CN101226847A - 一种交流高压真空断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交流高压真空断路器，其特征在于：它包括一箱体，在箱体上坐接一真空灭弧室，在箱体中设置一电磁斥力机构，此机构包括两个形成固定间隙的分闸线圈和合闸线圈，间隙内的推斥盘，固定穿设推斥盘的推斥杆，推斥杆下端连接一组合碟簧保持力机构的保持力杆，保持力杆上固定的簧挡，簧挡上顶设的至少两片的碟簧，电磁斥力机构上端连接一合闸缓冲机构，此机构包括弹簧框架结构和液压油缸；它还包括一智能脉冲电源；本发明由于采用电磁斥力机构驱动，采用双稳态组合碟簧保持，采用合闸液压缓冲装置抑制合闸弹跳，采用光电传感器实现位置回报，在国内外尚属先进设计，因此能在故障限流器、选相开关、固态切换开关等领域得到广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种断路器，特别是关于一种快速合、分闸的交流高压真空断路器。
背景技术
随着国民经济的不断发展，电网结构和负荷特性日益繁复，连接在电力系统的许多敏感性电负荷，极易受到来自电力系统短时扰动的影响，如电压跌落和电压突升现象，因而对电能质量和运行可靠性提出了愈加严格的要求。因此，为保护敏感性的重要工业负荷以及提高电力系统的电能质量，需要保护性器件高压断路器具有很高速度的合、分闸特性，即非常短的合、分闸时间。
目前高压断路器普遍采用弹簧操动机构、电磁操动机构、永磁操动机构或液压操动机构为合闸或分闸提供动力，它们的合闸时间一般为40ms～60ms，分闸时间一般为20ms～40ms。最短的分闸时间也要大于20ms(我国交流电网工频50Hz的一个周期)，而故障电流持续的时间越长对电网的冲击和设备的损坏程度就会越强；在环网供电系统中联络点处的两个互为备用的馈线端，当一端馈线发生故障被断开时，另一端作为备用电源需要被快速地接通，以减少负荷的停电时间，很多敏感性负荷停电时间延长1ms所造成的损失就会达到数以百万计甚至威胁到人民群众生命财产安全，比如航天工业、冶金、煤炭、集成电路生产线以及医院等，因此采用上述传统操动机构的高压断路器均难以实现快速合、分闸的要求。
日本三菱公司曾开发应用过电磁斥力原理的快速断路器，国内也有过此原理的应用。三菱公司的快速断路器合、分闸保持力由单片碟簧提供，此类碟簧结构虽然简单，但制造工艺复杂，并且对于任意一片碟簧出力特性已经固定，设计的灵活性不高；国内此前也尚处于该技术的不成熟阶段，合闸时间、分闸时间、位置回报响应时间也都比较长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速合、分闸的交流高压真空断路器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种交流高压真空断路器，其特征在于：它包括一箱体，所述箱体中部设置一电磁斥力机构，所述电磁斥力机构下端连接一组合碟簧保持力机构，所述电磁斥力机构上端连接一合闸缓冲机构，所述合闸缓冲机构顶部与一固封极柱真空灭弧室连接；一智能脉冲电源，通过一充电回路和一电容电压检测回路共同连接两个并联的放电回路，一恒压控制回路分别连接所述充电回路、放电回路、电容电压检测回路和一辅助功能模块，所述辅助功能模块连接一设置在所述箱体上的光电传感器；
所述电磁斥力机构包括两个通过支撑装置固定并形成一间隙的分闸线圈和合闸线圈，所述分闸线圈和合闸线圈分别连接所述两个放电回路，所述间隙内设置有一推斥盘，在所述推斥盘上固定穿设一推斥杆，所述推斥杆滑动穿设过所述分闸线圈和合闸线圈后，上端露出的部位与所述光电传感器位置对应设置有一传感器遮光板；
所述组合碟簧保持力机构包括一保持力杆，所述保持力杆上端与所述推斥杆下端连接，所述保持力杆上固定设置有多个簧挡，在所述簧挡上顶设有至少两片向心设置的碟簧，所述碟簧的周边固定连接在多个长螺柱上，所述长螺柱的顶部固定连接所述支撑装置上，底部固定连接在所述箱体上；
所述合闸缓冲装置包括一上框架和一下框架，以及固定连接所述上框架和下框架的弹簧，在所述上框架的顶部固定一上螺杆，所述上螺杆穿出所述箱体固定连接所述固封极柱真空灭弧室中的动触头，在所述下框架的底部穿设一下螺杆，一缓冲器油缸设置在所述下螺杆顶部并通过螺纹固定在所述下框架上，所述缓冲器油缸的上端穿过所述上框架通过一螺母连接定位，一限位板通过一吊挂装置固定在所述箱体上，且悬设在所述缓冲器油缸的上方。
所述支撑装置包括两个固定连接所述分闸线圈和合闸线圈的支撑板和所述两个支撑板间的螺栓。
在所述保持力杆上滑动设置有一径向限位板。
所述下螺杆与所述下框架固定连接成一体。
所述下螺杆滑动穿设在所述下框架中。
所述推斥杆为螺纹连接的上、下两部分，连接后在所述连接处穿设一胀销。
所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中，在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与所述模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用新型电磁斥力机构作为驱动系统，并采用向心布置的双稳态组合碟簧机构提供合、分闸保持力，使得分闸时间小于等于2ms，合闸时间小于等于6ms，分闸速度为2.8m/s～3.0m/s，合闸速度为1.6m/s～2.0m/s。2、本发明由于采用智能型脉冲电源作为能量源，不受外部电路干扰，动作快、稳定、可靠，实现了对电容的快速充、放电控制以及五防电气联锁、快速通讯、电容欠压闭锁操作等智能化控制。3、本发明由于设置了光电传感器装置与智能型脉冲电源实时配合，使得传感器固有响应时间小于0.1ms，实测位置回报时间为0.7ms，充分保证了下一个操作的及时性。4、本发明由于设置了一种合闸液压缓冲装置，吸收了动、静触头合闸时运动部件的巨大动能，因此抑制了合闸弹跳现象，实现了平稳合闸。页：3
综上所述，本发明由于采用智能型脉冲电源为能量源，采用电磁斥力机构为驱动机构，采用双稳态组合碟簧为保持机构，采用合闸液压缓冲装置抑制合闸弹跳，采用光电传感器实现开关位置快速回报，在国内外尚属先进设计，因此能在故障限流器、选相开关、固态切换开关等领域得到广泛的应用。
附图说明
图1是本发明交流高压真空断路器的整体结构示意图
图2是本发明电磁斥力机构示意图
图3是本发明传感器和遮光板位置图
图4是图3的俯视图
图5是本发明合闸缓冲机构示意图
图6是本发明智能脉冲电源控制示意图
图7是本发明线圈匝示意图
图8是本发明线圈封装模具示意图
图9是本发明推斥杆与推斥盘结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明交流高压真空断路器结构部分主要包括一断路器箱体1，在箱体1上坐接一固封极柱真空灭弧室2，在箱体1中部设置一电磁斥力机构3，电磁斥力机构3的下端连接一组合碟簧保持力机构4，电磁斥力机构3的上端连接一合闸缓冲机构5，合闸缓冲机构5的顶部穿过箱体1与真空灭弧室2连接。
真空灭弧室2采用现有技术，用混有固化剂的环氧胶将主回路电气元件进行绝缘密封，在真空灭弧室2外端留有上接线端子21和下接线端子22，在真空灭弧室2内上部设置有静触头，下部设置有动触头(图中未示出)，合闸为动触头与静触头接触状态，分闸状态为动触头与静触头为断开，并保持一定的分开距离。
如图1、图2所示，电磁斥力机构3包括一分闸线圈31和一合闸线圈32，分闸线圈31和合闸线圈32之间留有一间隙，并分别固定在一上、下支撑板33、34上，两支撑板33、34均为绝缘材料制成，通过若干螺栓35支撑连接成一体。在分闸线圈31和合闸线圈32的间隙内设置有一推斥盘36，推斥盘36中心固定穿接一推斥杆37，推斥杆37的两端分别穿过分闸线圈31和合闸线圈32的中心。
如图3、图4所示，在推斥杆37的上端穿设出分闸线圈31的部位，镶嵌或焊接有一传感器遮光板38，另有一光电传感器39吊设在遮光板38旁边，当推斥杆37上下运动时，遮光板38能使光电传感器39遮光或入光。当遮光板38挡住光电传感器39时，光电传感器39就会反馈合闸位置信号，反之，就会反馈分闸位置信号。
如图1所示，组合碟簧保持力机构4位于电磁斥力机构3的下方，其通过一保持力杆41与电磁斥力机构3的推斥杆37固定连接。保持力杆41上滑动穿设一径向限位板42，径向限位板42对保持力杆41有导向和径向限位作用，限位板42的周边固定穿设在多个长螺栓43上；在保持力杆41上还固定设置有多个簧挡44，每个簧挡44上都可以顶设一片碟簧45，多片碟簧45沿保持力杆41上、下向心设置，并且在初始时都施一预压力，碟簧45周边固定穿设在长螺栓43上，各长螺栓43的上端与电磁斥力机构3的下支撑板34固定连接成一体，下端再与箱体1固定连接。
如图5所示，合闸缓冲机构5包括一上框架51和一下框架52，在上框架51和下框架52之间固定连接一弹簧53，在上框架51的顶部固定一上螺杆54，上螺杆54穿出箱体1固定连接真空灭弧室2中动触头。在下框架52的底部穿设一下螺杆55，下螺杆55固定连接电磁斥力机构3中的推斥杆37。将一缓冲器油缸56的下端穿过弹簧53坐在下螺杆55上并通过螺纹固定连接在下框架52上。缓冲器油缸56的上端穿过上框架51，通过一螺母57连接定位。一限位板58通过一吊挂装置59吊设在缓冲器油缸56的上方，吊挂装置59为刚性吊杆，固定在箱体1上，当上框架51上、下运动时，吊挂装置59不影响其运动。本结构在装配前，先调节螺母57，给弹簧53施一预压力，缓冲器油缸56中的活塞杆510为完全卸压或半卸压状态，然后再装配到箱体1中。
如图2、图3、图6所示，本发明交流高压真空断路器控制部分为一智能脉冲电源6，它通过一充电回路61对两个放电回路62、63中的电容进行充电，通过一电容电压检测回路64对电容电压进行检测，当检测到应该充电或放电时，通过一恒压控制回路65命令充电回路或放电回路进行充电或放电；智能脉冲电源6中还有一辅助功能模块66，光电传感器39连接到辅助功能模块66上，由辅助功能模块66报告给恒压控制回路65合、分闸位置状态，再由恒压控制回路65命令放电回路进行分或合闸操作。放电回路62、63分别连接分闸线圈31和合闸线圈32。
本发明工作时，假使初始时光电传感器39发出分闸位置的信号，智能脉冲电源6就可以随时根据需要命令高频放电回路63对合闸线圈32放电，产生高频脉冲电流及磁场，此时，推斥盘37还处于分闸工作的停止状态(即如图2所示，在合闸线圈32的上端)，因此在脉冲磁场的作用下，处于合闸线圈32上端的推斥盘37就会快速感应出涡流，涡流在磁场的作用下产生电动力，从而带动推斥杆37向上运动，为合闸提供驱动力。合闸缓冲机构5在推斥杆37带动下，下框架52和缓冲器油缸56一起向上运动，同时压缩弹簧53带动上框架51向上运动，当缓冲器油缸56向上运动过程中，活塞杆510碰到限位板58时，停止运动，而此时缓冲器油缸56仍然在向上运动，因此活塞杆510会压缩油缸中的液体，产生缓冲作用，吸收部分动能，此时，上框架51的向上运动使得动触头与其上方的静触头装置实现平稳合闸，合闸后上框架51停止运动，而下框架52仍在继续向上运动，压缩弹簧53，因此为动、静触头的可靠接触提供了保持力。与此同时，组合碟簧保持力机构4在推斥杆37带动下，随着保持力杆21的向上运动，使得组合碟簧的合力在合闸到位后仍能提供持续的合闸保持力。当推斥杆37向上运动后，遮光板38就会脱离光电传感器39而不再遮光，光电传感器39也就不再发出分闸位置信号，智能脉冲电源6就可以停止合闸命令。
反之，当光电传感器39为入光状态时，就会发出合闸位置信号，智能脉冲电源6就可以随时根据需要命令高频放电回路62对分闸线圈31放电，在脉冲磁场的作用下，处于分闸线圈31下端的推斥盘39就会向下运动作功，从而带动推斥杆39向下运动，为分闸提供驱动力。与此同时，组合碟簧保持力机构4在推斥杆37带动下，随着保持力杆21的向下运动，使得组合碟簧45的合力在分闸到位后仍能提供持续的分闸保持力。
由上述工作原理和过程可知，电磁斥力机构3中产生的驱动力取决于线圈电流的大小，常规技术中线圈一般采用铜质材料，而铜质材料机械强度较差，高速驱动机构每次驱动推斥盘都会对线圈产生剧烈的撞击，导致其变形、损坏至无法使用；另外为保证线圈的电气参数及尺寸，匝间距离应尽可能缩小，这就必然为匝间绝缘带来了隐患。因此，本发明的分闸线圈31和合闸线圈32均设计为环氧浇注固体封装的线圈结构，以分闸线圈31为例，如图7、图8所示，在线圈匝31a的表面敷着0.1mm厚的聚酰亚胺膜层并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，之后放入环氧树脂封装模具31b中，并在空隙中浇注环氧胶，使线圈匝31a与封装模具32b固化为一个整体。由上述工作原理和过程还可知，推斥盘36要求为高电导率的材料诸如铜，而推斥杆37既要求高强度的，又要求低磁导率和低电导率的材料诸如不锈钢，所以，推斥盘36和推斥杆37很难一体联设，通常采用的办法是：如图9所示，将推斥杆37设计为两个互为反螺纹的上推斥杆37a和下推斥杆37b两部分，分别在推斥盘36的上方和下方相互旋紧，而使推斥盘36、上推斥杆37a和下推斥杆37b三者之间紧固。为使推斥盘36、上推斥杆37a和下推斥杆37b三者之间紧固，通常在上推斥杆37a和下推斥杆37b旋套部位横穿设一胀销37c。
上述实施例中，正反两方向向心设置的碟簧45可根据设计需要在不少于上、下各一片的情况下通过多种组合方式来调整出力及作用行程。
上述实施例中，下螺杆55可以与下框架52固定连接成一体；下螺杆55也可以活动穿设；下螺杆55还可以与缓冲器油缸56制作成一体，直接插设在下框架52中并固定。
Claims (10)
1.一种交流高压真空断路器，其特征在于：它包括一箱体，所述箱体中部设置一电磁斥力机构，所述电磁斥力机构下端连接一组合碟簧保持力机构，所述电磁斥力机构上端连接一合闸缓冲机构，所述合闸缓冲机构顶部与一固封极柱真空灭弧室连接；一智能脉冲电源，通过一充电回路和一电容电压检测回路共同连接两个并联的放电回路，一恒压控制回路分别连接所述充电回路、放电回路、电容电压检测回路和一辅助功能模块，所述辅助功能模块连接一设置在所述箱体上的光电传感器；
所述电磁斥力机构包括两个通过支撑装置固定并形成一间隙的分闸线圈和合闸线圈，所述分闸线圈和合闸线圈分别连接所述两个放电回路，所述间隙内设置有一推斥盘，在所述推斥盘上固定穿设一推斥杆，所述推斥杆滑动穿设过所述分闸线圈和合闸线圈后，上端露出的部位与所述光电传感器位置对应设置有一传感器遮光板；
所述组合碟簧保持力机构包括一保持力杆，所述保持力杆上端与所述推斥杆下端连接，所述保持力杆上固定设置有多个簧挡，在所述簧挡上顶设有至少两片向心设置的碟簧，所述碟簧的周边固定连接在多个长螺柱上，所述长螺柱的顶部固定连接所述支撑装置上，底部固定连接在所述箱体上；
所述合闸缓冲装置包括一上框架和一下框架，以及固定连接所述上框架和下框架的弹簧，在所述上框架的顶部固定一上螺杆，所述上螺杆穿出所述箱体固定连接所述固封极柱真空灭弧室中的动触头，在所述下框架的底部穿设一下螺杆，一缓冲器油缸设置在所述下螺杆顶部并通过螺纹固定在所述下框架上，所述缓冲器油缸的上端穿过所述上框架通过一螺母连接定位，一限位板通过一吊挂装置固定在所述箱体上，且悬设在所述缓冲器油缸的上方。
2.如权利要求1所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述支撑装置包括两个固定连接所述分闸线圈和合闸线圈的支撑板和所述两个支撑板间的螺栓。
3.如权利要求1所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：在所述保持力杆上滑动设置有一径向限位板。
4.如权利要求2所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：在所述保持力杆上滑动设置有一径向限位板。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述下螺杆与所述下框架固定连接成一体。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述下螺杆滑动穿设在所述下框架中。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述推斥杆为螺纹连接的上、下两部分，连接后在所述连接处穿设一胀销。
8.如权利要求5或6所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述推斥杆为螺纹连接的上、下两部分，连接后在所述连接处穿设一胀销。
9.如权利要求1或2或3或4所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中，在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与所述模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。
10.如权利要求5～8所述的一种交流高压真空断路器，其特征在于：所述分闸线圈和合闸线圈分别绝缘固封在一模具中，在所述分闸线圈和合闸线圈表面敷有聚酰亚胺膜层，并在匝间填充混合有固化剂的环氧胶，所述分闸线圈和合闸线圈与所述模具的空隙间浇注有混合有固化剂的环氧胶。
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