧U形铁芯（34）固定连接，用于将动侧U形铁芯（34）固定在真空灭弧室的动端；

所述动触头组件（31）的动触头片（33）与动侧U形铁芯（34）分体布置，动触头片（33）能够在动导电杆（32）的带动下实现分合闸。

2.根据权利要求1所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述动侧铁芯支撑件（35）为支撑杆，动侧铁芯支撑件（35）远离动侧U形铁芯（34）的一端用于支撑在真空灭弧室的动侧盖板（13）上。

3.根据权利要求2所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述支撑杆设有两只，分别支撑在动侧U形铁芯（34）的U形开口的两端。

4.根据权利要求1或2或3所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述动触头片（33）的纵剖面为U形，U形的开口背向静触头片（23）；动触头组件（31）处于分闸状态时，动侧U形铁芯（34）完全位于动触头片（33）的内腔中，或者，动侧U形铁芯（34）的其中一部分位于动触头片（33）的内腔中。

5.根据权利要求1或2或3所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述静侧U形铁芯（24）与动侧U形铁芯（34）的开口朝向相反。

6.根据权利要求1或2或3所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述动侧铁芯支撑件（35）为金属材质，用于焊接固定在真空灭弧室的动侧盖板（13）上。

7.根据权利要求1或2或3所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述动侧铁芯支撑件（35）为绝缘材料。

8.根据权利要求1或2或3所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述静触头片（23）焊接固定在静导电杆（22）的端面上。

9.根据权利要求1或2所述的双极纵磁触头结构，其特征在于，所述动触头片（33）焊接固定在动导电杆（32）的端面上。

10.真空灭弧室，包括：

灭弧室外壳（11），灭弧室外壳（11）的轴向两端分别设有静侧盖板（12）和动侧盖板（13），内部设有触头组件，触头组件采用双极纵磁触头结构；

其特征在于，双极纵磁触头结构为权利要求1至9中任一权利要求所述的双极纵磁触头结构。

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