CN101145467A - 一种电子电磁式智能开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电力系统的电子电磁式智能开关，是在一般手动或电动隔离开关的静触头底座上装有一个电子电磁式智能灭弧装置，静触头和灭弧装置连接，开关断路操作时，动触头通过辅助触头将电弧引入灭弧室进行灭弧。灭弧室由五段灭弧区串接组成，前三段灭弧室围绕布置于磁吹线圈周围，后二段灭弧区布置于磁吹线圈前端；同时，在灭弧室内加装了真空或充以六氟化硫的密闭灭弧装置，使灭弧能力更强；另外，在线路故障检测中加装了高电压脉冲检测装置，使检测更准确，避免开关带故障合闸。该开关具有结构简单，灭弧能力强，有明显的断开点，成本低，维修简单等优点，适用于中、高压电力系统作为断路开关使用。

Description

一种电子电磁式智能开关

技术领域

本发明涉及一种电力系统高压开关，尤其是一种电子电磁式智能开关。

背景技术

申请人在200420091732.8中公开了一种电子电磁式智能开关，其结构较为简单，还存在如下问题：一是当电流较小时，电弧在线圈周围前进力量不足，电弧运动速度还不够快；二是线圈内部和外部铁磁面积不平衡，空间利用不充分；三是电子回路在切断大电流时二极管用量还较多；四是在电子智能回路合闸时，不能准确地判断有无故障等。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种灭弧速度更快、能力更强、可靠性更高、制造成本更低的电子电磁式智能开关。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种电子电磁式智能开关，包括隔离开关，在隔离开关的电源侧静触头2底座上安装有灭弧装置I，该装置由五段灭弧区串接组成：第一段灭弧区接有并联的磁吹线圈25和合金灭弧栅片17，磁吹线圈25的末端接有辅助触头11，起始端的辅助触头10与静触头2上的引弧触头3连接；第二段灭弧区设置在辅助触头11与12间，接有并联的线圈26和陶瓷灭弧栅18，辅助触头12紧贴线圈外壳34从前端绕到后端，上述两段灭弧区设置于磁吹线圈25、26的下方，磁吹线圈25、26绕在同一骨架上，内穿以铁心35，铁心35两端向外伸展成两个区域，紧贴在陶瓷灭弧罩39及密闭灭弧室IV两侧；第三段灭弧区设置在辅助触头12与13间，其中包含磁吹线圈25、26的前、上、后方，磁吹线圈25、26的前、上方设置有陶瓷灭弧罩39，其上、后方设置有合金灭弧栅20，在后方设置有密闭灭弧室IV，密闭灭弧室IV内设置有接点，两端与电阻27并联，陶瓷灭弧栅22与合金灭弧栅20相串接再与串接在一起的的电阻28、保险管29并联，上述两并联电路再串接在一起；第四段灭弧区设置在辅助触头13及辅助触头14间，设置并联的灭弧栅片23和分组的高反压二极管30；第五段灭弧区设置在辅助触头14与15间，设置灭弧栅片24。

上述方案中，第三段灭弧区中的陶瓷灭弧罩39内设有陶瓷栅片22，所述陶瓷栅片22的形状设置成从前向后由宽变窄、由厚变薄、间距由长变短，所述陶瓷灭弧罩39的顶部两侧相间排列开有喷弧口41。

为加强铁心35前后之间的绝缘，在铁心35内侧加装有用绝缘瓷釉烧结的铁丝制成的绝缘铁心36，所述绝缘铁心36与铁心35经绝缘相接。

为提高电弧运动的速度，尤其是当电流在过零附近时的速度，在辅助触头12两侧设置用绝缘瓷釉烧结的铁丝制成的加速铁心38，所述加速铁心38与铁心35经绝缘相接。

在静触头2的电源侧背面设置由一根导线绕一圈或数圈作成的引弧触头线圈44，在线圈44末端连接一片导电合金板45，在合金导电板45的上部焊接一根导线并向后延伸成引弧触头3，下部焊接由铁片组成的铁心46，引弧触头3的末端与检测装置II的一端151及线圈始端的辅助触头10连接，所述铁心46位于所述引弧触头线圈44内部且与其互相绝缘，静触头2的两个铁心外面用弹性卡夹47卡固。

为了加快开关断开时的电弧运动速度，在动触头4上焊接有一圈或几分之一圈的线圈80，线圈80与动触头4之间若干处用高电阻材料76焊接，且在其绕过动触头4处垫以绝缘垫78用导电板75连接，导电板75通过螺栓79固定在动触头4上。

陶瓷灭弧栅18两侧设置用绝缘釉烧结的铁丝或用铝硅铁作成的铁心49，铁心49与铁心35相连接的一侧通过绝缘相接；所述陶瓷灭弧栅18中的陶瓷灭弧栅片48设置为扇形且间隔有窄槽42。

在第三段灭弧区内的合金灭弧栅20的单个栅片设置有具有相反方向的突出部分81及82，且两种栅片相间加绝缘垫叠合，再用绝缘螺栓紧固。

为了平衡线圈25、26内外铁磁面积和能量，在线圈25、26的后端下部设置密闭的真空或充以六氟化硫气体的灭弧室IV，所述密闭灭弧室IV包括陶瓷外壳69，在陶瓷外壳69内设置陶瓷灭弧栅片51、引弧板52及接触触头50，所述接触触头50的一个与引弧板52及伸出线相连接，接触触头50的另一个与引弧板52间留有供活动的间隙，再连接一导电杆54通过伸缩节53到密闭灭弧室IV外，所述接触触头50可以设置成两种方式：一种为热电偶式，另一种为接触触头式：所述接触触头式为将所述接触触头50与活动导电杆54相连接，导电杆54通过伸缩节53与中间绝缘杆58连接，中间绝缘杆58的两端设有滑动槽56，中间设置固定的转动轴57，中间绝缘杆58的两端通过滑动槽56分别与导电杆54及驱动器相连接。

所述驱动器可设置为三种形式：第一种为电磁式，包括气室61及铁杆63，在气室61内设置气孔62，所述铁杆63前端固定有绝缘杆67，绝缘杆67上绕有线圈66，绝缘杆67前端设有弹簧68；第二种为热膨胀杆式，包括固定的弹簧60及热膨胀杆59；第三种为热膨胀管式，包括热膨胀管71、伸缩节72、及电阻丝73，所述热膨胀管71内充有液体74。

上述方案中第四段、第五段灭弧区中所述的灭弧栅片23的两端紧固螺栓附近设有绝缘瓷釉85及窄槽86；所述辅助触头13、14的两端紧固螺栓附近设有绝缘瓷釉83；同时，还设置与辅助触头13相配合使用的检测触头装置89，检测触头装置89包括绝缘筒90、检测触头91及导线93，在绝缘筒90内设有弹簧92；另外，在辅助触头13实现故障检测功能时，在其下部设置弹性耐弧检测触头87，弹性耐弧检测触头87是在辅助触头13两侧各焊接两根弹簧钢丝88，弹簧钢丝88前各焊接两个检测触头。

本方案第四段灭弧区中所述高反压二极管30设置为一个或数个二极管串接成一组，各分组的两端都与相应的辅助触头连接成一个独立的灭弧单元，并设置备用的二极管单元。

为了实现具有智能功能的目的，在上述方案中设置智能装置，该装置包括设置在灭弧装置I上的故障检测装置II及设置在开关机构箱7内的故障鉴别装置III两部分组成；同时，在隔离开关电源侧引线5上设置有同电位电流互感器6，电流互感器6的二次回路分为两组通过设置在支持绝缘子内部的发光管116和117用光纤115将信号传至开关机构箱7内的故障鉴别装置III。

上述方案中的故障检测装置II包括陶瓷盒104及固定在合闸铁心顶杆处的压敏电阻，所述陶瓷盒104内设置放电间隙95、引弧板102、铁质灭弧栅103和陶瓷灭弧栅99，所述铁质灭弧栅103上并联有相反方向的二极管100及热敏电阻101，所述放电间隙95与磁吹线圈97串联，再与高阻电阻98并联，然后与热敏或温敏电阻96相串联。

上述方案中的故障鉴别装置III包括发光管116、117、光纤115、跳闸回路V及合闸回路VI，所述跳闸回路V由光敏管118、可调电阻123、单稳定时触发器124、三极管125、压敏电阻127、三极管126及跳闸线圈129顺序连接组成；所述合闸回路VI由光敏管119、可调电阻122、单稳定时触发器135、三极管133、小电阻131及行程开关接点137、压敏电阻136、三极管134、小电阻132及合闸线圈130组成。

另外，当用作负荷开关时，所述动触头4上固定有绝缘杆105及熔丝静触头107，熔丝动触头108连接的熔丝管106与设置在所述绝缘杆105上的挂扣109相接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、灭弧速度快，对系统冲击和损坏减小，减轻对灭弧室的烧伤，使其寿命延长，加装了真空或充以六氟化硫的密闭灭弧室IV，灭弧能力有很大提高。

2、将二极管设置成数个独立单元且在每个单元两端都加有辅助触头，使得个别二极管损坏时其它不受影响，易预留备用，可靠性高。

3、智能装置检测故障分多次进行，准确度高，合闸控制分多次加力，合闸冲击小，有故障跳闸速度快，对系统冲击小。

附图说明

图1为本发明智能开关的安装结构示意图；

图2为本发明中灭弧装置I的电路原理图；

图3为本发明中灭弧装置I的横剖面结构示意图；

图4为图3中A-A的剖视图；

图5为图3中陶瓷灭弧罩39结构示意图；

图6为图5中B-B剖视图；

图7为图3中静触头2的结构示意图；

图8为图7中C-C剖视图；

图9为图3中陶瓷灭弧栅18的安装示意图；

图10为图9中D-D的剖视图；

图11为密闭灭弧室IV的结构示意图；

图12为图11中E-E剖视图；

图13为图11中驱动器的第二种实施例结构示意图；

图31为图11中驱动器的第三种实施例结构示意图；

图14为图1中动触头4的结构示意图；

图15为图3中合金栅片20的第一种实施例结构示意图；

图16为图15的左视图；

图17为图3中合金栅片20的第二种实施例结构示意图；

图18为图17的左视图；

图19为图3中辅助触头13、14结构示意图；

图20为图3中灭弧栅片23及24的结构示意图；

图21为辅助触头13的另一种实施例结构示意图；

图22为图21中F-F剖视图；

图23为检测触头装置89的结构示意图；

图24为图23中G向示图；

图25为智能故障检测装置II的电路原理示意图；

图26为陶瓷盒104及栅片电路连接图；

图27为图26的H-H剖视图；

图28为图1中绝缘子内的结构示意图；

图29为图1中动触头4上保险丝具的一种实施例结构示意图；

图30为图1中智能故障鉴别装置III电路原理图。

图中；I为灭弧装置，II为故障检测装置，III为故障鉴别装置，IV为密闭灭弧室，V为跳闸回路，VI为合闸回路；1为灭弧室，2为静触头，3为引弧触头，4为动触头，5为电源侧引线，6为电流互感器，7为机构箱，10、11、12、13、14、15为辅助触头，16为铁栅片，17为合金栅片，18为陶瓷栅片，20为合金灭弧栅片，22为陶瓷栅片，23为铁及合金栅片，24为铁灭弧栅片，25为线圈1，26为线圈2，27、28为电阻，29为保险管，30为二极管，34为线圈外壳，35为线圈铁心，36为铁丝瓷釉铁心，38为加速铁心，39为陶瓷灭弧罩，41为喷弧口，45为导电合金板，46为铁心，47为弹性卡，48为陶瓷组合栅片，49为铁丝瓷釉铁心，50为接触触头，51为陶瓷栅片，52为引弧板，53为伸缩节，54为导电杆，56为滑动槽，57为固定转动轴，58为中间绝缘板，59为热膨胀杆，60为弹簧，61为气室，62为小气孔，63为铁杆，66为线圈，67为绝缘杆，68为弹簧，69为密闭室，70为电阻，  71为热膨胀管，72为伸缩节，73为电阻丝，74为液体，75为导电板，76为高阻金属焊点，78为绝缘垫，79为固定螺丝，80为线圈，81、82为突出部分，83、85为瓷绝缘釉，86为窄槽，87为检测触头，88为钢丝，89为检测触头装置，90为绝缘桶，91为检测触头，92为弹簧，93为导线，95为放电间隙，96为温敏电阻，97为磁吹线圈，98为高阻电阻，99为陶瓷栅片，100为二极管，101为温敏电阻，102为引弧板，103为铁栅片，104为陶瓷盒，105为绝缘杆，106为保险管，107为保险静触头，108为保险动触头，109为丝具卡扣，115为光纤，116、117为发光管，118、119为光敏管，120、121为电容，122、123为跳、合闸可调电阻，124为单稳定时触发器，125、126为为跳闸三极管，127为压力敏感电阻，129为跳闸线圈，130为合闸线圈，131、132为合闸小电阻，133、134为合闸三极管，135为单稳定时触发器，136为压力敏感电阻，137为合闸行程辅助开关。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细描述。

图1是本发明智能开关的安装结构示意图，在图1中，灭弧装置I固定安装在隔离开关的电源侧静触头2的底座上，在隔离开关电源侧引线5上安装有同电位电流互感器6，电流互感器6的二次回路通过支持绝缘子内部的发光管用光纤将信号传至开关机构箱7内的智能装置。同时，在灭弧装置I上安装有故障检测装置II，动触头4与电源侧静触头2相配合实现开关的功能。

图2是本发明中灭弧装置I的电路原理图，在图2中，灭弧装置I由五段灭弧区串接组成，第一段灭弧区接有并接的磁吹线圈25和合金灭弧栅片17，磁吹线圈25的末端接有辅助触头11，起始端的辅助触头10与静触头2上的引弧触头3连接；第二段灭弧区设置在辅助触头11与12间，接有并接的线圈26和陶瓷灭弧栅片18；上述两段灭弧区设置于磁吹线圈25及26的下方；辅助触头12与13间为第三段灭弧区，其中包含磁吹线圈25、26的前、上、后方，磁吹线圈25、26的前、上方设置有陶瓷灭弧罩39，其上、后方设置有合金灭弧栅20，在后方设置有密闭灭弧室IV，密闭灭弧室IV内设置有接点，两端与电阻27并联，陶瓷灭弧栅22与合金灭弧栅20相串接再与串接在一起的的电阻28、保险管29并联，上述两并联电路再串接在一起；辅助触头13与14间为第四段灭弧区，铁磁质及合金灭弧栅片23和分组的高反压二极管30并联，第五段灭弧区设置在辅助触头14与15间，其中设置有铁灭弧栅片24。上述五段灭弧区通过辅助触头串接成整体灭弧装置I。同时，上述辅助触头13通过弹性耐弧检测触头87与动触头4相连接。另外，智能故障检测装置II的一端151可与引弧触头3相连接。

上述的高反压二极管30采用单个二极管、或数个二极管串接成一组，两端都与辅助触头连接成一个独立的灭弧单元，并设置备用的二极管单元，辅助触头及中间灭弧栅片23为铁质及合金混合设置，二极管的接法在一相内也可采用相反方向的接法。

图3为本发明灭弧装置I的横剖面结构示意图，在图3中，线圈25、26绕在同一骨架上，内穿以铁心35，铁心35在线圈25、26外延伸成两个区域，一个在陶瓷灭弧罩39外的两侧，一个在密闭灭弧室IV外的两侧，同时，铁心35的内侧加有加强前后绝缘的铁心36，在线圈外部设有外壳34。在辅助触头12的两侧设置有加速铁心38，另外，电阻27、28设置在陶瓷灭弧罩39及合金灭弧栅片20的两侧。

图4为图3中A-A的剖视图。在图4中，静触头2设置在第一段灭弧区的下部，静触头带有引弧触头3，其内部安装有铁心46。第一段灭弧区内线圈25的始端辅助触头10和线圈末端辅助触头11间并联有合金灭弧栅片17；第二段灭弧区陶瓷灭弧栅片18与线圈26相并联，两端连接辅助触头11和12；辅助触头12紧贴线圈外壳34从前端绕向后端与辅助触头13间为第三段灭弧区，其中包括密闭灭弧室IV及可与其并联的电阻27、28、合金灭弧栅片20及设置在该段灭弧区前、上段的灭弧罩39，为了加快电弧运动速度，在辅助触头12两侧加装了加速电弧运动的加速铁心38，为了减少空气间隙，加速铁心38采用了铁丝互相绝缘并与原铁心35绝缘相接，加速铁心38也可用电阻较高的铝硅铁作成，且靠近辅助触头12一端，前面不加耐弧材料而与电弧直接接触以减少空气距离，辅助触头和栅片间垫以绝缘垫用绝缘螺栓紧固后再固定在灭弧室的外壳上，辅助触头15与其前面的栅片用前述同样方法紧固后也固定在灭弧室外壳上。在第四段灭弧区灭弧栅片23与分组的高反压二极管30并联设置在辅助触头13、14间；辅助触头14与15间为第五段灭弧区，设有灭弧栅片24。上述辅助触头10、11与合金灭弧栅片17间、合金灭弧栅片20的每片间、辅助触头13、14及15与灭弧栅片23、24间以及151点与辅助触头10及灭弧栅片16间分别垫以绝缘垫再用绝缘螺栓紧固后固定在灭弧室I的外壳上。高反压二极管30位于灭弧栅片23、24的上面并与其通过耐弧板相隔离。上述高反压二极管30的上面安装绝缘板，再在其上安装电阻27、28。同时，在线圈铁心35内侧加装有用绝缘瓷釉烧结的铁丝作成的铁心36，并与线圈铁心35经绝缘相接。

图5为图3中陶瓷灭弧罩39结构示意图，在图5中，陶瓷灭弧罩39内设有陶瓷灭弧栅片22，在其顶部侧壁向外、两边相间排列开有喷弧口41。图6为图5中B-B剖视图，由图6中可以看出陶瓷灭弧栅片22设置成从前向后、由宽变窄、由厚变薄、间距由长变短的形状。

图7为图3中静触头2的结构示意图，在图7中，成对配合使用的静触头2的电源侧背面设有由一根导线绕一圈或数圈作成的引弧触头线圈44，在线圈末端连接一片导电合金板45，在合金导电板45的上部焊接一根导线并向后延伸成引弧触头3，下部焊接由铁片组成的铁心46，引弧触头3的末端在图2中可与检测装置II的一端151及线圈始端的辅助触头10连接，铁心46位于所述引弧触头线圈44内部且与其互相绝缘。图8为图7中C-C剖视图，弹性卡夹47用来固定静触头2的两个铁心46。

图9为图3中陶瓷灭弧栅18的安装示意图，在图9中，陶瓷灭弧栅18两侧设置用绝缘釉烧结的铁丝或用铝硅铁作成的铁心49，铁心49与铁心35相连接的一侧通过绝缘相接。图10为图9中D-D的剖视图，在图10中，陶瓷灭弧栅片48设置为扇形且间隔有窄槽42。

图11为密闭灭弧室IV的结构示意图。为了平衡线圈25、26内外铁磁面积和能量，充分利用空间，在线圈25、26的后端下部设置了密闭的真空或充以如六氟化硫气体的灭弧室IV，密闭灭弧室IV包括陶瓷外壳69，在陶瓷外壳69内设置有陶瓷灭弧栅片51、引弧板52及接触触头50，接触触头50的一个与引弧板52及伸出线相连接，接触触头50的另一个与引弧板52间留有供活动的间隙，连接一导电杆54通过伸缩节53到密闭灭弧室IV外。接触触头50可以设置成两种方式：一种为热电偶式，另一种为接触触头式：接触触头式为将接触触头50与活动导电杆54相连接，导电杆54通过伸缩节53与中间绝缘杆58连接，中间绝缘杆58的两端设有滑动槽56，中间设置固定的转动轴57，中间绝缘杆58的两端通过滑动槽56分别与导电杆54及驱动器相连接。图11中，驱动器为电磁式，包括气室61及铁杆63，在气室61设置气孔62，所述铁杆63前端固定有绝缘杆67，绝缘杆67上绕有线圈66，绝缘杆67前端设有弹簧68。电阻70是为了防止线圈电动力过大。

图12为图11中E-E剖视图。在图1 2中，密闭灭弧室IV的两侧为铁心35，接触触头50设置在密闭灭弧室IV的底部，引弧板52伸出密闭灭弧室IV的外部。

图13为图11中驱动器的第二种实施例结构示意图，在图13中，驱动器设置为热膨胀杆式，包括固定的弹簧60及热膨胀杆59，热膨胀杆59与中间绝缘杆58相连接。

图31为图11中驱动器的第三种实施例结构示意图，在图31中，驱动器设置为热膨胀管式，包括热膨胀管71上设有伸缩节72，内有热电阻73，热膨胀管71的下管壁烧有陶瓷釉并充少量液体74，其量只满足热膨胀量而不会爆炸。

另外也可设置数个密闭灭弧室IV，或真空、六氟化硫混合使用，位置也可适当前移，为了防止接触触头50接触不良，可将电阻27、28的连接点前移至合金栅片20的前数个并与其相接，以提高转移电压。密闭灭弧室IV的外部传动和驱动器件固定在密闭灭弧室IV的外部延伸处和空余地方，然后再整体固定在铁心35的空余处。当设置数个密闭灭弧室IV时应先断开最后的再断开前面的，这样可减少二极管的容量，甚至取消。

图14为图1中动触头4的结构示意图。在图14中，动触头4上焊接一圈或几分之一圈的线圈80，线圈80与动触头4之间若干处用高电阻材料76焊接，且在其绕过动触头4处垫以绝缘垫78用导电板75连接，导电板75通过螺栓79固定在动触头4上。

图15为图3中合金栅片20的第一种实施例结构示意图，图17为图3中合金灭弧栅片20的第二种实施例结构示意图，图16及图18分别为上两幅图的左视图。在图15及图17中，第三段灭弧区内的合金灭弧栅片20分别冲压有相反方向的突出部分81及82。两种栅片在组合时相间加绝缘垫叠合，再用绝缘螺栓紧固。

图19为图3中辅助触头13 、14结构示意图，在辅助触头13、14的两端紧固螺栓附近烧结有绝缘瓷釉83。

图20为图3中灭弧栅片23及24的结构示意图，在灭弧栅片23的两端紧固螺栓附近烧结有绝缘瓷釉85，且在有绝缘瓷釉85与灭弧栅片23间设有窄槽86，用来增加绝缘强度以承受高的反电压。

图21为辅助触头13的另一种实施例结构示意图，图22为图21中F-F剖视图。当辅助触头13用作检测触头时，在辅助触头13的下部延伸端两侧各焊接两根钢丝88，钢丝88前各焊接两个检测触头87。

图23是检测触头装置89的结构示意图，图24为图23中G向示图。当辅助触头13不用作检测触头即作为普通的辅助触头时，这是为了不影响跳闸时的灭弧速度，在密闭灭弧室IV的下部辅助触头13附近两侧可装设两个与其它回路完全绝缘的相同的检测触头装置89，检测触头装置89包括绝缘筒90、检测触头91及导线93，在绝缘筒90内设有弹簧92。

图25为智能故障检测装置II的电路原理示意图。在图25中，陶瓷盒1 04内部安装有放电间隙95、铁质灭弧栅103和陶瓷灭弧栅99，在铁质灭弧栅103上并联有相反方向的二极管100及热敏电阻101。放电间隙95与磁吹线圈97串联后再与高阻电阻98并联，然后与热敏或温敏电阻96相串联。该智能故障检测装置II的两个伸出端分别为151及152。

图26为图25中智能故障检测装置II的陶瓷盒104及栅片电路连接图。在图26中，二极管100设置于陶瓷盒104的外部，放电间隙95位于陶瓷盒104的底部且通过引弧板102与二极管100相连接。图27为图26的H-H剖视图，放电间隙95位于陶瓷盒104的底部。

图28为图1中绝缘子内的结构示意图，在图28中，隔离开关电源侧引线5上设置有同电位电流互感器6，电流互感器6的二次回路分为两组通过支持绝缘子内部的发光管116和117，再用光纤115将信号传至开关机构箱7内的故障鉴别装置III。

图29为图1中动触头4上保险丝具的一种实施例结构示意图，是当用作负荷开关时，在动触头4上固定有绝缘杆105及熔丝静触头107，熔丝动触头108连接的熔丝管106与设置在绝缘杆105上的挂扣109相接。

图30为图1中智能故障鉴别装置III电路原理图，在图30中，智能故障鉴别装置III电路包括发光管116、117、光纤115、跳闸回路V及合闸回路VI，跳闸回路V由光敏管118、可调电阻123、单稳定时触发器124、三极管125、压敏电阻127、三极管126及跳闸线圈129顺序连接组成；合闸回路VI由光敏管119、可调电阻122、单稳定时触发器135、三极管133、小电阻131及行程开关接点137、压敏电阻136、三极管134、小电阻132及合闸线圈130组成。

以下对本发明电子电磁式智能开关的灭弧及智能功能的工作原理及过程作进一步详述。

本方案中灭弧的工作原理及过程如下：当开关闭合时，动触头4与静触头2紧密接触，使电路接通正常运行，此时灭弧装置I处于断开空闲状态，当开关断开负荷电流或故障电流时，动触头4先脱离静触头2，当动触头4脱离引弧触头3时，在磁力作用下将电弧迅速向上推至引弧触头3末端，同时动触头4因也作有线圈，所以电弧也立即推向其上部并向后运动，随着动触头4运动远离使电弧转移至辅助触头11，线圈25很快通过电流使线圈周围产生磁力；在断开负荷电流时因磁力较小，电弧不能迅速行进至引弧触头3末端，而是先到达辅助触头11，当电弧运动至辅助触头12时，线圈26通电在其磁力作用下使电弧向引弧触头3末端运动而使线圈25通电产生磁力。此后电弧运动同故障电流运动方式相同，实际上对于小电流即使电弧不经过第三段灭弧区电弧在此后也可由二极管完全熄灭。在动触头4继续运动远离的同时，电弧迅速转移至辅助触头12及13上，辅助触头12与13间电弧主要在线圈25产生的磁力和辅助触头12两侧加速铁心38加强的磁力作用下，使电弧在辅助触头12的引导下迅速沿着线圈外壳34向前推进并同时向陶瓷灭弧罩39内推进而至栅片顶部，在栅片顶部两侧的喷弧口41喷出，并将电弧吹成许多段，随着电弧向内推进电弧电流减少，磁力减弱，但在辅助触头12两侧的加速铁心38的作用下，使电弧继续沿着辅助触头12保持高速运动至最后，并通过密闭灭弧室IV和热膨胀杆59或电磁铁，使密闭室内的触头50打开在磁力的推动下及陶瓷栅片51的作用下，使电弧电流沿着引弧板52转移至电阻27内，因为后端加装的是合金灭弧栅20，所以在磁力作用下，电弧在栅片上始终处于运动状态，并向相反方向运动，加上陶瓷陶瓷栅片22的作用，以及由于电阻28为正温度系数，初始值很小，因而使线圈26两端区间内，及辅助触头12至13间电弧迅速熄灭，从而使电弧电流在离开静触头2后，第一个半波或更短时间即可熄灭，而将电弧电流同时转移至电阻27、28及保险管29电路内。当动触头4继续运动离开辅助触头13时，在磁场及铁片的作用下电弧向上运动至14，当电流经过电阻27和28后，电弧电流即迅速减少到不超过二极管允许值，如电弧电流方向与高反压二极管30导通方向不同时，电弧不能熄灭，接着电弧进入辅助触头15内，随着动触头4继续运动到与高反压管二极管30导通方向相同时二极管导通，电弧电流进入二极管，二极管两端内电弧熄灭，而电弧电流仍继续在辅助触头14至15内，当动触头4继续远离时电弧电流反向二极管截至，此时二极管反向电流经过铁片上产生电弧压降，加上空气压降，减小了二极管承受的电压，所以电弧很快熄灭，整个灭弧过程也即完成。当二极管损坏时，保险管29内熔丝熔断而断开电弧，起到后备保护作用。

在开关闭合时，特别在开关故障断开后第二次重合时目前所有开关都不能预测有无故障存在而向故障合闸，致造成设备等损坏。为此本发明智能开关设置了智能装置，其中包括故障检测装置II和故障鉴别装置III两部分，其故障检测II工作原理及过程如下：

当开关开始闭合时，为了减轻对检测触头的冲击合闸速度较慢，在合闸过程中，当动触头4与辅助触头13带有的弹性检测触头87或专用的检测触头91接触时，电路即与故障检测电路接通：当使用弹性检测触头87时，故障检测装置II的接点151与引弧触头3连接，接点152与接点153或154连接，此时灭弧栅片16起灭弧和绝缘两个作用；当使用专用的检测触头91时，故障检测装置II的接点152与检测触头91连接，接点151与引弧触头3、辅助触头10三点连接在一起，此时放电间隙95放电电压调整在电压峰值附近。当电压到达峰值附近时，放电间隙95放电，同时电流通过热敏或温敏电阻96时，电阻立即很快加大，同时磁吹线圈97通电产生强磁力使电弧吹向陶瓷灭弧栅片99将电流迅速减少然后进入铁栅片103及热敏电阻96，以防初始电流过大进入二极管，铁栅片间接有方向不同的高反压二极管100，当电弧电流与其中的二极管导通方向相同时，电弧进入二极管，此区间电弧熄灭，接着电压也随着过峰值后而降低，当电流过零时放电间隙95间电弧熄灭，所以放电脉冲时间很短，电流减少也很快，当电流过零时如果电弧已小到能自行熄灭时，则可取消二极管。

故障鉴别III工作原理及过程如下：开关返回动作电流通过可调电阻122整定在大于峰值电压除以负荷电流最大时的电阻值，加温敏电阻初始阻值96或加以电阻28的阻值所得的电流，再乘以系数K所决定的电流值。小电容120、121是防止干扰误动的。当线路存在故障时，电流即大于装置动作值，在故障检测装置II动作的同时，电流互感器6二次发光管发光通过光纤115将信号传至开关机构内的智能故障鉴别装置III，发光管116通过光纤115及光敏管118再经可调电阻定值对信号鉴别后触发单稳定时触发器124再导通跳闸三极管125跳闸，因跳闸回路为高速无延时环节，而合闸速度因开始合闸速度较慢，就保证在动触头4未运动至静触头2的允许距离前，开关即行跳开，从而防止了开关大电流冲击合闸在故障上，跳闸过程可在不到两个半波内完成。由于合闸回路单稳定时触发用电流互感器计量回路发光管117触发，时间容易确定准确，如在设定时间内，开关未达到跳闸动作值时，这时合闸回路单稳定时触发器135动作，触发合闸三极管133短接合闸小电阻131加大合闸电流，使开关加力合闸，当动触头继续前进至电压峰值放电距离时，如仍有故障，动、静触头间即有故障电流放电，这时发光管即发出跳闸信号，压力敏感电阻127也因突然压力加大电阻减小而导通三极管125、126，同时使跳闸线圈129通电跳闸，在动、静触头放电过程中，因动、静触头上都设有线圈，所以电弧迅速向前后两边推开，随即进行灭弧过程，因此触头烧伤较轻，对系统冲击减小，也加快了灭弧过程和跳闸速度，这对更高电压开关因放电距离长显得尤为重要，这时如没有故障，动、静触头间放电电流较小，发光管不会发出跳闸信号，也不会有大的电动斥力使压力敏感电阻发出跳闸信号，这时行程辅助开关137和压敏电阻136设置在加力的位置，开关可再次通过行程辅助开关137和压力敏感电阻136导通三极管134短接电阻132再次加力最后完成合闸，因跳闸动作较合闸动作快，所以此时并不影响跳闸命令的进行。

Claims (23)

1.一种电子电磁式智能开关，包括隔离开关，其特征在于：在隔离开关的电源侧静触头(2)底座上安装有灭弧装置(I)，该装置由五段灭弧区串接组成：第一段灭弧区接有并联的磁吹线圈(25)和合金灭弧栅片(17)，磁吹线圈(25)的末端接有辅助触头(11)，起始端的辅助触头(10)与静触头(2)上的引弧触头(3)连接；第二段灭弧区设置在辅助触头(11)与(12)间，接有并联的线圈(26)和陶瓷灭弧栅(18)，辅助触头(12)紧贴线圈外壳(34)从前端绕到后端，上述两段灭弧区设置于磁吹线圈(25)、(26)的下方，磁吹线圈(25)、(26)绕在同一骨架上，内穿以铁心(35)，铁心(35)两端向外伸展成两个区域，紧贴在陶瓷灭弧罩(39)及密闭灭弧室IV两侧；第三段灭弧区设置在辅助触头(12)与(13)间，其中包含磁吹线圈(25)、(26)的前、上、后方，磁吹线圈(25)、(26)的前、上方设置有陶瓷灭弧罩(39)，其上、后方设置有合金灭弧栅(20)，在后方设置有密闭灭弧室IV，密闭灭弧室IV内设置有接点，两端与电阻(27)并联，陶瓷灭弧栅(22)与合金灭弧栅(20)相串接再与串接在一起的的电阻(28)、保险管(29)并联，上述两并联电路再串接在一起；第四段灭弧区设置在辅助触头(13)及辅助触头(14)间，设置并联的灭弧栅片(23)和分组的高反压二极管(30)；第五段灭弧区设置在辅助触头(14)与(15)间，设置灭弧栅片(24)。

2.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述第三段灭弧区中的陶瓷灭弧罩(39)内设有陶瓷栅片(22)，所述陶瓷栅片(22)的形状设置成从前向后由宽变窄、由厚变薄、间距由长变短，所述陶瓷灭弧罩(39)的顶部两侧相间排列开有喷弧口(41)。

3.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述铁心(35)内侧加装有用绝缘瓷釉烧结的铁丝制成的绝缘铁心(36)，所述绝缘铁心(36)与铁心(35)经绝缘相接。

4.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：在所述辅助触头(12)两侧设置用绝缘瓷釉烧结的铁丝制成的加速铁心(38)，所述加速铁心(38)与铁心(35)经绝缘相接。

5.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：在所述静触头(2)的电源侧背面设置由一根导线绕一圈或数圈作成的引弧触头线圈(44)，在线圈(44)末端连接一片导电合金板(45)，在合金导电板(45)的上部焊接一根导线并向后延伸成引弧触头(3)，下部焊接由铁片组成的铁心(46)，引弧触头(3)的末端与检测装置II的一端(151)及线圈始端的辅助触头(10)连接，所述铁心(46)位于所述引弧触头线圈(44)内部且与其互相绝缘，静触头(2)的两个铁心外面用弹性卡夹(47)卡固。

6.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述隔离开关的动触头(4)上焊接有一圈或几分之一圈的线圈(80)，线圈(80)与动触头(4)之间若干处用高电阻材料(76)焊接，且在其绕过动触头(4)处垫以绝缘垫(78)用导电板(75)连接，导电板(75)通过螺栓(79)固定在动触头(4)上。

7.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：在陶瓷灭弧栅(18)两侧设置用绝缘釉烧结的铁丝或用铝硅铁作成的铁心(49)，铁心(49)与铁心(35)相连接的一侧通过绝缘相接；所述陶瓷灭弧栅(18)中的陶瓷灭弧栅片(48)设置为扇形且间隔有窄槽(42)。

8.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述第三段灭弧区内的合金灭弧栅(20)的单个栅片设置有具有相反方向的突出部分(81)及(82)，且两种栅片间垫以绝缘相间叠合，再用绝缘螺栓紧固。

9.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述线圈(25)、(26)的后端下部设置密闭的真空或充以六氟化硫气体的灭弧室(IV)，所述密闭灭弧室IV包括陶瓷外壳(69)，在陶瓷外壳(69)内设置陶瓷灭弧栅片(51)、引弧板(52)及接触触头(50)，所述接触触头(50)的一个与引弧板(52)及伸出线相连接，接触触头(50)的另一个与引弧板(52)间留有供活动的间隙，再连接一导电杆(54)通过伸缩节(53)到密闭灭弧室(IV)外。

10.根据权利要求9所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述接触触头(50)为热电偶式。

11.根据权利要求9所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述接触触头(50)为将所述接触触头(50)与活动导电杆54相连接，导电杆(54)通过伸缩节(53)与中间绝缘杆(58)连接，中间绝缘杆(58)的两端设有滑动槽(56)，中间设置固定的转动轴(57)，中间绝缘杆(58)的两端通过滑动槽(56)分别与导电杆(54)及驱动器相连接。

12.根据权利要求(11)所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述驱动器为电磁式，包括气室(61)及铁杆(63)，在气室(61)内设置气孔(62)，所述铁杆(63)前端固定有绝缘杆(67)，绝缘杆(67)上绕有线圈(66)，绝缘杆(67)前端设有弹簧(68)。

13.根据权利要求11所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述驱动器为热膨胀杆式，包括固定的弹簧(60)及热膨胀杆(59)。

14.根据权利要求11所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述驱动器为热膨胀管式，包括热膨胀管(71)、伸缩节(72)、及电阻丝(73)，所述热膨胀管(71)内充有液体(74)。

15.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述第四段、第五段灭弧区中灭弧栅片(23)的两端紧固螺栓附近设有绝缘瓷釉(85)及窄槽(86)。

16.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述第四段、第五段灭弧区中辅助触头(13)、(14)的两端紧固螺栓附近设有绝缘瓷釉(83)。

17.根据权利要求1或16所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：还设置与所述辅助触头(13)相配合使用的检测触头装置(89)，检测触头装置(89)包括绝缘筒(90)、检测触头(91)及导线(93)，在绝缘筒(90)内设有弹簧(92)。

18.根据权利要求1或16所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述辅助触头(13)下部设置弹性耐弧检测触头(87)，弹性耐弧检测触头(87)是在辅助触头(13)两侧各焊接两根钢丝(88)，钢丝(88)前各焊接两个检测触头。

19.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述第四段灭弧区中高反压二极管(30)设置为一个或数个二极管串接成一组，各分组的两端都与相应的辅助触头连接成一个独立的灭弧单元，并设置备用的二极管单元。

20.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：还设置智能装置，该装置包括设置在灭弧装置(I)上的故障检测装置II及设置在开关机构箱(7)内的故障鉴别装置III两部分组成；同时，在隔离开关电源侧引线(5)上设置有同电位电流互感器(6)，电流互感器(6)的二次回路分为两组通过设置在支持绝缘子内部的发光管(116)和(117)用光纤(115)将信号传至开关机构箱(7)内的故障鉴别装置(III)。

21.根据权利要求20所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述故障检测装置(II)包括陶瓷盒(104)及固定在合闸铁心顶杆处的压敏电阻，所述陶瓷盒(104)内设置放电间隙(95)、引弧板(102)、铁质灭弧栅(103)和陶瓷灭弧栅(99)，所述铁质灭弧栅(103)上并联有相反方向的二极管(100)及热敏电阻(101)，所述放电间隙(95)与磁吹线圈(97)串联，再与高阻电阻(98)并联，然后与热敏或温敏电阻(96)相串联。

22.根据权利要求20所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述故障鉴别装置III包括发光管(116)、(117)、光纤(115)、跳闸回路(V)及合闸回路(VI)，所述跳闸回路V由光敏管(118)、可调电阻(123)、单稳定时触发器(124)、三极管(125)、压敏电阻(127)、三极管(126)及跳闸线圈(129)顺序连接组成；所述合闸回路(VI)由光敏管(119)、可调电阻(122)、单稳定时触发器(135)、三极管(133)、小电阻(131)及行程开关接点(137)、压敏电阻(136)、三极管(134)、小电阻(132)组成。

23.根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于：所述隔离开关的动触头(4)上固定有绝缘杆(105)及熔丝静触头(107)，熔丝动触头(108)连接的熔丝管(106)与设置在所述绝缘杆(105)上的挂扣(109)相接。

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