CN114141592A - 一种用于低压断路器的灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组(15)、引弧片(3)、侧板(5)、基座(4)、灭焰片(16)和顶盖(13)，灭弧栅片组(15)由相互平行的上灭弧栅片组(1)和下灭弧栅片组(2)组成，下灭弧栅片组(2)靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组(1)设置在下灭弧栅片组(2)上方，下灭弧栅片组(2)的引脚与水平方向的夹角为35‑50°；下灭弧栅片组(2)比上灭弧栅片组(1)具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组(2)内每个栅片的面积比上灭弧栅片组(1)内每个栅片的面积大2～3cm²。与现有技术相比，本发明具有灭弧性能优、使用寿命长、分断能力高等优点。

Description

一种用于低压断路器的灭弧室

技术领域

本发明涉及低压电器技术领域，具体涉及一种用于低压断路器的灭弧室。

背景技术

低压断路器是一种用于低压配电系统中接通、分断线路的重要保护电器，它能在线路发生过载或短路故障时自动断开线路，以保护线路及负载不受破坏。低压断路器在分断故障电流的过程中，电器的触头间会产生电弧，电弧是一种高温的游离气体，它会对断路器的触头造成极大的损伤，倘若没有及时熄灭电弧，可能会造成断路器的损坏，更严重的会导致安全事故。因此，现有的断路器都安装有灭弧室，灭弧室是断路器的核心组件，它能够依靠多片灭弧栅片将电弧分割成多段短弧，提高电弧电压，从而快速熄灭电弧，保护断路器。

小壳架断路器是指壳架电流为1600A，额定电流为200～1600A，相间距不超过80mm的小型化断路器。为了满足市场及客户的需求，小壳架断路器的分断能力亟需提高，其中一大重点则是提升断路器灭弧室的性能。由于小壳架断路器存在空间的限制以及原有设计的缺陷，提升灭弧室的性能十分困难。因此，小壳架断路器的灭弧室需要全方面的创新性设计才能有效提升其分断能力。

现有技术中低压断路器的灭弧室结构包括：由多片平行设置的灭弧栅片组成的灭弧栅片组；能够快速引导电弧的引弧片；用于安装灭弧栅片组和引弧片的侧板；与侧板相互配合的基座；设置于基座上方且层层堆叠的不同材料的灭焰片；带有出气孔的顶盖。而现有低压小壳架断路器，存在着电弧移动区域难以控制，灭弧室的分断性能差等技术难题，且灭弧时间较长，约为6.5～8ms，极大地缩短了灭弧室的使用寿命。

发明专利CN102509676B公开了一种框架断路器灭弧室，包括隔弧罩、栅片、引弧片、第一隔弧壁和第二隔弧壁。为了增加栅片的长度，栅片顶部以不与隔弧罩内壁接触为限，底部以不与引弧片内壁接触为限，并沿引弧片的斜面成阶梯状排列。采用该结构的灭弧室后，断路器的短路分断能力由原来的80kA提高到120kA，但该发明电弧进入灭弧室的速度较低，且灭弧室内部的气体循环较差，降低了灭弧室灭弧性能。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于低压断路器的灭弧室，具有灭弧性能优、使用寿命长等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组、引弧片、侧板、基座、灭焰片和顶盖，灭弧栅片组由相互平行的上灭弧栅片组和下灭弧栅片组组成，下灭弧栅片组靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组设置在下灭弧栅片组上方，下灭弧栅片组的引脚与水平方向的夹角为35～50°，这种结构可改善下灭弧栅片组的磁场分布，提高其两侧磁极的磁性，增加灭弧栅片对于电弧的磁吹力，以提高电弧进入灭弧室的速度。

所述的下灭弧栅片组比上灭弧栅片组具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组内每个栅片的面积比上灭弧栅片组内每个栅片的面积大2～3cm²。由于下灭弧栅片的面积更大，因此下灭弧栅片组的热容量更高，吸引电弧的磁场力更强，且下灭弧栅片与触头区域更接近，因此可提高电弧进入灭弧室的速度，缩短燃弧时间。

所述的灭弧栅片组所有灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.5～0.6。动触头片为文丘里喷嘴型式，动触头片是低压断路器动触头系统的关键组件，在分断故障电流的过程中，动触头片与静触头之间会产生电弧，通过引弧角引入灭弧室。将X/Y设置为0.5～0.6，可应用文丘里效应，提高高温游离气体的气动力，将电弧更快速的推向灭弧室，以提高灭弧性能。

所述的下灭弧栅片组与基座间设置有气隙，气隙大小为1～2mm，且所述的顶盖安装有气体出口，1～2mm的气隙的存在可以引导一部分消游离气体重新进入灭弧室的电弧区域，提高电弧区域的介质强度，进而改善灭弧室内部的气体循环。

所述的上灭弧栅片组、下灭弧栅片组以及引弧片全部铆接于侧板上，连接强度较稳定可靠。

所述的引弧片在折弯处设置有支撑脚，支撑脚嵌入侧板上设置的支撑孔以支撑引弧片，以抵抗引弧片在断路器分断过程中所受到的使其变形的磁场力，提高灭弧室的使用寿命。

所述的侧板上铆接有绝缘衬垫，贴合灭弧栅片引脚部分的外形尺寸，将灭弧栅片的引脚部分完全覆盖，以保护灭弧栅片的引脚部分不受电弧的损坏，提高灭弧室的使用寿命。同时，特制的绝缘衬垫可以限制电弧的运动空间，引导电弧更快速的进入灭弧栅片组，从而提高灭弧室的性能。

所述的绝缘衬垫材料在高温下可以释放气体，额外释放的气体可以提高灭弧室内的介质强度，并增加空气的流速，将电弧推向灭弧室的灭弧区域。材料优选为聚间苯二甲酰间苯二胺，聚间苯二甲酰间苯二胺具有强度高、耐摩擦、抗辐射、耐高温等优点。

所述的侧板上部设置有安装孔位，通过安装螺钉与基座相互配合实现灭弧室整体的装配，所述的侧板材料优选为三聚氰胺树脂层压板，该材料比起以往所使用的材料如红钢纸板等拥有更优良的耐焰性、耐电弧性及绝缘性，在高温环境下不易碳化。此外，三聚氰胺树脂压板的表面层较为光滑，毛细孔较小，不易吸附分断过程中产生的金属离子。当断路器经受单次较大的短路电流分断过程后，采用三聚氰胺树脂层压板材料的灭弧室拥有更高的绝缘强度，提高灭弧室的使用寿命。

所述的基座上方设置有层层堆叠的不同材料的灭焰片，按照从下至上的顺序依次为小孔径的多孔灭焰片、回字形衬垫、大孔径多孔灭焰片、小目数的单层不锈钢编织网滤片和大目数的多层不锈钢编织网滤片组。所述的灭焰片设置顺序可以利用孔径及孔隙率的变化形成上下空间的压力差，从而防止气体回流阻碍灭弧室下部的气体流通。小孔径多孔灭焰片与大孔径多孔灭焰片的开孔设计位置相互错开，该设计可以最大限度的增加气道长度，加速气体冷却。所述的大目数的多层不锈钢编织网滤片组能够完全吸收电弧的剩余能量，保证零飞弧的要求。

进一步地，所述的小孔径的多孔灭焰片上设有多个直径为2～3mm的小孔，孔隙率为15～25％；

所述的大孔径多孔灭焰片上设有多个直径为2.5～3.5mm的大孔，孔隙率为25～35％；

所述的单层不锈钢编织网滤片的目数为10～20；

所述的大目数的多层不锈钢编织网滤片组由目数为140～200且皆不相同的三层不锈钢编织网滤片压制烧结制成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、灭弧性能优：本发明的下灭弧栅片组比上灭弧栅片组有更大的面积和与触头区域更小的距离，增强了下灭弧栅片组的热容量以及吸引电弧的磁场力，提高了电弧进入灭弧室的速度，缩短燃弧时间，同时通过将下灭弧栅片组的引脚与水平方向的夹角设置为35～50°，进一步改善下灭弧栅片组的磁场分布，提高电弧进入灭弧室的速度；还通过将灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.5～0.6，应用文丘里效应，提高高温游离气体的气动力，将电弧更快速的推向灭弧室，与原有结构相比能够提高10～20％的速度，燃弧时间可以由6～8ms缩短至5～6ms，以上技术要点使灭弧室的灭弧性能有了极大提升；

2、使用寿命长：本发明在引弧片折弯处设置支撑脚，可以抵抗引弧片在断路器分断过程中所受到的使其变形的磁场力，灭弧室的侧板上铆接有绝缘衬垫，可以保护灭弧栅片的引脚部分不受电弧的损坏，同时，灭弧室的侧板优选材料三聚氰胺树脂层压板，拥有优良的耐焰性、耐电弧性以及绝缘性，在高温下不易碳化，且可提高灭弧室绝缘强度，由原先试验后的0～5兆欧提升至30兆欧及以上，以上技术要点均有利于灭弧室寿命的延长；

3、分断能力高：通过绝缘衬垫限制电弧的运动空间，引导电弧更快速的进入灭弧栅片组，将电弧控制在灭弧室内，同时通过在下灭弧栅片组与基座间设置气隙，改善了灭弧室内部的气体循环，有利于提高灭弧室内的介质强度以及试验后的绝缘强度，提高了灭弧室的分断能力。

附图说明

图1为本发明用于低压断路器的灭弧室的剖视图；

图2为本发明用于低压断路器的灭弧室的结构简图；

图3为本发明用于低压断路器的灭弧室的爆炸图；

图4为动触头系统与灭弧室相互配合的示意图；

图中：1-上灭弧栅片组，2-下灭弧栅片组，3-引弧片，4-基座，5-侧板，6-支撑脚，7-绝缘衬垫，8-小孔径多孔灭焰片，9-回字形衬垫，10-大孔径多孔灭焰片，11-单层不锈钢编织网滤片，12-多层不锈钢编织网滤片组，13-顶盖，14-气隙，15-灭弧栅片组，16-灭焰片。

具体实施方式

为了使审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明技术方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效交换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1

如图1～2所示，一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组15、引弧片3、侧板5、基座4、灭焰片16和顶盖13，灭弧栅片组15由相互平行的上灭弧栅片组1和下灭弧栅片组2组成，下灭弧栅片组2靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组1设置在下灭弧栅片组2上方，下灭弧栅片组2的引脚与水平方向的夹角为35～50°。

如图1所示，下灭弧栅片组2比上灭弧栅片组1具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组2内每个栅片的面积比上灭弧栅片组1内每个栅片的面积大2cm²。

如图4所示，灭弧栅片组15所有灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.5。

下灭弧栅片组2与基座4间设置有气隙14，气隙14大小为2mm，顶盖13安装有气体出口。

上灭弧栅片组1、下灭弧栅片组2以及引弧片3全部铆接于侧板5上。

如图2所示，引弧片3在折弯处设置有支撑脚6，支撑脚6嵌入侧板5上设置的支撑孔以支撑引弧片3。

如图3所示，侧板5上铆接有绝缘衬垫7，贴合灭弧栅片引脚部分的外形尺寸，将灭弧栅片的引脚部分完全覆盖，绝缘衬垫7材料为聚间苯二甲酰间苯二胺，可在高温下释放气体，侧板5材料为三聚氰胺树脂层压板。

如图3所示，基座4上方设置有层层堆叠的不同材料的灭焰片16，按照从下至上的顺序依次为小孔径的多孔灭焰片8、回字形衬垫9、大孔径多孔灭焰片10、小目数的单层不锈钢编织网滤片11和大目数的多层不锈钢编织网滤片组12。

其中，小孔径的多孔灭焰片8上设有多个直径为2mm的小孔，孔隙率为15％；

大孔径多孔灭焰片10上设有多个直径为2.5mm的大孔，孔隙率为25％；

单层不锈钢编织网滤片11的目数为10；

大目数的多层不锈钢编织网滤片组12由目数为140～200三层不同的不锈钢编织网滤片压制烧结制成。

实施例2

一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组15、引弧片3、侧板5、基座4、灭焰片16和顶盖13，灭弧栅片组15由相互平行的上灭弧栅片组1和下灭弧栅片组2组成，下灭弧栅片组2靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组1设置在下灭弧栅片组2上方，下灭弧栅片组2的引脚与水平方向的夹角为35～50°。

下灭弧栅片组2比上灭弧栅片组1具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组2内每个栅片的面积比上灭弧栅片组1内每个栅片的面积大2.5cm²。

灭弧栅片组15所有灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.6。

下灭弧栅片组2与基座4间设置有气隙14，气隙14大小为1mm，顶盖13安装有气体出口。

上灭弧栅片组1、下灭弧栅片组2以及引弧片3全部铆接于侧板5上。

引弧片3在折弯处设置有支撑脚6，支撑脚6嵌入侧板5上设置的支撑孔以支撑引弧片3。

侧板5上铆接有绝缘衬垫7，贴合灭弧栅片引脚部分的外形尺寸，将灭弧栅片的引脚部分完全覆盖，绝缘衬垫7材料为聚间苯二甲酰间苯二胺，可在高温下释放气体，侧板5材料为三聚氰胺树脂层压板。

基座4上方设置有层层堆叠的不同材料的灭焰片16，按照从下至上的顺序依次为小孔径的多孔灭焰片8、回字形衬垫9、大孔径多孔灭焰片10、小目数的单层不锈钢编织网滤片11和大目数的多层不锈钢编织网滤片组12。

其中，小孔径的多孔灭焰片8上设有多个直径为2.5mm的小孔，孔隙率为20％；

大孔径多孔灭焰片10上设有多个直径为3mm的大孔，孔隙率为30％；

单层不锈钢编织网滤片11的目数为15；

大目数的多层不锈钢编织网滤片组12由目数为140～200三层不同的不锈钢编织网滤片压制烧结制成。

实施例3

一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组15、引弧片3、侧板5、基座4、灭焰片16和顶盖13，灭弧栅片组15由相互平行的上灭弧栅片组1和下灭弧栅片组2组成，下灭弧栅片组2靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组1设置在下灭弧栅片组2上方，下灭弧栅片组2的引脚与水平方向的夹角为35～50°。

下灭弧栅片组2比上灭弧栅片组1具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组2内每个栅片的面积比上灭弧栅片组1内每个栅片的面积大3cm²。

灭弧栅片组15所有灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.55。

下灭弧栅片组2与基座4间设置有气隙14，气隙14大小为1.5mm，顶盖13安装有气体出口。

上灭弧栅片组1、下灭弧栅片组2以及引弧片3全部铆接于侧板5上。

引弧片3在折弯处设置有支撑脚6，支撑脚6嵌入侧板5上设置的支撑孔以支撑引弧片3。

侧板5上铆接有绝缘衬垫7，贴合灭弧栅片引脚部分的外形尺寸，将灭弧栅片的引脚部分完全覆盖，绝缘衬垫7材料为聚间苯二甲酰间苯二胺，可在高温下释放气体，侧板5材料为三聚氰胺树脂层压板。

基座4上方设置有层层堆叠的不同材料的灭焰片16，按照从下至上的顺序依次为小孔径的多孔灭焰片8、回字形衬垫9、大孔径多孔灭焰片10、小目数的单层不锈钢编织网滤片11和大目数的多层不锈钢编织网滤片组12。

其中，小孔径的多孔灭焰片8上设有多个直径为2.5mm的小孔，孔隙率为25％；

大孔径多孔灭焰片10上设有多个直径为3.5mm的大孔，孔隙率为35％；

单层不锈钢编织网滤片11的目数为20；

大目数的多层不锈钢编织网滤片组12由目数为140～200三层不同的不锈钢编织网滤片压制烧结制成。

实施例1～3中，下灭弧栅片组2比上灭弧栅片组1有更大的面积和与触头区域更小的距离，增强了下灭弧栅片组2的热容量以及吸引电弧的磁场力，提高了电弧进入灭弧室的速度，缩短燃弧时间，同时通过将下灭弧栅片组2的引脚与水平方向的夹角设置为35～50°，进一步改善下灭弧栅片组2的磁场分布，提高电弧进入灭弧室的速度；通过将灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.5～0.6，应用文丘里效应，提高高温游离气体的气动力，将电弧更快速的推向灭弧室，使灭弧室的灭弧性能有了极大提升。

同时，通过绝缘衬垫7限制电弧的运动空间，引导电弧更快速的进入灭弧栅片组15，将电弧控制在灭弧室内，同时通过在下灭弧栅片组2与基座4间设置气隙，改善了灭弧室内部的气体循环，有利于提高灭弧室内的介质强度，防止高温游离气体回流，提高了灭弧室的分断能力。

最后，在引弧片3折弯处设置支撑脚6，可以抵抗引弧片3在断路器分断过程中所受到的使其变形的磁场力，灭弧室的侧板5上铆接有绝缘衬垫7，可以保护灭弧栅片的引脚部分不受电弧的损坏，同时，灭弧室的侧板5材料三聚氰胺树脂层压板，拥有优良的耐焰性、耐电弧性以及绝缘性，在高温下不易碳化，且可提高灭弧室介质强度，显著延长灭弧室寿命。

实施例1～3与现有产品对比下可以将燃弧时间由6.5～8ms缩短至5～6ms，交流400V情况下的额定极限短路分断能力Icu由65kA提升至70kA，额定运行短路分断能力Ics由55kA提升至66kA，灭弧室的试验后绝缘性能由0～5兆欧提升至30兆欧及以上，技术指标到达行业领先水平。

Claims (10)

1.一种用于低压断路器的灭弧室，包括灭弧栅片组(15)、引弧片(3)、侧板(5)、基座(4)、灭焰片(16)和顶盖(13)，其特征在于，灭弧栅片组(15)由相互平行的上灭弧栅片组(1)和下灭弧栅片组(2)组成，下灭弧栅片组(2)靠近静触头区域即电弧产生区域，上灭弧栅片组(1)设置在下灭弧栅片组(2)上方，下灭弧栅片组(2)的引脚与水平方向的夹角为35～50°。

2.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的下灭弧栅片组(2)比上灭弧栅片组(1)具有更大的面积以及与触头区域更小的距离，其中下灭弧栅片组(2)内每个栅片的面积比上灭弧栅片组(1)内每个栅片的面积大2～3cm²。

3.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的灭弧栅片组(15)所有灭弧栅片的宽度X与动触头片的引弧角宽度Y的比例X/Y设置为0.5～0.6。

4.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的下灭弧栅片组(2)与基座(4)间设置有气隙(14)，气隙(14)大小为1～2mm，所述的顶盖(13)安装有气体出口。

5.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的上灭弧栅片组(1)、下灭弧栅片组(2)以及引弧片(3)全部安装于侧板(5)上；

所述的引弧片(3)在折弯处设置有支撑脚(6)，支撑脚(6)嵌入侧板(5)上设置的支撑孔以支撑引弧片(3)。

6.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的侧板(5)上铆接有绝缘衬垫(7)，贴合灭弧栅片引脚部分的外形尺寸，将灭弧栅片的引脚部分完全覆盖。

7.根据权利要求6所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的绝缘衬垫(7)材料在高温下释放气体，优选为聚间苯二甲酰间苯二胺；

所述的侧板(5)材料优选为三聚氰胺树脂层压板。

8.根据权利要求1所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的基座(4)上方设置有层层堆叠的不同材料的灭焰片(16)，按照从下至上的顺序依次为小孔径的多孔灭焰片(8)、回字形衬垫(9)、大孔径多孔灭焰片(10)、小目数的单层不锈钢编织网滤片(11)和大目数的多层不锈钢编织网滤片组(12)。

9.根据权利要求8所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的小孔径的多孔灭焰片(8)上设有多个直径为2～3mm的小孔，孔隙率为15～25％；

所述的大孔径多孔灭焰片(10)上设有多个直径为2.5～3.5mm的大孔，孔隙率为25～35％。

10.根据权利要求8所述的一种用于低压断路器的灭弧室，其特征在于，所述的单层不锈钢编织网滤片(11)的目数为10～20；

所述的大目数的多层不锈钢编织网滤片组(12)由目数为140～200且皆不相同的三层不锈钢编织网滤片压制烧结制成。

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