一种直流灭弧装置及断路器的制作方法

1.本发明具体涉及一种直流灭弧装置及断路器。


背景技术：

2.断路器是安装在主电路上，用以在主电路中出现过载或短路时切断主电路。在断路器切断主电路时，使断路器内部动触头与静触头迅速断开，此时在动触头与静触头之间的电压导致空气介质放电从而产生高温电弧，电弧在燃烧过程中导致灭弧装置内的空气温度急剧上升从而加速空气电离。另一方面，电弧在灭弧室中的磁场和流体效应的推动下，被多个隔弧栅片分隔成多个短弧，依靠金属隔弧片强化电弧的去电离效果，电弧变小并且电压急速升高，使电弧熄灭。为提高灭弧室的灭弧性能，一般要让电弧快速进入灭弧室的灭弧栅片中，使栅片有效切割电弧，从而达到快速熄灭电弧的效果。
3.为使电弧快速进入灭弧室中，通常采用气吹或磁吹技术，如中国专利cn 112420462 a，公开了一种断路器的触头灭弧装置，其具体公开了：所述的隔弧罩(33)在靠近动触头(2)的两侧具有挡弧板一(331)和挡弧板二(332)，所述挡弧板一(331)和挡弧板二(332)之间形成一用于容纳动触头(2)运动的狭窄腔体(333)，所述狭窄腔体(333)上设有顶板(336)，所述顶板(336)与引弧栅片(321)抵触形成封闭灭弧装置(3)的上部空间的封闭部，在封闭部上设置有排气口(3361)，且所述排气口(3361)对应动触头(2)在打开位置时动触头(2)与引弧栅片(321)之间的间隙。该技术方案通过强增磁引弧与气吹复合技术，引弧栅片与紧邻的灭弧栅片在动触头打开位置对电弧及弧根形成复合增磁效应，提升磁吹力，但是现有的灭弧室均是通过后部的隔弧板排出断路器壳体，但是当开断过程中电弧产生的高温气流直接作用于灭弧室后端的隔弧板时，部分高温气流会经由隔弧板排出，而有一部分高温气流则会被反射回来，在灭弧室后部堆积，进而提升内部温度，存在把电弧重新引燃风险，增加了背后击穿的风险，如图1的试验曲线图可知，在对现有的断路器进行40ka短路电流分断试验时，其在分断之后会出现拖尾引起的持续燃弧现象，导致试验失败。因此如何去避免分断后的拖尾引起的持续燃弧现象极为重要。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种直流灭弧装置及断路器。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种直流灭弧装置，其包括：绝缘罩，其设置在断路器的基座内，其一端设有开口，其另一端设有可容纳动触头运动的狭缝，且所述绝缘罩上侧形成用于容纳灭弧室的第一腔室；灭弧室，其设置在第一腔室内，其对应开口方向设置为出气侧，其另一端设置为引弧侧；隔弧板，设置在所述绝缘罩的开口处，且其表面阵列设有若干排气通孔，所述灭弧室的外侧与绝缘罩内侧之间形成可供由隔弧板反射的高温气体回流至
灭弧室引弧侧的间隙。
6.所述灭弧室包括两个隔弧侧板及若干阵列设置在两个隔弧侧板之间的灭弧栅片，且各个灭弧栅片靠近隔弧板的一端距离隔弧板的距离不等。
7.所述引弧侧的两侧对称设有产气罩，两个产气罩之间形成用于容纳动触头运动的狭窄腔体，所述产气罩包括与灭弧室的隔弧侧板的安装面贴合设置的安装部及设置安装部一侧的多个间隔分布的弧形爪，所述弧形爪朝向安装面方向延伸，所述弧形爪的厚度适于插入到灭弧室中相邻两片灭弧栅片之间，相邻两个弧形爪之间的间隔距离适于容纳一片灭弧室的灭弧栅片。
8.所述产气罩相对的面沿竖直方向设置成凹-凸-凹结构，且两者相对形成：第一通道，设置在产气罩下侧，用于动静触头分断时，供产气罩产生的气体推动电弧向上或向出气侧方向移动；第二通道，设置在产气罩上侧，用于电弧向上移动时，利用压强梯度变化拉长电弧；连接通道，用于连接第一通道及第二通道，且其间隙小于第一通道及第二通道的间隙。
9.所述产气罩相对面沿水平方向设置成凹-凸结构，且两个产气罩相对形成：第三通道，利用压强梯度变化，驱使回流的高温气体带动电弧加速进入灭弧室。
10.所述凹-凸结构的凹面与凸面的边界线为弧线，所述弧线的圆心位于凹面端。
11.所述灭弧室的顶端设有引弧栅片，所述引弧栅片设有若干阵列设置的通气孔。
12.所述绝缘罩底部下侧设有用于包覆静触头组件的第二腔室，且所述第二腔室与第一腔室之间设有用于露出银触点的过孔。
13.所述绝缘罩与断路器的基座之间设有相互配合的子母槽。
14.一种设有上述直流灭弧装置的断路器，其包括断路器本体，所述断路器本体的动触头与静触头组件之间设有上述直流灭弧装置。
15.本发明的有益效果：本发明通过绝缘罩在断路器基座能形成一个独立的腔室，利用灭弧室与绝缘罩之间的间隙形成气流通道，可以将由隔弧板反射的高温气体，经由气流通道回流至灭弧室的引弧端，利用气流通道的热传递及对流作用，降低高温气流的温度，避免了由于高温气流在出气端的堆积导致背后击穿的现象发生，且通过形成气流循环，来加速推动电弧快速向灭弧室方向移动，提高灭弧效率。
附图说明
16.图1为现有的断路器进行40ka短路电流分断试验的结果曲线。
17.图2为本发明的直流灭弧装置应用于断路器内的结构示意图。
18.图3为本发明的直流灭弧装置应用于断路器内的局部示意图。
19.图4为本发明的直流灭弧装置的剖面示意图。
20.图5为本发明的直流灭弧装置的另一个角度的剖面示意图。
21.图6为本发明的直流灭弧装置的垂直产气罩方向的剖面示意图。
22.图7为本发明的绝缘罩的结构示意图。
23.图8为本发明的绝缘罩的另一个角度的结构示意图。
24.图9为本发明的产气罩的结构示意图。
25.图10为本发明的产气罩的另一个角度的结构示意图。
26.图11为本发明的静触头组件的结构示意图。
27.图12为本发明的静触头组件的引弧角处的放大示意图。
28.图13 、14为本发明分断dc1500v ics=40ka的短路电路试验的曲线图。
29.图中，1、基座；2、直流灭弧装置；3、动触头；4、子母槽；5、绝缘罩；6、隔弧板；7、限位槽；8灭弧室；9、气体循环通道；10、产气罩；11、静触头组件；51、第一腔室；52、狭缝；53、安装槽；54、固定座；56、过孔；57、第二腔室；58、凹槽；81、隔弧侧板，82、灭弧栅片；83、引弧栅片；101、安装部；102、弧形爪；103、第一通道；104、连接通道；105、第二通道；106、凹-凸-凹结构；107、凹-凸结构；108、边界线；109、尖端；1010、凹面；1011、通道；111、接线板；112触头板；113、连接件；114、引弧角；115、支撑架；116、避让口。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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作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。
31.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
32.如图所示，本发明提供了一种直流灭弧装置2，其包括：绝缘罩5，其设置在断路器的基座1内，其一端设有开口，其另一端设有可容纳动触头3运动的狭缝52，且所述绝缘罩上侧形成用于容纳灭弧室的第一腔室51；灭弧室8，其设置在第一腔室51内，其对应开口方向设置为出气侧，其另一端设置为引弧侧；隔弧板6，设置在所述绝缘罩的开口处，且其表面阵列设有若干排气通孔，所述灭弧室的外侧与绝缘罩内侧之间形成可供由隔弧板反射的高温气体回流至灭弧室引弧侧的间隙。
33.绝缘罩整个可嵌设固定于基座内，其前端形成狭缝52，动触头可相对狭缝移动，优选的该狭缝的宽度与动触头的宽度相适配，且小于灭弧室的引弧侧的宽度，可以起到阻挡回流的高温气流的作用，使得其经由绝缘罩前端内壁流入灭弧室的引弧端。
34.而其中绝缘罩的第一腔室底部设有一安装板，用于放置灭弧室，且安装板一端向开口方向延伸形成一个固定座54，该固定座的外侧延伸出外侧，且固定座上设有安装槽53，用于固定隔弧6，且对应的在基座的内壁对应设有限位槽7，所述隔弧板两侧可相对限位槽滑移，且其下端与安装槽配合，利用隔弧板及绝缘罩将基座内分成独立的腔室。
35.为了防止经由隔弧板反射的高温气流在壳体内乱串，优选的将绝缘罩与基座内壁之间设置子母槽，通过设置子母槽，还可以增加爬电距离，防止电弧击穿静触头。该子母槽采用为至少一个相互配合的凸块与凹槽结构，利用凸块与凹槽的配合来增加两者之间的爬电距离。
36.该间隙由绝缘罩内壁与灭弧室的隔弧侧板之间的安装缝隙形成，且其后端直接与灭弧室与隔弧板之间的间隙连通，其前端则经由绝缘罩的狭缝两端的侧壁与灭弧室的引弧端连通，进而实现一个完整的气体循环通道9，利用气体回流过程中的热传递来降低高温气体的温度，并且将该高温气体作用于产气罩产生的气体上，两者共同驱使电弧向灭弧室方向快速移动，提高引弧效果。其中气体循环如图5中箭头方向所示，其中实心箭头指的是反射回来的高温气流的移动路径，而虚线箭头指的是电弧产生的高温气流的移动路径。
37.所述灭弧室包括两个隔弧侧板81及若干阵列设置在两个隔弧侧板之间的灭弧栅片82，且各个灭弧栅片82靠近隔弧板6的一端距离隔弧板的距离不等，优选的各个灭弧栅片平行设置，且为了实现更多的灭弧栅片的排列，本技术采用沿水平面方向设置各个灭弧栅片，尽可能的提高灭弧栅片的数量，增大容量，能够分断更高的短路电流。
38.同时和隔弧板相对的灭弧栅片采用参差布置，如图4中方框a所示，每片栅片和隔弧板的距离都不相同，当气体通过栅片时产生不同的压强梯度，使电弧快速的向上运动，最后通过隔弧板上的孔排到外面。
39.参差灭弧室使电弧和灭弧栅片之间的距离不同，可有效的防止灭弧室被击穿，形成电弧拖尾，导致分断失败。
40.当电弧产生后，电弧通过绝缘罩的弧形结构迅速的向上运动，运动过程中会经过很多间隙不同的空间（参差栅片和隔弧板形成的间隙），这些空间对电弧进行加速和减速，最终被排到隔弧板外面。
41.所述灭弧室的顶端设有引弧栅片83，所述引弧栅片设有若干阵列设置的通气孔。
42.引弧栅片83采用“对号”形式设计，能够将电弧引导到最上面的栅片，使电弧被拉的更长更细，电弧冷却的更快，其电弧移动路径如图4中的箭头标识所示。
43.所述引弧侧的两侧对称设有产气罩10，两个产气罩10之间形成用于容纳动触头运动的狭窄腔体，所述产气罩包括与灭弧室的隔弧侧板的安装面贴合设置的安装部101及设置安装部一侧的多个间隔分布的弧形爪102，所述弧形爪朝向安装面方向延伸，所述弧形爪的厚度适于插入到灭弧室中相邻两片灭弧栅片之间，相邻两个弧形爪之间的间隔距离适于容纳一片灭弧室的灭弧栅片。且位于两侧的弧形爪之间形成前后两端大中间小的通道。
44.其中安装部101朝向安装面的一侧设有多个通道1011，所述灭弧栅片的开口端插设于该通道内，该通道位于两个弧形爪之间，其宽度与灭弧栅片的厚度相适配。
45.由于产气罩的一侧与隔弧侧板固定连接，电弧只能与产气罩一侧的表面接触，产气罩与电弧接触后产生大量气体，在灭弧室引弧侧处形成高压，高压气体经过收缩型弧通道的进一步加速，带动电弧快速进入灭弧室内，高压气体进入灭弧室后沿着弧形爪的表面向灭弧装置两侧扩散，使高压气体顺着弧形爪的延伸方向运动，即前面的如梳形齿状的弧形爪突然压缩气体空间，使压强梯度增大，而若干弧形爪形成圆弧状的结构，形成小—大的压强梯度，使电弧能够很平滑的进入灭弧室。
46.所述产气罩相对的面沿竖直方向设置成凹-凸-凹结构106，且两者相对形成：第一通道103，设置在产气罩下侧，用于动静触头分断时，供产气罩产生的气体推动电弧向上或向出气侧方向移动；当动静触头打开时，电弧烧蚀产气罩，产生的气体向上和向前推动电弧移动，电弧向上移动可以使电弧快速的被拉长，电弧向前移动可以使电弧更快的进入灭弧室；
第二通道105，设置在产气罩上侧，用于电弧向上移动时，利用压强梯度变化拉长电弧；连接通道104，用于连接第一通道及第二通道，且其间隙小于第一通道及第二通道的间隙。
47.其中第一通道与连接通道的连接处光滑过渡，降低阻力，使得电弧能够更快的向上移动。
48.电弧向上移动过程中，经过连接通道时，空间突然变小，使压强梯度差变大，当电弧移动到第二通道时时，空间突然变大，压强梯度变小，经过压强梯度小
‑‑‑
大
‑‑‑
小的变化，电弧能够迅速的向上移动从而被拉长，配合最上面的开孔的引弧栅片，气流能够迅速的到达灭弧室上方。
49.所述产气罩相对面沿水平方向设置成凹-凸结构107，且两个产气罩相对形成：第三通道，利用压强梯度变化，驱使回流的高温气体带动电弧加速进入灭弧室。
50.所述凹-凸结构的凹面1010与凸面的边界线108为弧线，所述弧线的圆心位于凹面端。设置成弧线，保证表面平滑，使得气动阻力系数降低，以保证气流平顺过度，另外优选的在靠近静触点组件位置向凹面方向设置一尖端109，减小气流流动的阻力。
51.开断过程中电弧产生的高温气流经过灭弧室后，一部分通过隔弧板的气孔排出去，一部分高温气流被隔弧板反射回来，经过气流通道返回触头区域，这股热气流通过气流通道传热和对流作用，温度极大的降低，进入触头区域有利于减轻背后击穿现象，并且返回的气流通过第三通道时，压强梯度减小，向前移动过程中压强梯度增大，再通过由弧形爪构成的第四通道时压强梯度增大，由第三通道到第四通道的过程中，气流一直不断的被加速，从而推动电弧快速向灭弧室移动。
52.所述绝缘罩底部下侧设有用于包覆静触头组件11的第二腔室57，且所述第二腔室与第一腔室之间设有用于露出银触点的过孔56。即整个静触头组件被放置在第二腔室内，且其仅在过孔处露出银触点，或者在过孔处露出银触点及引弧角114，其余部位均被绝缘罩包裹，提高了产品的整体的介电性能，同时只能沿着引弧角的方向移动，防止乱窜，且本技术中的静触头组件包括接线板111及触头板112，所述接线板与触头板之间通过连接113固定连接，所述连接件为两个，且设置在接线板与触头板的两侧，其中触头板与接线板仅通过两侧的连接件连接，因此其置于第二腔室内时，可以保证仅仅触点在过孔处露出，且其余部位均被绝缘罩包覆，所述连接件垂直触头板及接线板设置，即形成一u形结构，整个静触头置于第二腔室内时，该连接板位于绝缘罩两侧的凹槽58内，因此其并不会改变整个绝缘罩的宽度，且相对于以往采用折弯式的静触头而言，该静触头被绝缘罩覆盖的面积更大，裸露的面积更小，能够更好的保证其位于灭弧室内的部位的面积更小，提高介电性能的同时，保证电弧向灭弧室方向移动，不会出现窜动的现象。
53.所述触头板朝向接线板的一侧设有引弧角114，所述引弧角通过一支撑件115与触头板固定连接，其通过直接在触头板上延伸，可以更好的将动触头与静触头分合闸时产生的电弧引向灭弧室深处。另外采用分体式结构，加工更加方便，产品可靠性更能保证。所述支撑件两端分别呈u型，所述引弧角及触头板均部分与支撑件的两端固定连接，且所述引弧角朝向触头板的两侧向两侧延伸形成定位块，所述支撑件两端的u型结构在竖直方向形成一个定位槽，所述定位孔可置于所述定位槽内，且在引弧角置于该支撑件上时，其末端与触
头板的一端贴合设置，且所述引弧角略微向上倾斜，且其倾斜角度与最下侧的引弧栅片的凹处对齐，便于将电弧引入灭弧栅片的深处。
54.同时接线板朝向触头板方向设有用于避让引弧角的避让口116，避免引弧角直接置于触头板上方。
55.本发明还提供了一种设有上述直流灭弧装置的断路器，其包括断路器本体，所述断路器本体的动触头与静触头组件之间设有上述直流灭弧装置。
56.通过在各个动触头与静触头组件之间设置上述直流灭弧装置，能够有效的避免背后击穿现象的出现。
57.如图13和14所述，通过dc1500v ics=40ka的短路电路分断试验，从其试验曲线上来看，采用该断路器，可以有效的解决因拖尾引起的持续燃弧现象导致的背后击穿现象，使得断路器在短路保护时更加可靠，更加安全。
58.实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。