一种具有限流特性的直流断路器快速操动机构

摘要

本发明公开了一种具有限流特性的直流断路器快速操动机构，包括静触头、动触头，合闸状态下静触头与动触头保持电连接。动触头通过转轴固定在下母排上，在动触头的下侧有压缩的分闸弹簧。动触头中部的凸块卡在拨叉推杆的凹口中起到限位作用，使之无法转动。在动触头的一侧有分闸线圈和斥力盘，斥力盘与连杆相连。在连杆靠近动触头一侧设有拐臂，拐臂可绕固定转轴旋转，拐臂的一臂与连杆以一字形通孔相连。其特点是断路器分闸时，斥力盘带动连杆运动触发脱扣器使动触头开始运动，同时连杆带动拐臂转动并与动触头碰撞，加快动触头的运动速度，提高断路器的分断特性。本结构设计巧妙、结构简单且性能可靠。

说明书

技术领域

本发明属于电力机械领域，涉及一种直流断路器快速操动机构， 尤其是一种利用斥力盘运动能量进行辅助分断的、具有限流特性的直 流断路器快速操动机构。

背景技术

近年来，我国地铁、轻轨、舰船、太阳能等领域的直流供电系统 得到了飞速发展，为了满足直流配电系统中的保护需求，发展快速直 流开关已成为一个必然趋势。当直流供电系统出现短路故障时，短路 电流会快速地达到峰值并震荡最终达到稳态值。巨大的短路电流产生 的电动力效应和热效应会对系统内的用电设备造成严重的损坏。如果 能够在最短的时间内分断短路故障电流，则可以降低这些损害，对直 流供电系统进行更加有效的保护。

开发快速直流开关关键技术之一就是需要设计快速的、合理可靠 的快速操作机构。使开关的固有机械分闸时间最大限度地缩小，从而 有利于在故障电流起始阶段尽早分断电流，把对电力设备的冲击减到 最小。现有的直流空气断路器中脱扣机构主要是电磁铁脱扣机构，分 闸主要为弹簧机构，该种类型的操作机构动作速度慢，带来的主要缺 陷在于触头烧蚀严重，电弧电压建立缓慢难以产生限流作用，已无法 满足更高的断路器设计要求。

高速斥力机构是近几年国内外研究较多的快速操作机构。电磁斥 力脱扣机构与传统的电磁铁脱扣机构相比，其主要优点是反应迅速， 动作速度快。但还存在以下几个问题，即现有的电磁斥力机构仅用于 断路器脱扣，脱扣之后斥力盘继续运动，能量由脱扣装置的机械结构 或缓冲装置吸收，存在严重的能量浪费。另一方面由于高速斥力机构 的运动能量大，脱扣之后对脱扣装置形成巨大冲击，反而容易破坏脱 扣装置，对脱扣装置的机械强度提出了苛刻的要求。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有技术中，直流断路器操作机构无法 满足更快速可靠分断的设计要求的技术问题。同时也解决了普通电磁 斥力机构在使用过程中斥力盘能量无法有效地利用的技术问题；提供 一种能有效利用斥力盘运动能量，加快动触头刚分速度，减轻脱扣器 机械结构负载，从而改进断路器开断性能的直流断路器电磁斥力机 构。本发明的操作机构可以在短路电流的上升阶段实现断路器的脱扣 分闸过程，能够有效限制短路电流的上升，同时减小电弧对断路器触 头系统的烧蚀。

为实现以上技术目的，本发明所述的具有限流特性的直流断路器 快速操动机构包括静触头、动触头、上下母排、卡块、拨叉推杆、斥 力盘、连杆、传动拐臂等部件。所述静触头固定在上母排上，所述动 触头通过转轴固定在下母排上，静触头与动触头保持电接触；在所述 动触头的下侧，设有压缩的分闸弹簧；所述动触头中部设有卡块，卡 块与拨叉推杆的凹口接触，操作机构可以带动拨叉推杆左右运动以实 现动触头的分合闸过程；所述卡块与拨叉推杆也可以分离，动触头在 分闸弹簧的作用下可以实现自由分闸；在所述动触头的一侧设有斥力 盘，所述斥力盘与连杆相连，连杆上方设有凸起；在所述连杆靠近动 触头一侧设有拐臂，所述拐臂可绕固定转轴旋转，拐臂的一端与连杆 以一字形通孔形式相连。

在本发明中，合闸状态下拨叉推杆通过卡块对动触头起到限位作 用，使动触头不能自由转动以保持与静触头的电连接。直流断路器分 闸时，预先充电的电容器通过线圈放电产生脉冲电流，斥力盘中感应 产生涡流，涡流产生的磁场与线圈产生的磁场相互作用，从而使斥力 盘带动连杆向上运动。连杆上方的凸起首先与拨叉推杆相接触，将拨 叉推杆向上推动，使动触头中部的卡块与拨叉推杆分离，动触头在分 闸弹簧的作用下开始转动。与此同时，拐臂也在连杆的带动下绕固定 转轴旋转。在成功脱扣之后，拐臂未与连杆相连的一臂与动触头碰撞， 将斥力盘剩余运动能量传递至动触头。

本发明的效果体现在：

1、本发明采用了圆台结构的斥力盘，相比圆饼状的斥力盘，在 保证斥力盘机械强度和出力能力的同时，很大程度地减小了电磁斥力 操作机构运动系统的质量，能够较大地提高操作机构驱动负载的能 力。

2、本发明所述的机构在进行分闸操作时，传动拐臂会在斥力盘 与连杆装置的带动下在完成脱扣过程之后与动触头碰撞，将电磁斥力 操作机构的运动能量传递至动触头，提高了动触头在分闸时的运动速 度，同时降低了连杆与拨叉推杆的碰撞能量，减小了对脱扣机构的冲 击。

3、本发明采用的斥力盘通过电容放电驱动，可以增大电容的容 量或电容充电电压来提高斥力盘的出力能力。本发明所述的直流断路 器快速操动机构可以让断路器在短路电流的上升沿完成脱扣分闸过 程，同时保证动触头在整个分断过程中具有很高的运动速度。这样断 路器在分断时产生的电弧会被快速拉长，并快速进入灭弧室被栅片切 割。电弧的存在会在断口之间产生很高的电弧电压，抑制短路电流的 进一步增大，从而实现限流功能，保护直流供电系统的用电设备。同 时，动触头的快速运动有利于电弧快速向灭弧室转移，有利于减少对 触头区域的烧蚀。

本发明运用了拐臂的结构，在斥力盘与连杆装置触发脱扣器之 后，带动拐臂与动触头碰撞，降低了连杆与脱扣器的碰撞能量，同时 提高了动触头的运动速度。本发明设计巧妙、结构简单且性能可靠。

附图说明

附图1是本发明一个实施例的合闸状态结构示意图。

附图2是本发明一个实施例的初分状态结构示意图。

附图3是本发明一个实施例的机构运动最终状态结构示意图。

其中：1为静触头；2为动触头；3为拨叉推杆；4为卡块；5为 分闸弹簧；6为下母排；7为上母排；8为连杆；9为斥力盘线圈；10 为斥力盘；11为固定转轴；12为拐臂；13为凸起。

具体实施方式

参见附图1、附图2、附图3所示，本发明主要由直流断路器触 头系统和电磁斥力操作机构组成。

本发明的直流断路器触头系统包括静触头1，动触头2，所述静 触头1固定在上母排7上，所述动触头2通过转轴固定在下母排6上， 静触头1与动触头2保持电接触；在所述动触头2的下侧，设有压缩 的分闸弹簧5，分闸弹簧的作用主要是保证分闸时动触头后期的运动 速度；所述动触头2中部设有卡块4，合闸状态下所述卡块4卡在拨 叉推杆3的凹口中起到限位作用，使动触头2在合闸状态下无法转动。

本发明的电磁斥力操作机构设置在动触头2的一侧，所述操作机 构包括斥力盘放电线圈9和硬铝材料的斥力盘10，同时斥力盘10与 连杆8相连，所述连杆8上方有凸起13；在连杆8靠近动触头2一 侧设有拐臂12，拐臂12可绕固定转轴11旋转，同时拐臂12的一臂 的端部与连杆8以一字形通孔的形式相连。

在本发明中，合闸状态下拨叉推杆3对动触头2起到限位作用， 使动触头2不能自由转动以保持与静触头1的电连接。直流断路器分 闸时，预先充电的电容器通过线圈9放电产生脉冲电流，斥力盘10 中感应产生涡流，涡流产生的磁场与线圈9产生的磁场相互作用，从 而使斥力盘10带动连杆8向上运动。连杆8上方凸起13首先与拨叉 推杆3相接触，将拨叉推杆3向上推动，使动触头2中部卡块4与拨 叉推杆3的限位作用失效，动触头2在分闸弹簧5的作用下开始转动。 与此同时，传动拐臂12也在连杆8的带动下绕固定转轴11旋转。在 成功脱扣之后，拐臂12未与连杆8相连的一臂与动触头2碰撞，将 斥力盘10剩余运动能量传递至动触头2，提高了动触头的运动速度。 本发明专利可以使断路器在短路电流的上升沿完成脱扣分闸，实现限 流特性。

本实例运用了拐臂的结构，在斥力盘与连杆装置触发脱扣器之 后，带动拐臂与动触头碰撞，降低了连杆与脱扣器的碰撞能量，同时 提高了动触头的运动速度。本发明设计巧妙、结构简单且性能可靠。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何 形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以 限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范 围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为 等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据 本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修 饰，仍属于本发明技术方案的范围内。