CN203103210U - 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、动电极、静电极和波纹管，壳体内部形成真空腔室，动电极包括动触头以及动触头杆，静电极包括静触头以及静触头杆，所述波纹管的一端与动触头杆连接、另一端与壳体连接，所述的动触头、静触头均为圆形且彼此呈面对面设置，动触头、静触头具有相互接触配合的一对接触面，其中至少一个接触面上远离中心的边缘部位设有一圆角或倒角，其特征在于：所述圆角或倒角的内边线到接触面中心的距离为接触面半径的1/2～4/5。优点：短耐能力极强，保证真空断路器具有较高的分断能力。

Description

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所示，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，所述壳体51内部形成有真空腔室511，所述的动电极53包括设置在真空腔室511内的动触头531以及一端与动触头531连接、另一端延伸至空腔室511外的动触头杆532，所述的静电极54包括设置在真空腔室511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511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511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。所述动触头531、静触头541均为带槽的磁吹触头，两者外形相同，均为圆形（如图2所示），且彼此呈面对面设置，在动触头531、静触头541的接触面上分别对应地开设有凹槽5341、较小的圆角或倒角5342以及槽腔5343,其中:凹槽5341设置在接触面的中心位置处,较小的圆角或倒角5342设置在接触面远离中心的边缘部位,槽腔5343开设在凹槽5341与圆角5342之间,有多条且呈间隔设置。

当通过短路电流时，由于真空灭弧室所处的低压开关电器中各相均流过短路电流并产生磁场，因此每相均受到其余各相的磁场的作用，在宏观上表现为其余各相对该相在水平方向上的回路电动力合力T，该回路电动力合力T随短路电流瞬时值的变化而变化，施加于各相的导体之上，因此虽然动触头杆532由导向套52保持导向，但是在很大的回路电动力合力T的作用下，特别是对于小型化、紧凑结构下的大电流产品，动触头杆532很可能发生偏向，导致真空灭弧室5中动触头531、静触头541的实际接触形式变为单侧接触，如图3所示。为了兼顾产品的长寿命特性，不可能无休止地通过增大触头压力来保证动触头杆不发生偏向。当偏向发生时，有效的载流面积b实际上仅为接触面上靠近外侧的少数斑点的面积，短路电流从这些斑点上流过，形成侧U形的电流线c。由于电流线c的偏移距离a较大，故动触头531、静触头541上的电流线之间可形成较大的电动斥力F（F与a²成正比）。当短路电流较大（如80kA）时，该电动斥力F:第一，可能大于开关电器中施加于动触头上的电动补偿力与弹簧压力之和，从而导致触头斥开；第二，虽然不大于开关电器中施加于动触头上的电动补偿力与弹簧压力之和，但是由于过大的电动斥力可导致接触点处的接触压力减小，接触电阻明显增大，故极易引起接触处的过热和熔焊。

因此可知，现有的结构对提高真空灭弧室的短耐是不利的。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

本实用新型的任务是要提供一种真空灭弧室，其短耐能力极强，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。

本实用新型的任务是这样来完成的，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，所述壳体内部形成真空腔室，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、另一端延伸至真空腔室外的静触头杆，所述波纹管的一端与动触头杆连接、另一端与壳体连接，所述的动触头、静触头均为圆形且彼此呈面对面设置，动触头、静触头具有相互接触配合的一对接触面，其中至少一个接触面上远离中心的边缘部位设有一圆角或倒角，其特征在于：所述圆角或倒角的内边线到接触面中心的距离为接触面半径的1/2～4/5。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述动触头、静触头的接触面均由导电、导热、机械性能俱佳的材料制成。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的导电、导热、机械性能俱佳的材料为铜铬合金。

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，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。

采用本实用新型的技术方案后，动触头、静触头的接触面外形如图7所示，其中示例性地给出一圆角或倒角，圆角或倒角的内边线到触头接触面中心的距离为触头接触面半径的1/2～4/5。该圆角或倒角的斜面构成跑弧面。采用上述技术方案后，虽然动触头、静触头两接触面的视在接触面积有所减小，但对触头载流的影响不大。触头的实际接触面积由触头压力和触头材料的屈服强度决定，故在加工出较大的跑弧面后，由于触头压力和触头材料均没有变化，故动触头、静触头之间的实际接触面积的变化并不大，且仍可保证此时接触面积远大于实际接触面积。

当通过短路电流时，由于真空灭弧室所处的低压开关电器中各相均受到其余各相对该相在水平方向上的回路电动力合力T，虽然动触头杆由导向套保持导向，但是在很大的回路电动力合力T的作用下，动触头杆不能保持稳定，可能发生偏向，导致真空灭弧室中动触头、静触头的实际接触形式变为单侧接触，如图6所示。此时，有效的载流面积b’实际上仅为接触面上靠近外侧的少数斑点的面积，短路电流从这些斑点上流过，形成侧U形的电流线c’。由于电流线的偏移距离a’较现有技术中的要小，故动、静触头上的电流线之间形成的电动斥力F’ （F’与(a’)²成正比）较现有技术中的也要小，故有利于保持接触面之间的压力。因此可知采用本实用新型的技术方案后，对提高断路器的短耐非常有利。

当分断短路电流时，在动触头与静触头分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的几个点上，使触头的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，导致强烈的场致发射和触头间间隙的击穿，产生真空电弧。由于触头接触面中心存在凹槽，电弧形成的电流线c”同样呈侧U形，如图8所示。故触头内的电流可在触头间隙中产生一方向与电弧轴线垂直的磁场。当分断的电流较大时（如40kA以上），电弧已由扩散弧变为聚集弧，此时电弧受该磁场作用，产生使电弧向外侧偏移的电动斥力F1，可迫使电弧沿较大的圆角或倒角的斜面即跑弧面迅速向外移动并拉长，促进了电弧的熄灭。

综上所述，本实用新型由于采用上述结构后，其短耐能力极强，且对提高断路器的分断能力也十分有利。

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的静触头/动触头的外形示意图。

图3为现有技术中真空灭弧室在通过短路电流时触头的接触形式以及电流线的流向示意图。

图4为本实用新型的真空断路器的一种可行结构的示意图。

图5为本实用新型的真空灭弧室的一实施例结构示意图。

图6为本实用新型真空灭弧室在通过短路电流时触头的接触形式以及电流线的流向示意图。

图7为本实用新型真空灭弧室的静触头/动触头的外形示意图。

图8为本实用新型真空灭弧室在分断短路电流时电流线的流向示意图。

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4示出了采用本实用新型技术方案的真空断路器的一种可行的结构，其中真空灭弧室5的内部结构如图5。

见图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，所述的真空断路器还包括一真空灭弧室5，所述的真空灭弧室5内部动电极53连接操作机构2，具体为连接操作机构2的触头支持3。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。

请继续参阅图5，所述的真空灭弧室5包括壳体51、导向套52、动电极53、静电极54和波纹管55，所述壳体51的中间具有真空腔室511，所述的动电极53包括设置在真空腔室511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511外的动触头杆532，所述的静电极54包括设置在真空腔室511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511外的静触头杆542，所述的导向套52滑动的套设在动触头杆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、另一端与壳体51连接。参阅图7，所述的动触头531、静触头541均为带槽的磁吹触头，两者外形相同，均为圆形且彼此呈面对面设置。动触头531、静触头541的接触面均由导电、导热、机械性能俱佳的材料制成，在本实施例中优选为铜铬合金材料。动触头531、静触头541在接触面的中心分别对应地开设有凹槽5341，动触头531、静触头541具有相互接触配合的一对接触面，其中至少一个接触面上远离中心的边缘部位设有一圆角或倒角5342，该较大的圆角或倒角5342的内边线53421(内边线53421指：圆角或倒角5342靠近接触面中心的起始位置线)到接触面中心的距离为接触面半径的1/2～4/5(接触面指：未开设圆角或倒角5342时的原始接触平面)，在凹槽5341与较大的圆角或倒角5342之间间隔开设有多条槽腔5343。

当上出排母线9通入短路电流，由于真空灭弧室5的动触头531、静触头541的接触面之间产生的电动斥力不是很大，故断路器可承受短时间内较大的短路电流，分断短路电流时，由机构1带动真空灭弧室5进行分闸，真空灭弧室5中动触头531与静触头541分离并产生真空电弧，电弧沿较大的圆角或倒角5342的斜面即跑弧面迅速向外移动并拉长，因此十分有利于熄弧。

Claims (5)

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），所述壳体(51)内部形成真空腔室(511)，所述的动电极(53)包括设置在真空腔室(511)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(511)外的动触头杆(532)，所述的静电极(54)包括设置在真空腔室(511)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(511)外的静触头杆(542)，所述波纹管(55)的一端与动触头杆(532)连接、另一端与壳体(51)连接，所述的动触头(531)、静触头(541)均为圆形且彼此呈面对面设置，动触头(531)、静触头(541)具有相互接触配合的一对接触面，其中至少一个接触面上远离中心的边缘部位设有一圆角或倒角(5342)，其特征在于：所述圆角或倒角(5342)的内边线(53421)到接触面中心的距离为接触面半径的1/2～4/5。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于所述动触头(531)、静触头(541)的接触面均由导电、导热、机械性能俱佳的材料制成。

3.根据权利要求2所述的真空灭弧室，其特征在于所述的导电、导热、机械性能俱佳的材料为铜铬合金。

4.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。

5.一种真空断路器，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或4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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