中压真空断路器两种常用操动机构之我见

2023-02-14

尽管在输配电设备当中操动机构仅是其中的一个零部件, 但是, 在中压真空断路器当中操动机构却有着无可替代的作用价值。操动机构不仅要确保断路器能够长时间维持稳定运行, 同时还要符合于灭弧特性对于操动机构的严格要求。断路器分合闸所需求的时间要素不但要能够符合于其开断以及关合要求, 以确保能够在故障问题发生的第一时间便予以切断, 同时也是确保电力系统的正常运行, 降低设备、线路、绝缘受损的一项主要手段, 因而便需要操动机构能够具备较为优异的机械性能。

一、操动机构的应用范围

目前主要应用于断路器当中的操动机构主要就包括了手动、电动、气动、弹簧、液压、电磁、永磁等7种操动机构, 每种操动机构主要应用的场合如下表1所示。

二、两种操动机构的动作原理与结构对比

通过观察上表1几种常用操动机构的具体应用情况可知, 当前在中压断路器操动机构当中主要是采用的弹簧操动机构和永磁电动机构这两种。在真空断路器最初开始发展致使电磁操动机构应用较为广泛, 这主要是因为电磁操动机构能够较为有效的满足于真空灭弧室的需求, 首先是其开距相对偏小一般不超过25mm, 其次是在合闸处要应用到较大的操动力一般在3000N/相左右。但是随着真空断路器的快速发展, 电磁操动机构的一些缺陷问题也日渐暴露了出来, 即:磁路电感L在合闸之时会产生比较大的改变, 会导致反电动势的出现, 进而致使合闸线圈电流的增大效应受到了抑制, 同时这一情况还会受到速度的加快而不断加大。相较之下, 弹簧操动机构应用在手动亦或是小功率交流电动机储能方面, 其分合闸的速度不会受制于电源电压波动所带来的负面干扰, 能够保持较为良好的稳定性, 可获取到较大的分合闸速度, 可在极短的时间之内完成自动化重合闸操控, 这也便可在一定程度上改善电磁操动机构所存在的缺陷与不足。然而需认识到弹簧操动机构本身同样也有着一定的不足之处, 即:弹簧操动机构纯粹依赖于机械传动方式, 且其中所包含的零部件数量众多, 往往弹簧操动机构当中所涵括的零部件数量会达到上百个之多, 同时传动机构十分复杂, 极易出现故障问题, 另外, 其中大量的运动部件也会对制造工艺带来较为严苛的要求, 并且弹簧操动机构由于其内部结构十分繁杂, 在滑动过程当中的摩擦面数量众多且主要还处在关键位置, 因而随着长时间的操作运行, 零部件磨损、腐蚀、润滑不足等因素均会引发严重的操作失误现象。

鉴于在中压真空断路器当中所较常采用的弹簧断路器与永磁断路器均存在着一定的缺陷与不足, 因此近些年来相关的研究人员就研发出了一种新型的操动机构, 即可实现永磁保持、电子控制的电磁操动机构。这一操动机构与以往所较常采用的操动机构相对比而言, 其在工作原理及结构方面实现了完全性的创新, 在实际的工作运行过程当中仅需应用一个运动部件即可, 不再需要机械脱扣、锁扣装置等, 因而出现故障问题的可能性也就得到了大幅度的降低, 将之应用于中压真空断路器当中将达到更高的安全性与可靠性。

三、操动机构与真空断路器间的配合

(一) 力—行程特性

近些年来, 人们关于真空断路器的设计一直在寻找一种完美的操动机构, 其需要满足于以下几点要求:性能可靠、结构简便、应用寿命长, 可被用作于小功率交流电源的操作且出力特性和真空断路器反力特性能够实现更加高效的配置, 适当降低合闸速度而提高分闸速度。真空断路器触头行程往往极其微小, 在合闸之时触头要想及时接触所需应用到的驱动力十分微小, 而触头一旦闭合便要用到较大的驱动力, 以实现对触头弹簧的压缩来获取到尽可能多的触头压力。因而真空断路器反力特性在接触的一瞬间便会产生较大的正向突变, 在12k V真空断路器合闸终结之时触头反力往往会高出10k N以上。

(二) 合闸及分闸操作分散性

为完成选相操作, 断路器操动机构必须要具备较为良好的稳定性, 只有这样方可降低操作分散性, 达到更为确切的合闸与分闸相位。同时每一次合闸与分闸时的时间误差应不超过0.5ms。断路器操动机构有着十分典型的双稳态特性, 也就是其能够将触头由合闸处移动至分闸处, 反之亦然。长期以来大都采用的是凸轮与弹簧来构成弹簧操动机构, 可达到较高的可靠性, 然而因弹簧控制难度较大同时传动零部件数量众多, 因此在分散性上也就相对偏大, 而电磁操动机构与传统的弹簧操动机构相对比而言, 无论是在耐用性、稳定性亦或是时间的精确性方面均有着更加优秀的表现。采用电力电子器件控制, 同时结合永磁触头, 经过闭合磁路提供锁扣力, 促使灭弧室能够始终处于分合闸处, 因而永磁操动机构的性能更为优异。

结束语

综上所述, 目前在中压真空器断路器当中主要应用的操动机构主要包括了弹簧操动机构和永磁电动机构两种, 本文就这两种操动机构的工作原理与结构进行了对比, 并分析了其各自所具备的优势及劣势。而后进一步就提出了一种较为新型的电磁操动机构, 通过对操动机构与真空断路器间的配合研究表明电磁操动机构性能较优。最终希望借助于本文的研究工作能够为相关的研究人员提供一些有价值的参考信息。

摘要：对比了弹簧操动机构与永磁操动机构的动作原理及其结构, 并就其在断路器当中的实际应用范围进行了详细介绍, 重点分析了操动机构与真空断路器之间的配合情况, 其主要就包括了力—行程特性与合闸及分闸操作分散性两方面的内容。旨在为相关的研究工作提供一些新的思路。

关键词：中压真空断路器,弹簧操动机构,永磁操动机构