;其中，
[0039] 第四步副方绕组需耐受1.5~2倍母线电压，选定副方绕组匝间绝缘材料:耐压值 为UN2,厚度为d 2,并利用公式(9)确定副方绕组匝数N2,进而选定原方绕组匝间绝缘材料:耐 压值为U N1(UN1^UN2)，厚度为cU。原副方绕组间需耐受1.5倍左右的母线电压，选定主绝缘材 料:耐压值为UN，厚度为d
[0040] 第五步由公式(10)~公式(15)确定原方绕组匝数阶，支撑架外径r，绕组宽度1，进而利用 公式(16)~公式(19)计算出变压器原副方杂散电阻R kl和
其 中，P = 1.72X10-8Q/m;
[0041] 第六步由公式(20)得到电流12的幅值12以及上升沿时间t' rise，如果12不等于i2max， 调整Uo的值（12大于i2max降低Uo的值，12小于i2max增大Uo的值），如果t' 调整c2 的值(t'rise大于trise降低C2的值，t'rise小于trise增大C2的值），直至U〇和C 2的值使电流i2的波 形满足第一步中的幅值i2max和上升沿时间tris(5，
[0042]
[0043] 其中，
，Lki为原方杂散电感，Lk2为 副方杂散电感。
[0044] 本发明提出，只要已知耦合变压器型直流断路器的应用电压等级、额定电流、故障 电流下降率、最大开断电流，真空断口拉开至最大开距的时间，就可以按照本发明给出的设 计步骤确定包括原副方绕组匝数、原副方绕组电感、原副方电容、支撑架外径、铜带宽度与 厚度等空芯脉冲变压器的关键参数。
[0045] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，可获得下列有益的效果：
[0046] (1)在原方绕组低压端和副方绕组低压端之间使用绝缘膜绝缘，使得空芯脉冲变 压器能够耐受直流母线电压等级的原副方绕组间主绝缘。
[0047] (2)本发明提出的设计方法，既可以有科学依据地针对不同电压等级的耦合变压 器型直流断路器，设计和制造出对应的空芯脉冲变压器，也可以用于计算检验某空芯脉冲 变压器是否适用于某个特定的耦合变压器型直流断路器。
[0048] 本发明所提出的耦合变压器型直流断路器用空芯脉冲变压器，其副方绕组2沿绝 缘支撑架10径向绕制，副方绕组2存在径向电压梯度，由副方绕组匝间绝缘膜7绝缘。由于耦 合变压器型直流断路器正常挂网运行时，副方绕组高压端5和副方绕组低压端6的电位均为 母线电压，故副方绕组低压端6和原方绕组低压端4间用主绝缘膜9绝缘。原方绕组1绕在主 绝缘膜9的外面，其匝间绝缘由原方绕组匝间绝缘膜8承担。
[0049] 为了更进一步的说明本发明实施例提供的耦合变压器型直流断路器用空芯脉冲 变压器及其参数获取方法，现从理论的角度进一步的详细阐述如下：
[0050] 假设直流母线电压为Un，额定电流为In，最大开断电流为Imax，最大故障电流下降率 为
，真空断口拉开至最大开距的时间为TP，为使直流断路器正常开断故障电流，反向电流 也即脉冲变压器副方电流i2需满足两个条件：
[0051 ]①i2的第一个幅值需大于I咖〇取为i2mX〇
[0052]②为使故障电流不超过断路器最大开断电流Imax，平波电抗器Lo需满足：
(公式1)
[0054]在闭合开关S闭合时，故障电流i为：
(公式2)
[0056]故障电流jTP时刻到形成第一个过零点的时间为：
(公式3)
[0058] 反向电流也即脉冲变压器副方电流i2的上升率为： (公式4)
[0060]脉冲变压器副方电流12的上升沿时间为：
(公式5)
[0062] 所以i2的上升沿时间需大于Trise，取为trise。
[0063]初步设定&的预充电压为Uo,耦合系数为k(大于等于0.8)，忽略脉冲变压器杂散参 数Rki，Rk2，Lki，Lk2的影响，可得到原副方回路电流i 1和i 2的表达式：
[0067]初步设定一个调谐度X，其表达式为：
(公式8)
[0069]由（公式8)可得出h，h，h2关于《 2的表达式：
[0073] 对(公式7)求导可得到(公式12):
(公式⑵
[0075]依据条件②的要求，将trise代入（公式12)求得的值（取最小解，才可保证i2在 tris(5时刻获得第一个峰值）。然后将《 2代入
，确定一组C#PL2的取值。根据条件①的 要求，将UQ，k，i2max，trise和L2代入(公式7)可得到U的值，再由
和（公式8)确定&的 值。
[0076]定义原副方电流^和"上升沿时间的4倍为i#Pi2的周期，则可分别由（公式6)和 条件②得到ii和i2的频率f#Pf2。将f#Pf2代入(公式13)求出原副方绕组的趋肤深度 〇1和〇2。 为减小杂散电阻的影响，原副方绕组铜带的厚度选定为对应的趋肤深度&和〇2。
(公式13)
[0078] 其中，〇为趋肤深度;P = 1 ? 72 X 10-8 Q /m，为铜电阻率;训=4jt X 10-7H/m，为真空磁 导率。
[0079]由于断路器断开后，副方电容C2两端会耐受一个幅值大于母线电压仏的过电压 UC2。假如真空断路器中电弧重燃，副方绕组需耐受1.5~2倍左右的母线电压，选定副方绕组 匝间绝缘材料:耐压值为U N2,厚度为d2。根据(公式14)确定副方绕组匝数N2。
(公式14)
[0081] C2两端需要耐受过电压UC2,由于原方电容&两端并联有反向放电支路，因此&两端 耐受的电压即为预充电压Uo,因此原方绕组匝间绝缘材料耐压值比U N2小即可，选择原方绕 组匝间绝缘材料:耐压值为UN1，厚度为cU。
[0082] 直流断路器正常挂网运行时，脉冲变压器的副方绕组高低压端电位均接近母线电 压仏，而原方绕组低压端直接接地，因此原副方绕组之间需耐受母线电压。考虑50%左右的 绝缘裕度，选定原方绕组低压端和副方绕组低压端间绝缘材料:耐压值为Un，厚度为d。
[0083] 将1^山，轉_代入(公式15)~（公式20)可求出脉冲变压器相关参数:原方绕组匝 数见，支撑架外径r，绕组宽度1。
[0090]变压器副方绕组长度为：
[0092]副方绕组电阻为： (公式22)
[0094]变压器原方绕组长度为：
(公式23)
[0096] 原方绕组电阻为：
(公式24)
[0098]由于电流分布的不均匀性，实际中绕组电阻Rkl和Rk2是理论计算值的10~100倍 (与电流频率有关）。杂散电感Lkl，Lk^i2的影响并不大，其值取微亨级即可。考虑R kl，Rk2， Lki，Lk2的影响，副方电流i2可表示为：
[0101]由（公式25)可得到电流i2的幅值12以及上升沿时间t'rise，如果i 2的幅值12不满足 条件①，则调整Uo的值（I2偏大降低U〇的值，12偏小增大U〇的值），如果i 2的上升沿时间t ' rise 不满足条件②，贝调整C2的值(t'rise5偏大降低C2的值，t' rise5偏大降低C2的值），这样整个空芯 脉冲变压器的基本参数均已确定。至此完成本发明的理论推导。
[0102] 由以上分析，可给出本发明涉及的耦合变压器型直流断路器中带绕式空芯变压器 的设计步骤：
[0103] 步骤(1)由最大开断电流Imax确定脉冲变压器副方电流i 2的幅值i 2max，由（公式1 )选 定平波电抗器Lo的值，再由（公式2)~(公式5)确定i2的上升沿时间trise;
[0104] 步骤(2)初步设定原方电容充电电压为Uo,耦合系数为k(大于等于0.8均可），调谐 度为X，由（公式7)和(公式12)确定脉冲变压器原方电感U、副方电感L 2、原方电容&、副方电 容C2;
[0105] 步骤⑶由（公式6)和步骤(1)中副方电流i2的上升沿时间triS(5，分别求出原副方电 流ii和i2的频率fi和f2,从而确定原副方绕组铜带的厚度〇1和〇2;
[0106] 步骤(4)副方绕组需耐受1.5~2倍母线电压，选定副方绕组匝间绝缘材料:耐压值 为UN2,厚度为d 2,并利用（公式14)确定副方绕组匝数N2,进而选定原方绕组匝间绝缘材料： 耐压值为U N1(UN1 < UN2)，厚度为cU。原副方绕组间需耐受1.5倍左右的母线电压，选定主绝缘 材料:耐压值为UN，厚度为d;
[0107] 步骤(5)由（公式15)~（公式20)确定原方绕组匝数他，支撑架外径r，绕组宽度1， 进而利用(公式21)~(公式24)计算出变压器原副方杂散电阻R kl和Rk2;
[0108] 步骤（6)由（公式25)得到电流12的幅值12以及上升沿时间t'rise，如果1 2不等于 i2max，调整Uo的值（12偏大降低Uo的值，12偏小增大Uo的值），如果t'rise不等于trise，调整C 2的 值(t'rise5偏大降低C