CN104246945A - 用于驱动断路器的触点的包括扭杆的装置 - Google Patents

Abstract

断路器包括固定触点和可动触点、驱动可动触点的刚性驱动轴(8)、用于驱动所述可动触点的弹性构件以及用于驱动所述驱动轴的扭杆(2)，所述扭杆(2)能够被扭转以便在断开所述断路器的触点的初始阶段期间助力所述弹性构件。所述扭杆(2)被容纳在所述驱动轴(8)的内部。所述扭杆(2)的第一端部(4)可旋转地连接到环(10)，并且所述扭杆(2)的第二端部(6)可旋转地连接到所述驱动轴(8)。

Description

用于驱动断路器的触点的包括扭杆的装置

技术领域

本发明涉及一种用于驱动高压或中压断路器的触点的致动器装置。

背景技术

断路器包括固定触点和可动触点，并且致动器装置包括驱动可动触点的刚性驱动轴、用于驱动可动触点的弹性构件以及用于驱动所述驱动轴的扭杆，扭杆适于扭转地变形，以便在断开所述断路器的触点时的初始阶段期间助力弹性构件。

布置在气体绝缘变电站中的断路器装有致动器装置。致动器装置传送所需的能量和扭矩，以断开和闭合断路器的可动触点。断路器利用了液压致动器机构或气动致动器机构中的一个或甚至利用了弹簧机构。本发明涉及弹簧机构。

优选地，本发明已被开发用于使用在气体绝缘开关中。然而，本发明的应用不限于气体绝缘断路器。本发明还可被应用于空气绝缘断路器，例如“死槽”或“活槽”类型的断路器。此外，本发明同样应用于供室内使用的开关和供室外使用的开关。

文献GB 897 370描述了使用了第一弹簧和扭力弹簧的组合的弹簧致动器机构。该弹簧致动器机构具有连接到弹簧、连接到空行程耦合机构和触点的曲轴。扭力弹簧通过连接杆、通过曲轴和斜角大齿轮的销并且通过空行程耦合机构来被连接到曲轴上。

当扭力弹簧放松时，扭力弹簧闭合触点并且对弹簧加载。为了便于断开触点，空行程耦合机构机械地将第一弹簧与扭力弹簧解耦。曲轴于是能够断开触点，而不将运动传递给扭力弹簧。换句话说，该装置具有两个单独的用于断开触点和用于闭合触点的弹簧。所述弹簧中的一个弹簧有助于断开触点的操作，而另一弹簧传送所需的用于闭合触点的能量。换句话说，两个弹簧不会一起作用以致动可动触点。因此，在该文献中描述的装置没有描述用于根据断路器的触点之间的距离而优化曲线绘制能量或扭矩的组合弹簧。此外，该文献中示出的扭力弹簧为螺旋弹簧。该类型的弹簧从紧凑视角方面来说不是最优的，因为该弹簧具有与曲轴和空行程耦合机构分离的壳体。扭力弹簧利用两个斜角大齿轮被机械地连接到空行程耦合机构上。换句话说，该装置具有大量的零件。从技术视角来看，制造该装置很复杂。

从GB 696 142还可知一种装置，其中，钢制扭杆有助于分离断路器内部的触点。在该装置中，扭杆在断开操作的开始时施加其最大的扭矩。所描述的装置具有两个扭杆，两个扭杆相对于弹性扭力控制杆被对称地布置。控制杆被用于装载并卸载钢制扭杆并且控制杆被布置在两个触点提升控制杆之间。在断开操作的初始部分，钢制扭杆经由触点提升控制杆来施加附加扭矩。因此，钢制扭杆将可动触点与断路器分离。

每个扭杆都被扭力管同轴地包围。扭杆和扭力管可利用扭力弹簧控制杆而被扭转地弹性变形。为此，防止每个扭力管相对于扭力弹簧控制杆转动。此外，防止每个扭杆在其远端相对于其包围的扭力管而转动。

当扭杆置于扭力弹簧控制杆的张力下时，扭杆在其远端处充当将部分扭矩传递给扭力管。因此，扭力弹簧在其远端和支撑元件处被置于张力下，防止扭力弹簧相对于支撑元件转动。该装置具有两个扭杆和两个扭力管。因此，该装置具有大量部件，从而减小了其可靠性。可靠性在弹簧致动器装置中至关重要。每个附加部件代表故障的附加风险。

此外，扭力管和扭杆充当复合的扭力弹簧。需要防止弹簧在三个位置处转动：

必须防止扭力弹簧相对于支撑元件转动；

防止每个扭杆在其远端处相对于扭力管而转动；以及

最后，防止每个扭杆相对于扭力弹簧控制杆转动。

存在两个复合的扭力弹簧装置，这意味着，存在需要防止受到扭转张力的元件之间的转动的六个位置。考虑到那些六个元件中的每一个元件可能故障，故障的风险很高。

充当制动器的空行程元件还从JP 10 241510中可知。旋转柱体被环形圆筒包围。环形圆筒沿其外圆周具有多个孔口。循环的弓形的间隙被设置在环形圆筒的内部。所述间隙采用扇形的形状。安装在旋转柱体的外部的活塞穿透至循环弓形的间隙中。孔口便于将流体流从循环的弓形形状的间隙排到环形圆筒的外部。

当旋转柱体逆时针转动时，活塞从旋转的弓形形状的间隙经由孔口将流体排出。孔口具有校准直径，使得从循环的弓形的形状的间隙排出的流体流受到限制。因此，活塞和旋转体可以在不超过限制速度的情况下移动，使得装置充当制动器。该装置需要用于接纳工作流体的容器。此外，装置充当制动器的事实放置了在断路器的固定触点和可动触点之间达到最大速度。

发明内容

本发明解决了在开发用于驱动二次循环断路器的触点的致动器装置中存在的问题。在60赫兹(Hz)下操作的网络中的高压断路器通常需要清除二次循环内的故障，使得其断开时间必须被限于33.3毫秒(ms)。为了充分地清除60Hz的故障，必须最大化断路器的内部的触点的相对速度。

更准确地，在触点分离的时刻处的断路器的内部的触点之间的相对速度对于压制在触点之间出现的电弧是重要的。因此，本发明的目标在于在触点分离的时刻优化固定触点和可动触点之间的相对速度。

本发明的另一目标在于提供一种用于驱动触点的致动器装置，所述致动器装置使存储在其弹簧中的能量的量最小化。换句话说，针对断路器的固定触点和可动触点的所有的相对位置的能量和扭矩应当尽可能地接近理想曲线。用于相对于触点之间的距离的能量的这种曲线的最佳效果由压制电弧的对象来确定。

根据另一特征，致动器装置必须是紧凑的。因此，本发明基于的另一问题是提出尺寸最小化的致动器装置的问题。

根据本发明，这些目标由以下事实实现：扭杆被容纳在驱动轴的内部，扭杆的第一端部被迫使随环转动，扭杆的第二端部被迫使随所述驱动轴转动，并且存在有唯一一个驱动轴和唯一一个扭杆。

利用这些特征，所述装置仅具有一个扭杆(和文献GB 696 142中描述的装置不同)。因此，减少了零件的数量，并且因此减小了系统的复杂度。此外，防止扭杆在其端部中的每一个端部处转动，其端部相当于防止转动的两个连接件(与文献GB 696 142中描述的六个这种连接件相比)。此外，考虑到扭杆被容纳在所述驱动轴的内部，减小了所述装置的物理尺寸。因此，获得了紧凑的致动器装置。优选地，弹性构件由至少一个螺旋弹簧构成。

有利地，所述致动器装置包括空行程元件，所述空行程元件由两个抵接元件并且由所述环、彼此成角度地间隔开并且固定到所述环的两个活塞构成，所述活塞适于在轴转动期间抵靠抵接元件。

在特殊实施例中，本发明的致动器装置包括控制杆，所述控制杆适于在链条上施加牵引力，从而压缩所述螺旋弹簧。

附图说明

根据阅读利用示例给出的实施例的以下说明并且参考附图，本发明的其它特征和优点进一步出现。在附图中：

图1为示出了根据本发明的用于驱动断路器的触点的致动器装置的局部剖开的透视图；

图2为从另一角度示出了如图1所示的用于驱动断路器的触点的装置的透视图；以及

图3为根据驱动轴的角位置示出触点驱动扭矩的曲线图。

具体实施方式

图1示出了用于驱动高压或中压断路器的触点的致动器装置。所述致动器装置包括扭杆2。扭杆2具有较小直径的中心部分和较大直径的第一端部4和第二端部6。扭杆2被容纳在驱动轴8的内部。扭杆2的第二端部6例如通过凹槽或齿防止相对于驱动轴8旋转。可使用用于防止旋转的其它构件，例如键或销。在扭杆2的第一端部4处，扭杆被防止相对于环10旋转。

扭杆2和驱动轴8相对于绘制为点划线的轴线12是同轴的。

扭杆的第一端部4与扭杆的中心部分一起能够在驱动轴8的内部转动。扭杆2能够扭转地变形。与此相反，驱动轴8为刚性的。驱动轴不能够扭转地变形。然而，驱动轴可绕其纵向轴线12转动。

在扭杆2的第一端部4处，扭杆和驱动轴8之间的间隙被减小到最小。这种布置的目的在于防止扭杆的第一端部4沿垂直于驱动轴8的旋转轴线12的方向的任何运动。换句话说，扭杆的第一端部4仅能够绕旋转轴线12转动。

图2示出了空行程元件。空行程元件由两个止挡元件14和16和具有两个活塞18和20的环10组成。优选地，活塞18和20被制造为与环10成整体。抵接元件14和16与活塞18和20一起关于旋转轴线12对称地布置。根据本发明，环10被迫使随扭杆2的第一端部4旋转。因此，活塞18和20也被迫使相对于扭杆2旋转。活塞18和20和环10沿顺时针方向或沿逆时针方向的旋转通过抵接元件14和16的抵接被限制。抵接元件14和16被刚性地连接到用于驱动触点的装置的壳体上并且抵接元件14和16不发生运动。当活塞18和20处于图2示出的位置时，活塞18和20的径向表面开始与抵接元件14和16的径向表面接触。

再次参考图1，附图标记22表示控制杆。所述控制杆以非枢转方式被连接到驱动轴8上。当控制杆22转动时，驱动轴8和扭杆2的第二端部6沿相同的方向转动。两个轴承24(例如，滚珠轴承)便于以上组件相对于致动器装置的壳体的转动运动。

现在参考图2，致动器装置包括具有弹簧的壳体26。弹簧的一个端部被紧固到杆28上。杆28的另一个端部被紧固到链条30上。链条30越过能够旋转运动的两个轮32和34。链条的另一端部(即没有紧固到杆28上并且提供有附图标记36的端部)被紧固到附件38上。

图2中示出的活塞18和20相对于抵接元件14和16的位置表示扭杆2和容纳在壳体26中的螺旋弹簧都没有被加载。为了对扭杆2和容纳在壳体26中的螺旋弹簧加载，控制杆22和驱动轴8逆时针转动。控制杆22向右拉动链条30的顶端(图2)，由此压缩容纳在壳体26中的螺旋弹簧。

同时，活塞18和20逆时针转动。活塞继续转动，直到其径向表面开始与抵接元件14和16接触。一旦活塞18和20已经到达其最终位置，活塞18和20不再能够继续转动。然而，控制杆22和驱动轴8继续沿逆时针方向转动。扭杆2的第一端部4于是通过活塞18和20与抵接元件14和16之间的接合被阻挡。

因此，扭杆2的第二端部6沿顺时针方向的继续转动用于使扭杆2扭转地变形。换句话说，扭杆2被加载。当活塞18和20开始与抵接元件14和16接触时，控制杆通常继续转动10°到40°的角度，直到扭杆被完全加载。

需要放松扭杆2和容纳在壳体26中的螺旋弹簧，以便使致动器机构驱动断路器的可动触点。当放松发生时，控制杆22顺时针转动。只要活塞18和20与抵接元件14和16接触，扭杆2就会向驱动轴8施加附加扭矩。在转动经过10°到40°范围的角度时，这些活塞18和20不再与抵接元件14和16接触。扭杆2不再驱动驱动轴8。仅容纳在壳体26中的螺旋弹簧继续传送扭矩。

图3根据驱动轴的角位置绘出了扭矩图。曲线40表示来自扭杆2的附加扭矩。如图3所示，扭杆针对驱动轴的0°到20°的范围的角位置传送附加扭矩。该范围覆盖了驱动轴8在断路器的内部的触点被加速期间的角位置。因此，本发明解决了以下问题：如上文说明的，在当触点分离时的瞬间优化断路器的触点之间的相对速度。在所示的示例中，扭杆2针对驱动轴8的超过20°的角位置不传送任何附加扭矩。

曲线42示出了由容纳在壳体26中的螺旋弹簧本身传送的扭矩。和由扭杆传送的扭矩不同，容纳在壳体26中的螺旋弹簧传送覆盖驱动轴8的角位置的完整范围的扭矩。换句话说，根据驱动轴8的角位置示出由容纳在壳体26中的螺旋弹簧传送的扭矩的曲线为覆盖0°到60°的范围的连续的曲线。曲线44示出了来自容纳在壳体26中的螺旋弹簧和扭杆2的作用的总和。由于由扭杆2传送的力，曲线针对0°到20°的范围的角位置呈现了比针对超过20°的角位置所呈现的更大的斜率。总扭矩接近用于根据断路器的触点之间的距离的扭矩最佳曲线。曲线42的底部部分叠加在曲线44之上，使得曲线42和曲线44不能在图3中区分。

因此，本发明提供了一种用于驱动高压或中压断路器的触点的致动器装置，致动器装置呈现改进的效能。扭杆2仅在断开操作开始时传送附加扭矩，并且由容纳在壳体26的内部的螺旋弹簧传送的扭矩可因此较小。因此，与没有包括扭杆的情况相比，存储在致动器装置中的总能量可被减小差不多50％。

Claims (4)

1.一种致动器装置，其用于致动具有至少一个可动触点的高压或中压断路器的触点，所述装置包括驱动所述可动触点的刚性驱动轴(8)、用于驱动所述可动触点的弹性构件和用于驱动所述驱动轴的扭杆(2)，所述扭杆适于扭转地变形，以便在断开所述断路器的触点时的初始阶段期间助力所述弹性构件，所述装置的特征在于，所述扭杆(2)被容纳在所述驱动轴(8)的内部，所述扭杆(2)的第一端部被迫使随环(10)转动，所述扭杆(2)的第二端部(6)被迫使随所述驱动轴(8)转动，并且存在有唯一一个驱动轴(8)和唯一一个扭杆(2)。

2.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述弹性构件由至少一个螺旋弹簧构成。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的致动器装置，其特征在于，所述致动器装置包括空行程元件，所述空行程元件由两个抵接元件(14，16)并且由所述环(10)、彼此成角度地间隔开并且固定到所述环(10)的两个活塞(18，20)构成，所述活塞(18，20)适于在所述驱动轴(8)转动期间抵靠所述抵接元件(14，16)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器装置，其特征在于，所述致动器装置包括控制杆(22)，所述控制杆(22)适于在链条(30)上施加牵引力，从而压缩所述螺旋弹簧。