[发明专利]一种固体介质插入式微弧直流开断断路器及其开断方法

说明书

本发明公开了一种固体介质插入式微弧直流开断断路器及其开断方法，该断路器包括串联的隔离开关与微弧开断单元，其中微弧开断单元由能量吸收电容器与转移开关并联组成，转移开关具有固体介质插入式结构；本发明的核心在于开断电路时，电磁铁作为操纵机构拉动固态绝缘片插入动静触头之间，延长潜在的电弧路径，提高维持电弧所需的电压，同时能量吸收电容充电，减缓转移开关两端电压的上升速度，保证开关两端电压小于所需电弧电压；使起弧阶段不产生电弧或仅产生微弱电弧并迅速熄灭，此时隔离开关可以零电流轻松分断电路；隔离开关分断后转移开关闭合，能量吸收电容中所储存的能量将被释放掉；本发明可使得开关过程燃弧能量极小，电寿命大大延长。

技术领域

本发明涉及电力系统断路器，具体涉及一种固体介质插入式微弧直流开断断路器及其开断方法。

背景技术

现在常见的直流断路器有空气断路器，固态断路器，混合式断路器，振荡式机械断路器。空气断路器利用增大电弧电压的方式进行限流开断。通常具有多个灭弧栅片，增大电弧电压。但是空气开断方法电弧能量大，开断时会产生很大的噪声，开断后具有大量金属粉尘。固态开关采用电力电子设备进行开断，开关过程中无电弧产生。但是电力电子设备价格高，过流能力低，同时具有导通压降，损耗大。混合式方案采用快速机械开关与固态开关并联的方法，在额定电流的情况下由机械开关导通电流，损耗低，在故障发生后，首先机械开关打开，电流转移到固态开关中，之后由固态开关实现分断。结构相对复杂。振荡式机械断路器包括自激振荡断路器和它激振荡断路器。自激振荡开关开断时间长，它激振荡开关需要额外的充电装置。

对于空气断路器，振荡式断路器，灭弧是开断成功的关键，同时，直流开断中产生的电弧，温度高达数千摄氏度，能烧坏触头，甚至导致触头熔焊，造成多次重燃严重损害触头使用寿命。如果电弧不立即熄灭，就可能烧伤操作人员，烧毁设备，破坏系统绝缘性能，甚至酿成火灾。因此，快速有效地熄灭电弧或者抑制电弧的产生至关重要。

微弧开断即要求开关分断后不产生电弧或者产生的微弱电弧无法自维持而迅速熄灭，为此，需要使开关两端电压低于维持电弧的电压。现有专利“一种串入电容式高压直流断路器及其控制方法”(201310018003.3，该专利采用阻容支路作为转换电路阻容支路包括串联的电容器和电阻，并且采用避雷器抑制开断过程中的过电压。发生故障时，机械开关分断将故障电流转移至转换电路，故障电流为电容器充电，通过抑制电容器电压保证机械开关不起弧。上述专利，只改变了机械开关两端的电压使其低于电弧电压，并没有对电弧电压进行改变，因此其无弧开断的域度有限，且对电容的要求较高，增加了成本，也不利于节省使用空间。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明提供一种固体介质插入式微弧直流开断断路器及其开断方法，本发明利用电容延缓电压上升速度，固体绝缘介质插入开关的金属蒸汽密集区域，改变可能发生击穿的区域，大大加长了电弧路径的长度，提高维持电弧所需的电压。机械开关两端电压与维持电弧所需电压竞争，决定了微弧开断是否成功。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

一种固体介质插入式微弧直流开断断路器，由隔离开关Ⅰ和微弧开断单元Ⅱ串联构成，其中微弧开断单元Ⅱ由能量吸收电容器1与转移开关2并联组成，转移开关2具有固体插入式结构和电磁铁操纵机构；

所述转移开关2有如下单断口与双断口两种结构：

单断口的转移开关2包括设置在单断口基座2-6a上的单断口静触头2-1a，设置在单断口基座2-6a上的单断口支架2-7a，横跨在单断口支架2-7a上的单断口运动轴2-5a，能够绕单断口运动轴2-5a旋转的单断口动触头2-2a，设置在单断口动触头2-2a与单断口静触头2-1a之间的口字型固态绝缘片2-3a，拉动口字型固态绝缘片2-3a纵向运动的单断口电磁操纵杆2-4a，设置在单断口静触头2-1a边缘的静触头接线端子2-8a，设置在单断口动触头2-2a远离单断口静触头2-1a一端端部的动触头接线端子2-9a；