气吹式低压灭弧装置及断路器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于断路器的灭弧装置及断路器。该灭弧装置包括：灭弧室；以及位于灭弧室中的灭弧栅片组，该灭弧栅片组由多个灭弧栅片堆叠而成；其中，每个灭弧栅片具有一基部和从该基部在相同方向延伸的第一腿部和第二腿部，由此，灭弧栅片组具有由各个灭弧栅片的第一腿部组成的第一腿部组和由各个灭弧栅片的第二腿部组成的第二腿部组，该第一腿部组和第二腿部组之间的间隙形成电弧和气流的第一流动路径，其具有拉伐尔喷口结构特征。本发明的断路器包括前述灭弧装置。本发明的灭弧装置具有良好的气吹灭弧效果，相应地，本发明的断路器具有良好的开断能力。
【专利说明】气吹式低压灭弧装置及断路器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于断路器的灭弧装置及具有灭弧装置的断路器。
【背景技术】
[0002]灭弧装置是断路器的核心部件，其性能直接决定了断路器的开断能力。低压断路器通常采用栅片灭弧室，并依靠作用在电弧上的磁吹力驱动电弧进入栅片，从而冷却电弧、提高电弧电压和弧后介质恢复强度。
[0003]一方面，存在使得断路器及其灭弧装置不断小型化的需求，另一方面，并不希望该小型化而导致断路器开断能力降低，因此，对灭弧装置的设计提出了挑战。
[0004]现有设计的产品通常通过触头导电回路和灭弧栅片结构的优化设计来提高磁吹力，进而提高开断能力。然而，尽管设计者在这方面付出了很大的努力，但是并未得到令人满意的结果，或者说，如此设计的产品在开断能力提高方面仍存在改进的空间。
[0005]因此，存在一种需求，即提供一种用于断路器的灭弧装置，其具有优良的灭弧效果，从而使得断路器具有优良的开断能力。相应地，期望提供一种具有如此灭弧装置的断路器。
【发明内容】
[0006]根据上述的缺点和不足，本发明的目的是至少解决现有技术中存在的上述问题的
一些或全部。
[0007]根据本发明的一优选实施例，提供一种用于断路器的灭弧装置，包括:灭弧室；以及位于灭弧室中的灭弧栅片组，该灭弧栅片组由多个灭弧栅片堆叠而成；其中，每个灭弧栅片具有一基部和从该基部在相同方向延伸的第一腿部和第二腿部，由此，灭弧栅片组具有由各个灭弧栅片的第一腿部组成的第一腿部组和由各个灭弧栅片的第二腿部组成的第二腿部组，该第一腿部组和第二腿部组之间的间隙形成电弧和气流的第一流动路径，该第一流动路径具有拉伐尔喷口结构特征。拉伐尔喷口，其有时也称作拉伐尔喷管，本身在现有技术中是已知的，拉伐尔喷口具有大致弧形的内壁面，具有渐缩的入口段、最狭窄的喉部、渐扩的出口段，气流在渐缩的入口段不断加速至喉部，在喉部处气流速度达到音速，即I马赫，在出口段中，气流速度可以进一步增大，实现超音速流动。在本发明中，由于采用拉伐尔喷口设计，因此其中的气流可以实现超音速流动，由此可以提高气流对喷口中动静触头分离时产生的电弧的气吹灭弧效果。
[0008]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，灭弧栅片组的外周边与灭弧室的内周边之间具有间隙以在二者之间形成气流流动路径。由此，可在该间隙中形成气流环流，即，从拉伐尔喷口出口处出来的一部分气体可以流经由该间隙回流到拉伐尔喷口的入口处，从而提高入口处的气压，进而有利于进一步加速气流流动，实现更好的气吹灭弧效果。
[0009]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，灭弧室的内周边的至少一部分具有弧形结构。由此，由于采用弧形结构，因此可以实现对气流的流线型的导引，从而使得灭弧室内周边的形状对气流的阻力尽可能减小，进而有利于气流容易地、快速地返回到拉伐尔喷口入口处以增大那里的气压，进而有利于进一步加速气流流动，实现更好的气吹灭弧效果。
[0010]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，灭弧室的内周边上设置有气流反射和导向板，该气流反射和导向板与灭弧栅片组的外周边之间具有间隙以在二者之间形成气流流动路径。如上所述地，该间隙可以实现气流回流从而有利于实现更好的气吹灭弧效
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[0011]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，气流反射和导向板的至少一部分具有弧形结构。如上所述地，该弧形结构有利于实现更好的气吹灭弧效果。与直接将灭弧室的内周边设计为具有弧形结构相比，在灭弧室的内周边贴附弧形结构的气流反射和导向板可以使得灭弧室本身的制造更为容易，即，灭弧室本身可以根据实际需要进行设计，而气流的反射和导向借助于贴附在其上的适当形状的气流反射和导向板来实现，由此可以提高设计灵活度。
[0012]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，第一腿部组和第二腿部组的形成第一流动路径的侧面上贴附设置有与该侧面的形状相同的绝缘挡板。由此，高温电弧直接烧蚀绝缘挡板而不是直接烧蚀灭弧栅片，因此可以减小电弧对栅片的烧蚀。
[0013]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，绝缘挡板由产气材料形成。由此，由于绝缘挡板由产气材料形成，因此，在被高温电弧烧蚀时可以产生气体，有利于降低电弧温度、提高电弧的热导率、并提高拉伐尔喷口中的气压，进而有利于加速气流，进而实现更好的气吹灭弧效果。
[0014]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，在灭弧室的面对灭弧栅片的基部的侧面上设置有作为出气口的贯穿通孔。由此，借助于出气口，可以将拉伐尔喷口出口处的气体导出，从而有利于形成压差进而加速气流流动，进而实现更好的气吹灭弧效果。
[0015]根据本发明的一优选实施例，还提供一种断路器，该断路器包括根据上述任一实施例的灭弧装置。相应地，本发明的断路器可以具有很好的气吹灭弧效果，进而具有良好的开断能力。
[0016]在本发明的上述优选实施例中，进一步优选地，该断路器还包括静触头和动触头，静触头设置在第一流动路径中，该静触头相对于该第一流动路径中的气流流动方向而言，位于第一流动路径的最狭窄处的上游侧。由此，与静触头配合的动触头也相应地设置在拉伐尔喷口的喉部(即最狭窄处)的上游，由此，当断路器断开时，动静触头之间产生的电弧的初始位置位于喉部上游，从而可以借助于拉伐尔喷口被加速吹动，由此可以获得很好的气吹灭弧效果，进而具有良好的开断能力。
[0017]应当认识到，上述描述仅仅是为了示例性的目的，而不是要限制本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]本发明的示例性实施例的上述和其它特征以及优点将从下面的结合附图的详细描述变得更加明显，并且该描述和附图仅用于示例性目的而不是以任何方式来限制本发明的范围，其中:
[0019]图1是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的三维示意图。[0020]图2是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的二维示意图。
[0021]图3是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的单个灭弧栅片的三维示意图。
[0022]图4是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的灭弧室的三维示意图；
[0023]图5是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的绝缘挡板的三维示意图。
[0024]图6是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的形成的拉伐尔喷口的半部的示意图。
[0025]图7是示出关于如图6所示的拉伐尔喷口的内部压力的示意图。
[0026]图8是示出关于如图6所示的拉伐尔喷口的内部气流速度的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
[0028]有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如:上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明，此夕卜，在全部实施例中，相同的附图标号表不相同的兀件。
[0029]首先参照图1和2描述根据本发明的一优选实施例的断路器及其灭弧装置，其中图1是示出灭弧装置的三维示意图，图2是示出灭弧装置的二维示意图。如图1和2所示，根据本发明的断路器包括:灭弧室10 ;以及位于灭弧室中的灭弧栅片组20，该灭弧栅片组20由多个灭弧栅片堆叠而成。
[0030]同时参照图3，其是示出如图1所示的栅片组20中的单个灭弧栅片的三维示意图。如图3所示，每个灭弧栅片具有一基部201和从该基部201在相同方向延伸的第一腿部203和第二腿部205，第一腿部203和第二腿部205之间具有间隙207。当多个灭弧栅片堆叠在一起而形成如图1所示的灭弧栅片组时，灭弧栅片组20相应地具有由各个灭弧栅片的第一腿部203组成的第一腿部组、由各个灭弧栅片的第二腿部205组成的第二腿部组、由各个灭弧栅片的间隙207组成的间隙。该第一腿部组和第二腿部组之间的间隙形成用作电弧和气流的第一流动路径的喷口 50 (参见图1或2)，该喷口具有拉伐尔喷口结构特征。
[0031 ] 如前所述，拉伐尔喷口的结构特征本身是已知的，因此，相应地，在此不再对喷口50的形状进行赘述。尽管拉伐尔喷口本身是已知的，但是现有技术中并未将拉伐尔喷口应用于断路器的灭弧装置的灭弧栅片的喷口设计中，而本发明的发明人经过大量理论研究以及实践，创新性地提出了将拉伐尔喷口应用于灭弧装置中，这正是本发明对现有技术的贡献之一 O
[0032]参照图2，根据本发明的断路器还包括静触头70和动触头(未示出)，静触头70设置在喷口 50中，该静触头70相对于该喷口 50中的气流流动方向(如虚线箭头所示)而言，位于喷口 50的最狭窄处(通常称作“喉部”)的上游侧。注意到，由于静触头位于喷口 50的最狭窄处的上游侧，当动静触头闭合时，动触头自然也位于喷口 50的最狭窄处的上游侧，即，图2中所示的静触头70的位置可以理解为当动静触头闭合时动静触头所在位置。这样，当动静触头分离时，产生高温的电弧,该高温电弧强烈加热周边气体,从而急剧形成高的气体压力，由于动静触头位于喷口 50的最狭窄处的上游侧，因此前述高压的初始位置也位于喷口 50的最狭窄处的上游侧，该高压借助于拉伐尔喷口加速流向喷口后部、喷口下游端以及出气口。由于喷口中的气流从上游到下游速度越来越大，并实现超音速流动(下面参照图8对此会进一步描述)，因此，喷口中的气流对电弧的气吹灭弧效果非常良好，有利于提高断路器的开断能力。
[0033]为了进一步提高气吹灭弧效果，在本发明中，如图1和2所示，灭弧栅片组20的外周边与灭弧室10的内周边之间具有间隙60以在二者之间形成气流流动路径。由于电弧向着拉伐尔喷口下游端流动的同时，触头区域的气体压力会有所下降，这样，如图2的箭头所示，可以形成从喷口 50上游端(靠近图2的底部处)、到喷口的喉部、到喷口的下游端、到间隙60形成的返回通道、到喷口 50上游端的环流路径，由此有利于提高喷口 50上游端的气压，进一步增强气流力从而实现更好的气吹灭弧效果。
[0034]现结合参照图4，其是示出如图1所示的灭弧装置的灭弧室的三维示意图。为了提高气流回流速度从而更进一步提高气吹灭弧效果，在本发明中，灭弧室10的内周边的至少一部分具有弧形结构101。在间隙60形成的环流通道中，必然存在气流改变方向的地方，将气流改变方向处的地方设计为弧形结构会有利于减小气流改向对气流速度的降低影响。当然，灭弧室10的内周边的形状还需要考虑一些别的因素，例如其它相关部件的布置。
[0035]注意到，在图1、2和4所示的实施例中，是直接将灭弧室的内周边的形状设计为有利于气流加速的形状，即至少一部分采用弧形结构。替代地，可以采用在灭弧室的内周边上增设气流反射和导向板的替代方案，该气流反射和导向板可以采用前述的部分弧形结构设计，从而有利于降低对环流气流速度的不利影响。
[0036]现同时参照图1、2和5，其中图5是示出如图1所示的的灭弧装置的绝缘挡板30的三维示意图。为了减少高温电弧对灭弧栅片的烧蚀，在本发明中，第一腿部组和第二腿部组的形成喷口 50的侧面(即两个腿部组彼此面对的内侧)上贴附设置有绝缘挡板30。该绝缘挡板30的形状与前述侧面的形状相同，由此，绝缘挡板30之间的间隙也符合拉伐尔喷口的结构特点，从而有利于气吹灭弧。为了进一步提高气吹灭弧效果，绝缘挡板30可以由产气材料形成，由此绝缘挡板在高温电弧的烧蚀下可以产生气体，从而有利于提高气压，进而提高气流速度，进而有利于气吹灭弧。
[0037]如图1和4所示，在灭弧室的面对灭弧栅片的基部的侧面上设置有作为出气口的贯穿通孔103。喷口 50的下游端的一部分气体通过通孔103排出，从而有利于气流向着下游端流动，进而有利于气吹灭弧。
[0038]如图1和2所示的，本发明的灭弧装置还可以包括将多个灭弧栅片固定在一起的固定装置40。显然，固定装置40的设置并不限于图中所示的位于灭弧栅片的左右两侧，其还可以具有其它设计方式，甚至可以没有固定装置，而通过别的方式固定多个栅片。
[0039]现参照图6-8描述本发明的灭弧装置的拉伐尔喷口中的气吹情况，其中图6是示出根据本发明的一优选实施例的灭弧装置的形成的拉伐尔喷口的半部的示意图；图7是示出关于如图6所示的拉伐尔喷口的内部压力的示意图；图8是示出关于如图6所示的拉伐尔喷口的内部气流速度的示意图。在图6中，示出了本发明的灭弧装置的拉伐尔喷口的一半的形状，通过横坐标X和纵坐标y来表示喷口中的各个位置。在图7中，其横坐标对应图6中所示的横坐标，即表示沿喷口长度方向的各个位置点；而纵坐标表示对应该各个位置处的气流气压。从图7可以看出，在本发明中，从喷口的上游到下游，压力不断减小。在图8中，其横坐标对应图6中所示的横坐标，即表示沿喷口长度方向的各个位置点；而纵坐标表示对应该各个位置处的气流速度。从图8可以看出，从喷口的上游到下游，气流速度不断增大，从0.6马赫增大到I马赫，再增大到甚至超过2马赫，从而实现了超音速流动，因此，在本发明中，可以实现良好的气吹灭弧效果。
[0040]根据本发明的断路器通常为低压断路器，包括但不限于，微型断路器、塑壳断路器以及框架断路器。
[0041 ] 尽管在参照各个实施例的基础上，本发明已经在说明书中被描述并且在附图中被图示，但是本领域的技术人员可以理解，上述实施例仅仅是优选的实施方式，本发明并不限于此。实施例中的某些技术特征对于解决特定的技术问题可能并不是必需的，从而可以没有或者省略这些技术特征而不影响技术问题的解决或者技术方案的形成。此外，一个实施例的特征、要素和/或功能可以与其它一个或多个实施例的特征、要素和/或功能适当地相互组合、结合或者配合，除非该组合、结合或者配合明显不可实施。
【权利要求】
1.一种用于断路器的灭弧装置，包括: 灭弧室；以及 位于灭弧室中的灭弧栅片组，该灭弧栅片组由多个灭弧栅片堆叠而成； 其特征在于， 每个灭弧栅片具有一基部和从该基部在相同方向延伸的第一腿部和第二腿部，由此，灭弧栅片组具有由各个灭弧栅片的第一腿部组成的第一腿部组和由各个灭弧栅片的第二腿部组成的第二腿部组，该第一腿部组和第二腿部组之间的间隙形成电弧和气流的第一流动路径，所述第一流动路径具有拉伐尔喷口结构特征。
2.如权利要求1所述的灭弧装置，其特征在于，所述灭弧栅片组的外周边与所述灭弧室的内周边之间具有间隙以在二者之间形成气流流动路径。
3.如权利要求1所述的灭弧装置，其特征在于，所述灭弧室的内周边上设置有气流反射和导向板，该气流反射和导向板与所述灭弧栅片组的外周边之间具有间隙以在二者之间形成气流流动路径。
4.如权利要求3所述的灭弧装置，其特征在于，所述气流反射和导向板的至少一部分具有弧形结构。
5.如权利要求1-4之一所述的灭弧装置，其特征在于，所述第一腿部组和所述第二腿部组的形成所述第一流动路径的侧面上贴附设置有与该侧面的形状相同的绝缘挡板。
6.一种断路器，其特征在于，该断路器包括如权利要求1-5之一所述的灭弧装置。
7.如权利要求6所述的断路器，其特征在于，该断路器还包括静触头和动触头，所述静触头设置在所述第一流动路径中，该静触头相对于该第一流动路径中的气流流动方向而言，位于所述第一流动路径的最狭窄处的上游侧。
【文档编号】H01H73/18GK103794423SQ201210430813
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】李兴文, 孙海涛 申请人:施耐德电器工业公司