CN103715008B - 一种纵横复合型真空灭弧室触头结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵横复合型真空灭弧室触头结构，包括结构相同，且均设置于灭弧室中的阳极触头系统和阴极触头系统；主导电杆的末端均安装有杯座，杯座上均设置有圆柱状结构的横磁导电系统以及圆环状结构的纵磁导电系统，横磁导电系统均套设在纵磁导电系统的圆环内；横磁导电系统与纵磁导电系统的电路特征为并联结构。在触头处于关合状态时，电路电流主要流经横磁导电系统，在触头处于分开灭弧的过程中，电路电流主要流经纵磁导电系统，因此此种纵横复合型真空灭弧室触头结构系统的额定电流导通能力与横磁触头系统相似，短路电流开断能力与纵磁触头系统相似，是一种具有导通大额定电流与开断大短路电流能力的纵横复合型真空灭弧室触头结构系统。

Description

一种纵横复合型真空灭弧室触头结构

技术领域

本发明属于真空开关技术领域，具体涉及一种纵横复合型真空灭弧室触头结构。

背景技术

真空灭弧室是真空开关的关键元件，担负着熄灭电弧的任务，电路电流的关合与开断都是由真空灭弧室中的触头来完成的。为了提高灭弧室的短路开断能力，采用在灭弧室中引入磁场来控制电弧，即电弧的磁场控制技术。

现有技术中一般通过两种磁场控制电弧（横向磁场和纵向磁场）：横向磁场控制技术是施加与电弧电流流向垂直的磁场，使电弧弧柱在触头盘上产生快速的旋转运动，从而减小对触头盘的局部烧蚀，提高开关的开断能力；纵向磁场控制技术是施加与电弧电流流向相同的磁场，使电弧较均匀的分布在触头表面，避免电弧弧柱在触头表面产生集聚，从而减小对触头盘的烧蚀，提高开关的开断能力。

由于采用横向磁场控制技术的灭弧室结构是由触头盘产生横向磁场，电流在开关中的路径为由阳极导电杆直接流向阳极触头，在经过阴极触头返回阴极导电杆，电流路径较短，开关结构的导通电阻较小，所以采用横向磁场控制技术的灭弧室结构可以导通较大的额定电流。然而，横向磁场控制技术虽然可以使电弧在触头表面产生快速的旋转运动，但由于电弧仍然为集聚电弧，对电弧触头表面的烧蚀仍然较为严重，在开断大的短路电流时，电流过零时弧隙中等离子体密度仍然较高，所以当恢复电压较高时会发生重燃，导致开断失败。其次由于电弧的高速运动，会有等离子体、金属蒸汽及液滴喷射到屏蔽罩上，因此，为了减少和避免电弧对屏蔽罩的烧蚀，采用横向磁场触头结构的灭弧室直径要大一些。

纵向磁场控制技术中的纵向磁场可以抑制真空电弧的集聚，使真空电弧在大电流时仍能维持在扩散态，极大地减轻了触头的烧蚀。而且由于真空电弧为扩散态，在开断大的短路电流时，电流过零时弧隙的剩余等离子体及金属蒸汽密度与横向磁场熄弧方法相比显著减小，因此能够承受更高的恢复电压。此外，由于不需要使电弧高速运动，所以喷射到屏蔽罩上的金属蒸汽和液滴要比采用横向磁场时少得多，这样可以缩小灭弧室的尺寸，降低成本。然而由于采用纵向磁场控制技术的灭弧室结构是由纵磁杯产生的纵向磁场，电流在开关中的流经路径为由阳极导电杆流向纵磁杯杯座，经过阳极纵磁杯杯体流向阳极纵磁触头盘，在阴极侧经过与阳极中相反的电流路径流向阴极导电杆。电流流经的路径较长，触头闭合时开关结构的导通电阻较大，热损耗较大，所以采用纵向磁场控制技术的灭弧室结构的额定电流将会受到限制。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出了一种用在大额定电流导通能力与大短路电流开断能力真空断路器灭弧室中的纵横复合型真空灭弧室触头结构，该触头结构的额定电流导通能力与横磁触头系统相似，短路电流开断能力与纵磁触头系统相似，是一种具有导通大额定电流与开断大短路电流能力的纵横复合型真空灭弧室触头结构系统。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括结构相同，且均设置于灭弧室中的阳极触头系统和阴极触头系统；其中，阳极触头系统和阴极触头系统中均包括设置在阳极一侧或阴极一侧的主导电杆，主导电杆的末端均安装有杯座，杯座上均设置有圆柱状结构的横磁导电系统以及圆环状结构的纵磁导电系统，横磁导电系统均套设在纵磁导电系统的圆环内；横磁导电系统与纵磁导电系统的电路特征为并联结构。

所述的纵磁导电系统包括由不锈钢制成的圆环状结构的纵磁杯体，纵磁杯体安装在杯座上，纵磁杯体的末端安装有环状的纵磁触头盘，纵磁杯体与纵磁触头盘的电路特征为串联结构。

所述的纵磁杯体上开设有能够使纵磁杯体产生纵向磁场及弹性形变的螺旋槽，螺旋槽的个数为6～15个。

所述的螺旋槽与水平线的夹角为15°～27°。

所述的纵磁触头盘上开设有若干条用于减小纵磁触头盘上涡流的直线槽，且直线槽的个数与纵磁杯体上螺旋槽的个数相同；直线槽均匀分布在纵磁触头盘上。

所述的横磁导电系统包括套设在纵磁杯体内，并固定在杯座上的横磁导电杆，横磁导电杆的末端安装有横磁触头盘；横磁导电杆与横磁触头盘的电路特征为串联结构。

所述的主导电杆、杯座、横磁导电杆均由铜制成；横磁触头盘与纵磁触头盘均由铜铬合金制成。

所述的横磁触头盘与纵磁触头盘同轴线布置；横磁触头盘的外径小于纵磁触头盘的内径，横磁触头盘与纵磁触头盘之间留有缝隙；纵磁触头盘的外径与纵磁杯体的外径相同。

所述的横磁触头盘上开有用于产生横向磁场的折线槽。

所述折线槽的形状为卐字型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在灭弧室中设置结构相同的阳极触头系统和阴极触头系统，其中每个触头系统包括主导电杆、杯座、横磁导电系统以及纵磁导电系统；在触头处于关合状态时，电路电流主要流经横磁导电系统，在触头处于分开灭弧的过程中，电路电流主要流经纵磁导电系统，因此此种纵横复合型真空灭弧室触头结构系统的额定电流导通能力与横磁触头系统相似，短路电流开断能力与纵磁触头系统相似，是一种具有导通大额定电流与开断大短路电流能力的纵横复合型真空灭弧室触头结构系统。

进一步的，本发明具有大额定电流导通能力：在开关处于关合状态时，灭弧室中的电路结构为：电路电流由阳极导电杆流经阳极杯座后分为两个电流支路：一个电流支路为由阳极杯座经过横磁导电杆到达横磁触头盘，然后在阴极侧经过相反的电流路径流向阴极杯座；另一个电流支路为由阳极杯座经过纵磁杯体到达纵磁触头盘，然后在阴极侧经过相反的电流路径流向阴极杯座。由于横磁导电系统与纵磁导电系统在电路上为并联结构，相比于横磁导电系统，纵磁导电系统的电流路径较长，导通电阻较大，且由于纵磁导电系统中开有螺旋槽使纵磁杯体产生弹性变形，触头关合时的关合力主要由横磁导电系统承担，从而纵磁导电系统中阳极与阴极触头盘间的接触电阻比横磁导电系统的大，所以在开关关合状态线路电流主要是通过横磁导电系统进行流通，从而该触头结构系统具有与横磁触头系统相似的额定电流导通能力。

进一步的，本发明具有大短路电流开断能力：在开关处于分开状态时，由于纵磁导电系统中开有螺旋槽纵磁杯体的弹性变形，在触头打开的过程中，相对于横磁导电系统的触头盘，纵磁导电系统中的触头盘会有较大的来回抖动，从而纵磁导电系统触头盘分离在横磁触头盘分离之后，电弧将会在纵磁触头盘上引燃。电弧电流将会主要通过纵磁导电系统进行流通，产生较大的纵向磁场强度，从而具有与纵磁触头系统相似的短路电流开断能力。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为本发明横磁触头盘盘面的结构示意图；

图3为本发明纵磁触头盘盘面的结构示意图；

图4为本发明纵磁触头盘和横磁触头盘同轴线布置时的结构示意图。

其中，1为主导电杆；2为杯座；3为纵磁杯体；4为横磁导电杆；5横磁触头盘；6纵磁触头盘；7为折线槽；8为直线槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

参见图1至图4，本发明包括结构相同，且均设置于灭弧室中的阳极触头系统和阴极触头系统；其中，阳极触头系统和阴极触头系统中均包括设置在阳极一侧或阴极一侧的主导电杆1，主导电杆1的末端均安装有杯座2，杯座2上均设置有圆柱状结构的横磁导电系统以及圆环状结构的纵磁导电系统，横磁导电系统均套设在纵磁导电系统的圆环内；横磁导电系统与纵磁导电系统的电路特征为并联结构。主导电杆1、杯座2、横磁导电杆4均由铜制成；纵磁杯体3由不锈钢材料制成，横磁触头盘5与纵磁触头盘6均由铜铬合金制成。

如图1和图3所示，纵磁导电系统包括由不锈钢制成的圆环状结构的纵磁杯体3，纵磁杯体3安装在杯座2上，纵磁杯体3的末端安装有环状的纵磁触头盘6，纵磁杯体3与纵磁触头盘6的电路特征为串联结构。纵磁杯体3上开设有能够使纵磁杯体3产生纵向磁场及弹性形变的螺旋槽。螺旋槽线的个数可根据需要产生的纵向磁场强度的大小及纵磁杯体结构机械强度的要求进行合理选择，例如6、8、10、12条等；螺旋槽与水平线的夹角（螺旋线开槽角）可根据实际需要产生的纵向磁场强度的大小及纵磁杯体结构机械强度的要求进行合理选择，例如15度、18度、20度、27度等。纵磁触头盘6上开设有6～15条用于减小纵磁触头盘6上涡流的直线槽8，且直线槽8的个数与纵磁杯体3上螺旋槽的个数相同；直线槽8均匀分布在纵磁触头盘6上；直线槽可为径向布置或非径向布置，除了采用直线槽8之外，还可以在触头盘上采用减小涡流的其他措施。

如图4所示，横磁导电系统包括套设在纵磁杯体3内，并固定在杯座2上的横磁导电杆4，横磁导电杆4的末端安装有横磁触头盘5；横磁导电杆4与横磁触头盘5的电路特征为串联结构。横磁触头盘5与纵磁触头盘6同轴线布置；横磁触头盘5的外径小于纵磁触头盘6的内径，横磁触头盘5与纵磁触头盘6之间留有缝隙；纵磁触头盘6的外径与纵磁杯体3的外径相同。如图2所示，横磁触头盘5上开有用于产生横向磁场的折线槽7。折线槽7的形状为卐字型，横磁触头盘结构需要产生垂直与灭弧室轴线的磁场，因此，凡是能够产生横向磁场的触头盘结构均可。

本发明的工作原理及工作过程：

触头结构系统处于闭合状态时，在触头闭合力的作用下，纵磁杯体3将会发生弹性形变，从而触头闭合力将主要有横磁触头盘5承担，从而横磁触头盘5阴阳极间的接触电阻要小于纵磁触头盘6阴阳极间的接触电阻，且由图1可以看出电流流经横磁导系统的路径远小于流经纵磁导电系统的路径，从而横磁导电系统的体电阻小于纵磁导电系统的体电阻。综合以上两点，在闭合状态下电路电流主要通过横磁导电系统导通，从而具有较强的类似于横磁触头系统的额定电流导通能力。

触头结构系统在打开灭弧的过程中，由于纵磁杯体3的弹性形变，相对于横磁触头盘5，纵磁触头盘6在触头分离的过程中，会发生较大的来回抖动，从而会晚于横磁触头盘5分离，所以电弧会在触头盘6上引燃。在触头系统分离灭弧的过程中，电流路径将主要通过纵磁导电系统导通，从而具有较强的类似于纵磁触头系统的短路电流分断能力。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纵横复合型真空灭弧室触头结构，其特征在于：包括结构相同，且均设置于灭弧室中的阳极触头系统和阴极触头系统；其中，阳极触头系统和阴极触头系统中均包括设置在阳极一侧或阴极一侧的主导电杆(1)，主导电杆(1)的末端均安装有杯座(2)，杯座(2)上均设置有圆柱状结构的横磁导电系统以及圆环状结构的纵磁导电系统，横磁导电系统均套设在纵磁导电系统的圆环内；横磁导电系统与纵磁导电系统的电路特征为并联结构；

所述的纵磁导电系统包括由不锈钢制成的圆环状结构的纵磁杯体(3)，纵磁杯体(3)安装在杯座(2)上，纵磁杯体(3)的末端安装有环状的纵磁触头盘(6)，纵磁杯体(3)与纵磁触头盘(6)的电路特征为串联结构；

所述的纵磁杯体(3)上开设有能够使纵磁杯体(3)产生纵向磁场及弹性形变的螺旋槽，螺旋槽的个数为6～15个；

所述的纵磁触头盘(6)上开设有若干条用于减小纵磁触头盘(6)上涡流的直线槽(8)，且直线槽(8)的个数与纵磁杯体(3)上螺旋槽的个数相同；直线槽(8)均匀分布在纵磁触头盘(6)上；

所述的横磁导电系统包括套设在纵磁杯体(3)内，并固定在杯座(2)上的横磁导电杆(4)，横磁导电杆(4)的末端安装有横磁触头盘(5)；横磁导电杆(4)与横磁触头盘(5)的电路特征为串联结构；主导电杆(1)、杯座(2)、横磁导电杆(4)均由铜制成；横磁触头盘(5)与纵磁触头盘(6)均由铜铬合金制成；横磁触头盘(5)上开有用于产生横向磁场的折线槽(7)，折线槽(7)的形状为卐字型。

2.根据权利要求1所述的纵横复合型真空灭弧室触头结构，其特征在于：所述的螺旋槽与水平线的夹角为15°～27°。

3.根据权利要求1所述的纵横复合型真空灭弧室触头结构，其特征在于：所述的横磁触头盘(5)与纵磁触头盘(6)同轴线布置；横磁触头盘(5)的外径小于纵磁触头盘(6)的内径，横磁触头盘(5)与纵磁触头盘(6)之间留有缝隙；纵磁触头盘(6)的外径与纵磁杯体(3)的外径相同。