CN103824736A - 一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器，包括：主开关、灭弧室(11)和磁吹灭弧装置，所述磁吹灭弧装置包括励磁线圈(7)，其特征在于：所述主开关包括静触头(2)和动触头(4)；所述磁吹灭弧装置位于主开关和灭弧室(11)之间；所述静触头(2)与动触头(4)分离时产生电弧(12)；在所述静触头(2)与动触头(4)分离时，电弧电压作用于励磁线圈(7)两端，磁吹灭弧装置会产生驱动所述电弧(12)至所述灭弧室(11)的磁场。本发明的断路器可以即使在开断小电流时具有安全性，并可实现较大的可靠性以及较长的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电力领域，特别涉及一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器。
背景技术
随着电力需求的不断增长，我国正在大力进行电力基础设施建设，其中直流供配电系统与人们日常生活的关系越来越紧密。直流供配电系统相对于交流供配电系统具有线路造价低、容量大、调节迅速、运行可靠等优点，目前我国城市无轨电车、铁路、太阳能发电、冶炼、化工、矿山等许多重要行业中采用了直流供配电系统。直流断路器是直流系统安全运行的关键设备，必须能够可靠地接通、分断和承载正常运行情况下的电流，并能在规定的非正常运行(例如短路)情况下接通、承载一定时间和分断回路的电流。
直流开断的首要任务是熄灭电弧。由于直流电路没有自然过零点，目前在中低压直流系统中多采用增大电弧电压的方法来熄灭电弧，常用方案采用金属栅片切割电弧来实现熄灭电弧。通常在动、静触头与灭弧栅片间设有引弧道，用于将电弧引导至灭弧栅片处。
断路器开断电流存在临界电流。当开断电流远小于临界电流，电弧能量小，很快自熄；开断电流远大于临界电流时，电弧自身的电磁力足够大，可以使电弧沿引弧道迅速进入灭弧室被金属栅片切割，电弧熄灭；一般断路器开断回路处于临界电流附近的时有困难，电弧自己产生的电磁力不足以使电弧移动，最终导致电弧重燃甚至开断失败。电弧在灭弧室入口处停滞还会造成弧道的严重烧蚀，减少断路器的寿命。
现有技术中对于此问题的一种解决方案是使用永磁体产生足够在小电流时移动电弧的磁场。通常，永磁体设置成使得磁场均匀并大体上垂直于电流方向，从而使得电弧受电磁力被引导为将电弧推入灭弧栅片。但是，若电流方向改变该方法不可行，因为电弧上合力也将改变为沿着与灭弧栅相反的方向推动电弧，不利于电弧移动，造成灭弧困难。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器，其特征在于，包括：主开关、灭弧室(11)和磁吹灭弧装置，所述磁吹灭弧装置包括励磁线圈(7)，其特征在于：
所述主开关包括静触头(2)和动触头(4)；
所述磁吹灭弧装置位于主开关和灭弧室(11)之间；
所述静触头(2)与动触头(4)分离时产生电弧(12)；
在所述静触头(2)与动触头(4)分离时，电弧电压作用于励磁线圈(7)两端，磁吹灭弧装置会产生驱动所述电弧(12)至所述灭弧室(11)的磁场。
可选的，所述磁吹灭弧装置还包括：导磁臂(8)、和辅助磁极(9)，所述静触头(2)和动触头(4)位于所述辅助磁极(9)之间，所述导磁臂(8)与辅助磁极(9)相连，所述励磁线圈(7)位于导磁臂(8)上。
可选的，所述断路器还包括：接触器(10)，所述接触器(10)与所述励磁线圈(7)串联连接，接触器(10)与所述励磁线圈(7)串联后并联于所述主开关两端。
可选的，所述断路器还包括：定时器，当所述主开关接到分闸命令时，所述接触器(10)闭合所述定时器从而开始定时，当定时时间达到后，所述接触器(10)断开，其中：所述定时时间大于电弧熄灭过程所需时间。
可选的，所述接触器为多断口接触器，各断口依次串联后与励磁线圈(7)串联。
可选的，所述断路器还包括：静引弧道(3)和动引弧道(5)，所述静引弧道(3)位于静触头(2)与灭弧室(11)之间；所述动引弧道(5)位于动触头(4)与灭弧室(11)之间，所述静引弧道(3)和动引弧道(5)用于将电弧引导至灭弧室(11)内。
可选的，所述辅助磁极(9)由相对设立的两个磁极板构成。
励磁回路在动、静触头接触时没有电流流过，断路器收到分闸指令，动、静触头分离产生电弧12，电弧电压作用于励磁线圈，励磁电流流过励磁线圈7产生磁场。电弧熄灭后，回路并未完全断开，励磁电流依然存在。本发明所述的断路器可以采用多断口接触器10分断励磁回路，例如当系统电压较高时，用单个接触器无法分断，本发明能够在某些优化方案下串联使用接触器多个断口，并提供断口绝缘耐压能力，分断励磁回路，完成直流断路器的分断过程。
当选择具有接触器的方案时，励磁回路的接触器10可以设置有延时动作时间，并可调。为保证辅助磁极上的磁场始终作用于电弧，设置接触器10(例如，多断口接触器)在直流断路器收到分闸指令后延时一段时间(大于电弧燃烧时间)分断励磁回路。某些情况下，为了提高分断电压，分断时，采用多断口接触器时，可以通过串联接触器的多个断口来达到此目的。
总之，本发明的断路器即使在开断小电流时不仅具有安全性，而且可实现较大的可靠性以及较长的寿命。
附图说明
图1为本发明的具有磁吹灭弧装置的直流断路器结构示意图；
图2为本发明的具有磁吹灭弧装置的直流断路器局部结构示意图；
图3为本发明的具有磁吹灭弧装置的直流断路器的电弧受力示意图一；
图4为本发明的具有磁吹灭弧装置的直流断路器的电弧受力示意图二；
图5为本发明的具有磁吹灭弧装置的直流断路器的励磁回路电路结构图；
图6为励磁回路接触器动作时序图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的一个实施例公开了一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器，包括：主开关、灭弧室11和磁吹灭弧装置，所述磁吹灭弧装置包括励磁线圈7，其特征在于：
所述主开关包括静触头2和动触头4；
所述磁吹灭弧装置位于主开关和灭弧室11之间；
所述静触头2与动触头4分离时产生电弧12；
在所述静触头2与动触头4分离时，电弧电压作用于励磁线圈7两端，磁吹灭弧装置会产生驱动所述电弧12至所述灭弧室11的磁场。
就上述实施例而言，励磁回路在动、静触头接触时没有电流流过，断路器收到分闸指令，动、静触头分离产生电弧12，电弧电压作用于励磁线圈，励磁电流流过励磁线圈7产生磁场。只不过，电弧熄灭后，回路并未完全断开，励磁电流依然存在。
在另外的实施例中，请参阅图1、2，所述磁吹灭弧装置还包括：导磁臂8、和辅助磁极9，所述静触头2和动触头4位于所述辅助磁极9之间，所述导磁臂8与辅助磁极9相连，所述励磁线圈7位于导磁臂8上。
就该实施例而言，励磁线圈7铁芯、导磁臂8、和辅助磁极9之间相当于形成一个导磁回路。
在另一个实施例中，断路器还包括静出线端1、静引弧道3、动引弧道5、动出线端6、接触器10。更优选的，接触器10为多断口接触器。
就该实施例而言，静出线端1、静触头2、动触头4、和动出线端6构成导电主回路；励磁线圈7、接触器10构成励磁回路；励磁线圈7接线端13通过多断口接触器10分别接在静出线端1与动出线端6。
励磁线圈两接线端13通过多断口接触器10分别接在静出线端1与动出线端6。断路器收到分闸指令，动、静触头分开，产生电弧12，电弧电压加在励磁线圈上，励磁线圈7流过励磁电流，励磁线圈7在励磁铁芯产生磁场，通过导磁臂8传至辅助磁极9。其中通过接触器多个断口串联，目的是提高接触器分断电压能力。多断口接触器10在断路器收到分闸指令后延时一段时间动作，保证电弧熄灭前辅助磁极9上的磁场始终作用于电弧12。所述的辅助磁极9为板状，使产生磁场尽量均匀，并使磁场作用范围增加，两辅助磁极9关于电弧12轴对称。辅助磁极9都能在灭弧室11入口处产生有利于将电弧12驱动到灭弧室11的磁场。
图1中灭弧室11的金属灭弧栅片采用常规设计，本文不再进一步描述。主回路电流穿过静出线端和静触头，再通过动触头与动出线端。当断路器处于承载电流状态时，通过动、静触头的电流可以沿任意方向流动。
图2中静引弧道3，安装在静触头2上方并与静触头为等势体。动引弧道5，安装在动触头4上方并与动触头为等势体。
励磁线圈有较大电阻，使励磁回路电流远小于多断口接触器额定分断电流。磁吹装置包括靠近灭弧室入口处的两个辅助磁极9，所述磁极在直流断路器分断回路时产生与电弧轴向垂直的磁场，用于增加电弧受到的电磁力，迫使电弧12拉长并进入灭弧室11，被金属栅片切割从而最终熄灭。磁吹装置辅助磁极9为板状，使用于驱动电弧的磁场尽量均匀，且范围增大。
当断路器分断电流在临界电流附近时，电弧12自身产生的磁场不够强，不能提供足够大的驱动力，出现电弧不能进入灭弧室11的现象。针对此问题，本发明设计了磁吹灭弧装置。
结合附图所示的具体实施例，下面详细介绍本发明的磁吹灭弧装置的原理和结构：
动、静触头分离时，动、静触头间产生电弧。如图3，设电流由静出线端流向动出线端，则辅助磁极在两触头间产生磁场方向垂直于纸面向里，电弧12受到向上的安培力F。如果电流由动出线端流向静出线端，如图4所示，则辅助磁极在两触头间产生的磁场方向垂直于纸面向外，电弧12依然受到向上的安培力F。随即电弧在安培力F的作用下移动至两引弧道3、5之间继续燃烧，最终进入金属灭弧栅片熄灭。所述磁吹灭弧系统保证任意电流流向下，辅助磁极9都能在灭弧室11入口处产生有利于将电弧12驱动到灭弧室11的磁场。
该装置还包括励磁线圈7，通过多断口接触器10电连接在动、静出线端之间，如图5所示。本实施例中励磁线圈电阻使励磁回路中电流小于2安培，六断口串接的交流空气接触器为前文所述多断口接触器的一种具体实施方式。动、静触头分开，电弧产生后，电弧电压加在励磁线圈上，流过励磁电流的励磁线圈在励磁线圈铁芯和两个辅助磁极9之间产生磁场，该磁场与电弧自身的磁场同向，能增大电弧在靠近灭弧室11入口处的指向灭弧室11方向的安培力，使弧根沿引弧道3、5运动速度加快，电弧更易进入灭弧室熄灭。
图6为励磁回路接触器动作时序图，主电路电弧熄灭后，电路并未完全断开，动、静出线端6、1之间仍接有励磁线圈7，但励磁回路上的电流远小于主回路电流，用多断口接触器10就可分断。为保证辅助磁极间磁场B在电弧熄灭之前一直存在，还可以设置定时器，例如在收到断路器分闸指令后经过500ms的延时，触发接触器动作，分断励磁回路，使分断过程彻底结束。
本领域技术人员应当明了，本发明中的磁吹灭弧装置非限于上述实施例中所给出的形式，例如磁吹灭弧装置还可以不包括导磁臂8，可以直接将励磁线圈置于辅助磁极9上，这样也可以产生驱动电弧的磁场，在本发明实施例的启发下，这种方式对本领域技术人员而言是容易想到与实现的，在此不再详述，本发明并非意在限制磁吹灭弧装置的具体结构，只要磁吹灭弧装置在主开关分断时能够产生驱动电弧进入灭弧室的磁场即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修饰、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种具有磁吹灭弧装置的直流断路器，其特征在于，包括：主开关、灭弧室(11)和磁吹灭弧装置，所述磁吹灭弧装置包括励磁线圈(7)，其特征在于：
所述主开关包括静触头(2)和动触头(4)；
所述磁吹灭弧装置位于主开关和灭弧室(11)之间；
所述静触头(2)与动触头(4)分离时产生电弧(12)；
在所述静触头(2)与动触头(4)分离时，电弧电压作用于励磁线圈(7)两端，磁吹灭弧装置会产生驱动所述电弧(12)至所述灭弧室(11)的磁场。
2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述磁吹灭弧装置还包括：导磁臂(8)、和辅助磁极(9)，所述静触头(2)和动触头(4)位于所述辅助磁极(9)之间，所述导磁臂(8)与辅助磁极(9)相连，所述励磁线圈(7)位于导磁臂(8)上。
3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，所述断路器还包括：接触器(10)，所述接触器(10)与所述励磁线圈(7)串联连接，接触器(10)与所述励磁线圈(7)串联后并联于所述主开关两端。
4.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述断路器还包括：定时器，当所述主开关接到分闸命令时，所述接触器(10)闭合所述定时器从而开始定时，当定时时间达到后，所述接触器(10)断开，其中：所述定时时间大于电弧熄灭过程所需时间。
5.根据权利要求3所述的断路器，其特征在于，所述接触器为多断口接触器，各断口依次串联后与励磁线圈(7)串联。
6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述断路器还包括：静引弧道(3)和动引弧道(5)，所述静引弧道(3)位于静触头(2)与灭弧室(11)之间；所述动引弧道(5)位于动触头(4)与灭弧室(11)之间，所述静引弧道(3)和动引弧道(5)用于将电弧引导至灭弧室(11)内。
7.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，优选的，所述辅助磁极(9)由相对设立的两个磁极板构成。
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