CN109478476B - 用于中压断路器的致动器 - Google Patents

Abstract

一种用于中压断路器或重合器的致动器以及一种用于操作这种致动器的方法，该中压断路器或重合器具有：至少一个带有触头柱的可移动触头，其由触头电磁驱动器或电机驱动器驱动；以及弹簧，其中弹簧被定位在驱动器和可移动触头或触头柱之间的运动链中。为了获得关于驱动器的功能可用性的合格的实际状态信号，本发明在于可移动触头(3)和可移动触头驱动器(10)的布置还设有用于检测微移动激活的装置，并且设有用于对微移动激活进行反馈控制的装置，以便记录可移动触头的驱动器的实际可移动性和可用性，而不改变实际开关位置本身。

Description

用于中压断路器的致动器

技术领域

本发明涉及一种用于中压断路器或重合器的致动器，该中压断路器或重合器具有：至少一个带有触头柱的可移动触头，其由电磁驱动器或电机驱动器驱动；以及弹簧，其中弹簧被定位在驱动器和可移动触头或触头柱之间的运动链中。

背景技术

一般而言，对于断路器或重合器，但尤其是对于安全相关应用，期望确保当给出用于闭合或用于开路的信号命令时，断路器或重合器能够真正地操作。通常用断路器做的是线圈监控，这里，小测试电流正在通过释放线圈，以确保电流路径不会中断(线圈断线、电缆断裂、连接器松动、......)。然后，操作员可以确保实际命令会激励断路器或重合器的驱动器的释放线圈，但是无法证明驱动器会真正移动。释放线圈和主轴之间可能存在其它的故障，如螺钉松动或摩擦力增加。

发明内容

本发明的目的是获得关于驱动器的功能可用性的合格的实际状态信号。

本发明在于可移动触头和可移动触头驱动器的布置还与用于检测微移动激活的装置和用于对微移动激活进行反馈控制的装置耦合，以便记录可移动触头的驱动器的实际可移动性和可用性，而不改变实际开关位置本身。

用于检测微移动激活的装置可以例如是滑动电阻器或任何其他位置测量设备。可替代地，加速度传感器也可以用于检测微移动。

可替代地，声学传感器也可以用于检测在微移动之后致动器回到其原始位置时发生的特征噪声。如声学传感器和加速度传感器之类的传感器不必直接耦合到驱动器或运动链。可以在断路器或重合器内部的任何位置处检测到由于微移动引起的噪声或振动的特征效应。

可替代地，可以使用致动器的反电动势，而非单独的传感器。反电动势是能够在致动器线圈的端子处测量的电压。该电压取决于由于电流改变和位置改变导致的致动器线圈中的磁通改变。

许多断路器和重合器的设计预见到一个驱动器用于一个以上的触头。三相AC系统通常有三个触头。本发明还适用于这些设计并涉及这些设计。

基本思想是执行断路器的驱动器的小的物理移动，以确保驱动器可移动且不被阻挡。

由于断路器的位置(关断(开路)或接通(闭合))基本上不能通过该测试进行修改，因此与驱动器的标称冲程(nominal stroke)相比较，该移动必须相对较小。因为这个原因，使用了术语“微移动”。驱动器的移动距离接通或关断位置不应超过几毫米。

当断路器或重合器处于关断位置时，例如真空断续器的可移动触头也将跟随这个小的移动。触头距离将相应地在短时间内减小，该短时间会在几毫秒的范围内。由于这个移动较小，与处于关断位置的标称触头距离相比较，真空断续器的绝缘特性不会显着降低。1mm范围内的小的移动可以与回程移动(backtravel motion)进行比较，无论如何其都可以在开路操作结束时在断路器或重合器中发生。

由于杠杆比、机械松动和偏转，驱动器的行程和一个触头或多个触头的行程可以不同。重要的是限制一个触头或多个触头从关断位置的移动，以避免介电问题。推荐通过介电类型测试确认当一个触头或多个触头距离关断位置约1mm时，断路器或接触器的绝缘水平也是有效的。

当断路器或重合器处于接通位置时，驱动器按压触头弹簧抵靠在真空断续器的可移动触头上，并对触头弹簧加载通常几毫米。因此，通过触头弹簧的伸长来补偿小的微移动，使得可移动触头在测试期间不会移动。显然，触头在测试期间不会开路。一个触头弹簧或多个触头弹簧的伸长应明显小于断路器或重合器的常规触头弹簧行程，以确保一个触头或多个触头通过足够的接触力保持闭合。此外，还提出了约1mm的行程。

在另一有利实施例中，上述微移动激活的反馈控制在信号设备中实现。由此，如果断路器已经应用了上述触头弹簧，则功能也可以在改型中实现。

在另一有利实施例中，微移动幅度在处于关断的触头处和处于接通的触头弹簧处大约为1mm。

在另一有利实施例中，提出了在可移动触头的柱和推杆之间布置有轴向触头弹簧。

这已经在上述优点中进行了功能描述。

在另一有利实施例中，提出了在推杆的相同有效轴向方向上布置有开路弹簧。

在另一有利实施例中，提出了位置传感器机械地链接到驱动器的可移动部分。因此，比将传感器放置在触头附近或直接放置在触头柱处，传感器的放置更容易。

在另一有利实施例中，提出了加速度传感器放置在断路器或重合器内部的某个地方。

在另一有利实施例中，提供了估计致动器的反电动势以检测驱动器的微移动。这可以在驱动微移动过程的信号设备中进行计算，无需额外成本。继而可以节省单独的传感器。

致动器或电机的数学模型主要由电阻器、电感器和反电动势电压组成。一般而言，该电路连接到电压源以驱动电流。当模型已知时，包括参数主要取决于驱动器的电流和位置，反电动势可以通过比较电压源和电流及其关于时间的导数(derivatives)来检测。

根据一种用于操作中压断路器的致动器的方法，该中压断路器具有：至少一个带有触头柱的可移动触头，其由触头电磁驱动器或电机驱动器驱动；以及弹簧，其中弹簧被定位在驱动器与可移动触头或触头柱之间的运动链中，本发明在于，为了在不改变实际开关位置本身的情况下记录可移动触头的驱动器的实际可移动性和可用性，驱动器用微致动信号加载。

具体实施方式

这里考虑的中压断路器或重合器极柱应具有以下结构，如图1(开路)和图2(闭合)所示，例如：

在断路器或重合器的关断位置中，参见图1，可以相对容易地实现微移动的概念。线圈以类似方式激励，与标准闭合操作一样。一旦检测到驱动器的运动开始，电流就被控制为零，并且驱动器将返回到开路位置，其由一个或多个开路弹簧驱动。

在该方法的另一有利实施例中，对于处于关断的微移动，仅使用双线圈致动器的闭合线圈，其中首先双线圈致动器以正电流激励，然后线圈将以负电流激励，以使驱动器的可移动部分保持在关断位置或将其返回到关断位置。

另一有利实施例，如果对于处于接通的微移动，仅使用双线圈致动器的闭合线圈，则处于接通的驱动器的闭锁首先由闭合线圈中的小的负电流释放，然后闭锁由强的正电流重新建立。

图3示出了线圈电流和驱动器位置随时间变化的一般曲线。例如通过将线圈连接到电源电压，电流开始从0增加到某个值。驱动器的位置是关断位置。如果在运动开始之前电流达到某个预先定义的水平，则电流可以例如使用具有脉冲宽度调制(PWM)的电流控制器来保持恒定。经过一段时间后，驱动器将开始从关断位置向接通位置移动。例如通过反转驱动电压，现在电流将被减少。由于运动的惯性和仍然存在的驱动力，驱动器将朝向接通位置继续运动一段时间，但随着电流减小，并且由一个或多个开路弹簧的力支撑，驱动器将返回到关断位置。

处于关断的微移动循环现已完成；有证据表明驱动器是可移动的。

具有真空断续器的中压断路器或重合器的一般设计包括驱动器与真空断续器的可移动触头之间的相对较强的触头弹簧6。这些弹簧在开始时支持开路操作。进一步地，可以安装附加开路弹簧8以支持整个开路操作。然而，一旦发生运动，即，当驱动器11的可移动部分远离驱动器9的固定部分移动时，致动器的磁性闭锁力将变得非常低。处于接通的微移动的风险是，这些弹簧可以使驱动器处于开路力(触头弹簧加上开路弹簧)高于磁致动器的闭合力的情况。结果可能是，运动比期望的大，它不可能限制为很小。因此，处于接通的微移动策略可以不同。

图4示出了这种不同策略的曲线。在第一阶段中，电流为负，因为在具有一个线圈的磁致动器中使用负电流以减小磁保持力并因此启动开路操作，其然后主要由触头弹簧和开路弹簧驱动。依据驱动器所有相关部分的实际力，驱动器的运动可能不是真正的微移动，它可能大于所定义的目标，例如，大于1mm。为了避免这种大运动，所提出的策略是在可检测到运动之前反转电流的方向。这将生成足够的闭锁力以确保运动不大于所定义的目标。

现在可能是这样的情况：电流的反转如此早，以使完全没有发生运动。在这种情况下，控制器应在稍后反转电流或略微更强的驱动电压或电流下重复测试。可以重复该过程，直到可以注意到微移动为止或直到达到所定义的电流阈值或驱动电压阈值或馈送时间阈值为止，如果它没有以阈值馈送时间的该阈值电流或阈值电压而移动，则这指示了驱动器发生了故障。

该原理也可以用于处于关断的微移动，以实现更小的运动。依据磁驱动器的实际设计，还可能需要将该原理用于处于关断的微移动。

微移动的测试应定期重复，例如，每小时一次或每天一次。

这些原理也可以用于双线圈致动器，如例如EP0721650所示。代替一个线圈中的正电流和负电流，闭合线圈中的电流和开路线圈中的电流可以用于获得驱动器的期望运动。

在另一有利实施例中，对于处于关断的微移动，仅使用双线圈致动器的闭合线圈。它首先由正电流激励。然后，线圈应由负电流激励，以使驱动器的可移动部分保持在关断位置或将其返回到关断位置。

在另一有利实施例中，对于处于接通的微移动，仅使用双线圈致动器的闭合线圈。处于接通的驱动器的闭锁首先由闭合线圈中的小的负电流释放。然后，闭锁由强的正电流重新建立。这与使用单线圈致动器的过程非常相似。

附图标记

1 上部电气端子

2 固定开关触头

3 可移动开关触头

4 电气触头、滑动或柔性导体

5 下部电气端子

6 触头弹簧

7 推杆

8 开路弹簧；上端是固定的

9 驱动器的固定部分

10 驱动器的线圈

11 驱动器的可移动部分

12 位置传感器

Claims (10)

1.一种用于中压断路器或重合器的致动器，所述中压断路器或重合器具有：至少一个带有触头柱的可移动触头，所述可移动触头由电磁驱动器或电机驱动器驱动；以及弹簧，其中所述弹簧被定位在所述驱动器与所述可移动触头或触头柱之间的运动链中，

其中在第一标称冲程中，所述可移动触头被配置为从闭合位置移动到断开位置，

其中在第二标称冲程中，所述可移动触头被配置为从所述断开位置移动到所述闭合位置，

其中在所述闭合位置，所述电磁驱动器或所述电机驱动器被配置为激活第一微移动，使得所述可移动触头被配置为从所述闭合位置移动回到所述闭合位置，而不移动到所述断开位置，

其中在所述断开位置，所述电磁驱动器或所述电机驱动器被配置为激活第二微移动，使得所述可移动触头被配置为从所述断开位置移动回到所述断开位置，而不移动到所述闭合位置，以及

其中至少一个传感器被配置为检测所述第一微移动和所述第二微移动，所述至少一个传感器包括位置传感器、加速度传感器或声学传感器，或者所述驱动器的反电动势被估计以检测所述微移动。

2.根据权利要求1所述的致动器，

其中所述第一微移动的激活被配置为使所述可移动触头从所述闭合位置移动少于几毫米，并且所述第二微移动的激活被配置为使所述可移动触头从所述断开位置移动少于几毫米。

3.根据权利要求1或2所述的致动器，

其特征在于，微移动的幅度在处于所述断开位置的所述触头处和处于所述闭合位置的触头弹簧处为1mm。

4.根据权利要求1或2所述的致动器，

其特征在于，在所述可移动触头(3)的所述触头柱与推杆(7)之间布置有轴向触头弹簧(6)。

5.根据权利要求4所述的致动器，

其特征在于，在所述推杆(7)的相同有效轴向方向上布置有开路弹簧(8)。

6.根据权利要求1、2和5中的任一项所述的致动器，

其特征在于，位置传感器(12)机械地链接到所述驱动器的可移动部分，以作为用于检测微移动的装置。

7.根据权利要求1、2和5中的任一项所述的致动器，

其特征在于，加速度传感器通过将所述加速度传感器置于所述断路器或重合器内部或靠近所述断路器或重合器而被耦合到所述驱动器，以作为用于检测微移动的装置。

8.一种用于操作中压断路器的致动器的方法，所述中压断路器具有：至少一个带有触头柱的可移动触头，所述可移动触头由触头电磁驱动器或电机驱动器驱动；以及弹簧，其中所述弹簧被定位在所述驱动器与所述可移动触头或触头柱之间的运动链中，

其中在第一标称冲程中，所述可移动触头被配置为从闭合位置移动到断开位置，

其中在第二标称冲程中，所述可移动触头被配置为从所述断开位置移动到所述闭合位置，

其中所述方法包括：

在所述闭合位置，由所述电磁驱动器或所述电机驱动器激活第一微移动，使得所述可移动触头被配置为从所述闭合位置移动回到所述闭合位置，而不移动到所述断开位置，

在所述断开位置，由所述电磁驱动器或所述电机驱动器激活第二微移动，使得所述可移动触头被配置为从所述断开位置移动回到所述断开位置，而不移动到所述闭合位置，以及

由至少一个传感器检测所述第一微移动和所述第二微移动，所述至少一个传感器包括位置传感器、加速度传感器或声学传感器，或者估计所述驱动器的反电动势以检测所述微移动。

9.根据权利要求8所述的方法，

其中在所述断开位置激活所述第二微移动时，仅使用双线圈致动器的闭合线圈，其中首先所述双线圈致动器由正电流激励，并且然后所述线圈将由负电流激励，以保持所述驱动器的所述可移动部分处于所述断开位置、或将所述驱动器的所述可移动部分返回到所述断开位置。

10.根据权利要求8所述的方法，

其中在所述闭合位置激活所述第一微移动时，仅使用双线圈致动器的闭合线圈，处于接通的所述驱动器的闭锁首先由所述闭合线圈中的小的负电流释放，并且然后所述闭锁由强的正电流重新建立。

Images