CN116130313A - 一种灭弧结构及断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灭弧结构及断路器，具有电弧产生腔室、电弧运动腔室、第一灭弧腔室、第二灭弧腔室，第一灭弧腔室为窄缝灭弧腔室，第二灭弧腔室为金属栅片灭弧腔室，其中，窄缝灭弧腔室用于较小电流的分断，而金属栅片灭弧腔室则用于大电流的分断。该方案通过窄缝灭弧室实现了较小直流电流的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升；通过外磁场和电弧自身磁场、气流场共同作用于较大直流电流，可使直流电弧进入更多金属栅片并被有效切割，提升电弧电压，有效解决了低压双向无极性直流大电流和小电流分断难题。

Description

一种灭弧结构及断路器

技术领域

低压电器技术领域，具体涉及一种灭弧结构及断路器。

背景技术

光伏新能源发电、储能及电动汽车技术的快速发展，使得低压直流供电系统关键技术的发展越来越迫切，其中一个关键元件就是低压直流断路器。低压直流断路器是用于保护低压直流电气设备免受过载及短路故障冲击、开断电路的重要装置，同时还承担着正常及不严重过载电流的通流与控制任务，因此，要求低压直流断路器具有较高的电气寿命和短路分断能力，换言之，低压直流断路器需要对正常负载电流有一定的分断次数要求，以及对过载、短路等大电流具有足够的分断能力。

直流电流与交流电流不同，交流电流每个周波都有两个自然过零点，所有的交流开关电器都是利用电流过零的时机分断电流的，而直流电流没有自然过零点，在电压系统中，常规的机械式直流开关装置需要将电弧电压提升至足够大的值，强迫直流电流过零。现有技术中，直流电弧电压通常通过拉长电弧、冷却电弧、压缩电弧、金属栅片切割电弧等方式来提升，以上所有方式均需要驱动电弧运动或变形，常用方式是利用电弧自身磁场和气流作用。

一般而言，当直流电流比较大时，电弧产生的磁场和气吹作用均较强，可使电弧运动进入灭弧室；然而，当直流电流值比较小的时候，如额定电流、临界电流等，电弧产生的磁场较弱，气吹也不强，驱动电弧的难度就大大增加。针对该问题，可采用永磁体外加磁场驱弧，但一般而言，永磁体具有固定的磁场方向，因而对确定电流方向的电弧可产生正向的驱动力(洛伦兹力)，而电流方向一旦反向，永磁体对电弧产生的驱动力也会反向。因此，永磁体一般用于有极性的低压直流开关电器中。针对无极性低压直流断路器，长利用电弧通过较长时间燃烧，产生足够的压力梯度，将电弧驱入灭弧室内。该方法会造成断路器内部元件烧蚀严重，电气寿命明显受限，且无法应用于更高电压的低压直流系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种灭弧结构及断路器，以解决现有技术中针对无极性低压直流断路器，断路器内部元件易于烧蚀，电气寿命短，使得无极性低压直流断路器难以应用于更高电压的低压直流系统的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种灭弧结构，包括相对设置的第一隔弧壁和第二隔弧壁；

第一隔弧壁的外侧设置有第一铁磁体和第一永磁体，第一永磁体设置在第一铁磁体上部分的外侧，第一永磁体和第一铁磁体接触；第二个隔弧壁的外侧设置有第二铁磁体和第二永磁体，第二永磁体设置在第二铁磁体上部分的外侧，第二永磁体和第二铁磁体接触；第一隔弧壁和第二隔弧壁之间设置有动触头和静触头；第一永磁体和第二永磁体的最低处均高于动触头和静触头的接触点；第一铁磁体和第二铁磁体覆盖动触头和静触头的分闸及合闸的区域；

所述第一隔弧壁和第二隔弧壁之间设置有动跑弧道，所述第一隔弧壁和第二隔弧壁之间设置有静跑弧道；动跑弧道位于静跑弧道的上方；动跑弧道设置在动触头的一侧，静跑弧道位于静触头的外侧；

第一隔弧壁远离动触头的一端设置有第一窄缝，第二隔弧壁远离动触头的一端设置有第二窄缝；

所述第一窄缝和第二窄缝的后侧设置有灭弧栅片组；灭弧栅片组设置在动跑弧道和静跑弧道之间；

所述第一铁磁体和第一窄缝外设置有第一外壳，第二铁磁体和第二窄缝外设置有第二外壳，第一外壳和第二外壳的底部通过第三外壳连接。

本发明的进一步改进在于：

优选的，第一隔弧壁和第二隔弧壁均为槽型结构，第一隔弧壁的突出端和第一侧壁接触，第二隔弧壁的突出端和第二侧壁接触。

优选的，静触头设置在静跑弧道的内侧壁上。

优选的，所述第一个隔弧壁、第二隔弧壁均为绝缘材料。

优选的，所述动跑弧道包括U型结构的招弧部，招弧部的一端连接有导电部，另一端连接有驱弧部；所述导电部和动触头软连接；所述驱弧部的一部分设置在第一铁磁体和第二铁磁体的前侧，所述驱弧部的一部分设置在第一铁磁体、第二铁磁体、第一窄缝、第二窄缝和灭弧栅片组的下侧。

优选的，所述静跑弧道的一部分设置在第一铁磁体和第二铁磁体的后侧，一部分设置在第一铁磁体、第二铁磁体、第一窄缝、第二窄缝和灭弧栅片组的上侧。

优选的，所述第一窄缝由第一侧壁和第二侧壁组成，第一侧壁和第二侧壁之间有缝隙；第一侧壁靠近第一隔弧壁，第二侧壁靠近灭弧栅片组；

所述第二窄缝由第三侧壁和第四侧壁组成，第三侧壁和第四侧壁之间有缝隙；第三侧壁靠近的第二隔弧壁，第四侧壁靠近灭弧栅片组；

所述第二侧壁靠近第一外壳的一侧设置有若干个第二侧壁孔洞，若干个第二侧壁孔洞沿第二侧壁的高度方向阵列，第二侧壁孔洞连通第一窄缝和灭弧栅片组；

所述第四侧壁靠近第二外壳的一侧设置有若干个第四侧壁孔洞，若干个第四侧壁孔洞沿第四侧壁的高度方向阵列，第四侧壁孔洞连通第二窄缝和灭弧栅片组。

优选的，所述第一侧壁为第一隔弧壁的一部分，所述第二侧壁为第二隔弧壁的一部分。

优选的，所述灭弧栅片组由若干个金属栅片阵列组成，金属栅片平行于动跑弧道。

一种断路器，所述断路器包含上述的灭弧结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种灭弧结构，该灭弧结构通过动触头、静触头、第一隔弧壁和第二隔弧壁组成电弧产生腔室、通过动跑弧道、静跑弧道、第一隔弧壁和第二隔弧壁组成电弧运动腔室、以及窄缝灭弧腔室形式的第一灭弧腔室、金属栅片灭弧腔室形式的第二灭弧腔室。其中，窄缝灭弧腔室用于较小电流的分断，而金属栅片灭弧腔室则用于大电流的分断。该方结构通过窄缝灭弧室实现了较小直流电流的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升；通过外磁场和电弧自身磁场、气流场共同作用于较大直流电流，可使直流电弧进入更多金属栅片并被有效切割，提升电弧电压，有效解决了低压双向无极性直流大电流和小电流分断难题。

进一步的，该灭弧系统将窄缝灭弧腔室和金属栅片灭弧腔室分别应用于较小电流和较大电流的分断，通过优化结构的永磁体布置方案，使双向直流小电流分别驱入两个设置在金属栅片灭弧腔室一端的窄缝灭弧腔室中，通过窄缝压缩和冷却将直流小电流熄灭，而大电流会在外磁场和电弧自身磁场、气流场作用下快速跨过窄缝灭弧腔室，直接进入金属栅片灭弧腔室。该方案通过窄缝灭弧室实现了较小直流电流的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升；通过外磁场和电弧自身磁场、气流场共同作用于较大直流电流，可使直流电弧进入更多金属栅片并被有效切割，提升电弧电压，有效解决了低压双向无极性直流大电流和小电流分断难题。

进一步的，本发明提供的技术方案，将大小直流电弧区分于不同的灭弧腔室进行熄弧，有效解决了较小直流电弧熄弧困难的问题，实现了双向直流电弧的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升，同时不影响大短路电弧的运动和分断。本发明提供的技术方案，结构简单、成本低、可实施性强。

本发明还公开了一种包括灭弧结构的断路器，仅对现有断路器的灭弧系统进行改进，无需调整开距、机构速度等，即可实现电弧电压的显著提升，针对较高系统电压的直流灭弧，串联的断路器极数也会减少，可实现大幅降本。

附图说明

图1为本发明的实施例的主视图示意图；

图2为本发明的实施例的剖面位置示意图；

图3为本发明的实施例的剖面1-1结构示意图；

图4为本发明的实施例的剖面2-2结构示意图；

图5为本发明的实施例的剖面3-3结构示意图；

图6为本发明的实施例的动跑弧道的主视图示意图；

图7为本发明的实施例的静触头和静跑弧道的主视图示意图；

图8为本发明的实施例的第一窄缝的后视图示意图；

图9为本发明的实施例的第一窄缝第一侧壁的左视图示意图；

图10为本发明的实施例的第一窄缝第二侧壁的左视图示意图；

图11为本发明的实施例的第二窄缝的后视图示意图；

图12为本发明的实施例的第二窄缝第一侧壁的左视图示意图；

图13为本发明的实施例的第二窄缝第二侧壁的左视图示意图；

其中：1.动触头；2.静触头；3.第一永磁体；4.第二永磁体；5.第一铁磁体；6.第二铁磁体；7.第一隔弧壁；8.第二隔弧壁；9.第一窄缝；901.第一侧壁；902.第二侧壁；903.第二侧壁孔洞；10.第二窄缝；1001.第三侧壁；1002.第四侧壁；1003.第四侧壁孔洞；11.动跑弧道；111.动跑弧道招弧部；112.动跑弧道驱弧部；113.动跑弧道导电部；12.静跑弧道；13.灭弧栅片组；14.外壳；141.第一外壳；142.第二外壳；143.第三外壳；51.前部分；52.后部分；53.竖直面；54.倾斜面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

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；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；此外，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；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。

请参阅图1～图5，按照本发明提供的一种灭弧系统、具有电弧产生腔室、电弧运动腔室、第一灭弧腔室、第二灭弧腔室，第一灭弧腔室为窄缝灭弧腔室，第二灭弧腔室为金属栅片灭弧腔室，其中，窄缝灭弧腔室用于较小电流的分断，而金属栅片灭弧腔室则用于大电流的分断。该方案通过窄缝灭弧室实现了较小直流电流的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升；通过外磁场和电弧自身磁场、气流场共同作用于较大直流电流，可使直流电弧进入更多金属栅片并被有效切割，提升电弧电压，有效解决了低压双向无极性直流大电流和小电流分断难题。

根据本发明提供的技术方案，在电弧产生腔室和电弧运动腔室内会产生三维的磁场分布，其中包括平行于隔弧壁的磁场分量和靠近两侧隔弧壁的区域内垂直于隔弧壁、且方向相反的磁场分量；对于几倍于额定电流及以下的相对较小的直流电流，平行于隔弧壁的磁场分量，会使电弧偏向其中一侧隔弧壁，根据本发明的方案，该侧隔弧壁附近的磁场垂直于该侧隔弧壁的分量会驱使电弧向第一灭弧腔室和第二灭弧腔室的方向运动，而平行于隔弧壁的磁场分量会使电弧更偏向该侧隔弧壁，电弧电流较小时，电弧在运动过程中散热、被拉长，从而熄灭，当电弧电流较大时，电弧会运动到第一灭弧腔室区域，并在平行于隔弧壁的磁场分量作用下，进入窄缝灭弧室，被压缩熄灭，如电弧电流相反，则电弧会偏向另一侧隔弧壁，并进入另一侧的窄缝灭弧室；对于严重过载或不严重短路的较大的直流电流，电弧会在平行于隔弧壁磁场分量的作用下，偏向一侧隔弧壁，快速向第一灭弧腔室和第二灭弧腔室的方向运动，因为电弧电流较大，电弧弧柱直径也会比较大，在第一灭弧腔室区域，有部分电弧进入窄缝灭弧室，而有部分会跨过窄缝灭弧室区域，进入第二灭弧腔室；对于非常大的短路直流电流而言，由于电弧自身产生的磁场和压力升高非常强，对电弧会产生向第二灭弧腔室方向很强的磁吹和气吹作用，而外加磁场的作用相对较弱，因而电弧会快速运动进入第二灭弧腔室，完成金属栅片的切割熄弧过程。

电弧产生腔室、电弧运动腔室、第一灭弧腔室、第二灭弧腔室均布置在第一外壳141和第二外壳142之间，按电弧产生腔室、电弧运动腔室、第一灭弧腔室、第二灭弧腔室的顺序依次布置。第一侧壁141和第二侧壁142相对设置，第一外壳141和第二外壳142的底部通过第三外壳143连通。

动触头1和静触头2相对设置，动触头1和静触头2之间有间隙。第一隔弧壁7、第二隔弧壁8布置在动触头1、静触头2的两侧，且在第一铁磁体5、第二铁磁体6之间，换言之，第一永磁体3、第一铁磁体5、第一隔弧壁7位于动触头1、静触头2的一侧，距离动触头1、静触头2由近到远依次为第一隔弧壁7、第一铁磁体5、第一永磁体3；第二永磁体4、第二铁磁体6、第二隔弧壁8位于动触头1、静触头2的另一侧，距离动触头1、静触头2由近到远依次为第二隔弧壁8、第二铁磁体6、第二永磁体4。第一隔弧壁7和第二隔弧壁8均为U型结构，第一隔弧壁7的两个突出端口共同和第一侧壁141连接，第一隔弧壁7和第一侧壁141之间围城的腔体中放置有第一铁磁体5和第一永磁体3；第二隔弧壁8的两个突出端口共同和第二侧壁142连接，第二隔弧壁8和第二侧壁142围城的腔体之间放置有第二铁磁体6和第二永磁体4。第一由动触头1、静触头2、第一隔弧壁7、第二隔弧壁8围成的区域为电弧产生腔室。

第一铁磁体5和第二铁磁体6的结构相同，包括一体连接的两部分，分别为前部分51和后部分52，前部分51的后端面和后部分52的前端面一体连接；前部分51的前端面上部分为竖直面53，下部分为倾斜面54，使得前部分51为不规则体，后部分52为长方体；前部分51的上端面和永磁体接触，后部分52的后端面和窄缝接触。第一铁磁体5和第二铁磁体6的结构和第一铁磁体5和第二铁磁体6的结构相同，以及第一隔弧壁7和第二隔弧壁8的结构相同。

第一隔弧壁7覆盖在第一铁磁体5上，第二隔弧壁8覆盖在第二铁磁体6上，第一隔弧壁7和第二隔弧壁8为耐高温的绝缘材料制成，该绝缘材料为产气材料或非产气材料。

第一隔弧壁7、第二隔弧壁8之间具有相对布置的动跑弧道11和静跑弧道12；动跑弧道11位于动触头1的一端，动跑弧道11和动触头1通过编制铜线连接，为等电位；静跑弧道12位于静触头2的外侧端，静跑弧道12和静触头2固定连接，为等电位；由动跑弧道11、静跑弧道12、第一隔弧壁7、第二隔弧壁8围成的区域为电弧运动腔室。

第一隔弧壁7远离动触头1、静触头2的一端布置第一窄缝9，第二隔弧壁8远离动触头1、静触头2的一端布置第二窄缝10，第一窄缝9的通道两端分别为动跑弧道11和静跑弧道12，第二窄缝10的通道两端分别为动跑弧道11和静跑弧道12；第一窄缝9和第二窄缝10组成第一灭弧腔室，用于较小直流电弧的熄弧。

灭弧栅片组13具有多片相互间隔且平行的金属栅片叠加组成，位于静跑弧道12和跑弧道11与外壳的第一侧壁141和第二侧壁142之间，金属栅片与其两端接近的静跑弧道12、跑弧道11部分相互平行；灭弧栅片组13、静跑弧道12、跑弧道11组成第二灭弧腔室，用于大直流电弧的熄弧。

第一实施例，该实施例的灭弧系统、结构具有动触头1、静触头2、第一永磁体3、第二永磁体4、第一铁磁体5、第二铁磁体6、第一隔弧壁7、第二隔弧壁8、第一窄缝9、第二窄缝10、动跑弧道11、静跑弧道12、灭弧栅片组13；

其中，动触头1、静触头2相对设置，静触头2相对外壳固定布置，而动触头1可做相对静触头2的接触与分离动作，用于完成本实施例所涉及的断路器的分合闸操作，合闸时回路电流通过动触头1和静触头2导通，分闸时动触头1、静触头2之间会产生电弧。

第一永磁体3、第二永磁体4的形状、尺寸、体积、材料、性能都相同，选用长方体形状的磁铁，两个极性面为面积最大的两个侧面，分别布置在动触头1、静触头2的两侧，并且两个永磁体的下边缘高于动触头1、静触头2的接触点，此外，第一永磁体3、第二永磁体4的同极性面相对设置，如第一永磁体3、第二永磁体4的N极性面均面向动触头1、静触头2，或第一永磁体3、第二永磁体4的S极性面均面向动触头1、静触头2。

第一铁磁体5、第二铁磁体6布置在动触头1、静触头2的两侧，且在第一永磁体3、第二永磁体4之间，第一铁磁体5、第二铁磁体6覆盖动触头1、静触头2分合闸所涉及的区域，并延伸至第一窄缝9和第二窄缝10处，第一永磁体3位于第一铁磁体5的上部分外侧，第一永磁体3的内侧壁和第一铁磁体5接触，第二永磁体4位于第二铁磁体6的上部分外侧，第二永磁体4的内侧壁和第二铁磁体6接触。铁磁性物质具有许多磁畴，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显示磁性，而当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向排列，形成附加磁场。当铁磁体接触或靠近永磁体时会被磁化，根据永磁体磁性的强弱和铁磁体本身的磁化特性，铁磁体磁化的强度和区域会不同，在本实施例种，第一铁磁体5的上端部与第一永磁体3的N极性面接触，第一铁磁体5被磁化后在与第一永磁体3的N极性面接触的区域及附近很小的区域极性为S，而第一铁磁体5背离第一永磁体3的另一侧均为N极，且第一铁磁体5与第一永磁体3N极性面接触的一侧，远离第一永磁体3的部分也为N极；类似地，第二铁磁体6被第二永磁体4磁化后，第二铁磁体6被磁化后在与第二永磁体4的N极性面接触的区域及附近很小的区域极性为S，而第二铁磁体6背离第二永磁体4的另一侧均为N极，且第二铁磁体6与第二永磁体4N极性面接触的一侧，远离第二永磁体4的部分也为N极。因此，动触头1、静触头2区域及延伸至第一窄缝9和第二窄缝10区域两侧的第一铁磁体5、第二铁磁体6向内均为N极。另一方面，由于第一永磁体3、第二永磁体4所在区域的第一铁磁体5、第二铁磁体6面向动触头1、静触头2方向的磁场强度远高于第一铁磁体5、第二铁磁体6远离触头区域的磁场强度，因此，在第一铁磁体5、第二铁磁体6之间的区域会产生由动触头1、静触头2区域朝向第一窄缝9、第二窄缝10区域方向并平行于第一铁磁体5、第二铁磁体6的磁场分量。

本发明实施例所涉及的断路器收到分闸指令后，操作机构分闸动作，动触头1在机构的带动下与静触头2分开，在动触头1和静触头2之间会产生电弧。如果电弧电流方向为从静触头2流向动触头1，根据左手定则，电弧会在如前所述的动触头1和静触头2区域平行于第一铁磁体5、第二铁磁体6的磁场分量作用下，受到向沿纸面向里方向的洛伦兹力，即偏向第二铁磁体6方向运动，当电弧靠近第二铁磁体6一侧后，由于第二铁磁体6朝向动触头1、静触头2一侧均为N极，因此电弧会受到向下向电弧运动腔室的洛伦兹力，电弧向下运动，转移至静跑弧道12和动跑弧道11之间，电弧仍会在平行于第一铁磁体5、第二铁磁体6的磁场分量和垂直第二铁磁体6侧面的磁场分量作用下，靠着第二隔弧壁8向第二窄缝10运动。电弧在运动过程中被拉长、散热，电弧电压会升高，如果电流较小，电弧电压值可能达到足够大，电弧在运动到第二窄缝10前熄灭；如果电弧电流相对较大，电弧运动至第二窄缝10时，会在洛伦兹力作用下进入第二窄缝10，在窄缝的压缩、拉长及壁面吸热冷却等作用下，电弧电压迅速升高，将电弧熄灭；如果电弧电流非常大，当电弧到达第二窄缝10时，电弧无法完全进入窄缝，且窄缝作用提升的电弧电压值无法将电弧熄灭，则电弧会在强大的气流作用和电弧自身及外加磁场作用下继续向前运动，并进入灭弧栅片组13中，被金属栅片冷却、拉长和切割，从而提供足够的电弧电压，将电弧熄灭。反之，如果电弧电流方向为从动触头1流向静触头2，则电弧会受到偏向第一铁磁体5的洛伦兹力作用，当电弧偏向第一铁磁体5时，会在第一铁磁体5附近的磁场作用下，向电弧运动腔室运动，而后电弧转移至静跑弧道12和动跑弧道11之间，再继续运动至第一窄缝9，与前述相同，较小电流的电弧在运动过程中熄灭，较大电流的电弧会进入第一窄缝9中熄灭，非常大电流的电弧会进入灭弧栅片组13中熄灭。

在本发明的第一实施例中，如第一永磁体3和第二永磁体4面向动触头1、静触头2区域的极性面均为S极，则第一铁磁体5、第二铁磁体6被磁化后，面向动触头1、静触头2区域的侧面将均为S极。同时，在第一铁磁体5、第二铁磁体6之间的区域还会产生由第一窄缝9、第二窄缝10区域朝向动触头1、静触头2区域方向并平行于第一铁磁体5、第二铁磁体6的磁场分量。当动触头1、静触头2分闸产生电弧后，与前述分析类似，电弧会在平行于隔弧壁的磁场分量作用下，偏向其中一侧隔弧壁，而该侧隔弧壁附近的磁场垂直于该侧隔弧壁的分量会驱使电弧向第一灭弧腔室中的其中一个窄缝运动并进入，较小电流的电弧在运动过程中熄灭，较大电流的电弧会进入第一窄缝9中熄灭，对于非常大电流的电弧会继续运动，并进入灭弧栅片组13中，被金属栅片冷却、拉长和切割，从而提供足够的电弧电压，将电弧熄灭。这一过程对于电弧电流从静触头2流向动触头1、或从动触头1流向静触头2，均类似，不同点仅为电流方向相反的电弧偏向不同的侧壁，但均朝向第一灭弧腔室和第二灭弧腔室方向。

请参阅图6，动跑弧道11具有招弧部111、驱弧部112、导电部113，招弧部111为U形结构，U形结构底部与动触头1靠近，驱弧部112、导电部113与招弧部111的U形结构的两条臂连接，导电部113与动触头通过软连接连接，驱弧部112通过电弧运动腔室和第一灭弧腔室，延伸到第二灭弧腔室中灭弧栅片组13的一端，动跑弧道11介于招弧部111和第一灭弧腔室之间的部分的宽度窄于动跑弧道11从第一灭弧腔室到第二灭弧腔室方向的其余部分的宽度。

请参阅图7，静跑弧道12的一端与静触头2固定连接，静跑弧道12的另一端通过电弧运动腔室和第一灭弧腔室，延伸到第二灭弧腔室中灭弧栅片组13的另一端，静跑弧道12介于静触头2和第一灭弧腔室之间的部分的宽度窄于静跑弧道12从第一灭弧腔室到第二灭弧腔室方向的其余部分的宽度。

请参阅图8～图13，第一窄缝9和第二窄缝10结构相同，相对设置，分别设置在第一隔弧壁7和灭弧栅片组13之间、以及第二隔弧壁8和灭弧栅片组13之间；第一窄缝9的第一侧壁901和第二侧壁902与第一外壳141组成凹形的第一窄缝9，第一侧壁901、第二侧壁902之间的距离不大于4mm；第二窄缝10的第三侧壁1001和第四侧壁1002与第二外壳142组成凹形的第二窄缝10，第三侧壁1002、第四侧壁1002之间的距离不大于4mm；第一窄缝9的第一侧壁1001、第二侧壁1002和第二窄缝10的第三侧壁1001、第四侧壁1002均由耐高温的绝缘材料制成，为产气材料或非产气材料。

在本发明提供的一种灭弧系统、结构的另一个实施例中，第一窄缝9的第一侧壁901由第一隔弧壁7相邻的壁面代替，第二侧壁902与灭弧栅片组13相邻，第二窄缝10的第一侧壁1001由第二隔弧壁8相邻的壁面代替，第二侧壁1002与灭弧栅片组13相邻。这样，第一窄缝9与第一铁磁体5之间仅有一层绝缘隔层，第二窄缝10与第二铁磁体6之间仅有一层绝缘隔层，第一铁磁体5和第二铁磁体6在第一窄缝9和第二窄缝10位置产生的磁场强度会更强，从而驱使电弧进入窄缝的洛伦兹力也会更大，有助于电弧进入窄缝而熄灭。

在本发明提供的一种灭弧系统、结构的另一个实施例中，第一窄缝9的第二侧壁902靠近第一外壳141一端设置数个第二侧壁孔洞903，第二侧壁孔洞903连通第一窄缝9和灭弧栅片组13，且第二侧壁孔洞903的位置位于灭弧栅片组13的栅片间隔处；第二窄缝10的第四侧壁1002靠近第二外壳142一端设置数个第四侧壁孔洞1003，第四侧壁孔洞1003连通第二窄缝10和灭弧栅片组13；且第四侧壁孔洞1003的位置位于灭弧栅片组13的栅片间隔处。

如前所述，当电流不是很大时，直流电弧会在洛伦兹力的作用下进入第一窄缝9或第二窄缝10中的一个，因电流方向与磁场方向的相互作用确定。因电弧的温度非常高，通常有几千度甚至上万度，电弧在窄缝中燃烧会产生巨大的局部压力升高，由于窄缝内外巨大压力差的影响，气吹作用会趋于使电弧离开窄缝，与磁场的作用相反，在一定程度上阻碍电弧在窄缝中的熄灭。通过在靠近灭弧栅片组13一侧的第一窄缝9的第二侧壁902靠近第一外壳141一端设置数个第二侧壁孔洞903、以及第二窄缝10的第二侧壁1002靠近第二外壳142一端设置数个第四侧壁孔洞1003，将电弧在窄缝中燃烧引起的压力升高通过第二侧壁孔洞903或第四侧壁孔洞1003释放出去，有利于电弧在窄缝中的保持，同时，通过第二侧壁孔洞903或第四侧壁孔洞1003释放出的热态游离气体，进入灭弧栅片组13的栅片腿部空间，与栅片腿部充分接触，还可以达到灭弧室气体的降温作用，对电弧的熄灭也具有间接促进作用。

本发明的一种灭弧系统、结构的工作原理如下：

利用外加磁场将直流电弧驱动，使电弧沿断路器内一侧的隔弧壁向灭弧室方向运动，同时在电弧运动方向上依次设置侧面窄缝和金属灭弧栅片组，使小电流的电弧在电弧运动过程中或窄缝中熄弧，大电流的电弧在灭弧栅片组中熄弧。为了获得对双向直流电弧均有效的外加磁场分布，采用同极性面相对设置的一对永磁体与在永磁体之间布置的一对铁磁体来实现，铁磁体在永磁体作用下会被磁化，从而使两个铁磁体面向电弧产生和运动区域的一侧均显示相同极性，该极性与永磁体相对面的极性是相同的。另一方面，由于铁磁体被极化后，在与永磁体附近的区域磁场强度最强，在本发明提供的方案中，永磁体位于动静触头接触点上端，使得电弧产生和运动区域的磁场存在一个平行于隔弧壁的磁场分量，该磁场分量将电弧趋向一侧的隔弧壁，而该侧隔弧壁附近的磁场具有将该电弧趋向灭弧室方向的垂直于隔弧壁的磁场分量。电弧在运动过程中会受到上下游气吹、电弧自身及跑弧道载流的磁场、铁磁体产生的磁场等多个力的综合作用。电弧在动静触头之间产生后，上述的多个力均会驱使电弧快速转移到跑弧道上，进入电弧运动腔室，而后继续运动，如电流值较小，则电弧在运动过程中会熄灭；如电流值较大，电弧贴着一侧隔弧壁继续运动，当运动至窄缝位置时，铁磁体的磁场作用起主要作用，将电弧压入窄缝中熄弧；如电流值很大，电弧运动至窄缝位置时，有一部分电弧快速越过窄缝进入灭弧栅片组区域，一部分电弧压入窄缝，形成并联的两个电流通道，如窄缝内电弧电阻比灭弧栅片组区域的电弧电阻大，则电弧电流会转移到灭弧栅片组区域的电弧，窄缝内的电弧消失，如窄缝内的电阻比灭弧栅片组区域的电弧电阻小，则电弧电流会向窄缝区域转移，窄缝内的电弧剧烈燃烧，使内部产生巨大的局部压力升高，驱使电弧退出窄缝，并在气吹、磁吹作用下进入灭弧栅片组区域，而后熄弧。

因此，本发明提供的技术方案，与现有技术相比，增加了外加磁场作用，在电弧产生和运动的初始阶段，为电弧提供了更多的驱动力，使电弧更快的离开触头区域、减少对触点材料的烧蚀，对于较小电流的直流电弧，通过外磁场的加速运动和窄缝灭弧腔室，能快速将电弧熄灭，而不影响大的短路电流进入金属灭弧栅片灭弧室熄弧。

本发明还提供一种断路器，该断路器具有上述的任意一种灭弧系统。

综上所述，本发明提供的一种灭弧系统、结构及断路器，将大小直流电弧区分于不同的灭弧腔室进行熄弧，有效解决了较小直流电弧熄弧困难的问题，实现了双向直流电弧的快速分断，燃弧时间大大缩短，电气寿命显著提升，同时不影响大短路电弧的运动和分断。同时，本发明提供的技术方案，结构简单、成本低、可实施性强，仅对现有断路器的灭弧系统进行改进，无需调整开距、机构速度等，即可实现电弧电压的显著提升，针对较高系统电压的直流灭弧，串联的断路器极数也会减少，可实现大幅降本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种灭弧结构，其特征在于，包括相对设置的第一隔弧壁(7)和第二隔弧壁(8)；

第一隔弧壁(7)的外侧设置有第一铁磁体(5)和第一永磁体(3)，第一永磁体(3)设置在第一铁磁体(5)上部分的外侧，第一永磁体(3)和第一铁磁体(5)接触；第二个隔弧壁(8)的外侧设置有第二铁磁体(6)和第二永磁体(4)，第二永磁体(4)设置在第二铁磁体(6)上部分的外侧，第二永磁体(4)和第二铁磁体(6)接触；第一隔弧壁(7)和第二隔弧壁(8)之间设置有动触头(1)和静触头(2)；第一永磁体(3)和第二永磁体(4)的最低处均高于动触头(1)和静触头(2)的接触点；第一铁磁体(5)和第二铁磁体(6)覆盖动触头(1)和静触头(2)的分闸及合闸的区域；

所述第一隔弧壁(7)和第二隔弧壁(8)之间设置有动跑弧道(11)，所述第一隔弧壁(7)和第二隔弧壁(8)之间设置有静跑弧道(12)；动跑弧道(11)位于静跑弧道(12)的上方；动跑弧道(11)设置在动触头(1)的一侧，静跑弧道(12)位于静触头(2)的外侧；

第一隔弧壁(7)远离动触头(1)的一端设置有第一窄缝(9)，第二隔弧壁(8)远离动触头(1)的一端设置有第二窄缝(10)；

所述第一窄缝(9)和第二窄缝(10)的后侧设置有灭弧栅片组(13)；灭弧栅片组(13)设置在动跑弧道(11)和静跑弧道(12)之间；

所述第一铁磁体(5)和第一窄缝(9)外设置有第一外壳(141)，第二铁磁体(6)和第二窄缝(10)外设置有第二外壳(142)，第一外壳(141)和第二外壳(142)的底部通过第三外壳(143)连接。

2.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，第一隔弧壁(7)和第二隔弧壁(8)均为槽型结构，第一隔弧壁(7)的突出端和第一侧壁(141)接触，第二隔弧壁(8)的突出端和第二侧壁(142)接触。

3.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，静触头(2)设置在静跑弧道(12)的内侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述第一个隔弧壁(7)、第二隔弧壁(8)均为绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述动跑弧道(11)包括U型结构的招弧部(111)，招弧部(111)的一端连接有导电部(113)，另一端连接有驱弧部(112)；所述导电部(113)和动触头(1)软连接；所述驱弧部(112)的一部分设置在第一铁磁体(5)和第二铁磁体(6)的前侧，所述驱弧部(112)的一部分设置在第一铁磁体(5)、第二铁磁体(6)、第一窄缝(9)、第二窄缝(10)和灭弧栅片组(13)的下侧。

6.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述静跑弧道(12)的一部分设置在第一铁磁体(5)和第二铁磁体(6)的后侧，一部分设置在第一铁磁体(5)、第二铁磁体(6)、第一窄缝(9)、第二窄缝(10)和灭弧栅片组(13)的上侧。

7.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述第一窄缝(9)由第一侧壁(901)和第二侧壁(902)组成，第一侧壁(901)和第二侧壁(902)之间有缝隙；第一侧壁(901)靠近第一隔弧壁(7)，第二侧壁(902)靠近灭弧栅片组(13)；

所述第二窄缝(10)由第三侧壁(1001)和第四侧壁(1002)组成，第三侧壁(1001)和第四侧壁(1002)之间有缝隙；第三侧壁(1001)靠近的第二隔弧壁(8)，第四侧壁(1002)靠近灭弧栅片组(13)；

所述第二侧壁(902)靠近第一外壳(141)的一侧设置有若干个第二侧壁孔洞(903)，若干个第二侧壁孔洞(903)沿第二侧壁(902)的高度方向阵列，第二侧壁孔洞(903)连通第一窄缝(9)和灭弧栅片组(13)；

所述第四侧壁(1002)靠近第二外壳(142)的一侧设置有若干个第四侧壁孔洞(1003)，若干个第四侧壁孔洞(1003)沿第四侧壁(1002)的高度方向阵列，第四侧壁孔洞(1003)连通第二窄缝(10)和灭弧栅片组(13)。

8.根据权利要求7所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述第一侧壁(901)为第一隔弧壁(7)的一部分，所述第二侧壁(902)为第二隔弧壁(8)的一部分。

9.根据权利要求1所述的一种灭弧结构，其特征在于，所述灭弧栅片组(13)由若干个金属栅片阵列组成，金属栅片平行于动跑弧道(11)。

10.一种断路器，所述断路器包含权利要求1所述的灭弧结构。

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