[发明专利]一种直流断路器

说明书

技术领域

本发明涉及根据电路中流过负载电路进行脱钩动作的断路器。

背景技术

随着日常生活电气化程度的提高，各种家用电器越来越多地进入生活领域，加上第三产业的发展，商场、高档宾馆和饭店的建设，使非工业用电量不断增加，电气设备的安全运行及保护成为重要的问题。在这种情况下，习惯上采用的闸刀开关和熔断器组合的做法已不能满足要求。近年来，采用高性能的小型断路器作为家用和类似场所的电气线路和设备的过载和短路保护已越来越普及。

小型断路器为一种塑料外壳断路器，一般做成单极，它可由几个单极断路器拼装成多级的，以适应三相电路使用。根据使用场合的要求，这类断路器在技术性能上有以下特点：

(1)断路器的额定电流范围较小，一般在125A以下；额定电压为民用等级，限于220/380A

(2)断路器的结构适合用于未受过专门训练人员使用，整定电流不能自行调节，不能进行维修，外壳用铆钉固紧不能拆开

(3)断路器在安装、接线完毕后，人体应不可能碰触到断路器的带电部分，以免发生触电事故，防护等级至少为IP20。

(4)绝缘水平要求高，现定电路工频耐压试验电压值2000V，实在耐潮湿试验后进行，比工业用低压断路器严格，并且断路器在短路通断能力试验后立刻进行1500V耐压试验，而工业用断路器则以2倍额定绝缘电压来验证介电性能。

(5)对断路通断能力实验要求严格，除额定断路通断能力外，尚要考核低短路电流(实验电流为500A或10倍额定电流)和1500A分断能力。

由于现代建筑内用电量不断增加，即电源变压器的容量不断提高，对小型断路器的短路通断能力要求越来越高。目前一般掉断路器都采用限流分断原理，在小尺寸下获得较大的分断能力。

低压断路器限流分断的实质是利用短路故障电流的作用，使出头快速分开，触头间形成迅速增长的电弧电压，依靠它来限制短路电流。小型断路器的瞬动冲击电磁铁一般采用螺管电磁铁，电磁铁的动铁心通过两种方式来带动触头系统：一种是直接和后者相连，达到快速动作目的；另一种是首先使快速机构脱扣，然后再分断弹簧作用下使动触头打开。但无论采用何种方式，小型断路器都采用灭弧栅，依靠许多短狐的近似压降的叠加来获得很高的电弧电压以抑制短路电流的增长。小型断路器的分断过程可分为五个阶段：

(1)从断路电流出现瞬间至触头开始运动为止的机构动作时间t₀，它决定于限流机构的动作速度，这时触头尚未分开，因而触头两头的电弧电压U_arc＝0.

(2)自触头打开瞬间开始，出头上出现电弧。由于电弧停滞现象，电弧在触头上保持不动，这段时间陈伟电弧停止时间t₁，这段时间由于电弧长度较短，电弧电压接近与基建压降U0，一般为20V左右。

(3)当触头上的电弧拉长到一定长度，电弧在自励磁场产生的点动力作用下，离开触头并在引弧片上向灭弧栅片方向快速运动，从触头上电弧开始运动至电弧进入灭弧室瞬间为止，这段时间t2称为电弧运动时间，这段时间内电弧电压迅速增长。

(4)电弧进入灭弧室后，被分割成许多短弧，若总共的栅片为n片，则可获得n+1段短弧，为了维持短弧的存在，每段短弧需要的极间压降为U₀≈20V，因而电弧进入灭弧室后电弧电压突然跳至电弧电压峰值U_arcm≈(n+1)U₀。一般由于这时触头间隙不大，触头区由于电弧的影响温度很高且存在大量游离气体，因而很容易在U_arcm作用下使触头击穿而使触头上电弧重燃。这一重燃的电弧短接已进入灭弧室的电弧，因而出现单户由灭弧室向触头转移现象，然后电弧再一次由触头区向灭弧室运动。这种触头区重击穿现象会多次反复出现，直至触头间隙由于动触头运动达到足够长度，使触头间隙节电强度能够承受U_arcm为止。产生重击穿过程的时间为t₃。在t₃时间内，电弧电压在上下波动，因而减弱了U_arcm得限流作用。

(5)重击穿现象停止，电弧进入灭弧室，在U_arcm作用下，由于U_arcm值已超过电源电压瞬时值，电流被强制减小至零，电弧熄灭，这段时间称为电弧熄灭时间t₄。

然而，由于机械结构的限制，其灵敏度不高，而且灭弧栅的不同设计，其电弧的消除时间也不同，现有的设计已经逐渐不适应大电流的负载电路。

发明内容