專利名稱:直流磁場斷路器的制作方法
一種直流磁場斷路器，它屬于低壓電器器件。
磁場斷路器在電流切斷瞬間，通過電路和裝置，達到對大中型發(fā)電機起滅磁保護，其關(guān)鍵在于磁吹系統(tǒng)和滅弧室的建壓能力和建壓速度。而磁吹系統(tǒng)在通電狀態(tài)下就產(chǎn)生磁吹磁場。在斷電瞬間利用該磁場將電弧驅(qū)入滅弧室進行滅弧。
國內(nèi)外斷路器通常采用下面幾種磁吹系統(tǒng)1.瑞典ASEA公司生產(chǎn)的ALG和ASLG系列斷路器(摘自ASEA公司SK32－2E Edition2，1981－03 File Spart 2)和西德AEG公司生產(chǎn)的Gearapid S系列的直流快速斷路器(摘自AEG－TELEFUNKEN工廠L 3.01.003E／0874Y1樣本)的磁吹系統(tǒng)，由磁吹和磁軛組成，磁吹線圈和主回路串聯(lián)。斷路器工作時主電流通過磁吹線圈，主磁通在滅弧室下部形成一個均勻的磁場。斷路器分?jǐn)嚯娏鲿r，觸頭間的電弧在主磁通作用下迅速離開觸頭，弧根隨著弧角向上移動，電弧向滅弧室迅速移動並拉長。從理論上講，此方案的吹弧能力和主電流及磁吹線圈匝數(shù)有關(guān)，當(dāng)匝數(shù)多，電流大時，建壓能力和建壓速度相當(dāng)高。實際上采用此種方案限制了建壓特性，存在以下缺點(1)為達到小電流時的建壓性能，磁吹線圈匝數(shù)要相當(dāng)多，而在大電流分?jǐn)鄷r由于磁場強度很高，磁吹力相當(dāng)大，一旦觸頭分開后，電弧極其迅速離開觸頭，而觸頭沒有達到足夠的間隙，會發(fā)生重燃現(xiàn)象。
(2)正常工作時，磁吹線圈中通過主電流，線圈就發(fā)熱，匝數(shù)越多就發(fā)熱越勵害，為了滿足斷路器溫升，線圈銅排的截面要很大，線圈尺寸也相當(dāng)大，耗銅量多。
(3)由于增加了發(fā)熱源(磁吹線圈)，致使其它部份的導(dǎo)電回路截面增大，相應(yīng)減少發(fā)熱，以滿足熱平衡原理，這樣使斷路器體積增大，而且磁吹線圈需用梯型銅排繞制、加工困難。
(4)由于具有吹弧磁軛，增加了硅鋼片用量。
2.上海立新電器廠70年代初生產(chǎn)的DS10－3000安，1500伏快速斷路器，具有弧觸頭，采用磁吹線圈和弧觸頭系統(tǒng)串聯(lián)。正常工作時，磁吹線圈中僅流過一小部份主電流，大部份電流通過主觸頭系統(tǒng)。當(dāng)主觸頭分開瞬間，電流轉(zhuǎn)移到弧觸頭系統(tǒng)，磁吹線圈才流過全部電流。磁吹線圈在磁軛中產(chǎn)生磁通，在滅弧室下部產(chǎn)生均勻磁場，弧觸頭分開瞬間在其上產(chǎn)生的電弧在均勻磁場的作用下被拉長，同時向滅弧室上部運動。這種斷路器的磁吹線圈和弧觸頭系統(tǒng)串聯(lián)后再與主觸頭並聯(lián)，磁吹線圈匝數(shù)就不能太多，避免斷路器斷開瞬間影響主電流從主觸頭移到弧觸頭系統(tǒng)，會發(fā)生主觸頭燒毀現(xiàn)象。由于匝數(shù)不能太多，磁吹力減弱。這種斷路器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，硅鋼片用量較多。
3.西門子ZWV系列和日本BWV系列斷路器(摘自Siemens ARtiengesellschaft printed in theFederal Republic of Germang A G 3842.oM32d／e和Reprint from“Fuji Electric Review”VOL 18NO 3 1972)采用在動靜觸頭上安裝鐵芯，利用觸頭分開后，電流在鐵芯周圍形成磁吹回路，鐵芯中的磁通在滅弧室下方形成均勻磁場，電弧在此磁場的作用下拉長並迅速向滅弧室上方移動。這種磁吹系統(tǒng)能分?jǐn)嘈‰娏?，但在小電流時建壓速度慢，建壓能力差。和非線性電阻的導(dǎo)通特性很難配合。當(dāng)斷路建壓值達到非線性電阻導(dǎo)通值時，流過斷路器中的電流迅速下降，斷路器建壓能力下降，促使非線性電阻恢復(fù)阻斷，不可能實現(xiàn)可靠保護。
斷路器的滅弧室分長弧和短弧滅弧兩種，DS7－1500伏斷路器和西德西門子公司ZWV1500伏斷路器滅弧室是采用三柵片和密集式柵片二種滅弧原理，但此二種滅弧室內(nèi)的電位梯度比較低，建壓速度慢，建壓能力差，很難和非線性電阻直接配合使用。為了達到使用目的，使用時需要一套控制裝置，使整個保護裝置復(fù)雜化，檢修維護不便，造價高，可靠性降低。瑞士BBC公司生產(chǎn)的滅磁和過電壓保護裝置中采用雙極型，並帶有一對常閉主付接點，這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價高。
研制一種新的磁場斷路器，簡化其它控制系統(tǒng)和保護環(huán)節(jié)，在工作狀態(tài)下，主電流不通過磁吹線圈，不產(chǎn)生磁場，並直接能和非線性電阻配合達到大中型發(fā)電機滅磁和過壓保護。
本實用新型的中心問題是磁吹系統(tǒng)和滅弧室的設(shè)計，使其有效地直接和非線性電阻配合滅磁和過壓保護。其關(guān)鍵是不讓主電流在工作狀態(tài)下流過磁吹線圈，而在滅弧時迅速產(chǎn)生一個強磁通，本發(fā)明的特征在于動觸頭10，靜觸頭11的上方2～5mm處設(shè)置一個正常工作狀態(tài)下不通過主電流的磁吹線圈4，磁吹線圈的一端和弧角3(也可和弧角12)下端部相焊接，另一端連接匯流排。磁吹線圈4中間含有絕緣杯6和鐵芯5，它的兩側(cè)有兩塊磁夾板。鐵芯和磁吹線圈相互絕緣。鐵芯的截面形狀可以是圓形，方形或其它幾何形狀?；〗窍露撕痛糯稻€圈一端焊接，在觸頭上方2～5mm處固定后，也可以通過其它連接形式將線圈置于斷路器的任意位置。
滅弧柵片2由多片鋼板制成，柵片2的數(shù)量多少取決于斷路器的額定工作電壓、建壓的要求和建壓能力。柵片2長190mm，厚3mm外部用耐電弧水泥或用其它耐電弧材料制成“I”字型，合成滅弧柵后，相鄰兩片中間空腔斷面為14×40mm2。若柵片下端裸露也可用于直流快速斷路器中。這種磁吹系統(tǒng)和滅弧室的斷路器可直接和不帶有可控硅跨接器的非線性電阻配合進行大中型發(fā)電機的滅磁和過壓保護，也可用于空氣斷路器中。
本實用新型在斷路器正常工作時，負載電流只通過進線端、匯流排、動觸頭、動觸頭桿、出線端，或相反流向，而不經(jīng)過磁吹線圈不形成磁吹磁場。當(dāng)觸頭分?jǐn)嚯娏鞯乃查g，電弧從觸頭剛轉(zhuǎn)移到弧角，磁吹線圈中才有主電流流過，從而在鐵芯中產(chǎn)生一個強磁通，磁通經(jīng)過鐵芯兩側(cè)磁夾板后在滅弧室下部形成一個均勻磁場，電弧在該強磁場的作用下迅速拉長，並在柵片鏡象力的作用下迅速進入滅柵片。
本實用新型滅弧室中的電位梯度大，建壓速度快，建壓能力強，有足夠的能力使非線性電阻導(dǎo)通，達到對大中型發(fā)電機滅磁和過壓保護。采用該斷路器在分?jǐn)嘈‰娏鲿r就具有足夠的建壓能力和建壓速度，同時隨著分?jǐn)嚯娏髟龃?，建壓能力和建壓速度的性能也越高，不需要其它附加控制設(shè)備，整個保護系統(tǒng)簡單，維護方便，安全可靠，僅省去可控硅跨接器一套就節(jié)約人民幣5萬元。它還有如下優(yōu)點提高了分?jǐn)嗯R界小電流的性能；能加速電弧運動，提高分?jǐn)嗄芰涂s短滅弧時間；不存在發(fā)熱現(xiàn)象，磁吹線圈能設(shè)計得很小。由于減少了發(fā)熱源，斷路器觸頭系統(tǒng)和導(dǎo)電回路的電流密度能提高，既節(jié)約銅材和硅鋼片，還能實現(xiàn)斷路器的小型化。
本實用新型的最佳實施例磁吹線圈由3×8mm扁銅線繞制成直徑50mm的圓形線圈，匝數(shù)和斷路器額定電流，建壓能力有關(guān)，一般取5～10匝，本實用新型用于800伏斷路器取5.6匝，線圈的一端和弧角下端部相焊接，弧角的下端部安裝在離動觸頭4mm之上方，弧角的另一端用螺釘固定在滅弧室的側(cè)板上。匝間襯有絕緣片的磁吹線圈四周用環(huán)氧樹脂澆注。鐵芯用電工純鐵加工成圓柱體，外面套上兩個壁厚為1.5mm的絕緣杯，再裝入滅弧室下部夾板的圓孔中，並和隔板外的兩塊磁夾板相碰。絕緣的磁吹線圈套在鐵芯外，由后者支撐在滅弧室中。用25片柵片組成一組安裝在滅弧室上部隔板上，滅弧柵片的下端距觸頭約200mm，用軸銷固定于斷路器本體上。將圖3的非線性電阻元件直接接入勵磁電路構(gòu)成本實用新型。
本實用新型的結(jié)構(gòu)及電路由下列附圖給出。
圖1是直流磁場斷路器正視圖。圖中1是指滅弧室及其殼體；2是合成后裝在滅弧室內(nèi)的柵片；3、12是弧角，其下端和磁吹線圈一端相焊接；4是磁吹線圈和內(nèi)套有絕緣杯6與鐵芯5裝在一起；7硬連接裝置，8是動觸頭桿，其上裝有動觸頭10；9是靜觸頭座，其上裝有靜觸頭11。
圖2是單片滅弧柵片的結(jié)構(gòu)，1是電工鋼板制成的柵片，2是柵片外表面的涂層用耐電弧水泥或其它耐電弧材料。圖3是兩片柵片合成的結(jié)構(gòu)，圖中1為合成后的中間空腔。
圖4是非線性電阻配合的滅磁和過壓保護電路圖，圖中1是斷路器的勵磁電源，2是磁場斷路器，3是二級管，4、5是氧化鋅非線性電阻，6是電機磁場繞組。
權(quán)利要求
1.一種直流磁場斷路器。通常由通過主電流的磁吹線圈、主觸頭、弧觸頭、磁軛、滅弧室機構(gòu)等組成。磁吹線圈一經(jīng)工作就產(chǎn)生磁吹磁場。本實用新型特征在于在動觸頭和靜觸頭的上方2～5mm處設(shè)置一個在正常工作狀態(tài)下不通過主電流並和弧角下端部相連接的磁吹線圈，在工作狀態(tài)下磁吹線圈無電流流過不產(chǎn)生磁吹磁場。在分?jǐn)嚯娏魉查g才產(chǎn)生一個強磁通，以及弧角和滅弧柵片組成的滅弧室。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的磁吹線圈，其特征在于中間含有鐵芯，鐵芯兩側(cè)有兩塊磁夾板，鐵芯截面形狀可以是圓形，方形或其它幾何形狀，弧角下端位置固定后，弧角和線圈可以制成一體，也可通過其它連接形式將線圈置于斷路器的任意位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的滅弧室，其特征在于由25片長190mm，寬50mm，厚3mm電工鋼板，外部有耐電弧水泥或其它耐電弧材料制成“I”字型，合成滅弧柵后，兩片中間空腔斷面為14×40mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或3所述的斷路器和滅弧室，其特征在于可直接和不帶有可控硅跨接器的非線性電阻配合進行滅磁和過電壓保護，也可用于空氣斷路器。
專利摘要
一種直流磁場斷路器。在斷路器內(nèi)設(shè)置一個在工作狀態(tài)下不通過主電流的磁吹線圈，在正常工作時，沒有電流流過磁吹線圈。斷路器切斷電流時，觸頭間電弧移到弧角上，磁吹線圈導(dǎo)通，產(chǎn)生一個強磁通，形成均勻磁場。電弧在該強磁場作用下迅速拉長，并在柵片鏡象力作用下迅速進入滅弧柵片。這種結(jié)構(gòu)的斷路器具有滅弧室電位梯度大，建壓速度快，建壓能力強，能很好地和非線性電阻配合等特點，它為大中型發(fā)電機提供了可靠的滅磁和過壓保護。
文檔編號H01H33/70GK86204642SQ86204642
公開日1987年6月24日 申請日期1986年9月17日
發(fā)明者談寶昌 申請人:上海立新電器廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan