專(zhuān)利名稱(chēng)：具有功能選擇性的真空開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)中大型裝置的啟動(dòng)控制設(shè)備的真空開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著輸電線(xiàn)路電壓等級(jí)的不斷提高和電網(wǎng)智能化的發(fā)展，電網(wǎng)對(duì)電力設(shè)備的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和智能性要求越來(lái)越高。在配電系統(tǒng)中要求開(kāi)關(guān)設(shè)備具有監(jiān)測(cè)、交互調(diào)控等作用，以適應(yīng)不同負(fù)載的參數(shù)變化。大型電力拖動(dòng)設(shè)備如主排水泵、壓風(fēng)機(jī)、電弧爐變壓器等在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，其啟動(dòng)控制設(shè)備-高壓綜合起動(dòng)柜的特點(diǎn)是啟動(dòng)頻繁、功率較大，起動(dòng)柜的好壞直接影響其其正常運(yùn)轉(zhuǎn)及故障狀態(tài)下的可靠保護(hù)。因此，對(duì)起動(dòng)柜的主要要求有兩點(diǎn)一是必須有頻繁的起動(dòng)能力；二是故障狀態(tài)下必須有足夠大的分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰Α?真空開(kāi)關(guān)用于電力系統(tǒng)主要有幾種形式真空斷路器、真空接觸器、真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)相同，由真空滅弧室、分合閘傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制設(shè)備組成。但因?yàn)楦髯缘挠猛静煌?，在分合閘機(jī)構(gòu)的功、控制策略、真空滅弧室觸頭材料和結(jié)構(gòu)、開(kāi)距等方面要求會(huì)有所不同。真空接觸器的分?jǐn)嗄芰θ?，無(wú)法完成大電流短路分?jǐn)嘁蟆６诖箅娏鞣謹(jǐn)嗟倪x擇上，比較好的是真空斷路器，但是真空斷路器因其本身結(jié)構(gòu)和觸頭材料的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)頻繁啟停的要求。在頻繁啟停工作狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)分合閘機(jī)構(gòu)故障，所以在這種需要故障保護(hù)的系統(tǒng)中目前只能采用真空接觸器與真空斷路器或者熔斷器配合使用來(lái)解決這一問(wèn)題。目前這類(lèi)電氣設(shè)備可以滿(mǎn)足使用要求，但須用兩臺(tái)起動(dòng)控制設(shè)備，還有占地面積大，初期投資大，故障點(diǎn)多等不利因素。隨著電網(wǎng)等級(jí)提升和電網(wǎng)智能化發(fā)展，瞬態(tài)電磁過(guò)程對(duì)電力設(shè)備和電網(wǎng)穩(wěn)定性的破壞性越來(lái)越強(qiáng)，物理分離的設(shè)備要解決這一問(wèn)題是十分困難的。鑒于上述情況，人們一直在對(duì)大型電力設(shè)備的啟動(dòng)控制技術(shù)尋找解決途徑。中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利95237622. 9《雙功能高壓交流真空開(kāi)關(guān)》提出過(guò)一臺(tái)真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)接觸器和斷路器功能。該專(zhuān)利采用一套電磁控制傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括合閘線(xiàn)圈、保持線(xiàn)圈、合閘彈簧、分閘彈簧、撞頭、傳動(dòng)軸等?？梢詰?yīng)用于IOkV高壓系統(tǒng)、分?jǐn)嚯娏骺梢赃_(dá)到16-40kA。該專(zhuān)利提出的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，未提出該開(kāi)關(guān)的使用壽命。專(zhuān)利提出的真空開(kāi)關(guān)對(duì)于實(shí)現(xiàn)接觸器和斷路器功能都采用同樣的機(jī)構(gòu)，其機(jī)械傳動(dòng)裝置的壽命會(huì)受到影響，對(duì)于頻繁操作的場(chǎng)合，應(yīng)用受到限制。該專(zhuān)利提出的分?jǐn)?6kA-40kA電流的真空開(kāi)關(guān)沒(méi)有給出具體結(jié)構(gòu)的差別，實(shí)際中隨著電流的升高其產(chǎn)生的電磁場(chǎng)和電磁力會(huì)大幅度升高，它對(duì)于裝置的穩(wěn)定性和可靠性、真空管中的觸頭的材料都會(huì)提出新的要求，這也是大電流下真空開(kāi)關(guān)開(kāi)斷電流的難題，該專(zhuān)利中未曾涉及。中國(guó)專(zhuān)利90106720. 2《高壓真空復(fù)合功能開(kāi)關(guān)》采用電磁機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)額定電壓10kV、額定電流630A、短路開(kāi)斷電流16kA以下真空開(kāi)關(guān)的接觸器和斷路器復(fù)合功能，并且真空開(kāi)關(guān)在小開(kāi)距工作條件下工作的壽命大于100萬(wàn)次。但對(duì)于更高電壓等級(jí)和更大開(kāi)斷電流的情況下復(fù)合功能的真空開(kāi)關(guān)如何實(shí)現(xiàn)未曾提及。這兩個(gè)專(zhuān)利都采用電磁機(jī)構(gòu)作為分合閘的主要?jiǎng)恿?lái)源，這就限制了它們?cè)谶M(jìn)行分合閘工作時(shí)的精度、控制范圍和穩(wěn)定性，隨著電網(wǎng)智能化和自動(dòng)化的發(fā)展這些參數(shù)將是未來(lái)電力設(shè)備必須具有的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種真空開(kāi)關(guān)，既能根據(jù)需求工作在頻繁操作的接觸器狀態(tài)，又能在電力系統(tǒng)線(xiàn)路出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)真空斷路器功能，實(shí)現(xiàn)較大電流的開(kāi)斷，提高工作的安全性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有功能選擇性的真空開(kāi)關(guān)，本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)由真空滅弧室、傳動(dòng)拉桿、機(jī)械傳動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置、支撐固定系統(tǒng)、接觸器控制開(kāi)關(guān)及控制器組成。真空滅弧室用于分?jǐn)嗪蛯?dǎo)通電流，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。真空滅弧室的動(dòng)觸頭與機(jī)械傳動(dòng)裝置機(jī)械連接，支撐固定系統(tǒng)分別連接真空滅弧室的靜觸頭和動(dòng)觸頭，將真空滅弧室與機(jī)械傳動(dòng)裝置連接固定，保持其工作時(shí)開(kāi)關(guān)整體的穩(wěn)定性。機(jī)械傳動(dòng)裝置的功能是改變真空滅弧室動(dòng)觸頭的位置。一般機(jī)械傳動(dòng)裝置在下方，真空滅弧室在上方。真空滅弧室和 機(jī)械傳動(dòng)裝置之間保持電氣安全距離。為實(shí)現(xiàn)本開(kāi)關(guān)功能，機(jī)械傳動(dòng)裝置內(nèi)部裝有具有雙開(kāi)距的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以采用永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也可以采用兩路電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者電磁與永磁配合。傳動(dòng)拉桿和機(jī)械傳動(dòng)裝置內(nèi)裝有的雙開(kāi)距機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，以驅(qū)動(dòng)真空開(kāi)關(guān)的閉合和開(kāi)斷。檢測(cè)裝置用于測(cè)量通過(guò)真空滅弧室的電流信號(hào)，并將它傳遞給控制器?？刂破骱蜋z測(cè)裝置連接?？刂破鹘邮諜z測(cè)裝置的信號(hào)，做出判斷，控制機(jī)械傳動(dòng)裝置的動(dòng)作。接觸器控制開(kāi)關(guān)用于控制真空開(kāi)關(guān)在接觸器工作形式時(shí)真空開(kāi)關(guān)的分合動(dòng)作，通常使用電氣觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)?？刂破骱蜋z測(cè)裝置通過(guò)電路或其它信號(hào)傳輸形式連接，接觸器控制開(kāi)關(guān)通過(guò)電路與控制器連接。接觸器控制開(kāi)關(guān)、控制器和檢測(cè)裝置都通過(guò)支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼或者支撐固定系統(tǒng)上。所述的真空開(kāi)關(guān)在所處的電力線(xiàn)路正常工作時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸器的功能，在所處電力線(xiàn)路主回路發(fā)生故障，出現(xiàn)電流過(guò)載情況時(shí)，所述的真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)斷路器功能。本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)通過(guò)控制器設(shè)定參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同幅值電流的不同形式分?jǐn)?，保證開(kāi)關(guān)工作的可靠性和功能性。本發(fā)明提出的真空開(kāi)關(guān)將接觸器與斷路器的功能集于一身，大幅度的減小了空間體積，有效的降低了空間分布電路參數(shù)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。真空開(kāi)關(guān)所處電力線(xiàn)路正常工作條件下，動(dòng)、靜觸頭工作于小開(kāi)距、低分閘速度的真空接觸器狀態(tài)，與目前一般的接觸器操作和功能相同。當(dāng)真空開(kāi)關(guān)所處電力線(xiàn)路主回路出現(xiàn)短路電流，主回路母線(xiàn)及其周?chē)碾姶怒h(huán)境發(fā)生變化，本發(fā)明可以通過(guò)檢測(cè)裝置檢測(cè)到這一變化信號(hào)，通過(guò)測(cè)量獲得此信號(hào)，將信號(hào)傳輸給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定程序及收到的信號(hào)決定輸出給開(kāi)關(guān)機(jī)械傳動(dòng)裝置的指令，機(jī)械傳動(dòng)裝置接收到該指令后，執(zhí)行指令要求的分合閘動(dòng)作，使真空滅弧室內(nèi)的觸頭位置發(fā)生物理位移，在20ms內(nèi)截?cái)喽搪冯娏?，保護(hù)設(shè)備安全，實(shí)現(xiàn)斷路器功能。本發(fā)明提出的支撐固定系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大電流開(kāi)斷的重要一環(huán)。所述的支撐固定系統(tǒng)由支撐支柱、上、下導(dǎo)電端子固定排和其它連接件等組成，其主要用途是保證真空滅弧室與機(jī)械傳動(dòng)裝置牢固連接，在通過(guò)大電流時(shí)抵抗電磁作用力，保持真空滅弧室的穩(wěn)定。支撐支柱與機(jī)械傳動(dòng)裝置本體上方連接固定，通過(guò)上、下導(dǎo)電端子固定排分別與真空滅弧室的靜觸頭和動(dòng)觸頭連接固定，上、下導(dǎo)電端子固定排與支撐支柱連接固定，使真空滅弧室與機(jī)械傳動(dòng)裝置固定。上、下導(dǎo)電端子固定排與支撐支柱垂直，與真空滅弧室上端面及下端面平行。本發(fā)明中真空滅弧室由外殼、波紋管、屏蔽罩、動(dòng)觸頭、靜觸頭、動(dòng)觸頭連接導(dǎo)桿、靜觸頭連接導(dǎo)桿組成。真空滅弧室的動(dòng)觸頭連接導(dǎo)桿與支撐固定系統(tǒng)的下導(dǎo)電端子固定排及傳動(dòng)拉桿連接固定；靜觸頭連接導(dǎo)桿與上導(dǎo)電端子固定排連接固定。真空滅弧室的最大開(kāi)距以真空斷路器滅弧室的最大開(kāi)距為準(zhǔn)。屏蔽罩固定在外殼內(nèi)部，與外殼有一定距離；動(dòng)、靜觸頭在屏蔽罩內(nèi)部，保持一定距離，通過(guò)動(dòng)、靜觸頭連接導(dǎo)桿與外殼下、上端面固定，波紋管將動(dòng)觸頭和外殼連接。安裝時(shí)真空滅弧室的動(dòng)觸頭端與機(jī)械傳動(dòng)裝置連接，在下端。兩端都由支撐固定系統(tǒng)連接固定，與機(jī)械傳動(dòng)裝置構(gòu)成整體。本發(fā)明中檢測(cè)裝置與控制器是實(shí)現(xiàn)功能選擇性的關(guān)鍵。檢測(cè)裝置主要用于檢測(cè)母線(xiàn)電流的變化，并將變化信號(hào)傳遞給控制器。母線(xiàn)電流變化會(huì)引起附近空間電磁場(chǎng)的變化，檢測(cè)裝置可以采用磁場(chǎng)感應(yīng)方式測(cè)量母線(xiàn)電流的變化，如霍爾傳感器、電流互感器、電磁鐵等；也可采用直接電流測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量，如分流器；用法拉第效應(yīng)、普克爾效應(yīng)或者科爾效應(yīng)的光學(xué)測(cè)量也可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。檢測(cè)裝置測(cè)量的信號(hào)，如電信號(hào)，光信號(hào)、壓力信 號(hào)、位移信號(hào)等，根據(jù)不同信號(hào)形式通過(guò)不同傳輸方式傳輸給控制器。電信號(hào)用電連接方式傳輸，光信號(hào)用光通訊方式傳輸，其它信號(hào)先轉(zhuǎn)換為電信號(hào)再通過(guò)電連接方式傳輸。檢測(cè)裝置通過(guò)支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。具體測(cè)量模式的選擇根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合和精度要求來(lái)決定?？刂破饔糜诮邮諜z測(cè)裝置傳輸?shù)男盘?hào)，根據(jù)設(shè)定程序或者閾值分析信號(hào)決定輸出給開(kāi)關(guān)機(jī)械傳動(dòng)裝置的工作指令?？刂破餍盘?hào)接收的形式根據(jù)檢測(cè)裝置輸出信號(hào)的形式來(lái)決定。如測(cè)量獲得信號(hào)為電信號(hào)，則接收裝置只需要與檢測(cè)裝置電氣連接，信號(hào)通過(guò)電方式傳輸。如果測(cè)量獲得信號(hào)為非電信號(hào)，有的先將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)電纜傳輸，電氣連接，信號(hào)通過(guò)電方式傳輸；有些信號(hào)可以直接傳輸，如光信號(hào)用光纖傳輸，光路連接，到達(dá)控制器后，再通過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；位移信號(hào)可以直接與機(jī)械傳動(dòng)裝置連接，機(jī)械連接?？刂破魍ㄟ^(guò)給部件的物理參量或者電路程序設(shè)定不同指令的閾值，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析處理形成指令，輸出給機(jī)械傳動(dòng)裝置。如檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電磁鐵吸合獲得，則可通過(guò)設(shè)定彈簧的壓力值，調(diào)節(jié)控制器的工作閾值；如檢測(cè)信號(hào)為電信號(hào)，則可以作為控制器電路的觸發(fā)信號(hào)，控制器通過(guò)單片機(jī)、DSP芯片等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)工作閾值的設(shè)定和輸出?？刂破髋c機(jī)械傳動(dòng)裝置的連接主要根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)裝置的形式來(lái)決定。如果機(jī)械傳動(dòng)裝置采取永磁結(jié)構(gòu)形式，則控制器與永磁結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)裝置的控制器電氣連接，通過(guò)電信號(hào)向永磁機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出指令。如果采用電磁結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)裝置，則控制器與傳動(dòng)裝置之間通過(guò)機(jī)械形式連接?？刂破饕话阃ㄟ^(guò)支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。所述的機(jī)械傳動(dòng)裝置內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有雙開(kāi)距，采用永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者兩路電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者電磁與永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在大電流情況下永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置具有更大的優(yōu)勢(shì)，它易于實(shí)現(xiàn)不同開(kāi)距、精確控制及提供給開(kāi)關(guān)觸頭高的合閘功。永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置接收控制器發(fā)出的指令，給永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的分合閘線(xiàn)圈充電或者放電，通過(guò)充放電電流值大小的不同控制動(dòng)磁鐵的位移，動(dòng)磁鐵通過(guò)傳動(dòng)拉桿及其附屬結(jié)構(gòu)與真空滅弧室的動(dòng)觸頭連接，完成真空開(kāi)關(guān)不同的開(kāi)關(guān)速度和分?jǐn)嗑嚯x功能。永磁結(jié)構(gòu)和電磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的工作原理和基本結(jié)構(gòu)與市場(chǎng)產(chǎn)品相同。
本發(fā)明采用不同傳動(dòng)工作模式來(lái)實(shí)現(xiàn)真空開(kāi)關(guān)在不同開(kāi)距和速度下的開(kāi)斷。機(jī)械傳動(dòng)裝置的動(dòng)作既可以在正常動(dòng)作啟停信號(hào)的控制下工作，又可以受短路信號(hào)的控制，由此實(shí)現(xiàn)不同功能的操作。本發(fā)明所述的機(jī)械傳動(dòng)裝置可以通過(guò)不同方式實(shí)現(xiàn)。新型的永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種方式，合理的設(shè)計(jì)磁路和控制合分閘線(xiàn)圈電流幅值，使永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以工作在不同的模式下，如在長(zhǎng)開(kāi)距7. 5-12mm模式下完成斷路器工作，在短開(kāi)距3-6mm模式下完成接觸器工作，從控制滅弧室觸頭的位移量來(lái)實(shí)現(xiàn)接觸器和斷路器兩種功能。這樣設(shè)計(jì)的永磁機(jī)構(gòu)只需要一套就可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，也可以采用兩路傳統(tǒng)的電磁機(jī)構(gòu)，還可以采用永磁與電磁機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。本發(fā)明在真空滅弧室觸頭材料選擇上有特殊要求，尤其是供電系統(tǒng)故障大電流條件下(16kA以上)。真空滅弧室觸頭材料既要滿(mǎn)足開(kāi)斷能力強(qiáng)，又滿(mǎn)足抗熔焊性能好，使得斷路器功能與接觸器這兩種功能得以在這種真空開(kāi)關(guān)上實(shí)現(xiàn)。目前經(jīng)常使用的用于真空斷路器銅鉻合金材料和真空接觸器的銅鎢合金材料無(wú)法滿(mǎn)足需求。本發(fā)明采用適宜配比的銅鎢碳化鎢材料或者加入鐵、碳、鎢的銅鉻合金，便可以滿(mǎn)足要求。所述的銅鎢碳化鎢選用型號(hào)為WCu30的銅鎢合金，加入質(zhì)量百分比為3%-10%的C ;加入鐵或碳或鎢的銅鉻合金中，銅 鉻質(zhì)量百分比在40%-60%之間，所加入的鐵或碳或鎢的質(zhì)量百分比在3%以?xún)?nèi)。真空滅弧室中靜觸頭和動(dòng)觸頭采用縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這種新型真空開(kāi)關(guān)在高壓電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，將會(huì)帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益第一，設(shè)計(jì)時(shí)可少用一臺(tái)高壓饋電柜，在電控方面可節(jié)省初期投資40% ;第二，由于少用一臺(tái)高壓饋電柜，可減少電控設(shè)備的占地面積，節(jié)省土建費(fèi)用，同時(shí)由于控制環(huán)節(jié)的減少可降低設(shè)備的故障率，減少電控設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用20%;第三，開(kāi)關(guān)的分布電路參數(shù)小，降低回路參數(shù)對(duì)電網(wǎng)干擾，抵抗瞬態(tài)電磁過(guò)程能力強(qiáng)，運(yùn)行更加安全穩(wěn)定；第四，先進(jìn)的檢測(cè)及閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可以為整體配電網(wǎng)絡(luò)提供檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)，有利于未來(lái)在智能配電網(wǎng)系統(tǒng)地應(yīng)用。因此該開(kāi)關(guān)具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，其技術(shù)思路也可應(yīng)用于其它電氣設(shè)備的集成化和一體化設(shè)計(jì)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖I是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)的原理圖和主要部件連接圖，圖中1控制器，2檢測(cè)裝置，3靜觸頭，4真空滅弧室，5動(dòng)觸頭，6支撐固定系統(tǒng)，7傳動(dòng)拉桿，8機(jī)械傳動(dòng)裝置，9接觸器控制開(kāi)關(guān)，10實(shí)現(xiàn)功能的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；圖2是采用加入鐵、碳、鎢的銅鉻材料作動(dòng)、靜觸頭，永磁機(jī)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)裝置的真空開(kāi)關(guān)示意圖，圖中11分閘線(xiàn)圈，12永久磁鐵，13合閘線(xiàn)圈，14動(dòng)磁鐵，15永磁機(jī)構(gòu)控制器，16手動(dòng)控制系統(tǒng),17機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼；圖3為采用電流傳感器為檢測(cè)裝置、永磁機(jī)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)裝置的真空開(kāi)關(guān)不意圖，圖中18為電流傳感器；圖4是采用電磁機(jī)構(gòu)與永磁機(jī)構(gòu)形式配合實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)裝置的真空開(kāi)關(guān)示意圖，圖中19永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，20電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本發(fā)明功能選擇性真空開(kāi)關(guān)主要組成部件有控制器I、檢測(cè)裝置2、真空滅弧室4、支撐固定系統(tǒng)6、傳動(dòng)拉桿7、機(jī)械傳動(dòng)裝置8、接觸器控制開(kāi)關(guān)9和實(shí)現(xiàn)功能的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10。如圖I所示,真空滅弧室4的動(dòng)觸頭5通過(guò)傳動(dòng)拉桿7與機(jī)械傳動(dòng)裝置8機(jī)械連接，支撐固定系統(tǒng)6分別連接真空滅弧室4的靜觸頭3和動(dòng)觸頭5，使真空滅弧室固定在機(jī)械傳動(dòng)裝置8上，真空滅弧室4與機(jī)械傳動(dòng)裝置8成為一個(gè)整體，并且真空滅弧室4和機(jī)械傳動(dòng)裝置8之間保持電氣安全距離。一般機(jī)械傳動(dòng)裝置8位于真空開(kāi)關(guān)的下方，真空滅弧室4位于真空開(kāi)關(guān)的上方。控制器I和檢測(cè)裝置2通過(guò)電路或其它信號(hào)傳輸形式連接，控制器I和檢測(cè)裝置2通過(guò)支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。接觸器控制開(kāi)關(guān)9與控制器I通過(guò)電路連接，并通過(guò)支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機(jī)械傳動(dòng)裝置外殼或者支撐固定系統(tǒng)上，接觸器控制開(kāi)關(guān)9用于控制真空開(kāi)關(guān)在接觸器工作形式時(shí)真空開(kāi)關(guān)的分合動(dòng)作。所述的傳動(dòng)拉桿7與機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10相連接。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10固定在機(jī)械傳動(dòng)裝置8內(nèi)部，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10是機(jī)械傳動(dòng)裝置8的重要組成部分。真空開(kāi)關(guān)在所處的電力線(xiàn)路正常工作時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸器的功能，在真空開(kāi)關(guān)所處電力線(xiàn)路供電主回路發(fā)生故障，出現(xiàn)電流過(guò)載情況時(shí)真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)斷路器功能。以下說(shuō)明本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)的工作原理和工作過(guò)程。本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)正常工作處于·合閘狀態(tài)，在兩種情況下真空開(kāi)關(guān)要進(jìn)行分閘操作，一種是所處的電力線(xiàn)路中真空開(kāi)關(guān)控制的設(shè)備需要停止工作時(shí)，另一種情況是供電線(xiàn)路出現(xiàn)故障大電流時(shí)回路需用分閘，保護(hù)后端電力設(shè)備。正常工作條件下的合分閘本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)接觸器功能，它的開(kāi)距較小3-6mm，分閘時(shí)斷開(kāi)電流較小4kA以下；而在供電線(xiàn)路出現(xiàn)故障大電流時(shí)本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)斷路器的功能，要求開(kāi)距大7. 5-12mm，分閘時(shí)斷開(kāi)電流大4kA以上。如圖I中所示，采用兩路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10來(lái)實(shí)現(xiàn)雙開(kāi)距的功能。所述的傳動(dòng)拉桿7與兩路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10相連接，所述的兩路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10分別實(shí)現(xiàn)兩種不同開(kāi)距的動(dòng)作。控制器I發(fā)出指令決定哪一路傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10工作，即決定了機(jī)械傳動(dòng)裝置8的工作模式。控制器I發(fā)出的指令可以通過(guò)檢測(cè)裝置2測(cè)量的信號(hào)獲得，檢測(cè)裝置2測(cè)量主回路母線(xiàn)上的信號(hào)?？刂破鱅發(fā)出的指令也可以直接從接觸器控制開(kāi)關(guān)9獲得，通常由接觸器控制開(kāi)關(guān)9發(fā)布指令這種方式是在接觸器工作模式的分合閘時(shí)使用，進(jìn)行斷路器工作模式的分閘操作是根據(jù)檢測(cè)裝置2獲得的信號(hào)來(lái)執(zhí)行的，它們都通過(guò)控制器來(lái)向機(jī)械傳動(dòng)裝置8發(fā)布指令。由于真空開(kāi)關(guān)的滅弧室4中動(dòng)觸頭5和靜觸頭3材料性能和開(kāi)關(guān)的機(jī)械穩(wěn)定性可以滿(mǎn)足斷開(kāi)大電流的要求，又可以滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)頻繁開(kāi)合的要求，所以實(shí)現(xiàn)集兩種功能于一體的新型真空開(kāi)關(guān)。圖2是本發(fā)明實(shí)施例采用加入鐵、碳、鎢的銅鉻材料制作的動(dòng)觸頭5和靜觸頭3，永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)裝置8的真空開(kāi)關(guān)示意圖。永磁機(jī)構(gòu)是對(duì)傳統(tǒng)彈簧機(jī)構(gòu)和電磁操作機(jī)構(gòu)的一次技術(shù)改進(jìn)，克服它們?cè)诳煽啃?、能效、體積等方面的不足。永磁機(jī)構(gòu)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展的，它在工作時(shí)采用電信號(hào)控制分合閘，無(wú)需復(fù)雜的機(jī)械裝置，故障源少，可靠性高，壽命長(zhǎng)，同時(shí)在本裝置易于實(shí)現(xiàn)大于16kA小于31kA故障電流情況下觸頭合閘壓力保持在200-700N之間，故障電流31kA以上觸頭合閘壓力保持在700N-1000N之間。此時(shí)真空滅弧室的動(dòng)、靜觸頭材料選擇如說(shuō)明書(shū)所述的加入質(zhì)量百分比1-3%鐵、碳、鎢的銅鉻合金，銅鉻合金選擇銅鉻質(zhì)量百分比在40%-60%之間，才能滿(mǎn)足開(kāi)斷故障電流8次以上的功能。永磁結(jié)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)裝置8由裝置外殼17、永磁機(jī)構(gòu)控制器15、永久磁鐵12、動(dòng)磁鐵14、合閘線(xiàn)圈13、分閘線(xiàn)圈11等組成；分閘線(xiàn)圈11、永久磁鐵12、合閘線(xiàn)圈13、動(dòng)磁鐵14均置于外殼17中，并且與外殼17牢靠固定，通常永久磁鐵12位于中間，為中空形式，分閘線(xiàn)圈11和合閘線(xiàn)圈13位于永久磁鐵12的兩邊,動(dòng)磁鐵14在永久磁鐵12的中心，分閘線(xiàn)圈11和合閘線(xiàn)圈13分別與永磁機(jī)構(gòu)控制器15的輸出電氣連接。永磁機(jī)構(gòu)控制器15用于控制永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,永磁機(jī)構(gòu)控制器15接收真空開(kāi)關(guān)的控制器I發(fā)出的指令，通過(guò)電氣傳輸將具體的電信號(hào)，通常是不同幅值的線(xiàn)圈電流，通過(guò)連接導(dǎo)線(xiàn)傳遞給分閘線(xiàn)圈11和合閘線(xiàn)圈13，使其通過(guò)電磁場(chǎng)將力傳遞給動(dòng)磁鐵14，動(dòng)磁鐵14帶動(dòng)傳動(dòng)拉桿7，動(dòng)觸頭5發(fā)生位移，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和閉合。永磁結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械傳動(dòng)裝置8用于開(kāi)關(guān)工作的主要原理是利用分、合閘線(xiàn)圈11、13電流的不同和永久磁鐵12共同作用造成動(dòng)磁芯運(yùn)動(dòng)回路的磁阻變化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)磁鐵14不同的位移，而動(dòng)磁鐵14直接或者間接與傳動(dòng)拉桿7連接，由傳動(dòng)拉桿7拉動(dòng)真空滅弧室的電極靜觸頭3或動(dòng)觸頭5完成真空開(kāi)關(guān)的閉合和關(guān)斷工作。如圖2所示,靜觸頭3和動(dòng)觸頭5的開(kāi)距是由永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)磁鐵14的位移量決定的，當(dāng)然也可以采用其它方式的連接，如轉(zhuǎn)軸等形式，但其工作原理相同。在本發(fā)明提出的真空開(kāi)關(guān)中要實(shí)現(xiàn)功能性的選擇，改變動(dòng)磁鐵14的位移量可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)的不同功能。通過(guò)合理的永久磁鐵12磁路設(shè)計(jì)與分、合閘線(xiàn)圈11、13電流大小的配合，使動(dòng)磁鐵14在不同磁阻的作用下形成不同的位移量，實(shí)現(xiàn)真空開(kāi)關(guān)的接觸器功能和斷路器功能。 本發(fā)明的永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)構(gòu)擁有多種位移量，以滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)合的要求。作為本發(fā)明的機(jī)械傳動(dòng)裝置也可以采用兩套永磁機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置8來(lái)實(shí)現(xiàn)，其方法原理同圖I。圖3是本發(fā)明實(shí)施例采用電流傳感器18為檢測(cè)裝置、永磁機(jī)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)裝置8的真空開(kāi)關(guān)示意圖。電流傳感器18為環(huán)形結(jié)構(gòu)，負(fù)載側(cè)母線(xiàn)穿過(guò)電流傳感器18中心。電流傳感器18可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量通過(guò)母線(xiàn)的電流值，并將它通過(guò)電連接傳輸給控制器I?？刂破鱅為一個(gè)比較電路，設(shè)定比較電平閾值，當(dāng)輸入電流值大于閾值則電路導(dǎo)通，向永磁機(jī)構(gòu)控制器15發(fā)出工作指令，永磁機(jī)構(gòu)機(jī)械傳動(dòng)裝置8進(jìn)行大開(kāi)距分?jǐn)嗖僮?。真空開(kāi)關(guān)作為接觸器頻繁開(kāi)斷由外部控制器9控制，工作電流在產(chǎn)品額定電流值允許范圍內(nèi)，電流傳感器18測(cè)量到此時(shí)的電流值，將它通過(guò)電連接傳輸給控制器1，此時(shí)輸入電流值小于控制器I設(shè)定閾值，控制器I不發(fā)出指令，真空開(kāi)關(guān)正常工作，進(jìn)行小斷口分?jǐn)嚅]合操作。圖4是本發(fā)明采用永磁與電磁結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)裝置8的真空開(kāi)關(guān)示意圖。如圖所示，永磁機(jī)構(gòu)控制器15由外部控制器9控制，永磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)19在真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)接觸器功能時(shí)工作，同時(shí)為動(dòng)觸頭5和靜觸頭3提供足夠的合閘壓力。電磁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)20在回路出現(xiàn)故障電流時(shí)工作，進(jìn)行大斷口的分?jǐn)嗖僮?。本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)的額定電壓可以達(dá)到20kV，開(kāi)斷短路故障電流達(dá)到31. 5kA，超過(guò)8次的開(kāi)斷壽命；正常工作接觸器分?jǐn)嚯娏鬟_(dá)到4kA，關(guān)合電流5kA，機(jī)械動(dòng)作壽命超過(guò)100萬(wàn)次。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用在配電系統(tǒng)中具有啟動(dòng)頻繁、系統(tǒng)短路容量較大的大型電力拖動(dòng)設(shè)備中，如主排水泵、壓風(fēng)機(jī)、電弧爐變壓器等，它將大大減小設(shè)備本身和占地成本，同時(shí)提高系統(tǒng)和設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種具有功能選擇性的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述的真空開(kāi)關(guān)由真空滅弧室(4)、機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)、傳動(dòng)拉桿(7)、檢測(cè)裝置(2)、支撐固定系統(tǒng)(6)、接觸器控制開(kāi)關(guān)(9)及控制器(I)組成；所述的真空滅弧室(4)的動(dòng)觸頭(5)通過(guò)傳動(dòng)拉桿(7)與機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)內(nèi)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)連接，支撐固定系統(tǒng)(6)分別連接真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動(dòng)觸頭(5)，將真空滅弧室(4)固定在機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)上，真空滅弧室(4)和機(jī)械傳動(dòng)裝置(8 )之間保持電氣安全距離；控制器(I)和檢測(cè)裝置(2 )連接，接觸器控制開(kāi)關(guān)(9 )與控制器(I)連接，接觸器控制開(kāi)關(guān)(9)用于控制真空開(kāi)關(guān)在接觸器工作形式時(shí)真空開(kāi)關(guān)的分合動(dòng)作；控制器(I)、接觸器控制開(kāi)關(guān)(9)和檢測(cè)裝置(2)通過(guò)支撐固定系統(tǒng)(6)固定在機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)的外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)(6)上；所述的真空開(kāi)關(guān)在所處的電力線(xiàn)路正常，無(wú)故障時(shí)實(shí)現(xiàn)接觸器的功能，在真空開(kāi)關(guān)所處的供電主回路出現(xiàn)故障，電流過(guò)載情況時(shí)，所述的真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)斷路器功能。
2.如權(quán)利要求I所述的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述的檢測(cè)裝置(2)測(cè)量所述的真空滅弧室(4)工作時(shí)通過(guò)的電流信號(hào)，傳送至控制器(I )，控制器(I)根據(jù)接收到的信號(hào)向機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)輸出工作指令，實(shí)現(xiàn)不同的開(kāi)關(guān)功能。
3.如權(quán)利要求I所述的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述的真空開(kāi)關(guān)在正常工作情況下實(shí)現(xiàn)接觸器功能，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置內(nèi)一路機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)通斷開(kāi)操作，此時(shí)真空滅弧室的觸頭開(kāi)距在3-6mm;當(dāng)真空開(kāi)關(guān)所處的電力線(xiàn)路出現(xiàn)故障或異常，回路電流幅值劇增時(shí)，所述的真空開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)真空斷路器功能，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置內(nèi)另一路機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大電流開(kāi)斷操作，保護(hù)設(shè)備，此時(shí)，真空滅弧室的觸頭開(kāi)距為7. 5mm以上。
4.如權(quán)利要求I所述的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述的真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動(dòng)觸頭(5)的材料為銅鶴碳化鶴或者加入一定其它元素的銅鉻合金,所述的銅鶴碳化鶴選用型號(hào)為WCu30銅鎢合金，加入質(zhì)量百分比為3%-10%的C ;所述的加入一定其它元素的銅鉻合金，銅鉻質(zhì)量百分比為40%-60%，所加入的元素為鐵或碳或鎢，其質(zhì)量百分比在3%以?xún)?nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述的真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動(dòng)觸頭(5 )采用縱向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I所述的真空開(kāi)關(guān)，其特征在于，在短路開(kāi)斷電流大于16kA的情況下，所述的真空開(kāi)關(guān)的機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(10)采用永磁機(jī)構(gòu)最佳，保持觸頭的合閘壓力保持在200N-1000N之間。
全文摘要
一種具有功能選擇性的真空開(kāi)關(guān)，由真空滅弧室(4)、機(jī)械傳動(dòng)裝置(8)、傳動(dòng)拉桿(7)、支撐固定系統(tǒng)(6)、檢測(cè)裝置(2)、接觸器控制開(kāi)關(guān)(9)及控制器(1)組成。所述的檢測(cè)裝置(2)測(cè)量真空滅弧室(4)短路狀態(tài)下通過(guò)電流的幅值并傳遞給開(kāi)關(guān)的控制器(1)，通過(guò)控制器(1)決定真空開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)。真空滅弧室的靜觸頭(3)和動(dòng)觸頭(5)的觸頭材料為銅鎢碳化鎢或加入鐵或碳或鎢元素的銅鉻合金。本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)在短路開(kāi)斷電流大于16kA的情況下，真空開(kāi)關(guān)靜觸頭和動(dòng)觸頭的合閘壓力保持在200N-1000N之間。本發(fā)明真空開(kāi)關(guān)同時(shí)具有真空接觸器與真空斷路器的功能。
文檔編號(hào)H01H33/66GK102903565SQ20121038737
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者高赟, 徐航, 嚴(yán)萍, 王玨, 熊楠, 李世清 申請(qǐng)人:無(wú)錫市新一代電力電器有限公司, 中國(guó)科學(xué)院電工研究所, 無(wú)錫惠科電工高新技術(shù)有限公司