CN112820580B - 一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用，该装置包括线圈入端抽头、线圈出端抽头以及连接在线圈入出端抽头间的背带式线圈组，背带式线圈组由两副线圈组成，线圈外层用绝缘材料固定形状，并由线圈入出端抽头并联连接，整体呈背带形状。线圈主体嵌套在灭弧室两侧，并固定在端盖上。横向磁场由短路电流流经两并联通电线圈时产生。电流依次流经线圈入端抽头、背带式线圈组、线圈出端抽头、静导电杆进入灭弧室。当需要开断短路电流时，电流通过两侧线圈分别产生两个方向的磁场，在直流电弧处合成为横向磁场。灭弧室触头上的电弧，利用横向磁场产生的电磁力拉长、分散电弧，增大电弧电压，将电流转移或开断。

Description

一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用

技术领域

本发明涉及真空断路器和直流组合电器开断技术领域，具体涉及一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用的一种大电流直流真空灭弧室，及其应用的大电流直流开断组合电器。

背景技术

随着轨道交通、数据中心、可再生能源和电动汽车的发展，直流输配电网以迅猛的态势扩张，随之而来的各种故障越来越频繁，故障电流不断提升。与交流电网相比，直流配电的供电半径大，电能质量高，线路损耗低，传输效率高，也便于接入分布式电源，未来仍然有巨大的发展潜力。然而，由于直流电流不存在自然过零点，直流开断面临着诸多问题有待解决。近年来随着直流熔断器的不断发展，直流开断有了新的可能选项。

基于上述分析，目前的直流组合电器开断方法主要有自激震荡法、人工强迫过零法、混合开断法，这些方法可以用于开断额定、过载电流和一定的的短路电流。其中人工强迫过零法近年来成为了直流开断领域热门，配合真空断路器使用，环保、可靠、维护量小，开断能力强。但使用该方法需要解决放电电容的预充电问题，目前主要有系统充电和电力电子设备充电，未来无线充电技术的发展也将惠及这一方法。

将多种开关电器结合而成的直流组合电器相较于传统直流电器，兼具数种开关电器的优势，在开断特性合理配合时工作可靠性高，未来仍有广阔的前景。

对于采用真空灭弧室的直流组合电器而言，如何将直流电流从开断能力弱的真空灭弧室转移到开断能力强的直流熔断器上，是应用熔断器的直流组合电器必须要解决的问题。基于已有的研究和理论，结果表明利用强横向磁场产生的电磁力来直接拉长、分散真空电弧，将极大提升真空灭弧室的电流转移能力，这成为了研究的关键。

发明内容

针对上述现有技术的不足和缺陷，本发明提出一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用，可用于转移直流电力系统中的各种故障电流，转移能力强，可转移电流范围大，结构简单紧凑。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种背带式横磁场直流电流转移装置，所述背带式横磁场直流电流转移装置201包括线圈入端抽头101、线圈出端抽头102以及连接在线圈入端抽头101和线圈出端抽头102间的背带式线圈组103，所述背带式线圈组103主体由两副线圈组成，为弯折盘绕成等腰三角形多匝线圈，线圈外层用绝缘材料固定形状，并由线圈入端抽头101和线圈出端抽头102并联连接，整体呈背带形状。

一种大电流直流真空灭弧室，所述大电流直流真空大电流直流真空灭弧室202包括固定在绝缘外壳113上端的静侧端盖107，静导电杆104穿过静侧端盖107进入灭弧室内部，静触头106焊接在静导电杆104下端；固定在绝缘外壳113下端的动侧端盖110，动导电杆105 穿过动侧端盖110进入灭弧室内部，动触头108焊接在动导电杆105 上端；位于绝缘外壳113内的低电磁屏蔽效应的屏蔽罩111对应于触头打开的位置上设置弯曲成贴合屏蔽罩形状并焊接在屏蔽罩上的高磁导率金属片导磁体112；还包括所述的背带式横磁场直流电流转移装置201，所述背带式横磁场直流电流转移装置201的线圈出端抽头 102焊接于静导电杆104上端，背带式线圈组103关于灭弧室202轴线对称布置，嵌套固定在灭弧室202两侧；

正常导通电流时，电流依次流经线圈入端抽头101、背带式线圈组103、线圈出端抽头102、静导电杆104进入大电流直流真空灭弧室202；当需要开断短路电流时，短路电流处于迅速上升过程中，灭弧室内部触头分开，在触头上产生直流电弧，电流通过背带式线圈组103并沿线圈导体环绕多周，分别在灭弧室结构内部产生两个方向的磁场，而在直流电弧燃烧处合成为横向磁场；灭弧室触头上的直流电弧，在横向磁场产生的电磁力下被拉长、分散，电弧电压增大，直流电弧将更容易熄灭，从而成功将电流转移。

所述背带式线圈组103嵌套于配套大电流直流真空灭弧室202两侧，在配套大电流直流真空灭弧室202加工完成密封后，再根据工程实际需求进行焊接和组装，安装后不需要该装置时能够拆下，达到使用灵活的目的。

所述背带式线圈组103中心磁场最大位置与触头打开位置一致，保证电弧燃烧位置有较大横向磁场。

一种大电流直流开断组合电器，由所述的大电流直流真空灭弧室 202与大容量直流熔断器301并联连接构成，再与混合式直流断路器 302串联连接，其中大电流直流真空灭弧室202用于正常通流和转移短路电流，大容量直流熔断器302用于开断短路电流，混合式直流断路器302用于开断过载和额定电流。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.灭弧室外加背带形通电线圈，无需永久磁体即可在通电时为灭弧室提供横向磁场，结构紧凑，成本低廉，可靠性较高，适合推广使用。

2.电流从抽头进入背带形线圈组，两侧线圈分别产生一不为水平的磁场，经由导磁体可以在弧隙处可合成为一横向磁场，随后电流流出线圈组，进入灭弧室由灭弧室开断。

3.背带形线圈产生的磁场随短路电流大小而变化，流过该灭弧室的短路电流越大，上升越快，线圈上通过的电流越大，则线圈产生的磁场相比额定电流下大幅增加，对弧隙中的电弧产生较大作用力，拉长、分散电弧，促进电弧在触头上不断运动，从而让电弧电压增大，加速电弧的熄灭和电流转移。

4.配合其他类型的开关电器，可利用不同开关设备对不同类型故障电流开断的优势，将其有机结合后可实现电流的全范围开断，提高直流供电系统的安全性，可靠性，也有助于缩小设备体积，提高设备集成化水平。

附图说明

图1(a)和图1(b)分别为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置左视图和主视图的结构示意图。

图2为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置所用真空灭弧室结构图。

图3为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置及其应用的直流组合电器结构示意图。

图4(a)为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置中背带形线圈组上分别流过电流方向。

图4(b)为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置中由背带形线圈组分别产生的磁场方向和合成磁场方向。

图4(c)为本发明的一种背带式横磁场直流电流转移装置中由背带形线圈组在触头附近产生的磁感线分布情况。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

如图1(a)和图1(b)所示，本发明一种背带式横磁场直流电流转移装置，所述背带式横磁场直流电流转移装置201包括线圈入端抽头101、线圈出端抽头102以及连接在线圈入端抽头101和线圈出端抽头102间的背带式线圈组103，所述背带式线圈组103主体由两副线圈组成，为弯折盘绕成等腰三角形多匝线圈，线圈外层用绝缘材料固定形状，并由线圈入端抽头101和线圈出端抽头102并联连接，整体呈背带形状。

如图(a)和图1(b)以及图2所示，本发明一种大电流直流真空灭弧室，所述大电流直流真空大电流直流真空灭弧室202包括固定在绝缘外壳113上端的静侧端盖107，静导电杆104穿过静侧端盖107 进入灭弧室内部，静触头106焊接在静导电杆104下端；固定在绝缘外壳113下端的动侧端盖110，动导电杆105穿过动侧端盖110进入灭弧室内部，动触头108焊接在动导电杆105上端；位于绝缘外壳113内的低电磁屏蔽效应的屏蔽罩111对应于触头打开的位置上设置弯曲成贴合屏蔽罩形状并焊接在屏蔽罩上的高磁导率金属片导磁体 112；还包括所述的背带式横磁场直流电流转移装置201，所述背带式横磁场直流电流转移装置201的线圈出端抽头102焊接于静导电杆 104上端，背带式线圈组103关于灭弧室202轴线对称布置，嵌套固定在灭弧室202两侧。

正常导通电流时，电流依次流经线圈入端抽头101、背带式线圈组103、线圈出端抽头102、静导电杆104进入大电流直流真空灭弧室202；当需要开断短路电流时，短路电流处于迅速上升过程中，灭弧室内部触头分开，在触头上产生直流电弧，电流通过背带式线圈组103并沿线圈导体环绕多周，分别在灭弧室结构内部产生两个方向的磁场，而在直流电弧燃烧处合成为横向磁场；灭弧室触头上的直流电弧，在横向磁场产生的电磁力下被拉长、分散，电弧电压增大，直流电弧将更容易熄灭，从而成功将电流转移。

作为本发明的优选实施方式，所述背带式线圈组103嵌套于配套大电流直流真空灭弧室202两侧，在配套大电流直流真空灭弧室202 加工完成密封后，再根据工程实际需求进行焊接和组装，安装后不需要该装置时能够拆下，达到使用灵活的目的。

作为本发明的优选实施方式，所述背带式线圈组103中心磁场最大位置与触头打开位置一致，保证电弧燃烧位置有较大横向磁场。

如图3所示，本发明一种大电流直流开断组合电器，由所述的大电流直流真空灭弧室202与大容量直流熔断器302并联连接构成，其中大电流直流真空灭弧室301用于正常通流和转移短路电流，大容量直流熔断器302用于开断短路电流。

如图4(a)、图4(b)、图4(c)所示，电流流过本发明所述的背带式横磁场直流电流转移装置的电流流向如图4(a)所示，箭头①表示电流从线圈入端抽头101进入背带形线圈组103，箭头②表示电流在背带形线圈组103多匝线圈中的方向，电流可以在线圈内产生磁场，箭头③表示电流从线圈出端抽头102流出进入静导电杆104。电流流过背带形线圈组103时产生的磁场方向如图4(b)所示，图中，电流401从抽头进入背带形线圈组103两并联线圈，两侧并联线圈分别产生关于水平线对称的磁场，在触头弧隙处合成为一横向磁场 402，随后电流流出线圈，进入灭弧室。并联线圈产生的横向磁场402 随短路电流大小而变化，这种适应电流变化的横向磁场402在电流较大时对电弧产生较大作用力，增强开断效果。由电流产生的磁场的磁感线如图4(c)所示。

以上仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种大电流直流真空灭弧室，所述大电流直流真空大电流直流真空灭弧室（202）包括固定在绝缘外壳（113）上端的静侧端盖（107），静导电杆（104）穿过静侧端盖（107）进入灭弧室内部，静触头（106）焊接在静导电杆（104）下端；固定在绝缘外壳（113）下端的动侧端盖（110），动导电杆（105）穿过动侧端盖（110）进入灭弧室内部，动触头（108）焊接在动导电杆（105）上端；位于绝缘外壳（113）内的低电磁屏蔽效应的屏蔽罩（111）对应于触头打开的位置上设置弯曲成贴合屏蔽罩形状并焊接在屏蔽罩上的高磁导率金属片导磁体（112）；其特征在于：还包括背带式横磁场直流电流转移装置（201），所述背带式横磁场直流电流转移装置（201）包括线圈入端抽头（101）、线圈出端抽头（102）以及连接在线圈入端抽头（101）和线圈出端抽头（102）间的背带式线圈组（103），所述背带式线圈组（103）主体由两副线圈组成，为弯折盘绕成等腰三角形多匝线圈，线圈外层用绝缘材料固定形状，并由线圈入端抽头（101）和线圈出端抽头（102）并联连接，整体呈背带形状；所述背带式横磁场直流电流转移装置（201）的线圈出端抽头（102）焊接于静导电杆（104）上端，背带式线圈组（103）关于灭弧室（202）轴线对称布置，嵌套固定在灭弧室（202）两侧；

正常导通电流时，电流依次流经线圈入端抽头（101）、背带式线圈组（103）、线圈出端抽头（102）、静导电杆（104）进入大电流直流真空灭弧室（202）；当需要开断短路电流时，短路电流处于迅速上升过程中，灭弧室内部触头分开，在触头上产生直流电弧，电流通过背带式线圈组（103）并沿线圈导体环绕多周，分别在灭弧室结构内部产生两个方向的磁场，而在直流电弧燃烧处合成为横向磁场；灭弧室触头上的直流电弧，在横向磁场产生的电磁力下被拉长、分散，电弧电压增大，直流电弧将更容易熄灭，从而成功将电流转移。

2.根据权利要求1所述一种大电流直流真空灭弧室，其特征在于：所述背带式线圈组（103）嵌套于配套大电流直流真空灭弧室（202）两侧，在配套大电流直流真空灭弧室（202）加工完成密封后，再根据工程实际需求进行焊接和组装，安装后不需要背带式线圈组（103）时进行拆下，达到使用灵活的目的。

3.根据权利要求1所述一种大电流直流真空灭弧室，其特征在于：所述背带式线圈组（103）中心磁场最大位置与触头打开位置一致，保证电弧燃烧位置有较大横向磁场。

4.一种大电流直流开断组合电器，其特征在于：由权利要求1至3任一项所述的大电流直流真空灭弧室（202）与大容量直流熔断器（301）并联连接构成，再与混合式直流断路器（302）串联连接，其中大电流直流真空灭弧室（202）用于正常通流和转移短路电流，大容量直流熔断器（301）用于开断短路电流，混合式直流断路器（302）用于开断过载和额定电流。

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