CN114695012A - 一种电器开关的触头灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种电器开关灭弧装置，该灭弧装置包括灭弧室、静触头、动触头、电弧引线。灭弧室包括绝缘外壳、动触头引弧装置，静触头引弧装置，中间引弧装置，绝缘隔板和挡弧板，灭弧室被分割成独立的灭弧区域，多个灭弧区域呈堆叠的方式排列。电器开关动、静触头分开后产生电弧电流被静触头引弧装置引入灭弧室内，再通过中间引弧装置、动触头引弧装置将分弧区域连通，逐个击穿灭弧区域中的栅片，最后通过等电位装置将电弧引到动触头组，这样将灭弧区域连通，使电弧电压快速建立，减少电弧燃烧时间，减少触头银点、灭弧室的烧蚀的同时，又增加了金属栅片数量来实现开断电弧的近极压降，提高电器开关的分断能力。

Description

一种电器开关的触头灭弧装置

技术领域

本发明涉及一种电器开关，尤其是具有高电压、高分断能力的电器开关

背景技术

随着光伏、风电、汽车充电、储能等新能源、节能应用的日益广泛，高电压、高分断的交流和直流开关电器的部署应用也越来越多。随着用电容量的日益增长，交直流系统的电压也越来越高，这给电器开关的安全开断带来了不小的挑战。

目前国内外交直流电器开关开断灭弧仍以栅片式灭弧室为主，该方法主要通过电弧切割灭弧室金属栅片形成串联的电弧近极压降，熄弧。随着交直流电器开关额定电压的增加，可以通过增大灭弧室来增加金属栅片数量来实现电弧近极压降的提高。这种方式往往会使灭弧室的体积不断增加，增加开关电器的空间和成本。

另外在直流应用场合，由于不存在电流过零，因此在额定电流分断时，较小的电磁力和自吹效果难以把电弧推进灭弧室，使得电弧难以熄灭。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术不足，提供一种小型化、低成本的电器开关触头灭弧系统，提升开关电器的分断能力和可靠性。

为了实现上述技术目的，本发明的一种电器开关的触头灭弧系统，包括灭弧室、动触头、静触头，动触头与静触头闭合时，电路接通；动触头与静触头断开时，触头之间产生电弧并进入灭弧室，电弧在灭弧室中熄灭，电路断开；动触头和静触头附近具有各自的引弧装置，导引电弧进入灭弧室；灭弧室包括绝缘壳体，以及壳体内多片堆叠的金属栅片，形成切割电弧，灭弧室具有至少两个灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，相邻灭弧区域通过中间引弧装置形成桥接，以便电弧连续切割；相邻灭弧区域之间具有绝缘间隔，在局部位置形成绝缘。

进一步的，所述静触头附近具有静触头引弧装置，两者之间电气连接；在断开位置时，动触头附件具有动触头引弧装置，两者之间通过导体实现电气连接。

进一步的，所述静触头引弧装置和动触头引弧装置分别进入不同的灭弧区域，使得电弧拉长的路径从静触头引弧装置通过不同的灭弧区域到达动触头引弧装置。

根据本发明的一个实施例，所述灭弧室还包括挡弧板；灭弧室的栅片堆叠方向垂直于动触头与静触头的分断平面；在电弧运动路径上，所述至少两个灭弧区域堆叠布置，堆叠方向与栅片的堆叠方向垂直，与动触头与静触头的分断平面平行；所述灭弧区域与挡弧板连通；所述每个灭弧区域的两端栅片为引弧栅片，任意一个引弧栅片仅与一个所述引弧装置链接。

进一步的，相邻灭弧区域的一对引弧栅片通过中间引弧装置形成连续电弧切割；两侧的灭弧区域具有与触头引弧装置连接的引弧栅片。

进一步的，中间引弧装置包括两条不同延伸方向的引弧导轨和引弧栅片，以及连接两个引弧导轨的联接引弧板；两条引弧导轨的延伸方向在投影上相反；所述动触头引弧装置包括动触头电弧转移板、动触头引弧栅片，以及连接两者的引弧导轨；所述静触头引弧装置包括静触头电弧转移板，静触头引弧栅片，以及连接两者的引弧导轨；动触头引弧装置和静触头引弧装置的引弧栅片大平面平行与动触头与静触头的分断平面。

进一步的，灭弧室具有至少两个依次排列的灭弧区域，中间灭弧区域与相邻两侧的灭弧区域各具有一个中间引弧装置形成连续的电弧切割布置，所述多个中间引弧装置在灭弧区域方向上首尾相接相邻灭弧区域的引弧栅片。

根据本发明的另一实施例，中间引弧装置包括两条同向平行延伸的引弧导轨和引弧栅片，以及连接引弧导轨的联接引弧板；动触头引弧装置包括动触头电弧转移板、动触头引弧栅片，以及连接两者的引弧导轨；静触头引弧装置包括静触头电弧转移板，静触头引弧栅片，以及连接两者的引弧导轨；动触头引弧装置和静触头引弧装置的引弧栅片大平面平行与动触头与静触头的分断平面。

进一步的，灭弧室具有至少两个依次排列的灭弧区域，中间灭弧区域与相邻两侧的灭弧区域各具有一个中间引弧装置形成连续的电弧切割布置，所述每个中间引弧装置连接相邻灭弧区域相同端的引弧栅片。

根据本发明的另一实施例，还包括导弧件，产生于动触头与静触头之间的电弧通过导弧件的窄缝进入灭弧室；导弧件窄缝两侧的宽度均大于窄缝的宽度；所述动触头引弧装置和静触头引弧装置，经过所述窄缝后进入两侧的灭弧区域。

进一步的，包括安装动触头引弧装置的第一支持件，安装静触头引弧装置的第二支持件。

进一步的，多片灭弧栅片呈“V”形排布在灭弧栅片组内。

进一步的，所述绝缘座，固定在灭弧室下壳内侧，并且对称的设置在动直线段和静直线段的两侧。绝缘座上设有跑弧面，动触头引弧装置上的动直线段和静触头引弧装置上的静直线段两侧的绝缘座上，设有面向动触头引弧装置和静触头引弧装置的跑弧面。绝缘座上设有导弧面，与跑弧面成钝角，导弧面与跑弧面之间通过圆弧面自然过渡。

本发明的有益效果一，采用过渡引弧板耦合衔接的多个灭弧栅片组，大幅增加灭弧室栅片数量，在不增加灭弧室体积和成本的前提下，增加电弧切割金属栅片数量，提高开断电弧的近极压降，提高电器开关的分断能力。

本发明的有益效果二，绝缘座与变窄的动静跑弧道配合，形成逐渐变窄的电弧通过区域，有益于开断电弧的居中导向冷却熄灭。

附图说明

图1为本发明一种电器开关的触头灭弧系统合闸状态下的结构示意图

图2a为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例的爆炸图

图2b为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例另一视角的爆炸图

图2c为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例灭弧室另一视角的平面示意图

图3a为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例灭弧室内部结构图

图3b为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例电弧电流方向及电动力示意图

图4a为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例动触头引弧装置示意图

图4b为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例静触头引弧装置示意图

图4c为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例中间引弧装置示意图

图5a为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例绝缘壳体示意图

图5b为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例绝缘壳体另一视角示意图

图5c为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例绝缘壳体挡弧板示意图

图5d为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例绝缘壳体挡弧板另一视角示意图

图6为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例隔弧件及支持件安装示意图

图7为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第一实施例窄缝引弧示意图

图8a为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第二实施例灭弧室内部结构图

图8b为本发明一种电器开关的触头灭弧系统二实施例电弧电流方向及电动力示意图

图9为本发明一种电器开关的触头灭弧系统第二实施例中间引弧装置示意图

具体实施方式

以下结合附图，详细描述本发明的结构和设计细节。

如附图1，一种电器开关的触头灭弧系统包括灭弧室1，动触头2，静触头3。当动触头2与静触头3闭合，电路接通。当动触头2与静触头3断开，触头之间产生电弧并进入灭弧室，电弧在灭弧室中熄灭，电路断开。

静触头附件具有引弧装置，并且与静触头电气上连通，比如引弧装置可以安装在静触头连接板上；动触头在分断位置附近也具有引弧装置，为了使电弧更好的从动触头跳转到引弧装置上，使用等电位装置4把动触头引弧装置与动触头2电气连通，比如等电位4装置一端焊接或者紧固在动触头引弧装置上，另一端固定连接在动触头或者软连接或者动触头连接排上。当短路电流发生时，电弧将转移到引弧装置上，避免了动触头和静触头的烧蚀。

灭弧室包括绝缘壳体，壳体内金属栅片以一定的方式堆叠，形成切割电弧，使长弧变成短弧，利用近极压降，使得电弧电压迅速增长，电弧电压大于电源电压时，电弧不能维持直至熄灭。灭弧系统在整个灭弧过程中，由栅片厚度和栅片间距离的设计，使得每片栅片的近极压降在15～30V，所以栅片的数量将起至关重要的作用。现有的灭弧室中，采用一个灭弧空间的设计，难以多布置栅片来提供整体的近极电压。本发明中提供了这样一种灭弧室，其内部具有多个独立的灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，相邻灭弧区域通过中间引弧装置形成桥接，使得两个灭弧区域的电弧形成连续的切割。为了保证两个区域的电弧之间不发生短路，并保持电弧按既定的引弧路径连续，因此在相邻的灭弧区域之间设置绝缘间隔结构，使得在局部位置形成绝缘。

在触头灭弧系统中，为了在动触头引弧装置和静触头引弧装置之间形成连续的电弧切割并引导电弧进入灭弧室，因此静触头引弧装置和动触头引弧装置分别进入不同的灭弧区域，使得电弧拉长的路径从静触头引弧装置通过不同的灭弧区域到达动触头引弧装置。

首先定义空间方向，电弧运动的总体方向从前向后(如图2a所示)，电弧在触头系统上的拉长方向为从下向上(如图2a所示触头分断方向)，以电弧总体前进的方向为视线，定义两侧为左右(如图2b)。

如图2a至2c所示的本发明第一实施例，触头灭弧系统包括动触头引弧装置310，静触头引弧装置320，第一支持件330，第二支持件340，导弧件350、绝缘壳体360，中间引弧装置370，灭弧区域180，挡弧板190,。动触头引弧装置110固定安装在第一支持件130上，静触头引弧装置120固定安装在第二支持件140上，第一支持件330和第二支持件340的外形与绝缘壳体360缺口匹配，保证电弧在两个引弧装置310和330处被整个壳体密封。

灭弧区域380由多片灭弧栅片堆叠形成，灭弧室的栅片堆叠方向垂直于动触头与静触头的分断平面，称为第一堆叠方向；在电弧运动路径上，至少两个灭弧区域堆叠布置，堆叠方向与栅片的堆叠方向垂直，与动触头与静触头的分断平面平行，称为第二堆叠方向。需要指出的是，在上下平动的触头系统，动触头从静触头上分断沿直线方向运动。在转动形的触头系统，动触头从静触头上分断是沿圆弧路径方向运动，因此图2a指示的触头分断方向是指动触头从静触头上分断在直线分量上的方向，而不是圆弧形的方向。每个灭弧区域的栅片在第一堆叠方向上呈V形布置，V形的突出部面对动静触头间产生的电弧。两个相邻的灭弧区域之间由弧室间隔绝缘隔开，仅由中间引弧装置桥接灭弧区域，如果具有三个或者以上的灭弧区域，则中间引弧装置采用第二堆叠方向设置。每个灭弧区域都具有和挡弧板390连通的通道，以便高温气体的排放，而挡弧板390上同样具有与每个灭弧区域对应的排气孔。

在绝缘壳体360的入口处布置由一对导弧间350，参与规范电弧的运动路劲，并形成窄缝效应，加速气流的运动速度。

如图4a至5d进一步描述相关各零部件的结构细节和作用。

动触头引弧装置310包括电弧转移板311、引弧导轨312、引弧栅片313、安装部314，其中安装部314把动触头引弧装置310安装到第一支持件330上，引弧导轨312连接电弧转移板311和引弧栅片313。引弧栅片313的大平面平行于动静触头分断的平面，具体来说，引弧栅片313相对于引弧导轨312具有一个90度的折弯，以便电弧电流在该处偏转90度。

静触头引弧装置320包括电弧转移板321、引弧导轨322、引弧栅片323，引弧导轨322连接电弧转移板321和引弧栅片323。引弧栅片323的大平面平行于动静触头分断的平面，具体来说，引弧栅片323相对于引弧导轨322具有一个90的折弯，以便电弧电流在该处偏转90度。

中间引弧装置包括两片引弧栅片371，两条引弧导轨372和联接引弧板373。两条引弧导轨372的一端分别对应与U形联接引弧板373的一端连接，另一端与各自对应的引弧栅片371连接，需要指出的是两条引弧导轨372的延伸方向在投影上看是相反的，这样电流在引弧导轨372上的方向大致是沿一个方向的。U形联接引弧板373的底部面对动静触头间产生的电弧。引弧栅片371相对于引弧导轨372具有一个90度的折弯，以便电弧电流在该处偏转90度。

绝缘壳体360绝缘隔板364和365分成三个空间，以便容纳灭弧栅片，形成第一空间361、第二空间362和第三空间363，用于容纳第一灭弧区域381、第二灭弧区域382、第三灭弧区域383。绝缘隔板364和365的两面都具有栅片插槽366与壳体上下内壁的栅片插槽366一起安装灭弧栅片，还具有与挡弧板390相配合的第一插接结构367，用于挡弧板390的安装定位。

挡弧板390面向绝缘壳体360的一面具有与第一插接结构367对应第二插接结构392，以便相互配合，另外还具有V形的台阶状结构393，需要指出的是，每个灭弧区域可以采用相同的灭弧栅片，通过挡弧板390的台阶状结构393使得灭弧栅片呈V形堆叠，方便了安装。挡弧板390上还具有用于气体泄放的排气孔394。

结合图3a和3b所示描述本发明第一实施例灭弧室的装配及引弧原理。

动触头引弧装置310的引弧栅片313深入第三灭弧区域383，并位于灭弧栅片的上面，即位于第一灭弧区域361的最上端；静触头引弧装置320的引弧栅片323深入第一灭弧区域381，并位于灭弧栅片的下面，即位于第一灭弧区域381的最下端。中间引弧装置370的一块引弧栅片371位于一个灭弧区域的最下端，另一块引弧栅片371位于相邻灭弧区域的最上端，形成两个相邻灭弧区域的桥接。可以看出如果采用多个灭弧区域和中间引弧装置370，则中间引弧装置370以平行于动静触头的分断方向来堆叠，当电弧产生并运动到联接引弧板373时，先被中间引弧栅片370切割，然后进入不同的灭弧区域后被灭弧栅片切割，形成了不同方向的多重切割，需要指出的是，由于中间引弧栅片370引弧导轨372的设置，使得相邻两个灭弧区域的电弧电流方向是平行同向的，因此电动力F会使得两个电弧相吸靠近。这里的上下位置关系以图3b来确定。

电弧产生后，经静触头引弧装置320到达静引弧栅片323。静引弧栅片323与就近的灭弧栅片组平行，电弧通过静引弧栅片323将就近灭弧栅片逐个击穿，然后通过中间引弧装置370过渡到另一灭弧区域，电弧通过中间引弧装置370的引弧栅片371将就近灭弧栅片逐个击穿，通过这样的方式，把多个堆叠的灭弧区域的栅片依次击穿，最终到达动触头引弧装置310的引弧栅片313。然后，通过电弧引线4连接到动触头组3的出线排上。该实施例，击穿的灭弧区域370的电弧电流方向相同，根据电流同向相吸的原理，灭弧区域中的电弧，会有向中间靠拢的趋势，使得处于两侧的灭弧区域内的电弧趋于靠近中间的灭弧区域。

根据图8a、图8b和图9所示描述本发明第二实施例灭弧室的装配及引弧原理。

第二实施例与第一实施不同之处在于中间引弧装置，第二实施例的中间引弧装置470，包括两片引弧栅片471，两条引弧导轨472和联接引弧板473。两条引弧导轨472的一端分别对应与U形联接引弧板473的一端连接，另一端与各自对应的引弧栅片471连接，需要指出的是两条引弧导轨472的延伸方向是相同的，这样电流在引弧导轨372上的方向是平行同向的。U形联接引弧板473的底部面对动静触头间产生的电弧。引弧栅片471相对于引弧导轨472具有一个90度的折弯，以便电弧电流在该处偏转90度。

第二实施例灭弧室的安装是这样的，动触头引弧装置310的引弧栅片313深入第三灭弧区域383，并位于灭弧栅片的上面，即位于第一灭弧区域361的最上端；静触头引弧装置320的引弧栅片323深入第一灭弧区域381，并位于灭弧栅片的下面，即位于第一灭弧区域381的最下端。中间引弧装置470的一块引弧栅片471位于第一灭弧区域381的最上端，另一块引弧栅片471位于第二灭弧区域382的最上端，形成两个相邻灭弧区域的桥接。另一中间引弧装置470的两个引弧栅片471则分别位置第二灭弧区域382和第三灭弧区域383的最下端。这样实现了三个灭弧区域电弧的连续，需要指出的是，由于中间引弧栅片470引弧导轨472的设置，使得相邻两个灭弧区域的电弧电流方向是平行相反的，因此电动力F会使得两个电弧排斥分开。在本实施例中如果使用两个灭弧区域，则只需要改变动触头引弧装置310或者静触头引弧装置320各自引弧栅片的位置，使他们同时位于两个灭弧区域的最上端或者最下端。这里的上下位置关系以图8b来确定。

本实施例通过中间引弧装置470依次击穿灭弧栅片组的原理与第一实施例相同，不同之处在于流经相邻两灭弧栅片组的电弧电流方向相反，根据电流异向相斥的原理，灭弧区域中的电弧，会有相互排斥的趋势，使得灭弧区域的电弧趋于灭弧室的中部。

另外，本发明灭弧室的入口处具有导弧件350，产生于动触头与静触头之间的电弧通过导弧件350的窄缝进入灭弧室；导弧件350窄缝两侧的宽度W2和W3均大于窄缝的宽度W1；这样动触头引弧装置310和静触头引弧装置320，经过所述窄缝后进入两侧的灭弧区域。

本发明的描述及附图中涉及的电弧电流方向仅是为了说明技术原理而进行的举例,本领域技术人员可以毫无异议的得出直流系统不同接线方式下的电弧电流的方向。

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 (10)

1.一种电器开关的触头灭弧装置，包括灭弧室、动触头、静触头，

动触头与静触头闭合时，电路接通；

动触头与静触头断开时，触头之间产生电弧并进入灭弧室，电弧在灭弧室中熄灭，电路断开；

动触头和静触头附近具有各自的引弧装置，导引电弧进入灭弧室；

灭弧室包括绝缘壳体(360)，以及壳体内多片堆叠的金属栅片，形成切割电弧，

其特征在于：

所述灭弧室具有至少两个灭弧区域，每个灭弧区域由多片金属栅片堆叠形成灭弧空间，相邻灭弧区域通过中间引弧装置(370,470)形成桥接，以便电弧连续切割；

相邻灭弧区域之间具有绝缘间隔，在局部位置形成绝缘。

2.根据权利要求1所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述静触头附近具有静触头引弧装置(320)，两者之间电气连接；在断开位置时，动触头附件具有动触头引弧装置(310)，两者之间通过等电位装置电连接；

所述静触头引弧装置(320)和动触头引弧装置(310)分别进入不同的灭弧区域，使得电弧拉长的路径从静触头引弧装置(320)通过不同的灭弧区域到达动触头引弧装置(310)；

3.根据权利要求2所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述灭弧室还包括挡弧板(390)；

灭弧室(380)的栅片堆叠方向垂直于动触头与静触头的分断平面；

在电弧运动路径上，所述至少两个灭弧区域堆叠布置，堆叠方向与栅片的堆叠方向垂直，与动触头与静触头的分断平面平行；

所述灭弧区域与挡弧板(390)连通；

所述每个灭弧区域的两端栅片为引弧栅片，任意一个引弧栅片仅与一个所述引弧装置连接。

4.根据权利要求3所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述灭弧区域的灭弧栅片呈V形方式堆叠，V形灭弧区域的凸出部面对动静触头间产生的电弧。

5.根据权利要求3所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述相邻灭弧区域的一对引弧栅片通过中间引弧装置(370、470)形成连续电弧切割；所述两侧的灭弧区域具有与触头引弧装置连接的引弧栅片。

6.根据权利要求5所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述中间引弧装置包括两条不同延伸方向的引弧导轨(372)和引弧栅片(371)，以及连接两个引弧导轨(372)的联接引弧板(373)；

两条引弧导轨(372)的延伸方向在投影上相反；

所述动触头引弧装置(310)包括动触头电弧转移板(311)、动触头引弧栅片(313)，以及连接两者的引弧导轨(312)；

所述静触头引弧装置(320)包括静触头电弧转移板(321)，静触头引弧栅片(323)，以及连接两者的引弧导轨(322)；

所述引弧栅片(313，323，371)与灭弧栅片形成堆叠布置。

7.根据权利要求6所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述灭弧室具有至少两个依次排列的灭弧区域(361，362，363)，中间灭弧区域与相邻两侧灭弧区域各具有一个中间引弧装置(370)进行桥接，以便形成连续的电弧切割。

8.根据权利要求5所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，所述中间引弧装置包括两条同向平行延伸的引弧导轨(472)和引弧栅片(471)，以及连接引弧导轨(472)的联接引弧板(473)；

所述动触头引弧装置(310)包括动触头电弧转移板(311)、动触头引弧栅片(313)，以及连接两者的引弧导轨(312)；

所述静触头引弧装置(320)包括静触头电弧转移板(321)，静触头引弧栅片(323)，以及连接两者的引弧导轨(322)；

所述引弧栅片(313，323，371)与灭弧栅片形成堆叠布置。。

9.根据权利要求8所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，灭弧室具有至少两个依次排列的灭弧区域(361，362，363)，中间灭弧区域与相邻两侧的灭弧区域各具有一个中间引弧装置形成连续的电弧切割布置，所述每个中间引弧装置连接相邻灭弧区域相同端的引弧栅片。

10.根据权利要求9所述的一种电器开关的触头灭弧装置，其特征在于，还包括导弧件(350)，产生于动触头与静触头之间的电弧通过导弧件(350)的窄缝进入灭弧室；

导弧件(350)窄缝两侧的宽度均大于窄缝的宽度；

所述动触头引弧装置(310)和静触头引弧装置(320)，经过所述窄缝后进入两侧的灭弧区域。

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