[发明专利]环形永磁体强横磁直流真空灭弧室及直流真空开关

说明书

环形永磁体强横磁直流真空灭弧室及直流真空开关，该直流真空灭弧室包括真空灭弧室瓷壳，真空灭弧室瓷壳外部设有静侧环形永磁体组合结构和动侧环形永磁体组合结构，真空灭弧室瓷壳内部设有静侧触头组合结构、动侧触头组合结构和灭弧室内置导磁件；该直流真空开关包括环形永磁体强横磁直流真空灭弧室和与其相匹配的操动机构；本发明真空灭弧室包括环形永磁体组合结构、与其配合的曲形导磁结构、触头结构内设的环形导磁结构和瓷壳内灭弧室内置导磁件，优化了导磁磁路和弧隙内磁场分布，实现了环形永磁体结构在弧隙中产生横向磁场，且永磁体产生的磁场与触头开槽结构产生的磁场相结合，加强横向磁场的作用效果，有效提高真空电弧的电弧电压，实现了真空电弧的直流电流开断。

技术领域

本发明属于真空断路器和真空直流开断技术领域，具体涉及一种环形永磁体强横磁直流真空灭弧室及直流真空开关。

背景技术

为适应能源格局的变革，促进新能源的开发利用，提高电力传输的稳定性，多端直流输电技术必将成为未来的发展趋势。尽管相较于交流输电，直流输电具备输电距离远、输电容量大、损耗低等优势。然而直流输电技术的发展仍受到器件成本和新材料等多因素的制约。直流断路器是直流输电系统中最重要的保护设备，其设计与制造水平决定着直流输电技术的发展与应用。因而高可靠性、高性能的直流断路器的研发与制造是高校与企业面临的共同难题。目前，直流断路器按器件分为机械式断路器、固态式断路器和混合式断路器。机械式断路器因成本低廉、低通态损耗，仍然是系统主流选择。而其中的真空断路器凭借高绝缘性能、维护简单和环境友好等特点，在中低压领域处于绝对优势地位，并进一步向高压领域取得突破。

然而由于直流开断不存在自然过零点，与交流开断相比，直流开断技术面临诸多困难。目前，直流开断方式有人工过零法，耗能限流法，增大电弧电压法、混合开关法等等。人工过零法是在直流系统中增加反向放电回路，当需要开断直流回路时，反向放电回路闭合，直流系统电流过零。而增大电弧电压法是当断路器在开断过程中的电弧电压高于系统电压时，直流电流开断。基于上述开断原理，研究人员提出了多种拓扑结构。

真空断路器广泛应用在交流系统中，且真空断路器在直流电流开断的拓扑结构中也有一定的应用，但是目前还没有实现真空断路器对于直流电流的直接开断。现有的真空断路器通过电弧控制技术实现电流的成功开断，即通过触头结构产生的磁场来实现对电弧的控制。按照不同的磁场方向，触头结构分为横向磁场和纵向磁场控制方式。其中，在横向磁场控制方式下，电流流过横向磁场触头具体开槽结构下的流通路径，产生相应的横向磁场，驱动电弧在触头表面运动。横向磁场作用能够很大程度上减少触头的烧蚀，提高使用寿命。

真空直流电弧电压较低，这不利于直流开断。因此，对于真空电弧的灭弧原理而言，如何大幅提高真空电弧的电压是实现其在直流系统开断中应用的关键。基于前期大量的研究和试验，结果表明在横向磁场作用下，阴极斑点的波动，可以有效提高真空电弧电压。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，结合前期大量的研究和试验积累，本发明的目的于提出一种环形永磁体强横磁直流真空灭弧室及直流真空开关。本发明为使真空灭弧室具有直流电流开断能力，需要依据真空电弧的燃弧特性，通过复合磁路的设计，实现永磁体产生的磁场与触头开槽结构产生的磁场相结合，加强磁场的作用效果，有效提高真空电弧的电弧电压，以达到直流电流开断的需求。本发明通过磁路的优化设计，实现了环形永磁体结构在触头间隙区域产生横向磁场的作用，优化了永磁体的布置方式，减小真空灭弧室的体积，加强了横向磁场的作用，实现了真空电弧的直流电流开断。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种环形永磁体强横磁直流真空灭弧室，包括真空灭弧室瓷壳110，真空灭弧室瓷壳110外部设置有静侧环形永磁体组合结构201和动侧环形永磁体组合结构202，真空灭弧室瓷壳110内部设置有静侧触头组合结构301、动侧触头组合结构302和灭弧室内置导磁件114；