上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院 侯培紅

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司物資公司 賁 飛

基于扭簧的斷路器絕緣保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院 侯培紅

國(guó)網(wǎng)上海市電力公司物資公司 賁 飛

為了解決高壓交流真空斷路器靜觸頭在斷路狀態(tài)因遭到意外情況而發(fā)生短路情況出現(xiàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)一種可以實(shí)現(xiàn)斷路器閉合時(shí)和復(fù)位時(shí)自動(dòng)保護(hù)斷路器靜觸頭的裝置。動(dòng)作效果良好。

扭簧；斷路器；絕緣；保護(hù)裝置

1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)斷路器是解決保護(hù)配電網(wǎng)開斷電力系統(tǒng)中負(fù)荷電流,關(guān)合過(guò)載、及短路電流等問(wèn)題的需要［1］～［3］。本次設(shè)計(jì)的斷路器主要用于室外,需固定安裝在距離地面五米以上的電桿上使用,且要求便于從地面觀察確認(rèn)是否開合。因此采用彈簧操作機(jī)構(gòu)和永磁機(jī)構(gòu)的組合,使其具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),并可用控制器遠(yuǎn)程分合閘。

而且,該型斷路器設(shè)計(jì)還需考慮由于飛禽撞擊或著落等導(dǎo)致短路的情況出現(xiàn),即應(yīng)采取對(duì)隔離開關(guān)進(jìn)行絕緣保護(hù)［1］～［3］。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路,該型斷路器可設(shè)計(jì)為如圖1 (a)所示隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)。由圖1(a)可見,隔離開關(guān)可分為動(dòng)觸頭段(俗稱上閘)1和靜觸頭段(俗稱下閘) 2,其中動(dòng)觸頭段的末端與隔離開關(guān)的出線端4連接,其動(dòng)觸頭段的中段經(jīng)隨動(dòng)桿7與設(shè)置在操作手柄3的轉(zhuǎn)桿5上的擺桿6連接,當(dāng)操作人員轉(zhuǎn)動(dòng)操作手柄時(shí),其轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)擺桿同步轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)帶動(dòng)隨動(dòng)桿進(jìn)而使動(dòng)觸頭段的首端發(fā)生升或降。

當(dāng)隔離開關(guān)進(jìn)行“分閘”操作時(shí),在操作手柄之轉(zhuǎn)桿的驅(qū)動(dòng)下,動(dòng)觸頭段的首端(即常說(shuō)的動(dòng)觸頭)被隨動(dòng)桿推動(dòng)向上抬起,脫離與靜觸頭2-1的接觸,實(shí)現(xiàn)“斷開”功能,在電路上形成一個(gè)明顯的斷開點(diǎn);當(dāng)隔離開關(guān)進(jìn)行“合閘”操作時(shí),動(dòng)觸頭段的首端在操作手柄的帶動(dòng)下,向下降落,與靜觸頭進(jìn)行接觸,實(shí)現(xiàn)在電路的“連接”功能,以便其后接的高壓交流真空斷路器進(jìn)行相應(yīng)的“合閘”操作。

由于該型斷路器為戶外柱上式(即該開關(guān)是安裝在室外露天的,具體安裝形式為安裝在電桿上的,故業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱為“戶外柱上”式),則其附屬的隔離開關(guān)也是戶外安裝的。由于其中的靜觸頭是朝上裸露在戶外的,極易積存雨水或空氣中的粉塵顆粒,形成污漬并對(duì)靜觸頭形成侵蝕,增大其表面接觸電阻,影響其接觸效果,當(dāng)所在的輸電線路運(yùn)行電流較大時(shí),還會(huì)因?yàn)樵撎幗佑|電阻的增大和接觸效果的惡化,導(dǎo)致發(fā)熱量劇增,嚴(yán)重時(shí),會(huì)因?yàn)殪o、動(dòng)觸頭之間溫升過(guò)高而發(fā)生熔融、粘連,影響整個(gè)開關(guān)的正常工作甚至發(fā)生設(shè)備事故,導(dǎo)致正常供電的中斷,影響送電回路或輸電線路的正常運(yùn)行。

2.2 絕緣保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)

針對(duì)上述斷路器存在的問(wèn)題,在設(shè)計(jì)圖1(a)的基礎(chǔ)上增加了一種斷路器絕緣保護(hù)裝置即扭簧彈開式斷路器絕緣自動(dòng)保護(hù)裝置,其二維投影圖和三維立體圖分別如圖2(b)所示。其在裸露的靜觸頭上設(shè)置了一個(gè)可隨開關(guān)“開”/“閉”操作動(dòng)作協(xié)調(diào)一致的自動(dòng)解除保護(hù)和自動(dòng)實(shí)施保護(hù)的自動(dòng)保護(hù)裝置,也便于人們?cè)诘孛嬗^察,提供了斷路器絕緣保護(hù)的有效、可行的方法,達(dá)到了斷路器保護(hù)技術(shù)效果。

由圖1可見,斷路器在圖1(a)所示設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加了如下結(jié)構(gòu)特征：在隔離開關(guān)主體支架的靜觸頭端,設(shè)置一下支架;在下支架上設(shè)置一前支架;在前支架的下部,設(shè)置一個(gè)導(dǎo)索下定滑輪輪,導(dǎo)索下定滑輪經(jīng)過(guò)一個(gè)下定滑輪支架與前支架對(duì)應(yīng)固接;在前支架的上部,設(shè)置一個(gè)導(dǎo)索上定滑輪,導(dǎo)索上定滑輪經(jīng)過(guò)一個(gè)上定滑輪支架與前支架對(duì)應(yīng)固接;在前支架的上部,設(shè)置一上支撐板;在前支架的上端,設(shè)置一保護(hù)套桿,保護(hù)套桿與上支撐板經(jīng)過(guò)一個(gè)鉸鏈鉸接為一體;在鉸鏈上套裝有一個(gè)扭彈簧;在保護(hù)套桿首端與靜觸頭位置對(duì)應(yīng)處,設(shè)置有一靜觸頭保護(hù)套;在操作手柄的轉(zhuǎn)桿上設(shè)置一繩索固定環(huán);在主體支架以及上支撐板上,與繩索固定環(huán)的縱向軸線位置對(duì)應(yīng)處,設(shè)置第一和第三導(dǎo)繩孔;設(shè)置一繩索,繩索的首端與保護(hù)套桿的中端固接,繩索依次穿過(guò)導(dǎo)索上定滑輪、上支撐板上的第三導(dǎo)繩孔、導(dǎo)索下定滑輪和主體支架上的第一導(dǎo)繩孔設(shè)置;繩索的末端纏繞固接在繩索固定環(huán)上。

圖1 斷路器隔離開關(guān)絕緣自動(dòng)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

其導(dǎo)索下定滑輪經(jīng)一個(gè)下定滑輪軸銷固定在下定滑輪支架上,導(dǎo)索上定滑輪經(jīng)一個(gè)上定滑輪軸銷固定在上定滑輪支架上,其分別位于隔離開關(guān)主體支架以及上支撐板上的第一和第三導(dǎo)繩孔。上、下定滑輪的縱向軸線,位于同一個(gè)縱向平面中,與繩索固定環(huán)所在的縱向平面相重合。其靜觸頭保護(hù)套、靜觸頭以及動(dòng)觸頭段首端的縱向軸線,位于同一個(gè)縱向平面中。其動(dòng)觸頭段、靜觸頭、靜觸頭保護(hù)套、保護(hù)套桿、前支架、上支撐板、繩索、上定滑輪、下定滑輪以及繩索固定環(huán),設(shè)置在同一縱向平面中。

2.3 工作原理

當(dāng)操作手柄及其轉(zhuǎn)桿繞轉(zhuǎn)軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),擺桿隨轉(zhuǎn)桿一起順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),并帶動(dòng)隨動(dòng)桿向下移,動(dòng)觸頭段逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)向下移動(dòng),此時(shí)固定在繩索固定環(huán)上的繩索在轉(zhuǎn)軸上釋放松開,保護(hù)套桿在扭彈簧復(fù)位力的作用下,將保護(hù)套桿向上抬起,保護(hù)套桿繞鉸鏈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),離開靜觸頭,之后動(dòng)觸頭段下移到位,與靜觸頭契合。

相反,當(dāng)操作手柄繞轉(zhuǎn)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則保護(hù)套桿繞鉸鏈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),正好覆蓋套在在對(duì)應(yīng)的靜觸頭上,對(duì)靜觸頭進(jìn)行絕緣保護(hù),以防止靜觸頭直接裸露在露天環(huán)境中,避免其被侵蝕或被污染。

3 結(jié)論

方案采用了“保護(hù)套撤離,開關(guān)合閘”和“開關(guān)分閘,保護(hù)套覆蓋”的動(dòng)作步驟,提供了與斷路器“開”/“合”動(dòng)作協(xié)調(diào)一致,自動(dòng)解除保護(hù)和自動(dòng)實(shí)施保護(hù)的絕緣自動(dòng)保護(hù)裝置,克服了以往對(duì)靜觸頭的保護(hù)不便觀察、不便操作的問(wèn)題,也便于人們?cè)诘孛嬗^察,提供了戶外式斷路器絕緣保護(hù)的有效、可行的方法,達(dá)到了斷路器自動(dòng)保護(hù)的技術(shù)效果。

[1]董銳睿．低壓斷路器應(yīng)用研究[J]．機(jī)電信息,2010(24): 96,113．

[2]黃鎧,張策．塑料外殼式斷路器選用的一般原則[J]．電氣制造,2010(1):59,69．

[3]王少龍,胡云芳．35kV開關(guān)絕緣隱患引發(fā)主變停運(yùn)事故分析[J]．電世界,201556(2):24-25．

侯培紅（1959—），上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院，教授，博士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造。

賁飛（1983—），男，上海電物集體資產(chǎn)管理有限公司器材分公司產(chǎn)開部主任，工程師，本科，研究方向：電力工程/配電線路/上海電物集體資產(chǎn)管理有限公司器材分公司。