CN211319999U - 一种真空灭弧室触头、真空灭弧室及真空断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空灭弧室触头、真空灭弧室及真空断路器，属于真空开关技术领域。包括触头片、第一触头杯和第二触头杯，第一触头杯设置于第二触头杯内，第一触头杯至少有一个，第一触头杯的一端与第二触头杯连接，第一触头杯的另一端与触头片连接，触头片与第二触头杯连接。本技术方案将单一的纵向磁场分裂成多个独立的纵向磁场区域，多个线圈对电流分流，电流密度降低，真空灭弧室在通载大额定电流时温度升高较少，触头的发热将明显降低，解决了大短路电流开断和大额定电流温升的矛盾。且触头加工工艺简单，容易实现，降低生产成本。

Description

一种真空灭弧室触头、真空灭弧室及真空断路器

技术领域

本实用新型属于真空开关技术领域，尤其涉及中、高压电气的真空灭弧室触头和真空灭弧室。

背景技术

在配电网中，开关设备起控制或保护功能。因此，开关设备是电路中必然应用的重要设备，它起着关合、开断电路的作用。近年来，由于真空断路器分断能力强、环保无爆炸危险、触头间隙小、极高的电寿命等优点非常明显，其在中压领域的应用中已占据压倒性的地位。

真空断路器的核心部件是绝缘壳内的真空灭弧室。真空灭弧室包括动触头、静触头、动导电杆和静导电杆，动触头和静触头的分断是通过操动机构操控动导电杆机械分开触头，断开时，触头的接触区域越来越小，直到接触点熔化、蒸发并电离，金属蒸汽使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，最后完成触头电气断开。触头上设置有用于产生磁场的系统，其作用是在真空灭弧室分断短路电流时，在触头间形成横向磁场或纵向磁场，从而限制触头表面的阳极斑点的形成，提高灭弧室的分断能力。

为了提高真空灭弧室的开断能力，需要给真空电弧施加纵向磁场，使得真空电弧保持在稳定且扩散的状态，这样电流能够较为均匀地分散在触头表面，同时也能够降低触头表面的温升，表面触头材料的大量蒸发，使电弧电压保持在较低的水平，降低触头的电磨损，因此，触头必须具备燃弧、导电、产生磁场的能力，技术参数须满足抗熔焊性好、耐压强度高、开断电流能力大、抗电弧烧蚀性能好、截流值低、气体含量低、导电率高以及几何尺寸小、可靠性高等方面的要求。

当前，随着经济不断发展，高压配电回路中对高额定电流（6300A以上）、大短路电流（80KA及以上）的真空断路器要求越发强烈。而真空灭弧室是真空断路器中至关重要的核心器件，直接决定了能否满足此电参数要求。在开断80KA以上短路电流时，真空灭弧室的触头常采用纵向磁场系统，需要触头产生很强的纵向磁场控制动静触头间隙产生的电弧，使其在足够大的触头表面燃烧，目前同时兼顾大额定短路电流和高短路开断电流性能的真空灭弧室仍然处于技术空白阶段，市场上还没有相应的触头制作的真空灭弧室能够满足需求。按照本领域常规的做法，若要拥有如此大的短路电流分断能力，需要增大形成纵向磁场的触头线圈的直径、增加线圈旋转长度，并增加触头的直径，但是，线圈直径的加大及线圈旋转长度增加，一方面，回路电阻必然大幅增加，由其制作的真空灭弧室在通载额定电流时，发热必然严重，不能满足型式试验要求；另一方面，随着线圈直径及旋转长度显著加大，其制作工艺会非常复杂，制作成本会大幅提高。

综上所述，现有技术不能提供同时兼顾开断大短路电流与长时间通载大额定电流的真空灭弧室。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有真空灭弧室难以兼顾大短路电流开断及大额定电流温升的问题。提供一种兼顾大额定短路电流和高短路开断电流的真空灭弧室触头及真空灭弧室。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种真空灭弧室触头包括触头片、第一触头杯和第二触头杯，第一触头杯设置于第二触头杯内，第一触头杯至少有一个，第一触头杯的一端与第二触头杯连接，所述的第一触头杯的另一端与所述的触头片连接。

优选的，触头片与所述的第二触头杯连接。

优选的，第一触头杯的上端面和第二触头杯的上端面处于同一平面。

优选的，还包括聚磁环，聚磁环设置在第一触头杯内。

优选的，还包括加强筋，加强筋设置在第二触头杯内。

优选的，第一触头杯为圆柱状或马蹄状或其它能形成纵向磁场的线圈。

优选的，第一触头杯沿所述的第二触头杯的几何中心呈圆周阵列设置。

优选的，第二触头杯的杯壁开有斜槽。

优选的，第一触头杯的杯壁开有斜槽。

一种真空灭弧室，包括第一导电杆、第二导电杆、第一端盖、第二端盖、第一端部均压环、第二端部均压环、绝缘壳、主屏蔽罩、波纹管和波纹管屏蔽罩和真空灭弧室触头。真空灭弧室触头有两个，第一导电杆与第一触头连接，第二导电杆与第二触头连接，第一导电杆与第一端盖连接，第一端盖与第一均压环连接，第一均压环与绝缘壳连接，第二导电杆与波纹管屏蔽罩连接，波纹管屏蔽罩与波纹管一端连接，波纹管另一端与第二端盖连接，第二端盖与第二端部均压环连接，第二端部均压环与绝缘壳一端连接。

一种设有上述真空灭弧室的真空断路器。

本技术方案通过采用触头内多个线圈状触头杯的布置，将单一的纵向磁场分裂成多个独立的纵向磁场区域，每个触头杯能够对电流进行分流，从而将真空灭弧室开断大短路电流时在动静触头间产生的电弧分散到多个纵磁场控制的触头材料区域燃烧。使用该触头的真空灭弧室将有更大的开断短路电流的能力。同时，当真空灭弧室在通载大额定电流时，因电流分配到多个触头杯上流过，多个线圈将对该电流进行分流，电流密度降低，真空灭弧室在通载大额定电流时温度升高较少，触头的发热将明显降低，解决了大短路电流开断和大额定电流温升的矛盾。且触头加工工艺简单，容易实现，生产成本较低。

附图说明

图1：本发明实施例1-3的真空灭弧室触头外部整体示意图。

图2：本发明实施例2的真空灭弧室触头的内部结构图。

图3：本发明实施例4的真空灭弧室的轴向剖面图。

其中：1.触头片；2.加强筋；3.聚磁环；4.第一触头杯；5.第二触头杯；6.第一导电杆；7.第一端盖；8.第一端部均压环；9.波纹管；10.波纹管屏蔽罩；11.绝缘壳；12.主屏蔽罩；13.第一触头；14.第二触头；15.第二端部均压环；16.第二端盖；17.第二导电杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，正如背景技术中所提到的，在本领域内，实现如此大的电流开断能力且能长期通载6300A额定电流的产品还未出现，在传统的理论上，可以通过增大触头的直径，并增加设置在触头片下方的线圈的旋转角度从而增加磁场强度满足开断如此大的短路电流，但是，线圈加大旋转角度后，其加工难度较大，最主要的是显著增加了电流路径，触头的电阻会很大，这会导致真空灭弧室难以通载较大的额定电流，发热严重，因此不能满足型式试验及正常运行要求。

真空灭弧室触头包括触头片，第二触头杯、第一触头杯、加强筋、聚磁环，第二触头杯内设置有一个或两个或多个第一触头杯，第一触头杯一般数量在两个以上，当设置两个以上的第一触头杯时，它们均匀分布在第二触头杯内部，相邻两个触头之间存在间隙。

第二触头杯与第一触头杯的杯壁均开有多个斜槽，至少三个，以改变电流方向并在其直径范围内形成纵向磁场。各第一触头杯内设置有聚磁环以加强纵向磁场并对触头片起辅助支撑作用，在第二触头杯中心设置有加强筋对触头片起主支撑作用。当电弧在第一触头片和第二触头片间燃烧时，电流将分配到第二触头杯及各个第一触头杯再汇集到导电杆，从而在两个触头间形成多个纵向磁场，使电弧尽可能在更大的触头面上燃烧，从而可开断更大的短路电流。

第一触头杯与第二触头杯杯底内表面连接；触头片同时与第二触头杯及各个第一触头杯连接。这样，当触头片上流过电流时，电流将分配到第二触头杯及各个第一触头杯进行通流，从而显著提高触头通载电流的能力。同时，当设有该触头的真空灭弧室在开断短路电流时，短路电流也将分流到第二触头杯和各个第一触头杯，从而在各个触头杯对应区域形成很强的纵向磁场，并控制短路电弧分散到各纵向磁场控制区域燃烧，从而能很好地熄灭短路电流。因而，该触头完美地解决了开断大短路电流与长时间通载大额定电流的矛盾。

第二触头杯能够作为第一触头杯及触头片的承载体，同时也能够作为触头与真空灭弧室导电杆之间的导电连接体。

第二触头杯中间设置加强筋，对触头片起支撑作用；各第一触头杯中间设置有聚磁环，既起到加强磁场作用，同时也对触头片起支撑作用。

真空灭弧室包括第一导电杆、第二导电杆、第一触头、第二触头、第一端盖、第二端盖、第一端部均压环、第二端部均压环、绝缘壳、主屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、波纹管、导向套和导向套定位环。第一触头和第二触头完全相同，即为上述的真空灭弧室触头。第一导电杆与第一触头连接，第二导电杆与第二触头连接，第一导电杆与第一端盖连接，第一端盖与第一均压环连接，第一均压环与绝缘壳连接，第二导电杆与波纹管屏蔽罩连接，波纹管屏蔽罩与波纹管一端连接，波纹管另一端与第二端盖连接，第二端盖与第二端部均压环连接，第二端部均压环与绝缘壳一端连接。

真空断路器包括上述真空灭弧室，真空灭弧室包括上述真空灭弧室触头结构。

实施例1

本实施例的真空灭弧室触头应用于发电机的出口真空断路器的真空灭弧室中，设计规格为：额定电压：24KV，额定电流：6300A，额定短路开断电流：90KA。真空灭弧室触头包括一个第二触头杯5、三个第一触头杯4、一个触头片1。三个第一触头杯4均为圆柱形，均匀地分布在第二触头杯5内底面上，相邻的两个触头之间均存在间隙。第二触头杯5的杯壁开有三个斜槽。第一触头杯4的杯壁的杯壁开有三个斜槽。各第一触头杯4的杯底与第二触头杯5内底面进行钎焊，各第一触头杯4的上端面及第二触头杯5上端面处于同一高度并与触头片1进行钎焊。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例的真空灭弧室触头应用于发电机的出口真空断路器的真空灭弧室中，设计规格为：额定电压：24KV，额定电流：6300A，额定短路开断电流：90KA。真空灭弧室触头包括一个第二触头杯5、六个第一触头杯4、一个触头片1、六个聚磁环3和一个加强筋2。

聚磁环3选择高导磁率的电工纯铁制作，第二触头杯5采用高导电率的铜材制作，加强筋2选择不锈钢材料制作。

聚磁环是圆环形，圆环轴向开有深槽，深槽均匀分布。

六个第一触头杯4的横截面均为圆环形，且均匀地分布在第二触头杯5内底面上，相邻的两个触头之间均存在间隙。第二触头杯5的杯壁开有四个斜槽。第一触头杯4的杯壁的杯壁开有五个斜槽。各第一触头杯4的杯底与第二触头杯5内底面进行钎焊，各第一触头杯4的上端面及第二触头杯5上端面处于同一高度并与触头片1进行钎焊。

六个第一触头杯4内设有聚磁环3，以增强各第一触头杯4形成的纵向磁场。在第二触头杯5中心设有加强筋2，在触头片1与加强筋2间起支撑作用。

实施例3

本实施例的真空灭弧室触头应用于发电机的出口真空断路器的真空灭弧室中，设计规格为：额定电压：24KV，额定电流：6300A，额定短路开断电流：90KA。真空灭弧室触头包括一个第二触头杯5、六个第一触头杯、一个触头片1、六个聚磁环和一个加强筋2。

六个第一触头杯均为能够产生纵向磁场的马蹄式组件，且均匀地布置在第二触头杯5内底面上，相邻的两个触头之间均存在间隙。

第二触头杯5采用高导电率的铜材制作，其杯壁开有四个斜槽。第一触头杯的杯壁和第二触头杯5的杯壁也有开有四个斜槽。各第一触头杯的杯底与第二触头杯5内底面进行钎焊，各第一触头杯的上端面及第二触头杯5上端面须处于同一高度并与触头片1进行钎焊。

六个第一触头杯内设有聚磁环，以增强各第一触头杯形成的纵向磁场，所述的聚磁环选择高导磁率的电工纯铁制作。

在第二触头杯5中心设有加强筋2，加强筋2选择不锈钢材料制作，在触头片1与加强筋2间起支撑作用。

实施例4

如图3所示的真空灭弧室包括第一导电杆6、第二导电杆17、第一触头13、第二触头14、第一端盖7、第二端盖16、第一端部均压环8、第二端部均压环15、绝缘壳11、主屏蔽罩12、波纹管屏蔽罩10、波纹管9和导向套。第一触头和第二触头完全相同，触头内部结构与实施例1相同的内容不再赘述。第一导电杆6与第一触头13相连，第二导电杆17与第二触头14相连，第一导电杆6与第一端盖7钎焊，第一端盖7与第一端部均压环8钎焊，第一端部均压环8与绝缘壳11钎焊，第一导电杆6与波纹管屏蔽罩10钎焊，波纹管屏蔽罩10与波纹管9一端钎焊，波纹管9另一端与第一端盖7钎焊；第二端盖16与第二端部均压环15钎焊，第二端部均压环15与绝缘壳11一端钎焊，从而形成一封闭的真空空间。第一导电杆6与波纹管9间设有导向套，导向套定位环与第一端盖7焊接在一起并压住导向套。

当真空灭弧室在闭合状下正常工作时，电流可由第一导电杆6和第二导电杆17引入，此处按第一种情况说明。电流由第一导电杆6流到第一触头13的第二触头杯5时分配到第二触头杯5杯壁及各第一触头杯4杯壁，再汇流到第一触头的触头片1。然后，电流再流经第二触头14的触头片1并分配到第二触头杯5杯壁及各第一触头杯4杯壁，再汇流到第二导电杆17流出到线路中的导电回路中。此时的电流因经过多个触头杯分流，各触头杯中的电流密度很低，因而真空灭弧室的发热很低，长期运行很安全。

当线路中有短路情况发生，真空断路器分闸使真空灭弧室两个触头分离时，第一触头13和第二触头14间会产生强烈的电弧。此时，因电流分配到多个触头杯的杯壁中，而各触头杯杯壁开有多个斜槽，从而将纵向电流改为沿杯壁的绕线装，电流会沿着绕线路径流动，这样就会在各个触头杯对应的空间产生强烈的纵向磁场，这些多个磁场区域能很好地控触头间隙的电弧，强迫其分散到多个磁场区域的触头片1表面燃烧，电弧呈扩散状，这样当交流电流过零时，真空灭弧室的断口间能迅速恢复绝缘能力，从而有效熄灭很大的短路电流。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (11)

1.一种真空灭弧室触头，其特征在于：包括触头片、第一触头杯和第二触头杯，所述的第一触头杯设置于所述的第二触头杯内，所述的第一触头杯至少有一个，所述的第一触头杯的一端与所述的第二触头杯连接，所述的第一触头杯的另一端与所述的触头片连接。

2.根据权利要求1所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：所述的触头片与所述的第二触头杯连接。

3.根据权利要求2所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：所述的第一触头杯的上端面和所述的第二触头杯的上端面处于同一平面。

4.根据权利要求3所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：还包括聚磁环，所述的聚磁环设置在所述的第一触头杯内。

5.根据权利要求4所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：还包括加强筋，所述的加强筋设置在所述的第二触头杯内。

6.根据权利要求5所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：第一触头杯为圆柱状或马蹄状或其它能形成纵向磁场的线圈。

7.根据权利要求6所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：所述的第一触头杯沿所述的第二触头杯的几何中心呈圆周阵列设置。

8.根据权利要求7所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：所述的第二触头杯的杯壁开有斜槽。

9.根据权利要求8所述的一种真空灭弧室触头，其特征在于：所述的第一触头杯的杯壁开有斜槽。

10.一种真空灭弧室，包括第一导电杆、第二导电杆、第一端盖、第二端盖、第一端部均压环、第二端部均压环、绝缘壳、主屏蔽罩、波纹管和波纹管屏蔽罩，其特征在于：包括如权利要求1-9任一真空灭弧室触头，触头有两个，第一导电杆与第一触头连接，第二导电杆与第二触头连接，第一导电杆与第一端盖连接，第一端盖与第一均压环连接，第一均压环与绝缘壳连接，第二导电杆与波纹管屏蔽罩连接，波纹管屏蔽罩与波纹管一端连接，波纹管另一端与第二端盖连接，第二端盖与第二端部均压环连接，第二端部均压环与绝缘壳一端连接。

11.一种设有如权利要求10所述的真空灭弧室的真空断路器。

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