[发明专利]一种可用于电网交、直流断路器的消弧装置及方法

说明书

本发明公开了一种可用于电网交、直流断路器的消弧装置及方法。装置包括控制机构、检测机构和执行机构，内含并联自放电回路；所述执行机构包括一个断路器，在所述断路器支路上串联接入两个并联自放电回路，所述并联自放电回路串联接入的位置分别位于所述断路器前后。电流突变所产生的能量被并联自放电回路所吸收并通过其电容间隙将能量释放，阻止了电弧的产生，解决了电弧在电网中的各类问题。

技术领域

本发明属于断路器技术领域，具体涉及一种可用于电网交、直流断路器的消弧装置及方法。

背景技术

变压器及各种用电设备投入或者退出电网时，都由开关电器来完成。当其在大气中开断时，只要电源电压超过12～20V，被关断的电流超过0.25～1A，在触头间(简称弧隙)就会产生一团温度极高、发出强光、能导电的近似圆柱形的等离子气体，等离子气体放电即为电弧。

实际上开关电器在工作时，电路的电压和电流大都大于生弧电压和生弧电流。即开断电路时触头间隙中必然产生电弧这一现象。电弧的产生，一方面使电路仍旧保持导通状态，而延迟了电路的开断；另一方面电弧长久不熄还会烧损触头及附近的绝缘，严重时甚至引起开关电器的爆炸和火灾。建立于电弧理论基础上的各种开关电器的构造和工作原理，都和电弧有关，电弧在众多电气设备火灾事故中，作为一个很重要的点火源，已引起消防界的重视。因此，我们必须掌握电弧的产生和熄灭的原理，以便采取正确的措施，防范爆炸和火灾事故的发生。为了灭弧的目的，运用不同灭弧方法的断路器应运而生，常见的有真空断路器、多油断路器、少油断路器、六氟化硫断路器等。其实空气开关也是断路器的一种，只是因为触点过电压不高其产生的电弧不用灭弧便会自然熄灭，所以不用采用灭弧方法。但是一些高压、超高压或特高压线路中的断路器由于灭弧困难，常采用多种灭弧方法相结合的方式进行灭弧。目前常用的灭弧方法有：

(1)快速拉长电弧，因为电弧的燃烧需要有一定的电弧电压来维持，加快触头分断速度，将电弧快速拉长，会降低触头间的电场强度，使电弧电压不足以维持电弧的燃烧从而会使电弧熄灭；

(2)冷却使电弧与冷却介质接触，带走电弧热量，从而使离子运动速度减慢，又使离子的复合速度加快，使电弧熄灭；

(3)窄缝灭弧将电弧挤入窄缝，使电弧与固体介质接触以加强扩散和冷却，减小离子的运动速度，加快离子复合速度，使电弧熄灭；

(4)短弧灭弧将长电弧分割成几段，增加维持电弧燃烧所需要的电压要求，而且增大了散热面积，使触头间电压不足以击穿各段的所有气隙，短电弧同时熄灭，不再重燃，常用金属灭弧栅分割电弧；

(5)利用气体或油熄灭电弧，利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭；

(6)采用多断口，高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭；

(7)断路器断口加装并联电阻，当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧；

(8)采用新介质，利用灭弧性能优越的新介质，例如SF6(六氟化硫)断路器和真空断路器等。

以上方法均是采用强制灭弧的方式，迫使电弧所处环境不利于电弧的维持，没有从根本上解决问题。单独的灭弧方法仅对低压线路的断路器起到一定作用，所以高压断路器均是采用几种灭弧方式相结合以解决高压灭弧问题。这将导致高压断路器的器件制作要求高，使其造价高昂。

综上所述，所有断路器所采用的方法均是以在电弧产生后如何熄灭的思路来对断路器进行一系列的改进，却没考虑过从电弧产生的根本原因来对电弧进行消除，电弧产生的原因使触点过电压，只要在触点断开的瞬间消除触点两端的过电压就能够让电弧自始不存在，本发明就是采用这样的方式进行消弧。