本发明专利技术公开了一种具有低的温升效应和较强短时耐受能力的新型中压大容量直流断路器的触头系统。所述触头系统包括从其中部向下伸出上引流排的上母排，从其中部向上伸出下引流排的下母排，下引流排和上引流排之间具有间隙，位于所述上母排和所述下母排之间的主触头，所述弧触头设置在上母排的末端，主触头包括多个触指，触指包括触指弹簧，触指与上下引流排的接触面为一斜面。本发明专利技术具有运行电流与起弧功能分离，引力排接触良好，减小主回路的接触电阻，降低触头系统的温升，主触头受到的电动斥力小，提高了触头系统的短时耐受能力的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计涉及中压大容量直流系统的供配电与保护用电器设备，特别涉及一种具有很强的短时耐受能力、很大的通流能力和低的温升效应的空气中压大容量直流断路器。
技术介绍
直流供配电系统具有线路造价低、容量大、有功损耗小、调节迅速、运行可靠等优点，近年来已经在城市轨道交通和舰船上获得了十分广泛的应用。直流断路器是直流系统安全运行的关键设备，必须能够可靠的接通、分断和承载正常电路运行情况下的电流，并能在所规定的非正常电路(例如短路)情况下接通、承载一定时间和分断回路的电流。随着直流供配电系统的扩容，对直流断路器的额定通流能力和短时耐受能力提出了越来越苛刻的要求。直流断路器必须能够长时间承载更大幅值的额定电流，保证温升在安全范围以内，同时要求断路器能够有效抵抗故障电流情况下的电动斥力保证不被斥开。目前的空气式中压直流断路器多为旋转式触头结构，只有一个或两个触点，依靠弹簧机构提供触头压力。由于不能保证触点的良好接触，弹簧提供的触头压力有限，往往导致回路的接触电阻较大，限制了断路器的通流能力。一般的空气式中压直流断路器的额定通流能力只有几千安培，这大大限制了直流供配电系统的规模化应用。直流断路器触头之间的电动斥力主要由两部分组成，一部分是由于电流在磁场作用下产生的洛仑兹力，另一部分是由于触头接触处电流线收缩产生的霍尔姆力。目前的空气中压直流断路器的触点数目很少，而且不能实现整个触点的良好接触，电流线的收缩比较严重。中压直流供电系统发生短路故障时，短路电流的峰值往往能达到上百千安，会在动静触点之间产生很大的电动斥力。如果断路器的机构不能提供足够大的触头压力，动静触头会在电动斥力的作用下被斥开，动静触点之间便会产生电弧，电弧的存在则会严重烧蚀动静触点，甚至造成熔焊，对断路器造成永久性的损害，导致开断失败。为了保证大容量直流供配电系统的安全稳定运行，必须研制具有更大通流能力和更强短时耐受能力的直流断路器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于将承担通流能力的主触头和承担起弧功能的弧触头分开独立设计，在保证断路器开断性能的前提下，优化设计主触头的结构，实现更大的通流能力和更强的短时耐受能力，提供更大容量的中压直流断路器的设计方案。一种新型大容量中压直流断路器触头系统，包含上母排，所述上母排中部向下伸出上引流排；下母排，所述下母排中部向上伸出下引流排，所述下引流排和所述上引流排之间具有间隙；主触头，所述主触头具有触指，所述触指位于所述上母排和所述下母排之间；弧触头，所述弧触头包括静弧触头和动弧触头，所述静弧触头固定在所述上母排上，所述动弧触头通过转轴固定在所述主触头的绝缘外壳上，所述静弧触头和所述动弧触头彼此相对；在合闸状态下，所述触指位于所述上引流排和所述下引流排之间，彼此同时接触形成电气连接；断路器进行开断时，所述触指首先与所述上引流排和所述下引流排分离，形成有效的绝缘间隙，所述动弧触头再和所述静弧触头分离产生电弧。这样，承担通流能力的主触头和承担起弧功能的弧触头分开独立，在保证断路器开断性能的前提下，优化设计主触头的结构，实现更大的通流能力和更强的短时耐受能力。所述静弧触头向上翘起并设置在所述上母排的末端；所述动弧触头和所述主触头的绝缘外壳之间安装有压缩的触头弹簧，所述触头弹簧可以驱动所述动弧触头绕所述转轴在一定范围内转动，所述动弧触头的尾部通过软连接与等电位杆电气连接。所述触指为一组平行排列的触指。所述上引流排和所述下引流排的端部分别具有一斜面，所述触指在所 述斜面与所述上引流排和所述下引流排相接触。本专利技术所述的主触头位于上下母排之间，采用分立触指的形式实现。上母排和下母排的中部设置有垂直于母排的引流排，引流排端部的斜面与水平面成一定夹角。上引流排和下引流排之间留有间隙，保证在分闸状态下有足够的绝缘距离。主触头由若干个触指平行排列组成，在合闸状态下，每一个触指同时与上引流排和下引流排接触，从而形成上母排、上引流排、触指、下引流排和下母排的导电通路。主触头的每个触指由导电块、绝缘基座和触指弹簧组成，导电块可以是任意形状和大小，但要保证能够同时与上引流排和下引流排良好接触。导电块安装在绝缘基座上，绝缘基座的上下端各打有通孔，两根限位轴依次穿过每一个触指基座，限位轴的直径略小于绝缘基座上通孔的直径。主触头的所有触指被绝缘外壳包裹，每一个触指与绝缘外壳之间安装有两个触指弹簧，触指与触指之间也留有微小的缝隙，使得在合闸位置时，每一个触指都可以在一定范围内调整自己的位置，从而保证每一个触指都与上下引流排良好接触。主触头的绝缘外壳上开有腰型通孔，两根限位轴可以在腰型通孔中滑动，在进行合闸操作时，触指与引流排接触后，主触头的绝缘外壳会在合闸弹簧的驱动下继续向前运动，从而压缩触指弹簧，产生足够的触头压力。引流排末端的斜面与水平方向成一定的夹角，触指与引流排之间产生的电动斥力垂直于引流排末端的斜面。由于触指同时与上引流排和下引流排接触，触指将会受到来自于两个引流排的电动斥力。这两个电动斥力竖直方向的分量将会互相抵消。当引流排末端的斜面与水平面的夹角足够小时，触指受到的大部分电动斥力将会互相抵消，只剩下很小的水平方向的电动斥力。同时，由于主触头采用多触指的设计形式，大大增加了有效接触点的数量，从而大大减小了由电流线收缩产生的霍尔姆力。该触头系统可以有效减小触指受到的电动斥力，具有很强的短时耐受能力。本专利技术所述触头系统的弧触头设置在上母排的末端，包括静弧触头和动弧触头。静弧触头固定在上母排上，动弧触头通过转轴固定在主触头绝缘外壳的延伸部分。动弧触头尾部安装有触头弹簧，并通过软连接与等电位杆电气连接。合闸状态下，触头弹簧可以提供一定的触头压力，保证静弧触头和动弧触头的良好接触。分闸过程中，触头弹簧可以驱动弧触头绕转轴转动，保证动静弧触头在主触头与引流排形成有效的绝缘间隙后再分开。这样的设计可以保证在进行分断操作时，电弧首先在弧触头处燃起，从而避免了主触头的烧蚀。同时由于主触头处不产生电弧，主触头的触指和引流排的开距可以很小，只需要满足绝缘电压的要求。弧触头上方设置有引弧条，静弧触头侧的引弧条与静弧触头直接连接，动弧触头侧的引弧条通过等电位杆与动弧触头电气连接。电弧燃起后会转移到跑弧道上快速向上运动，最终进入灭弧室被熄灭，完成整个开断过程。本专利技术所述触头系统的分闸操作由高速电磁斥力机构(斥力盘)驱动，合闸操作则由合闸弹簧驱动。高速电磁斥力机构通过主轴连接到主触头上，在进行分闸操作时，斥力盘的线圈通电，产生巨大的电磁斥力，通过主轴带动主触头快速向右运动，同时压缩合闸弹簧。在达到最大开距时，保持卡勾将主轴锁住，触头系统保持在分闸位置。在进行合闸操作时，只需要将锁扣解锁，主轴便会在合闸弹簧的作用下向前运动，推动主触头运动至合闸位置。高速电磁斥力机构可以提供极快的分闸速度，有利于驱动电弧从动静弧触头之间快速转移到引弧条上，从而大大缩短开断时间，减小故障电流对直流供配电系统设备的损害。附图说明图1是一种新型大容量中压直流断路器触头系统的结构示意图。图2是一种新型大容量中压直流断路器触头系统的主触头结构示意图。图3是一种新型大容量中压直流断路器触头系统合闸位置时的状态示意图。图4是一种新型大容量中压直流断路器触头系统刚分时的状态示意图。图5是一种新型大本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型大容量中压直流断路器触头系统，包含：???上母排，所述上母排中部向下伸出上引流排；???下母排，所述下母排中部向上伸出下引流排，所述下引流排和所述上引流排之间具有间隙；???主触头，所述主触头具有触指，所述触指位于所述上母排和所述下母排之间；???弧触头，所述弧触头包括静弧触头和动弧触头，所述静弧触头固定在所述上母排上，所述动弧触头通过转轴固定在所述主触头的绝缘外壳上，所述静弧触头和所述动弧触头彼此相对；其特征在于：在合闸状态下，所述触指位于所述上引流排和所述下引流排之间，彼此同时接触形成电气连接；断路器进行开断时，所述触指首先与所述上引流排和所述下引流排分离，形成有效的绝缘间隙，所述动弧触头再和所述静弧触头分离产生电弧。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：荣命哲，吴翊，杨飞，马瑞光，孙昊，董得龙，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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