CN1967753A - 一种高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器 - Google Patents
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Abstract
一种高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，通过弹簧连杆机构设计，使双断口断路器触头同步双向打开，结合四触头导电杆设计，使短路故障初始时电动斥力加倍，实现短路故障时触头的高速分闸，从而达到短路限流的目的。同时通过对磁吹线圈和灭弧栅片的设计，达到拉长电弧，加速电弧进入栅片的作用，并且由于在磁吹作用下电弧具有特殊的跑弧路径，可以达到促进电弧在栅片内冷却以及防止飞弧的目的。
Description
技术领域
本发明一种涉及应用于中压大电流直流断路器上的限流技术，特别涉及一种高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器。
背景技术
由于直流电网结构的特有优点，在舰船电力等领域具有由传统的低压交流辐射型网络向交流中压交流/直流环网过渡的趋势。因此开展直流电力系统及配套设备的研究已成为世界性的热点。对于直流电网而言，直流断路器的缺乏使其成为研究直流网络保护动作的重要环节之一。并且随着电网容量的增加，引起的短路电流的大幅提升给直流断路器的限流能力提出了更高的要求。
限流分断技术的应用可以使断路器具有更高的分断能力，同时降低配电装置动热稳定性的要求。断路器限流技术在低压领域已经有了广泛的应用，而在中压大电流领域的研究几乎还是空白。到目前为止的在低压断路器中的限流技术主要有：提高触头分断速度法，磁吹线圈法，强制气流吹弧法，PTC电阻限流法，超导限流法或者以上几种方法的综合应用等等。其中强制气吹法主要应用于小电流开断，PTC电阻限流法和超导限流法对于工业应用目前还不成熟。对于传统的单对动静触头，通过永磁机构、斥力机构等高速机构提高触头分断速度的方法，速度的提高有限，若要进一步提高，会使断路器机构复杂且体积大大增加，不能满足结构紧凑这一断路器的总体要求。磁吹线圈的传统方法，为单向磁吹，电弧在磁场的作用下直线加速，在中压大电流的条件下会造成栅片外的消游离困难，飞弧现象严重，或者消游离设备体积增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、操作机构简单且能够开断中压等级大短路电流的高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括断路器支架以及设置在断路器支架上的灭弧室，在灭弧室内设置有灭弧栅片，其特点是，在灭弧室内设置有磁吹线圈，灭弧室下端的断路器支架上依次设置有绝缘固定杆、导电固定杆′和传动连杆，绝缘固定杆和导电固定杆与断路器支架轴连接，传动连杆通过竖直方向的传动连杆滑槽设置在断路器支架上，它还包括串连连接的两对对称设置在灭弧室内的执行机构，该执行机构包括触头以及与触头连为一体的导电杆和弹性导电杆，两对称的弹性导电杆的下端分别与绝缘固定杆及导电固定杆固定连接并可绕转轴O1、O2转动，弹性导电杆与刚性连杆相连接，刚性连杆与绝缘连杆相连接，且绝缘连杆还与传动连杆相连接。
本发明的灭弧室的中间设置有绝缘隔板，两对执行机构分别设置在绝缘隔板的两侧；灭弧栅片为U形结构，且触头设置在U形灭弧栅片缺口方向上；磁吹线圈设置在灭弧室的中心顶部位置，且磁吹线圈产生的磁场中心位置处为竖直方向，磁吹线圈产生的磁场使电弧运动方向指向灭弧栅片，并且在磁吹下栅片内的电弧运动轨迹为曲线状；灭弧室的顶部和垂直于灭弧栅片的两侧设置有出气孔和消游离装置。
由于本发明触头是双向打开，因此在相同力量的作用下，触头拉长的速度将更快，并且结构简单。而且两对触头在电路中串联，整体电弧拉长的速度将比单断口动静触头结构速度大大增加。而且带来的明显的好处是每个断口只承担一半的恢复电压，更利于中压大短路电流的限流开断。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明触头运动机构示意图；
图3是本发明灭弧室结构示意图；
图4是本发明灭弧室底视图；
图5是本发明合闸位置状态示意图；
图6是本发明开断过程触头斥开示意图；
图7是本发明开断过程机构运动示意图；
图8是本发明电弧磁吹原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1-4，本发明包括断路器支架2以及设置在断路器支架2上的灭弧室1，在灭弧室1内设置有灭弧栅片10和磁吹线圈11，灭弧栅片10为U形结构，磁吹线圈11设置在灭弧室1的中心顶部位置，其产生的磁场在中心位置处为竖直方向，磁场方向使磁吹电弧方向指向灭弧栅片10，在灭弧室1下端的断路器支架2上依次设置有绝缘固定杆7、导电固定杆7′和一个传动连杆14，绝缘固定杆7和导电固定杆7′与断路器支架2轴连接，传动连杆14通过传动连杆滑槽17设置在断路器支架2上，它还包括串连连接的两对对称设置在灭弧室1内的执行机构3，该执行机构3包括触头4以及与触头4连为一体的导电杆5和弹性导电杆6，两对称的弹性导电杆6的下端分别与绝缘固定杆7及导电固定杆7′固定连接并可绕转轴O1、O2转动，弹性导电杆6与刚性连杆18相连接，刚性连杆18与绝缘连杆8相连接，且绝缘连杆8还与传动连杆14相连接，灭弧室1的中间设置有绝缘隔板12，两对执行机构3分别设置在绝缘隔板12的两侧，且触头4设置在U形灭弧栅片10缺口方向上。
下面按照分闸过程详细介绍本发明涉及的断路器的具体操作过程、限流原理及优点。
参见图5，由本发明处于合闸状态时，O1、O3及O2、O4之间的刚性连杆18为水平位置，弹性导电杆6提供触头合闸时的预压力，相对设置的两导电杆5处于平行位置。
根据限流断路器设计原则中，当故障电流发生时，需要尽快地将动静触头分离，即可允许触头4在机构脱扣前受电磁力的作用提前打开。大电流发生时，动静触头臂和触头部分由于各自产生的磁场而相互之间受到较大的电动斥力，有利于对短路电流的限制。参见图6，为发生短路故障时，在脱扣动作之前断路器触头4及导电杆5由于短路大电流产生很大的电动斥力而分开的过程。与图5相对照，由于脱扣还未动作，所以主轴O1、O2，绝缘连杆8没有动作。但由于电动斥力的作用推开弹性导电杆6，原处于平行位置的导电杆5，及触头4向两边打开产生电弧，由导电杆5及触头4部分产生的磁场具有吹弧作用把电弧13拉长，对短路具有限流作用。其中较长的导电杆合闸设置为平行位置可以最大限度的利用短路初始的电动斥力作用。在另一对触头运动机构，电动斥力的作用过程完全相同，并且由于两断口为串联结构，可以使得电动斥力的作用在短路初始时加倍，获得更好的限流效果。
参见图7，为脱扣器动作后，机构的分闸运动过程。在分闸弹簧力F作用下，传动连杆14向下运动，绝缘连杆8随着传动连杆14向下运动，并绕其旋转。由于主轴O1、O2轴心位置固定，在传动连杆14联动作用下，触头4随着导电杆5向两侧快速打开，同时还有导电回路产生的磁场，将电弧13迅速拉长。另一对触头的结构完全相同，并且在传动连杆14的作用下同步运动。在本发明中由于触头是双向打开，因此在相同力量的作用下，触头拉长的速度将更快，并且结构简单。而且两对触头在电路中串联，整体电弧拉长的速度将比单断口动静触头结构速度大大增加。而且带来的明显的好处是每个断口只承担一半的恢复电压，更利于中压大短路电流的限流开断。
参见图8，如图所示，分闸时产生的电弧在回路电磁作用和自身的热膨胀作用下将向斜上方运动。在电弧脱离触头4进入引弧角后，串联于进线端和引弧角之间的磁吹线圈11将被接入回路中，因此断路器在正常的合闸工作状态时磁吹线圈不会有发热的问题。磁吹线圈11产生如图8所示的磁场分布16，本发明的磁吹方法的优点是由于磁场作用下，电弧的跑动路径造成的。电弧进入引弧角后在磁场分布16的磁吹作用下进入灭弧栅片10，电弧位置15为电弧进入灭弧栅片10后的位置，磁吹力Fm的作用方向如图所示。因此通过调整磁吹线圈11的参数和灭弧室1的尺寸可以使电弧在磁场作用下的跑动路径为9所示轨迹。本发明磁吹设计带来的好处是使电弧在灭弧栅片10内的跑动轨迹为曲线，这样可以更加充分的利用栅片的面积冷却电弧。同时将有一部份高温电离气体从灭弧室侧壁的出气口与消游离装置19逸出，可以明显减小电弧能量，增大了消游离装置的作用面积，减轻了灭弧室顶部消游离装置的负担，可以获得更好的防飞弧效果。之后电弧在灭弧室顶部熄灭高温电离气体由顶部喷出，由顶部的消游离装置冷却。本发明磁吹方法的另一个好处是电弧在磁吹作用下没有向一个方向直加速，在电弧跑动到接近灭弧室顶部前电弧受到的向上加速度在减小，在接近顶部时不再向上加速，甚至开始减速，从而避免了电弧跑动速度快造成了飞弧喷溅严重，顶部消游离装置负担过重的缺点，而且更有利于电弧在栅片内熄灭。
Claims (5)
1、一种高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，包括断路器支架(2)以及设置在断路器支架(2)上的灭弧室(1)，在灭弧室(1)内设置有灭弧栅片(10)，其特征在于：在灭弧室(1)内设置有磁吹线圈(11)，灭弧室(1)下端的断路器支架(2)上依次设置有绝缘固定杆(7)、导电固定杆(7′)和传动连杆(14)，绝缘固定杆(7)和导电固定杆(7′)与断路器支架(2)轴连接，传动连杆(14)通过竖直方向的传动连杆滑槽(17)设置在断路器支架(2)上，它还包括串连连接的两对对称设置在灭弧室(1)内的执行机构(3)，该执行机构(3)包括触头(4)以及与触头(4)连为一体的导电杆(5)和弹性导电杆(6)，两对称的弹性导电杆(6)的下端分别与绝缘固定杆(7)及导电固定杆7′固定连接并可绕转轴O1、O2转动，弹性导电杆(6)与刚性连杆(18)相连接，刚性连杆(18)与绝缘连杆(8)相连接，且绝缘连杆(8)还与传动连杆(14)相连接。
2、根据权利要求1所述的高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，其特征在于：所说的灭弧室(1)的中间设置有绝缘隔板(12)，两对执行机构(30分别设置在绝缘隔板(12)的两侧。
3、根据权利要求1所述的高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，其特征在于：所说的灭弧栅片(10)为U形结构，且触头(4)设置在U形灭弧栅片(10)缺口方向上。
4、根据权利要求1所述的高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，其特征在于：所说的磁吹线圈(11)设置在灭弧室(1)的中心顶部位置，且磁吹线圈(11)产生的磁场中心位置处为竖直方向，磁吹线圈(11)产生的磁场使电弧运动方向指向灭弧栅片(10)，并且在磁吹下栅片内的电弧运动轨迹(9)为曲线状。
5、根据权利要求1所述的高速双断口磁吹中压大电流直流限流断路器，其特征在于：所说的灭弧室(1)的顶部和垂直于灭弧栅片(10)的两侧设置有出气孔和消游离装置(19)。
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