專利名稱：一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統的制作方法
一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統方法
技術領域：
本發明涉及斷路器技術領域，特別涉及一種低壓塑殼斷路器，它能防止開斷過程電弧產生的向后氣流，增強氣吹滅弧，提高斷路器的開斷性能。背景技術：
塑殼斷路器是一種限流式的低壓斷路器，用于工業用低壓電力配電系統和電動機或其它用電設備電路中。在這些系統中，塑殼斷路器能夠確保各種使用者所要求的額定負載下的接通和斷開，在任何異常狀態下自動斷開電路(例如過載和短路)，以及通過將動、靜觸頭分開來使負載完全與電源隔離。
塑殼斷路器分斷短路電流的限流開斷功能是依靠觸頭回路在短路電流產生的電動斥力，使動、靜觸頭在操作機構動作以前，提前斥開而分離，觸頭系統分離后，加在動、靜觸頭之間的電壓導致空氣介質放電而形成電弧，電弧在磁場和氣流場驅動下，進入柵片滅弧室，斷路器的柵片滅弧室是由多片鐵柵片組成，電弧進入柵片滅弧室后，被分割成一系列短電弧，依靠每個短電弧的近極壓降，使總的電弧電壓大幅度上升，當電弧電壓超過外施電源電壓，電流的上升被壓制，電流在電弧電壓的作用下減至零，而使電弧在電源經過前提前熄弧。從上述熄弧過程來看磁吹和氣吹是驅動電弧進入柵片的動力。磁吹是依靠觸頭導電回路通過電流而產生的磁場來形成，而氣吹是由于電弧的高溫使滅弧室壓力上升，造成滅弧室與外界形成壓力差而產生。傳統的斷路器，除了滅弧室前端開有出氣孔，而其后端即與機構，脫扣器以及后接線端子相連也有氣流通道，因而開斷過程滅弧室壓力形成向前和向后兩股氣流，向前氣流推動電弧向前進入滅弧室，而向后氣流會阻止電弧向前運動，并且向后氣流會把金屬顆粒和高溫游離氣體傳向后方，使操作機構因金屬顆粒卡住而不能動作， 帶金屬蒸汽的游離氣體傳向后方，也會影響斷路器絕緣性能，因而如何消除和減弱開斷過程向后氣流是提高斷路器開斷性能的關鍵。
發明內容
本發明的目的在于提供一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，能有效的封住向后氣流。
為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。
一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，包括多片鐵柵片組成的滅弧柵片組；固定在靜導電桿上的靜觸頭；固定在動導電桿上的動觸頭；裝置動導電桿的動導電桿支架；帶弧形翼片的動導電桿絕緣套；多功能絕緣插件；多功能絕緣插件前端包住滅弧柵片組的腿部，后端為一弧形平臺；動導電桿上裝有絕緣套，動導電桿絕緣套前端包住動導電桿兩側面和下部，僅露出動觸頭，后端帶有一弧形翼片；動導電桿支架下端為與絕緣插件后端的弧形平臺相配合的弧形部，由于兩者的緊密配合，能防止開斷過程的熱氣流通過動導電桿支架下方的空隙向斷路器后方區域擴散，動導電桿支架下端還開有一槽，當動導電桿隨動觸頭斥開時，絕緣套的弧形翼片可在其上滑動，封住動導電桿與動導電桿支架出現的開口，防止熱氣流通過動導電桿支架空腔向后泄漏。
多功能絕緣插件后端的弧形平臺與動導電桿支架下端的弧形部公差配合；動導電桿絕緣套的弧形翼片與動導電桿支架下端的槽公差配合。
多功能絕緣插件由絕緣材料制作而成，其前端兩側形成包住滅弧柵片組兩側腿部內側表面的隔弧板，當斷路器開斷時，動觸頭在隔弧板中間形成的間隙中運動，觸頭上產生的電弧由于隔弧板作用而使電弧不會直接侵蝕滅弧柵片組腿部而產生金屬蒸汽，影響開斷性能；另一方面窄的縫隙使電弧受到擠壓，有利于熄弧。
絕緣插件后端的弧形平臺與動導電桿支架下端的弧形部之間的間隙很小，可阻止向后氣流流向滅弧室后方。
多功能絕緣插件由絕緣耐弧的產氣材料或不產氣材料制作而成。
絕緣套由絕緣耐弧的產氣材料或不產氣材料制作而成。
相對于現有技術，本發明具有以下優點本發明不但有封閉后方氣流的作用，並且多功能絕緣插件前半部份能屏蔽柵片組腿部，減少金屬蒸汽，並對電弧有窄縫壓制作用，動導電桿絕緣材料制作的絕緣套上端能限制電弧沿動導電桿向后漫延，若用產氣材料制作， 則在電弧侵蝕后，產生含氫的氣體，可冷卻和壓制電弧，綜合這些作用，采用本發明可大幅度提高塑殼斷路器的限流開斷性能。
圖I為本發明的塑殼斷路器結構示意圖。
圖2為三相動導電桿支架示意圖。
圖3為動導電桿與動導電桿支架的裝配示意圖，其中3a為三維圖；3b為圖3a的主視圖；圖3c為沿圖3b中A-A線的剖面圖。
圖4為多功能絕緣插件的結構圖。
圖5為帶圓弧形翼片的動導電桿絕緣套示意圖，其中5a為三維圖；5b為動導電捍與絕緣套的裝配圖。
圖6為動導電桿、多功能絕緣插件、動導電桿支架、滅弧柵片組及帶出氣口的前擋板的部件裝配圖。
圖7為滅弧柵片，其中8a為切割電弧部分，用以切割電弧成短電弧；8b為柵片腿部，用以增加觸頭區磁場。
圖8為做對比試驗的模型滅弧室。其中圖8a為狹縫結構；圖8b為擋塊結構；圖 8c為圖8a的剖視示意圖。
圖9為模型滅弧室試驗結果的電弧電壓和電流波形。其中圖9a為狹縫結構；圖9b 為擋塊結構。
附圖中符號分別表示1、斷路器操作手柄；2、操作機構；3、動導電桿支架；4、動導電桿；5、動導電桿絕緣套；6、多功能絕緣插件；7、靜導電桿；8、滅弧柵片；9、接線端；10、接線端；11、脫扣器；12帶出氣口的前擋板；13動觸頭。圖8a和圖8c中101為殼體；102為滅弧柵片組；103為出氣擋板；104為靜導電桿接線端子；105為靜觸頭；106為動導電桿；107 為轉鈾；108為止位銷；109為軟聯接；1010為動導電桿引出線接線端子；1011為縱向突臺； 1012為擋塊;1013為突臺。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
參見圖I和圖3a，本發明用于低壓塑殼斷路器的觸頭與滅弧系統，圖中動觸頭13 固定在動導電桿4上，它與固定在靜導電桿7上的靜觸頭(圖中沒有繪出)組成了斷路器的觸頭系統，動導電桿支架3是動觸頭和動導電桿的轉軸，它可在操作機構2帶動下而旋轉， 實現斷路器的分閘與合閘，動導電桿4上套有帶圓弧形翼片的絕緣材料制作的絕緣套5，滅弧室中多片鐵柵片8組成滅弧柵片組，當電弧在磁吹和氣吹作用下，進入滅弧柵片組時，用于分割電弧成多段短電弧，使電弧電壓升高而實現限流開斷，由絕緣材料制作的多功能絕緣插件6和絕緣套5與動導電桿支架相配合在本發明中起阻止背后氣流的作用。圖I中，I 為操作手柄，9和10為出線端，11為脫扣器,12為帶出氣口的前擋板。動觸頭支架3內部為一空腔3d，如圖2所示，動導電桿4伸入其內(圖3a)，圖3c為其剖面圖，動電導桿4與支架 3為彈性固定，在斷路器合閘時，觸頭彈簧通過轉軸3g提供觸頭壓力，當短路電流通過時， 在操作機構尚未帶動動觸頭支架3旋轉前，與靜觸頭閉合的動觸頭在短路電流產生的電動斥力作用下，克服了彈簧壓力，使動導電桿4繞軸3g逆時針方向旋轉，而使觸頭斥開，動觸頭支架3上的下擋塊3f作為動導電桿4的下限位，上擋塊3e是作為動導電桿4斥開時的上限位，當動觸頭13斥開時，動導電桿4與動觸頭支架3間出現一個開口。
當斷路器開斷短路電流時，觸頭上呈現的電弧，由于它的高溫造成滅弧室內部壓力驟增，滅弧室內外壓力會形成二股向外的氣流。一股向前方出氣口 12，有助于驅動電弧進入滅弧室，一股向滅弧室后方，不但會阻止電弧運動，并且游離氣體擴散至后方，會影響電弧電流過零后的介質恢復。為了阻止后方氣流，本發明提出一種由絕緣材料制作的多功能絕緣插件6，如圖4所示，該絕緣插件6前端是帶一定間隙的二片平板，插在滅弧柵片組的兩側腿部之間，形成腿部的隔弧板，隔弧板包住滅弧柵片8組成的滅弧柵片組的兩側腿部， 兩個隔弧板6b之間形成一個可讓動觸頭和動導電桿活動的窄縫6c，它的作用一方面防止電弧燒蝕柵片腿部而產生不利于熄弧的金屬蒸汽，另一方面窄縫能讓電弧受到擠壓，幫助熄弧，多功能絕緣插件6后方形成一個弧形平臺6a，該弧形平臺6a與動導電桿支架3下端形成的弧形面3b (見圖2)正好配合，形成一個僅能讓動導電桿支架3轉動的小縫隙(見圖 6)，阻擋向后氣流。防止向后氣流的另一個措施，是動導電桿4上套有由絕緣材料制成的絕緣套5 (見圖5)，絕緣套5的后部有一弧形翼片5a，當固定動觸頭的動導電桿4在開斷過程中斥開后，能封住動導電桿4與動導電桿支架3間出現的開口，阻止向后熱氣流通過動導電桿支架3的空腔進入后方，并保護設置在空腔內的觸頭彈簧(見圖3c)。當動觸頭斥開時， 翼片5a在支架3下部的槽3c中滑動(見圖2)，其表面與支架下端的曲面相互平整，以保持支架與多功能插件之間的小間隙。絕緣套5的前面部分5b套住動導電桿4的二個側面和下部，僅露出動觸頭13，以防止電弧在動觸頭上延動導電桿向后延伸，絕緣套5可用鉚釘通過孔5c與動導電桿4固定(見圖5b)，圖6為動導電桿、多功能絕緣插件、動導電桿支架、 滅弧柵片組及帶出氣口的前擋板的部件裝配圖；從圖6中可看出多功能絕緣插件6前面部分遮蔽滅弧柵片8腿部Sb (見圖7)，后面部分弧形平臺與動導電桿支架3下部緊密配合的情況。
多功能絕緣插件6和帶弧形翼片的動導電桿絕緣套5可用耐弧的產氣和不產氣材料制作，用產氣材料制作可加強氣吹冷卻氣流驅動作用，但會增加滅弧室壓力，要求外殼有足夠強度。
為了驗證封住后方氣流的作用，設計制作了兩種單斷點滅弧室模型結構如圖8(a) (b),其工作原理由電動斥力斥開動觸頭，由止位銷108在動觸頭斥開到最大位置時鎖住動導電桿，使動觸頭保持于最大開距。模型外形尺寸90X 130X 50 (單位mm)，滅弧室尺寸為 50X50X30 (單位mm)，其中殼體101及擋塊1012為不飽和聚酯模材料(DMC)，動、靜導電桿及軟連接109均為銅材料，動、靜觸頭材料分別為AgC和AgW，柵片102為鐵磁材料表面鍍鎳，模型裝有12片柵片呈交錯結構，轉軸107及止位銷108為鋼材料。圖8a和圖8c中 103為出氣擋板；104為靜導電桿接線端子；1010為動導電桿引出線接線端子。
兩種結構滅弧室的特點是圖8 Ca)給出的狹縫結構在滅弧室下方有25mm的縱向突臺1011，如截面圖所示。兩側突臺間隙為5mm作為動導電桿運動間隙，動導電桿厚度為3mm,由兩側突臺形成的中間狹縫,能保證固定動觸頭的動導電桿106在狹縫中能自由轉動，狹縫結構盡管大幅度限止了背后氣流，但還存在一定漏氣現象。圖8 (b)給出的擋塊結構是在狹縫結構基礎上，位于突臺下方，在動導電桿上固定圖中所示擋塊1012，擋塊1012 頂部呈圓弧狀，與突臺1013下沿圓弧結構具有相同的曲率，并保持Imm的間隙。擋塊結構的采用進一步增加滅弧室后方的封閉性，擋塊質量和力臂相比動導電桿占有很小的比例， 對開斷速度影響不明顯。
本實驗中，提供實驗電流的是單頻振蕩回路，振蕩頻率50Hz，預期短路電流第一半波有效值為10kA，電容器組充電電壓500V。圖9為兩種滅弧室結構IOkA短路電流情況下的開斷實驗波形。
由圖9實驗結果，表I對比兩種模型滅弧室開斷過程主要參數。對比兩種結構開斷結果，后方帶擋塊結構滅弧室獲得了更高的電弧電壓峯值，達到308V，比狹縫結構提高 36V,同時然弧時間僅為9. 12ms，縮短了 O. 36ms。更為有利的是擋塊結構滅弧室的電弧電壓上升到峰值的時間為5. 72ms比狹縫結構縮短了 O. 23ms，這意味著擋塊結構電弧電壓具有更高的上升斜率，具有更好的限流性能。其原因在于滅弧室其他結構沒有變化，增加滅弧室后方的封閉性，一方面可以提高滅弧室的氣壓，另一方面可以保持滅弧室內氣流場指向出氣口方向和增強氣流場的流速，從而增加滅弧室內氣吹力的作用，有利于冷卻電弧和驅動電弧進入滅弧柵片獲得更高的電弧電壓和開斷效果。
表I兩種后方結構滅弧室實驗結果
權利要求
1.一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，包括多片鐵柵片組成的滅弧柵片組、固定在靜導電桿上的靜觸頭、固定在動導電桿上的動觸頭和裝置動導電桿的動導電桿支架；動導電桿支架由斷路器操作機構帶動，可實現斷路器的分合閘操作；其特征在于在滅弧柵片組與動導電桿支架之間，設置一多功能絕緣插件；后端帶有一弧形翼片的動導電桿絕緣套； 結構與形狀上與多功能插件和帶翼片的動導電桿絕緣套緊密配合的動導電桿支架，以實現防止開斷過程形成的向后氣流。
2.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述多功能絕緣插件后端為一弧形平臺。
3.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述多功能絕緣插件前端是帶一定間隙的二片平板，插在滅弧柵片組的兩側腿部之間，形成腿部的隔弧板，兩片平板之間形成的窄縫，可讓動觸頭在中間活動。
4.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述動導電桿絕緣套的上端包住動導電桿兩側面和下部，僅露出動觸頭。
5.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述動導電桿絕緣套的下端帶有一弧形翼片。
6.根據權利要求2所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述動導電桿支架下端有與多功能絕緣插件后端的弧形平臺相配合的弧形部。
7.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述動導電桿支架下端開有一槽，動導電桿絕緣套的弧形翼片可在其上滑動。
8.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述多功能絕緣插件由絕緣耐弧的產氣材料或不產氣材料制作而成。
9.根據權利要求I所述的一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，其特征在于所述動導電桿絕緣套由絕緣耐弧的產氣材料或不產氣材料制作而成。
全文摘要
本發明涉及一種塑殼斷路器觸頭與滅弧系統，包括滅弧柵片組，靜導電桿，動導電桿，動導電桿支架，動導電桿絕緣套，多功能絕緣插件；多功能絕緣插件前端包住滅弧柵片組的腿部，后端為一弧形平臺；動導電桿絕緣套包住動導電桿兩側面和下部，僅露出動觸頭，后端帶有一弧形翼片；動導電桿支架下端為與絕緣插件后端的弧形平臺相配合的弧形部，由于兩者的緊密配合，能防止開斷過程的熱氣流通過動導電桿支架下方的空隙向斷路器后方區域擴散；動導電桿支架下端還開有一槽，當動導電桿斥開時，動導電桿絕緣套的弧形翼片可在其上滑動，封住動導電桿與動導電桿支架間出現的開口。本發明封閉后方氣流，加強對電弧的氣吹作用，有效提高塑殼斷路器的開斷性能。
文檔編號H01H73/18GK102938354SQ20121046188
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者陳德桂, 李興文 申請人:西安交通大學