CN116387065B - 一种灭弧系统及断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高栅片数量，优化电弧走向，提高栅片利用率的灭弧系统，包括：隔弧壁，第一灭弧栅片组，第二灭弧栅片组，引弧板，静触头引弧片，动触头引弧片，本发明灭弧室内的灭弧栅片组分别分布在左侧和下侧并通过引弧板电连接，提高了灭弧室内能够放置的栅片数量进而提高灭弧室分断电弧的能力，同时避免了因栅片数量增多而导致产品体积过大的问题；采用静触头引弧片、动触头引弧片和引弧板优化了电弧走向，使电弧能够被各个灭弧栅片组充分切割，提高栅片的利用率，提高灭弧室的分断电弧的能力；增强了分断临界负载电流的能力，减小临界负载电流对动触头及静触头的损伤，且具备单极分断全电压短路电流的能力。

Description

一种灭弧系统及断路器

技术领域

本发明涉及技术领域，更具体的说是涉及一种灭弧系统及断路器。

背景技术

随着光伏、风电、储能、轨道交通等新能源系统的大规模建设与规划，直流输配电系统迎来了一个快速发展的黄金时期，尤其是“双碳”目标的提出，将进一步加速能源结构转型，可再生能源将成为主力。随着可再生能源的系统功率越来越高，对用于交、直流配电保护的断路器，其分断性能的要求也越来越高。

灭弧室是断路器的主要组成部件，其熄灭电弧的能力直接影响断路器的分断能力，现有的灭弧室存在以下不足：

1、灭弧室内栅片数量有限，而栅片的数量越多越利于切割电弧，提高分断能力，现有产品为提高栅片数量采用栅片堆叠的方式，导致产品体积过大，成本较高。

2、电弧的走向较为单一，电弧在现有的走向上难以保证被栅片充分切割，栅片的利用率不高；且当断路器开断临界负载电流时，两侧弧根停留在动触头和静触头上，弧柱仅向栅片组方向弯曲不进入栅片组，这样不但对断路器的分断能力有影响，而且会对动触头和静触头造成损伤。

3、灭弧室排气通道的排气效果一般，飞弧距离相对较长，对断路器的分断能力有影响。

有鉴于此，如何提供一种能够提高断路器分断能力的灭弧室，是本领域人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种提高栅片数量，优化电弧走向，提高栅片利用率的灭弧系统，具体包括：

隔弧壁，所述隔弧壁固定安装于灭弧室内；

第一灭弧栅片组，所述第一灭弧栅片组靠近所述灭弧室的下侧设置，所述第一灭弧栅片组具有多个第一栅片，多个所述第一栅片沿横向均匀间隔设置在所述隔弧壁上；

第二灭弧栅片组，所述第二灭弧栅片组靠近所述灭弧室的左侧设置，所述第二灭弧栅片组具有多个第二栅片，多个所述第二栅片沿纵向均匀间隔设置在所述隔弧壁上；

引弧板，所述引弧板一端与最下端的第二栅片电连接，引弧板的另一端所述经多次弯折后与最左端的第一栅片电连接，所述引弧板为等电位导体；

静触头引弧片，所述静触头引弧片一端与所述静触头电连接，另一端向所述第一灭弧栅片组延伸并靠近最右端的第一栅片设置；

动触头引弧片，所述动触头引弧片靠近最上端的第二栅片设置在所述隔弧壁上，所述动触头引弧片的一端向所述动触头方向延伸，当所述动触头与静触头完全分断时，所述动触头与所述动触头引弧片电连接。

本发明的有益效果是：

本发明灭弧室内的灭弧栅片组分别分布在左侧和下侧并通过引弧板电连接，提高了灭弧室内能够放置的栅片数量进而提高灭弧室分断电弧的能力，同时避免了因栅片数量增多而导致产品体积过大的问题；采用静触头引弧片、动触头引弧片和引弧板优化了电弧走向，使电弧能够被各个灭弧栅片组充分切割，提高栅片的利用率，提高灭弧室的分断电弧的能力；增强了分断临界负载电流的能力，减小临界负载电流对动触头及静触头的损伤，且具备单极分断全电压短路电流的能力。

进一步的，所述引弧板弯折后形成位于引弧板内部的空腔，所述空腔内设置有铁芯，所述铁芯与所述引弧板固定连接。

采用上述技术方案的有益效果是：在引弧板内加入铁芯可提高引弧板整体的热容量，提高其耐电弧能力，同时利于电弧被引弧板引入引弧板两侧的区域。

进一步的，所述动触头向灭弧室方向延伸形成引弧部。

采用上述技术方案的有益效果是：引弧部有利于电弧向动触头上方运动，使电弧拉长。

进一步的，所述灭弧室的下侧壁向第一灭弧栅片组方向延伸形成引弧角，所述引弧角将所述第一灭弧栅片组分割为左侧栅片组和右侧栅片组，所述左侧栅片组和右侧栅片组相邻的两个第一栅片电连接。

进一步的，所述第一灭弧栅片组和所述引弧角整体呈弧形。

采用上述技术方案的有益效果是：将第一灭弧栅片组通过引弧角分割，在实际工作过程中，第一栅片分布的较为分散，灭弧时产生的气体不会过于集中，可以避免气体过度膨胀炸裂断路器。

本发明还提供了一种断路器，包括所述灭弧系统，还包括基座和盖体，所述盖体安装于所述基座的前端；所述基座开设有后排气通道，所述盖体开设有前排气通道，所述前排气通道与所述第二灭弧栅片组位置对应，所述后排气通道与所述第一灭弧栅片组位置对应，所述第一灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述后排气通道排出，所述第二灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述前排气通道排出。

本发明的有益效果是：

在断路器内对应第一灭弧栅片组和第二灭弧栅片组分别设置排气通道，各灭弧栅片组灭弧产生的气体可从各个排气通道分散排出，提高灭弧排气效果，降低飞弧距离，提高断路器的分断能力。

进一步的，所述前排气通道包括进气孔、分流件和两个出气孔，所述第二灭弧栅片组灭弧产生的气体从所述进气孔进入所述前排气通道，经分流件分流后分别从两个出气孔排出。

采用上述技术方案的有益效果是：双出气孔能够使灭弧产生的气体更加容易的排出，并能够通过改变出气孔的方向进而控制气体的流动方向，分流件在分流的过程中能够降低高温气体的能量，限制其从出气孔喷出的距离，提高设备安全性。

进一步的，所述基座开设有辅助排气通道，所述辅助排气通道位于所述第一灭弧栅片组的前端，所述后排气通道位于所述第一灭弧栅片组的后端，所述第一灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述辅助排气通道和所述后排气通道排出。

采用上述技术方案的有益效果是：加设辅助排气通道后，第一灭弧栅片组灭弧产生的气体可从前后两端共同排出，进一步提高排气效果，降低飞弧距离，提高断路器的分断能力。

优选的，所述第一栅片与水平方向的夹角为15°-165°。所述第二栅片与水平方向的夹角为5°-30°。

采用上述技术方案的有益效果是：电弧从最上端的第二栅片进入第二栅片组，将电弧进入端向下倾斜、气体排出端向上倾斜可以使气流排出的方向向上，降低气流阻力，利于高温气体从前排气通道排出。

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为实施例1中的灭弧系统及断路器结构示意图；

图2为实施例2中的灭弧系统及断路器结构示意图；

图3为辅助排气通道放大结构示意图；

图4为实施例3中的灭弧系统及断路器结构示意图；

图5为前排气通道结构示意图；

图6为前排气通道剖面结构示意图；

图7为分段初期电弧走向示意图(虚线仅代表电弧走向不代表任何结构)；

图8为分段中期电弧走向示意图(虚线仅代表电弧走向不代表任何结构)；

图9为分段末期电弧走向示意图(虚线仅代表电弧走向不代表任何结构)；

其中，1-动触头，101-引弧部，2-静触头，3-灭弧室，4-第一灭弧栅片组，401-左侧栅片组，402-右侧栅片组，5-第二灭弧栅片组，6-引弧板，7-静触头引弧片，8-动触头引弧片，9-铁芯，10-引弧角，11-基座，12-盖体，13-前排气通道，1301-进气孔，1302-分流件，1303-出气孔，14-后排气通道，15-辅助排气通道，16-隔弧板，1601-气体通道。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

实施例1

本实施例公开了一种灭弧系统及断路器，灭弧系统包括：

隔弧壁，隔弧壁固定安装于灭弧室3内；

第一灭弧栅片组4，第一灭弧栅片组4靠近灭弧室3的下侧设置，第一灭弧栅片组4具有多个第一栅片，多个第一栅片沿横向均匀间隔设置在隔弧壁上；

第二灭弧栅片组5，第二灭弧栅片组5靠近灭弧室3的左侧设置，第二灭弧栅片组5具有多个第二栅片，多个第二栅片沿纵向均匀间隔设置在隔弧壁上；

引弧板6一端与最下端的第二栅片电连接，引弧板6另一端经多次弯折后与最左端的第一栅片电连接，引弧板6为等电位导体；

静触头引弧片7，静触头引弧片7一端与静触头2电连接另一端向第一灭弧栅片组4延伸并靠近最右端的第一栅片设置；

动触头引弧片8，动触头引弧片8靠近最上端的第二栅片设置在隔弧壁上，动触头引弧片8的一端向动触头1方向延伸，当动触头1与静触头2完全分断时，动触头1与动触头引弧片8电连接。

在本实施例中，引弧板6弯折后形成位于引弧板6内部的空腔，空腔内设置有铁芯9，铁芯9与引弧板6固定连接。引弧板6整体相对于水平线呈20°-45°设置。

在本实施例中，动触头1向灭弧室3方向延伸形成引弧部101。

在本实施例中，断路器包括灭弧系统，还包括基座11和盖体12，盖体12安装于基座11的前端；基座11开设有后排气通道14，盖体12开设有前排气通道13，前排气通道13与第二灭弧栅片组5位置对应，后排气通道14与第一灭弧栅片组4位置对应，第一灭弧栅片组4灭弧产生的气体能够从后排气通道14排出，第二灭弧栅片组5灭弧产生的气体能够从前排气通道13排出。

在本实施例中，前排气通道13包括进气孔1301、分流件1302和两个出气孔1303，第二灭弧栅片组5灭弧产生的气体从进气孔1301进入前排气通道13，经分流件1302分流后分别从两个出气孔1303排出。

在本实施例中，各栅片通过铆接的方式与隔弧壁固定。各栅片的厚度为1.2-1.5mm，间距为1.5-1.75mm。第一灭弧栅片组4整体铆接在一个隔弧壁上，第二灭弧栅片组5整体铆接在另一个隔弧壁上。

在本实施例中，第二栅片与水平方向的夹角为5°-30°。

在本实施例中，第一灭弧栅片组4与后排气通道14之间具有间隙、第二灭弧栅片组5与前排气通道13之间具有间隙，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。

在本实施例中，第一栅片与水平方向的夹角为45°-90°。

在本实施例中，将基座11分为可拆卸连接的上下两部分，第一灭弧栅片组4下方的基座11为一部分，上方的基座11为另一部分，安装栅片时，可将下方的基座11拆掉，有利于快速安装栅片，提高安装效率。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：灭弧室3的下侧壁向第一灭弧栅片组4方向延伸形成引弧角10，引弧角10将第一灭弧栅片组4分割为左侧栅片组401和右侧栅片组402，左侧栅片组401和右侧栅片组402相邻的两个第一栅片电连接。

在本实施例中，基座11开设有辅助排气通道15，辅助排气通道15位于第一灭弧栅片组4的前端，后排气通道14位于第一灭弧栅片组4的后端，第一灭弧栅片组4灭弧产生的气体能够从辅助排气通道15和后排气通道14排出。

在本实施例中，由于前排气通道13的排气方向和第二栅片的设置方向基本一致，所以灭弧时产生的高温气流排出阻力较小，容易产生较大的飞弧距离。而后排气通道14和辅助排气通道15的排气方向和第一栅片角度接近垂直，改变了排出气流的方向，对气流有一定的阻挡作用。因此，只有前排气通道13采用上述双出气孔结构，其余两排气通道则为常规结构。

在本实施例中，左侧栅片组401与右侧栅片组402相对于引弧角10大致呈对称设置，其相对于水平方向的夹角为50°-75°。

在本实施例中，还包括隔弧板16，隔弧板16设置于左侧栅片组401和辅助排气通道15之间，隔弧板16有多个并间隔设置，隔弧板16上具有多个气体通道1601，高温气体从多个隔弧板16上的气体通道1601流向辅助排气通道15的出口，能够大大降低高温气体的能量，并限制其喷出距离，相邻两个隔弧板16的气体通道1601可以设置为不对应，使高温气体在相邻两隔弧板16之间向上或向下移动，形成烟囱效应，加快对流，进而加快电弧的运动速度、降低电弧能量和飞弧距离，提高灭弧室3的分断能力，避免内断路器炸裂。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：第一灭弧栅片组4和引弧角10整体呈弧形。提高第一栅片与辅助排气通道15的间距，优化了第一灭弧栅片组4与辅助排气通道15之间的角度，并将辅助排气通道15的内径扩大，提高排气效果进而提高灭弧室的分断能力，在本实施例中，由于辅助通道的内径扩大，因此可以不设置隔弧板16或仅在辅助排气通道15的进气口处设置一个隔弧板16即可。

以实施例2作为参考对象，对灭弧系统的电弧走向进行说明如下：

①分断初期电弧走向

在分断初期，动触头1与静触头2开始分离，此时电弧在动触头1与静触头2之间生成，并在静触头引弧片7及引弧板6的引导下部分电弧进入右侧栅片组402，部分电弧位于引弧板6和右侧栅片组402之间(灭弧区域一)。由于静触头2与静触头引弧片7为等电位连接，使电弧更易进入右侧栅片组402。电弧经第一栅片切割和冷却后，电弧电压升高，产生的高温气体由后排气通道14排出。

②分断中期电弧走向

在分断中期，动触头1打开的距离更大，在第二灭弧区域20的电弧，在静触头引弧片7和引弧板6的引导作用下拉长，并逐渐进入左侧栅片组401，此时，电弧经过整个第一灭弧栅片组4；电弧被第一栅片切割并冷却，电弧电压继续升高。分断过程中，左侧栅片组401产生的高温气体由辅助排气通道15排出，右侧栅片组402产生的高温气体仍由后排气通道14。

与此同时，部分电弧受引弧板6的引导作用开始引弧板6与第二灭弧栅片组5之间(灭弧区域二)。由于引弧板6将灭弧区域一和灭弧区域二等电位连接，可大幅降低电弧进入灭弧区域二的阻力。

③分断后期电弧走向

在分断末期，动触头1完全打开。此时，动触头1与动触头引弧片8等电位连接。电弧在动触头引弧片8、引弧板6的引导作用下，在灭弧区域二中被拉长，此时，电弧完整的经过第一灭弧栅片组4和第二灭弧栅片组5，并被第一栅片和第二栅片切割并冷却，使电弧电压进一步升高。分断过程中，第一灭弧栅片组4产生的高温气体由后排气通道14和辅助排气通道15排出，第二灭弧栅片组5产生的高温气体由前排气通道13排出。

在整个分断过程中，电弧依次通过静触头2，静触头引弧片7，第一灭弧栅片组4，引弧板6，第二灭弧栅片组5，动触头引弧片8，动触头1组成的引弧结构形成串联型式，大幅提升了电弧电压。由于第一栅片和第二栅片的排列方向分别为接近竖直排布和接近水平排布，在尽可能小的空间内排布了更多的灭弧栅片数量，提升分断电压等级及分断能力的同时，缩小了灭弧系统的体积，进而减小了断路器本身的体积。同时，第一灭弧栅片组4和第二灭弧栅片组5产生的高温气体，分别从三个气体通道1601排除，可大幅降低断路器内部压力，缩短高温气体喷射距离，在提升可靠性和安全性的同时，节约成本。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种灭弧系统，断路器具有动触头和静触头，其特征在于，包括：隔弧壁，所述隔弧壁固定安装于灭弧室内；第一灭弧栅片组，所述第一灭弧栅片组靠近所述灭弧室的下侧设置，所述第一灭弧栅片组具有多个第一栅片，多个所述第一栅片沿横向均匀间隔设置在所述隔弧壁上；

第二灭弧栅片组，所述第二灭弧栅片组靠近所述灭弧室的左侧设置，所述第二灭弧栅片组具有多个第二栅片，多个所述第二栅片沿纵向均匀间隔设置在所述隔弧壁上；

引弧板，所述引弧板一端与最下端的第二栅片电连接，引弧板的另一端经多次弯折后与最左端的第一栅片电连接，所述引弧板为等电位导体；

静触头引弧片，所述静触头引弧片一端与所述静触头电连接，另一端向所述第一灭弧栅片组延伸并靠近最右端的第一栅片设置；

动触头引弧片，所述动触头引弧片靠近最上端的第二栅片设置在所述隔弧壁上，所述动触头引弧片的一端向所述动触头方向延伸，当所述动触头与静触头完全分断时，所述动触头与所述动触头引弧片电连接；

所述动触头向灭弧室方向延伸形成引弧部；

所述灭弧室的下侧壁向第一灭弧栅片组方向延伸形成引弧角，所述引弧角将所述第一灭弧栅片组分割为左侧栅片组和右侧栅片组，所述左侧栅片组和右侧栅片组相邻的两个第一栅片电连接；

所述第一灭弧栅片组和所述引弧角整体呈弧形；

第一栅片与水平方向的夹角为15°-165°；

第二栅片与水平方向的夹角为5°-30°。

2.根据权利要求1所述的一种灭弧系统，其特征在于，所述引弧板弯折后形成位于引弧板内部的空腔，所述空腔内设置有铁芯，所述铁芯与所述引弧板固定连接。

3.一种断路器，其特征在于，包括权利要求1-2中任一项所述的灭弧系统，还包括基座和盖体，所述盖体安装于所述基座的前端；所述基座开设有后排气通道，所述盖体开设有前排气通道，所述前排气通道与所述第二灭弧栅片组位置对应，所述后排气通道与所述第一灭弧栅片组位置对应，所述第一灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述后排气通道排出，所述第二灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述前排气通道排出；

所述前排气通道包括进气孔、分流件和两个出气孔，所述第二灭弧栅片组灭弧产生的气体从所述进气孔进入所述前排气通道，经分流件分流后分别从两个出气孔排出。

4.根据权利要求3所述的一种断路器，其特征在于，所述基座开设有辅助排气通道，所述辅助排气通道位于所述第一灭弧栅片组的前端，所述后排气通道位于所述第一灭弧栅片组的后端，所述第一灭弧栅片组灭弧产生的气体能够从所述辅助排气通道和所述后排气通道排出。

5.根据权利要求3所述的一种断路器，其特征在于，所述引弧板与水平方向夹角为20°-45°。

6.根据权利要求4所述的一种断路器，其特征在于，所述引弧板与水平方向夹角为20°-45°；

第二灭弧栅片组灭弧产生的气体从进气孔进入前排气通道，经分流件分流后分别从两个出气孔排出；

在分断初期，动触头与静触头开始分离，此时电弧在动触头与静触头之间生成，并在静触头引弧片及引弧板的引导下部分电弧进入右侧栅片组，部分电弧位于引弧板和右侧栅片组之间；由于静触头与静触头引弧片为等电位连接，使电弧更易进入右侧栅片组；电弧经第一栅片切割和冷却后，电弧电压升高，产生的高温气体由后排气通道排出；

在分断中期，动触头打开的距离变大，在第二灭弧区域的电弧，在静触头引弧片和引弧板的引导作用下拉长，并逐渐进入左侧栅片组，此时，电弧经过整个第一灭弧栅片组；电弧被第一栅片切割并冷却，电弧电压继续升高；分断过程中，左侧栅片组产生的高温气体由辅助排气通道排出，右侧栅片组产生的高温气体仍由后排气通道；

部分电弧受引弧板的引导作用开始引弧板与第二灭弧栅片组之间；

在分断末期，动触头完全打开；此时，动触头与动触头引弧片等电位连接；电弧在动触头引弧片、引弧板的引导作用下，在灭弧区域二中被拉长，此时，电弧完整的经过第一灭弧栅片组和第二灭弧栅片组，并被第一栅片和第二栅片切割并冷却，使电弧电压升高；分断过程中，第一灭弧栅片组产生的高温气体由后排气通道和辅助排气通道排出，第二灭弧栅片组产生的高温气体由前排气通道排出；

在整个分断过程中，电弧依次通过静触头，静触头引弧片，第一灭弧栅片组，引弧板，第二灭弧栅片组，动触头引弧片，动触头组成的引弧结构形成串联型式；

第一灭弧栅片组和第二灭弧栅片组产生的高温气体，分别从三个排气通道排出。