CN203103209U - 一种真空灭弧室及使用该灭弧室的真空断路器 - Google Patents

Abstract

一种真空灭弧室及使用该灭弧室的真空断路器，真空灭弧室包括壳体、导向套、动电极、静电极和波纹管，壳体由第一、第二金属壳体以及绝缘环组成，真空灭弧室内部形成有真空腔室，动电极包括设置在真空腔室内的动触头以及动触头杆，静电极包括动触头以及静触头杆，导向套套设在动触头杆上且与壳体固定，波纹管的一端与动触头杆连接、另一端与壳体气密连接，特点：所述的绝缘环设置在壳体上位于动触头上方,动触头、静触头在分离和闭合位置状态时，均处于第二金属壳体的包围空间中。优点：真空灭弧室内部的波纹管受到了保护，使灭弧室的工作更为可靠，灭弧效果更好；保证了使用该种灭弧室的真空断路器具有较高的分断能力及电气寿命。

Description

一种真空灭弧室及使用该灭弧室的真空断路器

技术领域

本实用新型属于低压配电***中真空断路器技术领域，具体涉及一种真空灭弧室及使用该灭弧室的真空断路器。

背景技术

在现代配电***中，断路器具有分配电能，保护电源及用电设备免受过载、欠电压、短路、接地等故障危害的作用。其中，真空断路器其开断故障电流，可避免传统的空气式断路器容易受所处周围环境的气压、温度、湿度、污染等影响问题，真正实现了分断全程的零飞弧，特别适用于矿井、隧道等有易燃易爆气体产生的场所使用，正越来越受到市场的重视和欢迎。

真空灭弧室是真空开关电器的核心部件，其主要作用是：通过密封在真空灭弧室中的一对动、静触头实现电力电路的接通与分断，并通过管内真空优良的绝缘性能，使电路切断电流后能迅速熄弧并抑制电流，从而能可靠断开正常电路和切断故障电路。

现有技术中，真空灭弧室的结构如图1、图2所示，该真空灭弧室5包括壳体51、导向套52、动电极53、静电极54和波纹管55，所述的壳体51包括上下设置的第一金属壳体511、第二金属壳体513以及连接在第一金属壳体511、第二金属壳体513之间的绝缘环512，真空灭弧室5内部形成有真空腔室514，所述的动电极53包括设置在真空腔室514内的动触头531以及一端与动触头531连接、另一端向上延伸至真空腔室514外的动触头杆532，所述的静电极54包括设置在真空腔室514内的用于与所述的动触头531对应的静触头541以及一端与静触头541连接、另一端向下延伸至真空腔室514外的静触头杆542，所述的导向套52套设在动触头杆532上且与所述的壳体51固定，用于对动触头杆532起导向作用。所述波纹管55的一端与动触头杆532连接（如采用焊接的方式），所述波纹管55的另一端与壳体51连接（如焊接），以保证真空腔室514内部的真空度，波纹管55的作用是保证动电极53在一定范围内运动。所述的绝缘环512位于壳体51上且靠近静触头541的位置，其作用是使第一金属壳体511与第二金属壳体513绝缘，保证动触头531、静触头541在分开状态下确保所连接的电路断开并能承受相应的电压；另外，绝缘环512的宽度不宜过大，其宽度以满足电路介电性能要求为准，以保证壳体51有足够大的导热和散热面积，这一点对于低压大电流真空灭弧室很重要。

当分断一定的电流时，在动触头531与静触头541分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的几个点上，使触头间的电阻迅速增大并引起温度迅速升高，直至发生触头表面金属的蒸发，同时形成极高的电场强度，强烈的电场导致发射和触头间间隙的击穿，产生真空电弧。电弧在磁场作用下向周边扩散，同时，炽热的粒子从触头间隙向真空区域扩散，在动触头531、静触头541的间隙中以及与触头接触面对应的壳体51上的区域内（大约30mm范围，沿触头接触面对称分布），高温粒子的浓度最高，成为开断热影响区a(如图2所示)。低压真空灭弧室在开断大电流的情况下，电弧扩散熄灭后，由于触头表面存在短时间的高温状态，形成电子热发射，回路中会存在极短时间的几十安培的电流，这种由于电子热发射而产生的电流称为弧后电流。通常情况下，当表面热量传递到深层后，电子热发射停止，弧后电流才会消失。现有技术的真空灭弧室5，由于绝缘环512与第一金属壳体511、第二金属壳体513之间的连接点处于开断热影响区a之内，而绝缘环512是热的不良导体，故连接点受到高温粒子的轰击后来不及将热量迅速地传导出去，使温度升高，导致热发射。因此，电弧引起的弧后电流除了沿动触头531、静触头541间的间隙即第一弧后电流路径b（如图2所示）直接放电，还存在另一种通路即第二弧后电流路径c（如图2所示）。同时，由于出于小型化的考虑，真空灭弧室内部的触头与壳体51之间不具备足够的电气间隙，因此在分断电流时，触头与壳体51之间易导通，从而使弧后电流经由静触头541→第一金属壳体511→波纹管55→动触头杆532构成的第二弧后电流路径c，使波纹管55上承受较大的电流，从而引起温度迅速升高。在正常工作中，动触头杆532的余热本身就会传递到波纹管55，使其温度升高，若弧后电流再有一分流沿上述路径进行，那么极易引起波纹管55的温升过高，从而影响其疲劳强度。由于波纹管55的厚度本身就很小（0.2mm以下），且其工作时相邻的层之间距离较小，因此流过的电流较大时，易引起相邻层之间的熔焊，进而导致波纹管55在机械外力作用下损坏、漏气，使真空灭弧室失效。

鉴于上述已有技术，有必要对现有的真空灭弧室结构加以改进，为此，本申请人作了积极而有效的探索，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的目的是要提供一种真空灭弧室，它能使真空灭弧室内部的波纹管受到保护，使灭弧室的工作更为可靠，灭弧效果更好；同时，保证了使用该种灭弧室的真空断路器具有较高的分断能力及电气寿命。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种真空灭弧室，该真空灭弧室包括壳体、动电极、静电极和波纹管；所述的壳体包括上下设置的第一金属壳体、第二金属壳体以及连接在第一金属壳体、第二金属壳体之间的绝缘环，壳体内部形成有真空腔室，所述的动电极包括设置在真空腔室内的动触头以及一端与动触头连接、另一端向上延伸至真空腔室外的动触头杆，所述的静电极包括设置在真空腔室内的用于与所述的动触头对应的静触头以及一端与静触头连接、另一端向下延伸至真空腔室外的静触头杆，所述的波纹管的一端与动触头杆连接、另一端与壳体连接，其特征在于：所述的绝缘环位于动触头的上方，动触头、静触头在分离和闭合位置状态时，均处于第二金属壳体的包围空间中。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的绝缘环由绝缘材料制成，所述的绝缘材料优选为陶瓷。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的真空灭弧室还包括一导向套，所述的导向套套设在动触头杆上且与所述的壳体固定，所述的导向套与所述的动触头杆之间构成滑动配合，由导向套对动触头杆起导向作用。

一种真空断路器，包括断路器壳体、固定在断路器壳体上的操作机构、固定在断路器壳体上的上出线母排和下出线母排，其特征在于：所述的真空断路器还包括一上述的真空灭弧室，所述的真空灭弧室内部动电极连接操作机构，真空灭弧室内部动电极电连接上出线母排，静电极电连接下出线母排。

采用本实用新型的上述技术方案后，如图4所示，在真空灭弧室之中，绝缘环切断了弧后电流从静触头流向波纹管的路径，避免了在分断电流时波纹管上流经弧后电流的风险，保证了波纹管始终处于较为安全的工作环境，从而保证真空灭弧室的顺利工作，使真空断路器的分断能力较为可靠，且电气寿命较高。

分断电流时，动、静触头间产生电弧并向周边扩散，同时，高温粒子从触头间隙向整个真空区域扩散，在触头间隙中以及与触头接触面对应的壳体上的区域内（大约30mm范围，沿触头接触面对称分布），高温粒子的浓度最高，形成开断热影响区，如图5所示。此时，由于绝缘环与第一金属壳体、第二金属壳体之间的连接点未处于开断热影响区a之内，故开断热影响区a内的热量可通过导热性良好的第一金属壳体、第二金属壳体迅速传导，不会导致该处的电子热发射。因此，弧后电流仅沿触头间的间隙即第一弧后电流路径b直接放电（如图5所示），真空灭弧室可迅速灭弧。即使分断的电流非常大（如80kA），导致开断热影响区扩大，使绝缘环与第一金属壳体、第二金属壳体之间的连接点处于开断热影响区a之内，导致该处产生电子热发射并产生弧后电流，但由于绝缘环的存在，波纹管不会带电，因此保证了波纹管可顺利工作。此时，弧后电流的路径除了沿触头间的间隙即第一弧后电流路径b直接放电外，还存在另一种通路，即弧后电流经由动触头→第二金属壳体→静触头杆构成的第二弧后电流路径c（如图5所示），由于第二金属壳体由导电、导热性优良的材料（如铜）制成，且其表面积较大，故第二金属壳体可顺利导电并散热，不会导致破坏。

综上所述，本实用新型的真空灭弧室在分断电流时可保护内部的波纹管，与现有技术相比，真空灭弧室内部的波纹管受到了保护，使灭弧室的工作更为可靠，灭弧效果更好，同时，保证了使用该种灭弧室的真空断路器具有较高的分断能力及电气寿命。

附图说明

图1为现有技术中真空灭弧室的结构示意图。

图2为现有技术中真空灭弧室在分断电流时的开断热影响区以及弧后电流路径的示意图。

图3为本实用新型的真空断路器的一种可行结构的示意图。

图4为本实用新型的真空灭弧室的一实施例结构示意图。

图5为本实用新型真空灭弧室在分断电流时的开断热影响区以及弧后电流路径的示意图。

图中：1.断路器壳体；2.操作机构；3.触头支持；4. 上出线母排；5.真空灭弧室、51.壳体、511.第一金属壳体、512.绝缘环、513.第二金属壳体、514.真空腔室、52.导向套、53.动电极、531.动触头、532.动触头杆、54.静电极、541.静触头、542.静触头杆、55.波纹管；6.下出线母排；a.开断热影响区；b.第一弧后电流路径；c.第二弧后电流路径。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

图3示出了采用本实用新型专利的技术方案的真空断路器的一种可行结构，其中真空灭弧室5的内部结构如图4。

图3示意了一种真空断路器，包括断路器壳体1、固定在断路器壳体1上的操作机构2、操作机构2连接其上的触头支持3、固定在断路器壳体1上的上出线母排4和下出线母排6，还包括一固定在断路器壳体1上真空灭弧室5，所述的真空灭弧室5内部动电极53通过触头支持3连接操作机构2，真空灭弧室5内部动电极53电连接上出线母排4，静电极54电连接下出线母排6。

图4、5示意了一种真空灭弧室，该真空灭弧室5包括壳体51、导向套52、动电极53、静电极54和波纹管55；所述的壳体51由第一金属壳体511、第二金属壳体513以及连接在第一金属壳体511、第二金属壳体513之间的绝缘环512组成，真空灭弧室5内部形成有真空腔室514，所述的动电极53包括设置在真空腔室514内的动触头531以及一端与动触头531连接、另一端延伸至真空腔室514外的动触头杆532，所述的静电极54包括设置在真空腔室514内的用于与所述的动触头531对应的静触头541以及一端与静触头541连接、另一端延伸至真空腔室514外的静触头杆542，所述的导向套52套设在动触头杆532上且与所述的壳体51固定，所述的波纹管55的一端与动触头杆532连接、另一端与壳体51连接，所述的绝缘环512设置在动触头531的上方，并位于导向套52的一侧，且对应于所述的动触头杆532外侧。如图4和5，在动、静触头531、541无论是闭合位置还是分离位置状态时，动、静触头531、541均位于第二金属壳体513的包围空间中。

当上出线母排4通入短路电流，断路器迅速反应，由机构带动真空灭弧室5进行分闸，真空灭弧室5中的动触头531与静触头541分离并产生真空电弧，当短路电流不是很大时（<80kA）弧后电流沿触头间的间隙即图5所示的第一弧后电流路径b直接放电，电弧被迅速熄灭，即使当短路电流很大时（>80kA），弧后电流除沿触头间的间隙直接放电外，还产生路径如图5中的第二弧后电流路径c，此时波纹管55不会导电，受到保护。第二金属壳体513可顺利导电并散热，不会导致真空灭弧室5的破坏，且对电弧区域提供屏蔽作用。因此保证了断路器具有较高的分断能力及电气寿命。

综上所述，本实用新型提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，达到了发明创造的目的，体现了申请人所述的技术效果。

Claims (4)

1. 一种真空灭弧室，该真空灭弧室(5)包括壳体(51)、动电极(53)、静电极(54)和波纹管(55)；所述的壳体(51)包括上下设置的第一金属壳体(511)、第二金属壳体(513)以及连接在第一金属壳体(511)、第二金属壳体(513)之间的绝缘环(512)，壳体(51)内部形成有真空腔室(514)，所述的动电极(53)包括设置在真空腔室(514)内的动触头(531)以及一端与动触头(531)连接、另一端向上延伸至真空腔室(514)外的动触头杆(532)，所述的静电极(54)包括设置在真空腔室(514)内的用于与所述的动触头(531)对应的静触头(541)以及一端与静触头(541)连接、另一端向下延伸至真空腔室(514)外的静触头杆(542)，所述的波纹管(55)的一端与动触头杆(532)连接、另一端与壳体(51)连接，其特征在于：所述的绝缘环(512)位于动触头(531)的上方，动触头(531)、静触头(541)在分离和闭合位置状态时，均处于第二金属壳体(513)的包围空间中。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于所述的绝缘环(512)由绝缘材料制成，所述的绝缘材料优选为陶瓷。

3.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于所述的真空灭弧室(5)还包括一导向套(52)，所述的导向套(52)套设在动触头杆(532)上且与所述的壳体(51)固定，所述的导向套(52)与所述的动触头杆(532)之间构成滑动配合，由导向套(52)对动触头杆(532)起导向作用。

4.一种真空断路器，包括断路器壳体(1)、固定在断路器壳体(1)上的操作机构(2)、固定在断路器壳体(1)上的上出线母排(4)和下出线母排(6)，其特征在于：所述的真空断路器还包括一如权利要求1或2或3的真空灭弧室(5)，所述的真空灭弧室(5)内部动电极(53)连接操作机构(2)，真空灭弧室(5)内部动电极(53)电连接上出线母排(4)，静电极(54)电连接下出线母排(6)。

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