CN111029209A - 一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，包括真空负荷开关主体、电炮操动机构、励磁控制模块和分合闸保持永磁盘机构，电炮操动机构包括电流励磁螺线管线圈、线圈筒、导磁体、连杆和轭铁，线圈绕设于线圈筒上，导磁体穿设于线圈筒中，导磁体经连杆与真空负荷开关主体的动杆固定连接；分合闸保持永磁盘机构包括分、合闸保持永磁盘以及分、合闸保持磁铁，分闸保持磁铁固定于导磁体前端，分闸保持永磁盘固定于分闸保持磁铁前侧的基座上，合闸保持磁铁固定于连杆上，合闸保持永磁盘固定于合闸保持磁铁后侧的基座上，连杆穿过合闸保持永磁盘；励磁控制模块与线圈电性连接。该开关不仅动作快速，合闸可靠，而且能够稳定保持分合闸状态。
Description
技术领域
本发明属于中压开关技术领域，具体涉及一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关。
背景技术
在开关电器设备向着大容量、智能化、集成化、小型化发展的今天，一次设备的高可靠性仍然是开关电器设备的根本问题和追求目标。随着我国生产与生活水平的不断提高，社会用电需求越来越大，电网规模不断扩大，中压开关柜的数量随之突增。开关柜的安全性能对于检修操作人员的人身安全以及电器设备安全有着至关重要的作用。开关设备内部潜在电弧故障不可避免，更难以预测，具有极高的破坏性。加强柜体机械强度的保护方式，成本较高且效果未必理想。传统电弧故障保护方式熄灭故障电弧约需100ms，相对较长的电弧破坏作用会对开关设备造成一定的危害，甚至发展到难以控制的后果。其主要原因在于传统断路器分闸速度相对较慢，变相延长了电弧故障持续时间。而快速接地开关可发挥其快速动作的特性，结合弧光检测装置，可有效缩短电弧故障持续时间，提升电弧故障保护效果。由于快速开关的合闸动作时间要求越短越好，传统的电磁机构或弹簧机构很难满足动作快速性要求，考虑到操动机构的设计直接影响到触点开关电器设备的整体结构性能、分合闸操作特性、灭弧性能等，所以操动机构性能的优劣对电器设备的工作性能和可靠性具有重要影响。
电炮是使用电磁力或电能发射弹丸的新型发射装置，随着脉冲功率技术的发展、材料科学及其工程技术的长足进步、等离子体物理学的基本理论和实验技术的发展、先进计算机仿真技术的运用及军事方面潜在的应用前景，电炮的研究进入高速发展的阶段。电炮机构动作迅速，可靠性高，且可依托控制理论技术通过电流灵活控制其速度，因此，可将其应用到电器领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，该开关不仅动作快速，合闸可靠，而且能够稳定保持分合闸状态。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，包括真空负荷开关主体、电炮操动机构、励磁控制模块和分合闸保持永磁盘机构，所述电炮操动机构包括电流励磁螺线管线圈、线圈筒、导磁体、连杆和轭铁，所述电流励磁螺线管线圈绕设于线圈筒上，所述轭铁包裹住电流励磁螺线管线圈及线圈筒，所述导磁体穿设于线圈筒中并可沿线圈筒内侧前后滑移，所述导磁体经连杆与真空负荷开关主体的动杆固定连接，以通过导磁体的运动带动真空负荷开关主体的动杆运动；所述分合闸保持永磁盘机构包括分闸保持永磁盘及与之配合的分闸保持磁铁和合闸保持永磁盘及与之配合的合闸保持磁铁，所述分闸保持磁铁固定连接于导磁体前端并随其一起动作，所述分闸保持永磁盘固定于分闸保持磁铁前侧的开关基座上，以在分闸保持磁铁随导磁体向前运动时吸合住分闸保持磁铁，所述合闸保持磁铁固定连接于连杆上并随其一起动作，所述合闸保持永磁盘固定于合闸保持磁铁后侧的开关基座上，所述连杆穿过合闸保持永磁盘中部通孔后与所述动杆固定连接，以在合闸保持磁铁随连杆向后运动时吸合住合闸保持磁铁；所述励磁控制模块与电流励磁螺线管线圈电性连接，以为线圈供电。
进一步地，所述分闸保持永磁盘、合闸保持永磁盘均由一侧表面上开设有环形凹槽的凹槽盘和嵌设于环形凹槽中的永磁体构成，所述合闸保持磁铁中部开设有连接通孔以与连杆固定连接，所述合闸保持永磁盘中部开设有贯穿通孔以让连杆穿过。
进一步地，所述连杆前端具有外螺纹结构，并与所述导磁体后端对应开设的螺纹槽孔紧固连接。
进一步地，所述导磁体为圆柱体结构，由导磁材料制成；所述导磁体侧面竖向贯穿一深度为半径大小的槽结构，以阻断电磁感应产生的涡流，减少能量损耗。
进一步地，所述连杆由满足强度要求的绝缘材料制成。
进一步地，所述轭铁由电工纯铁材料制成。
进一步地，所述励磁控制模块包括电容充放电电路、控制单元、继电器驱动电路和IGBT驱动电路，所述电容充放电路包括交流电源，所述交流电源经整流电路整流和滤波电路滤波后，与限流电阻、继电器和储能电容串联形成电容充电回路，所述储能电容两端与IGBT模块、二极管串联形成电容放电回路，所述二极管两端与电流励磁螺线管线圈电性连接，以为线圈供电；所述控制单元的输出端分两路，一路经继电器驱动电路连接继电器，另一路经IGBT驱动电路连接IGBT模块。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：将电炮原理应用到触点电器操动机构上，并将这种快速操动机构应用到中压快速接地开关中，实现了一种基于电炮操动机构的中压快速接地开关，该开关具有良好的合闸动特性，不仅动作快速，合闸可靠，而且具有稳定的分合闸保持能力，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例处于分闸状态的结构示意图。
图2是本发明实施例处于合闸状态的结构示意图。
图3是本发明实施例中合闸保持永磁盘及合闸保持磁铁的结构示意图。
图4是本发明实施例中励磁控制模块的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，如图1、2所示，包括真空负荷开关主体1、电炮操动机构2、励磁控制模块3和分合闸保持永磁盘机构。所述电炮操动机构2为单级磁阻式线圈炮操动机构，包括电流励磁螺线管线圈21、线圈筒22、导磁体23、连杆24和轭铁25，所述电流励磁螺线管线圈21绕设于线圈筒22上，所述轭铁25包裹住电流励磁螺线管线圈21及线圈筒22，以与导磁体23、空气间隙共同构成导磁回路，将线圈产生的磁力线封闭在内部，防止磁场扩散，增强磁场，提高机构动作强度及效率。所述导磁体23穿设于线圈筒22中并可沿线圈筒22内侧前后滑移，所述导磁体23经连杆24与真空负荷开关主体1的动杆固定连接，以通过导磁体23的运动带动真空负荷开关主体1的动杆运动。所述分合闸保持永磁盘机构包括分闸保持永磁盘4及与之配合的分闸保持磁铁5和合闸保持永磁盘6及与之配合的合闸保持磁铁7；所述分闸保持磁铁5固定连接于导磁体23前端并随其一起动作，所述分闸保持永磁盘4固定于分闸保持磁铁5前侧的开关基座上，以在分闸保持磁铁5随导磁体23向前运动时吸合住分闸保持磁铁5；所述合闸保持磁铁7固定连接于连杆24上并随其一起动作，所述合闸保持永磁盘6固定于合闸保持磁铁7后侧的开关基座上，所述连杆24穿过合闸保持永磁盘6中部通孔后与所述动杆固定连接，以在合闸保持磁铁7随连杆24向后运动时吸合住合闸保持磁铁7。所述励磁控制模块3与电流励磁螺线管线圈21电性连接，以为线圈供电。
如图3所示，在本实施例中，所述合闸保持永磁盘6均由一侧表面上开设有环形凹槽的凹槽盘61和嵌设于环形凹槽中的永磁体62构成。所述分闸保持永磁盘4也具有相同的结构。所述合闸保持磁铁7中部开设有连接通孔以与连杆固定连接，所述合闸保持永磁盘6中部开设有贯穿通孔以让连杆穿过。
在本实施例中，所述连杆24前端具有外螺纹结构，并与所述导磁体23后端对应开设的螺纹槽孔紧固连接。所述导磁体23为圆柱体结构，由硅钢等导磁性能优越的导磁材料制成。所述导磁体侧面竖向贯穿一深度为半径大小的槽结构，以阻断电磁感应产生的涡流，减少能量损耗。所述连杆24由满足强度要求的绝缘材料制成。所述轭铁25由导磁性能优越的电工纯铁材料制成。
如图4所示，在本实施例中，所述励磁控制模块3包括电容充放电电路、控制单元、继电器驱动电路和IGBT驱动电路，所述电容充放电路包括交流电源，所述交流电源经整流电路整流和滤波电路滤波后，与限流电阻、继电器和储能电容串联形成电容充电回路，所述储能电容两端与IGBT模块、二极管串联形成电容放电回路，所述二极管两端与电流励磁螺线管线圈电性连接，以为线圈供电；所述控制单元的输出端分两路，一路经继电器驱动电路连接继电器，另一路经IGBT驱动电路连接IGBT模块。储能电容为合闸动作过程供能，并通过IGBT模块控制励磁回路导通，驱动导磁体及连杆来带动动触头系统完成合闸操作，分闸动作过程设置手动分闸。
当保护装置检测到开关柜电弧故障时，通过控制单元发出触发信号到IGBT模块，触发励磁回路导通，储能电容对驱动回路放电，电流励磁螺线管线圈1内部及周围空间瞬间产生高强度磁场，根据磁场中导磁体23始终朝着磁阻减少的方向移动这一磁现象，导磁体23受磁场朝着线圈1中心轴向拉力作用，迫使导磁体23朝着线圈1中心高速运动，并通过连杆24快速推拉冲击真空灭弧室的动静触头系统，使动触头静触头快速闭合。当快速接地开关在规定时限内合闸后，将开关柜内故障相母线金属性接地，故障区的上游断路器跳闸，完成电弧故障的保护及相关金属性短路故障区域的切除。
通过测试本发明中压快速接地开关的动特性，结果表明，本开关具备良好的合闸动特性，且具备快速合闸、可靠闭合及稳定保持的能力。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，包括真空负荷开关主体，其特征在于，还包括电炮操动机构、励磁控制模块和分合闸保持永磁盘机构，所述电炮操动机构包括电流励磁螺线管线圈、线圈筒、导磁体、连杆和轭铁，所述电流励磁螺线管线圈绕设于线圈筒上，所述轭铁包裹住电流励磁螺线管线圈及线圈筒，所述导磁体穿设于线圈筒中并可沿线圈筒内侧前后滑移，所述导磁体经连杆与真空负荷开关主体的动杆固定连接，以通过导磁体的运动带动真空负荷开关主体的动杆运动；所述分合闸保持永磁盘机构包括分闸保持永磁盘及与之配合的分闸保持磁铁和合闸保持永磁盘及与之配合的合闸保持磁铁，所述分闸保持磁铁固定连接于导磁体前端并随其一起动作，所述分闸保持永磁盘固定于分闸保持磁铁前侧的开关基座上，以在分闸保持磁铁随导磁体向前运动时吸合住分闸保持磁铁，所述合闸保持磁铁固定连接于连杆上并随其一起动作，所述合闸保持永磁盘固定于合闸保持磁铁后侧的开关基座上，所述连杆穿过合闸保持永磁盘中部通孔后与所述动杆固定连接，以在合闸保持磁铁随连杆向后运动时吸合住合闸保持磁铁；所述励磁控制模块与电流励磁螺线管线圈电性连接，以为线圈供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述分闸保持永磁盘、合闸保持永磁盘均由一侧表面上开设有环形凹槽的凹槽盘和嵌设于环形凹槽中的永磁体构成，所述合闸保持磁铁中部开设有连接通孔以与连杆固定连接，所述合闸保持永磁盘中部开设有贯穿通孔以让连杆穿过。
3.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述连杆前端具有外螺纹结构，并与所述导磁体后端对应开设的螺纹槽孔紧固连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述导磁体为圆柱体结构，由导磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述连杆由满足强度要求的绝缘材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述轭铁由电工纯铁材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种基于电炮原理的单相中压快速接地开关，其特征在于，所述励磁控制模块包括电容充放电电路、控制单元、继电器驱动电路和IGBT驱动电路，所述电容充放电路包括交流电源，所述交流电源经整流电路整流和滤波电路滤波后，与限流电阻、继电器和储能电容串联形成电容充电回路，所述储能电容两端与IGBT模块、二极管串联形成电容放电回路，所述二极管两端与电流励磁螺线管线圈电性连接，以为线圈供电；所述控制单元的输出端分两路，一路经继电器驱动电路连接继电器，另一路经IGBT驱动电路连接IGBT模块。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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