廉潔

摘 要：真空斷路器是指能關合、承載、開斷運行回路正常電流，也能在規(guī)定時間內(nèi)關合、承載及開斷規(guī)定的過載電流（包括短路電流）的開關設備。真空斷路器具有小開距，小體積，輕量化，壽命長，維修少，無火災和爆炸危險等優(yōu)點，因此發(fā)展很快，特別是在中壓領域內(nèi)使用廣泛。操作機構作為真空斷路器的核心組成部分，具有至關重要的作用，文章就操作機構的工作原理及部分優(yōu)化進行一些簡單的闡述。

關鍵詞：真空斷路器；操作機構；優(yōu)化

中圖分類號：TM561.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）23-0050-02

Abstract： Vacuum circuit breaker （VCB） is a kind of switchgear which can close， load and break the normal current of the operating circuit， and the overload current （including short-circuit current） in the specified time. Vacuum circuit breaker has the advantages of small opening distance， small volume， light weight， long life， less maintenance， no fire and explosion hazards， so it develops rapidly， especially in the field of medium voltage widely used. As the core part of vacuum circuit breaker， the operating mechanism plays a very important role. This paper briefly expounds the working principle and partial optimization of the operating mechanism.

Keywords： vacuum circuit breaker； operating mechanism； optimization

引言

斷路器根據(jù)滅弧原理可分為多油、少油、真空和六氟化硫等類型，真空斷路器是指觸頭在真空中關合和開斷的斷路器。操做機構保障斷路器正常地合、分閘，操作機構自身的優(yōu)化是保障真空斷路器整體可靠性的關鍵所在。

1 操作機構的結構特點

操作機構有儲能、合閘、分閘、合閘保持單元，輸出大軸，及控制電器輔助單元。

（1）儲能單元包括儲能電機，齒輪組，儲能軸及合閘簧。儲能軸一端連接合閘簧，另一端連接凸輪，凸輪與儲能軸存在離合關系。電機儲能可以電動也可以手動。

（2）合閘單元有合閘電磁鐵，合閘板，合閘摯子，連扳。

（3）分閘單元有分閘電磁鐵，分閘板，脫扣摯子，連扳。

（4）機構輸出大軸包括主軸，輸出拐臂，緩沖拐臂，連接分閘簧的拐臂以及固定主軸的軸承，軸承套設在機構側板上。

（5）合閘保持單元包括合閘保持摯子及小扣板，小扣板僅能單向旋轉并能復位。合閘保持摯子套設在儲能軸上可轉動，機構輸出大軸上的拐臂有滾子，大軸旋轉到合閘位置軸承會頂?shù)叫】郯鍌鬟f力到合閘保持摯子使其靠?？糠珠l摯子上。并且該機構合閘、分閘彈簧共軸；合閘、分閘驅動板共軸，合閘、分閘摯子共軸，結構更加簡潔。

2 操作機構的工作原理

2.1 儲能

儲能的方式分為電動儲能和手動儲能兩種，電動儲能和手動儲能都是通過操作儲能電機來完成。電動儲能是指通過儲能電氣回路使儲能電機工作完成儲能過程，當儲能完成時通過連鎖切斷儲能電氣回路，電機停轉從而完成儲能結束。手動儲能是通過手動的方式驅動儲能電機，以和電動儲能同樣的機械傳動方式完成合閘簧的儲能過程。無論是電動儲能或手動儲能都需要設有離合裝置，即當完成儲能時，儲能軸于其上上套設的凸輪需要離合，從而可以防止儲能到位后儲能電氣回路一旦出現(xiàn)故障未能切斷，或手動儲能到位后操作不當仍強行操作，電機持續(xù)工作堵轉燒損壞機構。

2.2 合閘

機構的合閘過程如圖1所示，此時機構處于已儲能分閘狀態(tài)，凸輪停靠在支點2上，儲能保持摯子套設在脫扣軸上，另一端通過連板與合閘驅動板相連組成四連桿機構，當合閘驅動板在外力F1的作用下通過四連桿使儲能保持摯子轉動，凸輪從支點2脫離，凸輪在合閘簧的帶動下順時針旋轉驅動輸出軸上的一套四連桿機構推動滅弧室中的動觸頭垂直向上動作從而完成斷路器合閘動作。

2.3分閘

機構的分閘過程如圖2所示，此時斷路器處于合閘狀態(tài)，當分閘驅動板在圖示外力F1的作用下通過四連桿使合閘保持摯子轉動，合閘保持摯子從支點1脫離順時針旋轉，下方合閘保持摯子扣板與滾子軸承脫離，從而合閘保持失效，輸出軸在分閘簧的帶動下順時針旋轉，通過輸出軸上的四連桿機構拉動滅弧室動觸頭垂直向下動作，從而完成斷路器的分閘，固定在輸出軸上的一組拐臂順時針旋轉撞擊在油緩沖上使分閘動作停止，該油緩沖同時起到了限位和吸收多余分閘能量的作用，減小分閘反彈使斷路器分閘更加可靠。

3 操作機構的優(yōu)化

為了提高操作機構的可靠性，通過對機構局部改進就可以有效地增加機構的性能，如圖3所示對合閘保持中的一個環(huán)節(jié)優(yōu)化不僅能夠保證合閘狀態(tài)的可靠性又能有利于可靠分閘。

該合閘保持環(huán)節(jié)，輸出軸上固定的拐臂?？吭诳郯迳?，在分閘簧力的作用下拐臂順時針旋轉停靠在扣板上并通過扣板將力傳遞給合閘保持摯子使其被合閘脫口板頂住。 此時圖3中各環(huán)節(jié)處于靜止狀態(tài)也就是合閘狀態(tài)，為了保證了合閘可靠并能可靠的分閘，進行優(yōu)化。外力作用下能夠使合閘脫扣板輕松順時針旋轉，使合閘保持摯子的頂部脫離，合閘保持摯子在分閘簧力的作用下順時針旋轉完成分閘。外力用來克服合閘脫扣板與合閘保持摯子接觸時的摩擦力，該摩擦力的大小決定了外力的大小。摩擦力過大需要克服它的外力偏大分閘困難，在斷路器的實際工作中可能導致分閘操作電壓低于額定電壓時分不了閘，不可靠（當分閘操縱電壓大于額定的百分之六十五時斷路器要能夠可靠分閘）。而該摩擦力過小，則會在任何偶然的狀態(tài)下比如外界震動、百分之三十額定操作電壓以下使斷路器分閘，導致合閘保持不可靠。因此，如圖中示摩擦力的大小在摩擦系數(shù)不變的情況下取決于力F2，而F2的大小有取決于F1的力矩，分閘簧不變的情況下F1不變，力矩=力F1X力臂L，因此改變力臂L可以改變力矩，從而改變F2作用下的摩擦力大小。力臂L的大小可以通過合閘保持摯子扣板下端的圓弧中心的位置、圓弧半徑進行調整。在該操作機構中通過調整計算當L在5mm左右時摩擦力大小適中，合閘保持可靠并且分閘時作用力最優(yōu)化。

4 結束語

本文對真空斷路器操作機構基本原理進行了簡要的闡述，為保證性能的可靠性對操作機構其中一個環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化設計并改進，不足之處望指正批評。

參考文獻：

[1]徐國政，等.高壓斷路器原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[2]盧秉恒.機械制造技術基礎（第3版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[3]王季梅.真空開關理論與應用[Z].西安交大電器研究室.

[4]IEC 62271-100：2001.高壓開關設備和控制設備-第100部分：高壓交流斷路器[Z].

[5]林莘.現(xiàn)代高壓電器技術[M].機械出版社，2002.

[6]陳保倫，文亞寧.斷路器彈簧操動機構介紹[J].高壓電器，2010.

[7]唐夫陽.高壓斷路器彈簧操動機構運動學、動力學研究[D].昆明理工大學，2005.