CN114050096A - 一种小型断路器灭弧系统及具有其的小型断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器灭弧技术领域，具体涉及一种小型断路器灭弧系统及具有其的小型断路器。小型断路器灭弧系统，包括：静触头，其具有钩状的引弧脚、设有静触点的竖直部以及连接引弧脚与竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部朝背离静触点的方向倾斜且所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角小于等于175°；下跑弧道，其上设置有依次连接的第二倾斜部和拐角部，第二倾斜部与所述竖直部之间的角度不小于第一倾斜部与所述竖直部之间的角度；动触头，其分断状态下运动到最大开距位置时与所述拐角部相接触。动触头运动到最大开距时，下跑弧道与第二倾斜部之间的间隙被封堵，增强从触头区域到出气口间的压力梯度，能够实现快速引弧灭弧。

Description

一种小型断路器灭弧系统及具有其的小型断路器

技术领域

本发明涉及断路器灭弧技术领域，具体涉及一种小型断路器灭弧系统及具有其的小型断路器。

背景技术

小型断路器，由于其灭弧介质主要是空气，所以又称之为空气开关。随着我国“碳达峰、碳中和”目标的提出，其清洁能源光伏发电量逐年递增，而小型断路器做为光伏发电系统的控制保护电器，系统要求其能够开断直流电弧且对灭弧性能提出了更高的要求。而直流断路器临界电流的开断和电寿命就成为了小型断路器研发设计的重点和难点。对于小型断路器而言，其灭弧性能的好坏除了跟灭弧室等零件的选择有关，还会跟内部分断时的气流场息息相关，尤其是对临界电流和额定电流的开断。

现有的小型断路器的结构如图1所示，包含了动触头1、静触头2、下跑弧道3以及灭弧室4等；静触头包含了竖直部一11、与竖直部一11相连并朝向灭弧室4弯曲的引弧脚12、固定于竖直部一11的静触点13；下跑弧道3包括拐角31、朝向灭弧室4延伸的水平部32，与水平部32连接的斜部33，连接斜部33与拐角31的竖直部二34。上述小型断路器在分断过程中，容易在过渡弧面处形成涡流，从而使气流场反向流动至动静触头区域，不利于气流向灭弧栅片区域的运动，阻碍电弧向栅片区域运动过程，减缓了电弧的冷却过程和电弧电压上升过程。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的小型断路器产生的电弧会在静触头、动触头之间停滞以及电弧能量无法高效耗散的缺陷，从而提供一种小型断路器灭弧系统及具有其的小型断路器。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种小型断路器灭弧系统，包括：

静触头，其具有钩状的引弧脚、设有静触点的竖直部以及连接引弧脚与竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部朝背离静触点的方向倾斜且所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角小于等于175°；

下跑弧道，其上设置有依次连接的第二倾斜部和拐角部，第二倾斜部朝向所述第一倾斜部设置，第二倾斜部与所述竖直部之间的角度不小于第一倾斜部与所述竖直部之间的角度；

动触头，其分断状态下运动到最大开距位置时与所述拐角部相接触。

可选地，所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角取值范围为155°～175°。

可选地，所述第二倾斜部与所述第一倾斜部平行设置。

可选地，所述动触头在分断状态下运动到最大开距位置时与拐角部的接触为线接触。

可选地，所述动触头的正面设有动触点，用于与所述静触点接触以流通额定电流，动触头的背面与动触头的顶面的夹角为钝角，所述动触头的顶面适于与所述拐角部相接触。

可选地，动触头用于线接触的位置位于动触头的顶面邻近动触头正面处。

可选地，还包括壳体，所述壳体具有一壳体凸起，所述下跑弧道背离所述第一倾斜部的一侧倚靠于所述壳体凸起上，所述第二倾斜部整体高于所述壳体凸起。

可选地，所述引弧脚为弧形或“V”字型。

本发明还提供一种小型断路器，具有本发明所述的小型断路器灭弧系统。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的小型断路器灭弧系统，包括：包括：静触头，其具有钩状的引弧脚、设有静触点的竖直部以及连接引弧脚与竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部朝背离静触点的方向倾斜且所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角小于等于175°；下跑弧道，其上设置有依次连接的第二倾斜部和拐角部，第二倾斜部朝向所述第一倾斜部设置，第二倾斜部与所述竖直部之间的角度不小于第一倾斜部与所述竖直部之间的角度；动触头，其分断状态下运动到最大开距位置时与所述拐角部相接触。

由于现有技术中的小型断路器的动触头在分断位置时，动触头端部与下跑弧到的拐角部之间存在较大的间隙。由于动触头在分断后与拐角之间存在较大的间隙，间隙的存在不利于电弧从动触头跳转到下跑弧道，另一方面，此气隙的存在，会导致气流向拐角部的背面后窜，从而烧损双金属片。本发明提供的小型断路器灭弧系统工作过程中，动触头先与静触头接触，即开关位于闭合状态，此时电路导通，动静触头间流过电流，当短路电流来临，动触头开始转动，产生电弧，产生的电弧在静触头、动触头和下跑弧道之间的区域停留片刻后跳转到下跑弧道上的第二倾斜部。当动触头运动到最大开距时，动触头下方与下跑弧道的第二倾斜部接触，使得下跑弧道与第二倾斜部之间的间隙被封堵，增强了从触头区域到出气口间的压力梯度，能够实现快速引弧灭弧。断路器壳体内部的动触头与拐角部接触，以增加灭弧系统的气密性，在第一倾斜部、第二倾斜部同向倾斜设计的共同作用下，有利于气体在灭弧系统的顺序流动，有利于形成压力梯度，加速气流场，使内部形成从动静触头区域指向出气口的正向压力梯度，从而使电弧快速朝向灭弧室运动，能够实现快速引弧灭弧，同时，通过静触头第一倾斜部和下跑弧道上第二倾斜部尽可能平行布置的方案，减少甚至消除涡流的形成，增强了电弧能量的对流耗散、高效的对流耗散使其电弧快速冷却并熄灭，从而提高了直流产品的电寿命、临界电流的开断能力，使产品性能更可靠。

2.本发明提供的小型断路器灭弧系统，所述动触头的正面设有动触点，用于与所述静触点接触以产生电弧，动触头的背面与动触头的顶面的夹角为钝角，所述动触头的顶面适于与所述拐角部相接触。有利于动触头与下跑弧道的接触，二者接触后将动触头与下跑弧道之间的间隙封堵，能够减小涡流的产生，同时产生压力梯度，实现快速引弧灭弧。

3.本发明提供的小型断路器灭弧系统，所述动触头在分断状态下运动到最大开距位置时与拐角部的接触为线接触。在保证气密性的同时可以有效降低回弹，使得产品分断性能更加的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的小型断路器的结构示意图。

图2为本发明的实施方式中提供的小型断路器灭弧系统的结构示意图。

图3为现有技术中断路器分断动作时壳体内的气流仿真图。

图4为本发明的实施方式中提供的小型断路器灭弧系统分断动作时的气流仿真图。

附图标记说明：1、静触头；2、动触头；3、下跑弧道；4、灭弧室；5、引弧脚；6、竖直部；7、第一倾斜部；8、水平部；9、斜部；10、第二倾斜部；11、拐角部；12、壳体凸起。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图2所示，为本实施例提供的一种小型断路器灭弧系统，包括：包括：安装在壳体内的静触头1、动触头2和下跑弧道3。

静触头1上设置有钩状的引弧脚5、设有静触点的竖直部6以及连接引弧脚5与竖直部6的第一倾斜部7。引弧脚5为弧形或“V”字型。本实施例中的引弧脚5为弧形。第一倾斜部7朝背离静触点的方向倾斜，第一倾斜部7与竖直部6之间的夹角取值范围为155°～175°，本实施例中，第一倾斜部7与竖直部6之间的夹角为175°。

下跑弧道3上设置有依次相连的水平部8、斜部、第二倾斜部10以及拐角部11，水平部8、斜部9、第二倾斜部10以及拐角部11之间均通过过渡弧面连接。水平部8向左延伸至灭弧室4内，第二倾斜部10朝向第一倾斜部7设置，第二倾斜部10与竖直部6之间的角度不小于第一倾斜部7与竖直部6之间的角度。本实施例中第二倾斜部10与第一倾斜部7平行设置。

动触头2在其分断状态下运动到最大开距位置时与拐角部11相接触。动触头2在分断状态下运动到最大开距位置时与拐角部11的接触为线接触。动触头2的正面设有动触点，用于与静触点接触以产生电弧，动触头2的背面与动触头2的顶面的夹角为钝角，动触头2的顶面适于与拐角部11相接触。动触头2用于线接触的位置位于动触头2的顶面靠近动触头2正面的一侧。

在壳体内具有一壳体凸起12，下跑弧道3背离第一倾斜部7的一侧倚靠于壳体凸起12上，第二倾斜部10的整体高于壳体凸起12，以对第二倾斜部10进行支撑，提升下跑弧道3的稳定性，防止动触点与下跑弧道3碰撞时导致下跑弧道3发生错位。

如图3所示为现有技术中的断路器分断动作时壳体内的气流仿真图，图中动触头2在离开静触头1运动过程中，带动触头2区域内的空气发生运动，产生大面积的涡流，且动触头2与下跑弧道3之间存在间隙，触头区域内的气流会在动触头2动作的作用下流向动触头2的背面，带动电弧跳动到动触头2的背面，从而烧损双金属片。

如图4所示为本实施例提供的小型断路器灭弧系统分断动作时的气流仿真图，动触头2在接触静触头1产生电弧后，向下跑弧道3运动，最终会与下跑弧道3接触，将下跑弧道3与动触头2之间的间隙阻挡，增强从触头区域到出气口间的正向压力梯度，加速气流流动速度，从而使电弧快速朝向灭弧室4运动，过程中产生的涡流大大减少，能够实现快速引弧灭弧。

在断路器临界直流负载电流实验中，应记录试验过程中的燃弧时间，其值不应超过1s，图3所示的现有技术中的小型断路器的试验过程中最大平均燃弧时间为1756.8ms；图4所示的本发明的实施方式中提供的小型断路器灭弧系统，最大平均燃弧时间为123.1ms，大大缩短了断路器的燃弧时间，实现了快速引弧灭弧。

实施例2

本实施例中提供一种小型断路器，具有实施例1中所述的小型断路器灭弧系统，小型断路器灭弧系统的壳体封闭使得静触头、动触头和下跑弧道在封闭空间内工作。小型断路器在工作时能够实现快速引弧灭弧，减少涡流的形成，增强了电弧能量的对流耗散、高效的对流耗散使其电弧快速冷却并熄灭，从而提高了直流产品的电寿命、临界电流的开断能力，使产品性能更可靠。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种小型断路器灭弧系统，其特征在于，包括：

静触头，其具有钩状的引弧脚、设有静触点的竖直部以及连接引弧脚与竖直部的第一倾斜部，所述第一倾斜部朝背离静触点的方向倾斜且所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角小于等于175°；

下跑弧道，其上设置有依次连接的第二倾斜部和拐角部，第二倾斜部朝向所述第一倾斜部设置，第二倾斜部与所述竖直部之间的角度不小于第一倾斜部与所述竖直部之间的角度；

动触头，其分断状态下运动到最大开距位置时与所述拐角部相接触。

2.根据权利要求1所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述第一倾斜部与所述竖直部之间的夹角取值范围为：155°～175°。

3.根据权利要求1或2所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述第二倾斜部与所述第一倾斜部平行设置。

4.根据权利要求1或2所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述动触头在分断状态下运动到最大开距位置时与拐角部的接触为线接触。

5.根据权利要求4所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述动触头的正面设有动触点，用于与所述静触点接触以流通额定电流，所述动触头的背面与动触头的顶面的夹角为钝角，所述动触头的顶面适于与所述拐角部相接触。

6.根据权利要求5所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述动触头用于线接触的位置位于所述动触头的顶面靠近所述动触头正面的一侧。

7.根据权利要求1或2所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，还包括壳体，所述壳体具有一壳体凸起，所述下跑弧道背离所述第一倾斜部的一侧倚靠于所述壳体凸起上，所述第二倾斜部整体高于所述壳体凸起。

8.根据权利要求1或2所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述引弧脚为弧形或“V”字型。

9.根据权利要求1或2所述的小型断路器灭弧系统，其特征在于，所述下跑弧道上设置有依次连接的水平部和斜部，所述斜部远离所述水平部的一端与第二倾斜部连接，所述水平部延伸至灭弧室内。

10.一种小型断路器，其特征在于，具有权利要求1至9任一项所述的小型断路器灭弧系统。

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