断路器操动机构

1、6-35KV三类断路器的操动机构及其工作原理概述随着电网的不断发展，断路器成为电力系统一次设备必不可少的电器之一。其中，断路器的操动机构是其重要部分。在6-35KV的环境中，使用最多的操动机构主要有弹簧操动机构、电磁操动机构和永磁操动机构。因此，在此主要对这三种操动机构的结构及其工作原理做简单的介绍。弹簧操动机构利用已储能的弹簧为动力使断路器动作的操动机构称为弹簧操动机构。弹簧储能通常由电动机通过减速装置来完成。对于某些操作功不大的弹簧操动机构，为了简化结构、降低成本，也可以用手力来储能。图14.5为弹簧操动机构的原理图。整个操动机构大致可以分成弹簧储能、维持储能、合闸与维持合闸、分闸四个部分

2、。弹簧储能弹簧储能部分主要由合闸弹簧6，电动机2，皮带轮1，链条3，偏心轮4，棘爪7与棘轮8组成。每台操动机构有两组弹簧。储能时，启动电动机，通过皮带轮与链条减速后带动偏心轮转动（失去电源后也可以用手力摇动手柄5，直接带动偏心轮转动）。偏心轮的转动又推动三角架cab绕b点摆动，带动棘爪推动棘轮向反时针方向转动。棘轮转动又带动连杆ef使合闸弹簧拉长，当连杆ef转过最高某一角度后，弹簧储能结束。这时可通过辅助接点将电动机的电源切除。维持储能弹簧储能后，并不需要立刻将能量释放使用，因此需要一套机构将弹簧的位能储存起来。维持储能的机构由掣子15，杠杆16和凸轮12组成。弹簧储能结束时，；连接在棘轮8上

3、的凸轮12刚好转动到图14.5所示的位置上，凸轮上的销子正好支在杠杆16上，而杠杆16又被掣子15上的小滚轮h挡住，无法逆时针方向转动，因而可以维持凸轮12在图示的位置，将弹簧的位能储存起来。合闸与维持合闸合闸时可以让合闸电磁铁13通电，电磁力作用在掣子15的转轴上，使小滚轮h向上运动，不再阻碍杠杆16向逆时针方向转动，因而凸轮12上的销子也不再被杠杆16挡住。在合闸弹簧力的推动下，凸轮12朝着逆时针方向转动，撞击拐臂11，带动操动机构的输出轴14顺时针方向转动，完成断路器的合闸操作。合闸结束时，拐臂11上的滚轮g正好落在连杆17上，利用连杆机构的死点可以保持滚轮g的位置不变，从而使断路器保持

4、在合闸位置。合闸结束后，弹簧能量释放，电动机可以再次启动将弹簧储能，准备下次合闸时使用。分闸分闸时可以让分闸电磁铁9通电，电磁力作用在连杆10上，通过几套连杆机构将连杆17朝逆时针方向转过一个角度，于是滚轮g不再被连杆17托住，在断路器分闸弹簧的作用下，操动机构输出轴逆时针方向转动，完成断路器的分闸操作。断路器分闸后，由于操动机构合闸弹簧的储能工作早已完成，可以随时使断路器再次合闸。因此，弹簧操动机构可以满足快速自动重合闸的操作要求。弹簧操动机构的优缺点弹簧操动机构的优点是不需要大功率的直流电源；电动机功率小（几百瓦到几千瓦）；交直流两用；适宜于交流操作。缺点是结构比较复杂；零件数量多；加工要

5、求高；随着机构操作功的增大，重量显著增加。弹簧操动机构一般只用于操作126KV及以下的断路器，弹簧储能为几百焦耳到几千焦耳。电磁操动机构其主要构成部件包括机构机架、合闸电磁铁、凸轮连杆机构、脱锁扣装置和指示装置等。操动机构采用直流操作，传动部分为凸轮机构。其最大的优点就是简单可靠。它的运动部件很少，因而大大减少了故障源，从根本上解决了可靠性问题。通过凸轮机构对输出力进行调节以改善输出力特性。其行程较小，约20mm，在操作过程中力矩损失小，动作精度高，与真空断路器的配合较为准确。其结构如图2-1所示：动作过程新型电磁操动机构的动作过程如图2-2所示。合闸合闸前凸轮接近垂直位置图2-2(a)，合闸

6、信号发出后，合闸电磁铁线圈受电，铁心向右运动推动凸轮2绕固定轴0l，逆时针转动，与此同时开关的分闸弹簧被压缩储能。凸轮带动摆臂3绕固定轴03顺时针转动，使开关合闸图2-2(b)。当铁心到达终点时，合闸信号消失，合闸线圈断电，铁心回退，凸轮被脱扣杆5支撑住，使开关保持在合闸位置图2-2(c)。分闸分闸操作开始时，脱扣杆5在分闸电磁铁4的推动下绕03点顺时针转动，凸轮2脱扣后在主弹簧8驱动下绕01点作顺时针转动，拐臂3在凸轮和触头弹簧7驱动下绕03点逆时针转动。这时真空灭弧室内的动触头并未运动，当拐臂摆动过超行程Sc时将带动动触头一起运动。当凸轮到达分闸限位后，动、静触头分开，分闸操作结束。永磁操

7、动机构永磁操动机构中永磁体的可靠性永磁操动机构与传统的电磁操动机构的根本区别在于前者使用了永磁体。目前永磁操动机构的永磁体普遍采用钕铁硼稀土材料制成。钕铁硼永磁体在受到强烈机械冲击、高温和反向磁场作用时均可能部分或全部退磁。当温度高于120时，钕铁硼的磁性能才会下降，一般情况下操动机构不会出现这样高的温度；永磁操动机构中的机械冲击对钕铁硼永磁体来说是可以承受的，试验已充分证明了这一点；永磁体随着时间的推移，磁性能也会有逐渐减弱的趋势（自然劣化），但制造企业提供的数据表明，在20年寿命期间，钕铁硼自然劣化不会大于1%。因此，只要设计时留一定裕度，自然劣化一般不会影响永磁操动机构的正常动作。综上所

8、述，永磁体的退磁问题，并不影响它在永磁操动机构中的实际应用。永磁操动机构的结构及动作原理图1为双线圈永磁操动机构的电磁系统结构示意图。当真空断路器处于分闸位置时，动铁心1的上端气隙小、磁阻低，下端气隙大、磁阻高，因此永久磁铁2的磁场将主要作用于动铁心的上端。由图1（a）可见，当真空断路器处于分闸位置时，永久磁铁2形成的磁力线几乎全部穿过动铁心的上端，它所产生的吸引力将保证动铁芯维持在上部，使真空断路器保持为分闸状态。当真空断路器需要合闸时，可先使合闸线圈3通电，其所产生的磁场的磁力线则主要集中在动铁心的下端，并在上端与永久磁铁2形成的磁场的磁力线相抵消。伴随着激磁电流的上升，下端吸力将增加，上端吸力将减弱，当下端吸力大于反力，即线圈电流