机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构的制作方法

本发明涉及一种高压直流断路器，特别涉及一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构。

背景技术：

机械式高压直流断路器工作原理如图1所示。它包括三条支路：支路一由高压真空断路器组成，支路二为电流转移支路，是充电电容和电感串联形成高频电流的支路；支路三为避雷器支路。在支路一打开后高压真空断路器中开始燃弧，支路二的igct开关很快关合(一般时间差为毫秒级)，将高频电流冲入支路一，使得高压真空断路器中流过的是叠加有高频振荡电流的直流电流，高频振荡电流的电流幅值比直流电流大，因此支路一就有了电流过零点，支路一的机械断路器在电流过零时电弧熄灭。支路一所用的是快速真空断路器，它采用电磁斥力机构实现高速开断，采用真空灭弧室来开断高频电流。

这个真空灭弧室就是目前一直在开断工频电流时使用的真空灭弧室。常用的真空灭弧室采用纵磁或者横磁触头来提高真空灭弧室的开断能力。图2a\2b所示为一种线圈式纵磁触头结构，它能够在开断工频电流时产生很强的纵向磁场来束缚电子的扩散，产生磁镜效应，从而降低电弧电压，使得燃弧时电弧的能量降低，因此电弧电流过零时电弧更加容易被熄灭。图3所示为这种线圈式纵磁触头在各种不同频率下沿着轴线产生的磁场分布。可见在高频下原来能产生很强磁场的线圈式纵磁触头产生的磁场很小，几乎为零。但是机械式高压直流断路器的高压真空灭弧室要开断的高频电流的频率为1khz-10khz，常用的有3.8khz，为了解决在这个频率下真空灭弧室的触头结构还能产生纵向磁场，常规的提高磁场的方法为：在触头的空腔中添加铁磁材料来加强磁场、在真空间隙上额外外绕线圈来产生磁场，触头片上开槽来降低涡流减少涡流影响。但是这些具体的方法在经过计算后发现这些方法对高频都不起作用，频率为3.8khz时这些方法在图2所示的线圈式纵磁触头结构的间隙中产生的磁场已经基本为零了。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术高频下真空灭弧室的磁场难以提高的问题，提出了一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构，使得触头结构能够在高频情况下产生很大的磁场，这个磁场能够很好地帮助熄灭高频电流产生的真空电弧。

本发明的技术方案为：一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构，由两个完全相同的触头结构构成，每个触头包括一个不封闭的环形线圈、绝缘环形垫片和一个开有缝隙的圆环触头，导电杆为t型圆柱杆，并导电杆大头圆面直径与环形线圈、圆环触头的外径均相同，导电杆大头圆面上和环形线圈上均有一个金属凸起，导电杆大头圆面、环形线圈和圆环触头依次叠放连接，两个连接面除了凸起部分外，其余部分全部用聚四氟乙烯或者强度更高的绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，金属凸起使得导电杆、环形线圈和圆环触头电气连接，在触头分开时两触头之间产生电弧，电弧分布在圆环触头整个环形表面上，使得电流沿着环形线圈流动一周后再沿着连接导体流进圆环触头，电流沿着环形线圈流动时在触头之间产生纵向磁场。

本发明的有益效果在于：本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构，触头结构直接产生很大的纵向磁场而且还不容易被挤压变形，该结构不仅简单，节省原材料，而且触头电寿命更长，在把电弧拉到线圈内部时就拉长了电弧，使电弧更加容易熄灭。

附图说明

图1为机械式高压直流断路器工作原理图；

图2a为线圈式纵磁触头结构分解图；

图2b为线圈式纵磁触头结构示意图；

图3为高频下和工频下快速真空断路器的真空灭弧室中的磁场对比图；

图4为本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构立体图；

图5为本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构正视图；

图6为本发明真空灭弧室中开断同一电流时不同开距下触头间隙中产生的纵向磁场图。

具体实施方式

本发明机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构如图4及图5所示。由两个完全相同的触头构成，每个触头包括一个不封闭的环形线圈、绝缘环形垫片和一个开有缝隙的圆环触头。导电杆为t型圆柱杆，并导电杆大头圆面直径与环形线圈、圆环触头的外径均相同，导电杆大头圆面上和环形线圈上均有一个金属凸起，导电杆大头圆面、环形线圈和圆环触头依次叠放连接，连接面除了凸起部分，其余部分全部用聚四氟乙烯或者强度更高的绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，金属凸起使得导电杆、环形线圈和圆环触头电气连接，金属凸起最佳位置如图4、5所示。

环形线圈平面与圆环触头之间用导体相连，环形线圈与导电杆的大头圆面也采用导体相连，其余部分用高强度绝缘垫片平面支撑。圆环触头的材料采用目前的开断性能很好的cucr触头材料，该圆环触头表面及圆柱内、外表面都采用cucr材料。环形线圈和导电杆相连接处除了金属连接外其余部分全部用高强度绝缘材料平面支撑。在触头分开时它们之间产生电弧，电弧分布在圆环触头整个环形表面上，使得电流沿着环形线圈流动一周后再沿着连接导体流进圆环触头。在圆环触头上由于开槽的作用使得涡流作用很小，而且由于圆环触头覆盖线圈的面积很小，因此在电流沿着环形线圈流动时在触头之间产生纵向磁场，这对熄灭电弧有好处，使得这样的触头结构的开断电流能力变强。

将本发明的触头结构用在真空灭弧室中，计算开断同一电流时不同开距下触头间隙中产生的纵向磁场，如图6所示。从图6中可以看到随着开距增加磁场下降。但是在线圈处磁场非常大。这对熄灭电弧有很大的好处。这种触头结构很简单。而且由于增加了强度大的绝缘材料作为垫片该触头在闭合过程中所产生的冲击力不会将线圈与增大的动导电杆之间的间隙减小或者变形，线圈的形状容易保持不变，而之前所用的线圈式纵向磁场触头它的线圈中无垫片，而且线圈前面还有整体的触头片，这样的结构不仅容易在关合触头时产生的冲击力的作用下将线圈的缝隙挤压变形而导致再也没有缝隙，没有了缝隙就没有了线圈，也无法产生纵向磁场。另外在高频下这种线圈前面带有触头片的结构还无法产生纵向磁场。现在本发明的触头结构直接产生很大的纵向磁场而且还不容易被挤压变形，该结构不仅简单，节省原材料，而且触头电寿命更长。因此这种双线圈式触头结构不仅部件少而且还达到了使用更多的部件无法达到的效果。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种机械式高压直流断路器中真空灭弧室双线圈式触头结构，由两个完全相同的触头结构构成，导电杆为T型圆柱杆，并导电杆大头圆面直径与环形线圈、圆环触头的外径均相同，导电杆大头圆面、环形线圈和圆环触头依次叠放连接，两个连接面除了凸起部分外，其余部分全部用聚四氟乙烯或者强度更高的绝缘材料制成的绝缘环形垫片平面支撑，在触头分开时两触头之间产生电弧，电弧分布在圆环触头整个环形表面上，使得电流沿着环形线圈流动一周后再沿着连接导体流进圆环触头，电流沿着环形线圈流动时在触头之间产生很大的纵向磁场，而且结构保证不被挤压变形，结构简单，触头电寿命更长，在把电弧拉到线圈内部时就拉长了电弧，使电弧更加容易熄灭。

技术研发人员：淡淑恒;李如春
受保护的技术使用者：上海电力学院
技术研发日：2019.05.14
技术公布日：2019.08.02