CN111900029A - 一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了，一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，为4级灭弧室串联组成，包括左右两个灭弧室间连通，上下灭弧室之间通过动触头导轨进行隔离；4级灭弧室内布置有栅片组，上下灭弧室之间分别带有静触头，动触头导轨穿过一侧静触头后连接动触头，动触头导轨止于另一侧静触头；动触头外端止于栅片组之间。采用以上结构设计，不仅增加了电弧所受洛伦磁力，促使电弧被多个栅片切割，提高栅片的利用率；而且增加了气吹作用，消除了直流电流的极性影响，增强电弧能量耗散，从而快速提高电弧电压，利于电弧的快速熄灭。

Description

一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构

技术领域

本发明属于直流电弧灭弧装置技术领域，涉及一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构。

背景技术

随着清洁能源的开发利用，光伏发电的装机容量和在电力系统中的比例逐年提升，为了提高光伏发电的综合效益，光伏发电直流侧电压也在逐渐增加，从1000V向1500V发展。而隔离开关作为光伏发电直流侧重要的控制保护元器件，其额定电压也要求进一步提高。隔离开关更多的是承担着开通和关断额定电流的任务，当关断额定电流时，动静触头分离，由于触头间的高电压将会击穿空气间隙，从而产生电弧，电弧能否快速熄灭直接决定了电路能否正常断开。由于直流电弧没有自然过零点，需要依靠电弧电压来强迫电弧电流过零，以达到熄灭电弧的目的。因此，通常通过在灭弧室布置多个栅片，使电弧快速进入栅片，一方面被栅片冷却，提高电弧电压；另一方面，电弧被栅片切割为多段短弧，形成多对栅片的近极压降，每对近极压降根据材料大概在20-30V之间，这样就会提高电弧电压，从而迫使电弧电流减小并过零，以达到熄灭电弧的目的。

隔离开关开断额定电流下的电弧时，与开断短路电流情况下的电弧不同，由于电流较小，电弧自身产生的磁场和电流回路产生的磁场较小，所以电弧所受到的洛伦磁力也较小，不足以使电弧快速进入栅片，从而被栅片冷却和切割。因此，需要通过对灭弧室的结构设计来加速气流场或者添加永磁体以增加磁吹作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，具有加速电弧进入栅片，提高电弧电压，达到快速熄灭电弧的特点，保证直流配电网和光伏发电系统的供电安全性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是，一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，为4级灭弧室串联组成，包括左右两个灭弧室间连通，上下灭弧室之间通过动触头导轨进行隔离；4级灭弧室内布置有栅片组，上下灭弧室之间分别带有静触头，动触头导轨穿过一侧静触头后连接动触头，动触头导轨止于另一侧静触头；动触头外端止于栅片组之间。

动触头导轨为绝缘材料，如陶瓷等。

应用于直流额定电压DC400V-DC1500V之间的直流配电网络和光伏发电系统。

左右两个灭弧室顶部采用软连接，底部分别连接接线端子。

栅片组包括第一组栅片和第二组栅片；第一组栅片包含6个栅片，为铁磁材料；第二组栅片包含3个栅片，为锌镍铁氧体材料。

第一组栅片的相对磁导率为2000-3000；第二组栅片相对磁导率为8000。

栅片靠近动触头一侧为喇叭口形，其内凹部分为圆弧面，深度5-10mm。

第一组栅片和第二组栅片的栅片厚度为1-1.5mm，间隔1.5-2mm设置。

动触头导轨上开有两个间隔设置的矩形动触头运动槽，通过动触头运动槽安装动触头。

静触头与动触头相对面均为圆弧面。

本发明的有益效果是：

1)目前隔离开关大多是单极的交流产品，对于直流的隔离开关额定电压基本在1000V以下，很少有1500V的直流隔离开关，而且高电压的隔离开关串并联级数较多，尺寸较大；或者是对于直流电弧开断有极性的影响。本发明从增强能量耗散的角度出发，设计了4级串联的灭弧室结构。

2)每一级灭弧室中有栅片9个，每个栅片厚度1mm，栅片之间间隔1.5mm，每个栅片的结构相同。9个栅片共分为2组，第一组栅片包含6个栅片，材料为铁磁材料，其相对磁导率在2000-3000之间；第二组栅片包含3个栅片，其材料为锌镍铁氧体，其相对磁导率在8000。此灭弧室结构中，动静触头相对的面，即起弧面，为圆弧面形状，动静触头间的间隙形成了一个喷嘴形状。动触头深入栅片腿部之间，可将电弧快速引入栅片。

3)采用以上结构设计，不仅增加了电弧所受洛伦磁力，促使电弧被多个栅片切割，提高栅片的利用率；而且增加了气吹作用，消除了直流电流的极性影响，增强电弧能量耗散，从而快速提高电弧电压，利于电弧的快速熄灭。

附图说明

图1是本发明一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构的正视图；

图2是本发明一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构的中一个灭弧室内栅片组合结构图；

图3是本发明一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构中栅片形状以及和动触头的位置关系图；

图4是本发明一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构中动触头运动导轨形状示意图。

图中，1.软连接，2.动触头，3.动触头导轨，4.接线端子，5.栅片组，6.第一静触头，7.第二静触头，8.第三静触头，9.第四静触头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，为4级灭弧室串联组成，包括左右两个灭弧室间连通，上下灭弧室之间通过动触头导轨3进行隔离；4级灭弧室内布置有栅片组5，上下灭弧室之间分别带有静触头(即第一静触头6，第二静触头7，第三静触头8，第四静触头9)，动触头导轨3穿过一侧静触头(第一静触头6，第二静触头7)后连接动触头2，动触头导轨3止于另一侧静触头(第三静触头8，第四静触头9)；动触头2外端止于栅片组5之间。

动触头导轨为绝缘材料，如陶瓷等。

应用于直流额定电压DC400V-DC1500V之间的直流配电网络和光伏发电系统。

左右两个灭弧室顶部采用软连接1，底部分别连接接线端子4。

如图2所示，栅片组5包括第一组栅片和第二组栅片；第一组栅片包含6个栅片，为铁磁材料；第二组栅片包含3个栅片，为锌镍铁氧体材料。

第一组栅片的相对磁导率为2000-3000；第二组栅片相对磁导率为8000。

如图3所示，栅片靠近动触头2一侧为喇叭口形，其内凹部分为圆弧面(即起弧面)，深度5-10mm。

第一组栅片和第二组栅片的栅片厚度为1-1.5mm，间隔1.5-2mm设置。

如图4所示，动触头导轨3上开有两个间隔设置的矩形动触头运动槽，通过动触头运动槽安装动触头2。

静触头与动触头2相对面均为圆弧面。

动触头2深入栅片之间，可将电弧快速引入栅片，此灭弧室结构一方面由于第二组栅片相对磁导率较高，可起到导磁作用，从而使磁感线更易通过第二组栅片，使电弧所受到的洛伦磁力有一个向静触头方向的分量，从而促使电弧进入第一组栅片，提高栅片的利用率；另一方面，栅片靠近动触头2一侧为喇叭口形，可加速气流场的运动，从而使电弧快速进入栅片，被栅片切割，提高电弧电压；同时，由于静触头的圆弧面设计，在动触头2打开到最大位置时，动静触头均被包含在整个栅片组5间，使电弧可以与每一片栅片接触并冷却。如果热气流扩散到动触头外侧，则会进入相邻的灭弧栅片间，同样会被冷却。

通过栅片组5采用不同相对磁导率的材料来增加磁吹作用，通过对动静触2头结构的设计，来加速气流场，增加气吹作用。同时增加磁吹和气吹，一方面使电弧快速进入栅片区域，被栅片切割，另一方面增加了对流耗散，增强了电弧能量的耗散，从而实现直流电弧的快速熄灭，同时消除了直流电流的极性影响。

Claims (10)

1.一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，为4级灭弧室串联组成，包括左右两个灭弧室间连通，上下灭弧室之间通过动触头导轨(3)进行隔离；4级灭弧室内布置有栅片组(5)，上下灭弧室之间分别带有静触头，动触头导轨(3)穿过一侧静触头后连接动触头(2)，动触头导轨(3)止于另一侧静触头；动触头(2)外端止于栅片组(5)之间。

2.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述动触头导轨为绝缘材料，如陶瓷等。

3.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，应用于直流额定电压DC400V-DC1500V之间的直流配电网络和光伏发电系统。

4.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述左右两个灭弧室顶部采用软连接(1)，底部分别连接接线端子(4)。

5.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述栅片组(5)包括第一组栅片和第二组栅片；第一组栅片包含6个栅片，为铁磁材料；第二组栅片包含3个栅片，为锌镍铁氧体材料。

6.根据权利要求5所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述第一组栅片的相对磁导率为2000-3000；第二组栅片相对磁导率为8000。

7.根据权利要求5所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述栅片靠近动触头(2)一侧为喇叭口形，其内凹部分为圆弧面，深度5-10mm。

8.根据权利要求5所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述第一组栅片和第二组栅片的栅片厚度为1-1.5mm，间隔1.5-2mm设置。

9.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述动触头导轨(3)上开有两个间隔设置的矩形动触头运动槽，通过动触头运动槽安装动触头(2)。

10.根据权利要求1所述的一种增强能量耗散的直流隔离开关灭弧室结构，其特征在于，所述静触头与动触头(2)相对面均为圆弧面。

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