CN112951651A - 一种短路电流自驱动的快速开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短路电流自驱动的快速开关，包括上出线母排、下出线母排、布置在上出线母排与下出线母排之间的触头系统、集成在下出线母排上的斥力线圈、布置在斥力线圈正下方的斥力盘、顶端固定在斥力盘上的绝缘连接轴、保持机构及缓冲器，绝缘连接轴的底端穿过保持机构与缓冲器呈正对应布置，斥力线圈串入主回路，与上出线母排、下出线母排一起构成通流回路。将斥力线圈串入主回路，故障工况下短路电流自驱动实现快速斥力分闸，省去了驱动电容器组及其充放电部件，机构更简单，不必等待外部指令，分闸响应更迅速，更可靠；斥力盘可与动触头直接连接，减少连接环节，进一步缩短响应延时，降低绝缘拉杆受力，提高机构寿命。

Description

一种短路电流自驱动的快速开关

技术领域

本发明属于开关电器技术领域，具体涉及一种短路电流自驱动的快速开关。

背景技术

利用涡流原理制作的电磁斥力机构，具有响应时间短，分闸速度快的特点，在电力系统故障限流、直流断路器以及相控真空开关等诸多领域具有广阔的应用。传统的电磁斥力机构通常采用预充电电容器组向斥力线圈放电，产生脉冲电流，使得就近布置的斥力盘中感应出涡流并产生较大电磁力，由斥力盘带动连杆运动，实现开关的快速分闸。除斥力线圈、斥力盘外，传统的快速斥力机构需要额外配置预充电电容及其充放电设备，且往往需在斥力机构与动触头间设置绝缘拉杆，以保证斥力驱动电路与主回路的有效绝缘，存在驱动环节多，机械寿命低等问题。

发明内容

本发明提出了一种短路电流自驱动的快速开关，省去驱动电容器组及其充放电部件，减少斥力盘与动触头连接环节，避免上述传统斥力机构的不足，从而改善快速开关综合性能。

本发明的技术方案为提供一种短路电流自驱动的快速开关，包括上出线母排、下出线母排、布置在上出线母排与下出线母排之间的触头系统、集成在下出线母排上的斥力线圈、布置在斥力线圈正下方的斥力盘、顶端固定在斥力盘上的绝缘连接轴、保持机构及缓冲器，绝缘连接轴的底端穿过保持机构与缓冲器呈正对应布置，斥力线圈串入主回路，与上出线母排、下出线母排一起构成通流回路。

进一步地，所述触头系统为真空灭弧室，包括管壳，及均布置在管壳内的动触头、静触头、动导电杆和静导电杆，管壳的顶部与上出线母排固定，静导电杆的顶端固定在管壳的顶部，静触头固定在静导电杆的底端，动导电杆的底端依次穿过管壳的底部和下出线母排与斥力盘相连接，动触头固定在动导电杆的顶端，且动触头与静触头呈上下正对应布置。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1)本发明中将斥力线圈串入主回路，故障工况下短路电流自驱动实现快速斥力分闸，省去了驱动电容器组及其充放电部件，机构更简单，不必等待外部指令，分闸响应更迅速，更可靠；

2)本发明斥力盘可与动触头直接连接，去除绝缘拉杆，减少连接环节，进一步缩短响应延时，降低绝缘拉杆受力，提高机构寿命。

附图说明

图1为本发明短路电流自驱动的快速开关合闸位置示意图；

图2为本发明短路电流自驱动的快速开关分闸位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施方式，但不作为对本发明的限定。图1是本发明的快速开关合闸位置示意图，图2时本发明的快速开关分闸位置示意图。

如图1所示短路电流自驱动的快速开关，包括上出线母排1、下出线母排4、布置在上出线母排1与下出线母排4之间的触头系统2、集成在下出线母排4上的斥力线圈3、布置在斥力线圈3正下方的斥力盘5、顶端固定在斥力盘5上的绝缘连接轴6、保持机构7及缓冲器8，绝缘连接轴6的底端穿过保持机构7与缓冲器8呈正对应布置，斥力线圈3串入主回路，与上出线母排1、下出线母排7一起构成通流回路。

触头系统2为真空灭弧室，包括管壳9，及均布置在管壳9内的动触头12、静触头11、动导电杆13和静导电杆10，管壳9的顶部与上出线母排1固定，静导电杆10的顶端固定在管壳9的顶部，静触头11固定在静导电杆10的底端，动导电杆13的底端依次穿过管壳9的底部和下出线母排4与斥力盘5相连接，动触头12固定在动导电杆13的顶端，且动触头12与静触头11呈上下正对应布置。即安装有动触头12的动导电杆13与斥力盘5直接相连，再通过绝缘连接轴6与保持机构7连接，实现分合闸动作。本实施例中，斥力盘5为可产生涡流的金属盘，当斥力线圈3中电流发生变化时，与斥力线圈3正对应布置的斥力盘5中感应出涡流，并产生电磁斥力；

斥力线圈3串入上出线母排1、下出线母排7，斥力盘5与斥力线圈3就近布置的快速开关可用于真空断路器；斥力盘与斥力线圈就近布置的快速开关也可用于真空限流断路器。

故障情况下，因主回路中短路电流上升率较大，斥力线圈3中产生瞬变磁场，与斥力线圈3就近布置的斥力盘5中感应出涡流，产生电磁力，驱动斥力盘5向远离斥力线圈3的方向运行，斥力盘5带动动触头推动连接轴6运动，运动到设计开距位置，缓冲器8对连接轴6进行缓冲，最终运动到分闸保持位置，完成分闸动作，如图2所示。例如，直流系统中短路电流最大上升率一般可超过10kA/ms，在直径150mm，匝数10匝的盘式线圈中，斥力峰值可达30kN以上，可在500微秒内驱动运动质量2kg的触头分离，并在2ms内达到3mm以上的开距。

非故障情况，机构分合闸由保持机构7接受指令后完成分合操动。

应当指出，本发明中线圈材料、截面大小与所承载通流大小有关，线圈匝数、直径、斥力盘的材料、直径、厚度、斥力线圈与斥力盘的相对位置与分闸特性要求有关，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明中线圈材料、截面、匝数、直径，斥力盘材料、直径、厚度，斥力线圈与斥力盘相对位置的选取可根据所承载通流大小及温升限制、分闸特性要求等做出设计，这些都属于本发明的保护范围。

本实施例中，触头系统选用真空灭弧室，保持机构选用双稳态永磁机构，缓冲器选用油压缓冲器。应当指出，真空灭弧室是中压交流领域常用触头系统，也是直流断路器中核心单元；永磁机构是高可靠的、可实现分合闸操作并提供分合闸保持力的机构；油压缓冲器是工业上常用的一种缓冲器。本发明是将斥力线圈3串入主回路，实现自驱动。对本领域技术人员来说，可以选用其他形式的触头系统、保持机构和缓冲器，保持机构是直动式或转动式，但与短路电流自驱动斥力机构构成的组合式机构都是本发明的保护范围。

本发明中，短路电流自驱动的快速开关具有故障电流自适应的特点，故障电流变化率越大，则斥力盘中感应的涡流越大，斥力越大，响应和分闸速度越快。故障电流上升越慢，则斥力越小，分闸速度越慢。因此，本发明具体实施中还可根据实际的不同需要，调整斥力线圈的圈数、直径、截面积、斥力盘直径、厚度等，使得分闸时间满足不同故障电流情况下分闸特性要求。

以上所述仅为本发明的较佳实例，并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种短路电流自驱动的快速开关，其特征在于：包括上出线母排(1)、下出线母排(4)、布置在上出线母排(1)与下出线母排(4)之间的触头系统(2)、集成在下出线母排(4)上的斥力线圈(3)、布置在斥力线圈(3)正下方的斥力盘(5)、顶端固定在斥力盘(5)上的绝缘连接轴(6)、保持机构(7)及缓冲器(8)，绝缘连接轴(6)的底端穿过保持机构(7)与缓冲器(8)呈正对应布置，斥力线圈(3)串入主回路，与上出线母排(1)、下出线母排(7)一起构成通流回路。

2.根据权利要求1所述短路电流自驱动的快速开关，其特征在于：所述触头系统(2)为真空灭弧室，包括管壳(9)，及均布置在管壳内(9)的动触头(12)、静触头(11)、动导电杆(13)和静导电杆(10)，管壳(9)的顶部与上出线母排(1)固定，静导电杆(10)的顶端固定在管壳(9)的顶部，静触头(11)固定在静导电杆(10)的底端，动导电杆(13)的底端依次穿过管壳(9)的底部和下出线母排(4)与斥力盘(5)相连接，动触头(12)固定在动导电杆(13)的顶端，且动触头(12)与静触头(11)呈上下正对应布置。

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