CN122000232A - 一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法，其中真空灭弧室触头包括：触头本体，柱形且内部为中空；导电杆，设置在所述触头本体上端；线圈，所述线圈设置于所述触头本体内部且缠绕于所述触头本体轴线；触头通槽，环形阵列分布于所述触头本体圆周方向上且与所述触头本体的中心线相平行；导电杆通槽，环形阵列分布于所述导电杆上且与所述导电杆的中心线相平行，与所述触头通槽连通。本发明通过在触头本体上设置触头通槽，在导电杆上设置导电杆通槽，且触头通槽与触头本体的平行线相平行、导电杆通槽与导电杆的平行线相平行，减小涡流，保证磁场的大小和覆盖范围，进而通过调整磁场来控制真空灭弧运动。

Description

一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法

技术领域

本发明涉及真空灭弧室技术领域，尤其涉及一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法。

背景技术

在电力系统中，开关设备用于控制和保护电路，确保电力的安全传输和分配，起着至关重要的作用。真空断路器具备绿色环保、开断能力强、开断稳定等优点，在电力系统中得到了广泛应用。真空灭弧室作为真空断路器的关键部件，其性能直接影响着开关设备的可靠性和寿命。原有的真空灭弧室中，触头选择横磁触头或纵磁触头，以提高熄弧能力，延长工作寿命。但是当触头结构确定时，触头间的磁场也基本确定，无法灵活地通过调整磁场来控制真空灭弧运动，这进一步制约着真空断路器开断电流能力的提高。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法，本发明要实际解决的问题是现有技术中触头结构确定后，无法通过调整磁场来控制真空灭弧运动，进一步制约真空断路器开断电流能力的提高的问题。

为了实现上述目的，本发明特采用以下技术方案：

本发明提供了一种可控磁场的真空灭弧室触头，其包括：

触头本体，柱形且内部为中空；

导电杆，设置在所述触头本体上端；

线圈，所述线圈设置于所述触头本体内部且缠绕于所述触头本体轴线；

触头通槽，环形阵列分布于所述触头本体圆周方向上且与所述触头本体的中心线相平行；

导电杆通槽，环形阵列分布于所述导电杆上且与所述导电杆的中心线相平行，与所述触头通槽连通。

优选地，所述导电杆通槽开设在所述导电杆靠近所述触头本体的端部，所述导电杆通槽的长度为所述导电杆直径的1：(1-3)，所述导电杆通槽的宽度为所述导电杆直径的1:(14-16)。

优选地，所述触头通槽开设在所述触头本体上下表面，所述触头通槽的数量、宽度均与所述导电杆通槽的数量相同。

优选地，所述线圈与所述触头本体的形状相适配，所述线圈设置于所述导电杆上，所述线圈的外部直径小于等于所述触头本体的内部直径，所述线圈的内部直径大于等于所述导电杆的直径。

优选地，所述触头本体的内部直径与外部直径的比例为5:(6-7)，所述触头本体的内部高度与外部高度的比例为2:3。

优选地，所述线圈内部设置有支撑结构，所述支撑结构上开设有与所述触头通槽数量、位置相同的支撑通槽。

优选地，所述线圈的两端分别连接有接线端子，所述接线端子从所述触头通槽内伸出。

本发明还提供了一种真空灭弧室触头装置，其包括静触头与动触头，所述静触头与所述动触头均采用上述的可控磁场的真空灭弧室触头，所述静触头与所述动触头为同轴设置。

本发明还提供了一种可控磁场的真空灭弧室，其包括上述的真空灭弧室触头装置，电源；

所述真空灭弧室触头装置包括动触头和静触头，所述电源与所述动触头线圈、所述静触头线圈电连接，为所述动触头与所述静触头供电。

本发明还提供了一种可控磁场的真空灭弧室的控制方法，其包括如下步骤：

电源为真空灭弧室触头装置供电，所述真空灭弧室触头装置产生磁场，进行真空灭弧；

其中，当静触头与动触头中线圈通入相同方向的电流时，产生径向磁场；

当静触头与动触头中线圈通入相反方向的电流时，产生轴向磁场。

本发明与现有技术相比，至少有以下优异之处：

本发明提供了一种可控磁场的真空灭弧室触头、真空灭弧室及控制方法，其中可控磁场的真空灭弧室触头包括：触头本体，柱形且内部为中空；导电杆，设置在所述触头本体上端；线圈，所述线圈设置于所述触头本体内部且缠绕于所述触头本体轴线；触头通槽，环形阵列分布于所述触头本体圆周方向上且与所述触头本体的中心线相平行；导电杆通槽，环形阵列分布于所述导电杆上且与所述导电杆的中心线相平行，与所述触头通槽连通。本发明通过设置与所述导电杆中心线平行的触头通槽、导电杆通槽，减少涡流，保证磁场的大小和覆盖范围，进而通过调整磁场来控制真空灭弧运动。同时本发明所提供的动触头和静触头可以同时应用径向磁场和轴向磁场，同时还可通过调整线圈的电流大小、电流频率，还可以产生更多类型的磁场，从而更加灵活的控制电弧，提高真空灭弧室的灭弧能力。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明实施例1所提供的真空灭弧室触头中触头本体的轴测图；

图2为本发明实施例1所提供的真空灭弧室触头中触头本体的剖视图；

图3为本发明实施例3所提供的真空灭弧室的轴向磁场的使用图；

图4为本发明实施例3所提供的真空灭弧室的径向磁场的使用图。

其中，

1-导电杆；2-触头本体；3-导电杆通槽；4-接线端子；5-触头通槽；6-支撑结构；7-线圈；8-动触头；9-静触头。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供了一种可控磁场的真空灭弧室触头，在本实施例中，通过在线圈、触头本体2、导电杆上开设通槽，在不同频率，不同大小的轴向磁场或径向磁场中，能够使得真空电弧呈现不同的运动特性，从而对不同情况下的真空电弧进行灵活控制，提高真空断路器开断电流的能力。

如图1所示，所述真空灭弧室触头包括触头本体2、导电杆1、线圈7，所述触头本体2设置在所述导电杆1的下端，所述线圈7设置在所述触头本体2的内部，所述导电杆1上开设有导电杆通槽3，且所述导电杆通槽3贯穿部分触头本体2，为了方便描述，在本实施例汇总，将贯穿所述触头本体2的部分命名为触头通槽5，所述触头通槽5与所述导电杆通槽3与所述导电杆1的中心线相平行。

所述导电杆1与所述触头本体2为同轴设置的，具体而言，所述导电杆1的直径为所述触头本体2外部直径的1/3。

所述触头本体2与所述导电杆1的内部为中空的，所述触头本体2的内部直径与外部直径的比例为5:(4-7)，所述触头本体2的内部高度与外部高度的比例为2:(1-3)，在本实施例中，为了达到较好的灭弧效果，所述触头本体2的内部直径与外部直径的比例为5:6，所述触头本体2的内部高度和外部高度的比例为2:3。

在本实施例中，所述触头通槽5均匀的开设在所述触头本体2的上下表面，所述导电杆通槽3均匀的开设在靠近所述触头本体2的所述导电杆1的端部，所述触头通槽5的数量、宽度等均与所述导电杆通槽3相同，所述导电杆通槽3的长度为所述导电杆1直径的1：(1-3)，所述导电杆通槽3的宽度为所述导电杆1直径的1:(14-16)，在本实施例中，为了达到较好的灭弧效果，所述导电杆通槽3的开槽长度为导电杆1直径的1/2，所述导电杆通槽3的开槽宽度为所述导电杆1直径的1/15，所述导电杆通槽3的开槽厚度为将所述导电杆1的厚度。

所述触头通槽5的宽度和数量与所述导电杆通槽3完全相同，所述触头通槽5的开槽长度为所述触头本体2外部直径的1/2，所述触头通槽5的开槽深度为所述触头本体2的外部高度，也就是说所述触头通槽5是从所述触头本体2上表面贯穿到下表面，所述触头通槽5的厚度为从所述触头通槽5的厚度。

如图2所示，所述触头本体2的内部设置有线圈7，所述线圈7的外部直径小于等于所述触头本体2的内部直径，所述线圈7的内部直径大于等于所述导电杆1的直径，在本实施例中，为了达到较好的灭弧效果，所述线圈7的外部直径等于所述触头本体2的内部直径，所述线圈7的内部直径等于所述导电杆1的直径，所述线圈7的高度等于所述触头本体2的内部高度，所述线圈7的两端连接有接线端子4，接线端子4从所述触头通槽5内伸出所述触头本体2内部，两个所述接线端子4之间的距离大于所述导电杆1的直径，且两个所述接线端子4一个靠近所述导电杆1，一个远离所述导电杆1。

在所述线圈7内部还设置有支撑结构6，所述支撑结构6的直径与所述导电杆1的直径相同，所述支撑结构6同样开设有支撑通槽，所述支撑通槽的位置，数量等均与所述触头通槽5相同。

为了进一步保证本实施例的真空灭弧室触头装置的使用性能，在本实施中，所述触头的材质为铜铬合金，所述支撑结构6的材质为无氧铜和不锈钢中的其中一种，在本实施例中，所述支撑架构的材质选择为无氧铜，所述线圈7由外部材质包裹内部材质形成，其中所述线圈7的外部材质为陶瓷，内部材质为铜导线。

实施例2

在本实施例中，提供了一种真空灭弧室触头装置，该装置包括静触头9和动触头8，所述动触头8与所述静触头9均采用如实施例1所提到的可控磁场的真空灭弧室触头，其中所述静触头9与所述动触头8为同轴设置的，所述静触头9与所述动触头8为中心对称。

实施例3

在实施例中，提供了一种可控磁场的真空灭弧室，其包括实施例2所述的真空灭弧室触头装置、电源，其中所述真空灭弧室触头装置与所述电源电连接。

为了进一步加深对本实施例的理解，特给出真空灭弧室的控制方法，该方法包括如下步骤：

所述电源为所述真空灭弧室触头装置供电，所述真空灭弧室触头装置产生磁场，进行真空灭弧运动。

在本实施例中，所述动触头8和所述静触头9可适配于轴向磁场和径向磁场，如图3所示，当所述动触头8内的线圈7和所述静触头9内的线圈7分别流入方向相反的电流时，弧隙中的径向磁场被抵消，只存在轴向磁场。轴向磁场可以使得电弧保持扩散状态，减小电弧对所述动触头8和所述静触头9的烧蚀。

如图4所示，当所述动触头8内的线圈7和所述静触头9内的线圈7分别流入方向相同的电流时，弧隙中的轴向磁场被抵消，只存在径向磁场。径向磁场可以使得电弧在所述动触头8和所述静触头9上运动，减小电弧对所述动触头8和所述静触头9的烧蚀。

在本发明中，在静触头9和动触头8内的线圈7中同时通入流向相同的电流，使得静触头9和动触头8产生方向相反的磁场，从而在中间形成径向磁场，这会使真空电弧在静触头9和动触头8表面旋转，减少静触头9和动触头8烧蚀；在静触头9和动触头8的线圈7中同时通入流向相反的电流，使得静触头9和动触头8产生方向相同的磁场，从而在静触头9和动触头8中间形成轴向磁场，这会使真空电弧呈现扩散态，减少静触头9和动触头8烧蚀。

在本发明中，通过将线圈7、导电杆1和触头本体2的结构、位置以及其上开设的通槽的大小、宽度、深度等进行限定，保证真空灭弧室触头装置的导电性、机械强度，磁场的大小和覆盖范围。

在本发明中，将静触头9和动触头8设置为相同的形状、大小，主要是为了保证上下磁场对称，保证真空灭弧室的灭弧能力。

在本发明中，通过改变所述动触头8内的线圈7和所述静触头9内的线圈7的电流的导通时间、电流大小、电流频率，还可以产生更多类型的磁场，从而更加灵活的控制电弧，提高真空灭弧室的灭弧能力。

在本发明中，通过在所述导电杆1、所述触头本体2、所述支撑结构6上分别均匀开设数量和位置完全相同的导电杆通槽3、触头通槽5和支撑通槽，减小涡流，提高线圈7产出的磁场大小，减少磁场滞后电流相位。

在本发明中，真空灭弧室的磁场由触头本体2内部的线圈7提供，但线圈7中电流频率很高，导致涡流增大，影响使用，因此为了保证磁场的大小，在本实施例中，将导电杆通槽3、触头通槽5和支撑通槽设置为竖直槽，减小涡流，同时不影响磁场的大小，避免线圈1产生的磁场较小，影响使用。

实施例4

本实施例提供了一种真空灭弧室触头结构，如图1至图2所示,真空灭弧室触头结构包括：

导电杆1，如图1所示，其具有直径D1，导电杆1底端开若干槽，如图1中3所示，开槽长度为D1/2，开槽宽度为D1/15，开槽深度为H1；

触头本体2，如图1所示，其设于所述导电杆1的底端；触头本体2内部中空，内部直径和外部直径分别为D2和D3，D2:D3＝5:6,内部高度和外部高度分别为H2和H3，H2:H3＝2:3；触头本体2上下表面开槽，开槽位置和数量与导电杆1开槽一致，开槽长度为D3/2，开槽宽度与导电杆1开槽一致，开槽深度为触头本体2外高度H3；

线圈7，设置于触头本体2内部，线圈7内部为铜导线，如图2所示，外部用陶瓷包裹，如图2所示，线圈7外直径等于触头本体2内直径D2，线圈7内直径等于导电杆1直径D1，线圈7高度等于线圈7内高度H2，线圈7共两个接线端子4，如图1所示，分别从触头本体2上表面两个相对的槽中伸出；

支撑结构，如图2所示，设置于线圈7中间，支撑直径为D1，支撑高度为触头本体2内部高度H2，支撑结构开槽，开槽位置和数量与导电杆1开槽完全一致。

在一个实施例中，在触头本体2、导电杆1、支撑结构上均匀分布着数量和位置完全相同的若干槽，这可以极大减小涡流，从而提高线圈7产生的磁场大小，减小磁场滞后电流相位。

图3是真空灭弧室触头结构一个实施例的轴向磁场示意图。当动静触头线圈7通入流向方向相反的电流时，弧隙中的径向磁场被抵消，只存在轴向磁场。轴向磁场可以使得电弧保持扩散状态，减小电弧对触头本体2的烧蚀。

图4是真空灭弧室触头结构一个实施例的径向磁场示意图。当动静触头线圈7通入流向方向相同的电流时，弧隙中的轴向磁场被抵消，只存在径向磁场。径向磁场可以使得电弧在触头本体2面上运动，减小电弧对触头本体2的烧蚀。

改变线圈7电流的导通时间、电流大小、电流频率，还可以产生更多类型的磁场，从而更加灵活的控制电弧，提高真空灭弧室的灭弧能力。

本发明在线圈7中流过高频电流时，在触头本体2、导电杆1、支撑结构上开槽，这可以极大减小涡流，从而提高线圈7产生的磁场大小，减小磁场滞后电流相位。

在触头本体2分闸过程中，动静触头9中的线圈7的电流可以灵活控制，从而灵活产生各种磁场，对真空电弧进行灵活控制。在动触头8和静触头9的线圈7中同时通入流向相同的电流，使得两个触头本体2产生方向相反的磁场，从而在触头本体2中间形成径向磁场，这会使真空电弧在触头本体2表面旋转，减少触头本体2烧蚀；在动触头8和静触头9的线圈7中同时通入流向相反的电流，使得两个触头本体2产生方向相同的磁场，从而在触头本体2中间形成轴向磁场，这会使真空电弧呈现扩散态，减少触头本体2烧蚀；改变线圈7电流的导通时间、电流大小、电流频率，还可以产生更多类型的磁场，从而更加灵活的控制电弧，提高真空灭弧室的灭弧能力。

最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可控磁场的真空灭弧室触头，其特征在于，包括：

触头本体，柱形且内部为中空；

导电杆，设置在所述触头本体上端；

线圈，所述线圈设置于所述触头本体内部且缠绕于所述触头本体轴线；

触头通槽，环形阵列分布于所述触头本体圆周方向上且与所述触头本体的中心线相平行；

导电杆通槽，环形阵列分布于所述导电杆上且与所述导电杆的中心线相平行，与所述触头通槽连通。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述导电杆通槽开设在所述导电杆靠近所述触头本体的端部，所述导电杆通槽的长度为所述导电杆直径的1：(1-3)，所述导电杆通槽的宽度为所述导电杆直径的1:(14-16)。

3.根据权利要求2所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述触头通槽开设在所述触头本体上下表面，所述触头通槽的数量、宽度均与所述导电杆通槽的数量相同。

4.根据权利要求1所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述线圈与所述触头本体的形状相适配，所述线圈设置于所述导电杆上，所述线圈的外部直径小于等于所述触头本体的内部直径，所述线圈的内部直径大于等于所述导电杆的直径。

5.根据权利要求1所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述触头本体的内部直径与外部直径的比例为5:(4-7)，所述触头本体的内部高度与外部高度的比例为2:(1-3)。

6.根据权利要求1所述的真空灭弧室触头，其特征在于，所述线圈内部设置有支撑结构，所述支撑结构上开设有与所述触头通槽数量、位置相同的支撑通槽。

7.根据权利要求4所述的真空灭弧室触头，所述线圈的两端分别连接有接线端子，所述接线端子从所述触头通槽内伸出。

8.一种真空灭弧室触头装置，其特征在于，包括静触头与动触头，所述静触头与所述动触头均采用权利要求1-7任一项所述的可控磁场的真空灭弧室触头，所述静触头与所述动触头为同轴设置。

9.一种可控磁场的真空灭弧室，其特征在于，包括权利要求8所述的真空灭弧室触头装置，电源；

所述真空灭弧室触头装置包括动触头和静触头，所述电源与所述动触头的线圈、所述静触头的线圈电连接，为所述动触头与所述静触头供电。

10.一种可控磁场的真空灭弧室的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

电源为真空灭弧室触头装置供电，所述真空灭弧室触头装置产生磁场，进行真空灭弧；

其中，当静触头与动触头中线圈通入相同方向的电流时，产生径向磁场；

当静触头与动触头中线圈通入相反方向的电流时，产生轴向磁场。