CN107706043A - 一种真空直流快速断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空直流快速断路器，包括绝缘箱体，绝缘箱体内装有真空管、弹簧机构、过流脱扣装置和电磁驱动装置；弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置通过导电滑杆依次相连，实现电磁驱动机构的操作功水平直线传递，过流情况下，脱扣推杆将驱动拨叉顶开，断路器依靠复位弹簧断开，实现过流脱扣功能。综合了机械开关通流能力强、维护周期长、电弧不外露和开关脱扣速度快、控制可靠、实现软开断的优点；采用真空管封闭灭弧，具备直流开断闭合以及过流脱扣等功能，同时兼具体积小，结构简单紧凑，维护成本低等优点。

Description

一种真空直流快速断路器

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆技术，尤其涉及一种真空直流快速断路器。

背景技术

我国轨道交通***从20世纪中期到现在经过几十年的快速发展，随着地铁在我国的大规模建设，地铁供电***设备的国产化也逐渐成为了国家的重点研究项目。目前，我国地铁牵引供电***大多采用直流供电的方式,地铁牵引变电所通过12脉波或24脉波整流器，将35kV交流电变为1500V或750V直流电，再通过直流断路器由直流电缆输送到直流牵引接触网。直流断路器安装在地铁列车上或牵引供电***中，控制直流电源的引入及开断，也起着故障跳闹、保护供电***的作用，它是列车及地铁供电***中不可或缺的控制和保护器件。传统的灭弧栅式直流断路器需要较大的飞弧距离和电弧间隙，灭弧栅体积较大，而且开断动作时间长，产生的电弧对其灭弧栅及触头损耗严重，维护和更换较为频繁，对***干扰较大。

目前广泛使用的地铁用直流断路器采用灭弧栅灭弧，主触头外露，断路器断开时，依靠主电路磁场作用，电弧被吸入灭弧栅，由于电弧与灭弧栅的绝缘壁接触，从而迅速冷却，增强去游离作用，提高弧柱电压降，栅片间是绝缘的，其作用能导出电弧的热量，以提高电弧的弧住压降，同时栅片将电弧分割成一段段的电弧，每一栅片是这些短弧的电极，也就有许多个阳极压降和阴极压降，近极处的电弧电压降加弧柱的电压降足够大时，电源电压就不能维持电弧，电弧熄灭。但灭弧栅灭弧可靠性较差，灭弧时间长，触头易烧损，容量小，电弧外露，存在飞弧风险；且灭弧栅体积庞大，栅片维护周期短，费用高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于地铁车辆的真空直流快速断路器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的真空直流快速断路器，包括绝缘箱体，所述绝缘箱体内装有真空管、弹簧机构、过流脱扣装置和电磁驱动装置；

所述绝缘箱体包括绝缘顶板、绝缘底板，所述绝缘顶板与绝缘底板之间装有绝缘端板、绝缘隔板一和绝缘隔板二；

所述弹簧机构包括复位弹簧、超程弹簧、连接块和压紧盘；

所述过流脱扣装置包括脱扣推杆；

所述电磁驱动装置包括驱动拨叉、电磁机构；

所述弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置通过导电滑杆依次相连，实现电磁驱动机构的操作功水平直线传递，过流情况下，所述脱扣推杆将驱动拨叉顶开，断路器依靠复位弹簧断开，实现过流脱扣功能。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的真空直流快速断路器，采用基于电磁机构驱动闭合、弹簧机构复位断开、过流脱扣装置快速开断、真空管灭弧和IGBT开断单元并联的混合式开关技术，综合了机械开关通流能力强、维护周期长、电弧不外露和开关脱扣速度快、控制可靠、实现软开断的优点；采用真空管封闭灭弧，具备直流开断闭合以及过流脱扣等功能，同时兼具体积小，结构简单紧凑，维护成本低等优点，是直流断路器发展的趋势。

附图说明

图1为本发明实施例提供的真空直流快速断路器的结构示意图。

图2为本发明实施例中的真空直流快速断路器剖视图(断开状态)；

图3为本发明实施例中的真空直流快速断路器剖视图(闭合状态)；

图4为本发明实施例中的真空直流快速断路器剖视图(过流脱扣状态)；

图中：

1、绝缘箱体，2、输入端铜排，3、输出端铜排，4、真空管，5、弹簧机构，6、过流脱扣装置，7、电磁驱动装置，8、动触头，9、静触头，10、复位弹簧，11、超程弹簧，12、连接块，13、压紧盘，14、过流检测装置，15、脱扣推杆，16、电磁机构，17、驱动拨叉，18、连接器，19、导电滑杆，20、棘轮，21、软编线，22、绝缘顶板，23、绝缘端板，24、绝缘底板，25、绝缘隔板一，26、绝缘隔板二。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的真空直流快速断路器，其较佳的具体实施方式是：

包括绝缘箱体，所述绝缘箱体内装有真空管、弹簧机构、过流脱扣装置和电磁驱动装置；

所述绝缘箱体包括绝缘顶板、绝缘底板，所述绝缘顶板与绝缘底板之间装有绝缘端板、绝缘隔板一和绝缘隔板二；

所述弹簧机构包括复位弹簧、超程弹簧、连接块和压紧盘；

所述过流脱扣装置包括脱扣推杆；

所述电磁驱动装置包括驱动拨叉、电磁机构；

所述弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置通过导电滑杆依次相连，实现电磁驱动机构的操作功水平直线传递，过流情况下，所述脱扣推杆将驱动拨叉顶开，断路器依靠复位弹簧断开，实现过流脱扣功能。

所述真空管装配在绝缘端板和绝缘隔板一之间，所述复位弹簧、超程弹簧、连接块及压紧盘装配在绝缘隔板一与绝缘隔板二之间。

所述绝缘隔板二上装有过流检测装置，所述导电滑杆从过流检测装置的中心穿过并与所述压紧盘通过螺纹紧固装配，所述导电滑杆的端头装配有棘轮和软编线，软编线与输出端铜排相连，脱扣推杆的顶部与驱动拨叉底部贴近，驱动拨叉的底部勾形部分与棘轮接触。

所述输出端铜排连接列车高压输出接口，所述真空管内静触头连接的输入端铜排连接列车高压输入接口，所述电磁机构的连接器与列车控制线路连接，接收列车控制中心的开断和闭合信号。

本发明的真空直流快速断路器，采用基于电磁机构驱动闭合、弹簧机构复位断开、过流脱扣装置快速开断、真空管灭弧和IGBT开断单元并联的混合式开关技术，综合了机械开关通流能力强、维护周期长、电弧不外露和开关脱扣速度快、控制可靠、实现软开断的优点。

本发明采用真空管封闭灭弧，具备直流开断闭合以及过流脱扣等功能，同时兼具体积小，结构简单紧凑，维护成本低等优点，是直流断路器发展的趋势。

本发明采用真空管、弹簧机构、电磁驱动装置以及过流脱扣装置装配实现，克服现有直流断路器通过灭弧栅灭弧，容量小，体积大，维护周期短，电弧外露等缺陷，将电弧封闭熄灭，灭弧能力强，整体结构紧凑，抗冲击振动能力强，提高了产品可靠性及实用性。

本发明将真空管、弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置等功能模块分装在绝缘隔板之间，整体呈“一”字直线布置，实现断路器开断闭合及脱扣功能。

真空直流快速断路器初始状态为断开状态，当收到断路器闭合信号后，电磁驱动装置得电，依靠电磁力驱动拨叉向右运动，拨叉推动导电滑杆上的棘轮向右运动，导电滑杆推动压紧盘，压紧盘推动连接块，同时压缩复位弹簧，复位弹簧储能，连接块推动静触头向右运动，直至动触头与静触头闭合，压缩完超程弹簧后断路器闭合完成。当列车控制中心发出断开信号后，断路器电磁驱动装置失电，失去电磁驱动力，断路器复位弹簧及超程弹簧释放弹性势能，拉动动触头与静触头分离，同时推动连接块、压紧盘、导电滑杆以及驱动拨叉向左运动，直至复位弹簧恢复初装位置，断路器实现断开。在真空直流快速断路器正常闭合与断开过程中，过流脱扣装置不起作用，只有当断路器在闭合状态时，主回路中通过了一定的大电流，而且超过了过流脱扣装置的整定值，此时过流脱扣装置触发，脱口推杆瞬间向上运动，顶开驱动拨叉，复位弹簧释放势能复位，断路器瞬间断开。断路器断开过程中产生的电弧全部封闭在真空管内，不会外露。

本发明采用电磁机构驱动闭合、弹簧机构复位断开、过流脱扣装置快速开断、真空管灭弧和IGBT开断单元并联的混合式开关技术，具有机械开关通流能力强、维护周期长、电弧不外露和开关脱扣速度快、控制可靠、实现软开断的优点。结构上利用导电滑杆将断路器弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置三部分“一”字相连，实现电磁驱动机构的操作功水平直线传递，无偏心，无需旋转杠杆传递操作功，损耗极低。本发明实施例所述用于地铁车辆的真空断路器，整体结构装配简单，应用前景非常广阔。

具体实施例：

如图1至图4所示，真空直流快速断路器外壳为绝缘箱体1，输入端铜排2连接列车高压输入接口，输出端铜排3连接列车高压输出接口，断路器起到接通主电路与切断主电路的功能。断路器连接器18与列车控制线路连接，接收列车控制中心的开断和闭合信号。真空直流快速断路器关键组件(如图1)包括真空管4，弹簧机构5，过流脱扣装置6，电磁驱动装置7。

绝缘端板23、绝缘隔板一25及绝缘隔板二26装配在绝缘顶板22与绝缘底板24之间，真空管4装配在绝缘端板23和绝缘隔板一25之间，复位弹簧10、超程弹簧11、连接块12及压紧盘13装配在绝缘隔板一25与绝缘隔板二26之间，过流检测装置14装配在绝缘隔板二26上，导电滑杆19从过流检测装置14中心穿过并与压紧盘13通过螺纹紧固装配，导电滑杆19的端头装配棘轮20，同时装配软编线21，软编线21与输出端铜排3相连，脱扣推杆15属于电磁驱动装置7的可动部分，其推杆顶部与驱动拨叉17底部贴近，驱动拨叉17底部勾形部分与棘轮20接触，驱动拨叉17、电磁机构16同属于电磁驱动装置7一部分。

下面结合真空断路器断开及闭合过程对本真空直流快速断路器机构进行详述。

真空直流快速断路器初始状态为主断口断开状态(如图2)，依靠复位弹簧10复位弹簧使动触头8动触头与静触头9静触头处于断开分离状态，当连接器18接收到列车闭合信号时，在电磁机构16电磁力作用下，驱动拨叉17向右运动，推动棘轮20向右运动，向右推动力通过导电滑杆19，压紧盘13，连接块12，向右传递至动触头8，动触头8最终与静触头9碰撞后接触，在此过程中驱动拨叉17的推力大于复位弹簧10与超程弹簧11的弹力，复位弹簧10与超程弹簧11被压缩储能，真空断路器实现触头闭合。

真空直流快速断路器处于主断口闭合状态(如图3)，当连接器18接收到列车断开信号时，驱动拨叉17失去电磁力不再向右施加推力，复位弹簧10与超程弹簧11释放弹性势能，拉动动触头8向左运动，与静触头9分离，同时推动连接块12，压紧盘13，导电滑杆19，棘轮20及驱动拨叉17向左运动，直至复位弹簧10与超程弹簧11势能释放完毕，到达初始限位位置，触头完全分离，达到断开开距，真空直流快速断路器实现断开。

过流脱扣装置6过流脱扣装置只有在电气回路通过超出其整定值的大电流时才触发动作，此时真空直流快速断路器的过流检测装置14检测到大电流后，依靠电磁力驱动脱扣推杆15脱扣推杆向上运动(如图4)，顶开驱动拨叉17，棘轮20脱离驱动拨叉17卡槽，故不再受到驱动拨叉17推力，而受到复位弹簧10与超程弹簧11传递过来向左的推力，断路器瞬时断开。当大电流消失后，脱扣推杆15受到电磁驱动装置7内部弹簧作用向下运动，恢复到初始位置。

本发明采用基于电磁机构驱动闭合、弹簧机构复位断开、过流脱扣装置快速开断、真空管灭弧的开关技术，具有机械开关通流能力强、维护周期长、电弧不外露和开关脱扣速度快、控制可靠的优点，提高了列车运行的可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种真空直流快速断路器，其特征在于，包括绝缘箱体，所述绝缘箱体内装有真空管、弹簧机构、过流脱扣装置和电磁驱动装置；

所述绝缘箱体包括绝缘顶板、绝缘底板，所述绝缘顶板与绝缘底板之间装有绝缘端板、绝缘隔板一和绝缘隔板二；

所述弹簧机构包括复位弹簧、超程弹簧、连接块和压紧盘；

所述过流脱扣装置包括脱扣推杆；

所述电磁驱动装置包括驱动拨叉、电磁机构；

所述弹簧机构、电磁驱动装置、过流脱扣装置通过导电滑杆依次相连，实现电磁驱动机构的操作功水平直线传递，过流情况下，所述脱扣推杆将驱动拨叉顶开，断路器依靠复位弹簧断开，实现过流脱扣功能。

2.根据权利要求1所述的真空直流快速断路器，其特征在于，所述真空管装配在绝缘端板和绝缘隔板一之间，所述复位弹簧、超程弹簧、连接块及压紧盘装配在绝缘隔板一与绝缘隔板二之间。

3.根据权利要求2所述的真空直流快速断路器，其特征在于，所述绝缘隔板二上装有过流检测装置，所述导电滑杆从过流检测装置的中心穿过并与所述压紧盘通过螺纹紧固装配，所述导电滑杆的端头装配有棘轮和软编线，软编线与输出端铜排相连，脱扣推杆的顶部与驱动拨叉底部贴近，驱动拨叉的底部勾形部分与棘轮接触。

4.根据权利要求3所述的真空直流快速断路器，其特征在于，所述输出端铜排连接列车高压输出接口，所述真空管内静触头连接的输入端铜排连接列车高压输入接口，所述电磁机构的连接器与列车控制线路连接，接收列车控制中心的开断和闭合信号。