CN102368454A - 一种真空断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空断路器，由从上至下依次相叠的高压部件、绝缘支撑部件和低压控制部件组成；所述高压部件包括圆筒状灭弧室，灭弧室的中心同轴套装有真空管，真空管上下端分别设有静、动触头；所述绝缘支撑部件包括圆筒状带伞裙的支持绝缘子及长筒状带橡胶伞裙的绝缘推杆，支持绝缘子内部整体浇铸有增爬罩；所述低压控制部件由控制机构、电气部件和加热组件三部分组成，所述加热组件由加热电阻、温控器组成。本发明的真空断路器，在保证支持绝缘子内部电气间隙和爬电距离的前提下，有效降低了支持绝缘子的高度，同时在低压控制部件内增设加热组件，使得机车可以在-50℃的环境中正常工作，超过铁标要求(-40℃)。

Description

一种真空断路器

技术领域

本发明涉及一种高速电力机车中使用的高压开关设备，特别涉及保护机车安全运行的真空断路器。

背景技术

真空断路器是铁道电力机车及动车组上最重要的电器部件，它有两大作用：一是用来接通和分断机车或动车组的高压电路，是系统的电源控制开关；二是当机车或动车组发生故障时，迅速、安全、有效地切断总电源，保护操作人员的人身安全及设备安全。因此它具有控制和保护的双重功能。

随着铁路的飞速发展，铁路电力机车技术也日新月异，对机车最主要的保护电器—真空断路器的要求也越来越高，主要体现在以下几个几个方面：

1、随着铁路运量的增大，电力机车的功率越来越大，对机车断路器的开断容量要求也越来越高。

2、由于铁路机车线路上运行量的不断增多，铁路供电网容量要求增大，牵引供电系统电压波动也相应变大，因此对机车断路器的最高允许工作电压要求也随之提高。

3、铁路机车“长交路”（即运行距离长且交叉路多）运行的特点，使机车的日运用里程大大提高，断路器的动作次数也随之而增多，因此，对断路器的机械寿命要求也越来越高。

4、在某些特殊区域，如中国的华北、沿海等地，环境污染较严重，污秽程度很高，对机车断路器的耐污秽能力的要求也随之提高。

5、为满足日益增长的客流，铁道部大力发展高速电力机车，对断路器的开断容量、产品强度、对机车的保护能力有了更高的要求。

现有技术中的断路器一般结构为：直立式柱状体真空断路器，由从上至下依次相叠的高压部件、绝缘支撑部件、低压控制部件组成，高压部件的作用在于通过在真空管内使分别连接有高压电源的动静触头进行合闸或分闸并灭弧；灭弧室内填充绝缘材料为有机硅凝胶，其绝缘性不佳，且粘结力差。绝缘支撑部分的作用主要是使高压部分与低压控制部分绝缘并起支撑作用；其支持绝缘子的高度较大，且内部爬电距离一般只有380mm。低压控制部分是真空断路器的操作机构，一般采用气动控制方式，压缩空气通过调压后进入内部储风缸，通过对压缩空气的通、断控制实现对传动气缸的动作控制，从而实现对产品的闭合、开断的操作控制。它的设计参数一般为：最高工作电压30KV，开断容量360MVA，机械寿命为20万次，耐污等级仅达III级，这些参数并未达到与上述工况下运行的机车相匹配的指标要求，机车运行中断路器故障率高，极易发生内部绝缘击穿、外部污秽闪络、拒分拒合、开断不良等多种故障，对机车安全可靠运行带来很大影响。同时该真空断路器中各部件的工作温度下限为-40℃，在更低温度下环境中无法正常工作。

发明内容

本发明解决了现有技术中的真空断路器存在的灭弧室内绝缘性不佳、粘接力差、支持绝缘子高度较大、爬电距离小且无法在温度低于-40℃时无法正常工作的技术问题。

本发明提供了一种真空断路器，所述真空断路器为直立式柱状体，由从上至下依次相叠的高压部件、绝缘支撑部件和低压控制部件组成；

所述高压部件包括圆筒状灭弧室，灭弧室的中心同轴套装有真空管，真空管上下端分别设有静、动触头，真空管外表面套有圆筒状带伞裙的环氧树脂绝缘子，环氧树脂绝缘子与真空管之间填充有绝缘胶；

所述绝缘支撑部件包括圆筒状带伞裙的支持绝缘子及长筒状带橡胶伞裙的绝缘推杆，绝缘推杆同轴套装于支持绝缘子中心，支持绝缘子内部整体浇铸有增爬罩；

所述低压控制部件由控制机构、电气部件和加热组件两部分组成，其中所述控制机构的由传动气缸、电磁阀、储风缸、调压阀、快排阀组成，所述电气部分由电磁阀线圈、微动开关、控制连接器组成，所述加热组件由加热电阻、温控器组成。

作为本发明的进一步改进，所述动触头下端设置有使静、动触头处于常分状态的弹簧机构；所述弹簧机构为一体三柱式弹簧机构，它由合闸弹簧、与弹簧相抵的压板组件、具有包容合闸弹簧的圆柱形内腔并与动触头相连接的连接座、与连接座相配合的弹簧盖组成；所述压板组件、弹簧盖及合闸弹簧同轴安装，所述连接座内设置有与真空管中心同轴的凸台。

作为本发明的进一步改进，所述弹簧盖内设有由吸能橡胶制成的缓冲垫。

作为本发明的进一步改进，所述环氧树脂绝缘子与真空管之间填充的绝缘胶为硅橡胶。

作为本发明的进一步改进，所述支持绝缘子的金属法兰外表面由硅橡胶层包覆。

作为本发明的进一步改进，所述环氧树脂绝缘子和/或支持绝缘子伞裙为大小伞结构。

作为本发明的进一步改进，所述控制机构、电气部件与加热组件整合组装成气路集成控制系统并安装于气缸基座上。

作为本发明的进一步改进，所述加热电阻位于储风缸与传动气缸之间，温控器捆绑于电池阀上。

本发明提供的真空断路器，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明提供的真空断路器中，通过在环氧树脂绝缘子与真空管之间填充绝缘胶，在保证具有较好粘接力的前提下，同时有效提高灭弧室内的绝缘性。

2、本发明提供的真空断路器中，在支持绝缘子内部通过整体浇铸集成爬电罩，在保证支持绝缘子内部电气间隙和爬电距离的前提下，有效降低了支持绝缘子的高度。

3、本发明提供的真空断路器中，通过在低压控制部件内增设加热组件，断路器工作时，通过温控自动检测内部温度，当内部温度低于0℃时，启动加热电阻进行加热，内部温度高于5℃时自动关闭，能有效保证内部温度；在温度低于-40℃时亦能通过加热组件自动加热，因此本发明的真空断路器低于-40℃的温度下仍能正常工作，超过铁标要求。

附图说明

图1为本发明提供的真空断路器的总体结构示意图。

图2为本发明提供的真空断路器的剖视图。

图3为本发明提供的真空断路器中高压部件的结构示意图。

图4为本发明提供的真空断路器中绝缘支撑部件的结构示意图。

图5为本发明提供的真空断路器中低压控制部件的结构示意图。

其中，1——高压部件，2——绝缘支撑部件，3——低压控制部件组件，4——真空管，5——环氧树脂绝缘子，6——硅橡胶，7——压板组件，8——弹簧盖，9——缓冲垫，10——合闸弹簧，11——连接座，12——支持绝缘子，13——绝缘推杆，14——增爬罩，15——传动气缸，16——电磁阀，17——储风缸，18——调压阀，19——快排阀，20——电磁阀线圈，21——微动开关，22——控制连接器，23——气路集成控制系统，24——加热电阻。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种真空断路器，如图1所示，所述真空断路器为直立式柱状体，由从上至下依次相叠的高压部件1、绝缘支撑部件2和低压控制部件3组成。

如图2或图3所示，所述高压部件1包括圆筒状灭弧室，灭弧室的中心同轴套装有真空管4，真空管4上下端分别设有静、动触头，真空管外表面套有圆筒状带伞裙的环氧树脂绝缘子5，环氧树脂绝缘子5与真空管4之间填充有绝缘胶。如图3所示，所述绝缘胶为硅橡胶6。

具体地，如图3所示，所述动触头下端设置有使静、动触头处于常分状态的弹簧机构。所述弹簧机构为一体三柱式弹簧机构，它由合闸弹簧10、与弹簧相抵的压板组件7、具有包容合闸弹簧10的圆柱形内腔并与动触头相连接的连接座11、与连接座11相配合的弹簧盖8组成。如图2或图3所示，压板组件7、弹簧盖8及合闸弹簧10同轴安装，连接座11内设置有与真空管4中心同轴的凸台。

所述弹簧盖8内设有由吸能橡胶制成的缓冲垫9。

如图2或图4所示，所述绝缘支撑部件2包括圆筒状带伞裙的支持绝缘子12及长筒状带橡胶伞裙的绝缘推杆13，绝缘推杆13同轴套装于支持绝缘子12中心，支持绝缘子12内部整体浇铸有增爬罩14。通过增爬罩14的设置，能有效增加内爬电距离。

所述支持绝缘子12的金属法兰外表面由硅橡胶层包覆。

本发明中，所述环氧树脂绝缘子5和/或支持绝缘子12伞裙为大小伞结构。通过大小伞结构的设计，在保证外爬电的基础上能有效降低绝缘子的高度。

如图5所示，所述低压控制部件3由控制机构、电气部件和加热组件两部分组成。其中，所述控制机构的由传动气缸15、电磁阀16、储风缸17、调压阀18、快排阀19组成，所述电气部分由电磁阀线圈20、微动开关21、控制连接器22组成，所述加热组件由加热电阻24、温控器组成。所述控制机构、电气部件与加热组件整合组装成气路集成控制系统23并安装于气缸基座上。

如图4所示，所述加热电阻24位于储风缸17与传动气缸15之间，温控器位于绑定于电磁阀16上（附图中未示出）。

本发明的工作过程是：

机车气源管路连接到调压阀18上，气体气压通过调压阀18整定到700KPa进入储风缸17，一路气源通到电磁阀16的进气口。机车的控制电源接到控制连接器22上，机车上的合闸指令传到电磁阀16上，电磁阀16得电导通气源，气源通过快排阀19进入到传动气缸15。传动气缸15内活塞受压向上推移，通过绝缘推杆13实现力的传递，推动灭弧室的机构，使真空管4的动触头移动与静触头接触，实现了真空断路器的合闸过程。

当机车给出分闸指令，电磁阀16失电关闭气源，快排阀19因气压差动作，传动气缸15内的压缩空气通过快排阀19排出，真空管4动触头受合闸弹簧10的作用，向下动作，使真空管4内动、静触头分离，实现了真空断路器的分闸过程。

本发明的真空断路器工作时，通过温控器检测内部温度，当内部温度低于0℃时，启动加热电阻24进行加热，内部温度高于5℃时自动关闭，保证内部温度。本发明中，通过增设加热组件，使得机车可以在-50℃的环境中正常工作，超过铁标要求(-40℃)。

本发明还具有以下优点：

1、高压部件1中采用环氧树脂绝缘子5，内嵌法兰盘的形式，大幅提高了绝缘子伞裙的强度，以适应高速车顶恶劣的环境条件，同时还具有优良的疏水性、抗电痕能力、耐腐蚀性及耐高温的性能，从而降低闪络和放电的可能性，增加产品的可靠性及寿命。

2、本发明采用集成控制气路，减少了管接头的数量及漏气的可能性，实现了压缩空气充气、排气速度的无级调整，提高了产品性能，同时提高了响应速度。分闸速度的提高增大了真空主断的高灭弧能力即增大了开断容量，达到660MVA，大大超过现有技术中同类产品所能达到的600MVA。产品性能的提高，使允许工作电压达到33kV，目前电网波动的最高值达31.5kV；填补了现有技术中产品的最高允许电压为30 kV的不足。

综上所述，本发明提供的真空断路器通过提高绝缘子强度、外罩强度来适应高速车车顶的外部环境，通过降低高度，减少体积来提高产品的适用性，提高了外观质量，维修清理起来也更加容易；同时提高产品的开断性能，达到660MVA，固有分闸时间小于60ms，响应速度快，可以更好的对机车设备及人身安全进行保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种真空断路器，其特征在于，所述真空断路器为直立式柱状体，由从上至下依次相叠的高压部件、绝缘支撑部件和低压控制部件组成；

所述高压部件包括圆筒状灭弧室，灭弧室的中心同轴套装有真空管，真空管上下端分别设有静、动触头，真空管外表面套有圆筒状带伞裙的环氧树脂绝缘子，环氧树脂绝缘子与真空管之间填充有绝缘胶；所述绝缘支撑部件包括圆筒状带伞裙的支持绝缘子及长筒状带橡胶伞裙的绝缘推杆，绝缘推杆同轴套装于支持绝缘子中心，支持绝缘子内部整体浇铸有增爬罩；所述低压控制部件由控制机构、电气部件和加热组件三部分组成，其中所述控制机构的由传动气缸、电磁阀、储风缸、调压阀、快排阀组成，所述电气部分由电磁阀线圈、微动开关、控制连接器组成，所述加热组件由加热电阻、温控器组成。

2.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于，所述动触头下端设置有使静、动触头处于常分状态的弹簧机构；所述弹簧机构为一体三柱式弹簧机构由合闸弹簧、与弹簧相抵的压板组件、具有包容合闸弹簧的圆柱形内腔并与动触头相连接的连接座、与连接座相配合的弹簧盖组成；所述压板组件、弹簧盖及合闸弹簧同轴安装，所述连接座内设置有与真空管中心同轴的凸台。

3.根据权利要求2所述的真空断路器，其特征在于，所述弹簧盖内设有由吸能橡胶制成的缓冲垫。

4.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于，所述环氧树脂绝缘子与真空管之间填充的绝缘胶为硅橡胶。

5.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于，所述支持绝缘子的金属法兰外表面由硅橡胶层包覆。

6.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于，所述环氧树脂绝缘子和/或支持绝缘子伞裙为大小伞结构。

7.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于，所述控制机构、电气部件与加热组件整合组装成气路集成控制系统并安装于气缸基座上。

8.根据权利要求1或7所述的真空断路器，其特征在于，所述加热电阻位于储风缸与传动气缸之间，温控器捆绑于电池阀上。

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