一种高压真空断路器的制作方法

本发明属于电工电子保护领域，尤其涉及一种高压真空断路器。

背景技术：

直流电力系统与交流电力系统相比，具有损耗低、并网方便等优点，现今在美国、日本、德国等发达国家已逐渐采用直流输配电系统。另外，现代舰船、地铁等独立电力系统也越来越多地采用直流电力系统。为了限制不断增大的短路电流，保护用电设备的安全，亟需研制限流能力更强、可靠性更高的直流限流断路器。传统机械式直流断路器由于存在电弧的烧蚀作用，电气寿命较短、限流效果差，而由功率半导体器件组成的固态开关由于通态损耗过大、价格过高也难以推广应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种高压真空断路器结构简单、可靠耐用，通过设置反向续流管及缓冲电路使真空开关在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间，提高了真空灭弧室的介质恢复能力，使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种高压真空断路器，其特征在于，包括真空开关、续流二极管、关断电容、关断开关和压敏电阻，所述真空开关设置在电源与负载之间；所述续流二极管与所述真空开关并联，所述续流二极管的阴极连接所述电源，所述续流二极管的阳极连接所述负载；所述关断电容与关断开关串联后、并联在所述真空开关的两端，所述电源依次通过关断电容、关断开关连接所述负载。

进一步的，所述关断开关为N型MOSFET，所述关断电容连接所述N型MOSFET的漏极，所述N型MOSFET的源极连接所述负载，所述N型MOSFET的栅极连接控制电路。

进一步的，还包括第二电容和第二电阻，所述第二电容与第二电阻串联后、并联在所述续流二极管的两端。

进一步的，还包括第一电感，所述第一电感串联在所述压敏电阻与负载之间。

进一步的，还包括第三电容，所述第三电容并联在所述第一电感与压敏电阻的串联电路两端。

进一步的，所述的真空开关包括真空灭弧室、自锁机构和吸力线圈，所述真空灭弧室包括第一触头和第二触头，所述第二触头的一端内侧与真空灭弧室壁之间设置有压力复位弹簧，所述第二触头的另一端设置有吸力盘，所述吸力盘与所述吸力线圈配套设置，所述第二触头的中部设置有限位凸台，所述凸台对应处设置有自锁机构。

进一步的，所述自锁机构包括自锁杆201，所述自锁杆201的一端设置有自锁滑轮，所述自锁杆201的另一端设置有把手，所述自锁杆201的中部设置有限位板，所述限位板内设置有自锁弹簧。

本发明的一种高压真空断路器具有以下有益效果：

本发明公开了一种高压真空断路器，属于电工电子保护领域，该真空断路器包括真空开关、续流二极管、关断电容、关断开关和压敏电阻，所述真空开关设置在电源与负载之间，所述续流二极管与所述真空开关并联，所述续流二极管的阴极连接所述电源，所述续流二极管的阳极连接所述负载，所述电源依次通过关断电容、关断开关连接所述负载。本发明结构简单、可靠耐用，通过设置反向续流管及缓冲电路使真空开关在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间，提高了真空灭弧室的介质恢复能力，使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。本发明提出一种在传统强迫换流型断路器的真空开关两端并联反向的续流二极管的改进方案，通过这一改进使真空开关在电流过零后得到零电压的介质强度恢复过程，使得高速真空开关得以在小开距下关断高上升率短路电流，大大提高了断路器的限流和分断能力，具有通态损耗小、分断能力强、触头烧损小、电气寿命长等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种高压真空断路器的电路连接示意图；

图2是本发明提供的一种高压真空断路器的真空开关结构示意图；

图3是本发明提供的一种高压真空断路器的自锁机构结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种高压真空断路器，包括真空开关B1、续流二极管D1、关断电容C1、关断开关Q1和压敏电阻R1，所述真空开关B1设置在电源与负载之间；所述续流二极管D1与所述真空开关B1并联，所述续流二极管D1的阴极连接所述电源，所述续流二极管D1的阳极连接所述负载；所述关断电容C1与关断开关Q1串联后、并联在所述真空开关B1的两端，所述电源依次通过关断电容C1、关断开关Q1连接所述负载。

具体的，在高速真空开关B1两端并联了反向的续流二极管D1，这样当反向脉冲电流迫使真空开关B1的电弧熄灭后，续流二极管D1导通，主回路电流与反向关断电流转移至续流二极管D1，此时真空开关B1两端电压为零，直至反向关断电流再次等于主回路电流时，二极管反向截止，主回路对断电容反向充电，真空开关B1两端开始出现恢复电压。

进一步的，所述关断开关Q1为N型MOSFET，所述关断电容C1连接所述N型MOSFET的漏极，所述N型MOSFET的源极连接所述负载，所述N型MOSFET的栅极连接控制电路。

进一步的，还包括第二电容C2和第二电阻R2，所述第二电容C2与第二电阻R2串联后、并联在所述续流二极管D1的两端。

具体的，第二电容C2和第二电阻R2构成了缓冲电路，避免电压过大或电流过大造成电路损害。

进一步的，还包括第一电感L1，所述第一电感L1串联在所述压敏电阻R1与负载之间。

进一步的，还包括第三电容C3，所述第三电容C3并联在所述第一电感L1与压敏电阻R1的串联电路两端。

具体的，随着充电过程电压不断提高，并在电压达到压敏电阻R1电压动作的阈值（1000V），压敏电阻R1开始导通。压敏电阻R1起作用后，关断回路电流向压敏电阻R1支路转移，关断回路电流完全转移至压敏电阻R1支路，关断电容C1充电电压及断路器两端电压达到最大值。

如图2、3所示，所述的真空开关B1包括真空灭弧室1、自锁机构2和吸力线圈3，所述真空灭弧室1包括第一触头101和第二触头102，所述第二触头102的一端内侧与真空灭弧室1壁之间设置有压力复位弹簧103，所述第二触头102的另一端设置有吸力盘105，所述吸力盘105与所述吸力线圈3配套设置，所述第二触头102的中部设置有限位凸台104，所述凸台104对应处设置有自锁机构2。

进一步的，所述自锁机构2包括自锁杆201，所述自锁杆201的一端设置有自锁滑轮202，所述自锁杆201的另一端设置有把手205，所述自锁杆201的中部设置有限位板203，所述限位板内设置有自锁弹簧204。

具体的，为了满足新型断路器对高速真空开关B1高速响应速度、高初始分离速度的要求，提出了了基于电磁吸力机构的高速真空开关B1：

（1）合闸状态：真空开关B1合闸状态的触头压力由压力弹簧和真空灭弧室1的自闭力产生，以保证真空开关B1导通时的低阻特性。

（2）分闸：分闸时预先充电的脉冲放电电路对吸力线圈3放电，依靠吸力盘105与吸力线圈3间产生的电磁吸力推动吸力盘105带动动触头快速分离，触头运动到一定开距后，自锁机构2固定于分闸位置。

本发明公开了一种高压真空断路器，属于电工电子保护领域，该真空断路器包括真空开关B1、续流二极管D1、关断电容C1、关断开关Q1和压敏电阻R1，所述真空开关B1设置在电源与负载之间，所述续流二极管D1与所述真空开关B1并联，所述续流二极管D1的阴极连接所述电源，所述续流二极管D1的阳极连接所述负载，所述电源依次通过关断电容C1、关断开关Q1连接所述负载。本发明结构简单、可靠耐用，通过设置反向续流管及缓冲电路使真空开关B1在电弧电流强迫过零后得到零电压介质恢复时间，提高了真空灭弧室1的介质恢复能力，使其能够在小开距时关断高上升率短路电流。本发明提出一种在传统强迫换流型断路器的真空开关B1两端并联反向的续流二极管D1的改进方案，通过这一改进使真空开关B1在电流过零后得到零电压的介质强度恢复过程，使得高速真空开关B1得以在小开距下关断高上升率短路电流，大大提高了断路器的限流和分断能力，具有通态损耗小、分断能力强、触头烧损小、电气寿命长等优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。