CN111415849A - 一种操动机构及使用该操动机构的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种操动机构及使用该操动机构的断路器，操动机构包括至少一个驱动单元，驱动单元包括平行设置的一对导轨，导轨之间设有运动部件，运动部件和导轨均整体为导体或在其上设有固定导体，运动部件与导轨之间导电连接并且运动部件在导轨之间作相对运动过程中和导轨保持导电连接，运动部件上连接有拉杆，拉杆与断路器的动触头传动连接，导轨还连接有能提供相反电流的供电装置；断路器包括灭弧室和操动机构，灭弧室内设有的动触头和上述操动机构传动连接。采用这种操动机构能够快速进行机械开关的分合闸操作，将该操动机构应用在高压直流断路器中，能够有效满足直流输电工程中对短路故障快速开断的需要，为直流系统的可靠运行提供保障。

Description

一种操动机构及使用该操动机构的断路器

技术领域

本发明涉及高压直流断路器用快速机械开关领域，具体涉及一种操动机构及使用该操动机构的断路器。

背景技术

基于柔性直流的多端直流输电和直流电网技术是解决新能源并网和消纳问题的有效技术手段之一，而高压直流断路器是构建直流电网的关键设备，对直流输电系统和直流网的安全可靠运行有着极其重要的作用。直流断路器的快速动作要求，不仅仅是直流系统的需求，也是断路器自身的要求。因为更长的分断时间意味着断路器要具备更大的电流分断能力和吸收更多的能量，因此要考虑尽量缩短断路器的分断时间。

目前，在柔性直流输电过程中大都采用混合式高压直流断路器，混合式高压直流断路器能够迅速切断故障电流，还可保证断路器机械开关无弧分断，能够维持电流通路，不会立刻对系统供电运行造成影响。正常通流时，采用机械支路以减少损耗，故障发生时，将故障电流转移至电力电子支路并切断故障电流。由于电力电子支路的开断时间是十微秒级的，因此机械支路的开断时间是影响到高压直流断路器开断时间的关键，这就需要提供一种能够实现机械开关迅速分合闸的操动机构，来满足直流输电系统的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现机械开关迅速完成分合闸操作的操动机构；本发明的目的还在于提供一种使用上述操动机构的断路器，来解决电路中出现故障不能及时关断导致的不安全问题。

为实现上述目的，本发明的操动机构的技术方案是：

一种操动机构，包括至少一个驱动单元，所述驱动单元包括平行设置的一对导轨，所述导轨之间设有运动部件，所述运动部件整体为导体或运动部件上设有固定导体，所述导轨整体为导体或导轨上设有固定导体，所述运动部件与导轨之间导电连接并且所述运动部件在导轨之间作相对运动过程中始终保持导电连接，所述运动部件上连接有拉杆，所述拉杆与断路器的动触头传动连接，所述导轨还连接有能提供相反电流的供电装置。

操动机构的有益效果：运动部件和导轨以及供电装置之间形成一个闭合回路，在两根导轨中通入正向或反向电流时，在两根导轨中会产生同向磁场，并且和运动部件上产生的磁场同向，使得运动部件上受到一个向上或向下的电磁力，进而带动运动部件上的拉杆和触头之间进行开闭动作，从而实现机械开关的分闸和合闸。由于电磁力的大小与电流的平方成正比，当通入的正向或反向电流越大时，运动部件所受到的电磁力就越大，从而加大运动部件的运动速度，提高快速机械开关的分闸速度，减小其分闸时间，保证了电路系统的安全。

进一步地，所述导轨整体为导体。

有益效果：便于对导轨的整体加工，无需在导轨上额外设置固定导体，相应简化了导轨的结构。

进一步地，所述导轨和运动部件整体均为导体。

有益效果：导轨和运动部件整体均为导体相对于导轨和运动部件上设有固定导体这种分体式结构而言，更容易加工，减少非导体的加工量，并且两者上均不用在额外设置固定导体，简化了两者的结构。

进一步地，所述运动部件整体为导体。

有益效果：无需在运动部件上额外设置固定导体，不仅简化了运动部件的结构，同时也便于运动部件整体加工。

进一步地，所述供电装置为电容或电池或外接电。

有益效果：在向导轨和运动部件中通入电流时，采用电容、电池作为供电装置较为方便，且电容、电池容易获得，采用外接电作为供电装置，无需购买电容、电池等设备，节省成本。

本发明的断路器的技术方案：

一种断路器，包括操动机构和灭弧室，灭弧室中设有动触头，其特征在于：所述操动机构包括至少一个驱动单元，所述驱动单元包括平行设置的一对导轨，所述导轨之间设有运动部件，所述运动部件整体为导体或运动部件上设有固定导体，所述导轨整体为导体或导轨上设有固定导体，运动部件与导轨之间导电连接并且所述运动部件在导轨之间作相对运动过程中始终保持导电连接，所述运动部件上连接有拉杆，拉杆与所述动触头传动连接，所述导轨还连接有能提供相反电流的供电装置。

断路器的有益效果：在实际使用时，断路器的操动机构中的运动部件和导轨与外部供电装置之间形成一个闭合回路，在两根导轨中通入正向或反向电流时，在两根导轨中会产生同向磁场，并且和运动部件上产生的磁场同向，使得运动部件上受到一个向上或向下的电磁力，进而带动运动部件上的拉杆和触头之间进行开闭动作，从而实现机械开关的分闸和合闸。使该断路器的操动机构形成一个电磁斥力操动机构，由于电磁力的大小与电流的平方成正比，当通过断路器的电流越大时，操动机构的运动部件受到的电磁力就会越大，操动机构的运动速度就越快，从而分合闸时间就大大缩短，在直流输电过程中，该断路器能够迅速分闸切断短路故障，为直流输电系统的可靠运行提供保障。

进一步地，所述导轨整体为导体。

有益效果：便于对导轨的整体加工，无需在导轨上额外设置固定导体，相应简化了导轨的结构。

进一步地，所述导轨和运动部件整体均为导体。

有益效果：导轨和运动部件整体均为导体相对于导轨和运动部件上设有固定导体这种分体式结构而言，更容易加工，减少非导体的加工量，并且两者上均不用在额外设置固定导体，简化了两者的结构。

进一步地，所述运动部件整体为导体。

有益效果：无需在运动部件上额外设置固定导体，不仅简化了运动部件的结构，同时也便于运动部件整体加工。

进一步地，所述供电装置为电容或电池或外接电。

有益效果：在向导轨和运动部件中通入电流时，采用电容、电池作为供电装置较为方便，且电容、电池容易获得，采用外接电作为供电装置，无需购买电容、电池等设备，节省成本。

附图说明

图1为本发明的操动机构的实施例1中通入正向电流时运动部件的运动示意图；

图2为本发明的操动机构的实施例1中通入反向电流时运动部件的运动示意图；

图3为本发明的操动机构的实施例2的俯视图；

图4为本发明的操动机构的实施例3的俯视图；

附图中，1-导轨，2-运动部件，3-拉杆，4-导轨上通入正向电流时形成的磁感线，5-正向电流，6-导轨上通入反向电流时形成的磁感线，7-反向电流,8-导轨，9-运动部件，10-拉杆,11-导轨，12-固定导体，13-非导电体，14-运动部件,15-拉杆。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请，即所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但并不以此为限。

本发明的操动机构的具体实施例1：

如图1和图2所示，该操纵机构主要应用在高压直流断路器中，包括至少一个驱动单元，驱动单元包括平行设置的两根导轨1，在两根导轨1之间设有与导轨1导向配合的运动部件2，运动部件2垂直于两根导轨1并且运动部件2整体为导体，导轨1整体也为导体，运动部件2在与导轨1作相对运动的过程中，与导轨1始终电连接，保证电流实时都能在导轨1和运动部件2中流动。运动部件2上连接有拉杆3，拉杆3连接在运动部件的中间位置，并与运动部件2垂直。拉杆3用于与断路器上的动触头配合，在运动部件2的带动下，驱使动触头运动，以此来实现断路器的分合闸操作。在断路器的实际分合闸过程中，导轨1需要连接能够提供正反向电流的供电装置，这样一来，在供电装置供电时，导轨1和运动部件2以及供电装置之间形成一个闭合回路。

当导轨1上通入正向电流5时，导轨1上形成的磁感线4如图1所示，此时，两导轨1和运动部件2之间会形成向内的同向磁场，而运动部件2会受到方向向上的洛伦兹力，以驱使运动部件2向上运动，进而带动拉杆3向上运动与动触头接触，实现断路器的合闸。由洛伦兹力公式和毕奥-萨法尔定律可知，运动部件2所受的向上的洛仑兹力与通入导轨1中电流的平方成正比，当导轨1上通过的电流过大时，运动部件2所受的洛仑兹力也同向增大，使得运动部件2的运动速度加快，完成合闸操作。

当导轨1上通入反向电流7时，导轨1上形成的磁感线6如图2所示，此时，两导轨1和运动部件2之间会形成向外的同向磁场，而运动部件2会受到方向向下的洛伦兹力，以驱使运动部件2向下运动，进而带动拉杆3向下运动与动触头断开，实现断路器的分闸。由洛伦兹力公式和毕奥-萨法尔定律可知，运动部件2所受的向下的洛仑兹力与通入导轨1中电流的平方成正比，当导轨1上通过的电流过大时，运动部件2所受的洛仑兹力也同向增大，使得运动部件2的运动速度加快，完成分闸操作。

需要说明的是，运动部件2在运动过程中始终保持与导轨的导电接触，具体保持导电接触的方式可以是将运动部件类似于滑动变阻器的滑动部分，使其卡在导轨上，这样在移动过程中便能始终与导轨接触。当然，也可以采用类似于高铁列车的碳刷取电的方式，即高铁在行驶过程中，其机顶上的滑触线一直与供电线导电接触。

由于本发明的操动机构主要应用在高压直流断路器中，实际工作时，通入导轨的电流较大，此时运动部件2的运动速度也较快，从而能够快速实现断路器的分闸操作，保证直流断路器的开断时间，从而为柔性直流系统的可靠运行提供保障。

本发明的操动机构的实施例2：

如图3所示，本实施例中，所述导轨8共有四根，此时运动部件9从俯视来看，截面呈“工”字形，“工”字形的运动部件9的四个角分别对应与四个导轨8导向滑动配合，拉杆10处于“工”字形的运动部件9的中间部位。运动部件9的运动方式与上述实施例1中运动部件的运动方式相同，在此不再赘述。

本发明的操动机构的实施例3：

如图4所示，该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，导轨11上设有固定导体12，固定导体12属于导轨11的一部分，导轨11还包括非导电体13，运动部件14与固定导体12导向滑动配合并且导电接触，在向导轨11中通入电流时，实际上是在导电体12中通入电流。拉杆15仍固定连接在运动部件14的中间部位。

本发明的操动机构的实施例4：

该实施例与上述实施例1的区别在于，本实施例中，在运动部件上设有固定导体，固定导体属于运动部件的一部分，且设置在运动部件的用于与拉杆连接的一侧，固定导体与导轨导向滑动配合且导电接触。

当然，在其他实施例中，也可以在导轨和运动部件上均设置固定导体。

本发明的操动机构的实施例5：

该实施例与上述实施例1的区别在于，在导轨的与运动部件配合的部位设有触片，该触片能导电同时也满足运动部件在导轨之间作相对运动时始终保持与导轨电接触。

本发明的断路器的实施例：

该断路器包括灭弧室和操动机构，灭弧室内设有动触头，动触头与所述操动机构传动连接以实现断路器的分合闸，操动机构的结构与上述实施例中操动机构的结构相同，在此不再一一赘述。

以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种操动机构，其特征在于：包括至少一个驱动单元，所述驱动单元包括平行设置的一对导轨，所述导轨之间设有运动部件，所述运动部件整体为导体或运动部件上设有固定导体，所述导轨整体为导体或导轨上设有固定导体，所述运动部件与导轨之间导电连接并且所述运动部件在导轨之间作相对运动过程中始终保持导电连接，所述运动部件上连接有拉杆，所述拉杆与断路器的动触头传动连接，所述导轨还连接有能提供相反电流的供电装置。

2.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于：所述导轨整体为导体。

3.根据权利要求1或2所述的操动机构，其特征在于：所述导轨和运动部件整体均为导体。

4.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于：所述运动部件整体为导体。

5.根据权利要求1所述的操动机构，其特征在于：所述供电装置为电容或电池或外接电。

6.一种断路器，包括操动机构和灭弧室，灭弧室中设有动触头，其特征在于：所述操动机构包括至少一个驱动单元，所述驱动单元包括平行设置的一对导轨，所述导轨之间设有运动部件，所述运动部件整体为导体或运动部件上设有固定导体，所述导轨整体为导体或导轨上设有固定导体，运动部件与导轨之间导电连接并且所述运动部件在导轨之间作相对运动过程中始终保持导电连接，所述运动部件上连接有拉杆，拉杆与所述动触头传动连接，所述导轨还连接有能提供相反电流的供电装置。

7.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于：所述导轨整体为导体。

8.根据权利要求6或7所述的断路器，其特征在于：所述导轨和运动部件整体均为导体。

9.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于：所述运动部件整体为导体。

10.根据权利要求6所述的断路器，其特征在于：所述供电装置为电容或电池或外接电。

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