一种具有改进灭弧结构的大容量直流断路器

本发明涉及断路器领域，特别涉及一种具有改进灭弧结构的大容量直流断路器。

背景技术：

1、大容量直流断路器是船舶电力推进、储能配电及动力保障系统的核心保护器件，承担短路故障分断、线路过载保护的关键作用。相较于陆地常规直流配电场景，船舶海上航行工况具有全密闭舱体环境、不间断持续振动、高盐雾、长期连续运行等极端特征，对断路器灭弧结构的稳定性与耐久性提出了更为严苛的要求。

2、为满足船舶机舱水密、防爆、防盐雾侵蚀及隔爆安全规范，船用大容量直流断路器需采用近乎完全密闭的封装结构，灭弧室整体为封闭式腔体设计，无法与外界空气形成对流换气，不具备主动散热与外部通风条件。相较于中小容量直流断路器，大容量断路器承载额定电流更大、导电回路截面通流发热总量提升，且故障短路分断时电弧释放的能量成倍增加；断路器长期带载运行过程中，导电回路焦耳热、频繁分断产生的电弧余热无法及时向外散出，热量持续在密闭灭弧腔室内蓄积，致使灭弧室内部长期处于220～400℃的稳态高温环境，形成陆地断路器不具备的持续蓄热高温工况。

3、目前船用直流断路器灭弧结构普遍采用铜质灭弧栅格，依托多片栅格逐级切割、冷却、拉长直流电弧，提升电弧电压以实现无过零点直流电弧的可靠熄灭。但铜材在200℃以上高温环境下屈服强度衰减，300～400℃工况下会进入明显软化状态，机械刚性下降，极易在外部载荷作用下产生不可逆塑性变形。

4、船舶航行过程中，海浪起伏、船体横纵倾摇摆、主机持续振动会形成全天候、多维度的复合交变振动载荷，且振动强度随海况动态变化、不可避免。当船体颠簸振动达到一定强度阈值时，处于高温软化状态的铜质栅格无法维持原有平直结构与装配间隙，会逐步发生单侧弯折、波浪翘曲、整体偏移等变形。

5、栅格变形会直接破坏灭弧室预设的均匀栅缝结构与规整电弧通道，导致各栅片电弧切割量不均、电弧电压提升不足、弧后绝缘介质恢复缓慢，极易出现电弧重燃、燃弧时间延长、短路分断失败等故障，严重时会引发机舱电弧起火、动力系统断电等重大安全事故。现有常规灭弧栅结构仅适配陆地静态、可通风散热工况，未针对船舶密闭蓄热、高温软化、持续振动的耦合恶劣工况设计防护与校正结构，长期海上运行可靠性差、失效风险高，无法满足船舶长期免检修、高可靠的运行需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有改进灭弧结构的大容量直流断路器，解决了船用直流断路器灭弧结构普遍采用铜质灭弧栅格，依托多片栅格逐级切割、冷却、拉长直流电弧，提升电弧电压以实现无过零点直流电弧的可靠熄灭。但铜材在200℃以上高温环境下屈服强度衰减，300～400℃工况下会进入明显软化状态，机械刚性下降，极易在外部载荷作用下产生不可逆塑性变形问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有改进灭弧结构的大容量直流断路器，包括断路器外壳、固定连接于断路器外壳内部的断路器主体、设置于断路器主体内部的触头、设置于触头两侧的第一磁铁以及设置于第一磁铁远离触头一侧的灭弧外壳、固定连接于灭弧外壳内侧的第一栅格以及设置于第一栅格远离触头一侧的第二磁铁，第一栅格的外侧设置有滑动罩，灭弧外壳靠近断路器主体一侧开设有第一凹槽，第一凹槽的内侧固定连接有第一弹簧，第一弹簧的一端固定连接有挡板，挡板的外侧设置有推动机构，推动机构与滑动罩之间设置有弹性机构；

3、推动机构用于在船舶振动达到设定冲击强度时驱动第二栅格与第一栅格相互错开以清理杂质；滑动罩用于在第二栅格与第一栅格交互嵌套后继续运动，对栅格进行包裹并对内部空气加压，建立反向预应力抵消振动弯曲载荷。

4、优选的，滑动罩的宽度与挡板的宽度一致，挡板的外侧面与第一凹槽的内侧面贴合，且挡板的外侧面与滑动罩的外侧面在同一平面上。

5、优选的，灭弧外壳远离断路器主体一端开设有第一孔洞，推动机构包括设置于第一孔洞内侧的推杆、固定连接于推杆一端的配重块、设置于推杆外侧且与配重块固定连接的第四弹簧、固定连接于推杆位于灭弧外壳一端的推板、开设于推板内侧的导向槽、设置于推板一侧的推动杆以及开设于灭弧外壳远离灭弧外壳一端且用于放置推动杆的第二凹槽；

6、导向槽的内侧设置有与推动杆固定连接的导向杆。

7、优选的，推杆为长方体，且推杆的外侧面与第一孔洞的内侧面贴合。

8、优选的，导向槽为倾斜直线形，且与导向杆间隙配合。

9、优选的，弹性机构包括固定连接于推动杆外侧的固定板、固定连接于固定板靠近滑动罩一侧的第二弹簧、开设于滑动罩中间内部且用于嵌套推动杆的第二孔洞、固定连接于导向槽内侧的第三弹簧、固定连接于推动杆靠近断路器主体一端的连接板、设置于连接板靠近第一栅格一侧的第二栅格以及嵌套于推动杆上端且滑动连接于第二凹槽内侧的套筒；

10、第二弹簧与滑动罩固定连接，推动杆的外侧面与第二孔洞的内侧面贴合。

11、优选的，第二栅格沿第一栅格排列方向分布有多个，且第二栅格的宽度与第一栅格的间距一致，第一栅格的宽度与第二栅格的间距一致。

12、优选的，第二弹簧处于自然状态时，滑动罩靠近断路器主体一侧面比连接板远离断路器主体一侧更远离断路器主体。

13、优选的，滑动罩的内侧深度大于第二栅格的深度与第一栅格的深度之和。

14、优选的，第一栅格与第二栅格在交互嵌套状态下，两层栅片边缘局部贴合，将贯通式腔体分隔为若干独立夹层，用于降低气体可压缩余量以稳定矫正压力。

15、优选的，滑动罩的内侧深度大于第二栅格的深度加第一栅格的深度之和。

16、1.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过配重块在船舶晃动达到设定冲击强度时带动推杆和推板运动，驱动导向杆和推动杆使第二栅格与第一栅格相互错开，将积累在栅格内侧的海盐颗粒和炭颗粒清理下来，并在连接板下降过程中压缩气体将清理后的杂质向两侧推开。从而达到了先清理排杂、为后续正压矫正提供洁净栅格表面的效果。

17、2.本发明在第二栅格和第一栅格完成交互嵌套后，滑动罩继续向断路器主体方向运动，对第二栅格和第一栅格进行完整包裹并对内部空气加压，给栅格两侧施加定向约束压力，提前建立反向预应力抵消振动带来的弯曲载荷。从而达到了降低栅片单向塑性变形趋势、保障后续灭弧效果的效果。

18、3.本发明由于清理杂质和矫正加固的动力均来源于船舶振动本身，无需额外能源输入；同时清理与矫正动作在振动发生时几乎同步完成，避免了先发生栅格弯曲一段时间后再矫正引起的金属疲劳。从而达到了节省能源、提高栅格使用寿命的效果。

19、4.本发明本结构采用先清理排杂、后正压矫正的时序逻辑，在正压施加前彻底清除第一栅格与第二栅格内侧所有硬质沉积物，使正压能够全域均匀地作用于整片栅格内侧壁面，避免杂质被压入软化的铜栅格形成局部高压应力区。从而达到了防止高温软化状态下的栅格出现波浪翘曲或单侧弯折、维持平直状态的效果。

20、5.本发明振动触发矫正时，第一栅格与第二栅格呈相互嵌套交错状态，两层栅片边缘局部贴合，将贯通式大容积腔体分隔为若干容积狭小的独立夹层，在维持矫正高压数值不变的前提下降低气体可压缩余量，削弱振动冲击引发的气压起伏。从而达到了获得持续均匀的稳定约束压力、有效抑制高温软化状态下栅格板不可逆金属疲劳产生与累积的效果。