CN108321049B - 适用于机械式直流断路器的一体化电极结构及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于机械式直流断路器的一体化电极结构及其驱动方法，该一体化电极结构包括动导电杆，动导电杆的一端设置有主动电极，动导电杆上还设置有辅助动电极；主动电极对应设置有主静电极，主静电极连接于静导电杆的一端；辅助动电极对应设置有辅助静电极，辅助静电极连接辅助静电极引线端；其中动导电杆带动主动电极和辅助动电极进行直线运动。该电极结构能够通过一个动导电杆同时驱动主电极和辅助动电极，实现了主电极合分闸的同时辅助电极的快速合分，其中，还能够通过改变辅助电极的尺寸或动导电杆的运动速度来调节辅助电极保持合闸状态的时间。

Description

适用于机械式直流断路器的一体化电极结构及其驱动方法

技术领域

本发明属于电力开关技术领域；具体涉及一种适用于机械式直流断路器的一体化电极结构；还涉及上述一体化电极结构的驱动方法。

背景技术

随着直流电网技术的发展，电能的生产、传输、分配及消费正在逐步朝着高效环保的方向迈进。相对于传统的交流电网，直流电网主要具有传输功率大，损耗小，稳定性高等优点。但是，由于直流电流不存在自然过零点，因此，对于直流的开断，现阶段的技术还不成熟，这成为了直流电网进一步发展的一大瓶颈。

目前，针于直流断路器的设计方案，主要有三种形式：基于人工过零的机械式直流断路器、纯电力半导体直流断路器和混合式直流断路器。基于人工过零的机械式直流断路器具有成本低，耐压高，损耗小等优点；但是，该类型的直流断路器需要借助辅助电路来制造电流零点，通常，在该类直流断路器的主开关两端并联一个LC(电容电感)振荡支路，当主开关的电极打开到一定的开距并形成电弧，触发导通串联在LC振荡支路中的辅助开关，由于原先电容C预充有一定的电压，在导通LC振荡支路后，产生振荡电流，流过主开关的初始电流与振荡电流相叠加，在主开关中产生电流零点，电弧熄灭，电流被开断。

在现有的基于人工过零的直流断路器设计方案中，辅助开关一般采用球隙开关或者可控型电力半导体器件或者是传统的机械开关。其中，空气球隙开关由于导通时产生空气电弧，存在一定的安全隐患，故在很多场合并不适用；真空球隙开关中的真空电弧很容易在振荡电流过零时熄灭，而导致LC振荡电路停止工作，故该开关的电流续流性能比较差；可控型电力半导体器件由于其耐压低，导通电流小，仅适用于低电压小电流的场合。传统的机械开关存在分散性大、分合闸速度慢、机械强度不足等缺点，从而限制了整个直流断路器的性能。同时，上述三种开关，都具有辅助组件多，成本高，体积大，配合性差，可靠性低等缺点。因此，迫切需要一种适用于机械式直流断路器的一体化电极结构。

发明内容

本发明提供了一种适用于机械式直流断路器的一体化电极结构；该一体化电极结构能够通过一个动导电杆同时驱主动电极和辅助动电极，实现了主电极动作的同时辅助电极的快速合分；从而大大减小了直流断路器内部工作部件配合的难度与断路器整体的体积。

本发明的技术方案是：适用于机械式直流断路器的一体化电极结构，包括动主电极和辅助电极；其中，主电极包括主动电极和主静电极，辅助电极包括辅助静电极和辅助动电极；主动电极连接动导电杆，且主动电极设置于动导电杆的一端，动导电杆上还设置有辅助动电极，主动电极对应设置有主静电极，主静电极连接于静导电杆的一端；辅助动电极对应设置有辅助静电极，辅助静电极与辅助静电极引线端连接；其中动导电杆带动主动电极和辅助动电极做直线运动，使主动电极与主静电极导通，且辅助动电极与辅助静电极分离，或者使辅助动电极与辅助静电极接触，且主动电极与主静电极分离。

更进步一步的，本发明的特点还在于：

其中辅助静电极上设置有触发孔，辅助动电极能够穿过触发孔，且辅助动电极的外壁与触发孔的内壁接触，从而使辅助动电极与辅助静电极接触导通。

其中辅助动电极或触发孔上设置有辅助金属结构，辅助动电极穿过触发孔时通过辅助金属结构与辅助静电极接触导通。

其中主动电极设置在主静电极和辅助静电极之间，且主动电极在主静电极和辅助静电极之间进行直线运动。

本发明的另一技术方案是，上述适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的驱动方法，包括：当电极结构分闸动作时，初始时刻，主动电极与主静电极接触导通，辅助动电极与辅助静电极分离；动导电杆带动主动电极和辅助动电极朝着远离主静电极的方向移动，使主动电极与主静电极分离，之后辅助动电极与辅助静电极接触导通，此时辅助动电极和辅助静电极处于保持合闸状态；之后动导电杆继续沿着该方向移动，使辅助动电极与辅助静电极分离，至此完成辅助静电极和辅助动电极的合分；之后动导电杆沿原方向继续移动一定的距离，完成分闸动作；

当电极结构合闸动作时，初始时刻，主动电极与主静电极处于分离状态，且此时辅助动电极与辅助静电极分离；动导电杆带动主动电极和辅助动电极朝着靠近主静电极的方向移动，使辅助动电极与辅助静电极接触导通，然后再使辅助动电极与辅助静电极分离，辅助电极完成了一次合分，最后使主动电极与主静电极接触导通，至此完成了该电极结构的合闸动作。其中辅助动电极和辅助静电极处于保持合闸状态的时间t能够通过动导电杆的运动速度V_动、辅助动电极的尺寸L_动和辅助静电极的尺寸L_静来调节，具体的t＝(L_动+L_静)/V_动。

与现有技术相比，本发明的有益效果还在于：该一体化电极结构通过动导电杆带动主动电极和辅助动电极，实现合闸和分闸状态的切换。当该电极结构分闸动作时，动导电杆的朝向远离主静电极的方向运动，主动电极与主静电极分离，之后辅助动电极和辅助静电极进入合闸状态，并且随着动导电杆的继续运动，辅助动电极和辅助静电极也进入分闸状态，即到达该电极结构的分闸状态，从而完成分闸动作；当该电极结构合闸动作时，动导电杆的朝向靠近主静电极的方向运动，辅助动电极和辅助静电极进入合闸状态，并且随着动导电杆的继续运动，辅助动电极和辅助静电极进入分闸状态，之后，主动电极与主静电极进入合闸状态，即到达该电极系统的合闸状态，从而完成合闸动作；该电极结构能够通过动导电杆的运动，实现主动电极与主静电极的合分，同时实现辅助动电极和辅助静电极的快速合分。

更进一步的，辅助静电极上设置触发孔，通过辅助动电极穿过触发孔的结构，实现辅助静电极与辅助动电极的接触导通；进一步的，能够通过辅助金属结构实现辅助动电极和辅助静电极的间接接触。

更进一步的，辅助动电极为圆柱形结构，且触发孔为与之相匹配的圆形孔，该结构实现了辅助动电极在触发孔内移动；相应的，辅助动电极还可以设置为其他形状，触发孔与该形状匹配。

本发明的有益效果还在于：在该驱动方法中，采用动导电杆带动主动电极和辅助动电极分别与主静电极和辅助静电极接触的方式，实现了在主电极合闸或分闸的同时，辅助电极的快速合分；具体的，在动导电杆带动主动电极与主静电极合闸的过程中，辅助动电极与辅助静电极由分离状态切换为接触状态，最后再次进入分离状态；在动导电杆带动主动电极与主静电极分闸的过程中，辅助动电极与辅助静电极由分离状态切换为接触状态，最后再次进入分离状态。

更进一步的，在该驱动方法中，辅助静电极和辅助动电极保持合闸状态的时间能够通过改变动导电杆的运动速度、或辅助电极之间接触截面的长度进行调节。

附图说明

图1为本发明中适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的结构示意图；

图2为本发明中适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的驱动原理图。

图中：1为辅助静电极；2为辅助动电极；3为触发孔；4为主动电极；5为主静电极；6为动导电杆；7为静导电杆；8为辅助静电极引线端；9为操动机构连接端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明提供了一种适用于机械式直流断路器的一体化电极结构，如图1所示，该一体化电极结构包括动导电杆6，动导电杆6的一端设置有主动电极4，主静电极5与主动电极4相对设置，动导电杆6上还设置有辅助动电极2，辅助动电极2与主动电极4之间具有一定间隙，辅助动电极2对应设置有辅助静电极1；其中，在动导电杆6带动主动电极4和辅助动电极2移动的过程中，当主动电极4和主静电极5接触导通时，辅助动电极2与辅助静电极1处于分离状态；当辅助动电极2与辅助静电极1接触导通时，主动电极4与主静电极5处于分离状态。其中主静电极5还与静导电杆7连接，辅助静电极1还与辅助静电极引线端8连接，动导电杆6通过操动机构连接端9连接操动机构，操动机构带动导电杆6做直线运动。

优选的，辅助静电极1上开有触发孔3，辅助动电极2穿过触发孔3，主动电极4设置在辅助静电极1与主静电极5之间，且主动电极4不能穿过触发孔3，因此导电杆6带动主动电极4在主静电极5和辅助静电极1之间做直线运动；当辅助动电极2穿过触发孔3时，辅助动电极2的外壁与触发孔3的内壁接触，实现辅助动电极2与辅助静电极1的接触导通。

优选的，辅助动电极2为圆柱形结构，相应的触发孔3为与辅助动电极2相匹配的圆形孔，当辅助动电极2穿过触发孔3时，辅助动电极2与辅助静电极1接触导通。并且辅助动电极2还可以为其他形状，触发孔3与其形状相匹配即可。

优选的，辅助动电极2或触发孔3上设置有辅助金属结构，辅助金属结构为金属条或弹性导电体；当辅助动电极2穿过触发孔3时，通过辅助动电极2和辅助静电极1之间通过辅助金属结构间接接触导通。

优选的，主动电极4和主静电极5能够为带有电弧控制功能的触头。

本发明还提供了上述适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的驱动方法，如图2(a)所示，当电极开关处于合闸状态时，主动电极4与主静电极5接触导通，辅助静电极1与辅助动电极2处于分离状态，且辅助动电极2在主动电极4和辅助静电极1之间，辅助动电极2与触发孔3相对；如图2(b)所示，当电极结构分闸状态动作时，动导电杆6带动辅助动电极2和主动电极4向着远离主静电极5的方向做直线运动，主动电极4与主静电极5分离，之后，辅助动电极2与辅助静电极1接触且开始穿越触发孔3，辅助电极进入合闸状态，开始导通的时刻计算辅助电极的保持合闸状态时间；如图2(c)所示，辅助动电极2在触发孔3内移动，此时辅助动电极2始终与辅助静电极1保持接触，当辅助动电极2穿过触发孔3，且辅助动电极2与辅助静电极1分离后，辅助电极进入分闸状态；其中，辅助动电极2在触发孔3内的移动时长t即为辅助电极保持合闸状态的时间；如图2(d)所示，动导电杆6继续移动一定的距离使辅助静电极1和辅助动电极2彻底分离，则该电极结构完成分闸动作。

当电极结构合闸动作时：如图2(d)所示，电极结构处于分闸状态，主动电极4与主静电极5分离，辅助静电极1在主动电极4和辅助动电极2之间，且辅助静电极1与辅助动电极2处于分离状态，辅助动电极2与触发孔3相对；如图2(c)所示，动导电杆6带动辅助动电极2和主动电极4向着靠近主静电极5的方向移动，当辅助动电极2开始穿过触发孔3时，辅助动电极2与辅助静电极1接触导通，辅助电极进入合闸状态，从该时刻开始计算辅助电极保持合闸状态的时间；如图2(c)所示，辅助动电极2在触发孔3内移动，此时辅助动电极2始终与辅助静电极1接触导通，当辅助动电极2穿过触发孔3，且辅助动电极2与辅助静电极1分离时，辅助动电极2在触发孔3内的移动的时间t即为辅助电极保持合闸状态的时间；此后动导电杆6继续沿着朝向主静电极5的方向移动，主动电极4与主静电极5接触导通，回到图2(a)所示的位置，则该电极结构完成了一次合闸动作。

更进一步的，本发明中辅助电极保持合闸状态时间t能够通过改变辅助静电极1的尺寸、辅助动电极2的尺寸和动导电杆6的移动速度进行调节，具体的t＝(L_动+L_静)/V_动，其中L_动为辅助动电极2与辅助静电极1接触截面的长度，L_静为辅助静电极1与辅助动电极2接触截面的长度，V_动为动导电杆6在辅助动电极2穿过触发孔3时的平均移动速度。

如图2所示，当辅助动电极2为圆柱形结构时，L_动为辅助动电极2的厚度；相应的触发孔3为圆柱形的孔，L_静为触发孔3的深度，即辅助静电极1的厚度。

Claims (3)

1.一种适用于机械式直流断路器的一体化电极结构，其特征在于，包括主电极和辅助电极；主电极包括主动电极(4)和主静电极(5)，辅助电极包括辅助静电极(1)和辅助动电极(2)；主动电极(4)连接动导电杆(6)，且主动电极(4)设置在动导电杆(6)的一端，动导电杆(6)上还设置有辅助动电极(2)；主动电极(4)对应设置有主静电极(5)，主静电极(5)连接于静导电杆(7)的一端；辅助动电极(2)对应设置有辅助静电极(1)，辅助静电极(1)连接辅助静电极引线端(8)；其中动导电杆(6)带动主动电极(4)和辅助动电极(2)做直线运动，使主动电极(4)与主静电极(5)接触导通，且辅助动电极(2)与辅助静电极(1)分离，或者使辅助动电极(2)与辅助静电极(1)接触导通，且主动电极(4)与主静电极(5)分离，所述辅助静电极(1)上设置有触发孔(3)，辅助动电极(2)能够穿过触发孔(3)，且辅助动电极(2)的外壁与触发孔(3)的内壁接触，使辅助动电极(2)与辅助静电极(1)接触导通，所述主动电极(4)设置在主静电极(5)和辅助静电极(1)之间，且主动电极(4)在主静电极(5)和辅助静电极(1)之间做直线运动，所述辅助动电极(2)或触发孔(3)上设置有辅助金属结构，辅助动电极(2)穿过触发孔(3)时通过辅助金属结构与辅助静电极(1)接触导通，所述辅助金属结构为金属条或弹性导电体，所述辅助动电极(2)为圆柱形结构，且触发孔(3)为与辅助动电极(2)匹配的圆形孔。

2.一种如权利要求1所述的适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的驱动方法，其特征在于，包括：当电极结构分闸动作时，主动电极(4)与主静电极(5)接触导通，此时辅助动电极(2)与辅助静电极(1)分离；随后动导电杆(6)带动主动电极(4)和辅助动电极(2)朝着远离主静电极(5)的方向移动，并且使主动电极(4)与主静电极(5)分离，且辅助动电极(2)与辅助静电极(1)接触导通，此时辅助动电极(2)和辅助静电极(1)处于保持合闸状态；之后动导电杆(6)继续沿着该方向移动，并且使辅助动电极(2)与辅助静电极(1)分离，至此完成辅助静电极(1)和辅助动电极(2)的分闸；之后动导电杆(6)沿原方向继续移动一段距离，直流断路器完成分闸动作；当电极结构合闸动作时，主动电极(4)与主静电极(5)处于分离状态，且此时辅助动电极(2)与辅助静电极(1)分离；动导电杆(6)带动主动电极(4)和辅助动电极(2)朝着靠近主静电极(5)的方向移动，使辅助动电极(2)与辅助静电极(1)接触导通，然后再使辅助动电极(2)与辅助静电极(1)分离，最后使主动电极(4)与主静电极(5)接触导通，至此完成直流断路器的合闸动作。

3.根据权利要求2所述适用于机械式直流断路器的一体化电极结构的驱动方法，其特征在于，所述辅助动电极(2)和辅助静电极(1)处于保持合闸状态的时间t能够通过动导电杆(6)的运动速度V_动、辅助动电极(2)的尺寸L_动和辅助静电极(1)的尺寸L_静来调节，具体的t＝(L_动+L_静)/V_动。

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