CN101000834A - 一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，包括灭弧室和灭弧室下方的动触头、静触头、绝缘介质阻挡板，绝缘介质阻挡板两端设有左气缸和右气缸；灭弧室内设置有多个相互排列的灭弧栅片，多个灭弧栅片的中间有设有金属杆，灭弧栅片的下方还有对称的引弧道，动触头与进线端导电回路相连接，静触头与出线端导电回路相连接。由于在灭弧栅片之间设置金属杆，金属杆下方设置绝缘介质阻挡板和气缸，在分闸过程中，绝缘介质阻挡板向上运动进入动触头、静触头之间，对电弧起到拉长和冷却的作用。同时，气缸中产生的强制气流吹向电弧，加速电弧运动，减少电弧停滞时间。静触头一端设置的磁铁产生磁场作用于电弧，起到加速电弧运动的目的。

Description

一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置
技术领域
本发明属于直流断路器的限流技术，涉及一种应用于中压大电流的直流断路器的灭弧装置，特别一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置。
背景技术
由于直流电网结构的特有优点，在舰船电力等领域具有由传统的低压交流辐射型网络向交流中压交流/直流环网过渡的趋势。因此开展直流电力系统及配套设备的研究已成为世界性的热点。对于直流电网而言，直流断路器的缺乏使其成为研究直流网络保护动作的重要环节之一。并且随着电网容量的增加，引起的短路电流的大幅提升给直流断路器的限流能力提出了更高的要求。
直流断路器具有可靠切断直流回路故障电流的保护功能，国际上已广泛采用。从限流原理分析中可知，直流断路器的触头分断主要是要求快速的熄灭电弧，而直流电压恒定不变。电流愈大，要熄灭电弧，就得抑制电弧的游离因素，并加强去游离因素。在限流断路器的设计中，有以下几个基本原则：1)触头迅速打开；2)迅速提高电弧电压；3)使最终的电弧电压值高；4)快速的介质强度恢复。几十年来，已经有许多种限流技术在低压直流断路器中得到广泛的应用，特别是近年来，随着计算机技术、控制技术、新材料技术和电力电子技术的引入，使得限流技术有了新的发展。到目前为止，应用在大电流断路器的限流技术主要有：利用电动斥力加速触头分开法，磁吹线圈法，强制气吹法、PTC电阻限流法、超导限流法等。
磁吹线圈的传统方法，为单向磁吹，电弧在磁场的作用下直线加速，在中压大电流的条件下会造成栅片外的消游离困难，飞弧现象严重，或者消游离设备体积增大。
电动斥力法大都是通过调整触头臂的结构形状，利用故障电流产生的电动斥力，在来快速斥开触头，目前有大量的断路器利用这种方法来达到限流目的。但电动斥力限流方法在断路器额定容量增加的情况下，由于相应增加的触头系统的质量和惯性制约了触头动作的快速性，使得限流的目的受到限制。
PTC电阻限流法和超导限流法对于工业应用目前还不成熟。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种应用于中压大电流直流限流断路器的灭弧装置。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，包括灭弧室和灭弧室下方的动触头、静触头，其特征在于，动触头和静触头下方还有绝缘介质阻挡板，绝缘介质阻挡板两端设有左气缸和右气缸；所述的灭弧室内设置有多个相互排列的灭弧栅片，多个灭弧栅片的中间有设有金属杆，灭弧栅片的下方还设有对称的引弧道，灭弧室下方的动触头与进线端导电回路相连接，静触头与出线端导电回路相连接。
本发明的其它一些特点是，所述的静触头的一端有第二轴，另一端有静触头弹簧，静触头弹簧和出线端导电回路之间还有磁铁，静触头可绕轴O2转动。
所述的动触头的一端有第一轴，另一端连接分闸弹簧，动触头可绕第一轴转动，动触头的一侧设有合闸推杆和合闸线圈。
所述的左气缸内设置有第一活塞，第一活塞与第一推杆相连，第一活塞在第一推杆的作用下沿左气缸的内壁上下运动。
所述的右气缸内设置有第二活塞，第二活塞与第二推杆相连，第二活塞在第二推杆的作用下沿右气缸内壁上下运动。
所述的绝缘介质阻挡板与金属杆同心设置，且绝缘介质阻挡板能够上下运动。
本发明的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，由于在灭弧室内部中央顶端设置有金属杆，金属杆下方设置有绝缘介质阻挡板和气缸。在分闸过程中，绝缘介质阻挡板向上运动进入动触头、静触头之间，对电弧起到拉长和冷却的作用。同时，气缸中产生的强制气流吹向电弧，加速电弧运动，减少电弧停滞时间。静触头后方设置有磁铁，磁铁产生的磁场作用于电弧，起到加速电弧运动的目的。
附图说明
图1是本发明合闸位置状态示意图；
图2是本发明分闸过程起始阶段示意图；
图3是本发明分闸过程中间阶段示意图；
图4是本发明分闸位置状态示意图；
以下结合附图和本发明的结构原理和工作原理以及发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述，需要说明的是，给出的实施例仅用于清楚的理解本发明的特征与其优点，本发明并不限于这一实施例。
具体实施方式
参见图1，本发明的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，包括灭弧室3和灭弧室3下方的动触头9、静触头11，动触头9和静触头11下方还有绝缘介质阻挡板16，绝缘介质阻挡板16两端还有左气缸14和右气缸15；灭弧室3内设置有多个相互排列的灭弧栅片1，多个灭弧栅片1的中间有设有金属杆2，灭弧栅片1的下方还设有对称的引弧道4，灭弧室3下方的动触头9与进线端导电回路8相连接，静触头11与出线端导电回路13相连接。
静触头11的一端有第二轴O2，另一端有静触头弹簧10，静触头弹簧10和出线端导电回路13之间还有磁铁12，静触头11可绕轴O2转动。
动触头9的一端有第一轴O1，另一端连接分闸弹簧5，动触头9可绕第一轴O1转动，动触头9的一侧设有合闸推杆7和合闸线圈6。左气缸14内设置有第一活塞17，第一活塞17与第一推杆18相连，活塞17可在推杆18的作用下沿左气缸14的内壁上下运动。右气缸15内设置有第二活塞19，第二活塞19与第二推杆20相连，第二活塞19在第二推杆20的作用下同样沿右气缸15内壁上下运动。绝缘介质阻挡板16与金属杆2同心设置，且绝缘介质阻挡板16可作上下运动。
下面按照分闸过程详细介绍本发明涉及的灭弧装置的具体操作过程。
参见图1，灭弧装置处于合闸位置，动触头9与静触头11闭合。分闸弹簧5处于拉伸状态，但由于合闸推杆7顶住动触头9，使得动触头9无法转动，合闸推杆7提供合闸时所需的接触压力。这时，绝缘介质阻挡板16位于最低端，第一活塞17位于左气缸14的最底端，第二活塞19位于右气缸15的最底端，左右两个气缸14、15都被充满气体，为分闸过程断路器开断电流时灭弧室3中气体强制对流换热做准备。
灭弧装置在故障电流情况下将开始分闸操作过程。参见图2，合闸线圈6通以反向电流，合闸推杆7向斜后方运动，动触头9在分闸弹簧5的拉力作用下绕轴O1沿逆时针方向运动，动触头9与静触头11分开，动触头9与静触头11之间产生电弧。静触头11后方的磁铁12产生的磁场起到加速电弧向上运动的目的。此时，绝缘介质阻挡板16向上运动，进入到动触头9与静触头11之间，拉长并冷却电弧，使得电弧电压增加，并防止背后击穿的发生。此时，左气缸14与右气缸15内的第一推杆18与第二推杆20分别推动活塞17与第二活塞19向上运动，促使左气缸14与右气缸15内的气体强烈向上喷出。喷出的气流分别吹向阴极与阳极的弧根位置，可以起到减少电弧在触头上的停滞时间，加速电弧向上运动的目的。电弧在磁场、气流场与绝缘介质阻挡板16的综合作用下，向上运动至引弧道4并进一步进入灭弧栅片1，被灭弧栅片1切割为几段短弧，电弧电压得以迅速提高。
参见图3，绝缘介质阻挡板16的运动速度与第一活塞17与第二活塞19的运动速度并不相同。绝缘介质阻挡板16的运动速度要快于第一活塞17与第二活塞19的运动速度。当绝缘介质阻挡板16运动至最顶端位置时，第一活塞17与第二活塞19并未运动至最顶端位置。这样设计的目的是使电弧进入灭弧栅片1之后，第一活塞17与第二活塞19继续向上运动，使灭弧室3内仍然能够保持较强烈的气流，从而使触头间隙的残余热气强制吹散，触头间的介质恢复强度得到迅速恢复，达到限流断路器设计所要求的高介质恢复速度的原则。
参见图4，在绝缘介质阻挡板16运动至最顶端位置之后，第一活塞17与第二活塞19继续向上运动，直到达到图4所示的最终分闸位置。此时，分闸弹簧5处于释放状态，电弧在磁场、气流场与绝缘介质阻挡板16的综合作用下被熄灭。

Claims (6)

1、一种中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，包括灭弧室(3)和灭弧室(3)下方的动触头(9)、静触头(11)，其特征在于，动触头(9)和静触头(11)下方还有绝缘介质阻挡板(16)，绝缘介质阻挡板(16)两端还有左气缸(14)和右气缸(15)；所述的灭弧室(3)内设置有多个相互排列的灭弧栅片(1)，多个灭弧栅片(1)的中间有设有金属杆(2)，灭弧栅片(1)的下方还设有对称的引弧道(4)，灭弧室(3)下方的动触头(9)与进线端导电回路(8)相连接，静触头(11)与出线端导电回路(13)相连接。
2、如权利要求1所述的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，其特征在于，所述的静触头(11)的一端有第二轴(O2)，另一端有静触头弹簧(10)，静触头弹簧(10)和出线端导电回路(13)之间还有磁铁(12)，静触头(11)可绕轴O2转动。
3、如权利要求1所述的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，其特征在于，所述的动触头(9)的一端有第一轴(O1)，另一端连接分闸弹簧(5)，动触头(9)可绕第一轴(O1)转动，动触头(9)的一侧设有合闸推杆(7)和合闸线圈(6)。
4、如权利要求1所述的中压大电流直流限流灭弧装置，其特征在于，所述的左气缸(14)内设置有第一活塞(17)，第一活塞(17)与第一推杆(18)相连，第一活塞(17)在第一推杆(18)的作用下沿左气缸(14)的内壁上下运动。
5、如权利要求1所述的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，其特征在于，所述的右气缸(15)内设置有第二活塞(19)，第二活塞(19)与第二推杆(20)相连，第二活塞(19)在第二推杆(20)的作用下沿右气缸(15)内壁上下运动。
6、如权利要求1所述的中压大电流直流断路器的限流灭弧装置，其特征在于，所述的绝缘介质阻挡板(16)与金属杆(2)同心设置，且绝缘介质阻挡板(16)能够上下运动。
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