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真空断路器操动机构分类及特点
来源:礼玖 发布时间:2020-05-29 09:24:00

真空断路器操动机构分类及特点:

断路器(英文名称rireuit-breaken是指能够关合承载和开断正常回路条件下的电流并能关合,在规定的时间内承载和开断异常回路条件下(包括短路条件)的电流的开关装置,在电力系统的一次设备中占有重要地位。

断路器包括两大部件:一为灭弧室,分为六氯化硫与真空两种类型,相当于断路器的心脏;另一为操动机构,为断路器完成分、合操作,对断路器的操作特性影响很大。操动机构结构复杂,维护工作量大,故障发生率较高。因此其可靠性至为关键。下面重点介绍真空断路器所用的三种操动机构。

图一弹簧操动机构原理框图.jpg

1、弹簧操动机构:

弹簧操动机构主要由储能及能量保持部分,合闸驱动部分合闸保持及分闸脱扣部分,合分电磁铁及二次控制元件部分构成。

图1所示为弹簀操动机构原理框图。

目前国内外使用的弹簧机构主要为螺旋弹簧机构。该机构又分为配装式和一体式。配装式弹簧机构有单独的型号,可配不同型号的断路器使用,如CT17,CT19型等。一体式指弹簧机构与真空断路器本体构成一体,机构本身并没有单独的型号,例如ZA63A型,VD4型,3AH型真空断路器。

一体式减少了中间的传动环节,使结构变得简单紧凑,降低了能耗和噪声。这种机构一经装配完毕后可以免调试,模块化程度较高,其广泛应用于中低压成套电气行业,一般由真空断路器厂家一起生产。 配装式弹簧机构由国内的指定厂家生产,通过机构及对接装置悬挂于横梁之下。配用敞开式中压断路器,目前使用最多的是CT17型和CTI9型。这两者结构基本相同,前者为直推式输出,后者为旋转式输出。

图2为CT17弹簀操动机构图片。

以CT17为例,该机构整体结构为夹板式储能系统驱动系统置于两侧板之间,合闸弹簀,接线端于微动开关储能电机电磁铁等置于外侧。储能电机为直流永磁电动机,储能时间较为稳定。电机通过滑块联轴器与齿轮输入轴相连,通过二级圆柱齿轮减速,拉紧合闸弹寶进行储能。其储能系统采用棘爪驱动储能到位时机构离合,电机空转;手动储能为棘轮机构,不会带动电机轴转动;扇形板轴上装有防止逆转的止动棘爪,防止储能过程中的回退。驱动系统采用凸轮摆动与四连杆组合而成的组合机构,所有的连杆均采用对称铰接,考虑到真空断路器的负戰特点,使四连杆行驶在断路器的超行程阶段接近死区,机械利益增大,增力效果明显。合分闸半轴都采用平面半轴锁F在分闸脱扣系统中采用两级减力机构,使脱扣力可以较小,与分闸电磁铁力相匹配。

弹簀操动机构的优点是只需要小功率的操作电源。电机功率小,同时交直流两用,适宜交流操作且弹簧本身容易制造,加工成本低,储存能量效率高。其缺点为结构复杂,完全依靠机构传动,零部件数量较多(约180个),而且加工精度高,制造工艺复杂,热处理成本高。故障较多从而可靠性降低。

图二CT17型弹簧操动机构.jpg

2、永磁操动机构:

永磁操动机构是一种新型的断路器操动机构。它利用电磁铁操动,永久磁铁锁扣,电容器储能,电子元器件进行分合阐控制,从而实现断路器所需的操作。

在永磁机构中,驱使动铁心运动的能量来自于电容器。电容器事先被充电,储存电场能操作时,电容器以放电的方式,向励磁线圈释放能量,这样电场能被转换成磁场能,磁场能再转换成董铁新运动的机械能,在完成一个完整的操作顺序之后,电容器可在10S中充满电。永磁体用来产生锁扣力,不需要任何机械能就可将真空断路器保持在分、合闸位置上。其控制部分采用现代电力电子技术构成电子控制单元,一般采用传感器和接近开关来检测分、合闸状态。

永磁操动机构的结构型式归结为两种:一种为双稳态结构,另一种为单稳态结构。双稳态结构又有对称式(双线圈)和非对称式(单线圈)。双稳态结构的分、合闸锁扣靠永久磁铁,不管是双线圈式还是单线圈式。单稳态的台闸锁扣靠永久磁铁,分阐锁扣靠弹簧结构特点是台闸能源来自电源,合闸的同时给分闸弹簧储能,故采用脱扣的方式进行分闸。但是,单线圈式机构所需的合闸能量较大,台闸保持力也随之加大,给产品的设计和调试带来一定的困难。

永磁机构是近年来新兴的一种断路器操动机构。其优势是结构简单,零部件数量较少。无需机械脱扣,锁扣装置,提高了工作的可靠性;工作时主要的零部件只有一个铁心,而且它与相关部件之间的运动摩擦极小,适台频繁的操作;具有良好的力行程特性,非常接近真空断路器的要求。但永磁机构在社会推广度不高,尚需经受市场的考验,需要解决好电容的充电时间与使用寿命问题,电子元器件可靠性仍需提高,价格也较贵,因此目前市场用量还不大。

3、电磁操动机构:

电磁操作机构以电能作为操作动力,由一个电磁线圈和铁心,加上分闸弹簧和必要的机械锁扣系统组成,结构简单零件数量少,制造成本低。螺管电磁铁的出力特性容易满足真空断路器合闸反力特性的要求。常见的电磁机构的型号为CD10和CD17型。

电磁机构的优点是结构简单,便于加工制造,工作可靠。其缺点为合闸线圈消耗功较大,要求配用大容量的直流电源(蓄电池),因而辅助设备投资较大,维护费用高,加之机构本身笨重,动作时间长,在断路器中使用数量已逐渐减少。

4、结论:

目前,弹簧操动机构在市场中占有主导地位,国内外典型的电力设备企业均有自己的主打品牌,因而造成弹簧机构的种类加多,型号繁杂,各产品通用化,系列化程度低。结合未来电力系统的智能化发展趋势,弹簧操动机构也应该朝着模块化,智能化,系列化方向发展;精简弹簀操动机构种类,实现高度系列化模块化且具备企业特色;加大核心零部件自制力度。建立专业化生产基地;加大系列化机构推广力度、建立机构序列标准库,供市场需求选型使用。在做优弹簧机构的同时,着力研发契合市场需求的永磁操动机构,解决该机构存在的技术难题,进行一定程度的技术储备,使其尽快投放市场,拓宽该产品在电力设备中的发展之路。