CN109166747B - 一种直流负荷开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流负荷开关，包括框架、操作机构、触头机构和灭弧机构，触头机构包括动触头组件和静触头组件，动触头组件通过连杆与操作机构传动连接，灭弧机构包括灭弧室和磁吹组件，灭弧室底部两侧分别具有第一引弧角和第二引弧角，第一引弧角与静触头组件相连通，第二引弧角位于动触头组件上方，磁吹组件设置在灭弧室底部外侧，磁吹组件一端与动触头组件相连，另一端与第二引弧角相连通。该发明分断容量较大、接通和耐受短路电流能力强、体积小、方便操作和维护，且开关分断时电弧能从触头快速跳转进入灭弧室拉长熄灭，同时磁吹线圈的设计产生有利于电弧进入灭弧室的磁场力，增强了开关的分断能力。

Description

一种直流负荷开关

技术领域

本发明属于直流开关电器技术领域，具体涉及一种直流负荷开关。

背景技术

在城市轨道交通直流牵引供电系统中，为了实现大双边供电不停电倒闸，需要一种分断容量较大、接通和耐受短路电流能力强、体积小、方便操作和维护的直流负荷开关；任何一路馈出开关故障退出、或牵引变电所检修解列，都可以快速闭合该直流负荷开关实现大双边供电，可以为运行中电力调度操作带来极大的便利和快捷，从根本上解决因停电倒闸作业带来列车暂停运营的问题。

目前，国内外地铁有在试行采用电力电子器件并联在纵联电动隔离开关两侧的方式，实现不停电倒闸，但该方式存在分断容量小，需要联锁控制其动作时序，可靠性较差的问题；也有将纵联电动隔离开关换成直流快速断路器实现无联锁倒闸作业的方式，但其体积大、安装复杂、成本较高，同时直流快速断路器存在隔离开距小、无应急手动操作等缺点，因此均未得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种分断容量较大、接通和耐受短路电流能力强、体积小、方便操作和维护的直流负荷开关。

本发明的技术方案是提供一种直流负荷开关，包括框架、操作机构、触头机构和灭弧机构，所述操作机构固定连接在框架一侧，所述触头机构设置在框架内，所述灭弧机构连接在框架上方，所述触头机构包括动触头组件以及与动触头组件相配合的静触头组件，所述动触头组件通过连杆与所述操作机构传动连接，所述灭弧机构包括灭弧室和磁吹组件，所述灭弧室底部两侧分别具有第一引弧角和第二引弧角，所述第一引弧角与所述静触头组件相连通，所述第二引弧角位于所述动触头组件上方，所述磁吹组件设置在所述灭弧室底部外侧，磁吹组件一端与所述动触头组件相连，另一端与所述第二引弧角相连通。

进一步的，所述框架由主框架和盖板相对拼装而成，所述操作机构连接在主框架一侧，所述动触头组件设置在主框架内，所述静触头组件设置在盖板内，且所述主框架和盖板均采用不饱和聚酯材料整体模压成型。

进一步的，所述操作机构包括电操组件、辅助开关、弹簧储能组件和输出转轴，所述电操组件与弹簧储能组件连接，所述弹簧储能组件通过辅助开关与输出转轴连接，所述连杆端部连接在所述输出转轴上。

进一步的，所述操作机构还包括手操组件，所述手操组件与所述弹簧储能组件连接。

进一步的，所述动触头组件包括下母排、转架以及由多片动触头板并联而成的动触头，所述转架与所述连杆连接，所述动触头安装在转架上，动触头底部与所述下母排相连，所述动触头的上端设有动主触头，动主触头的上端中间设有动弧触头，动弧触头上连接有动弧触头弹簧，所述磁吹组件通过软连接与所述下母排相连。

进一步的，所述静触头组件包括上母排、静弧触头基座和静触头，所述静弧触头基座设置在上母排上，所述静触头分为静主触头和静弧触头，所述静主触头设置在上母排上，所述静弧触头设置在静弧触头基座上，且静弧触头与静弧触头基座之间设置有静弧触头弹簧，所述第一引弧角通过静弧触头基座上弹片夹持与所述静弧触头相连通。

进一步的，所述灭弧室为方形金属栅片串联结构弧室，且其底部具有V形收口。

进一步的，所述第二引弧角下部呈圆弧梯形。

进一步的，所述磁吹组件包括磁吹线圈、磁吹铁芯和导磁夹板，所述磁吹线圈旋绕在所述磁吹铁芯上，所述导磁夹板有两个，分别紧贴在磁吹铁芯的两端，所述磁吹线圈的一端通过软连接与所述动触头组件连接，磁吹线圈的另一端通过弹片与第二引弧角夹持连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种直流负荷开关体积小、重量轻，通过引弧角将触头机构和灭弧室导通，使得开关分断时电弧能从触头快速跳转进入灭弧室拉长熄灭，同时磁吹组件与引弧角和触头机构之间构成自励式的磁吹回路，开关在分断负荷时，电弧将磁吹线圈串联进主回路，从而使磁吹线圈产生有利于电弧进入灭弧室的磁场力，增强了开关的分断能力。

(2)本发明提供的这种直流负荷开关中触头机构的动触头由多片动触头板并联安装组成，使触头合闸时形成多点接触，有利于减小触头接触电阻和触头间的电动斥力，减少了触头合闸弹跳；同时动、静触头均分有主、弧两级触头，动弧触头和静弧触头后都装有弹簧，且初始位置在主触头前面，可实现弧触头相对主触头先合后分的动作时序，有效避免了主触头的损耗，兼顾了分断容量大及接通和耐受短路电流强的特点。

(3)本发明提供的这种直流负荷开关的框架采用不饱和聚酯材料整体模压成型，相对于金属框架体积小、重量轻、绝缘强度和防护等级高，且易于实现多极触头的系列化扩展，而且操作机构采用易于系列化的集成型弹簧操作机构，整体组装后安装在框架后面，安装维护方便，成本较低。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明直流负荷开关的结构示意图；

图2是本发明中触头机构的结构示意图；

图3是本发明中主框架装配动触头组件和磁吹组件的示意图；

图4是本发明中盖板装配静触头组件的示意图。

附图标记说明：1、框架；2、动触头组件；3、连杆；4、手操组件；5、输出转轴；6、电操组件；7、辅助开关；8、弹簧储能组件；9、磁吹组件；10、灭弧机构；11、灭弧室；12、第二引弧角；13、第一引弧角；14、静触头组件；15、上母排；16、下母排；17、转架；18、动触头；19、动主触头；20、动弧触头；21、静弧触头；22、静主触头；23、导磁夹板；24、引弧角基座；25、磁吹线圈；26、主框架；27、盖板；28、静弧触头基座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本实施例提供了一种直流负荷开关，包括框架1、操作机构、触头机构和灭弧机构10，所述操作机构固定连接在框架1一侧，所述触头机构设置在框架1内，所述灭弧机构10连接在框架1上方，所述触头机构包括动触头组件2以及与动触头组件2相配合的静触头组件14，所述动触头组件2通过连杆3与所述操作机构传动连接，所述灭弧机构10包括灭弧室11和磁吹组件9，所述灭弧室11底部两侧分别具有第一引弧角13和第二引弧角12，所述第一引弧角13与所述静触头组件14相连通，所述第二引弧角12位于所述动触头组件2上方，所述磁吹组件9设置在所述灭弧室11底部外侧，磁吹组件9一端与所述动触头组件2相连，另一端与所述第二引弧角12相连通。本实施例的这种直流负荷开关在开关合闸时，通过操作机构控制连杆3推动触头机构中动触头组件2与静触头组件14接触完成合闸，而在开关分闸时，操作机构控制触头机构动作顺序与合闸过程相反，且在此过程中触头机构带负载分闸时会产生电弧，此时由于第一引弧角13和第二引弧角12将触头机构和灭弧室11两侧导通，电弧能从触头机构处快速跳转至第一引弧角13和第二引弧角12，使磁吹组,9瞬间串联接入主回路，并产生磁场把电弧吹向灭弧室11拉长熄灭，完成分闸。本实施例的直流负荷开关各组成部件均安装在框架1上，体积小、重量轻，通过引弧角将触头机构和灭弧室11导通，使得开关分断时电弧能从触头快速跳转进入灭弧室11拉长熄灭，同时磁吹组件9与引弧角和触头机构之间构成自励式的磁吹回路，开关在分断负荷时，电弧将磁吹线圈串联进主回路，从而使磁吹线圈产生有利于电弧进入灭弧室的磁场力，增强了开关的分断能力。

细化的实施方式，如图3和图4所示，所述框架1由主框架26和盖板27相对拼装而成，所述操作机构连接在主框架1一侧，所述动触头组件2设置在主框架26内，所述静触头组件14设置在盖板27内，且所述主框架26和盖板27均采用不饱和聚酯材料整体模压成型，从而把触头机构、磁吹组件9等带电部件封闭隔离开来。本实施例的这种框架1的结构相对于常规使用的金属框架体积小、重量轻、绝缘强度和防护等级高，且易于实现多级触头的系列化扩展。

所述操作机构包括电操组件6、辅助开关7、弹簧储能组件8和输出转轴5，所述电操组件6与弹簧储能组件8连接，所述弹簧储能组件8通过辅助开关7与输出转轴5连接，所述连杆3端部连接在所述输出转轴5上；在开关合闸时，该操作机构通过电操组件6压缩弹簧储能组件8进行储能，弹簧储能组件8的储能使输出转轴5快速转动，输出转轴5在转动过程中通过连杆3推动动触头组件2合闸，合闸动作完成后，弹簧储能组件8中储能开关复位，电操组件6再次对弹簧储能组件8进行储能，同时辅助开关7接点转换，以备进行后续分闸操作，本实施例的操作机构采用易于系列化的集成型弹簧储能操作机构，整体组装后安装在主框架26后面，安装维护方便，成本较低。进一步的，所述操作机构还包括手操组件4，所述手操组件4与所述弹簧储能组件8连接，通过在操作机构上同时集成电操组件6和手操组件4，使得该直流负荷开关同时具有远程操控和应急手操从而实现电动和手动储能、分合闸功能；另外，在实际使用过程中可根据需求选配更换不同技术的弹簧储能组件8、不同功率的电操组件6和不同辅助触点数量，扩大该直流负荷开关的应用范围。

如图2和图3所示，所述动触头组件2包括下母排16、转架17以及由多片动触头板并联而成的动触头18，所述转架17与所述连杆3连接，所述动触头18安装在转架17上，动触头18底部与所述下母排16相连，且每片动触头板与下母排16之间都有单独的软连接焊接相连，实现多点接触，从而增加了动触头18的接触面积，有利于减小动触头接触电阻和动触头间的电动斥力、减少触头合闸弹跳；另外，所述动触头18的上端设有动主触头19，动主触头19由多个主触头片并联而成，且每片动触头板的右上端均设置一主触头片，动主触头19的上端中间设有动弧触头20，动弧触头20上连接有动弧触头弹簧，所述磁吹组件9通过软连接与所述下母排16相连。动触头组件2的转架17通过轴销安装固定在主框架26里面，转架17通过连杆3与操作机构的输出转轴5连接，连杆3推动转架17转动过程中，动触头18可绕轴销转动一定角度，实现合分闸功能。如图2和图4所示，所述静触头组件14包括上母排15、静弧触头基座28和静触头，所述静弧触头基座28设置在上母排15上，所述静触头分为静主触头22和静弧触头21，所述静主触头22设置在上母排15上，所述静弧触头21设置在静弧触头基座28上，且静弧触头21与静弧触头基座28之间设置有静弧触头弹簧，所述第一引弧角13通过静弧触头基座28上弹片夹持与所述静弧触头21相连通。在开关合闸过程中，操作机构的输出转轴5通过连杆3推动动触头合闸，合闸过程中动弧触头20与静弧触头21接触后，压缩静弧触头弹簧直至动、静主触头接触，连杆3继续推动动触头一定超程后完成合闸；开关分闸时操作机构和触头机构动作顺序与合闸相反。本实施例中动触头和静触头均分有主、弧两级触头，弧触头独立安装便于更换，且动弧触头20和静弧触头21上均连接有弧触头弹簧，弧触头弹簧在自然状态下，弧触头的初始位置在主触头前面，实现弧触头相对主触头先合后分的动作时序，有效避免了主触头的损耗，兼顾了分断容量大及接通和耐受短路电流强的特点，大大提高了开关的可靠性。

所述灭弧室11为方形金属栅片串联结构弧室，结构紧凑，占用空间小，且开关分断过电压低，灭弧室11的底部具有V形收口，位于动触头18和静触头上方，固定在框架1上面，灭弧室11底部一侧的第一引弧角13与静弧触头21通过静弧触头基座28上的弹片夹持相连导通，另一侧的第二引弧角12下部分呈圆弧梯形，安装于动弧触头20上方，这样开关分断时电弧能从触头快速跳转进入灭弧室11拉长熄灭，且方便灭弧室拆卸。

如图3所示，所述磁吹组件9包括磁吹线圈25、磁吹铁芯和导磁夹板23，所述磁吹线圈25旋绕在所述磁吹铁芯上，所述导磁夹板23有两个，分别紧贴在磁吹铁芯的两端，所述磁吹线圈25的一端与所述动触头组件2的下母排16软连接，磁吹线圈25的另一端与第二引弧角12通过引弧角基座24上的弹片夹持导通相连，组成自励式的磁吹回路，开关在分断负荷时，电弧将磁吹线圈25串联进主回路，从而使磁吹线圈25产生有利于电弧进入灭弧室11的磁场力，增强开关的分断能力，而且此磁吹组件9的设计无论电流方向正反，都能保证电弧吹向灭弧室11，从而使开关母排接线无极性要求。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种直流负荷开关，其特征在于：包括框架、操作机构、触头机构和灭弧机构，所述操作机构固定连接在框架一侧，所述触头机构设置在框架内，所述灭弧机构连接在框架上方，所述触头机构包括动触头组件以及与动触头组件相配合的静触头组件，所述动触头组件通过连杆与所述操作机构传动连接，所述灭弧机构包括灭弧室和磁吹组件，所述灭弧室底部两侧分别具有第一引弧角和第二引弧角，所述第一引弧角与所述静触头组件相连通，所述第二引弧角位于所述动触头组件上方，所述磁吹组件设置在所述灭弧室底部外侧，磁吹组件一端与所述动触头组件相连，另一端与所述第二引弧角相连通；

所述动触头组件包括下母排、转架以及由多片动触头板并联而成的动触头，所述转架与所述连杆连接，所述动触头安装在转架上，动触头底部与所述下母排相连，且每片动触头板与下母排之间都有单独的软连接焊接相连，所述动触头的上端设有动主触头，动主触头的上端中间设有动弧触头，动弧触头上连接有动弧触头弹簧，所述磁吹组件通过软连接与所述下母排相连；

所述磁吹组件包括磁吹线圈、磁吹铁芯和导磁夹板，所述磁吹线圈旋绕在所述磁吹铁芯上，所述导磁夹板有两个，分别紧贴在磁吹铁芯的两端，所述磁吹线圈的一端通过软连接与所述动触头组件连接，磁吹线圈的另一端通过弹片与第二引弧角夹持连接。

2.如权利要求1所述的直流负荷开关，其特征在于：所述框架由主框架和盖板相对拼装而成，所述操作机构连接在主框架一侧，所述动触头组件设置在主框架内，所述静触头组件设置在盖板内，且所述主框架和盖板均采用不饱和聚酯材料整体模压成型。

3.如权利要求1所述的直流负荷开关，其特征在于：所述操作机构包括电操组件、辅助开关、弹簧储能组件和输出转轴，所述电操组件与弹簧储能组件连接，所述弹簧储能组件通过辅助开关与输出转轴连接，所述连杆端部连接在所述输出转轴上。

4.如权利要求3所述的直流负荷开关，其特征在于：所述操作机构还包括手操组件，所述手操组件与所述弹簧储能组件连接。

5.如权利要求1所述的直流负荷开关，其特征在于：所述静触头组件包括上母排、静弧触头基座和静触头，所述静弧触头基座设置在上母排上，所述静触头分为静主触头和静弧触头，所述静主触头设置在上母排上，所述静弧触头设置在静弧触头基座上，且静弧触头与静弧触头基座之间设置有静弧触头弹簧，所述第一引弧角通过静弧触头基座上弹片夹持与所述静弧触头相连通。

6.如权利要求1所述的直流负荷开关，其特征在于：所述灭弧室为方形金属栅片串联结构弧室，且其底部具有V形收口。

7.如权利要求1所述的直流负荷开关，其特征在于：所述第二引弧角下部呈圆弧梯形。