CN101419879A - 中置移开式真空断路器 - Google Patents

Abstract

一种中置移开式真空断路器，包括组装在插进机构底盘车上的主机箱，组装在主机箱的弹簧操动机构采用模块化的真空断路器用小型化弹簧操动机构，采用小型化一次封排陶瓷的真空灭弧室与主导电回路完全绝缘在固封极柱内，并横向排列在主机箱的后铡支架上，固封极柱内的主导电回路中设置电子式电流互感器与组装在主机箱内的微机综合保护测量装置通过接口连接。其部件设计集成化、模块化、通用化，从而简化制造工艺，其结构紧凑，传动效率高，整机占用空间小，便于安装、维修，插进机构底盘车动作行程定位可靠，有效地保持触头的插入深度，使柜体不变形，延长使用寿命，显著提高产品质量和使用性能，增加外观美感，有利于实现综合测量保护的智能化控制。

Description

中置移开式真空断路器

技术领域

本发明涉及一种户内高压交流真空断路器，特别是一种适用于12Kv～24Kv，50Hz三相交流电网中的小型中置移开式真空断路器。该真空断路器提供了新一代高可靠性的真空断路器，它的制造遵循与GB、DL及IEC等相关出版物一致的标准和规范。、

背景技术

目前，随着电力市场的发展和高压开关技术的进步，真空断路器的结构从固定式逐渐发展为落地手车式。这种真空断路器检修时，需拆出来进行，检修时间长，严重地降低了供电的连续性和可靠性。另外，其一部位的内部电弧故障，往往会波及到别的部位甚至相邻的真空断路器，形成“火烧连城”的大事故。于是，为实现小型化，笨重的落地手车式结构不久就被中置式结构所取代。国内生产的真空断路器受其结构影响外型尺寸较大、空气和复合绝缘较多、传动机构稳定性较差，有些断路器的合闸弹跳大，可高达2ms，分闸反弹幅值也大，可高达额定开距的30％以上，断路器技术指标低，尤其存在机械联锁不完善等问题。国外生产的真空断路器虽然技术指标较高，但其制造工艺复杂，部件种类较多，体积大，成本高，价格十分昂贵，安装、维护难度较大。

因此，为满足电力市场的需求、科技人员加快了对一些技术参数高、寿命长、体积小、性能可靠的真空断路器的研究和普及。如专利公告号为CN2717000Y的“中置式真空断路器”、公告号为CN2857286Y的“中压交流金属铠装移开式开关柜中置式真空断路器底盘车”、公告号为CN2854876Y的“中置式真空断路器底盘车的电动操作模块”、公告号为CN2851710Y的“中置式真空断路器底盘车电动模块的特种器”等专利文献中都公开了中置移开式真空断路器。这些真空断路器有两个关键部件：其一是真空灭弧室，初期它的带电部分完全裸露在空气里，其绝缘水平就会随着空气中的湿度、灰尘波动，或在运输过程中不小心被机械地碰坏，有时昆虫会跑进去，绝缘水平相当不可靠。后期把高压带电部分隔离起来，用套筒式环氧树脂，把真空灭弧室保护起来，绝缘水平有一定提高，但这套筒没有完全把高压带电部分(一次回路)包起来，里面还会受灰尘、昆虫以及湿度的影响等。近期把真空灭弧室和一次回路部分整个包起来了，进行绝缘固封，使绝缘水平有了很大提高。但是这种真空灭弧室的绝缘固封，灭弧室必须要求小型化才行，因电阻越小就越不容易发热，就会防止极柱的软化。其二是操动机构。，一般有两种结构型式：一种为整体式配套用的专门操动机构，它是一种机构配一种断路器，比较单一，其给生产制作批量化和产品通用化带来了很大的不便；另一种为分体式配用的机构，其机构体积较大，不够紧凑，有的部件结构为焊接件，加工精度相对较差，使用前大多数需要进行二次调整。上述两种型式的弹簧操动机构，二者之间不能通用。现有国内、外同类真空断路器的弹簧操动机构的行程都较小，不具备机械联锁功能。

现有真空断路器的上述关键部件由于制造工艺较为复杂，安装、维修难度较大，价格较昂贵。致使真空断路器存在体积大、机械传动效率低、可靠性差等缺陷，满足不了对真空断路器的体积小型化、元件通用化、性能稳定化、维修简单化、制造成本经济化的要求，完成断路器分、断的操作无法达到预期理想效果。

本发明人曾针对现有真空断路器关键部件存在的上述缺陷，设计出专利公告号为CN100380553C的一种“真空断路器用小型化弹簧操动机构”，该装置包括主机箱和组装其上的储能电机组件、行程开关组件、辅助开关、两端置有储能拐臂的储能凸轮组件及挂在拐臂上的合闸储能弹簧、分合闸指示组件、分闸过流脱扣器、合闸脱扣器、传动连杆组件。其储能电机组件中采用交、直流两用储能一体化电机，在电机传动齿轮箱输出轴的箱内段上设置两组互逆蜗轮、齿轮超越离合器，蜗轮超越离合器的蜗轮与插接手柄的蜗杆啮合，齿轮超越离合器的齿轮与电机的驱动齿轮相啮合，在电机传动齿轮箱输出轴的箱外段上设置的小齿轮与组装在凸轮轴上的大齿轮相啮合，大齿轮的内周设置逆止飞轮，固定在凸轮轴上的飞轮体铰接有棘爪，并通过组装在飞轮体槽孔内的弹性顶销和铰接在右安装板上的抬起撞块控制棘爪嵌入或离开大齿轮内周的棘轮。由于该操动机构采用交、直流两用储能一体化电机，通过电机齿轮箱内的两组互逆超越离合器，所以既可实现电动储能，又能手动储能，互不影响。该装置可以正向安装又可反向安装，以满足各断路器不同的输入位置要求，与断路器匹配时可进行慢分、慢合，其输入力矩与输出力矩比值大，机械效率高。另外储能大齿轮采用内置逆止飞轮结构，当合闸储能弹簧过死点后，内置棘爪在棘爪抬起撞块的作用下从大齿轮内周的五齿棘轮的每一准确内齿处自动抬起，使输入大齿轮与储能凸轮轴脱离，缩短储能时间，有效的保护了电机和储能凸轮组件。其结构紧凑，体积小，减小整个断路器的体积，也便于安装、调试，储能结束后，储能大齿轮内的逆止飞轮的棘爪能自动抬起，部件间定位准确，运行安全可靠，通用性强，适应范围广，较好地满足了结构小型化、生产系列化的设计要求。同时有效地解决了其它弹簧操动机构在用于对储合压力要求很大的断路器时，脱扣器功不够，从而造成脱扣器烧毁、断路器拒分的难题。

但是迄今为止还未有一个是采用交、直流两用储能一体化电机驱动并同时实现手动储能与电动储能自动离合的小型化弹簧操动机构来控制具有绝缘固封结构的小型化真空灭弧室的真空断路器。

发明内容

本发明的目的是提供一种中置移开式真空断路器，它解决现有真空断路器存在的制造工艺复杂，部件种类多，可靠性差，体积大，安装、维修难度大等缺陷，其部件设计集成化、模块化、通用化，从而简化制造工艺，具有结构紧凑，减小整机占用空间，便于安装、维修的特点，插进机构底盘车动作行程定位可靠，有效地保持触头的插入深度，使柜体不变形，延长使用寿命，显著提高产品质量和使用性能，增加外观美感，有利于实现综合测量保护的智能化控制。

本发明所采用的技术方案是：该中置移开式真空断路器包括主机箱，组装在主机箱的辅助开关和模块化控制器、油压缓冲器、弹簧操动机构以及通过分闸弹簧、四连杆传动装置连接的真空灭弧室，其技术要点是：所述主机箱上部设置有二十四线航空插座，并将主机箱固定于插进机构底盘车上，弹簧操动机构采用交、直流两用储能一体化电机驱动并同时实现手动与电动自动离合的真空断路器用小型化弹簧操动机构，所述真空灭弧室采用小型化一次封排陶瓷灭弧室并和主导电回路完全绝缘在固封极柱内，所述真空灭弧室的活动触头通过软连接与所述主导电回路控制的触头压力簧及操作绝缘子相接，固定在所述操作绝缘子伸出端与所述四连杆传动装置的一端铰接，所述四连杆传动装置的另一端与所述小型化弹簧操动机构底部的输出摇臂铰接，所述固封极柱内的主导电回路中设置由罗氏线圈组成的电子式电流互感器，所述电子式电流互感器与组装在所述主机箱内的微机综合保护测量装置通过接口连接，所述小型化弹簧操动机构模块化后组装在所述主机箱的前端箱体内，所述固封极柱横向排列在所述主机箱的后铡支架上。

所述主机箱的前端箱体面板所在平面与横向排列在所述主机箱的后铡支架上的固封极柱的轴线所在平面相互平行排列设置。

本发明具有的优点及积极效果是：由于该真空断路器的关键部件弹簧操动机构采用本发明人的在先专利“真空断路器用小型化弹簧操动机构(公告号为CN100380553C)”，并将其模块化后组装在固定于插进机构底盘车上的主机箱的前端箱体内，实现手动储能与电动储能自动离合，从而简化制造工艺，它解决现有真空断路器存在的制造工艺复杂，部件种类多，机械传动效率低、可靠性差，体积大，安装、维修难度大等缺陷，使其结构紧凑，传动效率提高，明显减小整机占用空间，更加便于安装、维修；另一关键部件真空灭弧室采用一次封排陶瓷灭弧室并和设置微机综合保护测量装置及与该装置连接的由罗氏线圈组成的电子式电流互感器的主导电回路完全绝缘在固封极柱内，其部件设计集成化、模块化、通用化，能满足绝缘极柱本身的电气、机械要求。因其组装有主机箱的插进机构底盘车可手动和电动，互逆离合，插入或退出动作行程定位可靠，到位后摇进丝杠自动离合，能有效地保持触头的插入深度，使柜体不变形，延长使用寿命，显著提高真空断路器质量和使用性能，增加外观美感，也有利于实现综合测量保护的智能化控制。

采用手动与电动自动离合的小型化弹簧操动机构，使储能弹簧的能量通过凸轮传递给四连杆传动装置，通过该传动装置来控制绝缘在固封极柱内的小型化真空灭弧室的动触头，完成断路器分、断，达到了预期理想效果，明显改善我国电网运行质量和稳定性、确保电力设备和人身安全。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图。

图2是图1沿A-A线的剖视图。

图3是图1中的一种插进机构底盘车的俯视图。

图中序号说明：1 插进机构底盘车、2 真空断路器用小型化弹簧操作机构、3 主机箱、4 固封极柱、5 电子式电流互感器、6 触头压力簧及操作绝缘子、7 四连杆传动装置、8 辅助开关和模块化控制器、9 二十四线航空插座、10 分闸弹簧、11 油压缓冲器、12 输出摇臂、13 微机综合测量保护装置、14 插进机构横梁组件、15 电动进车电机主件、16 底盘车体、17 车轮组、18 锁扣锁板、19 电动手动丝杠组、20 导轨、21 接地联锁组、22 辅助开关组、23 离合器及链条传动组、24 丝杠联琐组。

具体实施方式

根据图1～3详细说明本发明的具体结构。该中置移开式真空断路器包括主机箱3、组装在主机箱3的辅助开关和模块化控制器8、油压缓冲器11、弹簧操动机构、四连杆传动装置7、真空灭弧室及其触头压力簧及操作绝缘子6等件。该装置的主机箱3上部设置有二十四线航空插座9，并将主机箱3固定在插进机构底盘车1上。插进机构底盘车1包括带有车轮组17的底盘车体16、组装在底盘车体16上的插进机构横梁组件14、电动进车电机主件15、锁扣锁板18、电动手动丝杠组19、导轨20、接地联锁组21、辅助开关组22、离合器及链条传动组23、丝杠联琐组24等件，其规格和形状应根据主机箱3的需要确定。由于该插进机构底盘车1采用先进的插进机构，解决了断路器分、断操动时插进机构在完成插入行程和退出行程到位后，控制其丝杠联琐组24的丝杠能自动离合，它有效地保持了触头的插入深度又使柜体不变型的问题，性能极其优异。该装置中的一个关键部件弹簧操动机构采用本发明人的在先专利“真空断路器用小型化弹簧操动机构2(专利公告号为CN100380553C)”将其模块化后组装在主机箱3的前端箱体内；另一个关键部件真空灭弧室采用小型化一次封排陶瓷灭弧室。真空灭弧室和主导电回路完全绝缘在固封极柱4内，固封极柱4纵向排列在主机箱3的后铡支架上。主机箱3的前端箱体面板所在平面与横向排列在主机箱3的后铡支架上固封极柱4的轴线所在平面相互平行排列设置。

其真空断路器用小型化弹簧操动机构2的具体结构已详细公开在2008年4月9日公告的专利说明书中。因其采用交、直流两用储能一体化电机，通过电机齿轮箱内的两组旋转方向相反的互逆超越离合器，既可实现电动储能，又能手动储能，故可以实现手动储能与电动储能自动离合，手动、电动互不影响。电机输出轴上的小齿轮与储能凸轮轴上的大齿轮直接啮合，结构紧凑，体积小，能减小整个断路器的体积，也便于安装、调试，从而有利于断路器的结构向体积小型化的方向发展。其合、分闸各具有电磁铁控制和手动按钮控制两种操作方式，且具有过流脱扣保护功能，操作电源为直流110V、220V，交流110V、220V，运行安全可靠。该装置可正向安装又可反向安装，以满足各断路器不同的输入位置要求，与断路器匹配时可进行慢分、慢合，其输入力矩与输出力矩比值大，机械效率高。当断路器对合闸功要求增大时，不需更改操动机构的主要零部件，只需根据实际需要更换合闸储能弹簧，加大合闸储能弹簧的合闸功便可满足断路器的使用要求，使断路器性能更加稳定，通用性强，适应范围更广。储能结束后，储能大齿轮内的逆止飞轮的棘爪能自动抬起，各部件间定位准确，运行安全可靠，出厂调试后不需再调整，能达到八年不检修的要求。储能大齿轮采用内置逆止飞轮结构，当合闸储能弹簧过死点后，内置棘爪在棘爪抬起撞块的作用下从大齿轮内周的五齿棘轮的每一准确内齿处自动抬起，使输入大齿轮与储能凸轮轴脱离，缩短储能时间，有效的保护了电机和储能凸轮组件。该操动机构采用优化设计的大凸轮和传动连杆组件，传动连杆组件与联锁机构连接，使合闸更可靠、脱扣力更小，特别适用于对储合压力要求很大的断路器。主导电回路与分闸电磁铁线圈电气回路之间采用通常技术实现电气联锁。小型化弹簧操动机构2和固封极柱4的传动机构之间也采用通常技术进行机械联锁。

其真空灭弧室采用一次封排陶瓷灭弧室，以真空作为灭弧和绝缘介质，灭弧室具有极高的真空度。当动、静触头在操动机构作用下带电分闸时，在触头间将会产生真空电弧。同时，由于触头的特殊结构促使真空电弧形成为扩散型，并使电弧均匀地分布在触头表面燃烧，维持低的电弧电压，在电流自然过零时，残留的离子、电子和金属蒸汽在微秒数量级的时间内就可复合或凝聚在触头表面和屏蔽罩上，灭弧室断口的介质绝缘强度很快被恢复，从而电弧被熄灭，达到分断能力，使真空断路器具有强而稳定的开断电流能力。

其真空灭弧室和主导电回路完全绝缘在固封极柱4内，不仅能增强抗爬电能力，大大的减少粉尘在一次封排陶瓷灭弧室的表面聚积，防止真空灭弧室受到外部因素的损坏，而且可以确保即使在湿热及严重污秽环境下，也可对电压效应呈现出高阻态。

真空灭弧室的活动触头通过软连接与主导电回路控制的触头压力簧及操作绝缘子6相接，固定在操作绝缘子伸出端与四连杆传动装置7的一端铰接，四连杆传动装置7的另一端与小型化弹簧操动机构2底部的输出摇臂12铰接。固封极柱4内的主导电回路中设置由罗氏线圈组成的电子式电流互感器5，电子式电流互感器5与组装在主机箱3内的微机综合保护测量装置13通过接口连接，具有自检测、自诊断、自处理功能，能准确测量电流、电压、频率等参数，准确计算功率，可灵活设置保护定值，并设有标准通讯接口，可以输出模拟信号或数字信号，通过光纤与通讯系统连接，实现远程控制。接口在产品出厂前就已调试完成，用户不再需要考虑两者的接口参数匹配，使用起来十分方便。固封极柱4横向排列在主机箱3的后铡支架上。

手动操作功能包括手动储能、手动合闸、手动分闸，其只能在断路器空载调试和检测时使用。手动储能：用专用储能手柄插入手动储能部位，顺时针转动储能到位，直至从储能指示观察窗中看到储能标记指向“已储能”。手动合闸：按断路器面板上的合闸按钮。合闸弹簧可以在断路器二次回路没有电源的特殊情况下使用。手动分闸：按断路器面板上的分闸按钮：可以在紧急需求的情况下提供给操作者直接对断路器进行分闸操作。

电动操作功能包括电动储能、电动合闸、电动分闸。电动储能：断路器处于工作状态后(不管断路器的主导电回路是否带电)，储能电机的电路就处于工作状态，电源接通储能电机会自动通电进行合闸弹簧的储能操作，合闸弹簧储能到位以后，断路器内部的储能位置开关会自动切断储能电机的电路。电动合闸：通过连接到断路器合闸回路中的电气触点(如电气按钮)的操作，接通断路器合闸电磁铁的线圈，完成合闸操作。电动分闸：可提供两种电动分闸方式：由独立电源供电的分闸电磁铁进行电动分闸和由过电流脱扣器进行电动分闸。由独立电源供电的分闸电磁铁进行电动分闸操作者可以通过连接断路器的由独立电源供电的分闸电磁铁钱圈的分闸回路中的电气触头(如电气按钮)的操作，接通断路器由独立电源供电的分闸电磁铁的线圈，完成分闸操作。

该装置对合闸弹跳及分闸反弹的解决办法是：通过优化选择触头压力簧的弹簧刚度确定触头压力、减小动端的运动质量、选择最佳的合闸速度及增加触头的作用时间、提高灭弧室对中性、加强机架的整体刚度等方法来解决合闸弹跳问题。凸轮是机构输出力矩的主要元件，为了提高机械效率，我们通过调整凸轮压力角及凸轮曲线解决了效率低的这一问题.通过合理设计油压缓冲器解决了分闸反弹问题。

该装置对小型化可靠性及绝缘问题的解决办法是：在选材方面，既要考虑保证零件的足够强度，又要考虑到常用易购的材料，且有一定的通用性，避免选材品种过多、过滥，使每个部件最小，从而达到整机小型化。导电部分通过复固体绝缘结构解决绝缘问题及整机小型化。

联锁断路器手车的联锁包括电气联锁和机械联锁。电气联锁断路器储能弹簧状态与合闸电磁铁线圈电气回路之间的联锁，实现当断路器储能弹簧没有拉伸到规定位置时，合闸电磁铁线圈电气回路不能接通的要求。断路器主回路状态与合闸电磁铁线圈电气回路之间的联锁，实现当断路器处于合闸状态时合闸电磁铁线圈不能通电的要求。断路器主回路状态与分闸电磁铁线圈电气回路之间的联锁，实现当断路器处于分闸状态时分闸电磁铁线圈不能通电的要求，实现当断路器在中间位置时，断路器的合闸电磁铁不能通电的要求。

机械联锁合闸不能进出车联锁断路器处于合闸状态，由于与合闸大轴相连的连杆机构阻挡底盘车上插销的运动，此时解锁手柄不能解锁，也不能打开进出车操作孔的挡板。只有断路器处于分闸状态时，才能解锁抬起车底盘上的插销。断路器手车在中间位置不能合闸的联锁手车在中间位置时，底盘车上的插销处于抬起状态，通过联锁扣住合闸半轴，手动合闸失灵。紧急分闸操作只要断路器处于合闸状态，故障情况下可以通过手动分闸按钮对断路器进行紧急分闸操作。

Claims (2)

1、一种中置移开式真空断路器，包括主机箱，组装在主机箱的辅助开关和模块化控制器、油压缓冲器、弹簧操动机构以及通过分闸弹簧、四连杆传动装置连接的真空灭弧室，其特征在于：主机箱上部设置有二十四线航空插座，并将主机箱固定在插进机构底盘车上，所述弹簧操动机构采用交、直流两用储能一体化电机驱动并同时实现手动与电动自动离合的真空断路器用小型化弹簧操动机构，所述真空灭弧室采用小型化一次封排陶瓷灭弧室并和主导电回路完全绝缘在固封极柱内，所述真空灭弧室的活动触头通过软连接与所述主导电回路控制的触头压力簧及操作绝缘子相接，固定在所述操作绝缘子伸出端与所述四连杆传动装置的一端铰接，所述四连杆传动装置的另一端与所述小型化弹簧操动机构底部的输出摇臂铰接，所述固封极柱内的主导电回路中设置由罗氏线圈组成的电子式电流互感器，所述电子式电流互感器与组装在所述主机箱内的微机综合保护测量装置通过接口连接，所述小型化弹簧操动机构模块化后组装在所述主机箱的前端箱体内，所述固封极柱横向排列在所述主机箱的后铡支架上。

2、根据权利要求1所述的固定侧装式真空断路器，其特征在于：所述主机箱的前端箱体面板所在平面与横向排列在所述主机箱的后铡支架上的固封极柱的轴线所在平面相互平行排列设置。

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