CN117954270B - 一种直流空气断路器的栅片灭弧室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流空气断路器的栅片灭弧室，涉及直流空气断路器领域，该栅片灭弧室内部间隔排列的灭弧栅片的排布结构和规格根据电弧在最大功率时刻的形状特点来设计，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片之间的平行间隔距离越小灭弧栅片朝向动静触头延伸距离越大，有利于加强早期圆弧形状的电弧外轮廓与灭弧栅片的相互作用，从而迅速建立电弧电压并有效提升限流效果，使得在电能输出最大时金属栅片延长部分能够更有效地切割电弧。避免电弧能量对绝缘栅片造成的烧蚀，减少了因烧蚀导致的灭弧栅片损耗。灭弧栅片的间距和高度的改进有利于引导电弧能够迅速进入并延展到更多的灭弧栅片上，缩短燃弧时间。

Description

一种直流空气断路器的栅片灭弧室

技术领域

本申请涉及直流空气断路器领域，尤其是一种直流空气断路器的栅片灭弧室。

背景技术

直流空气断路器拥有成熟的技术基础和丰富的应用经验，广泛应用于光伏发电、轨道交通、舰船、多电飞机、储能等领域。由于直流电力系统无自然过零点，直流空气断路器分断过程中系统的储能主要通过电弧来释放，且直流电力系统故障电流上升速率远快于交流系统，因此直流空气断路器如何能够在发生故障时实现快速可靠大容量分断成为了直流电力系统运行控制和保护的关键问题。

直流空气断路器的分断核心技术是以空气作为灭弧介质，在气流场和电磁场等多种物理场作用下，驱动电弧从触头向灭弧室快速转移，使电弧被充分拉长并被栅片切割，在栅片表面会形成近极压降并受到栅片冷却作用，从而使电弧电压超过系统电压、电流迫降至零，实现大电流分断。在直流电力系统容量不断增大的背景下，如何在短时间内快速增大电弧电压、迫使电流降低至零成为亟需解决的问题。此外，电弧趋于熄灭时灭弧室内气体的残余温度高，由此可能导致弧后的介质恢复强度低，易发生电弧背后击穿或者重燃引起开断失败的问题。此外，分断时触头和灭弧栅片的烧蚀现象严重，会减少直流空气断路器电寿命，增大维护保养成本。

随着直流电力系统电压电流等级不断提高，普通的基于全金属栅片的直流空气断路器难以完成可靠分断，目前有不少针对直流空气断路器的改进方案出现，主要有如下几种：诸如CN103794424A、CN210403640U、CN114141593A之类的专利提出了将金属栅片和绝缘栅片组合成混合灭弧栅片进行灭弧的做法，这种结构虽然可以提高直流空气断路器的分断能力，但还是会存在燃弧时间长的弊端，进一步引起栅片和电极过度烧蚀，增加维护保养的经济负担。除了上述对灭弧栅片的结构改进之外，还有一些专利提出了创新的灭弧室栅片布置方案，诸如CN114068212A、CN116013746A、CN116487236A之类的专利将传统的单片式结构改进为分离的前后/上下式多级栅片，诸如CN116313589A、CN115910717A的专利则将栅片组的按照“U”布置方式分布在灭弧室的上侧、左侧和右侧，以增加在有限空间内栅片的布置数量，但采用此类设计的断路器分断大容量电弧时，电弧在运动中按次序接触各个栅片组，电弧必须通过全部栅片才能有效分断，使得栅片充分切割电弧所需时间延长，切割栅片时间最长的栅片遭受重度烧蚀。因此现有的直流空气断路器仍然普遍存在燃弧时间长、限流速度慢、栅片烧蚀严重等问题。

发明内容

本申请针对上述问题及技术需求，提出了一种直流空气断路器的栅片灭弧室，本申请的技术方案如下：

一种直流空气断路器的栅片灭弧室，该栅片灭弧室包括相对设置的静触头和动触头，栅片灭弧室内安装有多个沿着跑弧道方向平行间隔设置的灭弧栅片，静触头和动触头所在位置构成起弧中轴线，多个灭弧栅片关于起弧中轴线对称布置，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片之间的平行间隔距离越小；

每个灭弧栅片由金属栅片和绝缘栅片组合而成，灭弧栅片的金属栅片一侧作为灭弧栅片的栅片下端靠近静触头和动触头设置，所有灭弧栅片的栅片下端基于基准安装直线进行安装，靠近起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端相对于基准安装直线朝向静触头和动触头突出并位于同一个圆弧包络线上，且圆弧包络线与功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧的共弦圆相匹配，其余灭弧栅片的栅片下端均在基准安装直线上。

其进一步的技术方案为，靠近起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端所在的圆弧包络线，是功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧关于基准安装直线的弦对应的一个共弦圆上的关于基准安装直线的弦的圆弧。

其进一步的技术方案为，多个灭弧栅片之间的平行间隔距离呈正态分布，每个灭弧栅片的位置对应于均值为μ、标准差为σ的正态分布概率密度函数的多个分位点，μ对应于起弧中轴线的位置。

其进一步的技术方案为，每个灭弧栅片均呈矩形片状结构，各个灭弧栅片的宽度和高度方向构成的矩形平面相互平行，灭弧栅片的厚度方向沿着跑弧道方向，静触头和动触头位于所有灭弧栅片的高度方向的下方；

每个灭弧栅片中的绝缘栅片的结构相同，每个绝缘栅片包括连接形成一体的上绝缘部和下绝缘部，上绝缘部的宽度与下绝缘部的宽度相等，上绝缘部的厚度大于下绝缘部的厚度而形成L型结构，下绝缘部的表面相对于上绝缘部的表面下凹形成容纳面；

每个灭弧栅片中的金属栅片嵌合安装在对应绝缘栅片的下绝缘部表面相对于上绝缘部形成的容纳面处，栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片的规格相同；栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片越靠近起弧中轴线，灭弧栅片中的金属栅片的高度越高。

其进一步的技术方案为，栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片的宽度与下绝缘部的宽度相等，金属栅片的高度与下绝缘部的高度相等，金属栅片的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度，金属栅片完全嵌入安装在下绝缘部表面的容纳面处，且金属栅片的下端面与下绝缘部的下端面齐平形成栅片下端；

栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片中的金属栅片包括连接形成一体的上导电部和下导电部，上导电部的宽度与下导电部的宽度相等，下导电部的厚度大于上导电部的厚度而形成L型结构；上导电部的宽度与下绝缘部的宽度相等，上导电部的高度与下绝缘部的高度相等，上导电部的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度，金属栅片的上导电部完全嵌入安装在下绝缘部表面的容纳面处；金属栅片的下导电部的厚度与绝缘栅片的上绝缘部的厚度相等，下导电部的下端面形成栅片下端；越靠近起弧中轴线的灭弧栅片中的金属栅片的下导电部的高度越高。

其进一步的技术方案为，每个灭弧栅片中的绝缘栅片在下绝缘部表面形成的容纳面，以及在金属栅片与容纳面的贴合面上分别设置匹配的卡接结构，每个灭弧栅片中的金属栅片嵌合安装下绝缘部表面的容纳面处时通过卡接结构匹配安装。

其进一步的技术方案为，每个灭弧栅片的栅片下端开设有栅片缺口，栅片缺口包括位于灭弧栅片的栅片下端中间位置的Y型缺口以及位于Y型缺口两侧的梯形缺口，两侧的梯形缺口的短边靠近Y型缺口。

本申请的有益技术效果是：

本申请公开了一种直流空气断路器的栅片灭弧室，该栅片灭弧室内部间隔排列的灭弧栅片的排布结构和规格根据电弧在最大功率时刻的形状特点来设计，灭弧栅片之间的平行间隔距离按照从起弧中轴线向两端逐渐非线性增长的特征排布，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片之间的平行间隔距离越小、灭弧栅片越朝向动静触头延伸，电弧在中间位置的灭弧栅片的时间最长、能量最大，所以加密中间位置的灭弧栅片并对其金属栅片向外延伸，而两侧的灭弧栅片切割电弧的时长短，电弧进入两侧的灭弧栅片时能量已减小，因此两侧的灭弧栅片排列稀疏且金属栅片无需向外延伸，形成的中间密集两侧稀疏且中间向外延伸的结构有利于加强早期圆弧形状的电弧外轮廓与灭弧栅片的相互作用，从而迅速建立电弧电压并有效提升限流效果，能够使得在电能输出最大时金属栅片延长部分能够更有效地切割电弧，且可以避免电弧能量对绝缘栅片造成的烧蚀，减少因烧蚀导致的灭弧栅片损耗。灭弧栅片的间距和高度的改进相互配合，有利于引导电弧能够迅速进入并延展到更多的灭弧栅片上，缩短燃弧时间。进一步采用正态分布规律排布更是进一步提供了精确的布局结构，更有利于提升限流效果，且无需在两侧增加栅片数量。

附图说明

图1是本申请一个实施例的栅片灭弧室的剖面示意图。

图2是图1剖面的正视图。

图3是本申请一个实施例中确定灭弧栅片的栅片下端所在圆弧包络线的示意图。

图4是一个仿真实例得到的电弧功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧的示意图。

图5是本申请一个实施例中的灭弧栅片的结构图及其爆炸示意图。

图6是本申请另一个实施例中的灭弧栅片的结构图及其爆炸示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种直流空气断路器的栅片灭弧室，主要契合电弧在直流真空断路器中的运动发展特征对栅片灭弧室中的灭弧栅片的结构做了优化，请参考图1和图2，该栅片灭弧室包括动触头1和静触头2，以及栅片灭弧室包括的一些其他常规结构，包括静侧跑弧道3、动侧跑弧道4、静侧引弧条5和动侧引弧条6以及灭弧罩7。灭弧罩7内部形成灭弧腔，动触头1和静触头2相对设置，静侧跑弧道3的一端与静触头2相连、静侧跑弧道3的另一端与静侧引弧条5相连，静侧引弧条5的另一端延伸至灭弧腔内的灭弧罩7的一个侧壁处，动侧跑弧道4的一端与动触头1配合，动侧跑弧道4的另一端与动侧引弧条6相连，动侧引弧条6的另一端延伸至灭弧腔内的灭弧罩7的另一个侧壁处。栅片灭弧室在灭弧腔内布设若干灭弧栅片8。该部分结构为栅片灭弧室的通用结构，该实施例不再展开描述，且图1和图2也以最简单的矩形栅片灭弧室的结构为例来说明，实际可能还有更多的结构变形，本申请对此不做限定。

基于栅片灭弧室的这种通用结构，动触头1和静触头2分离并产生电弧，然后产生的电弧从动静触头转移至两侧的静侧跑弧道3和动侧跑弧道4并进入灭弧腔，因此可以将静触头和动触头所在位置定义为起弧中轴线，电弧关于起弧中轴线对称向两侧转移，在实际应用时，该起弧中轴线一般也是整个栅片灭弧室的中轴线。电弧在电磁场和气流场的作用下弧柱上拱并形成类似圆弧的形状，电弧进入灭弧栅片后被切割拉长，电弧电压骤增，电流骤降，电弧功率先增大再减少，切割过程中电弧外轮廓仍近似符合圆弧形状，最终电弧电压超过系统电压，电流过零，电弧熄灭。

为了加快限流速度并缩短燃弧时间，本申请基于电弧的运动发展特征，以加强灭弧栅片与电弧的相互作用、使得灭弧栅片更有效的切割电弧为目标，对灭弧栅片的结构做出改进。为了方便描述，本申请建立虚拟三维坐标系Oxyz，以起弧中轴线为y轴方向，并定义静侧跑弧道3和动侧跑弧道4所在直线与空气的分界线处为y＝0的位置，以沿着跑弧道方向为x方向并定义起弧中轴线处的x＝0，并按照右手螺旋定则相应确定z方向，构建的虚拟三维坐标系如图1和图2所示。

栅片灭弧室内安装的多个灭弧栅片8沿着跑弧道方向也即沿着x方向平行间隔设置，多个灭弧栅片8关于起弧中轴线也即关于y方向对称布置。多个灭弧栅片8之间的平行间隔距离采用非均匀设计设计，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片8之间的平行间隔距离越小，灭弧栅片8之间的平行间隔距离从起弧中轴线向两端逐渐非线性增长，形成中间密集、两侧稀疏的排布结构，请参考图2。

进一步的，相邻两个灭弧栅片之间的平行间隔距离呈正态分布，也即不同的相邻灭弧栅片之间的平行间隔距离形成正态分布的钟形曲线。定义灭弧栅片8的总数量为N。任意第i个灭弧栅片切割电弧总时长T_i与该灭弧栅片沿着x方向的排布位置x_i存在相关关系，整数参数1≤i≤N，灭弧栅片切割电弧总时长是指灭弧栅片首次接触到电弧的时刻一直到电弧完全熄灭的时间间隔。灭弧栅片沿着x方向的排布位置x_i越靠近起弧中轴线，灭弧栅片的切割电弧总时长越长，两者之间的关系可近似采用高斯分布描述，也即其中，y₀取值为-500～500，A取值为1000～100000，μ对应于起弧中轴线的位置，基于取起弧中轴线处x＝0的设计也即有μ＝0，σ为标准差取25～400。每个灭弧栅片沿着x方向的排布位置x_i对应于均值为μ、标准差为σ的正态分布概率密度函数的N-1分位点，N-1个分位点的采样满足使排布位置x_i在正态分布概率密度函数p(x)的累积分布函数上等概率分布。在一个实际的例子中，灭弧栅片8的数量N的取值为20～200，相邻两个灭弧栅片之间的平行间隔距离为2～40mm。

灭弧栅片的平行间隔距离按照中间密集、两侧稀疏的方式排布，有利于加强早期圆弧形状的电弧外轮廓与灭弧栅片的相互作用，从而迅速建立电弧电压并有效提升限流效果。进一步采用正态分布规律排布更是进一步提供了精确的布局结构，更有利于提升限流效果，且无需在两侧增加栅片数量。

在此排布结构的优化基础上，本申请还进一步对灭弧栅片的结构做了改进，每个灭弧栅片由金属栅片和绝缘栅片组合而成，金属栅片采用铁磁性金属材料制成，绝缘栅片采用绝缘性能优良、耐电弧的产气材料制成。灭弧栅片的金属栅片一侧作为灭弧栅片的栅片下端靠近静触头和动触头设置，需要说明的是，本申请所指的栅片上端和栅片下端只是相对上下关系，并没有方位特指含义。

所有灭弧栅片8的栅片下端基于基准安装直线进行安装，传统设计中所有灭弧栅片8的规格都相同且所有灭弧栅片8的栅片上端都齐平、栅片下端都齐平。而在本申请中，灭弧栅片8的规格并不全部相等，灭弧栅片8的栅片上端齐平但栅片下端并不齐平，靠近起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端相对于基准安装直线朝向静触头和动触头突出，远离起弧中轴线的两侧的其余灭弧栅片的栅片下端均在基准安装直线上，请参考图2所示，靠近起弧中轴线密集排布的若干个灭弧栅片相对于基准安装直线向外延伸而更靠近动静触头。在本申请这种结构中，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片的高度更高且更早接触到电弧，而保留所有灭弧栅片的栅片上端齐平有利于防止飞弧现象、避免分断失败。

栅片下端向触头延伸的灭弧栅片是电弧达到最大功率时参与切割的灭弧栅片，因此这些栅片下端向触头延伸的灭弧栅片的数量和延伸特征根据功率达到最大值时刻的电弧形状特征来进行设计。在一个实例中，灭弧栅片的总数量为20～200片，则相应的栅片下端向触头延伸的灭弧栅片的数量为10～80片。

这些灭弧栅片的栅片下端向触头延伸的距离并不相等，这些灭弧栅片的栅片下端位于同一个圆弧包络线上，且该圆弧包络线与功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧的共弦圆相匹配。具体是指，靠近起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端所在的圆弧包络线，是功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧关于基准安装直线的弦对应的一个共弦圆上的关于基准安装直线的弦的圆弧。

请参考图3所示的示意图，首先根据电弧功率波形找到最大功率时刻，然后确定电弧功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧为P₂P₄P₃，该电弧轮廓圆弧P₂P₄P₃在以P₁为圆心、R为半径的圆上，该电弧轮廓圆弧P₂P₄P₃在基准安装直线上的弦为弦AB。则功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧关于基准安装直线的弦对应的一个共弦圆以Q₁为圆心、R为半径，该共弦圆即为关于基准安装直线的弦也为弦AB，该共弦圆关于弦AB的圆弧即为圆弧包络线AQ_4B。

常见的确定电弧轮廓圆弧的方法有仿真模拟电弧形态、在实验中用高速相机拍摄、根据栅片灭弧室整体结构推算等，得到电弧功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧，比如在一个实例中的电弧轮廓圆弧如图4中的绿色轮廓所示，其外轮廓即图3中的电弧轮廓圆弧为P₂P₄P₃，根据图中的几何关系即可计算确定圆心P₁和半径R，圆心P₁基本是位于起弧中轴线上的也即其x坐标圆心在误差范围内为0、y坐标结合半径实际计算得到。根据实际实验确定，半径R的取值范围为25mm～1000mm，圆心P₁的x坐标的取值范围为-10mm～10mm，圆心P₁的y坐标的取值范围为10mm～400mm。由此确定的共弦圆的圆心Q1的x坐标与圆心P₁的x坐标相同，圆心Q₁的x坐标圆心在误差范围内为0，实际取值范围为-10mm～10mm，圆心Q₁的y坐标的取值范围为100mm～800mm。相应的确定的圆弧包络线AQ₄B与基准安装直线之间的距离范围为0mm～300mm，也即灭弧栅片的栅片下端相对于基准安装直线向动静触头延伸距离范围为0mm～300mm。

在一个实施例中，每个灭弧栅片8均呈矩形片状结构，各个灭弧栅片8的宽度和高度方向构成的矩形平面相互平行，灭弧栅片8的厚度方向沿着跑弧道方向。也即灭弧栅片8的宽度方向沿着z方向、高度方向沿着y方向、厚度方向沿着x方向。静触头和动触头位于所有灭弧栅片的高度方向的下方。

每个灭弧栅片8中的绝缘栅片81的结构相同，每个绝缘栅片81包括连接形成一体的上绝缘部81a和下绝缘部81b，上绝缘部81a的宽度与下绝缘部81b的宽度相等，上绝缘部81a的厚度大于下绝缘部81b的厚度而形成L型结构。下绝缘部81b的表面相对于上绝缘部81a的表面下凹形成容纳面。

每个灭弧栅片8中的金属栅片嵌合安装在对应绝缘栅片的下绝缘部表面相对于上绝缘部形成的容纳面处，分两种情况：

(1)栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片82的规格相同，金属栅片82完全嵌合安装在绝缘栅片81的下绝缘部81b表面的容纳面处，请参考图5的示意图。栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片82的宽度与下绝缘部81b的宽度相等，金属栅片82的高度与下绝缘部81b的高度相等，金属栅片82的厚度与下绝缘部81b的厚度之和等于上绝缘部的厚度，金属栅片82完全嵌入安装在下绝缘部81b表面的容纳面处，且金属栅片82的下端面与下绝缘部81b的下端面齐平形成栅片下端。这类灭弧栅片在安装时，灭弧栅片的栅片下端在基准安装直线上。

(2)栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片的金属栅片83的规格不完全相同，越靠近起弧中轴线，灭弧栅片中的金属栅片的高度越高，因此相对基准安装直线外延的长度越大。如图6所示，栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片中的金属栅片83包括连接形成一体的上导电部83a和下导电部83b，上导电部83a的宽度与下导电部83b的宽度相等，下导电部83b的厚度大于上导电部83a的厚度而形成L型结构。上导电部83a的宽度与下绝缘部81b的宽度相等，上导电部83a的高度与下绝缘部81b的高度相等，上导电部83a的厚度与下绝缘部81b的厚度之和等于上绝缘部81a的厚度，金属栅片83的上导电部83a完全嵌入安装在下绝缘部81b表面的容纳面处。

金属栅片83的下导电部83b的厚度与绝缘栅片81的上绝缘部81a的厚度相等，下导电部83b的下端面形成栅片下端。这类灭弧栅片在安装时，灭弧栅片的绝缘栅片的下端面在基准安装直线上，则下导电部83b相对于基准安装直线外延，且越靠近起弧中轴线的灭弧栅片中的金属栅片的下导电部83b的高度越高。

在本申请这种结构的栅片灭弧室中，如图4所示的仿真示意图，电弧轮廓圆弧是向上拱起的圆形轮廓结构，所以实际上是中间位置的灭弧栅片先接触到电弧轮廓圆弧，由于灭弧栅片的排布形式是中间密集两边稀疏，因此相较于传统的平行等间距且栅片下端齐平的结构，这种方式增加了中间位置灭弧栅片的数量，可以提早增大电弧电压，限制电弧电流。如图5所示的栅片结构中，电弧直接进入时能量很大，会导致灭弧栅片烧蚀甚至失效，而本申请中间位置排布密集的灭弧栅片的金属栅片相对于绝缘栅片的下端外延，可以有效起到缓冲限流的作用，越靠近起弧中轴线的灭弧栅片越靠近动静触点，使得在电能输出最大时金属栅片延长部分能够更有效地切割电弧。避免电弧能量对绝缘栅片造成的烧蚀，减少了因烧蚀导致的灭弧栅片损耗。另外这些靠近起弧中轴线的灭弧栅片通过延长金属栅片的方式来延伸长度，使得电弧在最初完全与金属栅片接触，从而更有利于引导电弧，迅速进入并延展到更多的灭弧栅片上缩短燃弧时间。但如果所有的灭弧栅片的金属栅片都相对于绝缘栅片的下端进行同等程度的外延，那又会导致电弧过早进入灭弧栅片，长度较短，电弧电流较大，容易造成灭弧栅片的更多烧蚀。所以本申请进一步的设计不同位置的灭弧栅片的栅片下端外延程度不同，使得中间位置的灭弧栅片的栅片下端外延位于与电弧轮廓圆弧的共弦圆相匹配的圆弧包络线上的结构，这种结构保证了电弧在进入灭弧栅片后可以迅速分散并延展到更多灭弧栅片上，从而可以减少电弧对单个灭弧栅片的烧蚀，起到逐级限流的效果，最终实现加强限流效果、减少烧蚀、提高分段性能的效果。

不管是上述哪种结构的灭弧栅片，每个灭弧栅片中的绝缘栅片在下绝缘部表面形成的容纳面，以及在金属栅片与容纳面的贴合面上分别设置匹配的卡接结构，比如在一个面上设置卡槽、在另一个上对应位置设置凸起，每个灭弧栅片中的金属栅片嵌合安装下绝缘部表面的容纳面处时通过卡接结构匹配安装，从而保证绝缘栅片和金属栅片之间紧密连接。

另外，每个灭弧栅片的栅片下端开设有栅片缺口，电弧沿灭弧栅片表面运动时会先进入栅片缺口，栅片缺口的存在可以引导电弧在灭弧栅片中的运动，并增大电弧与灭弧栅片的接触面积。

本申请中的栅片缺口包括位于灭弧栅片的栅片下端中间位置的Y型缺口84以及位于Y型缺口两侧的梯形缺口85，两侧的梯形缺口85的短边靠近Y型缺口84，这种结构对于引导电弧在灭弧栅片中的运动以及增大接触面积有较好的效果。对于如图5所示的栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片82，这种情况下金属栅片82和绝缘栅片81齐平构成栅片下端，因此可以从图5的爆炸结构看出，金属栅片82和绝缘栅片81上都开设对齐的栅片缺口。而对于如图6所示的栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片中的金属栅片83，这种情况下金属栅片83的下导电部83b相对于绝缘栅片外延，因此可以从图6的爆炸结构看出，金属栅片83的下导电部83b上开设栅片缺口。

在实际应用时，栅片灭弧室的灭弧腔沿着x方向的宽度为300mm～800mm、沿着y方向的高度为200mm～700mm，动静触头居中布置，因此起弧中轴线一般就可以认为是栅片灭弧室的竖直中轴线。栅片灭弧室内布置的灭弧栅片的总数为20～100片，占据栅片灭弧室中部宽约20mm～780mm的区域。

每个灭弧栅片沿着y方向的高度为100mm～500mm、沿着z方向的宽度为20mm～300mm、沿着x方向的厚度为2mm～10mm。灭弧栅片之间的平行间隔距离为2mm～20mm。所有灭弧栅片的栅片下端与跑弧道所在水平线的距离为20mm～500mm。栅片灭弧室中间部分的10～80片灭弧栅片朝向动静触头延伸。

其中，绝缘栅片的上绝缘部的厚度为2mm～10mm、高度为20mm～500mm。绝缘栅片的下绝缘部的厚度为1mm～4mm、高度为20mm～400mm。

如图5中的金属栅片的高度与绝缘栅片的下绝缘部的高度相等为20mm～400mm、厚度为1mm～6mm，金属栅片的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度。

如图6中的金属栅片的上导电部的高度与绝缘栅片的下绝缘部的高度相等为20mm～400mm、厚度为1mm～6mm，金属栅片的上导电部的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度。金属栅片的下导电部的高度为0mm～300mm、厚度与绝缘栅片的上绝缘部的厚度相等为2mm～10mm。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本申请不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本申请的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流空气断路器的栅片灭弧室，其特征在于，所述栅片灭弧室包括相对设置的静触头和动触头，所述栅片灭弧室内安装有多个沿着跑弧道方向平行间隔设置的灭弧栅片，所述静触头和动触头所在位置构成起弧中轴线，多个灭弧栅片关于所述起弧中轴线对称布置，越靠近所述起弧中轴线的灭弧栅片之间的平行间隔距离越小；

每个灭弧栅片由金属栅片和绝缘栅片组合而成，所述灭弧栅片的金属栅片一侧作为所述灭弧栅片的栅片下端靠近所述静触头和动触头设置，所有灭弧栅片的栅片上端基于基准安装直线进行安装，靠近所述起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端相对于所述基准安装直线朝向所述静触头和动触头突出并位于同一个圆弧包络线上，且所述圆弧包络线与功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧的共弦圆相匹配，其余灭弧栅片的栅片下端均在所述基准安装直线上。

2.根据权利要求1所述的栅片灭弧室，其特征在于，靠近所述起弧中轴线的若干个灭弧栅片的栅片下端所在的圆弧包络线，是功率达到最大值时刻的电弧轮廓圆弧关于所述基准安装直线的弦对应的一个共弦圆上的关于所述基准安装直线的弦的圆弧。

3.根据权利要求1所述的栅片灭弧室，其特征在于，多个灭弧栅片之间的平行间隔距离呈正态分布，每个所述灭弧栅片的位置对应于均值为、标准差为的正态分布概率密度函数的多个分位点，对应于所述起弧中轴线的位置。

4.根据权利要求1所述的栅片灭弧室，其特征在于，

每个灭弧栅片均呈矩形片状结构，各个灭弧栅片的宽度和高度方向构成的矩形平面相互平行，灭弧栅片的厚度方向沿着跑弧道方向，静触头和动触头位于所有灭弧栅片的高度方向的下方；

每个灭弧栅片中的绝缘栅片的结构相同，每个绝缘栅片包括连接形成一体的上绝缘部和下绝缘部，上绝缘部的宽度与下绝缘部的宽度相等，上绝缘部的厚度大于下绝缘部的厚度而形成L型结构，所述下绝缘部的表面相对于所述上绝缘部的表面下凹形成容纳面；

每个灭弧栅片中的金属栅片嵌合安装在对应绝缘栅片的下绝缘部表面相对于上绝缘部形成的容纳面处，栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片的规格相同；栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片越靠近所述起弧中轴线，所述灭弧栅片中的金属栅片的高度越高。

5.根据权利要求4所述的栅片灭弧室，其特征在于，

栅片下端位于基准安装直线上的各个灭弧栅片中的金属栅片的宽度与下绝缘部的宽度相等，金属栅片的高度与下绝缘部的高度相等，金属栅片的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度，金属栅片完全嵌入安装在下绝缘部表面的容纳面处，且金属栅片的下端面与下绝缘部的下端面齐平形成栅片下端；

栅片下端位于圆弧包络线上的各个灭弧栅片中的金属栅片包括连接形成一体的上导电部和下导电部，上导电部的宽度与下导电部的宽度相等，下导电部的厚度大于上导电部的厚度而形成L型结构；上导电部的宽度与下绝缘部的宽度相等，上导电部的高度与下绝缘部的高度相等，上导电部的厚度与下绝缘部的厚度之和等于上绝缘部的厚度，金属栅片的上导电部完全嵌入安装在下绝缘部表面的容纳面处；金属栅片的下导电部的厚度与绝缘栅片的上绝缘部的厚度相等，下导电部的下端面形成栅片下端；越靠近所述起弧中轴线的灭弧栅片中的金属栅片的下导电部的高度越高。

6.根据权利要求4所述的栅片灭弧室，其特征在于，每个灭弧栅片中的绝缘栅片在下绝缘部表面形成的容纳面，以及在金属栅片与所述容纳面的贴合面上分别设置匹配的卡接结构，每个灭弧栅片中的金属栅片嵌合安装下绝缘部表面的容纳面处时通过所述卡接结构匹配安装。

7.根据权利要求1所述的栅片灭弧室，其特征在于，每个灭弧栅片的栅片下端开设有栅片缺口，所述栅片缺口包括位于所述灭弧栅片的栅片下端中间位置的Y型缺口以及位于所述Y型缺口两侧的梯形缺口，两侧的梯形缺口的短边靠近Y型缺口。