CN112768288B - 一种真空断路器的斥开装置及真空断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空断路器的斥开装置及真空断路器，其中斥开装置包括真空灭弧室和斥开机构，真空灭弧室具有动导电杆和与之配合的静触头，斥开机构包括相向设置的定母排和动母排，以及电连接定母排和动母排的导电件，所述动母排固设于动导电杆上，动导电杆上的电流从动母排通过导电件流向定母排，且导电件上的电流方向与动导电杆上的电流方向相反；当故障电流流经所述斥开机构时，该斥开机构产生将动导电杆往远离静触头方向推离的斥力，该斥力使真空灭弧室的动导电杆和静触头分离，以解决现有的断路器在电路存在故障电流时分闸响应慢的问题。

Description

一种真空断路器的斥开装置及真空断路器

技术领域

本发明涉及断路器领域，具体是涉及一种真空断路器的斥开装置及真空断路器。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。现有的真空断路器通常由真空灭弧室、电磁操作机构和连杆装置组成，电磁操作机构通过连杆装置来控制真空灭弧室的开合。

在电路存在故障电流时，为了避免故障电流对回路中其他设备造成损害，真空断路器会串联设置一个脱扣装置来自动切断主电路，现有的真空脱扣装置一般为电磁脱扣或者双金脱扣，但这些脱扣装置的响应速度通常都超过5ms。特别是对于应用在限流型支路上的真空断路器，在电路存在故障电流时希望能够更快的将主电路断开，以保护回路中的其他设备。

另外，当电路存在故障电流时(例如短路，电路中的电流会从几百安培瞬间爬高至几千安培甚至几十千安培)，真空灭弧室的动、静触头之间产生的斥力(霍姆力)会将动、静触头斥开，动、静触头斥开后，电路断开、霍姆力消失，而在触头弹簧的压力作用下动、静触头又闭合，因此动、静触头之间会出现持续拉弧现象，从而导致动、静触头烧坏。

发明内容

本发明旨在提供一种真空断路器的斥开装置，以解决现有的断路器在电路中存在故障电流时分闸响应慢的问题。

具体方案如下：

一种真空断路器的斥开装置，包括真空灭弧室和斥开机构，所述真空灭弧室具有动导电杆和与之配合的静触头，所述斥开机构包括相向设置的定母排和动母排，以及电连接定母排和动母排的导电件，所述动母排固设于动导电杆上，动导电杆上的电流从动母排通过导电件流向定母排，且导电件上的电流方向与动导电杆上的电流方向相反；

当故障电流流经所述斥开机构时，该斥开机构产生推动所述动导电杆往远离静触头方向运动的斥力，该斥力使真空灭弧室的动导电杆和静触头分离。

进一步的，包括至少一对导电件，每对导电件分别位于所述动导电杆相对两侧上。

进一步的，所述导电件的中部具有往动导电杆方向凸设的弯曲部，故障电流流经该导电件时，该导电件与动导电杆之间产生的斥力使该导电件的弯曲部往外张开，该导电件的弯曲部往外张开产生推动所述动母排往远离定母排方向运动的推力。

进一步的，所述导电件为片状的连接片，所述连接片的两端分别固接于所述定母排和动母排相向的面上。

进一步的，所述连接片由位于两端的固定端以及连接两固定端的形变段组成，所述形变段的截面为仅具有一反曲点的连续段。

进一步的，所述连接片的两固定端大致平行设置。

进一步的，所述连接片的形变段的截面以反曲点为中心对称设置。

进一步的，所述连接片的形变段的截面为“C”字形。

进一步的，所述定母排的中部具有供动导电杆穿过且不与该动导电杆接触的让位通孔，所述动母排的中部套接固定于动导电杆上且与该动导电杆电接触。

进一步的，所述真空灭弧室的出线端与定母排的连接处位于定母排的旁侧上。

进一步的，所述真空灭弧室的出线端与定母排的连接处位于两连接片与定母排的连接处之间的大致中心位置。

进一步的，还包括一固定机构，在所述斥开机构流经故障电流而使回路断开时，所述动导电杆被该固定机构固定而维持与静触头分离。

进一步的，所述固定机构包括固设于动导电杆上的运动件以及被定位安装的固定件，所述运动件和固定件上分别具有能够相互配合固定的固定部和被固定部的其一。

进一步的，所述动导电杆的自由端上还连接有触头弹簧座，该触头弹簧座具有相向设置的上座体和下座体，所述运动件固设于下座体上，所述固定件固设于上座体上。

进一步的，所述运动件为所述下座体，所述固定件为枢设于上座体上的卡勾，所述固定部为所述卡勾的卡扣部，所述被固定部为位于所述下座体上的卡口。

进一步的，所述固定机构还包括定位设置于卡勾旁侧的复位件，该复位件与卡勾相向的端部具有相互配合的导向面，所述卡勾朝向复位件运动时，该卡勾通过该导向面实现卡扣部从卡口内脱扣。

本发明还提供了一种具有上述任一所述的斥开装置的真空断路器。

本发明提供的斥开装置与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的斥开装置在回路中存在故障电流时，该斥开机构产生的斥力能够迅速的将回路断开，可以实现1～2ms的响应速度，大大提高了分闸的响应速度。

附图说明

图1示出了斥开装置的示意图。

图2示出了斥开装置在一视图方向上的剖视图。

图3示出了图2中A处的放大图。

图4示出了电流在斥开机构中的流向示意图。

图5示出了连接片的一种示意图。

图6示出了连接片的另一种示意图。

图7示出了斥开装置在另一视图方向上的剖视图。

图8示出了图7中B处的放大图。

图9示出了电流在动母排上的流向示意图。

图10示出了电流在定母排上的流向示意图。

图11示出了斥开装置的主视图。

图12示出了图11中C处的放大图。

图13示出了电流在斥开机构中的流向示意图。

图14示出了具有斥开装置的真空断路器的示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-图14所示的，本实施例提供了一种真空断路器中的斥开装置，本实施例中以该斥开装置包括真空灭弧室1和斥开机构2。

真空灭弧室1包括了绝缘外壳10、动导电杆11和静导电杆12，动导电杆11和静导电杆12相向设置的端面上分别具有相互配合设置的动触头110和静触头120，动导电杆11的自由端上通过触头弹簧座13和分合闸操作机构的绝缘拉杆14连接。

斥开机构2包括定母排20、动母排21以及导电件，本实施例中以导电件为导电的两连接片22为例来进行说明。其中，定母排20和动母排21相向设置，动母排21固设于动导电杆11上，连接片22电连接定母排20和动母排21，以使动导电杆11上的电流从动母排21通过连接片22流向定母排20，且使两连接片22上的电流方向都与动导电杆11上的电流方向相反，从而使得每一连接片22和动导电杆11之间产生斥力。

在电路中存在故障电流时，连接片22与动导电杆11之间产生的斥力能够使真空灭弧室1的动导电杆11快速动作而使真空灭弧室1的动、静触头分离，从而将主回路切断。其通过斥开机构2的连接片22和动导电杆11之间产生的斥力将回路断开，可以实现1～2ms的响应速度，相对于现有的脱扣装置，大大提高了分闸的响应速度。

斥开机构2包括并排设置的定母排20、动母排21，以及连接定母排20和动母排21的一对连接片22。其中，定母排20被固定安装于第一安装对象上，本实施例中的第一安装对象为真空灭弧室1，以使该斥开机构2能够直接安装于真空灭弧室1上，以和真空灭弧室1形成整体结构，便于真空灭弧室1和该斥开机构的整体装配。

该定母排20的中部具有供动导电杆11穿过且不与其接触的让位通孔200。动母排21的中部套接固接于动导电杆11上，并且与动导电杆11之间是电接触的。连接片22是由导电且具有一定刚性和弹性的材料制成的，可以由诸如钢片、铜片等材料制成，而从成本以及导电性上的考量，连接片22优选为簧片电极。一对连接片22均设置于定母排20以及动母排21之间，且位于动导电杆11相对两侧上，连接片22的两端分别连接于定母排20和动母排21上，且每一连接片22的中部均具有往另一连接片方向凸设的弯曲部。其中，一对连接片22优选对称设置于动导电杆11的相对两侧上，以使两连接片22电流通过时对动母排21的作用力是相对均衡的，有利于动母排21的动作。

本实施例中的斥开机构还包括了一固定机构3，该固定机构3在斥开机构2流经故障电流而使回路断开时，真空灭弧室的动导电杆11被该固定机构3固定而阻止其回落，保证动触头110不会被触头弹簧座13内的弹簧的压力下与静触头120重新闭合以确保其维持住分闸的状态。

固定机构3包括固设于动导电杆11上的运动件30以及被定位安装于第二安装对象上的固定件31(本实施例中的第二安装对象为连杆装置的绝缘拉杆14)，运动件30和固定件31上分别具有能够相互配合设置的固定部和被固定部的其一。本实施例中的固定部为位于固定件31上的卡扣部310，被固定部为位于运动件30上的的卡口300。

参考图4，本实施例提供的斥开装置的电流流向示意图如图4中的箭头方向所示。电流从动导电杆11流向固定于动导电杆11上的动母排21，再经由两连接片22流至定母排20上，最后从定母排20流出。电流流经两连接片22时会产生洛伦兹力，由于流经连接片22的电流方向与动导电杆11上的电流方向是相反的，因此连接片22和动导电杆11之间产生的电动力的方向是相反的，即连接片22与动导电杆11之间产生斥力FL，并且由于连接片22具备一定的刚性，而定母排20是固定的，因此连接片22与动导电杆11之间产生斥力FL会使得该连接片22的弯曲部往外张开，从而将动母排21顶起，即斥力FL的合力F为使动导电杆11实现分闸动作的力。这里的连接片22的刚性需满足在斥力FL的作用下，该连接片22的弯曲部能够维持其朝向另一连接片22凸设，而不会被斥力FL破坏，以使该连接片22能够在斥力FL的作用下维持对动母排21的推力(分闸时，弯曲部往外张开而将动母排21推离定母排20)。相应的，定母排20和动母排21上流经的电流也存在方向相反的情况，因此定母排20和动母排21之间也存在一定的斥力。

当回路中的电流处于正常状态时，回路中的电流较小(通常情况下不超过1000安培)，此时连接片22与动导电杆11之间产生的斥力FL、以及定母排20和动母排21之间的斥力的合力F较小，该合力F并不足以克服触头弹簧产生的压力而使动、静触头实现分闸，因此，真空灭弧室1处于合闸状态。

而当回路中存在故障电流时(例如短路)，回路中的电流急剧增大(增至几千安培甚至几十千安培)，根据毕奥-萨法尔定律(Biot-Savart Law)，连接片22与动导电杆11之间产生的斥力FL可由下列公式大致计算而得。

其中，μ₀为连接件的磁导率，I₁、I₂分别为流经动导电杆11和连接片22的电流，L为连接片22的长度，d为连接片22与动导电杆11之间的间距，Kc为连接片22的截面系数。

由上述公式可知，连接片22与动导电杆11之间产生的斥力FL与电流之间的关系大致为平方的关系，因此当回路中存在故障电流时，连接片22与动导电杆11产生的斥力FL足以克服触头弹簧产生的压力而使动母排21带动动导电杆11往远离定母排20方向运动一定的距离(不小于1mm)而使动、静触头分闸(此时定母排20和动母排21之间的斥力也增大)。同时，动导电杆11上的运动件30随动导电杆11同步运动，而使固定件31上的卡扣部310卡入至运动件30的卡口内，而将动导电杆11维持在分闸状态，以防止回路断开后，斥力FL消失而使动导电杆11在触头弹簧的压力作用下合闸。因此本实施例中的斥开装置可以在回路中存在故障电流时，通过斥开机构2之间产生的斥力能够迅速的将回路断开，大大提高了分闸的响应速度，其可以实现1～2ms的响应速度，而固定机构3则可以维持其分闸状态，避免动、静触头持续拉弧的发生，即避免了动、静触头因持续拉弧而烧坏。

作为本实施例的一优选实施方案，参考图5和图6，连接片22由位于两端的固定端220a、220b以及连接两固定端220a、220b的形变段221组成。两固定端220a和220b分别与定母排20和动母排21固定并导通(本实施例中采用焊接的方式固定)，而形变段221的截面为仅具有一反曲点的连续段，其可以是如图5所示的截面为大致C字形的连续弧形，或者是如图6所示的单折线结构，以使形变段221在动母排21和定母排20间距固定情况下具有更大的变形量。

其中，形变段221的截面更优选为呈大致C字形的连续弧形，其相对单折线结构更不易产生金属疲劳，而且此时连接片22的两固定端220a、220b之间大致平行设置，因此也会具有方向相反的电流，从而加大定母排20和动母排21之间的斥力。

优选的，连接片22的固定端220b与动母排21的连接处分别位于动母排21的相对两端上，因此形变段221往外张开是对动母排21的作用力也位于动母排21的相对两端上，使得形变段221具有更多的形变空间，从而有利于将动母排21顶起。

另一优选的，连接片22的形变段221在动母排21和定母排20之间对称设置，斥力FL以连接片22的形变段221张开时产生的力更有利于将动母排21顶起。

作为本实施例的一优选实施方案，参考图7-图8，该真空灭弧室1的出线端15与定母排20的连接处位于定母排20的旁侧上，以减小动母排21和定母排20上出现平行同向电流的概率。其中更优选的是，出线端15与定母排20的连接处位于两连接片22与定母排20焊接处之间大致中心位置。

具体的，参考图9和图10，其中图9为动导电杆11的电流从动母排21流向两连接片22的简单示意图。图10为两连接片22的电流从定母排流向出线端15的简单示意图。从图9和图10中可以看出，动母排21和定母排20上电流方向少有平行同向的电流，因此可以大大减小因动母排21和定母排20上平行同向的电流而产生的相互吸力，且和具有反向的电流，因此动母排21和定母排20之间也具有一定的斥力，以确保故障电流流经该斥开机构时产生的斥力能够将回路断开。

作为本实施例的一优选实施方案，本实施例中的固定机构3的运动件30和固定件31均借助现有真空灭弧室的触头弹簧座13结构来辅助实现。参考图1、图3、图12和图13，本实施例中触头弹簧座13包括下座体130和上座体131，触头弹簧座13内的触头弹簧112以压缩的状态位于下座体130和上座体131之间，且下座体130和上座体131之间相互对拉而相互固定。其中，下座体130固设于动导电杆11上，以使下座体130能够随动导电杆11同步运动，而为了结构简化，本实施例中的该下座体130即作为固定机构3中的运动件30。相应的，运动件30上的卡口300也直接开设在下座体130的两侧板上。固定件31为安装在上座体131上的卡勾31’，卡勾31’通过转轴枢接于上座体131上，且其在扭簧32的作用下，卡勾31’下端的卡扣部310紧贴于下座体130的侧板上。

当回路中存在故障电流时，连接片22驱动动导电杆11进行分闸运动，下座体130则随动导电杆11同步运动，从而使得下座体130往卡勾31’方向运动，卡勾31’在扭簧32的扭力作用下，使卡扣部310卡入至卡口300内，而将下座体130勾住，使得动导电杆11不会回落，维持其分闸状态。

优选的，该固定机构3还包括定位设置于卡勾31’旁侧的复位件33，该复位件33的末端与卡勾31’上端具有相互配合的导向面，在分合闸操作机构进行分闸操作时，分合闸操作机构拉动绝缘拉杆14往远离动导电杆11的方向运动，此时上座体随绝缘拉杆14运动而靠近复位件33，在相互配合的导向面作用下，卡勾31’脱扣，下座体130和动导电杆11回复至原位，而此时分合闸操作机构已经进行了分闸操作，因此动导电杆11仍维持分闸状态。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种真空断路器的斥开装置，其特征在于：包括真空灭弧室和斥开机构，所述真空灭弧室具有动导电杆和与之配合的静触头，所述斥开机构包括相向设置的定母排和动母排，以及电连接定母排和动母排的导电件，所述动母排固设于动导电杆上，动导电杆上的电流从动母排通过导电件流向定母排，且导电件上的电流方向与动导电杆上的电流方向相反；

当故障电流流经斥开机构时，该斥开机构产生将动导电杆往远离静触头方向推离的斥力，该斥力使真空灭弧室的动导电杆和静触头分离；

所述定母排的中部具有供动导电杆穿过且不与该动导电杆接触的让位通孔，所述动母排的中部套接固定于动导电杆上且与该动导电杆电接触。

2.根据权利要求1所述的斥开装置，其特征在于：包括至少一对导电件，每对导电件分别位于所述动导电杆相对两侧上，每一导电件的中部均具有往动导电杆方向凸设的弯曲部，故障电流流经该导电件时，该导电件与动导电杆之间产生的斥力使该导电件的弯曲部往外张开，该导电件的弯曲部往外张开产生将动母排往远离定母排方向推离的推力。

3.根据权利要求2所述的斥开装置，其特征在于：所述导电件为片状的连接片，所述连接片的两端分别固接于所述定母排和动母排相向的面上。

4.根据权利要求3所述的斥开装置，其特征在于：所述连接片由位于两端的固定端以及连接两固定端的形变段组成，所述形变段的截面为仅具有一反曲点的连续段。

5.根据权利要求4所述的斥开装置，其特征在于：所述连接片的两固定端大致平行设置，所述连接片的形变段的截面以反曲点为中心对称设置。

6.根据权利要求5所述的斥开装置，其特征在于：所述连接片的形变段的截面为大致“C”字形结构。

7.根据权利要求1所述的斥开装置，其特征在于：所述真空灭弧室的出线端与定母排的连接处位于定母排的旁侧上。

8.根据权利要求7所述的斥开装置，其特征在于：所述真空灭弧室的出线端与定母排的连接处位于两连接片与定母排的连接处之间的大致中心位置。

9.根据权利要求1所述的斥开装置，其特征在于：还包括一固定机构，在所述斥开机构流经故障电流而使回路断开时，所述动导电杆被该固定机构固定维持与静触头分离。

10.根据权利要求9所述的斥开装置，其特征在于：所述固定机构包括固设于动导电杆上的运动件以及被定位安装的固定件，所述运动件和固定件上分别具有能够相互配合固定的固定部和被固定部的其一。

11.根据权利要求10所述的斥开装置，其特征在于：所述动导电杆的自由端上还连接有触头弹簧座，该触头弹簧座具有相向设置的上座体和下座体，所述运动件固设于下座体上，所述固定件固设于上座体上。

12.根据权利要求11所述的斥开装置，其特征在于：所述运动件为所述下座体，所述固定件为枢设于上座体上的卡勾，所述固定部为所述卡勾的卡扣部，所述被固定部为位于所述下座体上的卡口。

13.根据权利要求12所述的斥开装置，其特征在于：所述固定机构还包括定位设置于卡勾旁侧的复位件，该复位件与卡勾相向的端部具有相互配合的导向面，所述卡勾朝向复位件运动时，该卡勾通过该导向面实现卡扣部从卡口内脱扣。

14.一种真空断路器，其特征在于：包括如权利要求1-13任一所述的斥开装置。