专利名称：一种自能式气吹中压大电流直流快速限流断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于中压直流大电流断路器上的限流技术，特别涉及一种自能
式气吹中压大电流直流快速限流断路器。
背景技术：
直流供电系统与人们日常生活的联系越来越紧密，目前我国城市无轨电车、地铁、 冶炼、化工、轧材、船电、矿山等许多重要行业中均采用了直流供电系统。其中，直流断路器 是直流供电系统安全运行的保证，具有可靠切断直流回路故障电流的保护功能。随着我国 经济迅速发展以及工业交通部门逐步的现代化，对供电系统可靠性的要求也越来越严格， 直流用电负荷容量也持续增加，由此引发了对直流断路器需求量的不断增大，同时对其开 断性能提出了越来越高的要求。同时，随着电压等级和额定电流的增加，大容量直流短路电 流的开断变得异常困难，其开断时间的要求也越来越苛刻。因此对于直流断路器的快速限 流能力提出了更高的要求。 在现有限流分断技术当中，气流吹弧的方法已经是一种公认的有效方法，在 CN1564292A和CN1008415B等中均提出了气吹型的断路器。这种方法可以减少电弧停滞时 间，加快电弧跑动速度，快速提高介质恢复强度，从而使断路器具有更高的分断能力。在现 有断路器设计当中，气吹方法有如下几种，一种是由活塞机构做功形成压縮气体，结合电弧 热膨胀形成的高压气体在开断时由喷口喷出吹弧，待电流过零后增加弧后介质恢复强度， 此方法目前普遍应用于封闭式的六氟化硫交流高压断路器。但这种方法需要单独的气吹 机构，并且需要高度密封，体积巨大，不适合中压等级快速直流断路器使用。第二种是应用 于低压领域，通过活塞机构在断路器起弧后，向燃弧区域进行强制气吹，但机构运动速度有 限，难以达到很好的气吹效果。另一种是通过在电弧燃弧区域贴附产气材料，产气材料在电 弧烧蚀后会气化产生氢气等成分冷却电弧，同时增大燃弧区域压强，形成气吹作用，此方法 在低压断路器中已有广泛应用。然而在中压大电流的情况下，短路容量增大后，若产气材料 设置于燃弧区域，在燃弧时会大量气化，寿命大大减少，因此也不适合中压等级快速直流断 路器使用。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提供一种无需外置气吹 机构，能够利用电弧自身能量产生气流吹弧作用，减少电弧停滞时间，加快电弧从触头到跑 弧道的转移过程，快速增加弧后介质恢复强度的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路 器。 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括触头系统以及设置在触头系 统两侧的灭弧室，所说的触头系统包括动触头、静触头以及与静触头连接的电流进线和电 流出线构成的导电回路，其特征在于两静触头之间通过静触头绝缘挡板相接，在动触头的 上端设置有一与动触头相适应的气吹系统壳体，在气吹系统壳体内的动、静触头两侧分别
3设置有触头绝缘挡板，触头绝缘挡板将气吹系统壳体分为中间跑弧区域和两侧冷却通道，所述的中间跑弧区域与灭弧室相连通，在触头绝缘挡板中间开设有使跑弧区域与冷却通道相连通的开口。 本发明的冷却通道内壁为平面结构、侧壁为凹凸不平的波浪形或在侧壁上开设有储气室；触头绝缘挡板采用耐电弧烧蚀材料的薄板；动触头的前方区域为跑弧区域，跑弧区域的上下表面为铜或镀银的铜导体金属表面；跑弧区域和冷却通道在触头周围的气体介质成"回"字形连通布置；冷却通道内表面为平面或者凹凸不平状。 本发明紧贴着动触头设置有绝缘挡板，使动触头周围空间形成气流循环通道，当电弧产生后，尤其是大电流断路时，电弧受到磁场和热场作用在燃弧区域产生强烈对流，对电弧产生强烈气吹作用，使电弧快速从触头转移到跑弧道，加速进入灭弧室，电弧电压快速升高，同时冷空气补充到动静触头之间，快速增加介质恢复强度。
图1是本发明整体结构示意图； 图2是本发明触头系统及跑弧道示意图； 图3是本发明气吹系统示意图； 图4是本发明触头系统与气吹系统剖面图； 图5是本发明触头打开起弧阶段示意图； 图6是本发明电弧由触头转移至跑弧道示意图。 图7是本发明电弧即将进入灭弧室示意图。 图8是本发明气吹系统横截面起弧后流场示意图； 图9，图10和图11分别是冷却通道三种结构水平截面示意具体实施例方式
下面结合附图及双断口的优选实施例对本发明的结构和工作原理作进一步详细说明。 参见图l-4，本发明优选实施例为桥式触头双断口断路器，包括触头系统2以及设置在触头系统2两侧的灭弧室3，所说的触头系统2包括动触头7、静触头8以及与静触头8连接的电流进线ll和电流出线12构成的导电回路，两静触头8之间通过静触头绝缘挡板14相接，在动触头7的上端设置有一与动触头7相适应的气吹系统壳体1 ，在气吹系统壳体1内的动、静触头7、8两侧分别设置有触头绝缘挡板5，触头绝缘挡板5将气吹系统壳体1分为中间跑弧区域4和两侧冷却通道6，所述的中间跑弧区域4与灭弧室3相连通，在触头绝缘挡板5中间开设有使跑弧区域4与冷却通道6相连通的开口 13。 本发明的气吹系统由跑弧区域4，绝缘挡板5和冷却通道6组成。其中绝缘挡板5是由耐电弧烧蚀材料制成的薄板，分布于每个动触头的两边，紧贴着动触头7的侧面，并且不阻碍动触头的分合闸过程。在动触头7的前方区域为跑弧区域4，跑弧区域4的上下表面为金属表面(通常为铜或者镀银的铜导体)，也就是动、静触头对应的跑弧道10、9。跑弧区域4的侧面则是绝缘挡板5的壁面。跑弧区域4的出口通向灭弧室3。冷却通道6和跑弧区域4以绝缘挡板5为分界，其四面均为绝缘器壁。在绝缘挡板5中间设置一个开口 13，使跑弧区域与冷却通道在内部相连通，在每个动触头周围形成"回"字形气体连通区域。
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、气吹原理及优点。 参见图4，为本发明处于合闸状态时，电流通过进线11，动触头7，静触头8，和出线
12形成正常的通流回路。参见图5，为发生短路故障时，在脱扣器动作后断路器动触头7在
操动机构带动下向上运动，开始分闸过程，此时在动静触头之间产生电弧15。在图5的设置
情况下，两条电弧在回路及自生磁场的作用下，会分别朝向对应的灭弧室3方向产生强烈
的气流流动，形成压力差，并逐步带动周围的低温气体产生较大范围的气流场流动。 参见图6，为本发明触头打开到一定位置时，电弧由动触头7转移至跑弧道10的过
程。此时由于短路电流很大，对电弧的热作用及电磁力很强，使得跑弧区域4和冷却通道6
形成的"回"字形气体区域形成强烈对流，高温气体向灭弧室方向高速喷射，同时低温气体
由冷却通道6通过开口 13回流至动静触头之间。图8为气吹系统中水平截面的流场速度
矢量示意图，箭头所示为流场速度分布。此时即形成了强烈的自能式气流吹弧作用，使得电
弧能够快速由触头转移至跑弧道，并且由于低温气体补充于动静触头之间，使得动静触头
之间的介质恢复强度得以快速提高，避免了电弧转移过程中的背后击穿现象。 参见图7，为本发明触头打开后，电弧完全转移至跑弧道，即将进入灭弧室的状态。
此时随着短路电流的增大，跑弧区域4和冷却通道6形成的连通区域内的气流场更加强烈，
对电弧的气吹作用也更加强烈，推动电弧15加速向灭弧室运动，并且在动静触头之间完全
由原来处于冷却通道6内的非电离的低温气体充满，介质恢复强度高。 图9，图10和图11分别为本发明中冷却通道的三种派生结构水平截面示意图。
在本发明中，冷却通道的作用是， 一方面作为气吹系统气流通道的一部分，形成气流循环通
路，使一部分电弧自身能量能够转化成气吹能量。另一方面当高速气流循环形成并且电弧
进入灭弧室后，会有一小部分热气体从灭弧室进入冷却通道，冷却通道将对其产生冷却作
用，增强介质恢复强度。图9的冷却通道侧壁均为平面，可以使气流通畅，但侧壁表面积小，
冷却能力相对较差。其中非绝缘挡板5的部分，其材料可以为产气材料，遇到热气体流入时
可产生有消游离作用的气体如氢气等，由于并非电弧直接烧蚀，热气体温度远低于电弧中
心区域温度，烧蚀相对不严重，可以保证寿命，同时可以达到更好的冷却效果。附图11的冷
却通道侧壁为凹凸不平的波浪形，增大了接触表面积，冷却作用更好。附图11的冷却通道
为在远离动触头的绝缘侧壁设置一个冷却气室16，气室内的低温气体与进入冷却通道的热
气体混合，从而实现进一步冷却热气体的作用。以上所述三种方法可以相互结合使用。
权利要求
一种自能式气吹中压大电流直流快速限流断路器，包括触头系统(2)以及设置在触头系统(2)两侧的灭弧室(3)，所说的触头系统(2)包括动触头(7)、静触头(8)以及与静触头(8)连接的电流进线(11)和电流出线(12)构成的导电回路，其特征在于两静触头(8)之间通过静触头绝缘挡板(14)相接，在动触头(7)的上端设置有一与动触头(7)相适应的气吹系统壳体(1)，在气吹系统壳体(1)内的动、静触头(7、8)两侧分别设置有触头绝缘挡板(5)，触头绝缘挡板(5)将气吹系统壳体(1)分为中间跑弧区域(4)和两侧冷却通道(6)，所述的中间跑弧区域(4)与灭弧室(3)相连通，在触头绝缘挡板(5)中间开设有使跑弧区域(4)与冷却通道(6)相连通的开口(13)。
2. 根据权利要求1所述的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路，其特征在于所 述的冷却通道(6)内侧为平面结构、侧壁为凹凸不平的波浪形或在侧壁上开设有储气室 (16)。
3. 根据权利要求1所述的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路，其特征在于所 述的触头绝缘挡板(5)采用耐电弧烧蚀材料的薄板。
4. 根据权利要求1所述的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路，其特征在于所 述的动触头(7)的前方区域为跑弧区域(4)，跑弧区域(4)的上下表面为铜或镀银的铜导体 金属表面。
5. 根据权利要求1所述的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路，其特征在于所述的跑弧区域(4)和冷却通道(6)在触头周围的气体介质成"回"字形连通布置。
6. 根据权利要求1所述的自能式气吹中压大电流直流快速限流断路，其特征在于所述的冷却通道(6)内表面为平面或者凹凸不平状。
全文摘要
一种自能式气吹中压大电流直流快速限流断路器。通过设置绝缘挡板对触头系统周围进行空间设计，达到利用电弧自身能量即可产生高速气流吹弧作用的目的，而无需设置额外气吹机构。强烈的气吹作用可以缩短电弧停滞时间，加速电弧由触头转移至跑弧道，使电弧更快的进入灭弧室，缩短开断时间，从而达到更快的短路限流的目的。
文档编号H01H73/18GK101789338SQ20101013408
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者刘懿莹, 吴翊, 杨飞, 王伟宗, 王小华, 荣命哲 申请人:西安交通大学