高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构的制作方法

本实用新型属于真空开关技术领域，具体涉及一种高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构。

背景技术：

真空灭弧室因其结构简单、免维护以及环境友好等特性，正向输电等级方向发展。额定电流提升技术和大电流真空电弧磁场控制技术是输电等级真空灭弧室亟需解决的关键技术。目前，在输电等级真空灭弧室的设计中，通常采用在真空灭弧室中施加磁场的方式来控制真空电弧，同时尽可能降低真空灭弧室的回路电阻。现有技术中，一种马蹄铁型纵磁触头比线圈型纵磁触头具有更小的回路电阻并能提供更强的纵向磁场，成为真空灭弧室向输电等级发展的一种可行方案。然而，现有真空灭弧室马蹄铁型纵磁触头中，触头片在通流时会产生较强的涡流，使得真空灭弧室的交流回路电阻大幅增加，不利于真空灭弧室高额定电流下的温升控制，从而限制了马蹄铁型纵磁触头真空灭弧室额定通流能力的提升。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构，该结构能大幅减小触头片中的涡流损耗，降低了真空灭弧室的回路电阻；在提高触头间的纵向磁场的同时增大强纵向磁场区域面积，是一种适用于高额定电流输电等级真空灭弧室的纵向磁场触头结构。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构，包括布置于真空灭弧室中结构相同的阳极触头系统1和阴极触头系统2，所述阳极触头系统1包括导电杆3、U型铁心4和触头片5；导电杆3一端穿过U型铁心4开口处，并与触头片5连接；触头片5的中部开有两个形状和位置对称的非直线通槽9，非直线通槽9将触头片5分为位于两个非直线通槽9间导流区域6和位于两个非直线通槽9端部外侧的燃弧区域7，所述导流区域6和燃弧区域7之间通过两个非直线通槽9端部间的导电桥8进行电连接；U型铁心4设置在触头片5的背部，且位于燃弧区域7之内；所述阳极触头系统1和阴极触头系统2相对布置，触头片5正面相对，且使U型铁心4的开口方向呈错开180°配置。

所述导流区域6的形状可为圆形、椭圆形、跑道形或其他相似形状，主要在触头闭合时承担导流作用；燃弧区域7为触头分离后，真空电弧的烧蚀区域，导流区域6与燃弧区域7通过导电桥8进行电连接。相对独立的导流区域6和燃弧区域7结构可大幅减小触头片上的涡流，降低真空灭弧室回路电阻，同时可增大触头间的纵向磁场。

所述U型铁心4采用一端开口的导磁性材料薄片10堆叠而成，可减小U型铁心4内的涡流损耗，阳极触头系统1和阴极触头系统2中的U型铁心4开口方向呈错开180°配置，在触头间产生纵向磁场。

所述U型铁心4设置于触头片5燃弧区域7的背部，使得强纵向磁场区域10位于燃弧区域7内，从而有效分离了导流区域6和燃弧区域7。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型中的真空灭弧室触头结构的额定通流能力更强。通过在触头片上设置相对独立的燃弧区域和导流区域，合理改善了触头片上的涡流路径，并大幅减小了触头片上的涡流损耗，相应地降低了真空灭弧室的回路电阻，有效提升了真空灭弧室的额定通流能力。

(2)本实用新型中的真空灭弧室触头结构的控弧能力更强。采用本实用新型中的触头结构在真空灭弧室开断电流时可在触头间产生更强的纵向磁场，增强了大触头开距下纵向磁场对真空电弧的控制能力，从而提高真空灭弧室的开断能力。

(3)本实用新型中的触头有效利用面积更大。本实用新型中的触头结构合理设计了触头片上的不同功能区域(导流区域和燃弧区域)，此结构可大幅提高燃弧区域中强磁场的面积，增加了真空电弧的有效燃弧区域，使电弧能在更大面积的触头片表面均匀燃烧。

(4)本实用新型中的真空灭弧室结构更简单。本实用新型提出的触头结构仅包括导电杆、U型铁心和触头片三部分，结构简单，机械强度高。

附图说明

图1为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构的示意图。

图2(a)为触头片的导流区域为圆形的示意图。

图2(b)为触头片的导流区域为椭圆形的示意图。

图2(c)为触头片的导流区域为跑道形的示意图。

图3(a)为两个U型铁心相对布置示意图。

图3(b)为导磁性材料薄片示意图。

图4为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构中触头片与U型铁心的位置示意图。

图5为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构一种具体实施方式的触头中心平面纵向磁场分布图。

图6(a)为传统马蹄铁型纵向磁场触头结构中触头片上的涡流分布图。

图6(b)为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构一种具体实施方式中触头片上的涡流分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细说明。

图1为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构的示意图，包括结构完全相同的阳极触头系统1和阴极触头系统2。所述阳极触头系统1由导电杆3、U型铁心4和触头片5组成。一侧具有开口的U型铁心4设置于触头片5背侧，导电杆3从U型铁心4的开口处穿过，导电杆3的末端与触头片5之间采用焊接连接。所述阳极触头系统1和阴极触头系统2相对布置，触头片5正面相对，且使两侧U型铁心4的开口方向呈错开180°配置。

图2(a)、图2(b)、图2(c)为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构中触头片的三种具体实施方式示意图。触头片5开有非直线通槽9，开槽宽度的典型值小于2mm，非直线通槽9将触头片5分为相对独立的导流区域6和燃弧区域7，且在导流区域6与燃弧区域7之间通过导电桥8进行电连接。所述导流区域6在触头闭合时承担导通电流的作用，其形状可为圆形，椭圆形、跑道形或其他相似形状。所述燃弧区域7在触头分离后为真空电弧的主要烧蚀区域。由于导流区域6和燃弧区域7相对独立，可大幅减小触头片上的涡流，一方面可以降低触头闭合时真空灭弧室的回路电阻，提高灭弧室的额定通流能力；另一方面在燃弧时可以减小涡流对磁场变化的阻碍作用，提高触头间的纵向磁场，易于将电弧维持在扩散态。

图3(a)、图3(b)为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构中U型铁心的一种具体实施方式示意图。U型铁心4采用导磁性材料薄片10堆叠而成。所述导磁性材料薄片10为一端具有开口的U形结构。阳极触头系统1和阴极触头系统2中的U型铁心4开口方向呈错开180°配置，可以在触头间产生纵向磁场。由于U型铁心4采用叠片结构，可以减小其中的涡流，降低灭弧室的总损耗。

图4为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构中触头片与U型铁心的位置示意图。U型铁心4设置于触头片5背侧，且位于燃弧区域7之内，使强纵向磁场区域11集中在燃弧区域7之内。在开断电流时，由于强纵向磁场区域11集中在燃弧区域7之内，真空电弧会在纵向磁场的牵引下通过导电桥8转移至燃弧区域7中燃烧，使电弧强烧蚀区域仅位于燃弧区域7中，避免了电弧对导流区域6的烧蚀，有效分离了导流区域6和燃弧区域7。

图5为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构一种具体实施方式的触头中心平面纵向磁场分布图，强纵向磁场区域11完全位于燃弧区域7内。采用本实施方式触头结构的纵向磁场峰值相较于传统马蹄铁型纵向磁场触头结构提高了15％，有利于大开距下对电弧的控制；强磁场区域面积提高了30％，避免了大电流下电弧对触头片的集中烧蚀。

图6(a)、图6(b)分别为传统马蹄铁型纵向磁场触头结构和本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构一种具体实施方式中触头片的涡流分布图。本实用新型的触头结构中触头片5上的非直线通槽9阻断了涡流由触头片的中心流向外边沿和由外边沿流向触头片中心的路径，使涡流路径变长，减小了触头片5中的涡流，降低了涡流损耗，真空灭弧室的回路电阻相较于传统马蹄铁型纵向磁场触头结构降低了40％。

以上描述仅为本实用新型的高额定电流纵向磁场真空灭弧室触头结构的一种具体实施方式，本领域内的技术人员可以根据本实用新型的原理对其实施方式做出各种改变。本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。