CN110504117B - 一种t型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其包括相对对称设置的导电排，导电排下端分别与前引弧排和后引弧排相接，后引弧排下端与静触头连接，前引弧排下端与励磁螺旋排的一端连接，励磁螺旋排的另一端通过回流排与下母排连接；励磁螺旋排内套设有励磁铁芯，励磁铁芯的两端分别与导磁连板连接，导磁连板的上端与前引弧排底部抵接。本发明能够解决现有技术中直流快速断路器开断能力较差、吹弧效果不佳的问题，开断能力强、使用寿命长、可靠性强。

Description

一种T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置

技术领域

本发明涉及一种开关电器，具体涉及一种T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置。

背景技术

目前我国城市轨道交通、矿山、冶金、船电等许多重要行业部采用了直流供电***。作为直流供电***中最重要的保护装置，直流快速断路器必须具有可靠的接通、开断正常电流和非正常电流(例如短路)的能力，同时也必须满足长期运行的温度要求。随着直流供电负荷容量不断增大，***发生短路故障时的电流往往达到近百千安，大容量直流快速断路器的开断变得异常困难，同时对直流断路器切断短路电流的能力、速度和可靠性都提出了很高的要求。

直流断路器是断开故障线路、保护电气设备的关键元件，其开断性能是表征运行特性最重要、也是最基本的技术指标。断路器的电寿命，通俗来讲就是断路器的使用寿命，指通过额定电流时，断路器的可靠通断次数。由于开关断开时，在动静触头上会产生电弧，而电弧会造成触头材料磨损，进而使断路器电寿命降低。

现有的直流快速断路器存在以下四个主要缺陷：

一、随着直流供电负荷容量不断增大，***发生短路故障时的电流往往达到近百千安，断路器的开断变得异常困难，目前国内外的产品，大部分的断路器开断能力只有80kA，已经很难满足现有直流供电***对断路器的开断要求。

二、磁吹灭弧***的吹弧效果，当***产生大的故障电流时，现有磁吹***的吹弧效果，很难使直流断路器正常开断。

三、当故障电流的频繁出现，断路器的跳闸次数增多，对断路器的机械寿命以及电寿命提出了更高的要求。提升断路器的机械寿命及电寿命也已经是断路器行业的发展趋势。

四、断路器对于材料方面也有很高的要求，如何选择和制造符合使用条件的材料，如何检测零件材料是否合格，也是难点之一。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中直流快速断路器开断能力较差、吹弧效果不佳的问题的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其包括相对对称设置的导电排，导电排下端分别与前引弧排和后引弧排相接，后引弧排下端与静触头连接，前引弧排下端与励磁螺旋排的一端连接，励磁螺旋排的另一端通过回流排与下母排连接；励磁螺旋排内套设有励磁铁芯，励磁铁芯的两端分别与导磁连板连接，导磁连板的上端与前引弧排底部抵接；前引弧排与后引弧排间设置有导磁板，导磁板的下部与导磁连板连接；前引弧排下方设置有动触头，动触头中部与灭弧装置的外壳侧壁铰接，静触头下部与上出线桩连接，动触头的下部与下出线桩连接；导磁板的上侧设置有灭弧栅片。

上述技术方案中，优选的，导磁板与前引弧排、后引弧排相垂直。

上述技术方案中，优选的，导磁板有两个，且关于前引弧排、后引弧排的中心线连接面对称。

上述技术方案中，优选的，前引弧排和后引弧排的横截面均呈折线形，前引弧排和后引弧排的上部、中部分别相互垂直，前引弧排和后引弧排的中部位于同一水平面，前引弧排下部与后引弧排的距离小于前引弧排中部与后引弧排的距离。

上述技术方案中，优选的，前引弧排的下端向后弯折，弯折部与励磁螺旋排的一端连接。

上述技术方案中，优选的，动触头的上部偏离静触头的一侧与拨叉抵接。

上述技术方案中，优选的，动触头的上部邻近静触头的一侧设置有挡块。

上述技术方案中，优选的，挡块的上端与动触头的上表面平齐，挡块的下端所在高度与后引弧排下端所在高度相同。

上述技术方案中，优选的，励磁螺旋排为双螺旋结构，导磁板呈T型。

上述技术方案中，优选的，拨叉与挡块的材质为高强度合金钢材料；动触头和静触头的材质为银基合金；外壳的材质为高性能SMC复合材料。

本发明提供的上述T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置的主要有益效果在于：

本发明通过后引弧排与静触头组成静触头组件，前引弧排与励磁螺旋排组成磁吹组件。在正常工作时，静触头与动触头搭接，工作电流通过上出线桩流入，并依次通过静触头、动触头和下出线桩流出，从而构成主导电回路。

当故障发生时，磁场作用拉动动触头，使动触头与静触头分离并产生电弧，故障电流通过后引弧排、静触头，并在励磁铁芯上产生励磁场，磁场邻近静触头和动触头，对静触头和动触头分离产生的电弧形成向上的拉弧作用力，使电弧由静触头和动触头向上移动至前引弧排和后引弧排上。

电弧跳转到前引弧排上，进而流经励磁螺旋排，一部分通过回流排进入下母排，另一部分通过励磁铁芯、导磁连板传导至导磁板，在两块导磁板之间产生磁场，磁场吸引电弧并迅速驱动电弧弧根沿前引弧排和后引弧排运动向上，由于前引弧排下部与后引弧排的距离小于前引弧排中部与后引弧排的距离，从而使得电弧拉长，引导电弧快速进入灭弧栅片，灭弧栅片将电弧分割为多段，产生恒定的过电压，在极短的时间内，致使电弧快速熄灭，完成故障电流分断；其与电流则通过导电排流出。

由此，后引弧排、前引弧排、励磁螺旋排、回流排组成励磁故障电流回路，励磁铁芯、导磁连板、T型导磁板组成励磁回路，由于励磁回路利用的是主导电回路产生的故障电流，当电流反向时，磁场也随之反向，始终保持对电弧向上的作用力，从而实现了无极性双向开断，进而显著提高直流快速断路器的适用范围，可靠性也更高。

通过设置励磁故障电流回路，使灭弧装置在短路工况下的关合和开断特性得到了较大的提升，达到100kA，满足现有地铁等工况对直流断路器开断能力的要求。

通过将励磁故障电流回路与主导电回路分离，并通过励磁回路与灭弧栅片实现灭弧功能，从而保证其良好的灭弧效果，既保护了断路器的触头***，也提升了断路器对短路电流实现正常开断的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是回流排与各部件的连接关系示意图。

图3是导磁连板与导磁板的位置关系示意图。

其中，1、前引弧排，2、后引弧排，22、下母排，3、动触头，31、挡块， 32、拨叉，33、上出线桩，4、励磁螺旋排，41、励磁铁芯，5、导磁板，51、导磁连板，52、回流排，6、灭弧栅片，61、导电排。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，其为T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置的结构示意图。

本发明的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置包括相对对称设置的导电排 61，导电排61下端分别与前引弧排1和后引弧排2相接，后引弧排2下端与静触头连接，前引弧排1下端与励磁螺旋排4的一端连接，励磁螺旋排4为相互对称的双螺旋结构，励磁螺旋排4的另一端通过回流排52与下母排22连接，如图2所示；励磁螺旋排4内套设有励磁铁芯41，励磁铁芯41的两端分别与导磁连板51连接，导磁连板51的上端与前引弧排1底部抵接；前引弧排1与后引弧排2间设置有导磁板5，导磁板5呈T型，导磁板5的下部与导磁连板51 连接，图3所示；前引弧排1下方设置有动触头3，动触头3中部与灭弧装置的外壳侧壁铰接，静触头下部与上出线桩33连接，动触头3的下部与下出线桩连接；导磁板5的上侧设置有灭弧栅片6。

具体的，导磁板5与前引弧排1、后引弧排2相垂直。导磁板5有两个，且关于前引弧排1、后引弧排2的中心线连接面对称。

前引弧排1和后引弧排2的横截面均呈折线形，前引弧排1和后引弧排2 的上部、中部分别相互垂直，前引弧排1和后引弧排2的中部位于同一水平面，前引弧排1下部与后引弧排2下端距离小于前引弧排1中部与后引弧排2的中部距离。

前引弧排1的下端向后弯折，弯折部与励磁螺旋排4的端部连接。

动触头3的上部偏离静触头的一侧与拨叉32抵接。动触头3的上部邻近静触头的一侧设置有挡块31。挡块31的上端与动触头3的上表面平齐，挡块31 的下端所在高度与后引弧排2下端所在高度相同。在正常工作时，挡块31与邻近静触头的后引弧排2抵接；当从故障中复位时，拨叉32推动动触头3回到与后引弧排2相接的位置处。

优选的，本方案提供的灭弧装置所对应的直流快速断路器，为采用永磁机构来实现分合闸操作，而现有断路器的电磁机构多采用永磁材料进行磁保持，当断路器进行分闸操作时，需要通过电磁线圈产生反向磁场，抵消永磁体的磁场，在频繁的操作过程中，永磁体会出现退磁现象，合闸保持力会随之减小，降低了断路器的可靠性。

优选的，励磁铁芯41为铁氧体材料。因此在本方案中，当进行合闸操作时，电磁线圈，即励磁螺旋排4产生电磁场，驱动励磁铁芯41运动并完成合闸操作，当励磁螺旋排4电流断开后，外磁场消失，励磁铁芯41磁性仍然保持与饱和时一样，当分闸操作时，励磁螺旋排4产生反向磁场，励磁铁芯41去磁，实现分闸。

传统的永磁机构通过改变电磁线圈电流方向，使动铁芯在永磁壳体内沿轴线方向运动，当动铁芯运动到永磁壳体一端时，通过永磁体的吸合力保持铁芯在该位置，保持力的大小取决于永磁铁的磁场强度。

优选的，拨叉32与挡块31的材质为高强度合金钢材料，并采取特殊工艺进行表面处理，零件具有低的内应力，高的韧性，良好的润滑性，以及高硬度、耐磨损等特性，使机构运行可靠。在断路器的前期摸底试验及型式试验中，机械寿命均达200000次以上。

优选的，动触头3和静触头的材质为银基合金，通过预氧化-烧结-挤压的制造工艺，可在触头表面形成致密的结构，其化学稳定性高，耐腐蚀，具有抗电弧烧损性、抗熔焊性等高性能，配合自主设计的磁吹灭弧***，可致使电弧快速熄灭，断路器的电寿命可达到1000次以上，主回路的接触电阻低于25μΩ。

优选的，外壳的材质为高性能SMC复合材料,具备极高的强度，并且兼具优异的电绝缘性能、热稳定性和耐化学腐蚀性。主体框架的绝缘零件采用平板式结构，降低了模压成型模具的复杂性，可有效避免复杂零件通常出现的缺料、气孔等重大缺陷问题。

优选的，将外壳设置为板式结构，从而能够简化了模压成型工艺，材料中因此可添加长纤维增强物质，大幅提升模压零件的综合性能。模块化设计，各功能单元完全独立，可分别进行组装，大幅度提升工作效率和产品质量稳定性。

优选的，铜导电部件包括导电排61、前引弧排1、后引弧排2等均采用锻制工艺，不仅提升了材料的加工性能，提高了零件的尺寸精度，同时增加了导电零件的强度和导电性能。铜导电件表面做镀银处理，镀银厚度大于12μm。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (9)

1.一种T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，包括相对对称设置的导电排，导电排下端分别与前引弧排和后引弧排相接，后引弧排下端与静触头连接，前引弧排下端与励磁螺旋排的一端连接，励磁螺旋排的另一端通过回流排与下母排连接；励磁螺旋排内套设有励磁铁芯，励磁铁芯的两端分别与导磁连板连接，导磁连板的上端与前引弧排底部抵接；前引弧排与后引弧排间设置有导磁板，导磁板的下部与导磁连板连接；前引弧排下方设置有动触头，动触头中部与灭弧装置的外壳侧壁铰接，静触头下部与上出线桩连接，动触头的下部与下出线桩连接；导磁板的上侧设置有灭弧栅片；拨叉与挡块的材质为高强度合金钢材料；动触头和静触头的材质为银基合金；外壳的材质为高性能SMC复合材料。

2.根据权利要求1所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述导磁板与前引弧排、后引弧排相垂直。

3.根据权利要求2所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述导磁板有两个，且关于前引弧排、后引弧排的中心线连接面对称。

4.根据权利要求1所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述前引弧排和后引弧排的横截面均呈折线形，前引弧排和后引弧排的上部、中部分别相互垂直，前引弧排和后引弧排的中部位于同一水平面，前引弧排下部与后引弧排的距离小于前引弧排中部与后引弧排的距离。

5.根据权利要求4所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述前引弧排的下端向后弯折，弯折部与励磁螺旋排的一端连接。

6.根据权利要求1所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述动触头的上部偏离静触头的一侧与拨叉抵接。

7.根据权利要求6所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述动触头的上部邻近静触头的一侧设置有挡块。

8.根据权利要求7所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述挡块的上端与动触头的上表面平齐，挡块的下端所在高度与后引弧排下端所在高度相同。

9.根据权利要求1所述的T型对称双螺旋自激励磁吹灭弧装置，其特征在于，所述励磁螺旋排为双螺旋结构，导磁板呈T型。

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