CN216288287U - 直流塑壳断路器灭弧系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种直流塑壳断路器灭弧系统。本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统，在多块灭弧栅片的出气口的一侧设置出气口挡板和/或产气材料挡板；在出气口处设置出气口挡板时，防止电弧外溢，提高灭弧效果；在出气口处设置产气材料挡板时，产气材料在高温下释放热导率较高的蒸气，增强电弧能量耗散的同时增加了气流通量，增强了弧后介质恢复强度，抑制了弧后电击穿；当弧柱头部运动到出气口附近时，能够充分利用弧头能量，使弧柱头部的能量对产气材料进行烧蚀，提高电弧能量耗散的效果。

Description

直流塑壳断路器灭弧系统

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，特别涉及一种直流塑壳断路器灭弧系统。

背景技术

光伏发电作为一种清洁能源的开发使用，可以减少碳排放，改善全球气候，因此，近年来全球光伏发电量逐年以高增长率增长，我国更是在将来要大幅发展光伏发电。光伏发电由于系统出口电压为直流，因此对其系统保护用直流塑壳断路器需求量也将进一步增加，同时直流塑壳断路器将向着更高电压发展，主流产品电压将达到直流1500V，在电压增加的同时其开断能力也将进一步增加。

直流断路器相比交流断路器，其开断难点主要在与直流短路电流无自然过零点、电流上升速度快、弧后电压上升率高，这些特点均不利于直流电流的开断，因此，需要对直流开断技术进行深入研究。目前针对直流断路器，采取的措施主要有混合式直流开断技术、机械直流开断和全固态直流开断。由于全固态直流断路器通态损耗较高，一般使用在对开断要求无弧开断的场合；混合式直流断路器使用在对开断时间要求很短的特殊场合；而大部分工业用断路器仍以机械式断路器为主。但和交流断路器相比，直流断路器就要求电弧开断过程中要有较高的电弧电压(高于系统电压)来迫使电弧电流过零，从而熄灭电弧。同时对于高电压直流断路器而言，其弧后容易发生电击穿，从而导致电弧重燃，断路器开断失败。因此，对高电压直流塑壳断路器弧后电击穿的抑制措施研究对提高高电压下塑壳断路器开断能力十分重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种抑制弧后电击穿效果良好的直流塑壳断路器。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本申请实施例提供一种直流塑壳断路器灭弧系统，包括灭弧室框架和安装于灭弧室框架的相对两侧壁之间的多块灭弧栅片，所述多块灭弧栅片的入弧口一侧朝向断路器的触头系统；所述多块灭弧栅片的出气口的一侧设置有出气口挡板和/或产气材料挡板。

优选地，还包括永磁体，所述多块灭弧栅片的出气口的一侧设置有产气材料挡板；所述永磁体位于产气材料挡板远离灭弧栅片的外侧，或者所述永磁体被产气材料挡板包裹。

优选地，还包括永磁体，所述多块灭弧栅片的出气口的一侧设置有出气口挡板和产气材料挡板，所述产气材料挡板位于灭弧栅片的出气口和出气口挡板之间；所述永磁体位于出气口挡板和产气材料挡板之间，或者永磁体被产气材料挡板包裹。

优选地，还包括永磁体，所述多块灭弧栅片的出气口的一侧设置有出气口挡板和产气材料挡板，所述出气口挡板位于产气材料挡板和灭弧栅片的出气口之间；所述永磁体位于产气材料挡板和出气口挡板之间，或者永磁体被产气材料挡板包裹，或者永磁体位于产气材料挡板远离灭弧栅片的外侧。

优选地，所述永磁体紧贴产气材料挡板的一侧设置。

优选地，所述永磁体全包裹或者半包裹于产气材料挡板内。

优选地，所述出气口挡板的上方设有出气孔，所述出气孔位于所述永磁体的上方。

优选地，出气孔的总面积占产气材料挡板的面积比例为20％至70％。

优选地，所述出气孔的总面积占产气材料挡板的面积比例为大于等于30％。

优选地，所述产气材料挡板位于出气口挡板的一侧下方，所述产气材料挡板的高度与出气口挡板的高度的比值小于等于0.7。

本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统，在多块灭弧栅片的出气口的一侧设置出气口挡板和/或产气材料挡板；在出气口处设置出气口挡板时，防止电弧外溢，提高灭弧效果；在出气口处设置产气材料挡板时，产气材料在高温下释放热导率较高的蒸气，增强电弧能量耗散的同时增加了气流通量，增强了弧后介质恢复强度，抑制了弧后电击穿；当弧柱头部运动到出气口附近时，能够充分利用弧头能量，使弧柱头部的能量对产气材料进行烧蚀，提高电弧能量耗散的效果。

在多块灭弧栅片的出气口和出气口挡板之间设置有产气材料挡板；在出气口处设置产气材料挡板，产气材料在高温下释放热导率较高的蒸气，增强电弧能量耗散的同时增加了气流通量，增强了弧后介质恢复强度，抑制了弧后电击穿；当弧柱头部运动到出气口附近时，能够充分利用弧头能量，使弧柱头部的能量对产气材料进行烧蚀，提高电弧能量耗散的效果。

本申请永磁体设置于产气材料挡板和出气口挡板之间，将加速电弧进入灭弧栅片区域，使其被灭弧栅片切割冷却，加快电弧电压上升率，提升限流作用，从而使电弧电流快速熄灭，提高直流塑壳断路器开断能力。

将永久磁铁布置产气材料挡板远离灭弧栅片的外侧或包裹在产气材料挡板内部，电流流向无论是从动触头到静触头还是从静触头到动触头，均不会因为永磁体的极性阻碍电弧向栅片方向的运动，即可满足直流无极性开断的要求；同时可以有效避免永磁铁因电弧高温而引起的失磁，不会影响到断路器的多次开断性能，提高灭弧能力。

附图说明

图1是本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统的整体结构框图；

图2是本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统的局部结构框图；

图3是本实用新型产气材料挡板、出气口挡板和永磁体的位置关系图。

具体实施方式

以下结合附图1至3给出的实施例，进一步说明本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统的具体实施方式。本实用新型的直流塑壳断路器灭弧系统不限于以下实施例的描述。

本实用新型提供一种直流塑壳断路器灭弧系统，包括灭弧室框架和安装于灭弧室框架的相对两侧壁之间的多块灭弧栅片1，多块灭弧栅片1的入弧口一侧朝向断路器的触头系统4，多块灭弧栅片1的出气口的一侧设置有出气口挡板3和/或产气材料挡板2。本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统，在多块灭弧栅片的出气口的一侧设置出气口挡板和/或产气材料挡板；在出气口处设置出气口挡板时，防止电弧外溢，提高灭弧效果；在出气口处设置产气材料挡板时，产气材料在高温下释放热导率较高的蒸气，增强电弧能量耗散的同时增加了气流通量，增强了弧后介质恢复强度，抑制了弧后电击穿；当弧柱头部运动到出气口附近时，能够充分利用弧头能量，使弧柱头部的能量对产气材料进行烧蚀，提高电弧能量耗散的效果。

如图1-3所示，本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统还包括永磁体5。关于永磁体5的设置位置，包括但不限于以下几种实施例：

在一些实施例中，多块灭弧栅片1的出气口的一侧设置有产气材料挡板2；永磁体5位于产气材料挡板2远离灭弧栅片1的外侧，或者永磁体5被产气材料挡板2包裹。

在另一些实施例中，多块灭弧栅片1的出气口的一侧设置有出气口挡板3和产气材料挡板2，产气材料挡板2位于灭弧栅片1的出气口和出气口挡板3之间。永磁体5位于出气口挡板3和产气材料挡板2之间，或者永磁体5被产气材料挡板2包裹。

在另一些实施例中，多块灭弧栅片1的出气口的一侧设置有出气口挡板3和产气材料挡板2，出气口挡板3位于产气材料挡板2和灭弧栅片1的出气口之间；永磁体5位于产气材料挡板2和出气口挡板3之间，或者永磁体5被产气材料挡板2包裹，或者永磁体5位于产气材料挡板2远离灭弧栅片1的外侧。

在永磁体设置于产气材料挡板和出气口挡板之间的实施例中，将加速电弧进入灭弧栅片区域，使其被灭弧栅片切割冷却，加快电弧电压上升率，提升限流作用，从而使电弧电流快速熄灭，提高直流塑壳断路器开断能力。本申请将永久磁铁布置产气材料挡板外侧或包裹在产气材料挡板内部，电流流向无论是从动触头到静触头还是从静触头到动触头，均不会因为永磁体的极性阻碍电弧向栅片方向的运动，即可满足直流无极性开断的要求；同时可以有效避免永磁铁因电弧高温而引起的失磁，不会影响到断路器的多次开断性能，提高灭弧能力。

其中，永磁体5和产气材料挡板2的结构包括但不限于以下几种实施方式：

实施方式一：永磁体5紧贴产气材料挡板2的一侧设置。当永磁体以贴合方式布置时，将其设置在产气材料挡板远离灭弧栅片1的外侧，能够避免与挡板内侧的电弧接触，保护永磁体。

实施方式二：如图1-3所示，永磁体5包裹于产气材料挡板2内。永磁体5全包裹或者半包裹于产气材料挡板2内。

本申请实施例通过永磁体的合理布置，使得直流塑壳断路器灭弧系统不仅能够提高小电流的开断能力，提升断路器电寿命，而且也能够增加大电流灭弧能力。本申请实施例电弧进入栅片前，由于出气口处永磁体的存在，将增加电弧弧柱所受的洛伦磁力，从而加速电弧进入灭弧栅片区域，在灭弧栅片上形成有效弧根，提高电弧电压，更好的起到限流作用，使电弧电流快速过零，电弧熄灭。

需要说明的是，如图1、2所示，本申请实施例的灭弧栅片1采用扇形栅片布置。本申请实施例对灭弧栅片1的结构不作限定，灭弧栅片1的结构可以根据实际情况作出调整。

如图3所示，本申请实施例直流塑壳断路器灭弧系统出气口挡板3的上方设有出气孔301，出气孔301位于永磁体5的上方。

图3是本实用新型直流塑壳断路器灭弧系统图1的右侧方向的侧视图。如图3所示，具体地，出气口挡板3上侧开有出气孔，供气流场流通。出气孔301为多排交错布置的圆孔、方孔、椭圆孔、多边形孔中的任意一种或者多种。其中，出气孔301的总面积占产气材料挡板2的面积比例为20％至70％。优选地，出气孔301的总面积占出气口挡板3的面积比例大于等于30％。电弧进入灭弧栅片区域后，弧柱由于运动和扩散，弧柱头部的高温将对出气口处产气材料进行烧蚀，从而释放出热导率较高的蒸气，可加速电弧能量耗散，同时由于产气材料蒸气的存在，将增加灭弧室内的气流通量，当出气口处气流通量达到30％及以上时，即出气孔301的总面积占出气口挡板3的面积比例大于等于30％时，发生弧后电击穿的概率将大大减小。而且将永磁体包裹在产气材料中的布置方式，可以避免永磁体和高温电弧的直接接触，从而因为高温而引起永磁体失磁导致的失效问题。

当出气孔301的总面积占出气口挡板3的面积比例在20％-70％范围内时，不仅可以使灭弧室内部与出气口间压力梯度保持在一定的数值，有利于电弧的快速移动，另一方面保证了热气流能够从出气口流出，降低灭弧室内的温度，提高弧后介质恢复强度，减小弧后重燃概率。

如图3所示，优选地，产气材料挡板2位于出气口挡板3的一侧下方，产气材料挡板2的高度与出气口挡板3的高度的比值小于等于0.7。优选地，永磁体5呈方形片状结构，永磁体5的磁感应强度在40mT至120mT。需要说明的是，本申请实施例产气材料挡板2的尺寸和永磁体5的磁感应强度只是示例性说明，产气材料挡板2的尺寸和永磁体5的磁感应强度可以根据实际情况作出调整。

以下结合附图1-3对本申请直流塑壳断路器灭弧系统的工作原理作出说明：

当触头系统4产生电弧后，产气材料挡板2被电弧烧蚀后，释放出产气材料蒸气，在电弧高温下，随着电弧弧柱的扩散，产气材料向整个灭弧室内扩散，而且产气材料蒸气最终将充满整个灭弧室区域。

电弧进入灭弧栅片前，由于出气口处永磁体的存在，将增加电弧弧柱所受的洛伦磁力，从而加速电弧进入灭弧栅片区域，在灭弧栅片上形成有效弧根，提高电弧电压，更好的起到限流作用，使电弧电流快速过零，电弧熄灭。

产气材料释放出热导率较高的蒸气，可加速电弧能量耗散，同时由于产气材料蒸气的存在，将增加灭弧室内的气流通量，当气流通量达到30％以上(即出气孔301的总面积占出气口挡板3的面积比例大于等于30％)时，发生弧后电击穿的概率将大大减小。

在多块灭弧栅片的出气口和出气口挡板之间设置有产气材料挡板；在出气口处设置产气材料挡板，产气材料在高温下释放热导率较高的蒸气，增强电弧能量耗散的同时增加了气流通量，增强了弧后介质恢复强度，抑制了弧后电击穿；当弧柱头部运动到出气口附近时，能够充分利用弧头能量，使弧柱头部的能量对产气材料进行烧蚀，提高电弧能量耗散的效果，提高灭弧能力。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流塑壳断路器灭弧系统，包括灭弧室框架和安装于灭弧室框架的相对两侧壁之间的多块灭弧栅片(1)，所述多块灭弧栅片(1)的入弧口一侧朝向断路器的触头系统(4)；

其特征在于：所述多块灭弧栅片(1)的出气口的一侧设置有出气口挡板(3)和/或产气材料挡板(2)。

2.根据权利要求1所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于，还包括永磁体(5)，所述多块灭弧栅片(1)的出气口的一侧设置有产气材料挡板(2)；所述永磁体(5)位于产气材料挡板(2)远离灭弧栅片(1)的外侧，或者所述永磁体(5)被产气材料挡板(2)包裹。

3.根据权利要求1所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于，还包括永磁体(5)，所述多块灭弧栅片(1)的出气口的一侧设置有出气口挡板(3)和产气材料挡板(2)，所述产气材料挡板(2)位于灭弧栅片(1)的出气口和出气口挡板(3)之间；

所述永磁体(5)位于出气口挡板(3)和产气材料挡板(2)之间，或者永磁体(5)被产气材料挡板(2)包裹。

4.根据权利要求1所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于，还包括永磁体(5)，所述多块灭弧栅片(1)的出气口的一侧设置有出气口挡板(3)和产气材料挡板(2)，所述出气口挡板(3)位于产气材料挡板(2)和灭弧栅片(1)的出气口之间；

所述永磁体(5)位于产气材料挡板(2)和出气口挡板(3)之间，或者永磁体(5)被产气材料挡板(2)包裹，或者永磁体(5)位于产气材料挡板(2)远离灭弧栅片(1)的外侧。

5.根据权利要求2-4任一所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：所述永磁体(5)紧贴产气材料挡板(2)的一侧设置。

6.根据权利要求2-4任一所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：所述永磁体(5)全包裹或者半包裹于产气材料挡板(2)内。

7.根据权利要求2-4任一所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：所述出气口挡板(3)的上方设有出气孔(301)，所述出气孔(301)位于所述永磁体(5)的上方。

8.根据权利要求7所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：出气孔(301)的总面积占产气材料挡板(2)的面积比例为20％至70％。

9.根据权利要求7所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：所述出气孔(301)的总面积占产气材料挡板(2)的面积比例大于等于30％。

10.根据权利要求3或4所述的直流塑壳断路器灭弧系统，其特征在于：所述产气材料挡板(2)位于出气口挡板(3)的一侧下方，所述产气材料挡板(2)的高度与出气口挡板(3)的高度的比值小于等于0.7。

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