一种直流高分断磁吹快速断路器的制作方法

本实用新型涉及断路器设备领域，具体涉及一种直流高分断磁吹快速断路器。

背景技术：

直流快速断路器主要应用在轨道交通供电系统中，当供电系统出现故障时，可以快速实现分合闸工作，为轨道交通供电系统的安全运行提供保障。现有直流快速断路器的缺点:(1)一类采用附加的二次线圈励磁，通过电子控制实现磁吹效果，需要根据一次电流方向判断二次线圈电流，增加了控制的复杂程度，在发生短路故障的时候，如果控制失效，将导致开断失败，造成重大事故，可靠性极大降低；(2)一类采用励磁铁芯安装在一次回路中，无导磁板结构，通过空气介质形成磁吹磁场，磁场强度极低，拉弧效果很弱。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种直流高分断磁吹快速断路器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种直流高分断磁吹快速断路器，包括主体框架、灭弧罩、主导电回路、快速磁脱扣装置、磁吹系统、操作机构和辅助控制箱，灭弧罩设在主体框架的顶部，主导电回路设在主体框架一侧，操作机构和辅助控制箱设在主体框架的另一侧，快速磁脱扣装置设在主体框架内部，其中，主导电回路上连接静触头，操作机构通过牵引杆连接动触头用于带动动触头靠近或远离静触头，辅助控制箱通过连杆与动触头联接用于显示动触头的分合闸状态，磁吹系统为设在静触头、动触头和灭弧罩之间的励磁结构。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，主体框架由底板、左侧板、右侧板、机构板、母排夹板和磁吹系统基座构成，其中，操作机构和辅助控制箱设在机构板上，主导电回路设在左侧板和右侧板之间，灭弧罩设在磁吹系统基座上，母排夹板上的卡槽中固定有横置于主体框架内的下母排，下母排上方的左侧设与主导电回路连接的静触头，动触头通过销轴铰接在下母排上，动触头的上部与操作机构的牵引杆铰接。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，磁吹系统包括设在动触头分断前期的第一导电回路中的第一励磁结构和设在动触头分断后期的第二导电回路中的第二励磁结构。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，灭弧罩包括设在磁吹系统基座上的绝缘壳体和设在绝缘壳体内部的灭弧栅片组件，第一导电回路和第二导电回路上均连接有引弧角，引弧角的上部通入绝缘壳体内。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，主体框架和绝缘壳体均由厚度不超过30mm的板式结构零件组成。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，绝缘壳体的下部与磁吹系统基座之间设有“h”型的隔离板。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，灭弧栅片组件包括在绝缘壳体内部交替排列的第一灭弧栅片组件和第二灭弧栅片组件，二者均由上部的金属栅片和下部的绝缘栅片共同组装而成，且第一灭弧栅片组件上金属栅片上端的高度低于第二灭弧栅片组件上金属栅片上端的高度。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，第一导电回路由主导电回路、静触头、动触头和下母排构成，第一励磁结构为安装在静触头上方的励磁铁芯。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，第二导电回路由引弧排、励磁螺旋排、回流排和下母排构成，其中，引弧排设在磁吹系统基座上，其与主导电回路电连接，励磁螺旋排连接于引弧排的末端，回流排连接于励磁螺旋排和下母排之间，第二励磁结构为安装在励磁螺旋排内的铁芯。

优选的，对于所述的直流高分断磁吹快速断路器，下母排、引弧排、励磁螺旋排和回流排均是由铜质材料制成的导电结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的直流快速断路器结构紧凑，设计合理，通过灭弧罩功能分区，将导磁结构设置在独立封闭的空间内，将励磁线圈设置在动触头后方，极大缩减了断路器的体积，使断路器占用空间小。

2、该断路器采用一次回路螺旋排励磁，当一次回路中电流方向反向，励磁场会随之改变方向，始终保持向上的磁吹拉力，实现了无极限分断。

3、该直流高分断磁吹快速断路器通过第一励磁结构和第二励磁结构分别在动触头分断前期和分断后期的导电回路中产生励磁磁场，通过磁场对故障电流的电弧产生拉弧作用力，使电弧更快的进入灭弧罩灭弧，达到快速分断的目的。

4、金属栅片高低交错的结构使电弧在灭弧罩中的灭弧栅片组件之间呈倾斜路径跳转，可以有效的拉长电弧，使电弧更快的降温，起到更快速的灭弧效果。

附图说明

图1为本实用新型的主体结构示意图；

图2为本实用新型中主体框架的拆分结构示意图；

图3为本实用新型中灭弧罩的拆分结构示意图；

图4为本实用新型中灭弧栅片组件的结构示意图；

图5为本实用新型中磁吹系统的结构示意图；

图6为本实用新型中磁吹系统在动触头分断前期和后期的导电回路示意图；

图7为本实用新型中快速磁脱扣装置的结构示意图；

图8为本实用新型中快速磁脱扣装置的脱扣杆在铝方管内的结构示意图；

图9为本实用新型中辅助控制箱的结构示意图；

图10为本实用新型中辅助控制箱的分合闸显示机构的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实用新型提供一种技术方案：一种直流高分断磁吹快速断路器，包括主体框架4、灭弧罩1、主导电回路2、快速磁脱扣装置3、磁吹系统7、操作机构6和辅助控制箱5，如图1所示，灭弧罩1设在主体框架4的顶部，主导电回路2设在主体框架4一侧，操作机构6和辅助控制箱5设在主体框架4的另一侧，快速磁脱扣装置3设在主体框架4内部，其中，主导电回路2上连接静触头，操作机构6通过牵引杆连接动触头用于带动动触头靠近或远离静触头，辅助控制箱5通过连杆与动触头联接用于显示动触头的分合闸状态，磁吹系统7为设在静触头、动触头和灭弧罩1之间的励磁结构。

如图2所示，主体框架4由底板44、左侧板42、右侧板45、机构板43、母排夹板46和磁吹系统基座41构成，其中，操作机构6和辅助控制箱5设在机构板43上，主导电回路2设在左侧板42和右侧板45之间，灭弧罩1设在磁吹系统基座41上，母排夹板46上的卡槽中固定有横置于主体框架4内的下母排，下母排上方的左侧设与主导电回路2连接的静触头，动触头通过销轴铰接在下母排上，动触头的上部与操作机构6的牵引杆铰接。

磁吹系统7包括设在动触头分断前期的第一导电回路中的第一励磁结构和设在动触头分断后期的第二导电回路中的第二励磁结构。

灭弧罩1包括设在磁吹系统基座41上的绝缘壳体和设在绝缘壳体内部的灭弧栅片组件，第一导电回路和第二导电回路上均连接有引弧角，引弧角的上部通入绝缘壳体内。

主体框架4和绝缘壳体均由厚度不超过30mm的板式结构零件组成。

绝缘壳体的下部与磁吹系统基座41之间设有“h”型的隔离板。

灭弧栅片组件包括在绝缘壳体内部交替排列的第一灭弧栅片组件和第二灭弧栅片组件，二者均由下部的金属栅片和上部的绝缘栅片共同搭接而成，且第一灭弧栅片组件上金属栅片上端的高度低于第二灭弧栅片组件上金属栅片上端的高度。

第一导电回路由主导电回路、静触头、动触头和下母排构成，第一励磁结构为安装在静触头上方的励磁铁芯。

第二导电回路由引弧排、励磁螺旋排、回流排和下母排构成，其中，引弧排设在磁吹系统基座上，其与主导电回路电连接，励磁螺旋排连接于引弧排的末端，回流排连接于励磁螺旋排和下母排之间，第二励磁结构为安装在励磁螺旋排内的铁芯。

下母排、引弧排、励磁螺旋排和回流排均是由铜质材料制成的导电结构。

该直流快速断路器在动触头分断前期和分断后期的导电回路中分别设置励磁结构，通过励磁机构产生的磁场对导电回路中故障电流的电弧产生向上的拉弧作用力，使电弧快速进入灭弧罩灭弧。

实施例2

本实用新型提供一种技术方案：一种直流高分断磁吹快速断路器，包括主体框架4、灭弧罩1、主导电回路2、快速磁脱扣装置3、磁吹系统7、操作机构6和辅助控制箱5，如图1所示，灭弧罩1设在主体框架4的顶部，主导电回路2设在主体框架4一侧，操作机构6和辅助控制箱5设在主体框架4的另一侧，快速磁脱扣装置3设在主体框架4内部，其中，主导电回路2上连接静触头，操作机构6通过牵引杆连接动触头用于带动动触头靠近或远离静触头，辅助控制箱5通过连杆与动触头联接用于显示动触头的分合闸状态，磁吹系统7为设在静触头、动触头和灭弧罩1之间的励磁结构。

如图2所示，主体框架4由底板44、左侧板42、右侧板45、机构板43、母排夹板46和磁吹系统基座41构成，其中，操作机构6和辅助控制箱5设在机构板43上，主导电回路2设在左侧板42和右侧板45之间，灭弧罩1设在磁吹系统基座41上，母排夹板46上的卡槽中固定有横置于主体框架4内的下母排，下母排上方的左侧设与主导电回路2连接的静触头，动触头通过销轴铰接在下母排上，动触头的上部与操作机构6的牵引杆铰接。

灭弧罩包括绝缘壳体和设在绝缘壳体内的灭弧栅片组件，如图3所示，绝缘壳体由左右侧板11和前后端板18围成方框，左右侧板11的下部均设有“h”型的隔离板12，前后端板18底部的卡槽内均卡设有“l”型的引弧角17，灭弧栅片组件包括交替排列的第一灭弧栅片组件和第二灭弧栅片组件，其中，第一灭弧栅片组件由第一金属栅片14和第一绝缘栅片13上下搭接而成，第二灭弧栅片组件由第二金属栅片16和第二绝缘栅片15上下搭接而成，第一绝缘栅片13的下部开设有倒u型缺口，第一金属栅片14和第二金属栅片16的下部开均设有倒v型开口，且二者的倒v型开口的顶角朝向的方向相反。

该灭弧罩通过引弧角17将断路器分合闸时导电回路中故障电流的电弧导入其中，电弧在第一灭弧栅片组件的第一金属栅片14和第二灭弧栅片组件的第二金属栅片16之间传导，被降温之后灭弧。第一绝缘栅片上开倒u型缺口而第二绝缘栅片上则不开缺口，在纵向方向上产生了高度差，可对电弧产生在纵向方向上的拉长效果；第一金属栅片和第二金属栅片下部开倒v型开口，电弧进入金属栅片区域，先接触到1/2数量的金属栅片，从而可以减小电弧进入金属栅片的阻力；通过隔离板隔离出导磁功能区和灭弧区，从而在中部形成较狭窄的通道，有利于电弧利用下方高温产生的气压推动电弧向上运动，同时隔离板避免了电弧与导磁板绝缘层直接接触，破坏导磁板绝缘，提升了安全性。

如图4所示，第一绝缘栅片13与第一金属栅片14的搭接处以及第二绝缘栅片15与第二金属栅片16的搭接处均以叠合的方式形成台阶结构。具体的，第一绝缘栅片13和第二绝缘栅片15的下部均设有台阶，第一金属栅片14和第二金属栅片16的上端搭接在其上方的绝缘栅片的台阶处，并使绝缘栅片的下端在下方的金属栅片表面形成台阶。第一灭弧栅片组件与第二灭弧栅片组件的整体高度相同，其中第一金属栅片14的高度小于第二金属栅片16的高度，第一绝缘栅片13的高度大于第二绝缘栅片15的高度。这种高矮参差的结构，使得电弧从第一灭弧栅片组件向第二灭弧栅片组件上跳转时，需要经历一个斜向的路程，而非沿与灭弧栅片组件垂直的方向直向传导，这样就可以有效的拉长电弧，使电弧更快的熄灭。

如图5所示，磁吹系统7包括包括静触头74、动触头76、后引弧排712、前引弧排711、励磁铁芯73、励磁螺旋排79、铁芯、回流排77、下母排75和引弧角，下母排75位于最下方，静触头74和励磁螺旋排79分别位于下母排75上方的两侧，其中静触头74与后引弧排712焊接组成静触头组件，励磁螺旋排79与前引弧排711焊接组成磁吹组件，励磁铁芯73安装在静触头74上方，铁芯安装在励磁螺旋排79内，励磁螺旋排79还通过回流排77连接至下母排75，动触头76通过销轴铰接在下母排75上并可朝向静触头74摆动，引弧角有两个，分别连接在后引弧排712和前引弧排711上。

上述结构构成了断路器分合闸过程故障电流的导电回路和磁吹结构，具体的，如图6所示，当静触头74和动触头76分断前期，二者还未分开，故障电流的流通方向为：断路器主导电回路→静触头74→动触头76→下母排75，此时故障电流流经静触头74，对静触头74上方的励磁铁芯73充磁产生励磁磁场，该磁场对对故障电流的电弧产生向上的拉弧作用力，使电弧快速进入灭弧室灭弧；当静触头74和动触头76分断后期，二者已经完全分离，故障电流的流通方向为：断路器主导电回路→后引弧排712→前引弧排711→励磁螺旋排79→回流排77→下母排75，此时，故障电流自后引弧排712跳转至前引弧排711，流至励磁螺旋排79后，对铁芯充磁，产生的磁场对故障电流的电弧产生下上的拉弧作用力，使电弧快速进入灭弧室灭弧。

磁吹系统另外还包括t型导磁板710和导磁连板713，t型导磁板710在前端和后侧并排设有两块，每块t型导磁板710的横板部分横卧在后引弧排712和前引弧排711的表面，竖板部分向下插在静触头74和励磁螺旋排79之间，励磁螺旋排79内的铁芯的前后两端各通过一个导磁连板713连接至前后两侧的t型导磁板710的竖板部分上。通过该机构，铁芯、两端的导磁连板713以及两个导磁连板713各自连接的t型导磁板710共同构成一个磁回路，可将铁芯产生的磁场集中到两块t型导磁板710之间的区域，从而对故障电流的电弧产生更强的拉弧作用力。

如图7所示，快速磁脱扣装置3包括方框状的导磁框31，导磁框31的顶部中间位置设有一个三角形开口，底部固定有一个铝方管35，三角形开口内设有三角形的导磁块32，铝方管35穿过导磁框31的下部伸入导磁框1内，且其伸入导磁框31的管体上套有导向块34，脱扣杆39自铝方管35的下端穿入，向上依次穿过铝方管35和导磁块32并从导磁块32上部伸出，导磁块32上部装配有第一螺母312用于将其与脱扣杆39紧固联接，脱扣杆上端由下往上依次装配有第一调整螺母313、环形压板314、弹簧315和锁紧螺母316，铝方管35内设有通过第二螺母38锁紧装配在脱扣杆39上的柔性垫圈311、蝶形弹簧组310、指示环36和第二调整螺母37，铝方管35下部沿长度方向开有一条形槽，导磁框31的左侧面上加工有一个圆孔，圆孔内插有铁芯317。

该脱扣装置在使用时，当直流断路器主电路电流没有超过过载电流脱扣装置的限定值时，过载电流脱扣装置不动作，当直流断路器主电路电流超过过载电流脱扣装置的限定值时，与脱扣杆39固定的导磁块32在电磁力的作用下克服碟形弹簧组310的反力，竖直向上运动，迫使断路器的动触头卡住机构打开，并高速断开直流断路器主电路。该装置可以根据过载电流脱扣调整范围，决定在导磁框左侧的圆孔中插入铁芯或不插入铁芯，当插入铁芯时，导磁框、铁芯和导磁块组成磁路，磁阻变小，导磁块在过载电流i＜8ka动作；当不插入铁芯时，导磁框和导磁块组成磁路，由于磁阻增大，导磁块在过载电流i＞8ka动作，8ka为导磁块动作的临界电流，其具体大小受蝶形弹簧组压缩行程范围和蝶形弹簧组压力极限力值的限制，因此可根据需要调整。

导磁框1由多片厚度为0.5mm的硅钢片叠加，并且铆压紧密制成，导磁框31上设有便于将其安装在断路器上的安装孔。

导磁块32由多片厚度为0.5mm的硅钢片叠加，并且铆压紧密制成，导磁块32的下部设有竖直向下的导向轴33，导向轴33插在开设于导向块顶部的导向槽内，导向轴33在导向块34的导向槽滑动，限定了导磁块32的运动轨迹，利于导磁块32在竖直方向上的上下运动，不会产生偏移，保证了脱扣动作的准确性。

铝方管35的下部沿条形槽的槽沿处标注有刻度线和读数。

主电路过载电流的限定值是根据导磁块32克服蝶形弹簧组310的反力需要的洛伦磁力而计算得出的，因此蝶形弹簧组310的弹力大小(也即是压缩状态)决定了过载电流的限定值(即是装置执行脱扣动作的阈值)，本装置中，通过对第二调整螺母37上下位置的调节，可以调整蝶形弹簧组310的压缩状态，从而对应的能够调整主电路中过载电流的限定值，而指示环36与第二调整螺母37一同压紧，故指示环36随第二调整螺母37的调整而同步上下移动，在铝方管35上的条形槽处可看到指示环36，条形槽的槽沿上标示了根据蝶形弹簧组310压力对应换算而来的相对应的过载电流限定值，因此当调整之后，可以通过指示环36对应的刻度线直接读出调整后的主电路的过载电流的限定值。

如图9所示，辅助操作箱5包括外壳52、顶杆51、观察窗53、分合闸显示机构和航空插座54，观察窗53和航空插座54在外壳52的正面上下设置，顶杆51设在外壳52的背侧，分合闸显示机构设在外壳52内部，顶杆51两端分别与分合闸显示机构和快速断路器的动触头55联接，顶杆51随动触头55的分、合闸动作而伸缩，带动分合闸显示机构动作，作出分合闸位置指示，并通过航空插座54输出分、合闸反馈信号。

如图10所示，分合闸显示机构包括拐臂56、指示牌57、第一弹簧510、第二弹簧512、辅助开关511、分闸停挡58和合闸停挡59，拐臂56的一端和指示牌57的中部均设有可绕之旋转的旋转轴，且二者的旋转轴位于同一轴线上，拐臂56的旋转轴上设与拐臂56垂直的连杆，连杆的一端与顶杆51连接，另一端通过固定好的第二弹簧512拉住，拐臂56远离其旋转轴的另一端设有开口槽，该开口槽咬住指示牌57的尾端用以拨动指示牌57，第一弹簧510的一端与指示牌57的尾端连接，另一端固定，且固定点位于拐臂56和指示牌57的旋转轴所在的轴线上，分闸停挡58和合闸停挡59分别在指示牌57的前端上下设置，辅助开关511设在连杆的旁侧。

分闸停挡58和合闸停挡59分别位于观察窗53内侧的上下位置。

指示牌57为箭头状结构，其前端的两侧分别设有分闸指示标识和合闸指示标识。

辅助开关511具有两个触点，其与航空插座54连接在同一电力回路中，两个触点分别对应航空开关的分闸信号反馈回路和合闸信号反馈回路。

该分合闸显示机构发出分、合闸指示的过程具体为：当动触头55合闸时，顶杆51随之动作，推动拐臂56绕旋转轴逆时针转动，拐臂56的开口槽拨动指示牌57的尾端，指示牌57绕其旋转轴顺时针旋转，指示牌57的前端偏移直至被合闸停挡59限制而停止，此时通过观察窗53可看到合闸指示标识，在此过程中，原本压在辅助开关上的拐臂的旋转轴上的连杆与其脱离，使辅助开关的触点释放转换，从而使航空插座的合闸信号反馈回路接通，反馈出合闸信号；当动触头55分闸时，顶杆51随之动作，拉动拐臂56，同时第二弹簧512提供反力，使拐臂56绕其旋转轴顺时针转动，拐臂56的开口槽拨动指示牌57的尾端，指示牌绕其旋转轴逆时针旋转，指示牌57的前端偏移直至被分闸停挡58限制而停止，此时通过观察窗53可看到分闸指示标识，在此过程中，拐臂56的旋转轴上的连杆还会压缩其旁侧的辅助开关511，使辅助开关511的触点转换，从而使航空插座54的分闸信号反馈回路接通，反馈出分闸信号(请补充反馈合闸信号的过程)。

在初始状态时，拐臂56、指示牌57均位于同一轴线上，此时指示牌57的尾端在拐臂56的开口槽内自由悬置，二者不接触。此装置安装时不需要精确的调整调整尺寸，并且不受零部件磨损和配合间隙过大的影响，能够保证分合闸位置指示的准确。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。