專利名稱：一種自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于中壓直流大電流斷路器上的限流技術(shù)，特別涉及一種自能
式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路器。
背景技術(shù)：
直流供電系統(tǒng)與人們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系越來越緊密，目前我國城市無軌電車、地鐵、 冶煉、化工、軋材、船電、礦山等許多重要行業(yè)中均采用了直流供電系統(tǒng)。其中，直流斷路器 是直流供電系統(tǒng)安全運行的保證，具有可靠切斷直流回路故障電流的保護(hù)功能。隨著我國 經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展以及工業(yè)交通部門逐步的現(xiàn)代化，對供電系統(tǒng)可靠性的要求也越來越嚴(yán)格， 直流用電負(fù)荷容量也持續(xù)增加，由此引發(fā)了對直流斷路器需求量的不斷增大，同時對其開 斷性能提出了越來越高的要求。同時，隨著電壓等級和額定電流的增加，大容量直流短路電 流的開斷變得異常困難，其開斷時間的要求也越來越苛刻。因此對于直流斷路器的快速限 流能力提出了更高的要求。 在現(xiàn)有限流分?jǐn)嗉夹g(shù)當(dāng)中，氣流吹弧的方法已經(jīng)是一種公認(rèn)的有效方法，在 CN1564292A和CN1008415B等中均提出了氣吹型的斷路器。這種方法可以減少電弧停滯時 間，加快電弧跑動速度，快速提高介質(zhì)恢復(fù)強度，從而使斷路器具有更高的分?jǐn)嗄芰ΑＴ诂F(xiàn) 有斷路器設(shè)計當(dāng)中，氣吹方法有如下幾種，一種是由活塞機(jī)構(gòu)做功形成壓縮氣體，結(jié)合電弧 熱膨脹形成的高壓氣體在開斷時由噴口噴出吹弧，待電流過零后增加弧后介質(zhì)恢復(fù)強度， 此方法目前普遍應(yīng)用于封閉式的六氟化硫交流高壓斷路器。但這種方法需要單獨的氣吹 機(jī)構(gòu)，并且需要高度密封，體積巨大，不適合中壓等級快速直流斷路器使用。第二種是應(yīng)用 于低壓領(lǐng)域，通過活塞機(jī)構(gòu)在斷路器起弧后，向燃弧區(qū)域進(jìn)行強制氣吹，但機(jī)構(gòu)運動速度有 限，難以達(dá)到很好的氣吹效果。另一種是通過在電弧燃弧區(qū)域貼附產(chǎn)氣材料，產(chǎn)氣材料在電 弧燒蝕后會氣化產(chǎn)生氫氣等成分冷卻電弧，同時增大燃弧區(qū)域壓強，形成氣吹作用，此方法 在低壓斷路器中已有廣泛應(yīng)用。然而在中壓大電流的情況下，短路容量增大后，若產(chǎn)氣材料 設(shè)置于燃弧區(qū)域，在燃弧時會大量氣化，壽命大大減少，因此也不適合中壓等級快速直流斷 路器使用。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足或缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種無需外置氣吹 機(jī)構(gòu)，能夠利用電弧自身能量產(chǎn)生氣流吹弧作用，減少電弧停滯時間，加快電弧從觸頭到跑 弧道的轉(zhuǎn)移過程，快速增加弧后介質(zhì)恢復(fù)強度的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路 器。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括觸頭系統(tǒng)以及設(shè)置在觸頭系 統(tǒng)兩側(cè)的滅弧室，所說的觸頭系統(tǒng)包括動觸頭、靜觸頭以及與靜觸頭連接的電流進(jìn)線和電 流出線構(gòu)成的導(dǎo)電回路，其特征在于兩靜觸頭之間通過靜觸頭絕緣擋板相接，在動觸頭的 上端設(shè)置有一與動觸頭相適應(yīng)的氣吹系統(tǒng)殼體，在氣吹系統(tǒng)殼體內(nèi)的動、靜觸頭兩側(cè)分別
3設(shè)置有觸頭絕緣擋板，觸頭絕緣擋板將氣吹系統(tǒng)殼體分為中間跑弧區(qū)域和兩側(cè)冷卻通道，所述的中間跑弧區(qū)域與滅弧室相連通，在觸頭絕緣擋板中間開設(shè)有使跑弧區(qū)域與冷卻通道相連通的開口。 本發(fā)明的冷卻通道內(nèi)壁為平面結(jié)構(gòu)、側(cè)壁為凹凸不平的波浪形或在側(cè)壁上開設(shè)有儲氣室；觸頭絕緣擋板采用耐電弧燒蝕材料的薄板；動觸頭的前方區(qū)域為跑弧區(qū)域，跑弧區(qū)域的上下表面為銅或鍍銀的銅導(dǎo)體金屬表面；跑弧區(qū)域和冷卻通道在觸頭周圍的氣體介質(zhì)成"回"字形連通布置；冷卻通道內(nèi)表面為平面或者凹凸不平狀。 本發(fā)明緊貼著動觸頭設(shè)置有絕緣擋板，使動觸頭周圍空間形成氣流循環(huán)通道，當(dāng)電弧產(chǎn)生后，尤其是大電流斷路時，電弧受到磁場和熱場作用在燃弧區(qū)域產(chǎn)生強烈對流，對電弧產(chǎn)生強烈氣吹作用，使電弧快速從觸頭轉(zhuǎn)移到跑弧道，加速進(jìn)入滅弧室，電弧電壓快速升高，同時冷空氣補充到動靜觸頭之間，快速增加介質(zhì)恢復(fù)強度。


圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明觸頭系統(tǒng)及跑弧道示意圖； 圖3是本發(fā)明氣吹系統(tǒng)示意圖； 圖4是本發(fā)明觸頭系統(tǒng)與氣吹系統(tǒng)剖面圖； 圖5是本發(fā)明觸頭打開起弧階段示意圖； 圖6是本發(fā)明電弧由觸頭轉(zhuǎn)移至跑弧道示意圖。 圖7是本發(fā)明電弧即將進(jìn)入滅弧室示意圖。 圖8是本發(fā)明氣吹系統(tǒng)橫截面起弧后流場示意圖； 圖9，圖10和圖11分別是冷卻通道三種結(jié)構(gòu)水平截面示意具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及雙斷口的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 參見圖l-4，本發(fā)明優(yōu)選實施例為橋式觸頭雙斷口斷路器，包括觸頭系統(tǒng)2以及設(shè)置在觸頭系統(tǒng)2兩側(cè)的滅弧室3，所說的觸頭系統(tǒng)2包括動觸頭7、靜觸頭8以及與靜觸頭8連接的電流進(jìn)線ll和電流出線12構(gòu)成的導(dǎo)電回路，兩靜觸頭8之間通過靜觸頭絕緣擋板14相接，在動觸頭7的上端設(shè)置有一與動觸頭7相適應(yīng)的氣吹系統(tǒng)殼體1 ，在氣吹系統(tǒng)殼體1內(nèi)的動、靜觸頭7、8兩側(cè)分別設(shè)置有觸頭絕緣擋板5，觸頭絕緣擋板5將氣吹系統(tǒng)殼體1分為中間跑弧區(qū)域4和兩側(cè)冷卻通道6，所述的中間跑弧區(qū)域4與滅弧室3相連通，在觸頭絕緣擋板5中間開設(shè)有使跑弧區(qū)域4與冷卻通道6相連通的開口 13。 本發(fā)明的氣吹系統(tǒng)由跑弧區(qū)域4，絕緣擋板5和冷卻通道6組成。其中絕緣擋板5是由耐電弧燒蝕材料制成的薄板，分布于每個動觸頭的兩邊，緊貼著動觸頭7的側(cè)面，并且不阻礙動觸頭的分合閘過程。在動觸頭7的前方區(qū)域為跑弧區(qū)域4，跑弧區(qū)域4的上下表面為金屬表面(通常為銅或者鍍銀的銅導(dǎo)體)，也就是動、靜觸頭對應(yīng)的跑弧道10、9。跑弧區(qū)域4的側(cè)面則是絕緣擋板5的壁面。跑弧區(qū)域4的出口通向滅弧室3。冷卻通道6和跑弧區(qū)域4以絕緣擋板5為分界，其四面均為絕緣器壁。在絕緣擋板5中間設(shè)置一個開口 13，使跑弧區(qū)域與冷卻通道在內(nèi)部相連通，在每個動觸頭周圍形成"回"字形氣體連通區(qū)域。
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、氣吹原理及優(yōu)點。 參見圖4，為本發(fā)明處于合閘狀態(tài)時，電流通過進(jìn)線11，動觸頭7，靜觸頭8，和出線
12形成正常的通流回路。參見圖5，為發(fā)生短路故障時，在脫扣器動作后斷路器動觸頭7在
操動機(jī)構(gòu)帶動下向上運動，開始分閘過程，此時在動靜觸頭之間產(chǎn)生電弧15。在圖5的設(shè)置
情況下，兩條電弧在回路及自生磁場的作用下，會分別朝向?qū)?yīng)的滅弧室3方向產(chǎn)生強烈
的氣流流動，形成壓力差，并逐步帶動周圍的低溫氣體產(chǎn)生較大范圍的氣流場流動。 參見圖6，為本發(fā)明觸頭打開到一定位置時，電弧由動觸頭7轉(zhuǎn)移至跑弧道10的過
程。此時由于短路電流很大，對電弧的熱作用及電磁力很強，使得跑弧區(qū)域4和冷卻通道6
形成的"回"字形氣體區(qū)域形成強烈對流，高溫氣體向滅弧室方向高速噴射，同時低溫氣體
由冷卻通道6通過開口 13回流至動靜觸頭之間。圖8為氣吹系統(tǒng)中水平截面的流場速度
矢量示意圖，箭頭所示為流場速度分布。此時即形成了強烈的自能式氣流吹弧作用，使得電
弧能夠快速由觸頭轉(zhuǎn)移至跑弧道，并且由于低溫氣體補充于動靜觸頭之間，使得動靜觸頭
之間的介質(zhì)恢復(fù)強度得以快速提高，避免了電弧轉(zhuǎn)移過程中的背后擊穿現(xiàn)象。 參見圖7，為本發(fā)明觸頭打開后，電弧完全轉(zhuǎn)移至跑弧道，即將進(jìn)入滅弧室的狀態(tài)。
此時隨著短路電流的增大，跑弧區(qū)域4和冷卻通道6形成的連通區(qū)域內(nèi)的氣流場更加強烈，
對電弧的氣吹作用也更加強烈，推動電弧15加速向滅弧室運動，并且在動靜觸頭之間完全
由原來處于冷卻通道6內(nèi)的非電離的低溫氣體充滿，介質(zhì)恢復(fù)強度高。 圖9，圖10和圖11分別為本發(fā)明中冷卻通道的三種派生結(jié)構(gòu)水平截面示意圖。
在本發(fā)明中，冷卻通道的作用是， 一方面作為氣吹系統(tǒng)氣流通道的一部分，形成氣流循環(huán)通
路，使一部分電弧自身能量能夠轉(zhuǎn)化成氣吹能量。另一方面當(dāng)高速氣流循環(huán)形成并且電弧
進(jìn)入滅弧室后，會有一小部分熱氣體從滅弧室進(jìn)入冷卻通道，冷卻通道將對其產(chǎn)生冷卻作
用，增強介質(zhì)恢復(fù)強度。圖9的冷卻通道側(cè)壁均為平面，可以使氣流通暢，但側(cè)壁表面積小，
冷卻能力相對較差。其中非絕緣擋板5的部分，其材料可以為產(chǎn)氣材料，遇到熱氣體流入時
可產(chǎn)生有消游離作用的氣體如氫氣等，由于并非電弧直接燒蝕，熱氣體溫度遠(yuǎn)低于電弧中
心區(qū)域溫度，燒蝕相對不嚴(yán)重，可以保證壽命，同時可以達(dá)到更好的冷卻效果。附圖11的冷
卻通道側(cè)壁為凹凸不平的波浪形，增大了接觸表面積，冷卻作用更好。附圖11的冷卻通道
為在遠(yuǎn)離動觸頭的絕緣側(cè)壁設(shè)置一個冷卻氣室16，氣室內(nèi)的低溫氣體與進(jìn)入冷卻通道的熱
氣體混合，從而實現(xiàn)進(jìn)一步冷卻熱氣體的作用。以上所述三種方法可以相互結(jié)合使用。
權(quán)利要求
一種自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路器，包括觸頭系統(tǒng)(2)以及設(shè)置在觸頭系統(tǒng)(2)兩側(cè)的滅弧室(3)，所說的觸頭系統(tǒng)(2)包括動觸頭(7)、靜觸頭(8)以及與靜觸頭(8)連接的電流進(jìn)線(11)和電流出線(12)構(gòu)成的導(dǎo)電回路，其特征在于兩靜觸頭(8)之間通過靜觸頭絕緣擋板(14)相接，在動觸頭(7)的上端設(shè)置有一與動觸頭(7)相適應(yīng)的氣吹系統(tǒng)殼體(1)，在氣吹系統(tǒng)殼體(1)內(nèi)的動、靜觸頭(7、8)兩側(cè)分別設(shè)置有觸頭絕緣擋板(5)，觸頭絕緣擋板(5)將氣吹系統(tǒng)殼體(1)分為中間跑弧區(qū)域(4)和兩側(cè)冷卻通道(6)，所述的中間跑弧區(qū)域(4)與滅弧室(3)相連通，在觸頭絕緣擋板(5)中間開設(shè)有使跑弧區(qū)域(4)與冷卻通道(6)相連通的開口(13)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路，其特征在于所 述的冷卻通道(6)內(nèi)側(cè)為平面結(jié)構(gòu)、側(cè)壁為凹凸不平的波浪形或在側(cè)壁上開設(shè)有儲氣室 (16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路，其特征在于所 述的觸頭絕緣擋板(5)采用耐電弧燒蝕材料的薄板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路，其特征在于所 述的動觸頭(7)的前方區(qū)域為跑弧區(qū)域(4)，跑弧區(qū)域(4)的上下表面為銅或鍍銀的銅導(dǎo)體 金屬表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路，其特征在于所述的跑弧區(qū)域(4)和冷卻通道(6)在觸頭周圍的氣體介質(zhì)成"回"字形連通布置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路，其特征在于所述的冷卻通道(6)內(nèi)表面為平面或者凹凸不平狀。
全文摘要
一種自能式氣吹中壓大電流直流快速限流斷路器。通過設(shè)置絕緣擋板對觸頭系統(tǒng)周圍進(jìn)行空間設(shè)計，達(dá)到利用電弧自身能量即可產(chǎn)生高速氣流吹弧作用的目的，而無需設(shè)置額外氣吹機(jī)構(gòu)。強烈的氣吹作用可以縮短電弧停滯時間，加速電弧由觸頭轉(zhuǎn)移至跑弧道，使電弧更快的進(jìn)入滅弧室，縮短開斷時間，從而達(dá)到更快的短路限流的目的。
文檔編號H01H73/18GK101789338SQ20101013408
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者劉懿瑩, 吳翊, 楊飛, 王偉宗, 王小華, 榮命哲 申請人:西安交通大學(xué)