專利名稱：一種交流高壓真空斷路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種斷路器，特別是關于一種快速合、分閘的交流高壓真空斷路器。 爾漢不隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電網(wǎng)結構和負荷特性日益繁復，連接在電力系統(tǒng)的 許多敏感性電負荷，極易受到來自電力系統(tǒng)短時擾動的影響，如電壓跌落和電壓突 升現(xiàn)象，因而對電能質(zhì)量和運行可靠性提出了愈加嚴格的要求。因此，為保護敏感 性的重要工業(yè)負荷以及提高電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，需要保護性器件高壓斷路器具有 很高速度的合、分閘特性，即非常短的合、分閘時間。目前高壓斷路器普遍采用彈簧操動機構、電磁操動機構、永磁操動機構或液壓操動機構為合閘或分閘提供動力，它們的合閘時間一般為40ms 60ms，分閘時間一 般為20ms 40ms。最短的分閘時間也要大于20ms (我國交流電網(wǎng)工頻50Hz的一個 周期)，而故障電流持續(xù)的時間越長對電網(wǎng)的沖擊和設備的損壞程度就會越強；在 環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中聯(lián)絡點處的兩個互為備用的饋線端，當一端饋線發(fā)生故障被斷開 時，另一端作為備用電源需要被快速地接通，以減少負荷的停電時間，很多敏感性 負荷停電時間延長lms所造成的損失就會達到數(shù)以百萬計甚至威脅到人民群眾生命 財產(chǎn)安全，比如航天工業(yè)、冶金、煤炭、集成電路生產(chǎn)線以及醫(yī)院等，因此采用上 述傳統(tǒng)操動機構的高壓斷路器均難以實現(xiàn)快速合、分閘的要求。日本三菱公司曾開發(fā)應用過電磁斥力原理的快速斷路器，國內(nèi)也有過此原理的 應用。三菱公司的快速斷路器合、分閘保持力由單片碟簧提供，此類碟簧結構雖然 簡單，但制造工藝復雜，并且對于任意一片碟簧出力特性已經(jīng)固定，設計的靈活性 不高；國內(nèi)此前也尚處于該技術的不成熟階段，合閘時間、分閘時間、位置回報響 應時間也都比較長。 發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種快速合、分閘的交流高壓真空斷路器。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案 一種交流高壓真空斷路器，其特 征在于它包括一箱體，所述箱體中部設置一電磁斥力機構，所述電磁斥力機構下 端連接一組合碟簧保持力機構，所述電磁斥力機構上端連接一合閘緩沖機構，所述 合閘緩沖機構頂部與一固封極柱真空滅弧室連接； 一智能脈沖電源，通過一充電回 路和一電容電壓檢測回路共同連接兩個并聯(lián)的放電回路， 一恒壓控制回路分別連接所述充電回路、放電回路、電容電壓檢測回路和一輔助功能模塊，所述輔助功能模塊連接一設置在所述箱體上的光電傳感器；所述電磁斥力機構包括兩個通過支撐裝置固定并形成一間隙的分閘線圈和合 閘線圈，所述分閘線圈和合鬧線圈分別連接所述兩個放電回路，所述間隙內(nèi)設置有 一推斥盤，在所述推斥盤上固定穿設一推斥桿，所述推斥桿滑動穿設過所述分閘線 圈和合閘線圈后，上端露出的部位與所述光電傳感器位置對應設置有一傳感器遮光板；所述組合碟簧保持力機構包括一保持力桿，所述保持力桿上端與所述推斥桿下 端連接，所述保持力桿上固定設置有多個簧擋，在所述簧擋上頂設有至少兩片向心 設置的碟簧，所述碟簧的周邊固定連接在多個長螺柱上，所述長螺柱的頂部固定連 接所述支撐裝置上，底部固定連接在所述箱體上；所述合閘緩沖裝置包括一上框架和一下框架，以及固定連接所述上框架和下框 架的彈簧，在所述上框架的頂部固定一上螺桿，所述上螺桿穿出所述箱體固定連接 所述固封極柱真空滅弧室中的動觸頭，在所述下框架的底部穿設一下螺桿， 一緩沖 器油缸設置在所述下螺桿頂部并通過螺紋固定在所述下框架上，所述緩沖器油缸的 上端穿過所述上框架通過一螺母連接定位， 一限位板通過一 吊掛裝置固定在所述箱 體上，且懸設在所述緩沖器油缸的上方。所述支撐裝置包括兩個固定連接所述分閘線圈和合閘線圈的支撐板和所述兩 個支撐板間的螺栓。在所述保持力桿上滑動設置有一徑向限位板。所述下螺桿與所述下框架固定連接成一體。所述下螺桿滑動穿設在所述下框架中。所述推斥桿為螺紋連接的上、下兩部分，連接后在所述連接處穿設一脹銷。 所述分閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中，在所述分閘線圈和合閘線圈表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，所述分閘線圈和合閘線圈與所述模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧膠。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明由于采用新型電磁斥力機構作為驅(qū)動系統(tǒng)，并采用向心布置的雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧機構提供合、分閘保持力，使得分閘時間小于等于2ms，合閘時間小于等于6ms，分閘速度為2. 8m/s 3.0m/s，合閘速度為1.6m/s 2.0m/s。 2、本發(fā)明由于采用智能型脈沖電源作為能 量源，不受外部電路干擾，動作快、穩(wěn)定、可靠，實現(xiàn)了對電容的快速充、放電控 制以及五防電氣聯(lián)鎖、快速通訊、電容欠壓閉鎖操作等智能化控制。3、本發(fā)明由 于設置了光電傳感器裝置與智能型脈沖電源實時配合，使得傳感器固有響應時間小于O. lms，實測位置回報時間為0.7ms，充分保證了下一個操作的及時性。4、本發(fā) 明由于設置了一種合閘液壓緩沖裝置，吸收了動、靜觸頭合閘時運動部件的巨大動 能，因此抑制了合閘彈跳現(xiàn)象，實現(xiàn)了平穩(wěn)合閘。頁3
綜上所述，本發(fā)明由于釆用智能型脈沖電源為能量源，采用電磁斥力機構為驅(qū)動機 構，采用雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧為保持機構，采用合閘液壓緩沖裝置抑制合閘彈跳，采用 光電傳感器實現(xiàn)開關位置快速回報，在國內(nèi)外尚屬先進設計，因此能在故障限流器、 選相開關、固態(tài)切換開關等領域得到廣泛的應用。


圖1是本發(fā)明交流高壓真空斷路器的整體結構示意圖 圖2是本發(fā)明電磁斥力機構示意圖 圖3是本發(fā)明傳感器和遮光板位置圖 圖4是圖3的俯視圖 圖5是本發(fā)明合閘緩沖機構示意圖 圖6是本發(fā)明智能脈沖電源控制示意圖 圖7是本發(fā)明線圈匝示意圖 圖8是本發(fā)明線圈封裝模具示意圖 圖9是本發(fā)明推斥桿與推斥盤結構示意圖
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
如圖l所示，本發(fā)明交流高壓真空斷路器結構部分主要包括一斷路器箱體l， 在箱體1上坐接一固封極柱真空滅弧室2，在箱體1中部設置一電磁斥力機構3， 電磁斥力機構3的下端連接一組合碟簧保持力機構4，電磁斥力機構3的上端連接 一合閘緩沖機構5，合閘緩沖機構5的頂部穿過箱體1與真空滅弧室2連接。
真空滅弧室2采用現(xiàn)有技術，用混有固化劑的環(huán)氧膠將主回路電氣元件進行絕 緣密封，在真空滅弧室2外端留有上接線端子21和下接線端子22，在真空滅弧室 2內(nèi)上部設置有靜觸頭，下部設置有動觸頭(圖中未示出)，合閘為動觸頭與靜觸頭 接觸狀態(tài)，分閘狀態(tài)為動觸頭與靜觸頭為斷開，并保持一定的分開距離。
如圖l、圖2所示，電磁斥力機構3包括一分閘線圈31和一合閘線圈32，分 閘線圈31和合閘線圈32之間留有一間隙，并分別固定在一上、下支撐板33、 34 上，兩支撐板33、 34均為絕緣材料制成，通過若干螺栓35支撐連接成一體。在分 閘線圈31和合閘線圈32的間隙內(nèi)設置有一推斥盤36，推斥盤36中心固定穿接一 推斥桿37，推斥桿37的兩端分別穿過分閘線圈31和合閘線圈32的中心。如圖3、圖4所示，在推斥桿37的上端穿設出分閘線圈31的部位，鑲嵌或焊 接有一傳感器遮光板38，另有一光電傳感器39吊設在遮光板38旁邊，當推斥桿 37上下運動時，遮光板38能使光電傳感器39遮光或入光。當遮光板38擋住光電 傳感器39時，光電傳感器39就會反饋合閘位置信號，反之，就會反饋分閘位置信
號
如圖1所示，組合碟簧保持力機構4位于電磁斥力機構3的下方，其通過一保 持力桿41與電磁斥力機構3的推斥桿37固定連接。保持力桿41上滑動穿設一徑 向限位板42，徑向限位板42對保持力桿41有導向和徑向限位作用，限位板42的 周邊固定穿設在多個長螺栓43上；在保持力桿41上還固定設置有多個簧擋44，每 個簧擋44上都可以頂設一片碟簧45，多片碟簧45沿保持力桿41上、下向心設置， 并且在初始時都施一預壓力，碟簧45周邊固定穿設在長螺栓43上，各長螺栓43 的上端與電磁斥力機構3的下支撐板34固定連接成一體，下端再與箱體1固定連 接。
如圖5所示，合閘緩沖機構5包括一上框架51和一下框架52，在上框架51和 下框架52之間固定連接一彈簧53，在上框架51的頂部固定一上螺桿54，上螺桿 54穿出箱體1固定連接真空滅弧室2中動觸頭。在下框架52的底部穿設一下螺桿 55，下螺桿55固定連接電磁斥力機構3中的推斥桿37。將一緩沖器油缸56的下端 穿過彈簧53坐在下螺桿55上并通過螺紋固定連接在下框架52上。緩沖器油缸56 的上端穿過上框架51，通過一螺母57連接定位。 一限位板58通過一吊掛裝置59 吊設在緩沖器油缸56的上方，吊掛裝置59為剛性吊桿，固定在箱體l上，當上框 架51上、下運動時，吊掛裝置59不影響其運動。本結構在裝配前，先調(diào)節(jié)螺母57， 給彈簧53施一預壓力，緩沖器油缸56中的活塞桿510為完全卸壓或半卸壓狀態(tài)， 然后再裝配到箱體l中。
如圖2、圖3、圖6所示，本發(fā)明交流高壓真空斷路器控制部分為一智能脈沖 電源6，它通過一充電回路61對兩個放電回路62、 63中的電容進行充電，通過一 電容電壓檢測回路64對電容電壓進行檢測，當檢測到應該充電或放電時，通過一 恒壓控制回路65命令充電回路或放電回路進行充電或放電；智能脈沖電源6中還 有一輔助功能模塊66，光電傳感器39連接到輔助功能模塊66上，由輔助功能模塊 66報告給恒壓控制回路65合、分閘位置狀態(tài)，再由恒壓控制回路65命令放電回路 進行分或合閘操作。放電回路62、 63分別連接分閘線圈31和合閘線圈32。
本發(fā)明工作時，假使初始時光電傳感器39發(fā)出分閘位置的信號，智能脈沖電 源6就可以隨時根據(jù)需要命令高頻放電回路63對合閘線圈32放電，產(chǎn)生高頻脈沖電流及磁場，此時，推斥盤37還處于分閘工作的停止狀態(tài)(即如圖2所示，在合 閘線圈32的上端)，因此在脈沖磁場的作用下，處于合閘線圈32上端的推斥盤37 就會快速感應出渦流，渦流在磁場的作用下產(chǎn)生電動力，從而帶動推斥桿37向上 運動，為合閘提供驅(qū)動力。合閘緩沖機構5在推斥桿37帶動下，下框架52和緩沖 器油缸56—起向上運動，同時壓縮彈簧53帶動上框架51向上運動，當緩沖器油 缸56向上運動過程中，活塞桿510碰到限位板58時，停止運動，而此時緩沖器油 缸56仍然在向上運動，因此活塞桿510會壓縮油缸中的液體，產(chǎn)生緩沖作用，吸 收部分動能，此時，上框架51的向上運動使得動觸頭與其上方的靜觸頭裝置實現(xiàn) 平穩(wěn)合閘，合閘后上框架51停止運動，而下框架52仍在繼續(xù)向上運動，壓縮彈簧 53，因此為動、靜觸頭的可靠接觸提供了保持力。與此同時，組合碟簧保持力機構 4在推斥桿37帶動下，隨著保持力桿21的向上運動，使得組合碟簧的合力在合閘 到位后仍能提供持續(xù)的合閘保持力。當推斥桿37向上運動后，遮光板38就會脫離 光電傳感器39而不再遮光，光電傳感器39也就不再發(fā)出分閘位置信號，智能脈沖 電源6就可以停止合閘命令。
反之，當光電傳感器39為入光狀態(tài)時，就會發(fā)出合閘位置信號，智能脈沖電 源6就可以隨時根據(jù)需要命令高頻放電回路62對分閘線圈31放電，在脈沖磁場的 作用下，處于分閘線圈31下端的推斥盤39就會向下運動作功，從而帶動推斥桿39 向下運動，為分閘提供驅(qū)動力。與此同時，組合碟簧保持力機構4在推斥桿37帶 動下，隨著保持力桿21的向下運動，使得組合碟簧45的合力在分閘到位后仍能提 供持續(xù)的分閘保持力。
由上述工作原理和過程可知，電磁斥力機構3中產(chǎn)生的驅(qū)動力取決于線圈電流 的大小，常規(guī)技術中線圈一般采用銅質(zhì)材料，而銅質(zhì)材料機械強度較差，高速驅(qū)動 機構每次驅(qū)動推斥盤都會對線圈產(chǎn)生劇烈的撞擊，導致其變形、損壞至無法使用； 另外為保證線圈的電氣參數(shù)及尺寸，匝間距離應盡可能縮小，這就必然為匝間絕緣 帶來了隱患。因此，本發(fā)明的分閘線圈31和合閘線圈32均設計為環(huán)氧澆注固體封 裝的線圈結構，以分閘線圈31為例，如圖7、圖8所示，在線圈匝31a的表面敷著 0. lmm厚的聚酰亞胺膜層并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，之后放入環(huán)氧樹脂 封裝模具31b中，并在空隙中澆注環(huán)氧膠，使線圈匝31a與封裝模具32b固化為一 個整體。由上述工作原理和過程還可知，推斥盤36要求為高電導率的材料諸如銅， 而推斥桿37既要求高強度的，又要求低磁導率和低電導率的材料諸如不銹鋼，所 以，推斥盤36和推斥桿37很難一體聯(lián)設，通常采用的辦法是如圖9所示，將推 斥桿37設計為兩個互為反螺紋的上推斥桿37a和下推斥桿37b兩部分，分別在推斥盤36的上方和下方相互旋緊，而使推斥盤36、上推斥桿37a和下推斥桿37b三 者之間緊固。為使推斥盤36、上推斥桿37a和下推斥桿37b三者之間緊固，通常在 上推斥桿37a和下推斥桿37b旋套部位橫穿設一脹銷37c。
上述實施例中，正反兩方向向心設置的碟簧45可根據(jù)設計需要在不少于上、 下各一片的情況下通過多種組合方式來調(diào)整出力及作用行程。
上述實施例中，下螺桿55可以與下框架52固定連接成一體；下螺桿55也可 以活動穿設；下螺桿55還可以與緩沖器油缸56制作成一體，直接插設在下框架52 中并固定。
權利要求
1、一種交流高壓真空斷路器，其特征在于它包括一箱體，所述箱體中部設置一電磁斥力機構，所述電磁斥力機構下端連接一組合碟簧保持力機構，所述電磁斥力機構上端連接一合閘緩沖機構，所述合閘緩沖機構頂部與一固封極柱真空滅弧室連接；一智能脈沖電源，通過一充電回路和一電容電壓檢測回路共同連接兩個并聯(lián)的放電回路，一恒壓控制回路分別連接所述充電回路、放電回路、電容電壓檢測回路和一輔助功能模塊，所述輔助功能模塊連接一設置在所述箱體上的光電傳感器；所述電磁斥力機構包括兩個通過支撐裝置固定并形成一間隙的分閘線圈和合閘線圈，所述分閘線圈和合閘線圈分別連接所述兩個放電回路，所述間隙內(nèi)設置有一推斥盤，在所述推斥盤上固定穿設一推斥桿，所述推斥桿滑動穿設過所述分閘線圈和合閘線圈后，上端露出的部位與所述光電傳感器位置對應設置有一傳感器遮光板；所述組合碟簧保持力機構包括一保持力桿，所述保持力桿上端與所述推斥桿下端連接，所述保持力桿上固定設置有多個簧擋，在所述簧擋上頂設有至少兩片向心設置的碟簧，所述碟簧的周邊固定連接在多個長螺柱上，所述長螺柱的頂部固定連接所述支撐裝置上，底部固定連接在所述箱體上；所述合閘緩沖裝置包括一上框架和一下框架，以及固定連接所述上框架和下框架的彈簧，在所述上框架的頂部固定一上螺桿，所述上螺桿穿出所述箱體固定連接所述固封極柱真空滅弧室中的動觸頭，在所述下框架的底部穿設一下螺桿，一緩沖器油缸設置在所述下螺桿頂部并通過螺紋固定在所述下框架上，所述緩沖器油缸的上端穿過所述上框架通過一螺母連接定位，一限位板通過一吊掛裝置固定在所述箱體上，且懸設在所述緩沖器油缸的上方。
2、 如權利要求1所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于所述支撐裝 置包括兩個固定連接所述分閘線圈和合閘線圈的支撐板和所述兩個支撐板間的螺 栓。
3、 如權利要求1所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于在所述保持 力桿上滑動設置有一徑向限位板。
4、 如權利要求2所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于在所述保持 力桿上滑動設置有一徑向限位板。
5、 如權利要求1或2或3或4所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于 所述下螺桿與所述下框架固定連接成一體。
6、 如權利要求1或2或3或4所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于:所述下螺桿滑動穿設在所述下框架中。
7、 如權利要求1或2或3或4所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于: 所述推斥桿為螺紋連接的上、下兩部分，連接后在所述連接處穿設一脹銷。
8、 如權利要求5或6所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于所述推 斥桿為螺紋連接的上、下兩部分，連接后在所述連接處穿設一脹銷。
9、 如權利要求1或2或3或4所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于 所述分閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中，在所述分閘線圈和合閘線圈 表面敷有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，所述分閘線圈和 合閘線圈與所述模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧膠。
10、 如權利要求5 8所述的一種交流高壓真空斷路器，其特征在于所述分 閘線圈和合閘線圈分別絕緣固封在一模具中，在所述分閘線圈和合閘線圈表面敷 有聚酰亞胺膜層，并在匝間填充混合有固化劑的環(huán)氧膠，所述分閘線圈和合閘線 圈與所述模具的空隙間澆注有混合有固化劑的環(huán)氧膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交流高壓真空斷路器，其特征在于它包括一箱體，在箱體上坐接一真空滅弧室，在箱體中設置一電磁斥力機構，此機構包括兩個形成固定間隙的分閘線圈和合閘線圈，間隙內(nèi)的推斥盤，固定穿設推斥盤的推斥桿，推斥桿下端連接一組合碟簧保持力機構的保持力桿，保持力桿上固定的簧擋，簧擋上頂設的至少兩片的碟簧，電磁斥力機構上端連接一合閘緩沖機構，此機構包括彈簧框架結構和液壓油缸；它還包括一智能脈沖電源；本發(fā)明由于采用電磁斥力機構驅(qū)動，采用雙穩(wěn)態(tài)組合碟簧保持，采用合閘液壓緩沖裝置抑制合閘彈跳，采用光電傳感器實現(xiàn)位置回報，在國內(nèi)外尚屬先進設計，因此能在故障限流器、選相開關、固態(tài)切換開關等領域得到廣泛應用。
文檔編號H01H33/66GK101226847SQ20081005770
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權日2008年2月5日
發(fā)明者于坤山, 崔博源, 李志兵, 李金元, 王承玉, 王松岑, 波 趙, 趙國亮 申請人:中國電力科學研究院