CN117476396B - 一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器，涉及断路器领域，该快速操作机构安装在柱上断路器的箱体内部，快速操作机构包括设置在箱体内侧底端的安装壳，安装壳的一端贯穿设置有电磁线圈，安装壳一侧的顶部贯穿设置有限位轴，限位轴的两端对称设置有连接臂一，连接臂一的一端贯穿设置有分合拉轴，分合拉轴的两侧对称设置有连接臂二，连接臂二的一端贯穿设置有连接销轴，连接销轴的中部贯穿设置有定位块，且定位块的一端设置有与电磁线圈相配合的定位铁芯。本发明通过引入一种柱上断路器用快速操作机构，实现了更加迅速可靠的分合闸动作，有效提高了柱上断路器的响应速度。

Description

一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器

技术领域

本发明涉及断路器领域，具体来说，涉及一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器。

背景技术

在配电网不断升级和现代电网需求日益增长的背景下，传统的柱上断路器在小型化、轻量化、数字化和可靠性方面的不足逐渐显现。例如，传统柱上断路器由于其复杂的结构和重量，不利于实现设备的小型化和轻量化，同时，随着环境保护和节能减排的要求日益提高，传统柱上断路器的能效问题也受到关注，这些设备在运行过程中的能耗较高，且在长期使用中可能存在效率下降的问题，不符合现代电网对高效能和环保性能的要求；目前，常见的柱上断路器主要采用弹簧操作机构和磁控机构，这两种分合闸机构各有优劣，但在某些方面均存在显著的不足。

对于弹簧操作机构而言，其主要缺点在于结构复杂和零部件众多，这不仅使得弹簧操作机构的加工和装配过程变得繁琐，而且增加了生产成本和维护难度；同时，弹簧操作机构容易受环境影响，如温度和湿度变化，可能导致机械卡滞，从而影响分合闸的可靠性；此外，此类机构的响应时间也较长，无法满足柱上断路器快速操作的需求。

对于磁控机构而言，尽管其分合速度快，且合闸后能提供较大的保持力，但仍存在显著的不足：首先，磁控材料的加工和制造成本较高，增加了整个设备的成本；其次，磁控机构的控制复杂度较高，需要精密的电子控制系统来调节磁场，这不仅增加了制造成本，也提高了故障率和维护难度；此外，磁控机构在长时间运行后可能会出现磁性衰减的问题，影响柱上断路器的长期可靠性。

因此，为了解决以上问题，亟需开发一种更为简洁、轻便的操作机构，这种操作机构应能够简化加工制造工艺，降低运输成本，实现柱上断路器分合闸动作快、动作可靠的目标，以适应现代电网对设备小型化和轻量化的需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器，具备分合闸动作快、动作可靠，结构简单，简化加工制造工艺、降低成本的优点，进而解决传统的弹簧操作机构结构复杂、磁控机构加工和制造成本较高的问题。

(二)技术方案

为实现上述分合闸动作快、动作可靠，结构简单，简化加工制造工艺、降低成本的优点，本发明采用的具体技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种柱上断路器用快速操作机构，该快速操作机构安装在柱上断路器的箱体内部，快速操作机构包括设置在箱体内侧底端的安装壳，安装壳的一端贯穿设置有电磁线圈，安装壳一侧的中部贯穿设置有安装轴，安装壳一侧的顶部贯穿设置有限位轴。

优选的，为了实现电磁驱动下的快速可靠的分合闸操作，维持整个柱上断路器的稳定性，限位轴的两端对称设置有连接臂一，连接臂一的一端贯穿设置有分合拉轴，分合拉轴的两侧对称设置有连接臂二，连接臂二的一端贯穿设置有连接销轴，连接销轴的中部贯穿设置有定位块，且定位块的一端设置有与电磁线圈相配合的定位铁芯，连接销轴的两端对称设置有连接臂三，连接臂三的一端开设有与连接销轴相配合的限位槽，连接臂三的中部贯穿设置有弹簧轴，弹簧轴的两端均设置有与分合拉轴相连接的拉簧，连接臂三的另一端贯穿设置有指示拨杆。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种柱上断路器，该柱上断路器包括箱体，箱体的底端贯穿设置有若干极柱机构，极柱机构底端的一侧设置有进线端子，极柱机构中部的一侧设置有电流互感器，电流互感器的一端设置有出线端子，箱体的一端设置有分合闸指示组件，箱体的一侧设置有手动分合闸手柄，箱体的内侧底端设置有若干与极柱机构相配合的快速操作机构。

优选的，为了保持极柱内的真空环境，确保柱上断路器的正常运行，极柱机构包括贯穿设置在箱体底端的绝缘拉杆，绝缘拉杆的外侧套设有与箱体底端相连接的气密座组件，气密座组件的底端设置有极柱绝缘壳，绝缘拉杆的顶部外侧套设有超程簧，绝缘拉杆的底部外侧套设有与超程簧相连接的绝缘拉杆套筒，绝缘拉杆套筒的底端设置有连接件，连接件的一侧贯穿电流互感器设置有导电杆，且导电杆的一端与出线端子相连接，连接件的底端设置有动触头，动触头的外侧套设有与极柱绝缘壳相配合的真空灭弧室，真空灭弧室的底端贯穿设置有与动触头相配合的静触头，且静触头的底端与进线端子相连接，气密座组件包括设置在箱体底端的气密座，气密座的顶端设置有与箱体底端相配合的气密盖，气密盖的顶端外侧开设有若干环形凹槽，气密盖的顶端中部开设有与绝缘拉杆相配合的圆形气密孔。

优选的，为了实现以直观的方式显示断路器的分合闸状态，使操作人员能够清晰了解断路器的运行情况，分合闸指示组件包括设置在箱体一端的分合闸指示座，分合闸指示座的一端设置有分合闸指针，箱体的一端设置有与分合闸指针相配合的分合指示牌，分合闸指示座的另一端贯穿箱体设置有分合指示轴，分合指示轴的一端设置有与快速操作机构相配合的分合U形指示臂。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器，具备以下有益效果：

(1)本发明通过对柱上断路器的设计进行创新，引入了一种柱上断路器用快速操作机构，通过采用快速操作机构，实现了断路器的分合闸动作更加迅速、可靠，有效提高了设备的响应速度；同时，本发明的设计结构更为简单，通过减少零部件的数量和复杂性，降低了加工制造的成本，有助于降低工业生产和大规模应用的生产成本，提高了柱上断路器的市场竞争力；此外，本发明通过创新地设计快速操作机构与分合闸指示组件，实现了断路器分合闸动作的快速可靠，且结构更简单，提高了操作可视性，为柱上断路器领域带来了明显的技术进步和经济效益，能够更及时地应对电网异常情况，提高了电力设备的稳定性和可靠性。

(2)通过设置快速操作机构与分合闸指示组件，实现了柱上断路器的快速分合闸动作并直观显示分合闸状态，共同确保电力设备的高效运行和操作的安全性；同时，快速操作机构通过电磁线圈的驱动实现断路器的快速分合闸动作，确保在需要时能快速切断或闭合电路，弹簧轴和拉簧的设置提供反馈力，使得快速操作机构在动作完成后能够迅速返回初始位置，准备进行下一次操作；分合闸指示组件的设计使得操作员可以轻松观察和判断柱上断路器的分合闸状态，提高了设备操作的可视性和安全性。

(3)通过设置极柱机构，通过多个部件相互配合的方式，实现了极柱的支持、绝缘、连接以及分合闸操作的功能；同时，气密座组件的设计有助于防止外部空气进入极柱机构，保持极柱机构内的真空环境，确保断路器的正常运行；此外，极柱绝缘壳有效地提供了电气绝缘，防止了电气短路和漏电等安全隐患，保障了断路器的安全性，动触头用于实现分合闸动作，静触头用于支持和导电，配合快速操作机构实现了真空灭弧室中的快速灭弧，确保了分合闸操作的高效性。

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是根据本发明实施例的柱上断路器用快速操作机构的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的柱上断路器的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的柱上断路器的另一角度的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的柱上断路器的局部结构示意图；

图5是根据本发明实施例的柱上断路器中极柱机构的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的柱上断路器中极柱机构的局部结构示意图；

图7是图5中A处的局部放大图；

图8是图6中B处的局部放大图；

图9是根据本发明实施例的柱上断路器中气密座组件的局部结构示意图。

图中：

1、箱体；2、极柱机构；201、绝缘拉杆；202、气密座组件；2021、气密座；2022、气密盖；2023、环形凹槽；2024、圆形气密孔；203、极柱绝缘壳；204、超程簧；205、绝缘拉杆套筒；206、连接件；207、导电杆；208、动触头；209、真空灭弧室；210、静触头；3、进线端子；4、电流互感器；5、出线端子；6、分合闸指示组件；601、分合闸指示座；602、分合闸指针；603、分合指示牌；604、分合指示轴；605、分合U形指示臂；7、手动分合闸手柄；8、快速操作机构；801、安装壳；802、电磁线圈；803、安装轴；804、限位轴；805、连接臂一；806、分合拉轴；807、连接臂二；808、连接销轴；809、定位块；810、定位铁芯；811、连接臂三；812、限位槽；813、弹簧轴；814、拉簧；815、指示拨杆。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明的一个实施例，提供了一种柱上断路器用快速操作机构，该快速操作机构8安装在柱上断路器的箱体1内部，快速操作机构8包括设置在箱体1内侧底端的安装壳801，安装壳801的一端贯穿设置有电磁线圈802，安装壳801一侧的中部贯穿设置有安装轴803，安装壳801一侧的顶部贯穿设置有限位轴804，限位轴804的两端对称设置有连接臂一805，连接臂一805的一端贯穿设置有分合拉轴806，分合拉轴806的两侧对称设置有连接臂二807，连接臂二807的一端贯穿设置有连接销轴808，连接销轴808的中部贯穿设置有定位块809，且定位块809的一端设置有与电磁线圈802相配合的定位铁芯810(此外，在具体应用时，定位铁芯810设置为永磁体，与通入正向脉冲信号的电磁线圈802的磁性相同)，连接销轴808的两端对称设置有连接臂三811，连接臂三811的一端开设有与连接销轴808相配合的限位槽812，连接臂三811的中部贯穿设置有弹簧轴813，弹簧轴813的两端均设置有与分合拉轴806相连接的拉簧814，连接臂三811的另一端贯穿设置有指示拨杆815，从而实现了电磁驱动下的快速可靠的分合闸操作，确保整个柱上断路器的稳定性。

快速操作机构8的工作原理为：首先，向电磁线圈802通入正向脉冲信号后，电磁线圈802通过定位铁芯810带动连接销轴808向外运动，然后连接销轴808推动连接臂二807和连接臂三811向外运动，达到垂直位置，从而推动分合拉轴806向靠近极柱机构2方向运动，分合拉轴806与极柱机构2的绝缘拉杆201相连接，推动绝缘拉杆201向靠近真空灭弧室209方向运动，进行断路器合闸；合闸后由于连接臂二807和连接臂三811均处于垂直位置，连接销轴808的反作用力和分闸力达到平衡，从而机械结构提供了合闸保持力，同时拉簧814伸长并储能。

当向电磁线圈802通入反向脉冲信号后，电磁线圈802通过定位铁芯810带动连接销轴808向内运动，连接销轴808拉动连接臂二807和连接臂三811向内运动，同时拉簧814释放拉力，使连接臂二807和连接臂三811达到135°夹角位置，从而拉动分合拉轴806向远离极柱机构2方向运动，分合拉轴806与极柱机构2的绝缘拉杆201相连接，拉动绝缘拉杆201向远离真空灭弧室209方向运动，进行断路器分闸。

根据本发明的另一个实施例，如图2-图9所示，还提供了一种柱上断路器，该柱上断路器包括箱体1，箱体1的底端贯穿设置有若干极柱机构2，极柱机构2底端的一侧设置有进线端子3，极柱机构2中部的一侧设置有电流互感器4，电流互感器4的一端设置有出线端子5，箱体1的一端设置有分合闸指示组件6，箱体1的一侧设置有手动分合闸手柄7，箱体1的内侧底端设置有若干与极柱机构2相配合的快速操作机构8。

此外，需要说明的是，电流互感器4包括磁性芯、线圈和感应器，磁性芯通常由铁芯或其他磁性材料构成，线圈绕在磁性芯周围，当极柱机构2中导电杆207引导电流通过电流互感器4内部时，产生的磁场会在磁性芯中感应出一个磁通量，通过线圈产生感应电动势，感应器感应电动势并转换为对应的电信号输出，以提供可靠的测量数据，此为现有技术，在此就不多赘述了。

在一个实施例中，对于上述极柱机构2来说，极柱机构2包括贯穿设置在箱体1底端的绝缘拉杆201(此外，在具体应用时，绝缘拉杆201与分合拉轴806相连接)，绝缘拉杆201的外侧套设有与箱体1底端相连接的气密座组件202，气密座组件202的底端设置有极柱绝缘壳203，绝缘拉杆201的顶部外侧套设有超程簧204，绝缘拉杆201的底部外侧套设有与超程簧204相连接的绝缘拉杆套筒205，绝缘拉杆套筒205的底端设置有连接件206，连接件206的一侧贯穿电流互感器4设置有导电杆207，且导电杆207的一端与出线端子5相连接，连接件206的底端设置有动触头208，动触头208的外侧套设有与极柱绝缘壳203相配合的真空灭弧室209(此外，在具体应用时，真空灭弧室209采用陶瓷材质)，真空灭弧室209的底端贯穿设置有与动触头208相配合的静触头210，且静触头210的底端与进线端子3相连接，气密座组件202包括设置在箱体1底端的气密座2021，气密座2021的顶端设置有与箱体1底端相配合的气密盖2022，气密盖2022的顶端外侧开设有若干环形凹槽2023(此外，在具体应用时，环形凹槽2023内设置有与箱体1底端相配合的环形密封圈)，气密盖2022的顶端中部开设有与绝缘拉杆201相配合的圆形气密孔2024，从而实现了保持极柱内的真空环境，确保柱上断路器的正常运行。

极柱机构2的工作原理为：当断路器合闸时，首先，绝缘拉杆201在快速操作机构8的作用下向靠近真空灭弧室209方向运动，然后绝缘拉杆201通过连接件206带动动触头208在真空灭弧室209中向静触头210运动，与静触头210接触，从而实现断路器合闸；当断路器分闸时，绝缘拉杆201在快速操作机构8的作用下向远离真空灭弧室209方向运动，然后绝缘拉杆201通过连接件206带动动触头208在真空灭弧室209中与静触头210分离，在动触头208与静触头210分离的瞬间，电流收缩到触头刚分离的一点上，此时电阻剧烈增大且温度迅速提高，触头表面在高温下挥发出金属蒸汽，导致极强烈的间隙击穿，产生真空电弧，随着动触头208与静触头210分离间距的增大，真空电弧的等离子体很快向四周扩散，在真空灭弧室209外壁凝结，动触头208与静触头之间的介质强度恢复，从而完成断路器分闸。

在气密座组件202中，气密盖2022顶端开设的若干环形凹槽2023与箱体1底端形成阶梯形密封结构，环形密封圈设置于环形凹槽2023内，通过环形凹槽2023与箱体1底端底部形成的凹凸槽相配合的结构，使平滑的密封间隙变的曲折，这种阶梯形密封结构使空气在穿过密封区域时必须经历多次阶梯结构，增加了气体流动的路径和摩擦力，从而提高了密封的效果，确保极柱机构2内部的真空环境得以有效维持，增强了柱上断路器的稳定性。

在一个实施例中，对于上述分合闸指示组件6来说，分合闸指示组件6包括设置在箱体1一端的分合闸指示座601，分合闸指示座601的一端设置有分合闸指针602，箱体1的一端设置有与分合闸指针602相配合的分合指示牌603，分合闸指示座601的另一端贯穿箱体1设置有分合指示轴604，分合指示轴604的一端设置有与快速操作机构8相配合的分合U形指示臂605(此外，在具体应用时，分合U形指示臂605与指示拨杆815相连接)，从而实现了以直观的方式显示断路器的分合闸状态，使操作人员能够清晰了解断路器的运行情况。

分合闸指示组件6的工作原理为：当快速操作机构8动作时，连接臂三811带动指示拨杆815运动，指示拨杆815通过分合U形指示臂605带动分合指示轴604转动，分合指示轴604带动分合闸指针602转动，从而分合闸指针602配合分合指示牌603指示合、分闸，使操作员可以轻松观察和判断柱上断路器的分合闸状态。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

本发明提出的一种柱上断路器用快速操作机构及其柱上断路器，采用快速操作机构8，分合闸动作快、动作可靠；同时，快速操作机构8结构简单，由机械结构来保持合闸，易于加工制造及装配，便于更换及维修，降低了加工与维护成本；此外，快速操作机构8响应速度快，分合闸时间短，有效降低了极柱机构2中灭弧所需燃弧时间，减少了热量产生，增加了柱上断路器的开断次数及使用寿命。

在实际应用时，首先将柱上断路器的箱体1安装至电力系统或设备中，通过外部设备与电流互感器4连接，进行测试和调试，接着将柱上断路器投入实际运行中；然后在电力系统运行过程中，根据系统需求，通过操控快速操作机构8实现断路器的快速分合闸操作(快速操作机构8的工作原理如上文所述)，并配合极柱机构2实现快速灭弧，减少了热量产生(极柱机构2的工作原理如上文所述)，最后通过分合闸指示组件6直观地了解断路器的运行状态(分合闸指示组件6的工作原理如上文所述)，从而确保了柱上断路器的正确安装和可靠运行，满足电力系统中对断路器高效、可靠操作的需求。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柱上断路器用快速操作机构，该快速操作机构（8）安装在柱上断路器的箱体（1）内部，其特征在于，所述快速操作机构（8）包括设置在所述箱体（1）内侧底端的安装壳（801），所述安装壳（801）的一端贯穿设置有电磁线圈（802），所述安装壳（801）一侧的中部贯穿设置有安装轴（803），所述安装壳（801）一侧的顶部贯穿设置有限位轴（804）；

所述限位轴（804）的两端对称设置有连接臂一（805），所述连接臂一（805）的一端贯穿设置有分合拉轴（806），所述分合拉轴（806）的两侧对称设置有连接臂二（807），所述连接臂二（807）的一端贯穿设置有连接销轴（808）；

所述连接销轴（808）的中部贯穿设置有定位块（809），且所述定位块（809）的一端设置有与所述电磁线圈（802）相配合的定位铁芯（810），所述连接销轴（808）的两端对称设置有连接臂三（811）；

所述连接臂三（811）的一端开设有与所述连接销轴（808）相配合的限位槽（812），所述连接臂三（811）的中部贯穿设置有弹簧轴（813），所述弹簧轴（813）的两端均设置有与所述分合拉轴（806）相连接的拉簧（814），所述连接臂三（811）的另一端贯穿设置有指示拨杆（815）。

2.一种柱上断路器，基于权利要求1中所述的快速操作机构实现对柱上断路器的快速分合闸操作，其特征在于，该柱上断路器包括箱体（1），所述箱体（1）的底端贯穿设置有若干极柱机构（2），所述极柱机构（2）底端的一侧设置有进线端子（3），所述极柱机构（2）中部的一侧设置有电流互感器（4），所述电流互感器（4）的一端设置有出线端子（5），所述箱体（1）的一端设置有分合闸指示组件（6），所述箱体（1）的一侧设置有手动分合闸手柄（7），所述箱体（1）的内侧底端设置有若干与所述极柱机构（2）相配合的快速操作机构（8）。

3.根据权利要求2所述的一种柱上断路器，其特征在于，所述极柱机构（2）包括贯穿设置在所述箱体（1）底端的绝缘拉杆（201），所述绝缘拉杆（201）的外侧套设有与所述箱体（1）底端相连接的气密座组件（202），所述气密座组件（202）的底端设置有极柱绝缘壳（203），所述绝缘拉杆（201）的顶部外侧套设有超程簧（204）。

4.根据权利要求3所述的一种柱上断路器，其特征在于，所述绝缘拉杆（201）的底部外侧套设有与所述超程簧（204）相连接的绝缘拉杆套筒（205），所述绝缘拉杆套筒（205）的底端设置有连接件（206），所述连接件（206）的一侧贯穿所述电流互感器（4）设置有导电杆（207），且所述导电杆（207）的一端与所述出线端子（5）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种柱上断路器，其特征在于，所述连接件（206）的底端设置有动触头（208），所述动触头（208）的外侧套设有与所述极柱绝缘壳（203）相配合的真空灭弧室（209），所述真空灭弧室（209）的底端贯穿设置有与所述动触头（208）相配合的静触头（210），且所述静触头（210）的底端与所述进线端子（3）相连接。

6.根据权利要求5所述的一种柱上断路器，其特征在于，所述气密座组件（202）包括设置在所述箱体（1）底端的气密座（2021），所述气密座（2021）的顶端设置有与所述箱体（1）底端相配合的气密盖（2022），所述气密盖（2022）的顶端外侧开设有若干环形凹槽（2023），所述气密盖（2022）的顶端中部开设有与所述绝缘拉杆（201）相配合的圆形气密孔（2024）。

7.根据权利要求6所述的一种柱上断路器，其特征在于，所述分合闸指示组件（6）包括设置在所述箱体（1）一端的分合闸指示座（601），所述分合闸指示座（601）的一端设置有分合闸指针（602），所述箱体（1）的一端设置有与所述分合闸指针（602）相配合的分合指示牌（603），所述分合闸指示座（601）的另一端贯穿所述箱体（1）设置有分合指示轴（604），所述分合指示轴（604）的一端设置有与所述快速操作机构（8）相配合的分合U形指示臂（605）。