專利名稱：一種高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種涉及應(yīng)用于中壓大電流直流斷路器上的限流技術(shù)，特別涉及一種高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器。
背景技術(shù)：
由于直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特有優(yōu)點(diǎn)，在艦船電力等領(lǐng)域具有由傳統(tǒng)的低壓交流輻射型網(wǎng)絡(luò)向交流中壓交流/直流環(huán)網(wǎng)過渡的趨勢。因此開展直流電力系統(tǒng)及配套設(shè)備的研究已成為世界性的熱點(diǎn)。對于直流電網(wǎng)而言，直流斷路器的缺乏使其成為研究直流網(wǎng)絡(luò)保護(hù)動(dòng)作的重要環(huán)節(jié)之一。并且隨著電網(wǎng)容量的增加，引起的短路電流的大幅提升給直流斷路器的限流能力提出了更高的要求。
限流分?jǐn)嗉夹g(shù)的應(yīng)用可以使斷路器具有更高的分?jǐn)嗄芰?，同時(shí)降低配電裝置動(dòng)熱穩(wěn)定性的要求。斷路器限流技術(shù)在低壓領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，而在中壓大電流領(lǐng)域的研究幾乎還是空白。到目前為止的在低壓斷路器中的限流技術(shù)主要有提高觸頭分?jǐn)嗨俣确?，磁吹線圈法，強(qiáng)制氣流吹弧法，PTC電阻限流法，超導(dǎo)限流法或者以上幾種方法的綜合應(yīng)用等等。其中強(qiáng)制氣吹法主要應(yīng)用于小電流開斷，PTC電阻限流法和超導(dǎo)限流法對于工業(yè)應(yīng)用目前還不成熟。對于傳統(tǒng)的單對動(dòng)靜觸頭，通過永磁機(jī)構(gòu)、斥力機(jī)構(gòu)等高速機(jī)構(gòu)提高觸頭分?jǐn)嗨俣鹊姆椒?，速度的提高有限，若要進(jìn)一步提高，會(huì)使斷路器機(jī)構(gòu)復(fù)雜且體積大大增加，不能滿足結(jié)構(gòu)緊湊這一斷路器的總體要求。磁吹線圈的傳統(tǒng)方法，為單向磁吹，電弧在磁場的作用下直線加速，在中壓大電流的條件下會(huì)造成柵片外的消游離困難，飛弧現(xiàn)象嚴(yán)重，或者消游離設(shè)備體積增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、操作機(jī)構(gòu)簡單且能夠開斷中壓等級大短路電流的高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括斷路器支架以及設(shè)置在斷路器支架上的滅弧室，在滅弧室內(nèi)設(shè)置有滅弧柵片，其特點(diǎn)是，在滅弧室內(nèi)設(shè)置有磁吹線圈，滅弧室下端的斷路器支架上依次設(shè)置有絕緣固定桿、導(dǎo)電固定桿′和傳動(dòng)連桿，絕緣固定桿和導(dǎo)電固定桿與斷路器支架軸連接，傳動(dòng)連桿通過豎直方向的傳動(dòng)連桿滑槽設(shè)置在斷路器支架上，它還包括串連連接的兩對對稱設(shè)置在滅弧室內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括觸頭以及與觸頭連為一體的導(dǎo)電桿和彈性導(dǎo)電桿，兩對稱的彈性導(dǎo)電桿的下端分別與絕緣固定桿及導(dǎo)電固定桿固定連接并可繞轉(zhuǎn)軸O1、O2轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性導(dǎo)電桿與剛性連桿相連接，剛性連桿與絕緣連桿相連接，且絕緣連桿還與傳動(dòng)連桿相連接。
本發(fā)明的滅弧室的中間設(shè)置有絕緣隔板，兩對執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在絕緣隔板的兩側(cè)；滅弧柵片為U形結(jié)構(gòu)，且觸頭設(shè)置在U形滅弧柵片缺口方向上；磁吹線圈設(shè)置在滅弧室的中心頂部位置，且磁吹線圈產(chǎn)生的磁場中心位置處為豎直方向，磁吹線圈產(chǎn)生的磁場使電弧運(yùn)動(dòng)方向指向滅弧柵片，并且在磁吹下柵片內(nèi)的電弧運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線狀；滅弧室的頂部和垂直于滅弧柵片的兩側(cè)設(shè)置有出氣孔和消游離裝置。
由于本發(fā)明觸頭是雙向打開，因此在相同力量的作用下，觸頭拉長的速度將更快，并且結(jié)構(gòu)簡單。而且兩對觸頭在電路中串聯(lián)，整體電弧拉長的速度將比單斷口動(dòng)靜觸頭結(jié)構(gòu)速度大大增加。而且?guī)淼拿黠@的好處是每個(gè)斷口只承擔(dān)一半的恢復(fù)電壓，更利于中壓大短路電流的限流開斷。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明觸頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明滅弧室結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明滅弧室底視圖；
圖5是本發(fā)明合閘位置狀態(tài)示意圖；圖6是本發(fā)明開斷過程觸頭斥開示意圖；圖7是本發(fā)明開斷過程機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖；圖8是本發(fā)明電弧磁吹原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1-4，本發(fā)明包括斷路器支架2以及設(shè)置在斷路器支架2上的滅弧室1，在滅弧室1內(nèi)設(shè)置有滅弧柵片10和磁吹線圈11，滅弧柵片10為U形結(jié)構(gòu)，磁吹線圈11設(shè)置在滅弧室1的中心頂部位置，其產(chǎn)生的磁場在中心位置處為豎直方向，磁場方向使磁吹電弧方向指向滅弧柵片10，在滅弧室1下端的斷路器支架2上依次設(shè)置有絕緣固定桿7、導(dǎo)電固定桿7′和一個(gè)傳動(dòng)連桿14，絕緣固定桿7和導(dǎo)電固定桿7′與斷路器支架2軸連接，傳動(dòng)連桿14通過傳動(dòng)連桿滑槽17設(shè)置在斷路器支架2上，它還包括串連連接的兩對對稱設(shè)置在滅弧室1內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)3包括觸頭4以及與觸頭4連為一體的導(dǎo)電桿5和彈性導(dǎo)電桿6，兩對稱的彈性導(dǎo)電桿6的下端分別與絕緣固定桿7及導(dǎo)電固定桿7′固定連接并可繞轉(zhuǎn)軸O1、O2轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性導(dǎo)電桿6與剛性連桿18相連接，剛性連桿18與絕緣連桿8相連接，且絕緣連桿8還與傳動(dòng)連桿14相連接，滅弧室1的中間設(shè)置有絕緣隔板12，兩對執(zhí)行機(jī)構(gòu)3分別設(shè)置在絕緣隔板12的兩側(cè)，且觸頭4設(shè)置在U形滅弧柵片10缺口方向上。
下面按照分閘過程詳細(xì)介紹本發(fā)明涉及的斷路器的具體操作過程、限流原理及優(yōu)點(diǎn)。
參見圖5，由本發(fā)明處于合閘狀態(tài)時(shí)，O1、O3及O2、O4之間的剛性連桿18為水平位置，彈性導(dǎo)電桿6提供觸頭合閘時(shí)的預(yù)壓力，相對設(shè)置的兩導(dǎo)電桿5處于平行位置。
根據(jù)限流斷路器設(shè)計(jì)原則中，當(dāng)故障電流發(fā)生時(shí)，需要盡快地將動(dòng)靜觸頭分離，即可允許觸頭4在機(jī)構(gòu)脫扣前受電磁力的作用提前打開。大電流發(fā)生時(shí)，動(dòng)靜觸頭臂和觸頭部分由于各自產(chǎn)生的磁場而相互之間受到較大的電動(dòng)斥力，有利于對短路電流的限制。參見圖6，為發(fā)生短路故障時(shí)，在脫扣動(dòng)作之前斷路器觸頭4及導(dǎo)電桿5由于短路大電流產(chǎn)生很大的電動(dòng)斥力而分開的過程。與圖5相對照，由于脫扣還未動(dòng)作，所以主軸O1、O2，絕緣連桿8沒有動(dòng)作。但由于電動(dòng)斥力的作用推開彈性導(dǎo)電桿6，原處于平行位置的導(dǎo)電桿5，及觸頭4向兩邊打開產(chǎn)生電弧，由導(dǎo)電桿5及觸頭4部分產(chǎn)生的磁場具有吹弧作用把電弧13拉長，對短路具有限流作用。其中較長的導(dǎo)電桿合閘設(shè)置為平行位置可以最大限度的利用短路初始的電動(dòng)斥力作用。在另一對觸頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)斥力的作用過程完全相同，并且由于兩斷口為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以使得電動(dòng)斥力的作用在短路初始時(shí)加倍，獲得更好的限流效果。
參見圖7，為脫扣器動(dòng)作后，機(jī)構(gòu)的分閘運(yùn)動(dòng)過程。在分閘彈簧力F作用下，傳動(dòng)連桿14向下運(yùn)動(dòng)，絕緣連桿8隨著傳動(dòng)連桿14向下運(yùn)動(dòng)，并繞其旋轉(zhuǎn)。由于主軸O1、O2軸心位置固定，在傳動(dòng)連桿14聯(lián)動(dòng)作用下，觸頭4隨著導(dǎo)電桿5向兩側(cè)快速打開，同時(shí)還有導(dǎo)電回路產(chǎn)生的磁場，將電弧13迅速拉長。另一對觸頭的結(jié)構(gòu)完全相同，并且在傳動(dòng)連桿14的作用下同步運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中由于觸頭是雙向打開，因此在相同力量的作用下，觸頭拉長的速度將更快，并且結(jié)構(gòu)簡單。而且兩對觸頭在電路中串聯(lián)，整體電弧拉長的速度將比單斷口動(dòng)靜觸頭結(jié)構(gòu)速度大大增加。而且?guī)淼拿黠@的好處是每個(gè)斷口只承擔(dān)一半的恢復(fù)電壓，更利于中壓大短路電流的限流開斷。
參見圖8，如圖所示，分閘時(shí)產(chǎn)生的電弧在回路電磁作用和自身的熱膨脹作用下將向斜上方運(yùn)動(dòng)。在電弧脫離觸頭4進(jìn)入引弧角后，串聯(lián)于進(jìn)線端和引弧角之間的磁吹線圈11將被接入回路中，因此斷路器在正常的合閘工作狀態(tài)時(shí)磁吹線圈不會(huì)有發(fā)熱的問題。磁吹線圈11產(chǎn)生如圖8所示的磁場分布16，本發(fā)明的磁吹方法的優(yōu)點(diǎn)是由于磁場作用下，電弧的跑動(dòng)路徑造成的。電弧進(jìn)入引弧角后在磁場分布16的磁吹作用下進(jìn)入滅弧柵片10，電弧位置15為電弧進(jìn)入滅弧柵片10后的位置，磁吹力Fm的作用方向如圖所示。因此通過調(diào)整磁吹線圈11的參數(shù)和滅弧室1的尺寸可以使電弧在磁場作用下的跑動(dòng)路徑為9所示軌跡。本發(fā)明磁吹設(shè)計(jì)帶來的好處是使電弧在滅弧柵片10內(nèi)的跑動(dòng)軌跡為曲線，這樣可以更加充分的利用柵片的面積冷卻電弧。同時(shí)將有一部份高溫電離氣體從滅弧室側(cè)壁的出氣口與消游離裝置19逸出，可以明顯減小電弧能量，增大了消游離裝置的作用面積，減輕了滅弧室頂部消游離裝置的負(fù)擔(dān)，可以獲得更好的防飛弧效果。之后電弧在滅弧室頂部熄滅高溫電離氣體由頂部噴出，由頂部的消游離裝置冷卻。本發(fā)明磁吹方法的另一個(gè)好處是電弧在磁吹作用下沒有向一個(gè)方向直加速，在電弧跑動(dòng)到接近滅弧室頂部前電弧受到的向上加速度在減小，在接近頂部時(shí)不再向上加速，甚至開始減速，從而避免了電弧跑動(dòng)速度快造成了飛弧噴濺嚴(yán)重，頂部消游離裝置負(fù)擔(dān)過重的缺點(diǎn)，而且更有利于電弧在柵片內(nèi)熄滅。
權(quán)利要求
1.一種高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，包括斷路器支架(2)以及設(shè)置在斷路器支架(2)上的滅弧室(1)，在滅弧室(1)內(nèi)設(shè)置有滅弧柵片(10)，其特征在于在滅弧室(1)內(nèi)設(shè)置有磁吹線圈(11)，滅弧室(1)下端的斷路器支架(2)上依次設(shè)置有絕緣固定桿(7)、導(dǎo)電固定桿(7′)和傳動(dòng)連桿(14)，絕緣固定桿(7)和導(dǎo)電固定桿(7′)與斷路器支架(2)軸連接，傳動(dòng)連桿(14)通過豎直方向的傳動(dòng)連桿滑槽(17)設(shè)置在斷路器支架(2)上，它還包括串連連接的兩對對稱設(shè)置在滅弧室(1)內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)(3)包括觸頭(4)以及與觸頭(4)連為一體的導(dǎo)電桿(5)和彈性導(dǎo)電桿(6)，兩對稱的彈性導(dǎo)電桿(6)的下端分別與絕緣固定桿(7)及導(dǎo)電固定桿7′固定連接并可繞轉(zhuǎn)軸O1、O2轉(zhuǎn)動(dòng)，彈性導(dǎo)電桿(6)與剛性連桿(18)相連接，剛性連桿(18)與絕緣連桿(8)相連接，且絕緣連桿(8)還與傳動(dòng)連桿(14)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，其特征在于所說的滅弧室(1)的中間設(shè)置有絕緣隔板(12)，兩對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(30分別設(shè)置在絕緣隔板(12)的兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，其特征在于所說的滅弧柵片(10)為U形結(jié)構(gòu)，且觸頭(4)設(shè)置在U形滅弧柵片(10)缺口方向上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，其特征在于所說的磁吹線圈(11)設(shè)置在滅弧室(1)的中心頂部位置，且磁吹線圈(11)產(chǎn)生的磁場中心位置處為豎直方向，磁吹線圈(11)產(chǎn)生的磁場使電弧運(yùn)動(dòng)方向指向滅弧柵片(10)，并且在磁吹下柵片內(nèi)的電弧運(yùn)動(dòng)軌跡(9)為曲線狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，其特征在于所說的滅弧室(1)的頂部和垂直于滅弧柵片(10)的兩側(cè)設(shè)置有出氣孔和消游離裝置(19)。
全文摘要
一種高速雙斷口磁吹中壓大電流直流限流斷路器，通過彈簧連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使雙斷口斷路器觸頭同步雙向打開，結(jié)合四觸頭導(dǎo)電桿設(shè)計(jì)，使短路故障初始時(shí)電動(dòng)斥力加倍，實(shí)現(xiàn)短路故障時(shí)觸頭的高速分閘，從而達(dá)到短路限流的目的。同時(shí)通過對磁吹線圈和滅弧柵片的設(shè)計(jì)，達(dá)到拉長電弧，加速電弧進(jìn)入柵片的作用，并且由于在磁吹作用下電弧具有特殊的跑弧路徑，可以達(dá)到促進(jìn)電弧在柵片內(nèi)冷卻以及防止飛弧的目的。
文檔編號H01H73/00GK1967753SQ20061010496
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者榮命哲, 楊飛, 吳翊, 王小華, 馬強(qiáng), 孫志強(qiáng) 申請人:西安交通大學(xué)