[发明专利]一种基于自能式磁场吹弧实现转移的直流断路器

说明书

一种基于自能式磁场吹弧实现转移的直流断路器由第一线端A1、主电流支路、转移支路、能量耗散支路和第二线端A2组成，主电流支路由真空灭弧室和串联的磁吹线圈L组成，真空灭弧室经由高速机械开关HSS控制且直接连接第一线端A1，磁吹线圈磁场L横向作用于真空灭弧室且直接连接第二线端A2，转移支路并联于主电流支路，转移电路包括转移电容C，其一端连接第一线端，另一端连接第二线端A2，能量耗散支路并联在主电流支路两端，能量耗散支路由避雷器MOV组成。

技术领域

本发明涉及直流断路器技术领域，特别是一种基于自能式磁场吹弧实现转移的直流断路器，其具有双向电流开断能力。

背景技术

随着直流电力系统的规模及容量持续增长，短路故障电流带来的挑战也在不断增长。通常采用断路器作为主要的保护设备，但是由于系统的短路故障形式多样，且直流系统的短路故障有着上升速率快，电流无过零点等特点，使得直接使用直流断路器进行短路保护有着一定困难。目前直流断路器的技术方案包括机械式断路器、固体式断路器和混合式断路器。原来的机械式或者混合式需要预充电电容器或者电力电子，成本高、体积大、难以规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自能式磁场吹弧实现转移的直流断路器，可以将其应用在利用磁吹进行电流转移的开断场景。磁吹线圈上的短路电流产生横向磁场作用于高速机械开关的真空灭弧室上，使真空断口电流过零。过零后的反向恢复电压使能量耗散电路的避雷器动作，能量通过能量耗散电路释放，进而实现快速开断。

具体的，本发明采用如下技术方案：

一种基于自能式磁场吹弧实现转移的直流断路器由第一线端A1、主电流支路、转移支路、能量耗散支路和第二线端A2组成，所述主电流支路由真空灭弧室和串联的磁吹线圈L组成，所述真空灭弧室经由高速机械开关HSS控制且直接连接第一线端A1，所述磁吹线圈磁场L横向作用于真空灭弧室且直接连接第二线端A2，所述转移支路并联于所述主电流支路，所述转移电路包括转移电容C，其一端连接第一线端，另一端连接第二线端A2，能量耗散支路并联在所述主电流支路两端，能量耗散支路由避雷器MOV组成。

所述的直流断路器中，系统正常通流情况下，系统电流从第一线端A1流入，经过闭合状态下的高速机械开关HSS和磁吹线圈L，再由第二线端A2流出，电流反向时则是从第二线端A2流入再由第一线端A1流出，主电流支路的高速机械开关HSS断口闭合，转移支路和能量耗散支路均无电流流过；在开断电流时，当主电流支路电流超过直流断路器的整定电流，高速机械开关收到分闸信号，高速机械开关HSS动作将真空灭弧室中的触头拉开，触头之间产生真空电弧，同时磁吹线圈L上的短路电流产生横向磁场作用于高速机械开关HSS的真空灭弧室上，使真空断口电流过零，过零后高速机械开关HSS断口建立绝缘，系统电压给转移支路的电容C充电，当电容C两端电压达到避雷器MOV动作电压时，避雷器MOV动作完成能量耗散，主电流支路两端建立电压同时开断结束。

所述的直流断路器中，所述高速机械开关HSS为基于电磁斥力的高速机械开关、基于高速电机驱动的机械开关或基于爆炸驱动的高速机械开关。

所述的直流断路器中，所述避雷器MOV包括金属氧化物避雷器或可卸式避雷器。

所述的直流断路器中，所述金属氧化物避雷器包括以下器件的单个或者组合：线路型金属氧化物避雷器、无间隙线路型金属氧化物避雷器、全绝缘复合外套金属氧化物避雷器。

所述的直流断路器中，所述的转移支路包括谐振回路、换向转移电路或电力电子半导体开关组件。

所述的直流断路器中，谐振回路由转移电容和转移电感组成。

所述的直流断路器中，换向转移电路由多个二极管组合而成。

所述的直流断路器中，电力电子半导体开关组件包括IGBT。

所述的直流断路器中，转移支路包括单一电容、串并联电容组、单一电容串联电感或串并联电容组串联电感。