CN1417818A

CN1417818A - 断流开关

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Publication number: CN1417818A
Application number: CN 01134456
Authority: CN
Inventors: 刘卫歧
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-05
Filing date: 2001-11-05
Publication date: 2003-05-14
Anticipated expiration: 2021-11-05
Also published as: CN1234140C; WO2003060939A1; AU2002344034A1

Abstract

本发明描述的断流开关是依据无弧断流理论及一系列的断流原理研制的一种新颖的断路器，其技术手段突破了传统的研制理论，是电气开关领域里的技术革命。断流开关由独特的断流器、触头单元、开关机构和控制单元组成。断流器能无弧断流或灭弧断流，触头单元能自动转移电流进行无弧或微弧操作，开关机构简单轻便，控制单元可编制简单操作程序。将能迅速取代现有的各种电压等级和开断容量的断路器和接触器，满足电网现代化建设的需要。

Description

断流开关

1概述

1.1指导思想

本发明涉及电力系统所有电压等级的各种类型容量系列的断路器以及较大容量接触器的更新换代，是电力开关领域里的一项重大的技术革命。

现有的各种类型断路器和接触器的分合闸灭弧装置，都是根据灭弧理论中的各种灭弧原理进行研制的，按照短路电流的开断而设计的，要求在运行中可能碰到短路电流时最严酷的电气条件来考虑机械动作特性，这样一来每次重载操作时强烈的机械撞击，将会明显影响断路器的使用寿命。传统断路器和同步断路器分闸断流时，在其动静触头之间进行着物理变化过程的高速度竞赛—动静触头之间电压恢复速度和介质强度增长速度的竞赛，触头分离速度和热击穿、电击穿速度及电弧燃烧速度的竞赛。用现有机械式的开关参与这种竞赛，不但需要高精尖的高新技术，而且制造难度也很大。在中压、高压、超高压和特高压领域里，许多国家特别是发达国家对断路器的研制投入了大量的科研经费，经过多年的不断努力攻关，仍然满足不了电力系统现代化发展的需求。现有的断路器在技术性能、分断容量、开关寿命特别是电寿命、制造成本、开关体积和安全可靠性能等方面存在着许多不足之处。例如分闸速度问题、触头弹跳问题、闭合压力问题、强烈的机械撞击问题、电流电弧特别是短路电流对开关触头的电磨损问题以及智能化的控制精度问题等等。近年来一些发达国家和跨国公司开发研制断路器的许多高新产品，例如高压领域中的SF₆断路器和中压领域里的永磁式同步断路器等，善虽善，未尽其善。

本发明根据两起罕见的生产实例中的误操作事故，用隔离开关直接操作625kw和2500kw的高压电机，未产生电弧而引发严重事故，从1968年起就开始探讨无弧断流理论及其应用。1978年4月20日，原国家科委于伟华同志对两篇初期论文相当重视和支持，曾安排在中科院电工所、物理所和清华大学电力系讨论。钱家骊教授认为理论上是正确的，但具体实现会有不少困难，并当面指导了今后的研究方向。1978年6月5日又经武汉高压研究所高压电器室原主任曹荣江老师的审阅和指导。后来在陕西省有关领导及科委和西安交通大学的支持下，以及王季梅教授的不断指导下，于1997年～1999年在西安交通大学电气工程学院、陕西开关厂和中国兵器工业部第二一三研究所的配合下进行了爆炸式智能断路器单相模拟机的无弧断流或微弧断流原理的实验。在成功实验的基础上，总结了30多年来创新钻研的无弧断流理论及一系列的断流原理。新理论突破了传统断路器的设计思想，把每次分合闸时的重载操作都化解为空载或轻载操作，将开关触头高速度竞赛式的动态断流转化为开关触头在静态转移断流下的无弧分闸或微弧分合闸。在新理论及其原理的指导下开发研制了断流开关，可以解决上述断路器的许多不善之处的技术难题，满足电网现代化建设的需要，为我国计划建成750KV及以上电压等级的输电线路的开断装置做出重大贡献。经检索国内外尚无这种断流开关的技术手段，本发明专利国际申请后，将会为我国创收较为重大的经济效益。

1.2设计原理

断流开关主要包括断流器、触头单元、开关机构和程控单元等四个组成部分。本发明采用了无弧断流原理的断流原理8-限流分断原理、断流原理16-斥力开断原理和断流原理12-静态断流原理研制了断流器。断流器有限流型和非限流型，能对回路电流进行无弧的或灭弧的、静态的或微动的可靠分断，并且充分利用回路中的大电流，特别是短路电流的电动斥力进行快速限流开断。本发明采用了无弧断流理论的断流原理2-冷态分离原理、断流原理13-电流转移原理、断流原理15-综合断流原理和隔离开关的接触原理，研制了刀闸式的触头单元。触头分闸时先将电路中的电流转移到断流器中，和断流器有序配合进行综合断流，断流后动静触头再进行冷态无弧分离，安全隔离电源。本发明采用了无弧断流理论的断流原理3-快速响应原理、断流原理17-轻载分断原理和隔离开关的操作原理研制了直接操动的开关机构。该机构简单轻便、初分闸响应速度快，可进行空载或轻载式的分合闸操作。程控单元的研制比较简单，采用低档次的程序控制，编制成傻瓜型的分步操作。

1.3设计原则

1.3.1断流器的设计原则

断流器在断流开关的分合闸过程中，承担着分断和接通电路的瞬间载流任务，其工作时间很暂短，一般情况下在10ms以内或30ms左右。所以在设计时就不必考虑长期发热温升和热稳定性，需要考虑瞬间的耐高温性能、动稳定性和耐压性能以及有关的断流参数等。那么断流器以及与其连接回路中的各个载流元件的载面就可设计的很小。多数断流器都是静态的，没有机械传动连接，密封问题易解决，制造难度也不大，则断流器的体积可以设计的很小，实际上就是一种微型开关装置(既能接通电路又能分断电路)或微型断流装置(只能分断电路)，有限流型和非限流型，有无弧断流的也有灭弧断流的。有些断流器的寿命很长，理论上可设计成永久性的；有些则是一次性的，可设计成每次断流后能够立即自动弹出更换备品；有些则寿命较长，可设计成能够定期(如几年时间)方便更换备品的连接形式(像插入式的熔断器)。

1.3.2触头单元的设计原则

触头单元的设计既要保证断流开关运行时的可靠供电，又要能将高速动态状况下的电流分断快速转移到断流器中静态或轻松断流。要消除合闸时的触头弹跳，解决对接式的闭合压力问题；消除触头的电磨损，解决电寿命和制造难度问题。配用微型断流装置型的断流器时，触头单元的设计要具备接通电流和隔离电源的功能，接通电流时触头的关合速度已达到最大值，动静触头的间隙还来不及击穿或虽已击穿尚未形成明显的大电弧，就能迅速地关合上，其分闸时并不分断任何负载电流，则分合闸是无弧或微弧操作。配用微型开关装置型的断流器时，触头单元的设计只要具备接通电压和隔离电源的功能即可，其分合闸均不带负载，显然是无弧操作。则触头单元不存在制造难度问题，且使用寿命很长生产成本很低。

1.3.3开关机构的设计原则

开关机构的设计要取消或简化传动机构和触头行程机构，尽量减少传动链，把操作动力源直接作用在触头上。分闸操作时，初分闸的响应要求极快，且能快速分离。开关中的锁扣装置要求能瞬间自动闭锁，快速电动解锁。设计时不须考虑触头对接式的闭合压力，要减小合闸力和分闸力及其功耗，可减小到现有断路器的1/3～1/10，达到空载或轻载操作的性能即可。能消除强烈的机械撞击，解决机械寿命问题，减轻重量缩小体积，降低生产成本并解决制造难度问题。

1.3.4控制单元的设计原则

控制单元的设计要按照断流器的功能设置操作程序，一种程序要适用于微型断流装置式的断流器，另一种程序要适用于微型开关装置式的断流器。要能把复杂快速、准确可靠、高精度操作的高级智能化控制，化解为简单慢速毫不失误的傻瓜型控制。编制低档次的分步操作的程序控制单元，结构简单元件少，成本造价自然低廉，不但解快了控制精度问题，还解决了分闸速度问题。应用于交流短路电流的控制设计，当使用限流型的断流器时，其控制设定时间一检测响应和转移电流的时间要越短越好，争取在3ms以内，则其控制单元必须采用快速响应的PC控制。当使用非限流型的断流器时，对于远离发电厂的短路电流的控制设计，从短路瞬间起需延时45ms左右再将电流及时转移到断流器中；对于发电厂附近的短路电流的控制设计，则需延时150ms左右。具体延时的时间可按具体电路的参数计算短路电流的最大暂态分量的衰减时间，即可确定短路后电流出现第一个过零的时间。可控制断流器在短路电流的暂态分量衰减到出现过零时承担转移电流并分断电路的任务，能保证断流器的工作时间最短，其载流截面和体积最小，可以采用电器控制或PC控制。

1.4总体结构

断流开关的总体结构由控制单元、开关机构、触头单元和断流器四部分组成。按其配用断流器的类型可分为两类结构，一类是配用微型断流装置的断流器，可称为单转移断流开关结构，其功能模块框图见图1所示；另一类是配用微型开关装置的断流器，可称为双转移断流开关结构，其功能模块框图见图2所示。

2断流器的设计方案

2.1简介

2.1.1断流器的功能

断流器是一种无弧断流或灭弧断流的限流型或非限流型的微型断流装置或微型开关装置，微型断流装置只能用于分断电路，不能用于接通电路；微型开关装置实质上就是一种非常小的“断路器”。本文描述的多种设计方案可研制成不同电压等级的各种分断容量的断流器，能满足交流或直流的低压、中压、高压、超高压及特高压电力系统的需要，在电路中可以使断流开关轻松的实现无弧操作或微弧操作。断流器在断流开关中可以很方便的更换，能数十倍地提高开关的使用寿命，提高安全可靠性，大大降低使用成本。

2.1.2断流器的种类

断流器按断流特性分类有限流型和非限流型，有无弧断流型和灭弧断流型；按动作特性分类有静态型和微动型；按断流介质分类有固态型、液态型、气态型和真空型。本发明设计了九种类型的断流器：a、水银断流器，b、钠断流器，c、熔丝断流器，d、PTC(Positive Temprature Coeffcient)断流器，e、晶闸管断流器，f、微动断流器，g、跷板断流器，h、电控断流器，i、磁控断流器。其中a、b、c、d为微型断流装置，e、f、g、h、i为微型开关装置。晶闸管断流器的电压等级和开断容量受到了本身性能的限制，且其价格特别昂贵；而f、g、h、i四种断流器的开关性能比其分别有着显著的优越之处，可以满足各种电压等级和开断容量的需要，以后再另文描述。这里先分别介绍a、b、c、d、e五种断流器。

2.2水银断流器

2.2.1结构原理

水银断流器是一种限流型灭弧断流的静态微型断流装置，其结构基本上和熔断器的结构原理一样，见图3所示，图3(a)是园管形结构，图3(b)是扁园管形结构。图中S₁为能承受压力的耐高温电弧的绝缘管壳，S₂和S₃为带有铜连接插头的铜帽，S₄为管壳中底部小槽内放入的水银，管壳两端被铜帽封闭。管壳内充以空气或真空、高压气体、绝缘油、SF₆和C₃F₆等，可按电压等级选择合适的灭弧性能良好的气体或液体绝缘介质。其断流原理比较简单，分闸时当电流通过小槽内截面很小的水银导体时，使其迅速发热变成水银蒸汽，在电流过零时电弧熄灭分断电路。经过短时散热后水银蒸汽冷却又恢复成液态水银，自然流回管内底部的小槽中，为下次断流做好准备。为增大断流效果，可增长绝缘管壳长度并增设多道绝缘隔档，只有管壳底部放水银的小槽是互相连通的，见图4所示。此结构工作时在每道隔档底部的小槽处可形成利于灭弧的高速气吹喷口，并将电弧分割成多个小段，利于冷却熄弧，增大电弧压降及其阻抗，能防止电弧重燃。如果还满足不了超高电压等级的要求，可将这种数条的多道绝缘隔档串联起来，以增大电弧的断口数量和开断长度。可在同一管壳中设置数条串联的多道隔离的放置水银的小槽，也可将数个这样的管子串联起来，但要保证所有小槽必须在同一水平面内，以确保水银在小槽内的均匀分布。

2.2.2工作原理

配用水银断流器的断流开关，其动静触头的接触前端在制造时需经消弧处理，制成消弧型的接触端。使用在低压和中压供电系统中时，空气介质就能满足使用条件，使用在中压及以上的供电系统中时，其触头系统需置入绝缘油中或其它绝缘介质中。断流开关在合闸过程中，动静触头首先接通电路，紧接着将断流器并接在该回路中，为分闸做好了准备，动触头是一次性快速合闸到位。分闸过程中动触头分离到初步分闸位置时，就已将回路中的电流自动转移到断流器中，待断流器快速限流分断电流后，动触头再继续分离到分闸后位置，安全隔离电源。也可考虑断流开关在分闸过程中，当断流器的分断速度比开关动触头的分闸速度快一点时，只要时间配合恰当，可一次性快速分闸到位，不需分步分闸的程序控制。

2.2.3适用范围及特点

水银断流器的重量轻、体积小、容易制造、价格低廉、能重复使用、寿命较长，具有限流特性，适用于各种电压等级的比较频繁操作的交流或直流的电力回路中。其缺点是工作时必须水平放置，断流后需要一定的散热恢复时间，只能用于分断中路，不能用于接通电路。

2.3钠断流器

2.3.1结构原理

钠断流器是一种限流型灭弧断流的微动的微型断流装置，其结构原理见图5所示，图5(a)是一端带有活塞的圆管形结构，适用于单操动单转移型断流开关；图5(b)是两端都带有活塞的园管形结构，适用于双操动单转移型断流开关。图中N₁为中间有一个细管道的能承受压力的耐高温电弧的绝缘管壳，N₂为封闭管壳的铜帽，N₃和N₉为带有活塞的封闭管壳的铜帽，N₄为管壳中连通两端铜帽的空腔中充填的金属钠，N₅和N₇为压挤钠的活塞，N₆和N₈为连在活塞上的绝缘顶杆。园管两端的铜帽可插入断流开关内指定的铜插座上，便能接通插座两端的电路。其断流原理比较简单，分闸时当电流通过细管道中截面很小的钠导体时，使其迅速发热变成钠蒸汽，快速推动活塞，使断流器中的电阻急骤增大，可进行限流性的分断电路。经过短时散热后钠蒸汽冷却又恢复成比较软的固态，在合闸过程中能被压挤保持良好接触，为分闸断流做好准备。

绝缘管壳可采用高氧化铝陶瓷或其它性能优越的材料制造，它与两端铜帽的连接可采用可阀金属(铁镍钴合金)焊接。其管壳长度可按各种电压等级的不同要求，选择合适的绝缘耐压距离，管壳厚度可按短路电弧的冲击强度确定厚度半径。还有一种用波纹管取代活塞的钠断流器，其结构原理见图6所示，图6(a)是一端带有波纹管的园管形结构，图6(b)是两端都带有波纹管的园管形结构。图中N₁₁为中间有一细管道的陶瓷管壳，N₁₂、N₁₃和N₁₉为连接管壳的铜帽，N₁₄为管壳中连通两端铜帽及波纹管的空腔中充填的金属钠，N₁₅和N₁₇为波纹管，N₁₆和N₁₈为封闭波纹管的绝缘端盖。园管两端的铜帽可端入断流开关内指定的铜插座上，便能接通插座两端的电路。其断流原理和图5所示结构的原理一样，其密封性能和使用效果更为优越。如果波纹管的自闭力能够和断流时电弧的冲击压力相匹配时，还可制成静态的微型断流装置。

2.3.2工作原理

配用钠断流器的断流开关，其工作原理和配用水银断流器的基本上一样，见本节2.2.2文中的描述。所不同的是断流开关中操动机构的动触头和半静触头的操动杆上分别连接着一个专用连杆，在合闸过程中当动触头与静触头和半静触头接通电路的同时，专用连杆便可分别推动断流器中的绝缘顶杆N₆和N₈，能压挤金属钠使其保持良好接触，为分闸断流做好准备。分闸时当动触头和半静触头刚一分离后便能自动将电流转移到断流器中，同时操动杆上的专用连杆也及时离开了断流器中的绝缘顶杆，待断流器快速限流分断电路后，动触头再继续分离到分闸后位置，安全隔离电流。

2.3.3适用范围及特点

钠断流器体积小、容易制造、能重复使用、寿命长，具有优越的限流特性，能适用于各种电压等级的比较频繁操作的交流或直流的电力回路中。其缺点是断流后需要一定的散热恢复时间，只能用于分断电路，不能用于接通电路。

2.4熔丝断流器

2.4.1结构原理

熔丝断流器是一种灭弧断流的一次性静态微型断流装置，其结构基本上和熔断器的结构原理一样。所不同的是断流器的工作时间很暂短仅为毫秒级，设计时不考虑发热温升和热稳定性问题，其体积较小、金属熔丝较细。断流器的壳体内除填充石英砂外，还可考虑采用真空、高压气体或液体，例如绝缘油、碳化氢、SF₆和C₃F₆等灭弧性能良好的绝缘介质，研制成非限流型和限流型两种类型的断流器。需要考虑的是断流开关每次分断电路后，要立即在分闸结束的同时自动更换一个备用的断流器，其自动更换装置的结构原理也比较简单，可仿照采用枪膛子弹自动上膛的原理。

2.4.2工作原理

配用熔丝断流器的断流开关，其工作原理和水银断流器的基本相同，见本节2.2.2的文中描述。

2.4.3适用范围及特点

熔丝断流器的重量轻、体积小、容易制造、价格低廉、具有限流特性，适用于不频繁操作的供电回路中。其缺点是每次断流后必须立即自动更换备品，只能用于分断电路，不能用于接通电路。

2.5 PTC断流器

2.5.1结构原理

PTC断流器是一种限流型无弧断流的静态微型断流装置。其结构原理是在普通的绝缘材料(如聚乙稀)中间填充具有一定密度的导电微粒复合成的PTC热敏元件，是一种能快速反应的带有正温度特性的限流电阻，常温下它是一个具有导电链路的导体。接入电路中时，电流通过断流器会产生热效应，PTC的绝缘材料的热扩散能力比导电材料强，绝缘材料热扩散便会分割导电微粒，直至阻断导电链路。

2.5.2工作原理

配用PTC断流器的断流开关，其工作原理和配用水银断流器的基本相同，见本节2.2.2文中的描述。

2.5.3适用范围及特点

PTC断流器结构简单、重量轻、体积小，具有良好的限流特性，能静态无弧阻断电路，特别适用于短路电流和直流电路的分断。其缺点是断流后需要一定的散热恢复时间，不能立即频繁操作，而且只能用于分断电路，不能用于接通电路。

2.6晶闸管断流器

2.6.1结构原理

晶闸管断流器是一种无弧断流的静态微型开关装置，是采用不带散热器的晶闸管及其控制回路构成的，其结构原理实质上就是晶闸管的静态无弧的开关原理。断流器是交流电流自然过零的断流，在断流开关中的工作时间很暂短，不超过工频电流的半个周波——10ms的时间。这样就能充分发挥晶闸管无弧断流的开关功能，可以5～10倍地提高它的断流容量。但大功率晶闸管的额定电压和额定电流目前还不够高，国内外现已开发使用的大功率管，额定电压8000V、额定电流3000A，采用串并联的结构原理可以提高断流器的开断容量和电压等级。由于其工作时间很暂短，一般不需要庞大的散热装置，在高压或频繁操作时，可将其放入绝缘油中。

2.6.2工作原理

配用晶闸管断流器的断流开关在分合闸过程中，按程序控制进行分步操作。在合闸过程中，当开关的动触头关合到初步合闸位置时，仅将断流器接入了电路并未导通，此时给晶闸管控制极触发电压，待电路接通后动触头继续关合到合闸后位置，断流器被短接在电路中，已为分闸做好了准备。在分闸过程中，当开关的半静触头刚一分离的瞬间就已将回路中的电流自动转移到断流器中，紧接着迅速自动关断了晶闸管控制极的触发电压，断流器在交流电流过零时自动断流后，动触头再继续分离到分闸后位置，安全隔离电源。

2.6.3适用范围及特点

晶闸管断流器寿命很长，不但能静态无弧断开电路，也能静态无弧接通电路，且其开、关的速度很快，能适用于特别频繁操作的供电回路中。但其价格比较昂贵，且承受短路电流的能力较差。

3触头单元的设计方案

3.1简介

3.1.1触头单元的基本结构

触头单元的结构有些象三相隔离开关的闸刀形式，每相有一个动触头和一组静触头。静触头组有一个静止的静触头、一个可动的半静触头和一个静止的转移触头。静触头连接在电源侧，半静触头通过软连接接在负荷侧，在半静触头和转移触头之间连接着一个断流器。动触头是条形双片状的闸刀连接在操动杆上，合闸时刀片两端夹持住静触头组的三个触头。双刀片外侧装有钢板和压力弹簧，紧贴在闸刀两端外侧靠近各静触头之处的钢板为磁锁，下面图中未画出钢板。它具有两种作用，一方面在弹簧的压力下，通过磁锁的杠杆比，可以使闸刀和各静触头保持良好的接触，并产生较大的接触压力；另一方面在短路电流流过时，由于钢板被磁化，便能产生一种磁性吸力，作用在刀片上，使接触压力增加，从而可以避免短路电流引起触头熔焊和防止闸刀自行分开。如果要求其负载电流较大时，每相可采用上述形式的双闸刀或多闸刀结构。

3.1.2触头单元的结构类型

触头单元在断流开关中的基本功能是动静触头能够进行分离和关合电路的操作，同时还具备在分合闸的瞬间能够把回路电流自动转移到断流器中去的功能。按其转移电流的功能可分为单转移型触头和双转移型触头，单转移型触头单元适用于微型断流装置的断流器，双转移型触头单元适用于微型开关装置的断流器。按动静触头的耐压开距又可分为短开距和长开距的两种结构形式，短开距的绝缘距离一般不超过125mm，长开距的一般则大于125mm。短开距触头单元适用于低压和中压的断流开关，长开距触头单元适用于中压及以上电压等级的断流开关。那么组合后有四种类型：a、单转移短开距触头单元，b、单转移长开距触头单元，c、双转移短开距触头单元，d、双转移长开距触头单元。

3.2单转移短开距触头单元

单转移短开距触头单元的结构原理见图7所示，图中1为动触头、2为静触头、3为半静触头、4为转移触头，图7(a)和图7(c)为动触头和静触头组的主视图，图7(b)和图7(d)分别为其左视图。图7(c)中，静触头和半静触头的前端并齐在一条直线上，转移触头的前端比其靠后3mm左右，合闸时动触头先和静触头及半静触头闭合，紧接着再和转移触头闭合。

3.3单转移长开距触头单元

单转移长开距触头单元的结构原理见图8所示，基本和单转移短开距触头单元相同。不同的是转移触头的形状有些区别，而且触头之间的开距比较大。

3.4双转移短开距触头单元

双转移短开距触头单元的结构原理见图9所示，基本和单转移长开距触头单元相同。但静触头和转移触头的前端并齐在一条直线上，半静触头的前端比其靠后约30mm以上，合闸时动触头先和静触头及转移触头闭合，电路导通后再和半静触头闭合。

3.5双转移长开距触头单元

双转移长开距触头单元的结构见原图10所示，基本和双转移短开距触头单元相同。不同的是静触头和转移触头的前端并齐在一条直线上，半静触头在靠后较远的距离，而且触头之间的开距比较大。

4开关机构的设计方案

4.1简介

4.1.1操动机构的设计

操动机构按电压等级的要求可以设计成不同行程的操动机构。低压需要短行程的操动机构，其行程暂定为40mm以内，可采用简单的E型或U型或螺线管式电磁铁作为操作动力源。中压需要中行程的操动机构，其行程暂定为40～125mm，可采用简单的螺线管式电磁铁或储能弹簧作为操作动力源。中压以上电压等级需要长行程的操动机构，其行程暂定为125mm以上，可采用储能弹簧或电动机或液压机构作为操作动力源。如果一个操动机构满足不了需要，也可设计成双操动机构的形式。单操动的断流开关由一个操动机构控制三相动触头同体操作，双操动的断流开关还需由另一个操动机构控制三相半静触头同体操作。

4.1.2开关机构的结构类型

开关机构按触头单元的短开距和长开距的结构类型，分别需要单操动和双操动两类形式的结构，而触头单元又分为单转移型和双转移型，则有四种类型：a、单操动单转移型，b、双操动单转移型，c、单操动双转移型，d、双操动双转移型。

4.2单操动单转移型断流开关

4.2.1结构原理

单操动单转移断流开关的单相结构原理见图11所示，图中触头单元采用了图7所示的单转移短开距触头单元的结构型式。图中1为动触头、2为静触头、3为半静触头、4为转移触头、5和6为操动杆、7和8为电磁锁、9为E型分闸电磁铁、16为压力弹簧、11为软连接、12和14为接线端、13为断流器、15为硬连接。静触头2接在电源侧，接线端12接在负荷侧。E型电磁铁9的中间铁心上套着一个合闸弹簧，电磁铁吸合时给合闸弹簧储能，为合闸做好准备。也可根据电压等级及操动行程的需要，分别采用螺线管电磁铁或储能弹簧等机构作为操作动力源。

断流开关在操作过程中有三个稳定状态，见图12所示，其中图(a)为分闸位置，图(b)为合闸位置，图(c)为初分闸位置。图中1为动触头、2为静触头、3为半静触头、4为转移触头、5和6为操动杆、7和8为电磁锁、16为压力弹簧。

4.2.2工作原理

断流开关接到合闸指令时，见图11和图12所示，电磁锁7通电解锁，操动杆5在合闸弹簧的弹力下推动动触头1迅速关合到静触头2和半静触头3中，接着关合到转移触头4中，并继续推动半静触头3到图12(b)所示的合闸位置，电磁锁8自动锁定操动杆6，同时电磁锁7被辅助开关的常闭接点自动断电。此时断流器13已被短接在电路中，为分闸做好了准备，动触头1主要靠其刀片两侧的夹持力被固定在静触头组上，当然还有合闸弹簧的一点剩余推力。分闸时分闸电磁铁9通电吸合衔铁，操动杆5在较大的电磁力作用下，拉动动触头1快速分离到图12(c)所示的初分闸位置时被电磁锁7自动锁定，同时分闸电磁铁9被电磁锁7的常开辅助接点自动断电。待断流器13自动分断电路后，经控制单元延时给分闸电磁铁9再次通电，并同时给电磁锁7通电解锁，操动杆5继续拉动动触头1分离到图12(a)所示的分闸位置，被电磁锁7再次自动锁定，同时分闸电滋铁9又被自动断电。紧接着电磁锁8通电解锁，半静触头3在弹簧推力下运动到图12(a)所示的分闸位置，电磁锁8被辅助接点自动断电。分闸电磁铁9在分闸的同时给合闸弹簧储能，为下次合闸做好了准备。

4.3双操动单转移断流开关

4.3.1结构原理

双操动单转移断流开关的单相结构原理见图13所示，图中各部件基本和图11所示相同。不同的是触头单元采用了图8所示的单转移长开距的结构型式，同时在半静触头3的操动杆6上连接着另一个E型分闸电磁铁10。当然电磁铁9和10都可根据电压等级及操动行程的需要，分别采用螺线管式、E型或U型电磁铁，或储能弹簧、电动机、液压机构等，做为操作动力源。

断流开关在操作过程中有三个稳定状态，见图14所示。图中(a)为分闸位置，(b)为合闸位置，(c)为初分闸位置。

4.3.2工作原理

断流开关的工作原理参见图13和图14描述。合闸时给电磁锁7瞬间通电解锁，动触头1在电磁铁9中的合闸弹簧的推力下快速关合到图14(b)所示的合闸位置，电磁锁7被辅助开关的常闭接点自动断电。动触头1将静触头2、半静触头3和转移触头4全部闭合，把断流器13短接在回路中，为分闸做好了准备。分闸时给分闸电磁铁10通电吸合衔铁，操动杆6拉动半静触头3分离到图14(c)所示的初分闸位置，操动杆6被电磁锁8自动锁定。在电磁铁10初分闸的同时，已为其中间铁心上所套的压力弹簧储能。待断流器13自动分断电路后，经控制单元延时给分闸电磁铁9通电吸合铁心，操动杆5拉动动触头1分离到图14(a)所示的分闸位置时，操动杆5被电磁锁7自动锁定，且辅助开关的常闭接点使分闸电磁铁9自动断电。接着辅助开关的常开接点使电磁锁8瞬间通电解锁，半静触头3在电磁铁10中的储能弹簧的推力下，也恢复到图14(a)所示的分闸位置，为下次合闸做好了准备。

4.4单操动双转移断流开关

4.4.1结构原理

单操动双转移断流开关的单相结构原理见图15所示，图中触头单元采用了图9所示的双转移短开距触头单元的结构型式。图中1为动触头、2为静触头、3为半静触头、4为转移触头、5为操动杆、7为电磁锁、9为螺线管分闸电磁铁、12和14为接线端、13为断流器。静触头2接在电源侧，接线端12接在负荷侧。螺线管电磁铁9的铁心的一个端部压着一个合闸弹簧，电磁铁分闸吸合铁心时给合闸弹簧储能，为合闸做好准备。也可根据电压等级及操动行程的需要，分别采用E型电磁铁或储能弹簧、电动机、液压机构等，做为操作动力源。

断流开关在操作过程中有四个稳定状态，见图16所示。图中(a)为分闸位置，(b)为合闸位置，(c)既为初分闸位置又为初合闸位置。

4.4.2工作原理

断流开关的工作原理参见图15和图16描述。合闸时给电磁铁7瞬间通电解锁，操动杆5在合闸弹簧的弹力下，推动动触头1快速关合到图16(c)所示的初合闸位置时，操动杆5被已断电的电磁锁7自动锁定。此时动触头1与静触头2和转移触头4闭合，将断流器13接入了电路，待其自动接通电路后，经控制单元延时再给电磁锁7瞬间通电解锁，动触头1继续关合到图16(b)所示的合闸位置。此时动触头和静触头组全部闭合，将断流器13短接在电路中，已为分闸做好了准备。分闸时给电磁铁9通电吸合动铁心，操动杆5在较大的电磁力作用下，迅速拉动动触头1分离到图16(c)所示的初分闸位置时，操动杆5被已断电的电磁锁7自动锁定，且使电磁铁9自动断电。此时动触头1和半静触头3完全分离，待断流器13自动分断电路后，经控制单元延时给电磁锁7瞬间通电解锁，并同时给电磁铁9自动通电再次吸合动铁心，动触头1继续分离到图16(a)所示的分闸位置时，操动杆5被已断电的电磁锁7自动锁定，且使电磁铁9自动断电。此时动触头1与静触头2和转移触头4也完全分离，使断流器安全隔离电源。分闸中电磁铁9在吸合动铁心的同时，给合闸弹簧储能，为下次合闸做好了准备。

4.5双操动双转移断流开关

4.5.1结构原理

双操动双转移断流开关的单相结构原理见图17所示，图中各部件基本和图13所示相同。不同的是触头单元采用了图10所示的双转移长开距的结构形式。

断流开关在操作过程中有四个稳定状态，见图18所示。图中(a)为分闸位置，(b)为合闸位置，(c)既为初分闸位置又为初合闸位置。

4.5.2工作原理

断流开关的工作原理参见图17和图18描述。合闸时给电磁铁7瞬间通电解锁，动触头1快速关合到图18(c)所示的初合闸位置时，将静触头2和转移触头4闭合，把断流器13接入了电路。待其自动接通电路后，经控制单元延时再给电磁锁8瞬间通电解锁，半静触头3立即关合到动触头1中，即图18(b)所示的合闸位置，将断流器13短接在电路中，已为分闸做好了准备。分闸时给分闸电磁铁10通电，使半静触头3迅速分离到图18(c)所示的初分闸位置，待断流器13自动分断电路后，经控制单元延时给分闸电磁铁9通电，使动触头1分离到图18(a)所示的分闸位置，为下次合闸做好了准备。

4.6锁扣装置的设计方案

上述各操动机构中所采用的锁扣装置是一种专用的电磁锁，也可采用性能优越的解锁速度更快的永磁锁，下面分别介绍其结构原理。

4.6.1电磁锁的结构原理

电磁锁由一个小螺线管电磁铁、一个小弹簧、一个连接在铁心上的小锁杆及两对常开常闭的辅助接点组成，其结构原理见图19所示。图中21为静铁心、22为线圈、23为带有小锁杆的动铁心、24为小弹簧、25为辅助接点。线圈22不通电时，小弹簧24推着动铁心23及其小锁杆，能自动插入被锁机构的锁孔中，辅助接点上的常开接点打开、常闭接点闭合。线圈22通电时，动铁心23被吸入管内并压缩小弹簧24，动铁心拉着小锁杆解除锁扣，释放被锁机构，辅助接点上的常开接点闭合，常闭接点打开。需要时可采用性能更好的位置传感器取代辅助接点。

4.6.2永磁锁的结构原理

单线圈单锁扣的永磁锁由一个带永磁体的小螺线管构成，被锁机构的操动杆中有一小段铁心，其结构原理见图20(a)所示，图中31为静铁心、32为线圈、33和34为永磁体、35为连接在操动杆中的动铁心。操动杆运动时，当这一小段铁心35进入到小螺线管中，操动杆被永磁体的磁性吸力自动锁定。如果需要解除锁扣时，小螺线管的线圈32通电，电磁力将抵消永磁吸力，操动杆便被自动解扣。操动杆上同样也可带辅助接点，也可用位置传感器取代辅助接点。如果操动杆需要在两个或多个不同位置被锁定时，可在这根操动杆上的不同位置中各放一小段铁心，即可制成单线圈双锁扣或单线圈多锁扣的永磁锁。单线圈双锁扣的永磁锁的结构原理见图20(b)所示，图中35和36为连接在操动杆中的两小段动铁心，当操动杆中的两个动铁心分别运动到小螺线管中时，可在这两个位置被分别锁定。也可设计成双线圈双锁扣的永磁锁，其结构原理见图20(c)所示。当操动杆中的动铁心35运动到线圈32的位置时被迅速锁定，如果线圈32通电解锁后操动杆继续运动，动铁心35进入到线圈37的位置时又可被迅速锁定。

4.7永磁操动机构的设计方案

上述各操作动力源所采用的电磁铁机构，在其分合闸的操作过程中，推动动触头和半静触头的操动杆运动在指定位置时，需要专用的锁扣装置进行锁定。这里设计几种自带永磁锁扣的电磁操动机构，其零部件更少，操动匹配性能更优越，可以在不同条件的场合中分别取代上述操动机构。

4.7.1单稳态永磁操动机构的结构原理

单稳态永磁操动机构的结构原理见图21所示，在螺线管电磁铁的静铁心44中设置两块永磁体41和42作为分闸位置的锁扣装置，图中所示为机构的合闸位置。分闸时分闸线圈43通一直流电，吸合铁心45拉动操动杆46带动动触头或半静触头，进行分闸并压缩合闸弹簧47，给其储能。铁心45被吸合到分闸终端位置时，被永磁体41和42自动锁定，分闸线圈43被断电，分闸结束。当需要解锁合闸时，分闸线圈43通一反向电流即可自动解锁合闸，分闸线圈43被断电，合闸结束。

4.7.2双稳态永磁操动机构的结构原理

双稳态永磁操动机构的结构原理见图22所示，在双线圈的螺线管电磁铁的静铁心55的中间部位，设置两块永磁体51和52作为分合闸两个位置的锁扣装置，图中所示为机构的合闸位置。分闸时分闸线圈53通一直流电，可使永磁体51和52自动解锁，同时吸合动铁心56并拉动非导磁材料制成的操动杆57带动动触头进行分闸，运动到分闸终端位置时，动铁心56被永磁体51和52自动锁定，分闸线圈53被断电，分闸结束。当需要解锁合闸时，合闸线圈54通一直流电，可使永磁体51和52自动解锁，同时吸合动铁心56推动操动杆57及触头进行合闸，运动到合闸终端位置时，动铁心56被永磁体51和52自动锁定在合闸位置，合闸线圈54被断电，合闸结束。

4.7.3三稳态永磁操动机构的结构原理

三稳态永磁操动机构的结构原理见图23所示，在双线圈的螺线管电磁铁的静铁心65的中间部位，设置两块永磁体61和62作为初分闸、分闸和初合闸三个位置的锁扣装置，图中所示为机构的合闸位置。初步分闸时给线圈64通一直流电，吸合动铁心66拉动操动杆67带动动触头进行分闸，并压缩合闸弹簧68，给其储能。动铁心66被吸合到中间位置时，被永磁体61和62自动锁定，线圈64被断电，分闸暂停。当需要解锁继续分闸时，给线圈63通一直流电，可使永磁体61和62自动解锁，同时再次吸合动铁心66拉动操动杆67带动动触头继续分闸，并继续压缩合闸弹簧68，给其储能。动铁心66被吸合到分闸终端位置时，被永磁体61和62再次自动锁定，线圈63被断电，分闸结束。当需要解锁合闸时，给线圈63和64同时通一反向电流即可自动解锁合闸，当动铁心66运动到中间位置时，线圈63和64被断电，动铁心又被永磁体61和62自动锁定，合闸暂停。当需要解锁继续合闸时，给线圈64再通一反向电流，可自动解锁继续合闸，线圈64被断电，合闸结束。

4.7.4四稳态永磁操动机构的结构原理

四稳态永磁操动机构的结构原理见图24所示，在三线圈的螺线管电磁铁的静铁心78的两个中间部位，分别设置永磁体71和72及73和74作为合闸、初分闸、分闸和初合闸四个位置的锁扣装置，图中所示为机构的合闸位置。初步分闸时线圈76通一直流电，使动铁心79解锁，同时线圈77通一直流电，吸合动铁心80，并拉动非导磁材料制成的操动杆81带动动触头进行分闸。动铁心80被吸合到线圈77的闭合位置时，被永磁体73和74自动锁定，线圈76和77被分别断电，分闸暂停。当需要解锁继续分闸时，线圈77通一反向电流使动铁心80解锁，同时线圈75通一直流电吸合动铁心79，并继续拉动操动杆71带动动触头继续分闸。动铁心79被吸合到分闸终端位置时，被永磁体71和72再次自动锁定，线圈77和75被分别断电，分闸结束。当需要解锁合闸时，线圈75通电使动锁心79解锁，同时线圈77通电吸合动铁心80，并推动操动杆带动动触头合闸。动铁心80被吸合到线圈77的闭合位置时，被永磁体73和74自动锁定，线圈75和77被分别断电，合闸暂停。当需要解锁继续合闸时，线圈77通一反向电流使动铁心80解锁，同时线圈76通电吸合动铁心79，推动操动杆带动动触头继续合闸，动铁心79被吸合到线圈76的闭合位置时，也就是合闸的终端位置，被永磁体71和72及73和74自动锁定，线圈76和77被分别断电，合闸结束。

4.8半静触头防弹跳闭锁的设计考虑

4.8.1半静触头上采用电磁锁时的设计考虑

半静触头上采用电磁锁时，如图11和图13所示，半静触头3在已做好合闸准备的位置时未被锁定，仅靠后边的压力弹簧推压在该位置。在合闸时动触头1和半静触头3刚刚接触的瞬间，有可能引起半静触头3发生前后伸缩的弹跳运动，进而引发电弧，这是不允许的。解决的办法有两种：一种是在上述两图中电磁锁8的锁头位置的操动杆6上开一个小锁孔，就能使电磁锁8自动锁定操动杆6及半静触头3，即可消除合闸时半静触头接触初期的弹跳运动。但在分闸时首先要给电磁锁8通电解锁，需要一定的时间，这样一来将会产生一点在短路分闸时对快速分闸响应的不利因素，有可能拖延数毫秒～几十毫秒的时间。另一种解决的办法是在操动杆6上或一相的半静触头3上加装一个防弹跳的自动闭锁装置，需要时也可在每相的半静触头上加装一个。

4.8.2防弹跳的自动闭锁装置的结构原理

防弹跳的自动闭锁装置的结构原理见图25所示，图示位置和每相静触头组的排列成垂直安装，仅在中相的半静触头处安装一个自动闭锁装置即可。图中的91和92为动触头上两侧夹持的刀片，90为其外侧的绝缘插头，5为动触头上的操动杆。3为半静触头，6为其操动杆。93和94为自动闭锁装置上两个绝缘的滑动锁头，95和96为其两侧的压力弹簧，97为其绝缘底座。当动触头插入静触头单元合闸时，动触头上两侧的刀片91和92首先插入并夹持住早已被自动闭锁装置锁定的半静触头3，防止了半静触头的弹跳，由于三相半静触头连结在同一个操动杆6上，所以三相都不会出现触头弹跳。接着动触头上两侧的绝缘插头90插入到闭锁装置上绝缘的滑动锁头93和94中，随着合闸的继续插入可将滑动锁头在同一时刻自动开锁，为半静触头初分闸时的快速响应做好了准备。当分闸后半静触头要复位到准备合闸位置时，半静触头3可自动顶开滑动锁头93和94，并被自动锁定，为合闸时的防弹跳做好了准备。

4.8.3半静触头上采用永磁锁时的设计考虑

半静触头上采用永磁锁时，可采用双锁定位置的永磁锁，根据两个需要锁定位置的距离大小可分别选用单线圈双锁定永磁锁或双线圈双锁定永磁锁，见图20(b)和图20(c)所示的结构。在半静触头操动杆的适当位置设置合适的动铁心，能分别自动锁定半静触头的准备合闸位置和初分闸位置，既能防止合闸时半静触头的弹跳，又能保证分闸时程序控制的分步操作。当然半静触头上也可采用单锁定位置的永磁锁，见图20(a)所示的结构，用以锁定初分闸位置。但此时需要加装一个防弹跳的自动闭锁装置，见图25所示的结构。

4.8.4半静触头的操作采用永磁操动机构时的设计考虑

双操动机构的断流开关的半静触头的操作如果要采用永磁操动机构时，可直接采用双稳态永磁操动机构，见图22所示的结构，即可满足防止合闸时半静触头的弹跳和分闸时程序控制的分步操作的需要。也可采用单稳态分闸永磁操动机构，见图21所示的结构，但需加装一个防弹跳的自动闭锁或一个单锁定位置的永磁锁。

4.9触头行程的设计配合

本文发明的断流开关能够满足各种电压等级的交直流电网的需要，也能达到开断各种负载性质电流的要求。但它对短路电流的限流开断还不十分理想，将另文设计一种限流开关，可以用于短路电流的限流开断。在10KV以下的电力系统中，断流开关的触头单元中的介质采用普通空气，即可取代现有的中压断路器，取代大容量的低压断路器和接触器。而随着电压等级的不断升高，绝缘和耐压的要求就越高，触头开距就越来越大，则动触头分合闸时的行程也就会越来越大。设计操动机构时，各种动力源的操动行程都有一定的限制，例如E型和U型电磁铁的动铁心的运动行程就比较短一些，螺线管式电磁铁和永磁机构的动铁心的运动行程可比E型和U型的长一些，弹簧、电动机和液压操动机构的运动行程就比螺线管式的电磁操动机构还可长一些。那么触头行程和操动机构的运动行程将存在一个设计配合的问题，下边介绍两种改变触头行程的简单方法。通过这两种方法可使断流开关应用到超高压和特高压的电路中，电压等级越高就越能显示断流开关的优越性。

4.9.1扩大触头行程的方法

当触头开距比较大要求其行程比较长，而操动机构的运动行程比较短时，例如E型电磁体的动铁心，此时就不能将动触头直接连接在动铁心的操动杆上，否则动触头的行程受到限制，将和动铁心的吸合行程一样短。解决问题的一种简单办法是在动触头和动铁心之间连接一个杠杆式拐臂传动的操动杆或转轴，通过力臂或转距的调整就可扩大触头行程，使其二者的运动行程相匹配。

4.9.2缩短触头行程的方法

当电压等级较高而要求相间绝缘距离和触头开距较大时，可将三相触头放入绝缘介质中，例如绝缘油、SF₆或其它介质。此时，选择介质的设计原则和传统开关的设计选择有着明显的区别。传统开关的触头介质，设计选择时主要考虑其灭弧性能，其次考虑其绝缘性能。而断流开关的触头介质，设计选择时主要考虑其绝缘性能，对其灭弧性能并不特别要求。

4.10辅助开关的设计考虑

断流开关的辅助开关可在操动杆的两端分合闸位置处，分别设置带有一对或两对常开常闭接点的分合闸位置辅助开关，见图26所示。图中操动杆5在合闸位置，其连杆可使合闸位置辅助开关的接点HW动作；当操动杆向左运动到分闸位置时，可使分闸位置辅助开关的接点FW动作。对于双操动机构的两个操动杆，可根据需要分别设置动触头和半静触头分合闸位置的辅助开关1FW、1HW和2FW、2HW。这些辅助开关的接点也可采用性能更好的位置传感器取而代之。

5控制单元的设计方案

5.1控制单元的类型

控制单元按开关机构的类型可分为四种操作控制原理：a、单操动单转移控制，b、双操动单转移控制，c、单操动双转移控制，d、双操动双转移控制。

5.2控制原理

单操动单转移控制原理见图27所示，双操动单转移控制原理见图28所示，单操动双转移控制原理见图29所示，双操动双转移控制原理见图30所示。图中：1RD、2RD、3RD、4RD为熔断器，FA、HA为分、合闸按钮，HW、1HW、2HW为合闸位置辅助开关接点，FW、1FW、2FW为分闸位置辅助开关接点，DS、1DS、2DS为电磁锁，FC、1FC、2FC为分闸接触器，FQ、1FQ、2FQ为分闸电磁铁线圈，ZJ、1ZJ、2ZJ为中间继电器，SJ为时间继电器。图中所示控制电源母线和分闸电源母线均为220V直流电源，也可采用220V的交流电源。

上述控制原理采用的是继电器控制，也可采用性能更加优越的TC控制，编制成简单的傻瓜型程序控制单元。

5.3工作原理

图27～30所示控制电路的工作原理和本文4.2～4.5的文中所描述的断流开关的工作原理基本相同，继电器的动作过程和操作顺序是一致的。图27和28所示的控制电路适用于配用水银、钠、熔丝和PTC断流器的断流开关，图29和30所示的控制电路适用于配用晶闸管、微动、跷板、电控和磁控断流器的断流开关。本发明所设计的多种类型的断流开关，分别适用于低、中、高、超、特电压等级和各种系统容量的电力线路的分合闸控制，可满足电网现代化建设的需要。

6两起罕见的误操作实例

6.1 1959年4月11日8时35分，兰州化肥厂变电所值班员误操作，用PB-6/1000型的隔离开关，手动切除了正在满载运行的2500KW的大电机，却安然无恙，未发生异常现象。

6.2 1968年×月×日，大连化工厂变电所值班员误操作，用PB-6/400型的隔离开关接通了625KW的大电机，未发生异常现象，电机照常运转。

这两起误操作事故，并没有产生电弧引起短路事故的发生。说明在分闸或合闸的过程中，隔离开关的三相闸刀分离时，正巧分别赶上三相交流电的过零时刻，进行了无弧断流或无弧接通。尽管是一次偶然性的误操作事故，却充分证明了无弧断流是客观存在的事实。本发明正是从这万分之一的偶然性，要争取做到万无一失的可靠性，经过33年的不懈努力，努于发明了日夜理想的断流开关。

Claims

断流开关是在现有的灭弧理论及其各种灭弧原理的基础上，根据无弧断流理论及一系列的断流原理(包括灭弧断流原理和无弧断流原理)，突破了传统断路器的研制理论，创立了一整套新颖的设计方案而开发研制的。在总体设计的构思下，描述了一系列特有的断流器、触头单元、开关机构和控制单元等相互关联的技术手段，其待征有以下5项独立的和5项从属的技术发明。

1、其特征是断流器在断流开关的分合闸过程中，承担着分断和接通电路的瞬间载流任务，工作时间很暂短，有的断流器仅在10ms以内，有些可在几十ms以内。所以其载流截面和体积都很小，实际上就是一种微型开关装置(既能接通电路又能分断电路)或微型断流装置(只能分断电路)，有限流型和非限流型，有无弧断流的也有灭弧断流的。微型开关装置的有晶闸管断流器，微动断流器、跷板断流器、电控断流器和磁控制流器，微型断流装置的有水银断流器、钠断流器、熔丝断流器和PTC(Positive Temprature Coeffcient)断流器，分别可以满足不同电压等级和开断容量的需要。
2、其特征是触头单元既能保证断流开关运行时的可靠供电，又能在分合闸时将高速动态状况下的电流分断或接通，快速转移到断流器中进行静态或轻松的断流或导通。这种在分合闸时自动快速转移电流的独特功能可采用动触头、静触头、半静触头和转移触头的结构形式，进行简单的分步操作来实现。能消除触头上的电磨损，解决电寿命和制造难度问题。配用微型断流装置型的断流器时，触头单元在合闸时可进行微弧或小电弧的快速关合，其分闸时可进行无弧分断；配用微型开关装置的断流器，触头单元的分合闸均可进行无弧操作。则触头单元的电寿命很长，制造成本很低。
3、其行征是触头单元的接触采用了像隔离开关那样的插入式的接触方式，它的接触压力是刀片两侧弹簧的夹持力和磁锁力。其分合闸时的操作力很小，仅为该夹持力乘以较小的摩擦系数，不需要像真空开关那样对接式的接触方式下的数千牛顿的闭合压力，能将重载操作化解为轻载或空载操作，可消除合闸时的触头弹跳，解决对接式的闭合压力问题，可减小分合闸时强烈的机械撞击，有效延长开关的机械寿命。
4、其特征是开关机构取消或简化了传动机构和触头行程机构，大大减少了传动链，把操作动力源直接作用在触头上。按照电压等级和触头开距的要求分别采用单操动机构或双操动机构。分解了操作力，其操作力、操作功和功耗都很小，仅为现有断路器的1/3～1/10，则其体积和制造成本都较小。其分闸操作时，初分闸的响应及速度都很快，而继续分闸时的速度比较缓慢，消除了分闸时的冲击力和弹跳问题。有的开关机构中的半静触头上采用了防弹跳的自动闭锁装置，能有效防上半静触头合闸时的伸缩弹跳。开关机构中还采用了电磁锁或永磁锁的锁扣装置，有的操作动力源还可采用自带锁扣装置的永磁操动机构，能执行分步操作时的闭锁控制，其自动闭锁和电动解锁的速度都很快，开关机构简单轻便操作可靠寿命长。
5、其特征是控制单元按照断流器分合电路的功能，采用简单的继电器控制或低档次的PC控制。用于微型断流装置的断流器的控制是合闸、初分闸和分闸共三步程序控制；用于微型开关装置的断流器的控制是初合闸、合闸、初分闸和分闸共四步程序控制。把复杂快速、准确可靠、高精度操作的高级智能化控制，化解为简单慢速毫不失误的低级傻瓜型控制，其结构简单元件少成本低廉，解决了控制精度问题。应用于交流短路电流的控制设计，当使用限流型的断流器时，其控制设定时间，检测响应和转移电流的时间非常短，可控制在2ms以内，则其控制单元必须采用快速响应的PC控制。当使用非限流型的断流器时，对于远离发电厂的短路电流的控制设计，从短路瞬间起需延时45ms左右再将电流及时转移到断流器中；对于发电厂附近的短路电流的控制设计，则需延时150ms左右。具体延时的时间可按具体电路的参数计算出短路电流的最大暂态分量的衰减时间，即可确定短路后电流出现第一个过零的时间。就能控制断流器在短路电流的暂态分量衰减到出现过零时承担转移电流并分断电路的任务，能保证非限流型的断流器的工作时间最短，其载流截面和体积最小，可以采用电器控制或PC控制。
6、如权利要求4所述的双操动机构，其特征是一个机构操动动触头，另一个机构操动半静触头。分合闸操作时既能有序配合自动转移电流，又可分解操作力减小制造难度，还能适应长行程大开距高电压等级的要求。
7、如权利要求4所述的电磁锁，其特征是由一个小螺线管电磁铁、一个小弹簧、一个连接在铁心上的小锁杆及两对常开常闭的辅助接点所构成。其线圈不通电时，小弹簧推着动铁心及其小锁杆能插入被锁机构的锁孔中进行自动锁扣；线圈通电时，动铁心被吸合而拉动小锁杆可解除锁扣，能比较快速的释放被锁机构。
8、如权利要求4所述的永磁锁，其特征是由一个带永磁体的小螺线管构成，被锁机构的操动杆中有一小段铁心。操动杆运动时，当这一小段铁心进入到小螺线管中，便被永磁体的磁性吸力自动锁定。如果需要解除锁扣时，小螺线管的线圈通电，其电磁力将抵消永磁吸力，操动杆便会被极快速的解扣。这是单线圈单锁扣的永磁锁。也可在操动杆的两个或多个不同的合适位置中各设置一小段铁心，可制成单线圈双锁扣的或多锁扣的永磁锁。也可设计成双线圈的双锁扣的永磁锁，当操动杆的铁心进入到其中一个线圈的合适位置时便被自动锁定，该线圈通电便可快速解扣；当该铁心进入到另一个线圈的合适位置时也会被自动锁定，其线圈通电也可快速解扣。
9、如权利要求4中所述的永磁操动机构，其特征是三稳态的或四稳态的永磁操动机构。三稳态永磁操动机构可进行初分闸、分闸和初合闸三位置的自动磁性锁扣的分合闸操作。四稳态永磁操动机构可进行初分闸、分闸和初合闸、合闸四个位置的自动磁性锁扣的分合闸操作。其结构及工作原理基本上和现有的单稳态或双稳态永磁操动机构大体相同。
10、如权利要求4中所述的防弹跳的自动闭锁装置，其特征是在半静触头的根部加装一个能自动闭锁的机构，在动触头的外侧加装一个能自动解锁的插头。在分合闸的过程中可以进行自动的锁扣和自动的解扣，能有效地防止半静触头的伸缩弹跳。