CN218471832U - 一种智能永磁真空双主断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能永磁真空双主断路器，包括底座、两台真空主断路器以及两个控制器，所述底座可拆卸连接在所述机车的外侧顶部；两台所述真空主断路器间隔设置在所述底座上，且与底座垂直连接，两台所述真空主断路器并联接入所述机车的控制器，两台所述真空主断路器均为双断口串联结构。通过将两台真空主断路器并联在控制器上，实现两台真空主断路器可交替独立使用，将控制器与外联计算机连接，实现一台机车上可有两台主断路器交替工作，避免因单台主断路器发生故障而引起的机破，保证了机车安全运行。

Description

一种智能永磁真空双主断路器

技术领域

本实用新型涉及电力机车技术领域，尤其涉及一种智能永磁真空双主断路器。

背景技术

真空断路器是轨道交通电力机车及动车组上重要的电器部件，其作用在于：用来接通和开断电力机车或动车组的高压主电路，是系统的电源开关；同时，在电力机车或动车组发生故障时，能迅速有效地开断输入电源，保护操作人员的人身安全和设备安全。随着轨道交通装备技术的飞速发展，电力机车与动车组系统对真空断路器技术的要求也越来越高。而国内的交流传动电力机车大部分没有真空主断路器冗余设计，当机车运行时一旦真空主断路器发生故障，则会造成机车不能正常运行甚至停运。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本申请的目的在于提供一种智能永磁真空双主断路器，用以解决机车上只装有一个主断路器时，当主断路器发生故障，造成机车不能正常运行甚至停运的情况。具体方案为：

一种智能永磁真空双主断路器，包括底座、两台真空主断路器以及两个控制器，

所述底座可拆卸连接在机车的外侧顶部；

两台所述真空主断路器间隔设置在所述底座上，且与底座垂直连接，两台所述真空主断路器分别与两个控制器电连接，两台所述真空主断路器均为双断口串联结构；

两个所述控制器并联接入所述机车的控制器。

优选的，所述真空主断路器包括从上到下依次设置的两台真空灭弧室、绝缘拉杆和永磁机构，

所述绝缘拉杆一端分别与两台所述真空灭弧室固定连接，所述绝

缘拉杆另一端与永磁机构固定连接；

所述永磁机构的另一侧设置有速动开关，所述永磁机构和速动开

关电连接；

两台所述真空灭弧室水平设置在绝缘拉杆的顶部，两台所述真空

灭弧室相对的端面均设有端口，两台端口采用多层铜箔串联。

优选的，所述真空灭弧室包括：壳体、定触头和动触头，

所述定触头通过定导电杆固定连接在壳体壁上，所述动触头上转动连接有一对拐臂，所述拐臂的一端转动连接在壳体内；

所述绝缘拉杆穿过壳体与拐臂的另一端固定连接。

优选的，两台所述真空灭弧室中定触头和动触头的间距为小开距。

优选的，所述永磁机构为单稳态永磁机构。

优选的，所述绝缘拉杆的外部设置有绝缘泡体，

所述绝缘泡体包覆在绝缘拉杆外，所述绝缘泡体一端与壳体固定连接，所述绝缘泡体的另一端固定在底座上；

所述绝缘泡体和壳体均为褶皱状。

优选的，所述壳体、绝缘泡体、绝缘拉杆均采用绝缘材料。

优选的，所述真空主断路器的高压电气接口采用上进上出的方式。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

通过将两台真空主断路器并联在控制器上，实现两台真空主断路器可交替独立使用，将控制器与外联计算机连接，实现一台机车上可有两台主断路器交替工作，避免因单台主断路器发生故障而引起的机破，保证了机车安全运行；

通过将两台真空主断路器设置在同一个底座上，避免了过多的改变机车原有的构造和尺寸；

真空主断路器采用双断口结构的真空灭弧技术，双断口串联方式使主断路器可以承受单断回真空断路器2倍的反向恢复电压；

采用单稳态结构的精密永磁机构，该机构作为开关驱动机构具有一致性好、寿命长、可靠性高等特点。

灭弧室采用特殊的波纹管，配合小开距；触头弹簧寿命大于500万次；联锁直流微动开关寿命大于100万次。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种智能永磁真空双主断路器结构示意图；

图2为本实用新型实施例中一种智能永磁真空双主断路器内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例中一种智能永磁真空双主断路器安装结构示意图，

其中，1-底座，2-真空主断路器，3-绝缘泡体，4-真空灭弧室，5-绝缘拉杆，6-永磁机构，7-速动开关，8-控制器，9-电容，10-电源模块，11-计数器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据附图1-3所示的一种智能永磁真空双主断路器，包括底座1、两台真空主断路器2以及两个控制器8，

所述底座1可拆卸连接在机车的外侧顶部；

两台所述真空主断路器2间隔设置在所述底座1上，且与底座1垂直连接，两台所述真空主断路器2分别与两个控制器8电连接，两台所述真空主断路器2均为双断口串联结构；

两个所述控制器8并联接入所述机车的控制器。

进一步的，所述真空主断路器2包括从上到下依次设置的两台真空灭弧室4、绝缘拉杆5和永磁机构6，

所述绝缘拉杆5一端分别与两台所述真空灭弧室4固定连接，所

述绝缘拉杆5另一端与永磁机构6固定连接；

所述永磁机构6的另一侧设置有速动开关7，所述永磁机构6和

速动开关7电连接；

两台所述真空灭弧室4水平设置在绝缘拉杆5的顶部，两台所述

真空灭弧室4相对的端面均设有端口，两台端口采用多层铜箔串联。

进一步的，所述真空灭弧室4包括：壳体、定触头和动触头，

所述定触头通过定导电杆固定连接在壳体壁上，所述动触头上转动连接有一对拐臂，所述拐臂的一端转动连接在壳体内；

所述绝缘拉杆5穿过壳体与拐臂的另一端固定连接。

进一步的，两台所述真空灭弧室4中定触头和动触头的间距为小开距。

进一步的，所述永磁机构6为单稳态永磁机构。

进一步的，所述绝缘拉杆5的外部设置有绝缘泡体3，

所述绝缘泡体3包覆在绝缘拉杆5在外，所述绝缘泡体3一端与壳体固定连接，所述绝缘泡体3的另一端固定在底座1上；

所述绝缘泡体3和壳体均为褶皱状。

进一步的，所述壳体、绝缘泡体3、绝缘拉杆5均采用绝缘材料。

进一步的，所述真空主断路器2的高压电气接口采用上进上出的方式。

需要说明的是，在本申请中真空灭弧室4的壳体、以及绝缘泡体3采用疏水性脂环族环氧树脂作为主要绝缘材料，具有极高的抗拉强度、抗弯强度、抗冲击强度，不但耐紫外线性强、表面质量和绝缘强度大幅提升，而且由于其极强的憎水性和自洁性，可大大减少断路器漏电、降低闪络的发生率，抗腐蚀性更好，材料的性能稳定从而提高了断路器的寿命，大大简化了断路器的日常保养；

本申请中的真空主断路器2为永磁真空主断路器，其工作电源采用电容储能方式，因此本申请还包括电容器9、电源模块10和计数器11，所述电源模块10和电容9电连接，所述电容9和所述计数器11分别与所述控制器8电连接，所述控制器8与外联计算机电连接，所述电容9还与所述永磁机构6电连接，电容9依靠机车电池为其充电，电容9储能后，断路器在外部电源断开1 分钟内可进行一次分闸或合闸。平时，机车上的直流电源通过电源模块10对电容9进行充电。而断路器动作时，则依靠电容9供电，完成断路器的合、分闸操作。这样，就使断路器操作电源和机车控制电源完全独立。断路器操作时，对机车电源容量的要求大大降低。

本申请中各种断路器的操作电压范围为DC77~137.5V，完全满足机车上控制电源的电压波动条件；操作断路器时，机车乘务员可以按原方式操作，不作任何改变。

绝缘拉杆5是传递分闸与合闸力的关键部件，因此在本申请中绝缘拉杆5的芯棒需要具有抗拉伸、弯曲和压缩强度高的材料，同时要具有优良的绝缘性能，故采用电力系统中常用的玻璃纤维棒，外部伞套采用硅橡胶复合材料，该材料耐污性能优异，耐热和耐寒性好，绝缘强度高；绝缘拉杆5采用将芯棒与硅橡胶复合材料模具硫化一次成型的工艺，两端法兰采用扣压连接。绝缘拉杆5实际承受的拉力为2kN，压力为4kN。设计的拉力、压力均大于9kN，是实际需要的2倍多，完全满足合闸力和分闸力的需要。经拉力试验机9500N试

验，拉杆体未发生拉伸、弯曲、松脱现象，为断路器的安全运行提供了可靠保证。

本申请中控制器采用低功耗微处理器，输入采用光电耦合隔离，输出采用大功率电力电子器件，主要元器件采用军品级元件，采用看门狗电路防止程序意外跑飞。高性能的滤波器设计和抗干扰设计保证控制器在恶劣的电磁干扰下仍能可靠运行，电磁兼容性符合

IEC61000-4-X标准要求，同时，控制器具备记录存储功能，便于故

障检查及智能维保。其控制器为市售可得。

由于断路器操作时的电流达到瞬时数十安培，而电源是由机车蓄电池提供，故断路器操作电源采用电容储能方式。由两只电容并联为断路器动作时提供大电流，电容依靠充电模块为其充电。由于开机时电容充电时间较短，把机车电源串联，电阻并联在充电模块输出端，采用二极管隔离，可缩短电容充电时间，该方式即使充电模块出现故障，断路器仍能正常工作；

主断路器采用双断口结构的真空灭弧技术，即整机采用T型结构,每台断路器拥有两台真空灭弧室，内横置串联式双断口，双断口水平对称设置于顶部由一根拉杆带动，使两台真空灭弧室同步动作即，采用横置双断口串联和开关小开距设计，配合高压电气接口采用上进上出方式，在27.5kV电压等级，空气湿度100%饱和状况下，使安全空气绝缘距离≥400mm；27.5kV电压等级，设计外爬距为1.2m，内爬距为0.9m，对地耐压为100kV1min，断口间为100kV1min、雷电冲击耐受电压185KV。

本申请的工作过程为：

通过控制器使永磁机构动作，使传动机构带动真空灭弧室动

触头完成分断闭合功能。具体为：

断路器的合闸操作，控制器8接到由司机发出的合闸指令后，控制器8接通合闸线圈回路，永磁机构6的合闸线圈得电，永磁机构6中的动铁芯在磁力的作用下，推动绝缘拉杆5，驱使断路器合闸运动，合闸到位后，速动开关7将合闸到位信号返回控制器8，控制器8切断合闸线圈回路，永磁机构6内部动铁芯在永磁铁磁场作用下，将动铁芯保持在合闸位置，完成断路器合闸操作；

当永磁机构6需要分闸操作时，线圈中通一定量的电流，电磁线圈通电后在动铁芯底部产生与永磁铁磁场方向相反的磁场。当线圈中的电流增大到一定程度以后，电磁线圈产生的磁场大于永磁铁产生的磁场，动铁芯受到一个向下的力，当这个力增大到可以克服永磁机构的反力弹簧的作用力时，动铁芯将开始向下运动，完成分闸过程。

永磁机构6中的反力弹簧的作用是用于保持永磁操作机构的分闸状态，同时在分闸过程中提供作用于动铁芯向下的力，可降低电磁线圈的电压值辅助分闸。永磁机构6分闸，即动铁芯向下运动，带动绝缘拉杆和摇臂组建共同运动，拉动真空灭弧室4内的动触头运动，实现真空主断路器分闸。当永磁机构6需要合闸时，在电磁线圈中通一定量的电流（分闸过程的反向电流），产生的电磁吸力将带动动铁芯向上运动，最终完成合闸运动。当动静铁芯接触后，在永磁铁的作用下将操持在合闸位置。永磁机构6在合闸状态由永磁铁提供的强大磁场力保持，分闸状态在电磁吸力作用的同时也要依赖永磁机构反力弹簧提供的反力来保持。控制器8对断路器合闸、分闸过程进行控制，为合闸、分闸线圈提供合适的操作电压和电流。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，包括底座（1）、两台真空主断路器（2）以及两个控制器（8），

所述底座（1）可拆卸连接在机车的外侧顶部；

两台所述真空主断路器（2）间隔设置在所述底座（1）上，且与底座（1）垂直连接，两台所述真空主断路器（2）分别与两个控制器（8）电连接，两台所述真空主断路器（2）均为双断口串联结构；

两个所述控制器（8）并联接入所述机车的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，所述真空主断路器（2）包括从上到下依次设置的两台真空灭弧室（4）、绝缘拉杆（5）和永磁机构（6），

所述绝缘拉杆（5）一端分别与两台所述真空灭弧室（4）连接，

所述绝缘拉杆（5）另一端与永磁机构（6）固定连接；

所述永磁机构（6）的另一侧设置有速动开关（7），所述永磁机

构（6）和速动开关（7）电连接；

两台所述真空灭弧室（4）水平设置在绝缘拉杆（5）的顶部，两

个所述真空灭弧室（4）相对的端面均设有端口，两台端口采用多层铜箔串联。

3.根据权利要求2所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，所述真空灭弧室（4）包括：壳体、定触头和动触头，

所述定触头通过定导电杆固定连接在壳体壁上，所述动触头上转动连接有一对拐臂，所述拐臂的一端转动连接在壳体内；

所述绝缘拉杆（5）穿过壳体与拐臂的另一端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，两台所述真空灭弧室（4）中定触头和动触头的间距为小开距。

5.根据权利要求2所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，所述永磁机构（6）为单稳态永磁机构。

6.根据权利要求3所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，所述绝缘拉杆（5）的外部设置有绝缘泡体（3），

所述绝缘泡体（3）包覆在绝缘拉杆（5）在外，所述绝缘泡体（3）一端与壳体固定连接，所述绝缘泡体（3）的另一端固定在底座（1）上；

所述绝缘泡体（3）和壳体均为褶皱状。

7.根据权利要求6所述的一种智能永磁真空双主断路器，其特征在于，所述壳体、绝缘泡体（3）、绝缘拉杆（5）均采用绝缘材料。

8.根据权利要求1所述的一种，其特在于，所述真空主断路器（2）的高压电气接口采用上进上出的方式。

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