CN110021495A - 用于直流开断的液体灭弧室、直流断路器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直流开断的液体灭弧室，用于直流开断的液体灭弧室包括腔体、静触头和动触头，括腔体内密封液体介质，静触头密封地固定于所述腔体内，所述静触头的一端固定在所述腔体内，所述静触头的另一端连接出线端A1；动触头可移动地密封在所述腔体内，所述动触头的一端可邻接抵靠或接触所述静触头，另一端连接出线端A2，其中，动静触头闭合时，电流流过动触头和静触头；拉开动触头以开断时，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压。

Description

用于直流开断的液体灭弧室、直流断路器及其方法

技术领域

本发明涉及一种电气设备技术领域，特别是用于直流开断的液体灭弧室、直流断路器及其方法。

背景技术

直流配电网是未来电网的重要发展方向，具有运行方式灵活、电能质量高、系统稳定、易于吸收分布式新能源等优势，而直流断路器是保障直流配电网安全可靠运行的核心设备之一。现有的直流开断方案主要包括机械式直流开断方案和混合式直流开断方案，其断口主要是真空或SF6断口。由于上述断口在开断过程的电弧电压低，难以利用其自身的电弧电压实现中高压直流系统的电流开断，必须通过电流转移实现断口电流过零。同时，由于断口电弧电压低，开断过程无法利用其自身的电弧电压实现电流快速转移，必须依靠辅助的电力电子器件或者预充电电容实现转移和开断，导致开断过程复杂，成本昂更，开断容量和可靠性不高。

上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种用于直流开断的液体灭弧室、直流断路器及其方法。其通过在密封腔体中的液体中燃弧大幅度提高电弧电压，进行电流的快速转移，从而完直流电流的快速限制和开断。

具体的，本发明采用如下技术方案：

一种用于直流开断的液体灭弧室包括，

腔体，其内密封液体介质，

静触头，其密封地固定于所述腔体内，所述静触头的一端固定在所述腔体内，所述静触头的另一端连接出线端A1；

动触头，其可移动地密封在所述腔体内，所述动触头的一端可邻接抵靠或接触所述静触头，另一端连接出线端A2，其中，动静触头闭合时，电流流过动触头和静触头；拉开动触头以开断时，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述静触头波纹管密封于所述腔体内，和/或动触头波纹管密封、滑动密封或转动密封在所述腔体内。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述动触头与拉杆相连，拉杆另一端与驱动装置相连。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述拉杆为金属拉杆或绝缘拉杆，所述拉杆螺纹连接或销钉连接所述动触头。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述驱动装置另一端与保持装置相连，驱动装置是基于电磁斥力的驱动装置、永磁机构、电磁铁及其组合，保持装置是双稳弹簧保持装置、电磁铁或永磁体保持装置。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述腔体的外壳是陶瓷外壳或金属外壳，静触头和/或动触头为带引弧角触头、平板触头、带有横磁或者纵磁开槽的触头；静触头材料为纯铜、铜钨合金或铜铬合金。

所述的用于直流开断的液体灭弧室中，所述液体介质是水、植物油或变压器油，所述液体介质在腔体中完全充满或者留有气体间隙。

根据本发明的另一方面，一种直流断路器包括，

所述的用于直流开断的液体灭弧室，

能量耗散器件，其并联所述的液体灭弧室，所述能量耗散器件一端连接出线端A1，另一端连接出线端A2。

所述的直流断路器中，所述能量耗散器件包括过电压限制模块，所述过电压限制模块包括：有金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器、可卸式避雷器及其组合。

根据本发明的另一方面，一种利用所述直流断路器的开断方法包括以下步骤，

第一步骤，动静触头闭合，电流流过动触头和静触头；

第二步骤，拉开动触头以开断，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压；

第三步骤，电弧电压触发能量耗散器件导通，电流迅速转移并由能量耗散器件截断，完成电流分断。

有益效果

本发明利用液体电弧大幅提高断口电压，简化开断方案，大幅降低或去除电力电子器件的使用，提高直流断路器的经济性和开断可靠性，能够满足目前直流配电网安全、可靠、经济的要求。

附图说明

参照附图，上述以及其他本发明的目的、特征和优点，通过本发明实施例的以下说明性且非限制性详细描述将被更好地理解，其中：

图1给出液体灭弧室的一种结构实例1；

图2给出液体灭弧室的一种结构实例2；

图3给出液体灭弧室的密封方式1；

图4给出液体灭弧室的密封方式2；

图5给出液体灭弧室工作状态的示意图；

图6给出一种本发明的实例；

图7(a)至图7(c)给出实例的具体工作过程；

图8给出一种本发明的实例；

图9给出一种本发明的实例。

所有附图都是示意性的，不是必须完全一致的。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上技术领域、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。

以下结合附图1至图9来说明本发明的具体实施方式。

图1为断路器本体结构示意图，一种用于直流开断的液体灭弧室包括，

腔体，其内密封液体介质，

静触头，其密封地固定于所述腔体内，所述静触头的一端固定在所述腔体内，所述静触头的另一端连接出线端A1；

动触头，其可移动地密封在所述腔体内，所述动触头的一端可邻接抵靠或接触所述静触头，另一端连接出线端A2，其中，动静触头闭合时，电流流过动触头和静触头；拉开动触头以开断时，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的一个实施例中，所述静触头波纹管密封于所述腔体内，和/或动触头波纹管密封、滑动密封或转动密封在所述腔体内。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的另一个实施例中，所述动触头与拉杆相连，拉杆另一端与驱动装置相连。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的另一个实施例中，所述拉杆为金属拉杆或绝缘拉杆，所述拉杆螺纹连接或销钉连接所述动触头。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的另一个实施例中，所述驱动装置另一端与保持装置相连，驱动装置是基于电磁斥力的驱动装置、永磁机构、电磁铁及其组合，保持装置是双稳弹簧保持装置、电磁铁或永磁体保持装置。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的另一个实施例中，所述腔体的外壳是陶瓷外壳或金属外壳，静触头和/或动触头为带引弧角触头、平板触头、带有横磁或者纵磁开槽的触头；静触头材料为纯铜、铜钨合金或铜铬合金。

所述的用于直流开断的液体灭弧室的另一个实施例中，所述液体介质是水、植物油或变压器油，所述液体介质在腔体中完全充满或者留有气体间隙。

本发明在正常通流时，动静触头闭合，电流由动、静触头流过；在进行开断时，动触头拉开，动静触头直接产生电弧，触头间温度迅速升高，触头间的液体介质汽化，触头间的气体气压迅速升高，并形成液体快速喷流，推动电弧运动，导致电弧电压急剧升高；电弧电压触发能量耗散支路导通，电流迅速转移，由能量耗散支路截断，完成电流的分断。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，图1为液体灭弧室的结构实例1。其中，1为灭弧室体外壳，2为液体介质，3为静触头，4为动触头，5为密封连接处；其中触头可以为带引弧角触头、平板触头、带有横磁或者纵磁开槽的触头。

在一个实施例中，图2为液体灭弧室的结构实例2。其中，1为灭弧室体外壳，2为液体介质，3为静触头，4为动触头，5为密封连接处，6为空气间隙；其中触头可以为带引弧角触头、平板触头、带有横磁或者纵磁开槽的触头。

在一个实施例中，图3为液体灭弧室的滑动密封方式示意图，其中1为动触头，2位拉杆与触头连接点，可以是螺纹连接或销钉连接；3是拉杆，可以是金属拉杆或绝缘拉杆；4密封连接处。

在一个实施例中，图3为液体灭弧室的转动密封方式示意图，其中1为动触头，2位拉杆与触头连接点，可以是螺纹连接或销钉连接；3是拉杆，可以是金属拉杆或绝缘拉杆；4密封连接处。

在一个实施例中，图5为液体灭弧室开断示意图，在开断时，动触头拉开，动静触头直接产生电弧，触头间温度迅速升高，触头间的液体介质汽化，由于液体不可被压缩，触头间的气体气压迅速升高，并且液体快速喷流推动电弧运动。

如图6所示，一种直流断路器包括，

用于直流开断的液体灭弧室，

能量耗散器件，其并联所述的液体灭弧室，所述能量耗散器件一端连接出线端A1，另一端连接出线端A2。

在一个实施例中，所述能量耗散器件包括过电压限制模块，所述过电压限制模块包括：有金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器、可卸式避雷器及其组合。

在一个实施例中，图6为液体灭弧室的一个应用实例，图7(a)至图7(c)给出具体的工作过程：

(1)、如图7(a)所示正常通流状态下，系统电流从出线端A1流入，经过动静触头后从出线端A2流出；

(2)、如图7(b)所示，当开断电流时，动触头拉开，动静触头间开始燃弧，液体介质在电弧作用下迅速蒸发，电弧电压迅速上升，达到MOV的阈值电压时MOV导通；

(3)、如图7(c)所示，MOV完成短路能量耗散，电弧熄灭，完成开断；

在一个实施例中，图8为液体灭弧室的一种应用实例，由灭弧室并联避雷器后多个串联，构成直流断路器。

在一个实施例中，图9为液体灭弧室的一种应用实例，由灭弧室多个串联，构成直流断路器。

本发明中，一种利用所述直流断路器的开断方法包括以下步骤，

第一步骤，动静触头闭合，电流流过动触头和静触头；

第二步骤，拉开动触头以开断，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压；

第三步骤，电弧电压触发能量耗散器件导通，电流迅速转移并由能量耗散器件截断，完成电流分断。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，例如推演出基于单向固态开关支路和单向振荡支路的单向用于直流开断的液体灭弧室等，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种用于直流开断的液体灭弧室，其包括，

腔体，其内密封液体介质，

静触头，其密封地固定于所述腔体内，所述静触头的一端固定在所述腔体内，所述静触头的另一端连接出线端A1；

动触头，其可移动地密封在所述腔体内，所述动触头的一端可邻接抵靠或接触所述静触头，另一端连接出线端A2，其中，动静触头闭合时，电流流过动触头和静触头；拉开动触头以开断时，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压。

2.根据权利要求1所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，优选的，所述静触头波纹管密封于所述腔体内，和/或动触头波纹管密封、滑动密封或转动密封在所述腔体内。

3.根据权利要求1所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，所述动触头与拉杆相连，拉杆另一端与驱动装置的一端相连。

4.根据权利要求3所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，所述拉杆为金属拉杆或绝缘拉杆，所述拉杆螺纹连接或销钉连接所述动触头。

5.根据权利要求3所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，所述驱动装置另一端与保持装置相连，所述驱动装置包括如下任一或其任意组合：基于电磁斥力的驱动装置、永磁机构、电磁铁，所述保持装置包括如下任一或其任意组合：双稳弹簧保持装置、电磁铁或永磁体保持装置。

6.根据权利要求1所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，所述腔体的外壳包括陶瓷外壳或金属外壳，静触头和/或动触头包括：带引弧角触头、平板触头、带有横磁或者纵磁开槽的触头；静触头的材料包括纯铜、铜钨合金或铜铬合金。

7.根据权利要求1所述的用于直流开断的液体灭弧室，其特征在于，所述液体介质包括水、植物油或变压器油，所述液体介质在腔体中完全充满或者留有气体间隙。

8.一种直流断路器，其包括，

根据权利要求1-7中任一项所述的用于直流开断的液体灭弧室，

能量耗散器件，其并联所述的液体灭弧室，所述能量耗散器件一端连接出线端A1，另一端连接出线端A2。

9.根据权利要求1所述的直流断路器，其特征在于，所述能量耗散器件包括过电压限制模块，所述过电压限制模块包括：金属氧化物避雷器、线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器、可卸式避雷器及其组合。

10.一种利用权利要求8或9所述直流断路器的开断方法，其包括以下步骤，

第一步骤，动静触头闭合，电流流过动触头和静触头；

第二步骤，拉开动触头以开断，在动触头与静触头之间产生的电弧汽化液体介质以形成液体喷流，所述液体喷流推动电弧运动以升高电弧电压；

第三步骤，电弧电压触发能量耗散器件导通，电流迅速转移并由能量耗散器件截断，完成电流分断。