CN110047695B - 机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构 - Google Patents

机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构，金属平板触头作为动触头，带开口缝隙的环形线圈式触头作为静触头，导电杆为T型圆柱杆，并且导电杆大头圆面直径与环形线圈式触头外径相同，导电杆大头圆面上有一个金属凸起，环形线圈式触头和导电杆相连接处除了金属凸起连接外其余部分全部用高强度绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，环形线圈式触头另一环面正对金属平板触头，在动静触头分开时之间产生电弧，电弧分布在环形线圈平面上，形成了沿着环形线圈流动的电流，使得触头之间产生很大的纵向磁场，而且结构保证不被挤压变形，结构简单，触头电寿命更长，在把电弧拉到线圈内部时就拉长了电弧，使电弧更加容易熄灭。

Description

机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构
技术领域
本发明涉及一种高压直流断路器，特别涉及一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构。
背景技术
机械式高压直流断路器需要人工过零点来开断直流电流，因此机械式高压直流断路器工作原理如图1所示。它包括三条支路：机械式断路器支路，电流转移支路，避雷器支路。在支路一打开后机械式断路器中开始燃弧，一定时间Δt2时间后支路二闭合，预先充电的电容通过电感向支路一提供高频振荡电流，高频振荡电流叠加在支路一的直流电流上，为支路一提供电流过零点，支路一的机械断路器在电流过零时电弧熄灭，支路一电路开断后电流才能成功转移到第二支路上，完成机械式高压直流断路器的第一次重要的电流转移。只有这次电流转移成功机械式高压直流断路器才能有后续的第二支路电流向第三支路转移及第三支路吸收能量并最终切断全部电流的过程。支路一实际开断的电流是高频电流。
支路一是由快速断路器组成，即快速真空断路器。该快速真空断路器的开断能力取决于触头之间在开断过程中所加的磁场。目前该快速真空断路器采用的是真空灭弧室及快速斥力机构，通过快速斥力机构实现了快速的功能，但是用来开断直流上叠加高频电流的真空灭弧室依然采用的是原来开断工频电流时所使用的灭弧室。该真空灭弧室的触头由动端盖、静端盖、动触头、静触头、东导电杆、静导电杆及波纹管组成。动触头和静触头结构结构完全相同。动触头由两部分组成，分别是线圈和位于线圈前面的触头片。动、静触头分开时两个触头片之间出现一定的距离。动触头的线圈和动导电杆相连，静触头的线圈和静导电杆相连。在工频情况下电流流过线圈时产生纵向磁场，在开断工频电流时通过电流自身路径在触头间隙中形成磁场来提高真空灭弧室的开断能力。但是在图1所示的机械式高压直流断路器中当支路二向真空断路器提供高频电流流过真空灭弧室时在支路一的高压真空灭弧室中产生的磁场却非常小，和工频下的磁场相比几乎为零。不同频率下和工频下快速真空断路器的真空灭弧室中的纵向磁场对比结果如图2所示，横坐标为沿着触头片的中心的连线从一个触头到另一个触头的距离；纵轴为纵磁的磁感应强度，高频下真空灭弧室中的磁场几乎为零，因此需要重新设计能够在高频下产生纵向磁场的触头结构。常规的提高磁场的方法为：在触头的触头座中添加铁磁材料使得触头片之间的磁场增强、在真空间隙上额外外绕线圈来产生磁场，另外为了减小涡流在触头片上开槽来减小涡流产生的磁场，但是经过计算这些方法在高频下都不起作用，支路二向支路一中提供的高频电流频率为3.8kHz，在直流断路器中也有用5kHz、10kHz的转移电流的频率。从图2的计算结果比较发现频率为1kHz时在目前所用的线圈式纵磁触头结构中触头打开时真空间隙中的磁场已经基本为零了。但是纵向磁场对于真空电弧的熄灭及真空中电流开断具有重要的作用。
发明内容
本发明是针对现有技术高频下真空灭弧室的磁场难以提高的问题，提出了一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构，使得触头结构能够在高频情况下产生很大的磁场，这个磁场能够很好地帮助熄灭高频电流产生的真空电弧。
本发明的技术方案为：一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构，金属平板触头作为动触头，带开口缝隙的环形线圈式触头作为静触头，导电杆为T型圆柱杆，并且导电杆大头圆面直径与环形线圈式触头外径相同，导电杆大头圆面上有一个金属凸起，环形线圈式触头一环面搁置在导电杆上金属凸起上，环形线圈式触头开口缝隙与金属凸起不接触，环形线圈式触头和导电杆相连接处除了金属凸起连接外其余部分全部用高强度绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，环形线圈式触头另一环面正对金属平板触头，在金属平板触头和环形线圈式触头分开时它们之间产生电弧，电弧分布在环形线圈平面上，形成了沿着环形线圈流动的电流，此电流使得触头之间产生纵向磁场。
本发明的有益效果在于：本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构，触头结构直接产生很大的纵向磁场而且还不容易被挤压变形，该结构不仅简单，节省原材料，而且触头电寿命更长，在把电弧拉到线圈内部时就拉长了电弧，使电弧更加容易熄灭。
附图说明
图1为机械式高压直流断路器工作原理图；
图2为高频下和工频下快速真空断路器的真空灭弧室中的磁场对比图；
图3为本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构立体图；
图4为本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构正视图；
图5为本发明真空灭弧室线圈平板触头结构产生的纵向磁场图。
具体实施方式
本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构如图3及图4所示。它的一个触头是金属平板触头(相当于动触头)，另一个触头是一个带开口缝隙的环形线圈式触头(相当于静触头)，线圈材料采用目前的开断性能很好的CuCr触头材料。导电杆为T型圆柱杆，并导电杆大头圆面直径与环形线圈式触头外径相同，导电杆大头圆面上有一个金属凸起，环形线圈式触头一环面搁置在导电杆上金属凸起上，环形线圈式触头开口缝隙与金属凸起不接触，最佳位置如图所示。环形线圈式触头和导电杆相连接处除了金属凸起连接外其余部分全部用聚四氟乙烯或者强度更高的绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，绝缘环形垫片能够耐受80度以下的高温。环形线圈式触头另一环面正对金属平板触头，在金属平板触头和环形线圈式触头分开时它们之间产生电弧，电弧分布在环形线圈平面上，使得电流沿着线圈流动，当在线圈触头和触头片之间形成电弧时，电弧电流会从线圈触头片最后汇集到平板触头片上，这样就形成了沿着环形线圈流动的电流，这样的电流使得触头之间产生纵向磁场，这对熄灭电弧有好处，使得这样的触头结构的开断电流能力变强。
将图4所示的触头结构用在真空灭弧室中，无论环形线圈式触头是在动触头一端还是静触头一端这样的触头结构都可以产生很好的很大的纵向磁场。产生的纵向磁场如图5所示。从图5中可以看到从线圈到触头片之间的磁场随着距离增加快速下降。但是在线圈处磁场非常大。这对熄灭电弧有很大的好处。这种触头结构很简单而且由于增加了强度大的绝缘材料作为垫片该触头在闭合过程中所产生的冲击力不会将线圈与增大的动导电杆之间冲击变形，线圈的形状容易保持不变，而之前所用的线圈式纵向磁场触头它的线圈中无垫片，而且线圈前面还有触头片，这样的结构不仅容易在关合触头时产生的冲击力的作用下将线圈的缝隙挤压变形而导致再也没有缝隙，没有了缝隙就没有了线圈，也无法产生纵向磁场。另外在高频下这种线圈前面带有触头片的结构还无法产生纵向磁场。现在本发明的触头结构直接产生很大的纵向磁场而且还不容易被挤压变形，该结构不仅简单，节省原材料，而且触头电寿命更长，在把电弧拉到线圈内部时就拉长了电弧，使电弧更加容易熄灭。因此这种线圈平板式触头结构不仅部件少而且还达到了使用更多的部件还无法达到的效果。

Claims (1)

1.一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室线圈平板触头结构，其特征在于，金属平板触头作为动触头，带开口缝隙的环形线圈式触头作为静触头，导电杆为T型圆柱杆，并且导电杆大头圆面直径与环形线圈式触头外径相同，导电杆大头圆面上有一个金属凸起，环形线圈式触头一环面搁置在导电杆上金属凸起上，环形线圈式触头开口缝隙与金属凸起不接触，环形线圈式触头和导电杆相连接处除了金属凸起连接外其余部分全部用高强度绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，环形线圈式触头另一环面正对金属平板触头，在金属平板触头和环形线圈式触头分开时它们之间产生电弧，电弧分布在环形线圈平面上，形成了沿着环形线圈流动的电流，此电流使得触头之间产生纵向磁场。
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