CN116072485B - 一种灭弧系统及包含其的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明属于断路器技术领域，具体公开了一种灭弧系统及包含其的断路器，包括结构外壳，并具有多个灭弧腔室，各灭弧腔室之间相对隔离；在各灭弧腔室内均间隔的层叠布置有若干灭弧栅片，灭弧栅片的最外层均连接引弧结构，引弧结构包括一个延伸至静触头附近的静触头引弧栅片，一个延伸至动触头附近的动触头引弧栅片，以及连接相邻两灭弧腔室的引弧连接栅片；各灭弧腔室还具有开在结构外壳上的两组排气孔，两组排气孔在横向及纵向上均留有电气间隙，且与各栅片末端留有空隙。本发明采用多个灭弧腔室并列的结构，在提升分断电弧能力的同时，降低了对空间的要求，可有效减小断路器体积，且具备单极分断全电压短路电流的能力，大幅降低飞弧距离。

Description

一种灭弧系统及包含其的断路器

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，具体是一种灭弧系统及包含其的断路器。

背景技术

断路器是指能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流,也能在所规定的非正常电路下接通、承载一定时间和分断电流的一种机械开关电器。目前低压断路器一般利用灭弧栅片的消游离作用，提升介质恢复强度，使电弧熄灭并阻止电弧重燃。通过在灭弧室中堆叠栅片，切割电弧，将电弧分为电压更小的小段电弧，当电源电压小于各栅片间的最小燃弧电压总和时，电弧熄灭。因此，分断更高电压下电弧的能力，取决于可利用的栅片数量。

为了确保栅片的最佳利用效率，栅片厚度及栅片间的间隙需保证在一定范围内，因此，分断更高的电弧电压时，随着栅片数量增多，灭弧室高度更高，断路器的体积也随之增大，因而需更高的材料成本和空间成本。且常规的靠堆叠栅片数量方式，已无法满足交直流1500V系统的使用要求，常用多极串联方式替代，但此方式不具备单极分断全电压短路电流的能力，接线不便，对安装空间要求较高，不利于降低成本，且可靠性低，飞弧距离大。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明提供一种灭弧系统及包含其的断路器，可有效减小断路器体积，且具备单极分断全电压短路电流的能力，大幅降低飞弧距离。

本发明采取的技术方案如下：

一种灭弧系统，设置在断路器中，用于熄灭动触头和静触头在分断电流时的电弧，该灭弧系统包括结构外壳，所述结构外壳具有多个灭弧腔室，各灭弧腔室之间相对隔离；在各灭弧腔室内均间隔的层叠布置有若干灭弧栅片，所述灭弧栅片的最外层，即最顶层和最底层均连接引弧结构，所述引弧结构，包括一个延伸至静触头附近的静触头引弧栅片，一个延伸至动触头附近的动触头引弧栅片，以及连接相邻两灭弧腔室的引弧连接栅片，所述静触头引弧栅片和所述动触头引弧栅片分别位于不同的灭弧腔室；各所述灭弧腔室还具有开在结构外壳上的排气孔，各灭弧腔室的排气孔在横向及纵向上均留有电气间隙，且所述排气孔与所述灭弧栅片、所述静触头引弧栅片以及所述动触头引弧栅片末端留有适当空间，作为气体压力减压区域，有利气体排出，防止背后击穿。

可选的，位于同一灭弧腔室的所述灭弧栅片为相同形状的灭弧栅片，或两种不同形状的切割栅片交替布置。

可选的，所述切割栅片为对称切割栅片或非对称切割栅片所述灭弧栅片；根据电压或电流等级需求，可适当变更灭弧栅片形状；可采用无切割灭弧栅片，热容量高，消游离效果好，使电弧更易熄灭。也可采用非对称切割栅片交替布置，以起到拉长电弧，增大电弧电压，使电弧更易熄灭的作用。

可选的，所述结构外壳包括两个灭弧腔室，分别为第一灭弧腔室和第二灭弧腔室，所述第一灭弧腔室中的灭弧栅片与第二灭弧腔室的灭弧栅片并列排布；所述第一灭弧腔室内具有引弧连接栅片一，所述第二灭弧腔室具有引弧连接栅片二，所述引弧连接栅片一和所述引弧连接栅片二的初始端电气连接，使所述第一灭弧腔室的灭弧栅片与第二灭弧腔室的灭弧栅片形成串联型式。

可选的，所述引弧连接栅片一和/或所述引弧连接栅片二包括多段，各段之间形成折弯部，且主体段与水平方向成45°～85°夹角。

可选的，所述引弧连接栅片一的主体段与水平方向成70°夹角。

可选的，所述引弧连接栅片二的主体段与水平方向成70°夹角。

可选的，所述第一灭弧腔室具有下进弧口，所述第二灭弧腔室具有上进弧口，所述下进弧口和所述上进弧口具有引导气流方向的倾斜引导面，用以引导电弧进入灭弧腔室。

可选的，所述引弧连接栅片一和所述引弧连接栅片二的初始端位于所述下进弧口和所述上进弧口的交界处，所述引弧连接栅片一的末端位于所述第一灭弧腔室的最上侧，所述引弧连接栅片二的末端位于第二灭弧腔室的最下侧；所述引弧连接栅片一和所述引弧连接栅片二的初始端与末端之间采用多次平滑折弯结构，以引导电弧路径。

可选的，所述静触头引弧栅片的初始端位于下进弧口的下侧，初始端宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随下进弧口的斜面结构逐渐变化，直至末端与第一灭弧腔室的灭弧栅片宽度相同；所述静触头引弧栅片的末端位于第一灭弧腔室的灭弧栅片下侧；静触头引弧栅片与静触头电气连接，以引导电弧路径。

可选的，所述动触头引弧栅片的初始端位于动触头的上侧，初始宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随上进弧口的斜面结构逐渐变化，直至末端与所述第二灭弧腔室的灭弧栅片宽度相同；所述动触头引弧栅片与处于断开位置的动触头电气连接，以引导电弧路径。

可选的，该灭弧系统还包括分别位于第一灭弧腔室和第二灭弧腔室的铁芯，铁芯分别位于引弧连接栅片一和引弧连接栅片二的折弯位置，起到磁吹效果，增大电弧受力，促使电弧进入第一灭弧腔室及第二灭弧腔室的灭弧栅片。

一种断路器，包括灭弧系统，所述灭弧系统为上述任一项所述的灭弧系统。

进一步的，所述断路器的静触头包括静引弧角结构；所述动触头可相对所述静触头旋转实现线路电流接通和分断，分断电流时，所述静触头和所述动触头之间可产生电弧；所述静触头亦可为非完全固定的可动触头。

进一步的，所述断路器的动触头和静触头的两侧设有永磁体结构，并合理设置磁极方向，使磁吹方向无极性限制，加速电弧进入所述灭弧系统，减小电弧对所述动触头及静触头的烧蚀，提升分断能力。

本发明中的断路器的灭弧系统以及断路器，采用多个灭弧系统并列结构，在提升分断高电压下电弧能力的同时，降低了对空间的要求，可有效减小断路器体积，且具备单极分断全电压短路电流的能力，大幅降低飞弧距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中包含有灭弧系统的断路器的结构示意图；

图2为灭弧系统的结构示意图一；

图3为灭弧系统的结构示意图二；

图4为灭弧系统的结构示意图三；

图5为灭弧系统去除一侧盖板后的示意图；

图6为灭弧系统去除两侧盖板后的示意图一；

图7为灭弧系统去除两侧盖板后的示意图二；

图8为灭弧系统去除两侧盖板后的示意图三；

图9为灭弧系统去除两侧盖板后的轴侧图一；

图10为灭弧系统去除两侧盖板后的轴侧图二；

图11为灭弧系统增加铁芯结构并去除两侧盖板后的轴侧图一；

图12为灭弧系统增加铁芯结构并去除两侧盖板后的轴侧图一；

图13为灭弧系统中灭弧栅片的形状示意图；

图14为本发明灭弧系统在分断初期的电弧走向及电流示意图；

图15为本发明灭弧系统在分断中期的电弧走向及电流示意图一；

图16为本发明灭弧系统在分断中期的电弧走向及电流示意图二；

图17为本发明灭弧系统在分断末期的电弧走向及电流示意图；

图18为本发明灭弧系统的电弧路径两轴侧方向的示意图一；

图19为本发明灭弧系统的电弧路径两轴侧方向的示意图二。

图中：

1、壳体；

2、灭弧系统；20a、第一灭弧腔室；20b、第二灭弧腔室；22、灭弧栅片；24、下进弧口；25、上进弧口；26、铁芯；210、支架；211盖板一；212、盖板二；213、铆钉；214、排气孔；231、动触头引弧栅片；232、静触头引弧栅片；233、引弧连接栅片一；234、引弧连接栅片二；

3、触头系统；31、动触头；32、静触头；321、静引弧角；

4、永磁体。

实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种灭弧系统及包含其的断路器做进一步详细的描述。

参考图1～图19所示，本发明实施例提供一种灭弧系统，以及包含该灭弧系统的断路器，该断路器包括有壳体1、灭弧系统2和触头系统3；

其中，壳体1带有排气孔及安装定位结构；触头系统3包括静触头32和动触头31，静触头32包括静引弧角321结构，动触头31可相对静触头32旋转实现线路电流接通和分断，分断电流时，静触头32和动触头31之间可产生电弧，静触头32亦可为非完全固定的可动触头。

灭弧系统2包括结构外壳、灭弧栅片22和引弧结构；结构外壳包括支架210和盖板一211、盖板二212，通过铆钉213结构连接固定，但不限于仅使用铆钉连接固定；引弧结构包括静触头引弧栅片232、动触头引弧栅片231和引弧连接栅片一233、引弧连接栅片二234；

支架210将灭弧系统分为多个并列灭弧腔室，分别为第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b，但不仅限于两个灭弧腔室；盖板一211和盖板二212分别将第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b封闭；

引弧连接栅片一233和引弧连接栅片二234分别位于第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b；引弧连接栅片一233和引弧连接栅片二234通过一侧的连接结构进行连接；

静触头引弧栅片232位于第一灭弧腔室20a下侧，动触头引弧栅片231位于第二灭弧腔室20b上侧；

支架210和盖板一211、盖板二212均具有插槽结构，可将灭弧栅片22、静触头引弧栅片232、动触头引弧栅片231分别定位并固定；

支架210具有上下布置的进弧口结构，可将初期电弧引入下进弧口24，末期电弧引入上进弧口25，分别进入第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b；进弧口结构采用斜面型式，但不限于斜面型式，其他能够用以引导气流方向，方便引导电弧进入灭弧腔室的形状均可；

支架210还具有排气孔214结构，排气孔214结构具有一定厚度，以引导气流走向；第一灭弧腔室20a排气孔214阵列位于第一灭弧腔室20a上侧，第二灭弧腔室20b排气孔214阵列位于第二灭弧腔室20b下侧；第一灭弧腔室20a排气孔214阵列和第二灭弧腔室20b排气孔214阵列在横向及纵向两个方向均留有一定电气间隙，防止第一灭弧腔室20a与第二灭弧腔室20b可能排出的残弧气体相连而造成短路；

排气孔214与灭弧栅片22、静触头引弧栅片232及动触头引弧栅片231末端留有适当空间，作为气体压力减压区域，形成气压梯度，有利气体排出，防止背后击穿；

图13为灭弧栅片22的形状示意图，本实施例包含但不仅限于图中所示栅片形状，根据电压或电流等级需求，可适当变更灭弧栅片22形状，可采用无切割灭弧栅片，热容量高，消游离效果好，使电弧更易熄灭，也可采用非对称切割栅片交替布置，以起到拉长电弧，增大电弧电压，使电弧更易熄灭的作用。

在上述灭弧系统的基础上，第一灭弧腔室20a中的灭弧栅片22与第二灭弧腔室20b的灭弧栅片22并列排布；第一灭弧腔室20a的引弧连接栅片一233的初始端与第二灭弧腔室20b的引弧连接栅片二234的初始端电气连接，使第一灭弧腔室20a的灭弧栅片22与第二灭弧腔室20b的灭弧栅片22形成串联型式。

在上述灭弧系统的基础上，引弧连接栅片一233为多次折弯结构，具有多个折弯部，第一灭弧腔室20a的引弧连接栅片一233的初始端位于上进弧口25与下进弧口24的交界处，第一灭弧腔室20a的引弧连接栅片一233的末端位于第一灭弧腔室20a最上侧；初始端与末端之间采用多次平滑折弯结构，折弯部与初始端呈一定角度并逐渐变化，以引导电弧路径；第一灭弧腔室20a的灭弧栅片22置于静触头引弧栅片232与引弧连接栅片一233的末端之间，且栅片排布方式包括但不限于平行排布方式，栅片数量及厚度依据不同电压或分断电流大小适当调整。

在上述灭弧系统的基础上，引弧连接栅片一233的主体段与水平方向成45°～85°的夹角；如图6所示，在本实施例中，夹角m优选为70°。

在上述灭弧系统的基础上，引弧连接栅片二234为多次折弯结构，具有多个折弯部，第二灭弧腔室20b的引弧连接栅片二234的初始端位于上进弧口25与下进弧口24的交界处，第二灭弧腔室20b的引弧连接栅片二234的末端位于第二灭弧腔室20b最下侧；初始端与末端之间采用多次平滑折弯结构，折弯部与初始端呈一定角度并逐渐变化，以引导电弧路径；第二灭弧腔室20b的灭弧栅片22置于动触头引弧栅片231与引弧连接栅片二234的末端之间，且栅片排布方式包括但不限于平行排布方式，栅片数量及厚度依据不同电压或分断电流适当调整。

在上述灭弧系统的基础上，引弧连接栅片二234的主体段与水平方向成45°～85°的夹角；如图8所示，在本实施例中，夹角n优选为70°。

在上述灭弧系统的基础上，静触头引弧栅片232的初始端位于下进弧口24的下侧，初始端宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随下进弧口24的斜面结构逐渐变化，直至末端与第一灭弧腔室20a的灭弧栅片22宽度相同；静触头引弧栅片232的末端位于第一灭弧腔室20a的灭弧栅片22下侧；静触头引弧栅片232与静引弧角321电气连接，以引导电弧路径。

在上述灭弧系统的基础上，动触头引弧栅片231初始端位于动触头31上侧，初始宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随上进弧口25的斜面结构逐渐变化，直至末端与第二灭弧腔室20b的灭弧栅片22宽度相同；动触头引弧栅片231与处于断开位置的动触头31电气连接，以引导电弧路径。

本申请实施例提供的灭弧系统包括上述结构，但不限于上述灭弧腔室的数量，不限于上述第一灭弧腔室与第二灭弧腔室的排布位置。

在其他一些实施例中，还包括分别位于第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b的铁芯26，具体结构可参考图11、图12，图11、图12为灭系统增加铁芯结构并去除两侧盖板后的轴侧图。

铁芯26由支架210与盖板一211、盖板二212包裹，并与灭弧栅片22及引弧系统电气隔离；铁芯26分别位于引弧连接栅片一233和引弧连接栅片二234的折弯位置，起到磁吹效果，增大电弧受力，促使电弧进入第一灭弧腔室20a及第二灭弧腔室20b的灭弧栅片，尤其对直流临界负载电流产生的电弧有良好的推动作用，降低临界负载电流燃弧时间，减小临界负载电流对动触头及静触头的损伤。

在其他一些实施例中，上述断路器的动触头31与静触头32两侧设有永磁体4结构，并合理设置磁极方向，使磁吹方向无极性限制，加速电弧进入灭弧系统，减小电弧对动触头及静触头的烧蚀，提升分断能力。

本申请实施例的运行原理：

图14为分断初期，电弧走向及电流示意图。

在触头分断初期，动触头31处于打开过程中，此时，电弧在动触头31与静触头32之间生成，并在静引弧角321及动触头31的引导下进入灭弧系统2。由于静触头引弧栅片232与静引弧角321为等电位连接，使电弧更易进入灭弧系统2。在分断初期，电弧通过下进弧口24进入第一灭弧腔室20a。

图15及图16为分断中期，电弧走向及电流示意图。

在分断中期，动触头31打开距离更大，通过下进弧口24进入第一灭弧腔室20a的电弧，在静触头引弧栅片232和引弧连接栅片一233的引导作用下，电弧在第一灭弧腔室20a中拉长，并被第一灭弧腔室20a中的灭弧栅片22切割并冷却，使电弧电压升高；分断过程中产生的高温气体通过第一灭弧腔室20a的排气孔214排出灭弧系统2。

与此同时，处于引弧连接栅片一233和动触头31处的引弧结构之间的电弧通过上进弧口25进入第二灭弧腔室20b。由于引弧连接栅片一233和引弧连接栅片而17采用等电位连接，可大幅降低电弧通过上进弧口25进入第二灭弧腔室20b的阻力。

图17为分断末期，电弧走向及电流示意图。

在分断末期，动触头31完全打开。此时，处于完全打开位置的动触头31与灭弧系统2中的动触头引弧栅片231为等电位连接。因此，电弧在动触头引弧栅片231和引弧连接栅片二234的引导作用下，在第二灭弧腔室20b中被拉长，并被第二灭弧腔室20b中的灭弧栅片22切割并冷却，使电弧电压进一步升高。分断过程中产生的高温气体通过第二灭弧腔室20b的排气孔214排出灭弧系统2。

图18、图19为灭弧系统2电弧路径两轴侧方向的示意图，其中，图18为电弧在第一灭弧腔室20a内的路径示意图，图19为电弧在第二灭弧腔室20b内的路径示意图。

在整个分断过程中，电弧通过静触头32，静引弧角321，静触头引弧栅片232，第一灭弧腔室20a的灭弧栅片22，引弧连接栅片一233与引弧连接栅片二234，第二灭弧腔室20b的灭弧栅片22，动触头引弧栅片231，动触头31的引弧结构之间形成串联型式，大幅提升了电弧电压；由于第一灭弧腔室20a和第二灭弧腔室20b采用并列排布方式，在增加灭弧栅片22的数量，提升分断电压等级及分断能力的同时，缩小了灭弧系统2的体积，可大幅减小断路器本身的体积，节约成本。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请权利要求范围内的实施例都属于本发明所要保护的内容。

Claims (8)

1.一种灭弧系统，设置在断路器中，用于熄灭动触头和静触头在分断电流时的电弧，其特征在于，包括结构外壳，所述结构外壳形成两个灭弧腔室，分别为第一灭弧腔室（20a）和第二灭弧腔室（20b），所述第一灭弧腔室（20a）和第二灭弧腔室（20b）内均间隔的层叠布置有若干灭弧栅片（22），所述第一灭弧腔室（20a）中的灭弧栅片（22）与第二灭弧腔室（20b）的灭弧栅片（22）并列排布；

所述第一灭弧腔室（20a）内具有引弧连接栅片一（233），所述第二灭弧腔室（20b）具有引弧连接栅片二（234），所述引弧连接栅片一（233）和所述引弧连接栅片二（234）的初始端电气连接，使所述第一灭弧腔室（20a）的灭弧栅片（22）与第二灭弧腔室（20b）的灭弧栅片（22）形成串联型式；所述第一灭弧腔室（20a）和第二灭弧腔室（20b）之间相对隔离；

所述第一灭弧腔室（20a）具有下进弧口（24），所述第二灭弧腔室（20b）具有上进弧口（25），所述下进弧口（24）和所述上进弧口（25）具有引导气流方向的倾斜引导面，用以引导电弧进入灭弧腔室；所述灭弧栅片（22）的顶层和底层连接有引弧结构，所述引弧结构包括一个延伸至静触头附近的静触头引弧栅片（232），一个延伸至动触头附近的动触头引弧栅片（231），以及连接相邻两灭弧腔室的引弧连接栅片，所述静触头引弧栅片（232）和所述动触头引弧栅片（231）分别位于不同的灭弧腔室；

所述静触头引弧栅片（232）的初始端位于下进弧口（24）的下侧，初始端宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随下进弧口（24）的斜面结构逐渐变化，直至末端与第一灭弧腔室（20a）的灭弧栅片（22）宽度相同；所述静触头引弧栅片（232）的末端位于第一灭弧腔室（20a）的灭弧栅片（22）下侧；静触头引弧栅片（232）与静触头电气连接，以引导电弧路径；

所述动触头引弧栅片（231）的初始端位于动触头的上侧，初始宽度覆盖整个灭弧系统宽度，并随上进弧口（25）的斜面结构逐渐变化，直至末端与所述第二灭弧腔室（20b）的灭弧栅片（22）宽度相同；所述动触头引弧栅片（231）与处于断开位置的动触头电气连接，以引导电弧路径；

所述第一灭弧腔室（20a）和第二灭弧腔室（20b）还具有开在结构外壳上的排气孔（214），所述排气孔（214）在横向及纵向上均留有电气间隙，且所述排气孔（214）与所述灭弧栅片（22）、所述静触头引弧栅片（232）以及所述动触头引弧栅片（231）末端留有适当空间，作为气体压力减压区域，有利气体排出，防止背后击穿。

2.根据权利要求1所述的灭弧系统，其特征在于，位于同一灭弧腔室的所述灭弧栅片（22）为相同形状的灭弧栅片，或两种不同形状的切割栅片交替布置。

3.根据权利要求2所述的灭弧系统，其特征在于，所述切割栅片为对称切割栅片或非对称切割栅片。

4.根据权利要求1所述的灭弧系统，其特征在于，所述引弧连接栅片一（233）和/或所述引弧连接栅片二（234）包括多段，各段之间形成折弯部，且主体段与水平方向成45°～85°夹角。

5.根据权利要求4所述的灭弧系统，其特征在于，所述引弧连接栅片一（233）和所述引弧连接栅片二（234）的初始端位于所述下进弧口（24）和所述上进弧口（25）的交界处，所述引弧连接栅片一（233）的末端位于所述第一灭弧腔室（20a）的最上侧，所述引弧连接栅片二（234）的末端位于第二灭弧腔室（20b）的最下侧；所述引弧连接栅片一（233）和所述引弧连接栅片二（234）的初始端与末端之间采用多次平滑折弯结构，以引导电弧路径。

6.根据权利要求4所述的灭弧系统，其特征在于，还包括分别位于第一灭弧腔室（20a）和第二灭弧腔室（20b）内的铁芯（26），所述铁芯（26）分别位于所述引弧连接栅片一（233）和所述引弧连接栅片二（234）的折弯位置，起到磁吹效果，增大电弧受力，促使电弧进入第一灭弧腔室（20a）及第二灭弧腔室（20b）的灭弧栅片（22）。

7.一种断路器，包括灭弧系统，其特征在于，所述灭弧系统为权利要求1～6中任一项所述的灭弧系统。

8.根据权利要求7所述的断路器，其特征在于，所述断路器的动触头与静触头两侧设有永磁体（4），所述永磁体（4）的磁吹方向无极性限制，用于加速电弧进入灭弧系统，减小电弧对动触头及静触头的烧蚀，提升分断能力。

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