[发明专利]一种提高短时耐受能力的中压大容量直流断路器触头系统

说明书

技术领域

本发明设计涉及中压大容量直流系统的供配电与保护用电器设备，特别涉及一种具有很强短时耐受能力的、具有选择性保护功能的空气中压大容量直流断路器。

背景技术

直流供配电系统具有线路造价低、容量大、有功损耗小、调节迅速、运行可靠等优点，近年来已经在城市轨道交通和舰船上获得了十分广泛的应用。作为直流系统安全运行的必需设备，直流系统中的断路器必须具有可靠的接通、分断和承载正常电路运行情况下电流的能力和在所规定的非正常电路(例如短路)下接通、承载一定时间和分断电流的能力。特别对于发电机出口侧之类的断路器，为了实现选择性保护的功能，要求断路器能够承受一段时间的短路电流而不被斥开，同时，如果回路中已经存在短路故障时发生断路器的重合闸动作，断路器应该能够可靠的合闸，不能发生熔焊。

中压直流系统发生短路故障时，短路电流的峰值往往能达到上百千安，这样大的电流流过断路器的导电回路，会在动静触点之间产生很大的电动斥力，如果断路器的机构不能提供足够大的触头压力，动静触头会在电动斥力的作用下被斥开，动静触点之间便会产生电弧，电弧的存在则会严重烧蚀动静触点，甚至造成熔焊，对断路器造成永久性的损害，导致开断失败。

直流断路器触头之间的电动斥力主要由两部分组成，一部分是由于电流在磁场作用下产生的洛仑兹力，另一部分是由于触头接触处电流线收缩产生的霍尔姆力。目前直流供配电系统中采用的多为空气开断、栅片灭弧式的大电流直流断路器，其动触头多为旋转式，在端部焊接一块银触点。这种断路器由于只有一块触点，不能实现整个触点的良好接触，电流线的收缩比较严重，产生的霍尔姆力较大，再加上可观的洛伦兹力，发生短路时在动触头上产生的电动斥力十分巨大，很容易把动触头斥开。要保证动触头在发生短路故障时不被斥开，往往需要提供很大的合闸力，要提供更大的合闸力，必然会对操作机构提出更加苛刻的要求，增加断路器的制造、运行和维护的成本。因此，必须对短路电流产生的电动斥力进行补偿，保证断路器的动触头不被斥开，提高直流断路器的短时耐受能力。

发明内容

本发明的目的在于：增加弧触头，减小霍尔姆力，同时利用软连接改变直流断路器导电回路中电流的流向，使得电流在动触头和下母排导电块之间的流向相反，产生电动斥力，利用动触头转动的特点将斥力转换为触点之间的压力，同时利用铁磁材料对动触头的吸引力，通过转轴转换为对触点的压力，对电动斥力进一步进行补偿。这样的设计使得在不改变操作机构的条件下，依靠触头系统自身产生的电动力效应补偿触点处的电动斥力，保证在大的短路电流下，动触头不被斥开，提高了直流断路器的短时耐受能力。

本发明专利所述触头系统在静触头的上方增加了弧触头，弧触头两侧有导向和限位的固定块，后方端部与上母排之间安装有弹簧，在弹簧和导向限位块的作用下弧触头可以在一定范围内自由滑动，同时不会偏离或弹出。弧触头的尾部通过软连接与上母排连接，使得弧触头具有相当的通流能力。弧触头的存在增加了触点处的接触面积，增加了可靠接触点的数量，使电流分布相对分散，减小了触点之间的霍尔姆力。

本发明所述触头系统中，弧触头的存在能够保证断路器进行开断时总是在弧触头上起弧，能够有效的保护静触头和静触点。这样的结构设计能保证触头之间的电动斥力不会随着使用时间的增加而增大。

本发明所述触头系统的动触头转轴固定在下母排或者支架上，动触头在转轴处向下延伸相当的长度，同时在下母排端部有与动触头平行的导电块，动触头和导电块之间通过U形或V形软连接连接。由于电流在导电块和动触头之间的流向相反，会在动触头上产生可观的电动斥力。这个电动斥力可以通过动触头的转轴，转换为对触点的保持力。一般来讲，只要动触头和导电块的延长长度足够，二者之间的距离适当，这种触头结构可以补偿触点之间大部分的电动斥力。

本发明所述的动触头下端延长的部分和部分U或V形软连接被一个“凹”形部件包裹。“凹”形部件由铁磁材料构成，并固定在支撑侧板上。动触头和软连接中流过电流时，会在周围产生磁场，由于铁磁材料的存在，大部分磁感应线将会从“凹”形铁磁部件中穿过，从而在局部形成一个电磁铁。“凹”形铁磁部件会对动触头下端以及软连接产生一定的吸力。这个吸力通过转轴同样可以转换为对触头的压力。