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CN111863465B - 一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法 - Google Patents

一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法，双工位断路器有两组触头，静主触头和动主触头构成第一触头组，第一静副触头、第二静副触头和动副触头构成第二触头组；熔断器开断短路电流，反向充电开关在过载故障发生时闭合，电容和电感产生反向电流注入双工位断路器。避雷器可以限制开断过程中产生的过电压。本发明的核心在于这种使用了双工位断路器的直流组合电器可以实现电流的全范开断，且双工位断路器的两组触头同时闭合或打开，在分合负载电流、开断过载电流和短路电流时，都只需要一次动作即可完成操作，简化了操作过程，缩小了直流组合电器的体积，降低了直流组合电的成本，提高了系统的稳定性。

Description

一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法
技术领域
本发明涉及直流开关电器技术领域，特别涉及一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法。
背景技术
目前我国城市轨道交通迅速发展，直流牵引系统容量持续增长，使系统的短路故障电流在几毫秒内达到上百千安，严重威胁直流牵引系统的可靠性。直流断路器是解决直流牵引系统短路故障快速切除、可靠隔离，提高系统可靠性的重要保障。此外，轨道交通系统中的短路电流可以达到100kA以上，对于直流断路器的开断能力是非常大的挑战。
专利文献CN108270198A公开了一种直流组合开关电器，所述直流组合开关电器的主回路由两条并联回路组成，第一支由电力电子器件和直流熔断器串联组成，第二支路由直流机械开关单独组成。但此方案在短路电流过大的直流系统中存在明显的缺陷。此方案中电力电子开关与熔断器处于同一支路，短路电流需要流经电力电子开关，再由熔断器切断短路电流，在该方案下短路电流易损坏电力电子开关，造成经济损失。该直流组合开关电器需要电力电子开关，成本较高。
专利文献CN207966846U公开了一种互锁真空开关及应用的串联补偿型限流装置，所述真空开关采用互锁真空灭弧室，选择快速斥力机构与之配合，实现串联补偿型限流装置串联补偿和限流两不同功能的快速转换。但此方案中的互锁真空开关本质上不是两组触头同时闭合或开断，无法适用于需要两组触头同时闭合或分断的直流组合电器中。
专利文献CN109774481A公开了一种电动汽车动力电池保护装置及其工作方法，所述保护装置的主回路由四条支路组成，第一支路由电力电子开关单独组成，第二支路由直流熔断器单独组成，第三条支路和第四条支路均由直流机械开关单独组成，其中Ⅰ、Ⅲ两条支路并联再与Ⅱ、Ⅳ支路的并联进行串联；其控制回路配备电流检测控制模块用以检测主回路中的电流状态和控制各开关的分合，实现不同的分合逻辑。所述保护装置可以发挥各种开关在不同故障电流范围的开断优势，实现电动汽车等直流应用领域的故障电流可靠分断，替代现有保护策略。此方案中的拓扑结构与本发明不同，该方案使用电力电子开关切断过载电流，本发明使用双工位断路器开断过载电流，双工位断路器的一号动触头和一号静触头选用纵向磁场触头，如杯状纵磁触头、线圈式纵磁触头和马蹄铁型纵磁触头等；二号动触头和二号静触头选用横向磁场触头，如螺旋槽式触头、杯状横磁触头和卐字式触头等，并且本发明增加了能量吸收装置可以限制开断过程中出现的过电压。
发明内容
针对上述现有技术的不足或缺陷，本发明提出一种一种双工位断路器及应用的直流组合电器和工作方法，可开断轨道交通直流牵引系统中的各种故障电流，解决现有轨道交通直流牵引系统既需要全范围开断故障电流，又需要开断能力大、价格低且体积小的直流断路器的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种双工位断路器，所述双工位断路器由静触头部分、动触头部分和绝缘外壳1构成；所述静触头部分包括静导电杆2、静主触头3、第一静副触头6和第二静副触头9，静导电杆2的上端与绝缘外壳1的上部密闭连接并穿出绝缘外壳1，静导电杆2的下端与静主触头3连接，第一静副触头6在绝缘外壳1的一侧，固定于绝缘外壳1的中部并穿出，第二静副触头9在绝缘外壳1的另一侧，固定于绝缘外壳1的中部并穿出，第一静副触头6和第二静副触头9对称安装；所述动触头部分包括动主触头4、动导电杆5和动副触头7，动导电杆5的上端与动主触头4连接，在动导电杆5的中部绝缘连接有动副触头7；在双工位断路器内部，静主触头3和动主触头4构成第一触头组，第一静副触头6、第二静副触头9和动副触头7构成第二触头组；动导电杆5的下端与绝缘外壳1下部之间通过波纹管8连接。
所述静主触头3和动主触头4采用纵向磁场触头。
所述纵向磁场触头采用杯状纵磁触头、线圈式纵磁触头或马蹄铁型纵磁触头。
所述第一静副触头6、第二静副触头9和动副触头7采用横向磁场触头。
所述横向磁场触头采用螺旋槽式触头、杯状横磁触头或卐字式触头。
一种使用双工位断路器的直流组合电器，直流组合电器包括进线端1’、出线端2’、熔断器3’、电容4’、电感5’、反向充电开关6’、避雷器7’和所述双工位断路器8’；由熔断器3’、电容4’、电感5’和反向充电开关6’依次串联组成主支路，熔断器3’的进口端与进线端1’和第一静副触头6连接，反向充电开关6’的出口端与出线端2’和动导电杆5连接，静主触头2和第二静副触头9均连接在熔断器3’和电容4’之间，避雷器7’的一端接在熔断器3’和电容4’之间，另一端接在反向充电开关6’的出口端；电容4’和电感5’用于产生高频振荡电流，反向充电开关6’用于控制高频振荡电流的注入，熔断器3’用于开断短路电流，避雷器7’用于限制开断过程中产生的过电压。
所述熔断器3’采用直流熔断器。
所述避雷器7’采用氧化锌避雷器或压敏电阻。
所述的使用双工位断路器的直流组合电器的工作方法，当直流组合电器正常运行时，第一触头组和第二触头组闭合，电流从进线端1’流入，经过第二触头组、第一触头组，从出线端2’流出；当需要直流组合电器切断正常工作电流时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开切断电流；
当线路发生过载故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，反向充电开关6’闭合，电容4’与电感5’产生高频电流，迫使流经双工位断路器上的电流过零，电流过零后反向充电开关6’打开，双工位断路器熄灭电弧将电流开断，避雷器7’限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压；
当线路发生短路故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，短路电流通过熔断器3’，熔断器3’动作将电流开断，当熔断器3’无法单独灭弧时则起到限流作用，再由双工位断路器熄灭电弧，开断短路故障电流，避雷器7’限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压。
本发明具有以下有益效果：
1.双工位断路器使用单个灭弧室，两组触头同时闭合或打开，使用双工位断路器的直流组合电器在分合各种电流时，都只需要一次动作即可完成操作，简化了操作过程，缩小了直流组合电器的体积，降低了直流组合电的成本，提高了系统的稳定性。
2.运用双工位断路器闭合和断开负载电流，反向充电支路辅助双工位断路器开断过载电流，直流熔断器开断短路电流，可实现电路中各类电流的可靠、迅速开断，保护用电设备的安全。
3.充分发挥各种开关开断对应故障电流的优势，规避直流熔断器开断过载电流能力不高的风险，防止直流熔断器误动作。
4.负载电流在电路正常工作时通过双工位断路器，可以减少电流通过熔断器的能量损失。
附图说明
图1是本发明的一种双工位断路器及应用的直流组合电器正常运行时的示意图。
图2是本发明的一种双工位断路器及应用的直流组合电器开断过载电流的电路图。
图3是本发明的一种双工位断路器及应用的直流组合电器开断短路电流的电路图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
如附图1所示，本发明一种双工位断路器，所述双工位断路器由静触头部分、动触头部分和绝缘外壳1构成；所述静触头部分包括静导电杆2、静主触头3、第一静副触头6和第二静副触头9，静导电杆2的上端与绝缘外壳1的上部密闭连接并穿出绝缘外壳1，静导电杆2的下端与静主触头3连接，第一静副触头6在绝缘外壳1的一侧，固定于绝缘外壳1的中部并穿出，第二静副触头9在绝缘外壳1的另一侧，固定于绝缘外壳1的中部并穿出，第一静副触头6和第二静副触头9对称安装；所述动触头部分包括动主触头4、动导电杆5和动副触头7，动导电杆5的上端与动主触头4连接，在动导电杆5的中部绝缘连接有动副触头7；在双工位断路器内部，静主触头3和动主触头4构成第一触头组，第一静副触头6、第二静副触头9和动副触头7构成第二触头组；动导电杆5的下端与绝缘外壳1下部之间通过波纹管8连接。
作为本发明的优选实施方式，所述静主触头3和动主触头4采用纵向磁场触头。
更优选地，所述纵向磁场触头采用杯状纵磁触头、线圈式纵磁触头或马蹄铁型纵磁触头。
作为本发明的优选实施方式，所述第一静副触头6、第二静副触头9和动副触头7采用横向磁场触头。
更优选地，所述横向磁场触头采用螺旋槽式触头、杯状横磁触头或卐字式触头。
本发明一种使用双工位断路器的直流组合电器，直流组合电器包括进线端1’、出线端2’、熔断器3’、电容4’、电感5’、反向充电开关6’、避雷器7’和所述双工位断路器8’；由熔断器3’、电容4’、电感5’和反向充电开关6’依次串联组成主支路，熔断器3’的进口端与进线端1’和第一静副触头6连接，反向充电开关6’的出口端与出线端2’和动导电杆5连接，静主触头2和第二静副触头9均连接在熔断器3’和电容4’之间，避雷器7’的一端接在熔断器3’和电容4’之间，另一端接在反向充电开关6’的出口端；电容4’和电感5’用于产生高频振荡电流，反向充电开关6’用于控制高频振荡电流的注入，熔断器3’用于开断短路电流，避雷器7’用于限制开断过程中产生的过电压。
作为本发明的优选实施方式，所述熔断器3’采用直流熔断器。
作为本发明的优选实施方式，所述避雷器7’采用氧化锌避雷器或压敏电阻。
下面详细阐述本实施例提供的一种使用双工位断路器的直流组合电器的额定负载工作状态。如图1所示，当直流组合电器正常运行时，第一触头组和第二触头组闭合，电流从进线端1’流入，经过第二触头组、第一触头组，从出线端2’流出；当直流组合电器需要切断正常工作电流时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开切断电流。
下面详细阐述本实施例提供的一种双工位断路器及应用的直流组合电器开断过载电流的工作过程。如图2所示，当线路发生过载故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，反向充电开关6’闭合，电容4’与电感5’产生高频电流，迫使流经双工位断路器上的电流过零，电流过零后反向充电开关6’打开，双工位断路器熄灭电弧将电流开断，避雷器7’限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压。
下面详细阐述本实施例提供的一种双工位断路器及应用的直流组合电器开断短路电流的工作过程。如图3所示，当线路发生短路故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，短路电流通过熔断器3’，熔断器3’动作将电流开断，当熔断器3’无法单独灭弧时可以起到限流作用，再由双工位断路器熄灭电弧，开断短路故障电流，避雷器7’限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压。

Claims (7)

1.一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述双工位断路器由静触头部分、动触头部分和绝缘外壳(1)构成；
所述静触头部分包括静导电杆(2)、静主触头(3)、第一静副触头(6)和第二静副触头(9)，静导电杆(2)的上端与绝缘外壳(1)的上部密闭连接并穿出绝缘外壳(1，静导电杆(2的下端与静主触头(3)连接，第一静副触头(6)在绝缘外壳(1)的一侧，固定于绝缘外壳(1)的中部并穿出，第二静副触头(9)在绝缘外壳(1)的另一侧，固定于绝缘外壳(1)的中部并穿出，第一静副触头(6)和第二静副触头(9)对称安装；
所述动触头部分包括动主触头(4)、动导电杆(5)和动副触头(7)，动导电杆(5)的上端与动主触头(4)连接，在动导电杆(5)的中部绝缘连接有动副触头(7)；在双工位断路器内部，静主触头(3)和动主触头(4)构成第一触头组，第一静副触头(6)、第二静副触头(9)和动副触头(7)构成第二触头组；动导电杆(5)的下端与绝缘外壳(1)下部之间通过波纹管(8)连接；
所述直流组合电器包括进线端(1’)、出线端(2’)、熔断器(3’)、电容(4’)、电感(5’)、反向充电开关(6’)、避雷器(7’)和所述双工位断路器(8’)；
由熔断器(3’)、电容(4’)、电感(5’)和反向充电开关(6’)依次串联组成主支路，熔断器(3’)的进口端与进线端(1’)和第一静副触头(6)连接，反向充电开关(6’)的出口端与出线端(2’)和动导电杆(5)连接，静主触头(2)和第二静副触头(9)均连接在熔断器(3’)和电容(4’)之间，避雷器(7’)的一端接在熔断器(3’)和电容(4’)之间，另一端接在反向充电开关(6’)的出口端；
电容(4’)和电感(5’)用于产生高频振荡电流，反向充电开关(6’)用于控制高频振荡电流的注入，熔断器(3’)用于开断短路电流，避雷器(7’)用于限制开断过程中产生的过电压；
当直流组合电器正常运行时，第一触头组和第二触头组闭合，电流从进线端(1’)流入，经过第二触头组、第一触头组，从出线端(2’)流出；当需要直流组合电器切断正常工作电流时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开切断电流；
当线路发生过载故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，反向充电开关(6’)闭合，电容(4’)与电感(5’)产生高频电流，迫使流经双工位断路器上的电流过零，电流过零后反向充电开关(6’)打开，双工位断路器熄灭电弧将电流开断，避雷器(7’)限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压；
当线路发生短路故障时，双工位断路器动作，第一触头组和第二触头组同时打开，短路电流通过熔断器(3’)，熔断器(3’)动作将电流开断，当熔断器(3’)无法单独灭弧时则起到限流作用，再由双工位断路器熄灭电弧，开断短路故障电流，避雷器7’限制过电压并吸收开断过程中产生的过电压。
2.根据权利要求1所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述熔断器(3’)采用直流熔断器。
3.根据权利要求1所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述避雷器(7’)采用氧化锌避雷器或压敏电阻。
4.根据权利要求1所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述静主触头(3)和动主触头(4)采用纵向磁场触头。
5.根据权利要求4所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述纵向磁场触头采用杯状纵磁触头、线圈式纵磁触头或马蹄铁型纵磁触头。
6.根据权利要求1所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述第一静副触头(6)、第二静副触头(9)和动副触头(7)采用横向磁场触头。
7.根据权利要求6所述的一种使用双工位断路器的直流组合电器，其特征在于：所述横向磁场触头采用螺旋槽式触头、杯状横磁触头或卐字式触头。
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