專利名稱：一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大容量直流斷路器觸頭系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)涉及中壓大容量直流系統(tǒng)的供配電與保護(hù)用電器設(shè)備，特別涉及一種具有很強(qiáng)短時(shí)耐受能力的、具有選擇性保護(hù)功能的空氣中壓大容量直流斷路器。
背景技術(shù)：
直流供配電系統(tǒng)具有線路造價(jià)低、容量大、有功損耗小、調(diào)節(jié)迅速、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)在城市軌道交通和艦船上獲得了十分廣泛的應(yīng)用。作為直流系統(tǒng)安全運(yùn)行的必需設(shè)備，直流系統(tǒng)中的斷路器必須具有可靠的接通、分?jǐn)嗪统休d正常電路運(yùn)行情況下電流的能力和在所規(guī)定的非正常電路(例如短路)下接通、承載一定時(shí)間和分?jǐn)嚯娏鞯哪芰ΑＬ貏e對(duì)于發(fā)電機(jī)出口側(cè)之類的斷路器，為了實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù)的功能，要求斷路器能夠承受一段時(shí)間的短路電流而不被斥開(kāi)，同時(shí)，如果回路中已經(jīng)存在短路故障時(shí)發(fā)生斷路器的重合閘動(dòng)作，斷路器應(yīng)該能夠可靠的合閘，不能發(fā)生熔焊。中壓直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流的峰值往往能達(dá)到上百千安，這樣大的電流流過(guò)斷路器的導(dǎo)電回路，會(huì)在動(dòng)靜觸點(diǎn)之間產(chǎn)生很大的電動(dòng)斥力，如果斷路器的機(jī)構(gòu)不能提供足夠大的觸頭壓力，動(dòng)靜觸頭會(huì)在電動(dòng)斥力的作用下被斥開(kāi)，動(dòng)靜觸點(diǎn)之間便會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧的存在則會(huì)嚴(yán)重?zé)g動(dòng)靜觸點(diǎn)，甚至造成熔焊，對(duì)斷路器造成永久性的損害，導(dǎo)致開(kāi)斷失敗。直流斷路器觸頭之間的電動(dòng)斥力主要由兩部分組成，一部分是由于電流在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的洛侖茲力，另一部分是由于觸頭接觸處電流線收縮產(chǎn)生的霍爾姆力。目前直流供配電系統(tǒng)中采用的多為空氣開(kāi)斷、柵片滅弧式的大電流直流斷路器，其動(dòng)觸頭多為旋轉(zhuǎn)式，在端部焊接一塊銀觸點(diǎn)。這種斷路器由于只有一塊觸點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)觸點(diǎn)的良好接觸，電流線的收縮比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的霍爾姆力較大，再加上可觀的洛倫茲力，發(fā)生短路時(shí)在動(dòng)觸頭上產(chǎn)生的電動(dòng)斥力十分巨大,很容易把動(dòng)觸頭斥開(kāi)。要保證動(dòng)觸頭在發(fā)生短路故障時(shí)不被斥開(kāi)，往往需要提供很大的合閘力，要提供更大的合閘力，必然會(huì)對(duì)操作機(jī)構(gòu)提出更加苛刻的要求，增加斷路器的制造、運(yùn)行和維護(hù)的成本。因此，必須對(duì)短路電流產(chǎn)生的電動(dòng)斥力進(jìn)行補(bǔ)償，保證斷路器的動(dòng)觸頭不被斥開(kāi)，提高直流斷路器的短時(shí)耐受能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于增加弧觸頭，減小霍爾姆力，同時(shí)利用軟連接改變直流斷路器導(dǎo)電回路中電流的流向，使得電流在動(dòng)觸頭和下母排導(dǎo)電塊之間的流向相反，產(chǎn)生電動(dòng)斥力，利用動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)將斥力轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)之間的壓力，同時(shí)利用鐵磁材料對(duì)動(dòng)觸頭的吸引力，通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換為對(duì)觸點(diǎn)的壓力，對(duì)電動(dòng)斥力進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)償。這樣的設(shè)計(jì)使得在不改變操作機(jī)構(gòu)的條件下，依靠觸頭系統(tǒng)自身產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)補(bǔ)償觸點(diǎn)處的電動(dòng)斥力，保證在大的短路電流下，動(dòng)觸頭不被斥開(kāi)，提高了直流斷路器的短時(shí)耐受能力。本發(fā)明專利所述觸頭系統(tǒng)在靜觸頭的上方增加了弧觸頭，弧觸頭兩側(cè)有導(dǎo)向和限位的固定塊，后方端部與上母排之間安裝有彈簧，在彈簧和導(dǎo)向限位塊的作用下弧觸頭可以在一定范圍內(nèi)自由滑動(dòng)，同時(shí)不會(huì)偏離或彈出?；∮|頭的尾部通過(guò)軟連接與上母排連接， 使得弧觸頭具有相當(dāng)?shù)耐髂芰??；∮|頭的存在增加了觸點(diǎn)處的接觸面積，增加了可靠接觸點(diǎn)的數(shù)量，使電流分布相對(duì)分散，減小了觸點(diǎn)之間的霍爾姆力。本發(fā)明所述觸頭系統(tǒng)中，弧觸頭的存在能夠保證斷路器進(jìn)行開(kāi)斷時(shí)總是在弧觸頭上起弧，能夠有效的保護(hù)靜觸頭和靜觸點(diǎn)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能保證觸頭之間的電動(dòng)斥力不會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而增大。本發(fā)明所述觸頭系統(tǒng)的動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸固定在下母排或者支架上，動(dòng)觸頭在轉(zhuǎn)軸處向下延伸相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，同時(shí)在下母排端部有與動(dòng)觸頭平行的導(dǎo)電塊，動(dòng)觸頭和導(dǎo)電塊之間通過(guò)U形或V形軟連接連接。由于電流在導(dǎo)電塊和動(dòng)觸頭之間的流向相反，會(huì)在動(dòng)觸頭上產(chǎn)生可觀的電動(dòng)斥力。這個(gè)電動(dòng)斥力可以通過(guò)動(dòng)觸頭的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)換為對(duì)觸點(diǎn)的保持力。一般來(lái)講，只要?jiǎng)佑|頭和導(dǎo)電塊的延長(zhǎng)長(zhǎng)度足夠，二者之間的距離適當(dāng)，這種觸頭結(jié)構(gòu)可以補(bǔ)償觸點(diǎn)之間大部分的電動(dòng)斥力。本發(fā)明所述的動(dòng)觸頭下端延長(zhǎng)的部分和部分U或V形軟連接被一個(gè)“凹”形部件包裹?！鞍肌毙尾考设F磁材料構(gòu)成，并固定在支撐側(cè)板上。動(dòng)觸頭和軟連接中流過(guò)電流時(shí)，會(huì)在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于鐵磁材料的存在，大部分磁感應(yīng)線將會(huì)從“凹”形鐵磁部件中穿過(guò)，從而在局部形成一個(gè)電磁鐵?！鞍肌毙舞F磁部件會(huì)對(duì)動(dòng)觸頭下端以及軟連接產(chǎn)生一定的吸力。 這個(gè)吸力通過(guò)轉(zhuǎn)軸同樣可以轉(zhuǎn)換為對(duì)觸頭的壓力。本發(fā)明不僅改進(jìn)了空氣式中壓直流大電流斷路器的觸頭系統(tǒng)，有效減小了斷路器動(dòng)靜觸點(diǎn)之間的電動(dòng)斥力，同時(shí)設(shè)計(jì)了 U形或V形的導(dǎo)電回路，利用導(dǎo)電回路產(chǎn)生的電動(dòng)斥力對(duì)觸點(diǎn)之間的電動(dòng)斥力進(jìn)行了補(bǔ)償。另外，觸頭端部周圍鐵磁部件的存在可以產(chǎn)生吸力， 對(duì)動(dòng)靜觸點(diǎn)之間的電動(dòng)斥力同樣具有補(bǔ)償作用。


圖I是一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)的原理示意圖，同時(shí)是本發(fā)明的一種實(shí)施示例。圖2是流過(guò)短路電流時(shí)，觸頭系統(tǒng)的受:力不意圖。其中1為上母排；2為靜觸頭；3為弧觸頭軟連接；4為弧觸頭；5為動(dòng)觸頭；6為主回路軟連接；7為導(dǎo)電塊；8為下母排；9為第一跑弧道；10為第二跑弧道；11為等電位連接桿；12為撥叉彈簧；13為撥叉；14為卡快；15為碟簧；16為推桿；17為“凹”形鐵磁部件； 18為分閘彈簧。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。參照附圖1、2，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例為空氣開(kāi)斷柵片滅弧式的中壓大容量直流斷路器，包括支架、導(dǎo)電回路、跑弧道系統(tǒng)、電動(dòng)斥力補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵模塊。支架起到固定支撐導(dǎo)電回路、跑弧道、“凹”形部件及其他零部件的作用。導(dǎo)電回路由上母排I、靜觸頭2、弧觸頭4、 動(dòng)觸頭5、軟連接6、導(dǎo)電塊7、下母排等8零部件構(gòu)成。上母排I為豎直放置的扁形銅排， 并在一端下部突出伸展形成靜觸頭2，靜觸頭2上焊接有銀鎢合金材料的靜觸點(diǎn)。靜觸頭2 上方留有空間，方便安裝弧觸頭4?；∮|頭4兩側(cè)有導(dǎo)向和限位的固定塊，后方端部與上母排I之間安裝有彈簧，在彈簧和導(dǎo)向限位塊的作用下弧觸頭4可以在一定范圍內(nèi)自由滑動(dòng)， 同時(shí)不會(huì)偏離或彈出?；∮|頭4的端部同樣焊接有銀鎢合金材料的觸點(diǎn)?；∮|頭4的尾部通過(guò)軟連接3與上母排連接1，使得弧觸頭4具有相當(dāng)?shù)耐髂芰??；∮|頭4的存在增加了觸點(diǎn)處的接觸面積，增加了可靠接觸點(diǎn)的數(shù)量，使電流分布相對(duì)分散，減小了觸點(diǎn)之間的霍爾姆力。弧觸頭4和靜觸頭I的端部均設(shè)計(jì)成向上翹起的形狀，這種設(shè)計(jì)使斷路器進(jìn)行開(kāi)斷時(shí)，流過(guò)觸頭和觸點(diǎn)之間電弧的電流產(chǎn)生較強(qiáng)的垂直于電弧軸向的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)可以幫助電弧迅速的向上運(yùn)動(dòng)，迅速的從觸點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移到第一跑弧道9和第二跑弧道10上，減少對(duì)觸頭材料的燒蝕。另外，弧觸頭4的存在能夠保證斷路器進(jìn)行開(kāi)斷時(shí)總是在弧觸頭4上起弧，能夠有效的保護(hù)靜觸頭2和靜觸點(diǎn)。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能最大限度的減少短路開(kāi)斷時(shí)對(duì)觸頭和觸點(diǎn)的燒蝕，能夠在斷路器進(jìn)行了多次開(kāi)斷后仍然保持動(dòng)靜觸點(diǎn)和動(dòng)弧觸點(diǎn)的良好接觸，使得斷路器的觸頭系統(tǒng)在進(jìn)行了多次開(kāi)斷后，觸頭之間的電動(dòng)斥力不會(huì)明顯增大。動(dòng)觸頭5下端厚度加寬，形成連接U形軟連接6的基座，使軟連接6在較大范圍內(nèi)能與動(dòng)觸頭5良好接觸，保證良好的通流能力，使觸頭系統(tǒng)的溫升在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。下母排8靠近動(dòng)觸頭5 —端引伸出一段與下母排8垂直的導(dǎo)電塊7，導(dǎo)電塊7的寬度和厚度可調(diào)以保證通流能力，導(dǎo)電塊7的長(zhǎng)度可調(diào)以產(chǎn)生足夠的電動(dòng)力，導(dǎo)電塊7固定在下母排8 上，與下母排8良好接觸。動(dòng)觸頭5的轉(zhuǎn)軸可以安裝在下母排8的端部，也可以安裝在支架上。下母排導(dǎo)電塊8與動(dòng)觸頭5端部用一條U形或V形軟連接6連接，軟連接6應(yīng)有足夠的粗度以保證通流能力，同時(shí)有足夠的柔韌性，使動(dòng)觸頭5能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，斷路器的導(dǎo)電回路會(huì)流過(guò)短路電流，短路電流在下母排導(dǎo)電塊7和動(dòng)觸頭5中的流向相反，會(huì)在兩者之間形成比較可觀的電動(dòng)力F1。這個(gè)電動(dòng)力通過(guò)動(dòng)觸頭5的轉(zhuǎn)軸作用到動(dòng)靜觸點(diǎn)之間，提高了觸頭壓力，能夠抵消一部分動(dòng)靜觸點(diǎn)之間的電動(dòng)斥力F斥。動(dòng)觸頭5的下端與軟連接6的一部分被一個(gè)“凹”形的鐵磁部件17包裹，“凹”形鐵磁部件17固定在支架上。該“凹”形鐵磁部件17壁厚可調(diào)，內(nèi)壁面與動(dòng)觸頭5和軟連接 6盡可能接近，以不干涉動(dòng)觸頭5運(yùn)動(dòng)為宜。動(dòng)觸頭5和軟連接6中流過(guò)電流時(shí)，會(huì)在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于鐵磁材料的存在，大部分磁感應(yīng)線將會(huì)從“凹”形鐵磁部件17中穿過(guò)，從而在局部形成一個(gè)電磁鐵?！鞍肌毙舞F磁部件17會(huì)對(duì)動(dòng)觸頭5下端以及軟連接6產(chǎn)生一定的吸力F2。這個(gè)吸力通過(guò)轉(zhuǎn)軸同樣可以轉(zhuǎn)換為對(duì)觸頭的壓力。該觸頭系統(tǒng)的合閘過(guò)程依靠推桿16推動(dòng)動(dòng)觸頭5轉(zhuǎn)動(dòng)完成。動(dòng)觸頭5兩側(cè)安裝有卡塊14，推桿16前端安裝有兩根撥叉13，撥叉13在撥叉彈簧12的作用下可以與卡塊14 可靠接觸，推桿16由彈簧操作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，可以左右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)推桿16由分閘位置向左運(yùn)動(dòng)時(shí)， 撥叉13可以通過(guò)卡塊14帶動(dòng)動(dòng)觸頭5向左轉(zhuǎn)動(dòng)，從而完成合閘過(guò)程。推桿16的尾部安裝有疊簧15，處于合閘位置時(shí)，疊簧15可以提供需要的觸頭壓力。該觸頭系統(tǒng)的分閘過(guò)程由分閘彈簧18推動(dòng)動(dòng)觸頭5順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成。分閘時(shí)，推桿撥叉13可以被分閘機(jī)構(gòu)挑開(kāi)，從而與動(dòng)觸頭5上的卡塊14脫離，這時(shí)動(dòng)觸頭5可以在分閘彈簧18的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到打開(kāi)到最大開(kāi)距。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書(shū)確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于包括上母排、下母排、靜觸頭、弧觸頭、動(dòng)觸頭、軟連接、導(dǎo)電塊、凹形鐵磁部件、等電位連接桿、第一跑弧道、第二跑弧道、卡塊、撥叉、撥叉彈簧、推桿、疊簧和分閘彈簧；所述上母排、靜觸頭、弧觸頭、動(dòng)觸頭、軟連接、導(dǎo)電塊、下母排構(gòu)成導(dǎo)電回路；所述卡塊與動(dòng)觸頭固定，撥叉可推動(dòng)卡塊帶動(dòng)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)合閘，由推桿處的疊簧提供觸頭壓力；所述撥叉可被分閘機(jī)構(gòu)挑起與卡塊分離，動(dòng)觸頭在分閘彈簧的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)分閘。
2.基于權(quán)利要求I所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于所述第一跑弧道與上母排電氣連接，第二跑弧道通過(guò)等電位連接桿與下母排電氣連接，第一跑弧道和第二跑弧道成“V”形，過(guò)渡平緩，在進(jìn)行短路電流的開(kāi)斷時(shí)，電弧很容易從觸點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移到第一跑弧道和第二跑弧道上。
3.基于權(quán)利要求2所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于所述上母排為一塊豎直放置的扁形銅排，上母排的下端安裝有承擔(dān)主要通流作用的靜觸頭，靜觸頭上焊接有耐燒蝕的觸點(diǎn)。
4.基于權(quán)利要求3所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于在上母排的一側(cè)、靜觸頭的上部設(shè)置有弧觸頭，弧觸頭端部焊接耐燒蝕的觸點(diǎn)。所述弧觸頭的端部和上母排之間安裝有彈簧，可以使弧觸頭左右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)弧觸頭周圍設(shè)置有導(dǎo)向和限位的部件，保證弧觸頭不被彈出或偏離。
5.基于權(quán)利要求4所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于弧觸頭通過(guò)軟連接與上母排電氣連接，具有較強(qiáng)的通流能力。由于弧觸頭可動(dòng),弧觸頭與靜觸頭均能與動(dòng)觸頭良好接觸,有利于增大觸頭系統(tǒng)觸點(diǎn)處的接觸面積，減小觸點(diǎn)之間的霍爾姆力。
6.基于權(quán)利要求5所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于在斷路器分?jǐn)鄷r(shí)產(chǎn)生電弧之后，流過(guò)靜觸頭和弧觸頭的電流可以形成較強(qiáng)的吹弧磁場(chǎng)，有利于電弧迅速的向跑弧道轉(zhuǎn)移。
7.基于權(quán)利要求6所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于在下母排在臨近動(dòng)觸頭的地方有與下母排或支架固定連接并垂直于下母排向下延伸的導(dǎo)電塊，導(dǎo)電塊與下母排有良好的電氣連接；動(dòng)觸頭的轉(zhuǎn)軸設(shè)置在下母排的端部或者設(shè)置在支架上，動(dòng)觸頭的下端延長(zhǎng)并通過(guò)軟連接與導(dǎo)電塊連接；當(dāng)回路發(fā)生短路時(shí)，短路電流依次通過(guò)上母排、靜觸頭、弧觸頭、動(dòng)觸頭、軟連接、導(dǎo)電塊和下母排，因?yàn)橄履概艑?dǎo)電塊和動(dòng)觸頭內(nèi)的電流流向相反，相互之間會(huì)產(chǎn)生比較大的斥力，這個(gè)斥力通過(guò)轉(zhuǎn)軸作用到觸點(diǎn)處，增大了觸頭壓力，使觸頭不容易被短路電流斥開(kāi)。
8.基于權(quán)利要求7所述的一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)，其特征在于動(dòng)觸頭的下面端部和部分第二軟連接被凹形部件包裹，凹形部件由鐵磁材料構(gòu)成，并固定在支架上。動(dòng)觸頭在閉合位置時(shí)，流過(guò)的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大部分會(huì)經(jīng)過(guò)凹形鐵磁部件，在局部形成一個(gè)電磁鐵，當(dāng)動(dòng)觸頭中流過(guò)短路電流時(shí)，凹形鐵磁部件會(huì)對(duì)動(dòng)觸頭下面端部產(chǎn)生一個(gè)吸力，這個(gè)吸力通過(guò)轉(zhuǎn)軸作用在觸點(diǎn)上，增大了觸頭之間的觸頭壓力。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高短時(shí)耐受能力的中壓大電流直流斷路器的觸頭系統(tǒng)。本發(fā)明在斷路器中增加了弧觸頭，減小了觸頭之間的霍爾姆力，同時(shí)利用軟連接改變直流斷路器導(dǎo)電回路中電流的流向，使得電流在動(dòng)觸頭和下母排導(dǎo)電塊之間的流向相反，產(chǎn)生電動(dòng)斥力，利用動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)將斥力轉(zhuǎn)換為觸點(diǎn)之間的壓力，另外利用鐵磁材料對(duì)動(dòng)觸頭的吸引力，通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換為對(duì)觸點(diǎn)的壓力，對(duì)電動(dòng)斥力進(jìn)一步進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理，在不改變操作機(jī)構(gòu)的條件下，依靠觸頭系統(tǒng)自身產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)補(bǔ)償觸點(diǎn)處的電動(dòng)斥力，保證在大的短路電流下，動(dòng)觸頭不被斥開(kāi)，提高了直流斷路器的短時(shí)耐受能力。
文檔編號(hào)H01H73/04GK102592906SQ20121004097
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者吳翊, 孫昊, 楊飛, 紐春萍, 榮命哲, 馬瑞光 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)