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中压真空断路器两种常用操动机构的比较
wangqin0952 发表于 2008/1/26 20:47:13 920 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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【Summary】Summarizing the status of and requirement for operational mechanism in breaker, introducing the application situation of all kinds of mechanisms which be used in beaker and emphasizing on the comparison between two common used operational mechanisms, spring operational mechanism vs permanent- magnetism operational mechanism.
［关键词］真空断路器 弹簧操动机构 永磁操动机构
［Key Words］Vacuum Breaker Spring Operational Mechanism Permanent-magnetism Operational Mechanism
1 引言
操动机构作为输配电设备的一个部件，其重要性往往被忽视，但它却在断路器中占有重要作用。它不但要保证断路器长期工作可靠性，而且要满足灭弧特性对操动机构的要求。断路器的分合闸所需时间或速度必须满足其开断和关合要求，以便通过快速切除故障而不使故障扩大，保持电力系统的稳定，并可减轻设备、线路、绝缘等的损伤，这就需要机构具有较好的机械特性。
2 操动机构的应用范围
几种操动机构的应用情况如附表所列。
3 弹簧操动机构与永磁操动机构的比较
3.1 动作原理和结构
真空断路器永磁机构原理图见图1，弹簧机构见图2。
目前用于中压断路器操动机构主要有电磁式和弹簧式两种。电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛应用，这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求：一是开距小（8-25mm）,二是在合闸位置需要大的操动力（2000-4000N/相）。然而电磁操动机构也存在不容忽视的缺点，磁路电感L在合闸过程中变化较大，产生反电动势，从而抑制了合闸线圈电流的增大，而且这种抑制作用随着合闸速度增加而增强。相比之下，弹簧操动机构采用于手动或小功率交流电动机储能，其分合闸速度不受电源电压波动影响，相当稳定，能够获得较高的分合闸速度，能实现快速自动重合闸操作，在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。然而弹簧操动机也存在以下缺点：完全依靠机械传动，零部件数量多，一般弹簧操动机构有上百个零件，且传动机构较为复杂，故障率较高，运动部件多，制造工艺要求较高。另外，弹簧操动机构的结构复杂，滑动摩擦面多，而且多在关键部位，在长期运行过程中，这些零件的磨损、锈蚀以及润滑剂的流失、固化等都会导致操作失误。
近年来，一种用于中压真空断路器的永磁保持、电子控制的电磁操动机构（简称永磁机构）备受关注。和传统的断路器操动机构相比，永磁机构采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，无需机械脱扣、锁扣装置，故障源少，具有较高的可靠性。
3.2 操动机构与真空断路器的配合
3.2.1 力－行程特性
多年来，真空断路器一直在努力追求着一种完美操动的机构：结构简单，寿命长，可靠性高，可以用小功率交流电源操作，出力特性与真空断路器的反力特性很好地匹配，能给出稍低的合闸速度和较高的分闸速度的操作机构。
真空断路器触头行程很小，合闸过程中在触头接触前只需要很小的驱动力，一旦触头闭合，就需要较大的驱动力，来压缩触头弹簧以获的足够的触头压力。因此真空断路器的反力特性在触头接触瞬间有一大幅度的正向突变，12kV真空断路器合闸终了时的触头反力常常超过10kN.而真空断路器所要求的平均合闸速度并不大，因为合闸速度太高容易引起触头合闸弹跳，是不希望的，因此合闸速度一般为0.6～0.8m/s。分闸时要求操动机构不给运动系统附加更多的运动惯量，以提高分闸初始加速度（或刚分速度）。
弹簧操动机构是依靠弹簧储存能量的释放使断路器合闸的。弹簧释能时总是一开始时出力大，以后逐渐减小。这与真空断路器的反力特性正好相反。为了使其与真空断路器合闸时的反力特性相匹配，通常要通过凸轮和连杆的转换。经过凸轮轮廓曲线合理设计和连杆适当配置，弹簧操动机构的出力完全能与真空断路器的反力特性很好匹配。
永磁机构在合闸过程中，随着动铁心的运动、空气间隙减小、吸力增大，动静铁心吸合时可产生很大的吸力，在合闸的最后阶段，由于永磁铁的吸力，使吸合力上升得更快。在分闸特性方面因动铁心参与分闸运动，使分闸时运动系统的运动惯量明显增大，对提高刚分速度很不利。此外，永磁铁的吸力在分闸过程中也起着阻碍作用，也对提高速度不利。在此方面，永磁机构不如弹簧机构。
永磁机构及弹簧机构的力——行程特性见图3。
北京科力恒久电力技术有限责任公司 芮祖存