CN115547718A - 电的开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电的开关。电的开关至少包括绝缘外壳、操作机构、灭弧室、转轴系统、静触头、动触头，进线端、出线端，所述静触头靠近所述进线端或所述出线端的上方设置，所述静触头连接静触点的联结板与所述绝缘外壳的底部呈锐角，所述静触头还连接有线圈绕组，所述线圈绕组和所述静触点分设在所述联结板的两侧。本发明电的开关具有良好的隔离、绝缘性能，较强的自励磁场和引弧效果，可极大的提高电的开关的分断能力，并可轻松实现电的开关的零飞弧。

Description

电的开关

技术领域

本发明涉及一种低压电器领域，具体涉及一种电的开关。

背景技术

如图1所示，现有技术的塑壳开关，操作机构、转轴、触头系统、灭弧系统都设置于底座中，属同一腔体，因操作机构需要驱动转轴及触头系统运动，所以这些部件之间无法形成相对封闭的空间，当开关在切断故障时，会产生高温、高压的带电电弧气体和金属粒子，电弧和金属粒子在压力差的作用下，四处扩散，电弧气体若后喷，会灼烧触头弹簧、主拉簧，会导致弹簧失效；金属粒子若喷溅到机构、转轴下方，会导致机构、转轴卡滞、甚至是卡死；这些都容易造成分断失败。同时，传统的开关静触头为平板型和U型结构，在短路电流较小的情况下，短路电流产生的磁场较小，电弧较难向灭弧栅片方向运动，会造成燃弧时间过长，触点烧损验证的情况。

随着光伏技术的发展，目前需要用到的塑壳开关额定工作电压已经上升到AC1000V(交流)、DC1500V(直流)，同时要求飞弧距离尽量短，甚至是零飞弧，以确保开关在使用过程中安全、可靠，不会对箱体、柜体造成二次飞弧故障；而目前常规的开关喷弧口设置于开关进线端上部，开关分断故障电流时，动触头和静触头间产生电弧，使周围空气电离形成高温高压的可导电的游离气体。在进入所述灭弧室内冷却切割后的残留气体通过所述喷弧口喷出所述开关的外部，现有技术的开关因静触头的一端与进线端的接线螺钉电连接，接线螺钉正对于喷弧口位置。当线路发生故障分断故障电流的过程中，电弧会沿着所述灭弧室的引弧片引向所述进线端的接线螺钉，导致所述接线螺钉与所述动触头之间直接短路，从而造成分断失败；因电压高，电弧气体直接喷出开关外，这种情况下，飞弧距离会很长，飞弧会造成母排对地、母排相间击穿、短路；从而造成箱体、柜体内部的二次电弧故障，最终造成开关、箱体、柜体烧毁的严重质量事故；

如图2、3所示，CN108695124A公开了一种优化的开关布局结构，包括灭弧室、静触头、机构、脱扣器及转轴，其特征在于，还包括左盖、右盖、左盖及右盖在左、右方向上相互对接形成整体结构，脱扣器及机构设于整体结构外，灭弧室、静触头、动触头及转轴位于整体结构内，通过此发明，使开关具有良好的隔离性能，优良的相间及进出线间的绝缘能力，同时解决了粒子反吹的问题；但是此结构是通过左右盖模块化拼接而成，两极及以上的产品需要两个及以上的模块数量经过嵌套、拼接而成，因拼接导致的公差累积，会造成不同极触头同时接通、分断的不同步，这种情况，特别是在直流应用领域，因不同步会导致分断失效、电气寿命的不足；同时电弧通过喷弧口直接喷出开关外，没过内部电弧通道的消游离，飞弧距离会非常长，严重影响开关的安全使用。另外通过模块拼接的方案，需要增加壳体数量，铆接等工艺，会大幅的增加材料和制造成本，没有经济性。

发明内容

本发明目的在于提供一种电的开关，在保证电的开关的同步性性能的同时，可以实现电的开关中功能模块的相对独立和封闭，具有较好的隔离和绝缘性能，同时，具有减少静触点的烧损，提高分断能力的效果，解决了电的开关在使用过程中由于飞弧造成母排对地、母排相间击穿、短路等问题。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种电的开关，至少包括绝缘外壳、操作机构、灭弧室、转轴系统、静触头、动触头，进线端、出线端，所述静触头靠近所述进线端或所述出线端的上方设置，所述静触头连接静触点的联结板与所述绝缘外壳的底部呈锐角，所述静触头还连接有线圈绕组，所述线圈绕组和所述静触点分设在所述联结板的两侧。

作为本发明的进一步改进，流经所述静触头的所述联结板的电流方向与流经所述动触头的电流方向相反或一致。

作为本发明的进一步改进，所述静触头还包括静触点、直通体、线圈绕组、接线端子，所述线圈绕组螺旋绕于所述直通体圆周外。

作为本发明的进一步改进，所述直通体由铁、硅钢片等导磁材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述灭弧室靠近所述绝缘壳体的底座的底面设置。

作为本发明的进一步改进，所述灭弧室与所述绝缘壳体的底座之间还设置有第一电弧通道。

作为本发明的进一步改进，所述第一电弧通道外部还设置有至少一条第二电弧通道，所述第一电弧通道的长度大于或等于所述电的开关总长度的1/4。

作为本发明的进一步改进，所述第二电弧通道与所述第一电弧通道至少一端相通。

作为本发明的进一步改进，流过所述第二电弧通道的电弧气流与流过所述第一电弧通道的电弧气流方向相反。

作为本发明的进一步改进，所述第一电弧通道内设置有交错的隔墙和消游离装置。

作为本发明的进一步改进，所述电的开关还包括脱扣器，所述脱扣器紧邻所述操作机构设置。

作为本发明的进一步改进，所述脱扣器的下方设置有第一电弧通道。

作为本发明的进一步改进，所述绝缘外壳包括底座、中座、盖，三者依次层叠放置，形成腔体。

作为本发明的进一步改进，所述腔体至少设置有第一腔体和第二腔体；所述第一腔体和所述第二腔体相互隔离、绝缘，所述第一腔体设置有供所述动触头运动的槽。

作为本发明的进一步改进，所述电的开关还包括与所述操作机构连接的手柄，所述操作机构及所述手柄设置于所述转轴系统的上方或所述转轴系统的前方，所述操作机构驱动所述转轴系统及所述动触头运动。

本发明的有益效果是：

1.本发明的电的开关相比模块化方案制备的开关使用的零部件数量少，生产工艺简单，制造成本低；能增强电的开关的隔离和绝缘性能，同时又能保证电的开关中触头的同步性，保证电的开关分断、电气性能的可靠性；

2.本发明通过设置静触头具有直通体和线圈绕组，控制线圈绕组螺旋绕于直通体的圆周外，且直通体由铁、硅钢片等导磁材料制成；使得线路因故障产生短路电流时，流经线圈绕组的电流产生很大的磁场，能使电的开关分断时的电弧快速进入灭弧室，减少静触点的烧损，提高了电的开关的限流及分断性能；

3.本发明通过设置内部电弧通道，且在电弧通道内设置交错得隔墙和消游离装置，可以实现零飞弧；解决了电的开关使用过程中由于飞弧造成的母排对地、母排相间击穿、短路等问题。

附图说明

图1为现有技术方案中的低压开关内部结构示意图。

图2为另一现有技术方案中低压开关内部结构示意图。

图3为图2中现有技术方案的低压开关功能部件的位置布局图。

图4为本发明电的开关合闸状态下的剖面图。

图5为本发明电的开关分闸状态下的剖面图。

图6为本发明底座、中座、盖形成的第一腔体和第二腔体的示意图。

图7为本发明操作机构示意图。

图8为本发明操作机构驱动转轴系统连接示意图。

图9为本发明转轴系统示意图。

图10为本发明一较佳实施例中静触头的结构示意图。

图11为本发明另一较佳实施例中静触头的结构示意图。

图12为本发明静触头线圈绕组产生的磁场及方向示意图。

图13为本发明绝缘外壳-底座示意图。

图14为本发明电的开关取消绝缘壳体的立体结构示意图。

图15为本发明操作机构合闸状态下的剖面图。

图16为本发明操作机构分闸状态下的剖面图。

图17为本发明一较佳实施例中电弧通道的结构示意图。

图18为本发明另一较佳实施例中电弧通道的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图4、5、6所示，本发明提供了一种电的开关，至少包括绝缘外壳1、设置于绝缘外壳1内的操作机构6、灭弧室3、转轴系统8、静触头4、动触头5，以及分设在绝缘外壳1两端的进线端100以及出线端110，电的开关连接在电路中，以控制电路的断开和导通，保证用电安全。

绝缘外壳1包括底座9、中座10以及盖11，底座9、中座10以及盖11由下至上依次层叠放置，形成用于设置各个结构部件的腔体200。在本发明中，腔体200包括上下错位的第一腔体201和第二腔体202，第一腔体201和第二腔体202相互绝缘且独立设置，进一步的，操作机构6、脱扣器7、转轴系统8设置在第一腔体201中，灭弧室3、静触头4、动触头5设置在第二腔体202中，如此设置，使得分别设置在第一腔体201和第二腔体202内的结构部件被绝缘隔离，进一步使得电的开关具有良好的绝缘性，提高使用安全性。

结合图5所示，底座9底部设置有第一电弧通道9-2，第一电弧通道9-2的总长度大于或等于电的开关总长度的1/4，进一步的，在第一电弧通道9-2内设置有交错的隔墙9-3和消游离装置12。消游离装置12设置在第一电弧通道9-2延伸的端部，并靠近底座9的边缘设置，如此设置，使得消游离装置12可用于阻挡金属颗粒向外喷溅，实现零飞弧，避免飞弧造成母排对地、母排相间击穿、短路等问题。

如图13所示，中座10扣合在底座9的上部，以对底座9进行封闭，以使得底座9和中座10共同围设形成第二腔体202。进一步的，中座10背离第一腔体201的一侧的上部设置有容纳转轴系统8的腔体103，腔体103内还设置有通向底座9的避让槽104，用于避让动触头5，防止动触头5在分合闸过程中与中座10的内壁发生磕碰/摩擦，对电的开关的使用寿命造成影响。

盖11扣合在中座10的上部，并与中座10共同围设形成第一腔体201，进一步的，盖11上设有用于容纳操作机构6穿过的贯穿槽(未图示)，电的开关还包括与操作机构6对应设置的手柄62，手柄通过贯穿槽突伸至盖11的外侧，方便使用者通过手柄62对操作机构6进行控制，方便本发明电的开关的使用。

如图7、8所示，操作机构6与手柄62控制连接，以在手柄62的控制作用下带动转轴系统8转动，继而控制动触头5运动。在本发明的实施例中，操作机构6及手柄62设置于转轴系统8的上方或转轴系统8的前方，以方便手柄62和操纵机构6组合控制转轴系统8和动触头5的运动。进一步的，操纵机构6包括用于驱动连接转轴系统8的下连杆61，在本发明的一较佳实施例中，下连杆61与转轴系统8铰链连接，当使用手柄62控制操作机构6运动实现合闸运动时，合闸力通过下连杆61传递给转轴系统8，驱动转轴系统8旋转，以使得静触头4和动触头5电性接触，使得连接有电的开关的电路接通。

请参阅图9并结合图7所示，转轴系统8包括用于连接动触头5的转轴81。转轴81轴向延伸的两端分别形成有圆柱体凸台811，两端的两个圆柱体凸台811中间通过圆柱体812连接成一整体；圆柱体812外周壁的中间位置设置有连接部813，下连杆61连接在连接部813上，以实现操作机构6与转轴系统8的传动连接，控制转轴系统8的转动。动触头5包括驱动臂(未标号)以及连接在驱动臂上的动触点51，驱动臂卡接在转轴81两端的圆柱体凸台811上、并可被转轴系统8驱动，驱动臂在转轴系统8的驱动下带动连接在其上的动触点51运动，以实现动触头5与静触头4之间的接通。

进一步的，转轴系统8收容在中座10的腔体103内，腔体103的两侧壁内侧设有用于收容两个圆柱体凸台811的半圆槽101，腔体103两侧壁之间的分隔壁(未标号)上形成有用于容纳圆柱体812的槽102，使得转轴系统8可收容在半圆槽101和槽102内旋转，同时，防止转轴系统8在转动过程中在腔体103中发生滑动，造成电的开关的使用异常。优选的，转轴系统8为采用热固性材料一体式压塑成型，当然在本发明的其他实施例中，转轴系统8还可采用其他材料制成或采用分体形式进行制备，即，本发明中转轴系统8的制备材料和制备形式可根据实际需要进行选择，本发明说明书和附图中示出的转轴系统8仅是示例性的，不应以此为限。

静触头4靠近进线端100或出线端110设置，优选的，静触头4靠近进线端100或出线端110的斜上方设置，如此可有效减小电的开关的体积，方便电的开关的安装及使用。

如图10、图11所示，静触头4包括引弧板41、静触点42、直通体43、线圈绕组44、导体45以及联结板46。其中，导体45具有用于连接直通体43的导体直线部和用于实现接线连接的接线端子451，联结板46呈水平板状并与导体直线部平行设置，且联结板46与底座9的底面之间呈锐角a。进一步的，引弧板41、静触点42连接在联结板46背离导体直线部的一侧，直通体43通过铆接、焊接等方式连接于导体45的导体直线部和和联结板46之间，使得导体直线部、直通体43以及联结板46三者之间的组合大致呈“工”字形；线圈绕组44螺旋绕于直通体43上，优选的，直通体43为由铁、硅钢片或其他导磁材料制成的圆柱体直通体，线圈绕组44螺旋缠绕在直通体43的外周边缘。

请参阅图10所示，在本发明的一较佳实施例中，线圈绕组44的一端连接于靠近接线端子451一侧的导体45的导体直线部上，另一端连接于联结板46靠近引弧板41的一侧，此时，电流经接线端子451和导体直线部进入线圈绕组44中，沿线圈绕组44流入联结板46，以使得联结板46中的电流自靠近引弧板41的一端流向远离引弧板41的一端，继而使得流经静触头4的联结板46的电流方向与流经动触头5的电流方向一致。进一步的，由于直通体43由导磁材料制成，当电流流经线圈绕组44时，根据右手定则，四指指向为电流方向，大拇指指向为磁场方向，所以线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向与直通体43轴心方向一致，并指向联结板46所在方向(如图12)；根据弗莱明定则，此时电弧弧根受到磁场作用，绕静触点42做旋转圆周运动，减小电弧在静触点42上的停滞时间；最终电弧在磁场力和/或气吹的作用下，使得电弧向灭弧室3的栅片方向运动，后被栅片切割、冷却，最终电弧熄灭；避免飞弧现象的产生。

请参阅图11所示，在本发明的另一种实施方式中，线圈绕组44一端连接于远离接线端子451一侧的导体45的导体直线部上，另一端连接于远离引弧板41的联结板46的一侧，此时，电流经接线端子451和导体直线部进入线圈绕组44中，沿线圈绕组44流入联结板46，以使得联结板46中的电流自远离引弧板41的一端流向引弧板41，继而使得流经静触头4的联结板46的电流方向与流经动触头5的电流方向相反。同样的，由于直通体43由导磁材料制成，当电流流经线圈绕组44时，根据右手定则，四指指向为电流方向，大拇指指向为磁场方向，所以线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向与直通体43轴心方向一致，并指向联结板46所在方向(如图12)；根据弗莱明定则，此时电弧弧根同样受到磁场作用，绕静触点42做旋转圆周运动，快速驱动电弧弧根，减小电弧在静触点42上停滞时间；最终电弧在磁场力和/或气吹的作用下，使得电弧向灭弧室3的栅片方向运动，后被栅片切割、冷却，最终电弧熄灭；避免飞弧现象的产生。

需要说明的是，在本发明的说明书和附图中仅以直通体43垂直联结板46，线圈绕组44缠绕在直通体43的外周以产生磁场方向垂直于联结板46的磁场B为例进行举例说明，在本发明的其他实施例中线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向还可呈其他角度设置，如线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向与联结板46之间呈钝角或锐角设置或者线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向与联结板46平行，只需保证线圈绕组44产生的磁场B的磁场方向朝向或部分朝向灭弧室3所在方向，方便电弧在磁场B的磁场力的作用下转移至灭弧室3中即可。

进一步的，电的开关还包括紧邻操作机构6设置的脱扣器7，且脱扣器7位于第一电弧通道9-2的上方，以用于在电的开关出现短路故障时控制操作机构6解锁。具体的，当电的开关发生短路故障时，脱扣器7在短路电流的作用下动作，驱动操作机构6解锁，操作机构6解锁后带动操作机构6的上连杆(未标号)运动，此时，上连杆带动下连杆61旋转运动，从而带动转轴系统8从合闸位置拉离至分闸位置；使得动触头5和静触头4分离，事实上，当动触头5和静触头4分离时，两个触头之间将产生电弧；此时电弧在线圈绕组44产生的磁场的作用下，使得电弧向灭弧室3中的栅片方向运动，后被栅片切割、冷却，最终电弧熄灭。

请参阅图17所示，为本发明一较佳实施例中的电的开关，事实上，当电的开关使用的额定工作电压为高电压时，如AC800V，DC1200V以上时，在出现比较大的故障电流情况下，动触头5和静触头4分断时产生的电弧能量也非常大，飞弧距离很长，此时，单一的第一电弧通道9-2的长度和消游离装置12的设置无法实现电的开关的零飞弧；因此，为进一步保证电的开关的使用安全性，本实施例中，第一电弧通道9-2底部还另外设置有一条第二电弧通道9-4，且第一电弧通道9-2和第二电弧通道9-4相联通，其它构件和位置仍保持相互绝缘隔离的状态，充分利用电的开关长度方向的尺寸，如此设置，当电弧气体自电的开关的出线端110喷出时，因第一电弧通道9-2和第二电弧通道9-4联通后的尺寸较长，依次流经第一电弧通道9-2和第二电弧通道9-4喷出的电弧气体已不带电，继而能够实现电的开关的零飞弧。

请参阅图18所示，为本发明另一较佳实施例中电的开关的结构示意图，在本实施例中，操作机构6位于转轴系统8的正上方，灭弧室3设于转轴系统8的下方，静触头4设置于操作机构6右侧，且位于在灭弧室3的右上方，进一步的，操作机构6和转轴系统8位于第一腔体201内，灭弧室3和静触头4位于第二腔体202内，进一步的，第一腔体201预留供动触头5旋转运动的避让槽104，除此之外，第一腔体201和第二腔体202两个相互绝缘、隔离设置，使得本实施例中的电的开关具有良好的绝缘隔离性能。

综上所述，本发明的电的开关相比常规模块化方案制备的开关使用零部件数量少，生产工艺简单，制造成本低；能在增强电的开关的隔离和绝缘性能的同时，又能保证动触头5和静触头4运动的同步性，保证电的开关分断、电气性能的可靠性。同时，通过设置静触头4包括直通体43和线圈绕组44，线圈绕组44螺旋绕于直通体43外周，并设置线圈绕组44由铁、硅钢片等导磁材料制成；使得电的开关的内部线路因故障产生短路电流时，流经线圈绕组44的电流产生很大的磁场，能使电的开关分断时的电弧快速进入灭弧室3，减少静触点4的烧损，提高了电的开关的限流及分断性能。进一步的，通过在电的开关的壳体1内设置至少一条第一电弧通道9-2，且在第一电弧通道9-2内设置交错隔墙9-3和消游离装置12，可以实现零飞弧；解决了电的开关使用过程中由于飞弧造成对母排、对地击穿等问题，而多条电弧通道，如第一电弧通道9-2和第二电弧通道9-4，提升了设置在壳体1内电弧通道的整体长度，继而使得本发明的电的开关应用在高电压的环境时，仍可实现零飞弧。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种电的开关，至少包括绝缘外壳(1)、操作机构(6)、灭弧室(3)、转轴系统(8)、静触头(4)、动触头(5)，进线端(100)、出线端(110)，其特征在于：所述静触头(4)靠近所述进线端(100)或所述出线端(110)的上方设置，所述静触头(4)连接静触点(42)的联结板(46)与所述绝缘外壳(1)的底部呈锐角(a)，所述静触头(4)还连接有线圈绕组(44)，所述线圈绕组(44)和所述静触点(42)分设在所述联结板(46)的两侧。

2.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：流经所述静触头(4)的所述联结板(46)的电流方向与流经所述动触头(5)的电流方向相反或一致。

3.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述静触头(4)还包括直通体(43)和接线端子(45)，所述线圈绕组(44)螺旋绕于所述直通体(43)的圆周外。

4.根据权利要求3所述的电的开关，其特征在于：所述直通体(43)由铁、硅钢片或者其它导磁材料制成。

5.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述灭弧室(3)靠近所述绝缘壳体(1)的底座(9)的底面设置。

6.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述灭弧室(3)与所述绝缘壳体(1)的底座(9)之间还设置有第一电弧通道(9-2)。

7.根据权利要求6所述的电的开关，其特征在于：所述第一电弧通道(9-2)的长度大于或等于所述电的开关总长度的1/4。

8.根据权利要求6所述的电的开关，其特征在于：所述第一电弧通道(9-2)外部还设置有至少一条第二电弧通道(9-4)。

9.根据权利要求8所述的电的开关，其特征在于：所述第二电弧通道(9-4)与所述第一电弧通道(9-2)的至少一端相通。

10.根据权利要求9所述的电的开关，其特征在于：流过所述第二电弧通道(9-4)的电弧气流与流过所述第一电弧通道(9-2)的电弧气流方向相反。

11.根据权利要求6所述的电的开关，其特征在于：所述第一电弧通道(9-2)内设置有交错的隔墙(9-3)和消游离装置(12)。

12.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述电的开关还包括脱扣器(7)，所述脱扣器(7)紧邻所述操作机构(6)设置。

13.根据权利要求11所述的电的开关，其特征在于：所述脱扣器(7)的下方设置有第一电弧通道(9-2)。

14.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述绝缘外壳(1)包括底座(9)、中座(10)、盖(11)，三者依次层叠放置，形成腔体(200)。

15.根据权利要求14所述的电的开关，其特征在于：所述腔体(200)至少设置有第一腔体(201)和第二腔体(202)；所述第一腔体(201)和所述第二腔体(202)相互隔离、绝缘，所述第一腔体(201)设置有供所述动触头(5)运动的槽(104)。

16.根据权利要求1所述的电的开关，其特征在于：所述电的开关还包括与所述操作机构(6)连接的手柄，所述操作机构(6)及所述手柄设置于所述转轴系统(8)的上方或所述转轴系统(8)的前方，所述操作机构(6)驱动所述转轴系统(8)及所述动触头(5)运动。

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