CN116631806A - 一种深度融合磁控型柱上真空断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深度融合磁控型柱上真空断路器，涉及配电设备技术领域，包括箱体底座、多个磁控机构和多个深度融合固封极柱，各深度融合固封极柱的下端均通过箱体底座封装，各磁控机构分别位于各深度融合固封极柱内，且磁控机构的主体为半硬磁记忆合金材料制成。本发明大大地提升了断路器的可靠性和可控性，进而实现了产品的升级。
Description
技术领域
本发明涉及配电设备技术领域，具体是涉及一种深度融合磁控型柱上真空断路器。
背景技术
断路器是电力系统中担负控制和保护双重任务的重要开关设备之一，而操作机构是断路器的重要组成部分，其性能的好坏将直接影响到断路器工作性能与质量的优劣。根据相关统计资料，操作机构故障占断路器故障的70％左右。由此可见，操作机构是电力系统的最大“安全隐患”，其性能的好坏将影响到整个电力系统能否可靠稳定运行。
基于磁控技术的柱上真空断路器，具有故障隔离时间最短、重量轻、寿命长、操作功耗低的特点。目前，该产品在重量轻方面充分体现出了在安装施工方面的优势。随着配网可靠性的逐步提升，未来电磁式电压互感器的安全可靠性问题必将凸显，要彻底地解决该问题，必须要有一种新型的取电方式取代电磁式电压互感器。磁控型柱上真空断路器的低功耗为该项技术的实现提供了可能，结合电容取电技术的发展及磁控机构低功耗的技术特点，成套设备必将向简约化、高可靠、物联网化方向发展。
传统的永磁操作机构在分闸时无法退磁，极大地影响断路器的可靠性和可控性。
发明内容
本发明的目的是提供一种深度融合磁控型柱上真空断路器，以解决上述现有技术存在的问题，大大地提升了断路器的可靠性和可控性，进而实现了产品的升级。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种深度融合磁控型柱上真空断路器，包括箱体底座、多个磁控机构和多个深度融合固封极柱，各所述深度融合固封极柱的下端均通过所述箱体底座封装，各所述磁控机构分别位于各所述深度融合固封极柱内，且所述磁控机构的主体为半硬磁记忆合金材料制成。
优选的，所述深度融合固封极柱包括绝缘体、真空灭弧室、导电杆、软连接、电压传感器和电流传感器，所述绝缘体的下端与所述箱体底座连接，所述真空灭弧室位于所述绝缘体内并与所述磁控机构连接，所述电压传感器和所述电流传感器通过所述导电杆和所述软连接与所述真空灭弧室连接。
优选的，所述绝缘体为环氧树脂材料制成。
优选的，所述磁控机构为三个，且各所述磁控机构为每相一个，三个所述磁控机构通过连锁轴实现同步操作。
优选的，所述磁控机构为单稳态磁控操作机构，包括拉杆、静铁芯、激励线圈、动铁芯、触头压力簧和分闸弹簧，所述拉杆的上端与所述深度融合固封极柱内部连接，所述拉杆的下端伸出所述深度融合固封极柱，所述静铁芯和所述动铁芯均套设于所述拉杆的外周，且所述静铁芯位于所述动铁芯的上方，所述静铁芯和所述动铁芯上均设有容置槽，两个所述容置槽相对设置并共同形成容置腔，所述容置腔环绕所述拉杆设置，所述激励线圈位于所述容置腔内，所述静铁芯和所述动铁芯上还设有动作槽，两个所述动作槽相对设置并共同形成动作腔，所述分闸弹簧位于所述动作腔内，且所述分闸弹簧的两端分别与所述动作腔的上下两端连接，所述分闸弹簧套设于所述拉杆外周，所述拉杆的侧壁上设有环形台阶，且所述环形台阶的台阶面朝向所述动作腔下端面设置，所述触头压力簧套设于所述拉杆外周，且位于所述分闸弹簧与所述拉杆之间，所述触头压力簧的上端与所述环形台阶的台阶面连接，所述触头压力簧的下端与所述深度融合固封极柱的内底面连接。
优选的，各所述激励线圈并联连接。
优选的，所述拉杆为绝缘材料制成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的深度融合磁控型柱上真空断路器，各深度融合固封极柱的下端均通过箱体底座封装，箱体底座的机械强度高，且通过箱体底座来提高密封水平，满足IP67防护等级要求，可保证在长期使用中雨水不会渗入开关内部，各磁控机构分别位于各深度融合固封极柱内，且磁控机构的主体为半硬磁记忆合金材料制成，半硬磁记忆合金材料的核心特点是能通过外部激磁和退磁改变其内部磁畴，通过对其原材料的定向铸造以及超导充磁等系列处理制作而成为一种“可控”的磁铁，定向铸造、超导充磁、材料稳定、结构可靠，保障开关机械操作寿命大于30000次，尺寸小、寿命长，解决了传统永磁机构在分闸时永磁体无法退磁的弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的深度融合磁控型柱上真空断路器的后视图；
图2是图1中深度融合磁控型柱上真空断路器的左视图；
图3是图1中深度融合磁控型柱上真空断路器的仰视图；
图4是图1中深度融合磁控型柱上真空断路器的剖视图；
图5是本发明中磁控机构的内部结构示意图；
图中：1-深度融合固封极柱，11-绝缘体，12-真空灭弧室，13-导电杆，14-软连接，15-电流传感器，2-箱体底座，3-磁控机构，31-拉杆，32-静铁芯，33-激励线圈，34-动铁芯，35-分闸弹簧，36-触头压力簧。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种深度融合磁控型柱上真空断路器，以解决现有的断路器可靠性和可控性差的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图5所示，本实施例提供一种深度融合磁控型柱上真空断路器，包括箱体底座2、多个磁控机构3和多个深度融合固封极柱1，各深度融合固封极柱1的下端均通过箱体底座2封装，箱体底座2的机械强度高，且通过箱体底座2来提高密封水平，满足IP67防护等级要求，可保证在长期使用中雨水不会渗入开关内部，各磁控机构3分别位于各深度融合固封极柱1内，且磁控机构3的主体为半硬磁记忆合金材料制成，半硬磁记忆合金材料的核心特点是能通过外部激磁和退磁改变其内部磁畴，通过对其原材料的定向铸造以及超导充磁等系列处理制作而成为一种“可控”的磁铁，定向铸造、超导充磁、材料稳定、结构可靠，保障开关机械操作寿命大于30000次，尺寸小、寿命长，解决了传统永磁机构在分闸时永磁体无法退磁的弊端。
具体地，深度融合固封极柱1包括绝缘体11、真空灭弧室12、导电杆13、软连接14、电压传感器和电流传感器15，绝缘体11的下端与箱体底座2连接，真空灭弧室12位于绝缘体11内并与磁控机构3连接，电压传感器和电流传感器15通过导电杆13和软连接14与真空灭弧室12连接。
绝缘体11为环氧树脂材料制成。
磁控机构3为三个，且各磁控机构3为每相一个，三个磁控机构3通过连锁轴实现同步操作，以辅助接点位置信号的输出。磁控机构3采用三个激励线圈33的半硬磁机构分相控制，所有开关元件全部为轴向对称分布，所有运动都为直线线性运动，将机械疲劳与磨损降到最低。因此，磁控机构3在可靠性、迅速开断、免维护方面有突出的优势，是电网设置分段、分界保护的上佳选择。
磁控机构3为单稳态磁控操作机构，包括拉杆31、静铁芯32、激励线圈33、动铁芯34、触头压力簧36和分闸弹簧35，拉杆31的上端与深度融合固封极柱1内部连接，拉杆31的下端伸出深度融合固封极柱1，静铁芯32和动铁芯34均套设于拉杆31的外周，且静铁芯32位于动铁芯34的上方，静铁芯32和动铁芯34上均设有容置槽，两个容置槽相对设置并共同形成容置腔，容置腔环绕拉杆31设置，激励线圈33位于容置腔内，静铁芯32和动铁芯34上还设有动作槽，两个动作槽相对设置并共同形成动作腔，分闸弹簧35位于动作腔内，且分闸弹簧35的两端分别与动作腔的上下两端连接，分闸弹簧35套设于拉杆31外周，拉杆31的侧壁上设有环形台阶，且环形台阶的台阶面朝向动作腔下端面设置，触头压力簧36套设于拉杆31外周，且位于分闸弹簧35与拉杆31之间，触头压力簧36的上端与环形台阶的台阶面连接，触头压力簧36的下端与深度融合固封极柱1的内底面连接。
各激励线圈33并联连接。
拉杆31为绝缘材料制成。
驱动板采用电容储能方式。操作电压为DC220V，分、合闸电流小，功耗低，降低电源功率要求。磁控机构3永磁力输出稳定，合闸保持靠永磁力，保持牢靠，可实现零合闸弹跳；分闸保持靠分闸弹簧35，分闸时间小于10ms，保障开关的速动性；退磁率低，只有传统永磁机构退磁率的1％，失磁温度高，不小于300℃，避免机构退磁或者失磁而造成的断路器误动或拒动。
半硬磁记忆合金材料的核心特点是能通过外部激磁和退磁改变其内部磁畴，通过对其原材料的定向铸造以及超导充磁等系列处理制作而成为一种“可控”的磁铁，内置激励线圈33励磁和退磁，并辅以弹簧，构成垂直运动分合机构。合闸时，合闸电容对激励线圈33放电产生电流，感应磁场，使动铁芯34和静铁芯32充磁产生吸力，动铁芯34向上运动并压缩分闸弹簧35，同时带动拉杆31和动触头一起向上运动，动触头和静触头合闸，动铁芯34继续运动(超程)至与静铁芯32吸合，同时与拉杆31共同压缩触头压力簧36，合闸完成。动铁芯34与静铁芯32之间磁保持力维持稳定，开关保持合闸状态。分闸时，分闸电容对激励线圈33反向放电产生电流，所产生的感应磁场与铁芯磁性相反，铁芯退磁，当磁力小于分闸弹簧35与触头压力簧36弹力之和时，动铁芯34不能保持吸合状态，产生间隙后磁力消失，带动拉杆31和动触头一起动作，动触头和静触头打开完成分闸动作。
本实施例中的磁控机构3解决了传统永磁机构在分闸时永磁体无法退磁的弊端。合闸时，动触头和静触头靠永磁力保持在合闸位，此时，半硬磁材料表现为永磁材料特性，当分闸后，磁控机构3迅速退磁，表现为非磁性材料的特性。合闸操作时，磁控机构3只需克服分闸弹簧35的张力就可以实现合闸操作，而磁控机构3在克服上述分闸弹簧35和触头压力簧36张力的同时还需要克服分闸位置时的磁极吸引力，因此传统永磁操作机构的操作功耗远远大于本实施例中磁控机构3的操作功耗。此外，本实施例中磁控机构3的退磁率只有传统永磁机构退磁率的1％，退磁温度大于175℃(有的达到了300℃)，大大优于在环境温度超过80℃就失磁明显的传统永磁，因此，本实施例运行中不会因为环境温度变化影响到磁控机构3退磁或失磁而造成的误动或拒动。
磁控开关控制器是由电子和电力电子器件组成，以H桥及其自检技术为核心的控制器，其核心功能是为半硬磁记忆合金材料提供励磁和退磁电流，并通过自检技术实时查询磁控开关的运行情况，异常情况下及时告警并上报。该控制器提供常规分闸、合闸、分合分、分闸优先等逻辑功能，其操作过程如下：
合闸操作
当进行断路器操作的时候，驱动控制单元首先检测断路器状态，看是否与操作命令一致，当分合闸命令输入满足操作要求时，MCU单元驱动放电回路，电流流向激磁回路，若为合闸命令，则磁控机构3激磁后，动磁芯向上运动，同时压缩分闸弹簧35和触头压力簧36，直到真空灭弧室12可靠保持在合闸位置，这个时候即使驱动模块掉电，整个机构也不会分闸，而是依靠永磁力紧锁在合闸位置。
分闸操作
当执行分闸命令时，驱动控制单元同样向激磁回路注入一个很小的反向电流，磁控机构3退磁，分闸弹簧35发力，迅速把断路器分开。
手动分闸操作
断路器可以实现手动分闸功能，通过断路器箱体底座2上的连锁轴，可以实现手动紧急分闸，手动分闸完成后，驱动模块会发出报警信号，此时需要外部施加一个电气分闸命令，才可以继续执行合闸操作。
手动合闸操作
理论上本实施例是不可以实现手动合闸操作的。为满足现场无辅助电源的情况下，而需要执行合闸操作，可以采用手动合闸模块，利用手摇发电机或者储能型便携式驱动给手动合闸模块充电，充满电后，断路器可以自动实现合闸操作。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：包括箱体底座、多个磁控机构和多个深度融合固封极柱，各所述深度融合固封极柱的下端均通过所述箱体底座封装，各所述磁控机构分别位于各所述深度融合固封极柱内，且所述磁控机构的主体为半硬磁记忆合金材料制成。
2.根据权利要求1所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：所述深度融合固封极柱包括绝缘体、真空灭弧室、导电杆、软连接、电压传感器和电流传感器，所述绝缘体的下端与所述箱体底座连接，所述真空灭弧室位于所述绝缘体内并与所述磁控机构连接，所述电压传感器和所述电流传感器通过所述导电杆和所述软连接与所述真空灭弧室连接。
3.根据权利要求2所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：所述绝缘体为环氧树脂材料制成。
4.根据权利要求1所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：所述磁控机构为三个，且各所述磁控机构为每相一个，三个所述磁控机构通过连锁轴实现同步操作。
5.根据权利要求1所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：所述磁控机构为单稳态磁控操作机构，包括拉杆、静铁芯、激励线圈、动铁芯、触头压力簧和分闸弹簧，所述拉杆的上端与所述深度融合固封极柱内部连接，所述拉杆的下端伸出所述深度融合固封极柱，所述静铁芯和所述动铁芯均套设于所述拉杆的外周，且所述静铁芯位于所述动铁芯的上方，所述静铁芯和所述动铁芯上均设有容置槽，两个所述容置槽相对设置并共同形成容置腔，所述容置腔环绕所述拉杆设置，所述激励线圈位于所述容置腔内，所述静铁芯和所述动铁芯上还设有动作槽，两个所述动作槽相对设置并共同形成动作腔，所述分闸弹簧位于所述动作腔内，且所述分闸弹簧的两端分别与所述动作腔的上下两端连接，所述分闸弹簧套设于所述拉杆外周，所述拉杆的侧壁上设有环形台阶，且所述环形台阶的台阶面朝向所述动作腔下端面设置，所述触头压力簧套设于所述拉杆外周，且位于所述分闸弹簧与所述拉杆之间，所述触头压力簧的上端与所述环形台阶的台阶面连接，所述触头压力簧的下端与所述深度融合固封极柱的内底面连接。
6.根据权利要求5所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：各所述激励线圈并联连接。
7.根据权利要求5所述的深度融合磁控型柱上真空断路器，其特征在于：所述拉杆为绝缘材料制成。
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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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