CN116884803A - 一种真空灭弧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空灭弧室，涉及电气设备技术领域，包括外壳、灭弧栅片组、动电极导电杆和静电极导电杆，所述灭弧栅片组包括若干灭弧栅片，相邻的所述灭弧栅片之间存在间隙，所述动电极导电杆与所述外壳滑动连接，所述动电极导电杆的一端设置有动电极侧触头，所述静电极导电杆的一端设置有静电极侧触头，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头分别位于所述灭弧栅片组的两侧。本发明利用横向磁场结构所产生的横向磁场使真空电弧吹入灭弧栅片组中形成串联短弧，从而提升电弧电压，增加直流断路器中真空灭弧室电流转移能力，与现有真空灭弧室相比具有电弧电压更高、电流转移能力更快、更强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备技术领域，特别是涉及一种真空灭弧室。
背景技术
目前，低压直流配电网能在保留已存在的交流设备基础上，连接如太阳能光伏发电、电动汽车、5G通讯功能等新型直流应用，因此LVDC配电网有着广阔的发展前景。低压直流断路器在低压直流电网中有着保护和控制的双重作用，是直流配电网中的关键设备。
在机械式直流断路器的人工过零典型拓扑结构中，直流断路器端电压越快达到避雷器的动作电压，故障电流能越快的转移至能量耗散支路，断路器就能越快的切断电流，基于真空灭弧室的低压直流断路器拓扑结构，通过真空灭弧室的断开产生电弧压降，建立的电弧电压对并联电容器充电，电流从真空灭弧室转移到并联电容器上，当并联电路两端电压上升至金属氧化物避雷器动作电压时，电流又转移至金属氧化物避雷器支路，直至能量消耗为零。真空灭弧室以其小尺寸、触头开距短、灭弧能力强的特点，常用于机械式直流断路器主支路的开断设备。综上，提高真空灭弧室开断电流时所产生的真空电弧电压，是缩短直流断路器断流时间、提升断流能力的重要方法。
由于较高的电弧电压会对断路器造成损坏，因为高电弧电压产生更多热量，从而熔化或损坏断路器内部元件。电弧产生的热量也会使断路器内部的绝缘材料劣化，导致设备无法正常中断电流。此外，较高的电弧电压可以产生更强大和更持久的电弧，这可能会增加触电、火灾或爆炸的风险。因此，大多数断路器被设计成在特定的较低电弧电压范围内工作，以防止损坏和确保电气系统的安全运行。
但在低压直流断路器中，电流的转移完全依靠电弧电压，更高的电弧电压使电流更快的转移至其他分断支路，从而加快了断路器分断速度，因此提升电弧电压能加快低压直流断路器断流速度。目前，真空灭弧室提升电弧电压方法主要有：增长电弧长度、增大电流密度等方法。
基于增长电弧长度提升电弧电压的方法可采用增加真空灭弧室开距、施加横向电压等方法。增加真空断路器开距提升电弧电压是通过增加动触头与静触头间的开距以增大电弧长度，但过长的开距可能导致断路器无法熄弧，导致超限或跳闸失败；施加横向磁场提升电弧电压的方法是利用断路器自身触头结构产生内部横向磁场或外部电路设计而产生平行于触头电极的横向磁场，真空电弧在横向磁场的作用下，受到沿触头径向的洛伦兹力，在洛伦兹力作用下真空电弧向一侧发生偏移，电弧形态被拉长，电弧电压增加，但由于真空电弧发生偏移，触头可能发生偏蚀现象，直接影响真空灭弧室的灭弧能力。
基于增加电流密度提升电弧电压的方法可通过增大负载电流实现。基于增大负载电流提升电弧电压的方法是因为大电流中具有高电流密度，从而产生大量焦耳热，更多的电能转换成热能，这导致电弧等离子体温度升高，从而使触头释放出更多金属蒸汽，电弧电压也因此提高，但更多的焦耳热产生会加剧真空中散热难题，同时也会加重触头烧蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空灭弧室，以解决上述现有技术存在的问题，以提升开断过程中的电弧电压。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种真空灭弧室，包括外壳、灭弧栅片组、动电极导电杆和静电极导电杆，所述灭弧栅片组包括若干灭弧栅片，相邻的所述灭弧栅片之间存在间隙，所述动电极导电杆与所述外壳滑动连接，所述动电极导电杆的一端设置有动电极侧触头，所述静电极导电杆的一端设置有静电极侧触头，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头分别位于所述灭弧栅片组的两侧。
优选地，所述灭弧栅片采用金属制成，各所述灭弧栅片的一端位于所述外壳内，各所述灭弧栅片的另一端与所述外壳的外部连通。
优选地，所述灭弧栅片为圆环状或v型片状。
优选地，各所述灭弧栅片形成有运动空间，所述运动空间用于所述动电极侧触头或所述静电极侧触头通过。
优选地，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头均为横磁触头。
优选地，所述横磁触头为旋转式或万字槽式。
优选地，还包括横向磁场结构，所述横向磁场结构用于产生横向磁场，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头均为平板触头，所述横向磁场结构位于所述外壳的外部。
优选地，所述横向磁场结构为两个相对设置的永磁体，两个所述永磁体位于所述灭弧栅片组的外侧。
优选地，所述横向磁场结构为磁场线圈或电路。
优选地，所述动电极侧触头、所述静电极侧触头、所述动电极导电杆和所述静电极导电杆同轴设置。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明利用横向磁场结构所产生的横向磁场使真空电弧吹入灭弧栅片组中形成串联短弧，从而提升电弧电压，增加直流断路器中真空灭弧室电流转移能力，与现有真空灭弧室相比具有电弧电压更高、电流转移能力更快、更强的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的真空灭弧室示意图；
图2为本发明的真空灭弧室示意图(横向磁场结构采用旋转槽横磁触头)；
图3为本发明的真空灭弧室侧视图(横向磁场结构采用外部永磁体)；
图4为本发明的真空灭弧室剖视图(横向磁场结构采用外部永磁体)；
图5为基于本发明的真空灭弧室的低压直流断路器拓扑结构示意图一；
图6为本发明的真空灭弧室的低压直流断路器拓扑结构示意图二；
其中：1：动电极导电杆，2：波纹管，3：灭弧栅片组，4：外壳，5：静电极导电杆，6：动电极侧触头，7：横向磁场，8：静电极侧触头，9：动旋转槽横磁触头，10：静旋转槽横磁触头，11：永磁体，12：动端盖板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种真空灭弧室，以解决上述现有技术存在的问题，以提升开断过程中的电弧电压。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示：本实施例提供了一种真空灭弧室，包括外壳4、灭弧栅片组3、动电极导电杆1和静电极导电杆5，外壳4采用陶瓷绝缘材质，灭弧栅片组3包括若干灭弧栅片，相邻的灭弧栅片之间存在间隙，灭弧栅片组3用于将进入的电弧切割为若干串联短弧，动电极导电杆1上套设有波纹管2，用于产生真空腔体环境，动电极导电杆1与外壳4的动端盖板12滑动连接，静电极导电杆5与外壳4的静端盖板固定连接，动电极导电杆1的一端设置有动电极侧触头6，静电极导电杆5的一端设置有静电极侧触头8，动电极侧触头6和静电极侧触头8分别位于灭弧栅片组3的两侧，动电极侧触头6、静电极侧触头8、动电极导电杆1和静电极导电杆5同轴设置。
具体地，本实施例中，灭弧栅片采用金属制成，灭弧栅片的个数可根据真空灭弧室的尺寸、动电极侧触头6和静电极侧触头8的开距大小进行设计，不以示意图中的片数为限制，可根据实际需求进行调整。
各灭弧栅片的一端位于外壳4内，各灭弧栅片的另一端与外壳4的外部连通，加强散热能力；灭弧栅片的形状可采用但不限于圆环状或v型片状，可以根据实际需求进行调整；各灭弧栅片形成有运动空间，运动空间用于动电极侧触头6或静电极侧触头8通过，当灭弧栅片的形状为圆环状时，灭弧栅片的内径大于静电极侧触头8的外径或动电极侧触头6的外径，保证灭弧栅片组3的尺寸不影响动电极侧触头6和静电极侧触头8的分合与接触。
本实施例还包括横向磁场结构，横向磁场结构用于产生足够强度的横向磁场7，利用电弧在磁场中所受的洛伦兹力将真空电弧吹入灭弧栅片组3。横向磁场结构有两种形式：一，动电极侧触头6和静电极侧触头8均为横磁触头，即动电极侧触头6和静电极侧触头8形成横向磁场结构，横磁触头可采用但不限于旋转式、万字槽式、复合型或杯状触头，可以根据实际需求进行调整，本实施例中，动电极侧触头6为动旋转槽横磁触头9，静电极侧触头8为静旋转槽横磁触头10，能够限制电流的路径从而产生与电弧电流方向垂直的横向磁场7，横向磁场7的径向分量使得电弧向动旋转槽横磁触头9和静旋转槽横磁触头10的外沿运动，横向磁场7的切向分量使集聚的电弧在动旋转槽横磁触头9和静旋转槽横磁触头10表面沿圆周方向运动，即使真空电弧向灭弧栅片组3运动；二，横向磁场结构位于外壳的外部，此时动电极侧触头6和静电极侧触头8均为平板触头，横向磁场结构可以为两个相对设置的永磁体11，两个永磁体11位于灭弧栅片组3的外侧，两个永磁体11所产生磁场完全覆盖灭弧栅片组3所处腔室范围，两个永磁体11所产生的静态磁场能降低真空电弧的不稳定性，永磁体11的材质包括但不限制为铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体和复合永磁材料等永磁材料，或者，横向磁场结构为外部磁场线圈或外部电路等方式。
图5和图6为本实施例的真空灭弧室主要运用场景，在图5和图6的拓扑结构下，真空灭弧室可构成中低压等级下直流断路器，当真空灭弧室分闸时，产生真空电弧在横向磁场结构产生的横向磁场7的作用下，真空电弧受到洛伦兹力沿径向外移，在洛伦兹力的持续作用下，电弧被吹入灭弧栅片组3中，灭弧栅片组3将真空电弧切割成多段短弧，由于真空电弧电压主要取决于近阴极压降，被灭弧栅片组3切割的多段短真空电弧电压由多段短弧近极压降与弧柱压降共同组成，与传统真空灭弧室相比，该装置能使电弧电压得到升高，在图图5中更快的将电容器C充电至避雷器MOV动作电压；在图6中更快达到IGBT模块的导通压降使电流更快的转移至IGBT模块，在两种典型的运用场景中均加快了直流断路器开断速度、加强了直流断路器的开断能力。
本实施例提出利用横向磁场结构所产生的横向磁场7使真空电弧吹入灭弧栅片组3中形成若干串联真空短电弧，电弧电压由若干短弧近极压降与弧柱压降共同组成，从而提升电弧电压，增加直流断路器中真空灭弧室电流转移能力，与现有真空灭弧室相比具有电弧电压更高、电流转移能力更快、散热能力更强的特点。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种真空灭弧室，其特征在于：包括外壳、灭弧栅片组、动电极导电杆和静电极导电杆，所述灭弧栅片组包括若干灭弧栅片，相邻的所述灭弧栅片之间存在间隙，所述动电极导电杆与所述外壳滑动连接，所述动电极导电杆的一端设置有动电极侧触头，所述静电极导电杆的一端设置有静电极侧触头，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头分别位于所述灭弧栅片组的两侧。
2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于：所述灭弧栅片采用金属制成，各所述灭弧栅片的一端位于所述外壳内，各所述灭弧栅片的另一端与所述外壳的外部连通。
3.根据权利要求2所述的真空灭弧室，其特征在于：所述灭弧栅片为圆环状或v型片状。
4.根据权利要求2所述的真空灭弧室，其特征在于：各所述灭弧栅片形成有运动空间，所述运动空间用于所述动电极侧触头或所述静电极侧触头通过。
5.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于：所述动电极侧触头和所述静电极侧触头均为横磁触头。
6.根据权利要求5所述的真空灭弧室，其特征在于：所述横磁触头为旋转式或万字槽式。
7.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于：还包括横向磁场结构，所述横向磁场结构用于产生横向磁场，所述动电极侧触头和所述静电极侧触头均为平板触头，所述横向磁场结构位于所述外壳的外部。
8.根据权利要求7所述的真空灭弧室，其特征在于：所述横向磁场结构为两个相对设置的永磁体，两个所述永磁体位于所述灭弧栅片组的外侧。
9.根据权利要求7所述的真空灭弧室，其特征在于：所述横向磁场结构为磁场线圈或电路。
10.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于：所述动电极侧触头、所述静电极侧触头、所述动电极导电杆和所述静电极导电杆同轴设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20231013 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |