自1961 年美國GE 公司研制成功第一臺(tái)真空斷路器以來,真空斷路器的技術(shù)水平迅速得到提高。隨著新型觸頭結(jié)構(gòu)和新材料的研制,真空斷路器的開斷能力不斷提升。而作為真空斷路器的主要元件———操動(dòng)機(jī)構(gòu),也歷經(jīng)了幾代的發(fā)展,從最初的電磁機(jī)構(gòu),發(fā)展到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的彈簧操作機(jī)構(gòu),以及現(xiàn)階段正邁向成熟并逐漸普及的永磁操作機(jī)構(gòu)。

真空斷路器及操動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析

       真空斷路器之所以如此迅速發(fā)展,在于其真空滅弧室優(yōu)異的開斷特性,使其電壽命大大增加。真空斷路器的滅弧室動(dòng)觸頭行程小,要求分閘速度高。動(dòng)靜觸頭合閘時(shí)為平面接觸,為了防止真空斷路器在短路時(shí)觸頭被強(qiáng)大的沖擊力斥開,動(dòng)靜觸頭間要施以較大的觸頭壓力,這樣也有利于提高分閘速度。真空滅弧室的優(yōu)異性,使其機(jī)械及電壽命從傳統(tǒng)的2000次躍增為上萬次,沿用傳統(tǒng)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)電磁機(jī)構(gòu)和彈簧機(jī)構(gòu)很難體現(xiàn)出其高壽命、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。因此需要一結(jié)構(gòu)高度簡(jiǎn)化、節(jié)能和高可靠的機(jī)構(gòu)來滿足真空斷路器的驅(qū)動(dòng)要求。

      永磁機(jī)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于真空斷路器的驅(qū)動(dòng),它克服了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn),充分發(fā)揮了真空斷路器的優(yōu)點(diǎn),為研制新一代免維護(hù)斷路器奠定了基礎(chǔ)。它已成為電力系統(tǒng)選型熱點(diǎn),具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景。本文以ZNY1-10P630-12.5型永磁真空斷路器為例來分析永磁斷路器的結(jié)構(gòu)及工作原理。

永磁機(jī)構(gòu)斷路器工作原理及主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)

       該真空斷路器采用雙穩(wěn)態(tài)內(nèi)設(shè)欠壓脫扣器永磁機(jī)構(gòu),并與機(jī)械手動(dòng)脫扣器結(jié)為一體化設(shè)計(jì),使手動(dòng)分閘輕便可靠。永磁機(jī)構(gòu)分閘與彈簧分閘相結(jié)合,使分閘速度的分配更理想。與彈簧操作機(jī)構(gòu)斷路器比較,可動(dòng)部件大大減少,使其可靠性和機(jī)械壽命大幅提高,是彈簧操作機(jī)構(gòu)類型斷路器的理想替代產(chǎn)品。ZNY1-10P630-12.5型永磁真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù)如下:

額定電壓PkV 10

最高電壓PkV 12

額定電流PA 630

額定頻率PHz 50

額定短路開斷電流PkA 12. 5

動(dòng)穩(wěn)定電流PkA 31.5

熱穩(wěn)定電流PkA 12.5

額定短路關(guān)合電流PkA 31. 5

短路電流持續(xù)時(shí)間Ps 4

1min 工頻耐壓PkV 42

雷電沖擊耐壓PkV 75

永磁機(jī)構(gòu)斷路器工作原理

永磁機(jī)構(gòu)斷路器的工作原理如圖1 所示:

圖1 　永磁機(jī)構(gòu)斷路器的工作原理圖

       其工作過程如下:接通控制電源,首次接通電源要等待60s,此時(shí)儲(chǔ)能電容已充滿電(充電指示燈亮),同時(shí)欠壓脫扣器電源也準(zhǔn)備接通,斷路器處在準(zhǔn)備操作狀態(tài)。按合閘鈕接通合閘線圈,永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)鐵芯向下運(yùn)動(dòng)通過傳動(dòng)拐臂將開關(guān)管觸頭閉合,同時(shí)通過輔助觸點(diǎn),并使分閘拉簧儲(chǔ)能。按分閘鈕接通分閘線圈,同時(shí)斷開欠壓電源,在分閘磁場(chǎng)和分閘彈簧的共同作用下使開關(guān)管觸頭迅速分開,完成一次合閘,分閘操作。

      永磁機(jī)構(gòu)通過動(dòng)鐵芯與主軸傳動(dòng)拐臂相連直驅(qū)動(dòng)開關(guān)管動(dòng)觸頭,機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,磨損小,使得斷路器在使用壽命期內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。該斷路器除正常電動(dòng)分閘外,還設(shè)有欠壓分閘、緊急手動(dòng)分閘裝置,使斷路器工作更加可靠。開關(guān)電源將100VAC變成155VDC,一路經(jīng)過限流電阻R1 和隔離二極管VD1對(duì)電容器C1充電,另一路經(jīng)過電阻R2和斷電器J1也對(duì)電容器C1充電,當(dāng)電壓充至150VDC左右時(shí),斷電器J1停止工作,J1常閉點(diǎn)接通合閘電路和儲(chǔ)能燈電路。此時(shí)合閘,合閘繼電器KM1動(dòng)作,電容器C1向合閘線圈放電,完成一次合閘過程。電容C3延時(shí)一定的合閘時(shí)間,保證可靠合閘。另一路9VDC經(jīng)過隔離二級(jí)管VD2、分閘繼電器常閉點(diǎn)KM2-4、行程開關(guān)常開點(diǎn)ST1-1、輔助開關(guān)常開點(diǎn)FZ1-1送至合閘線圈,維持合閘狀態(tài)。分閘功能由分閘繼電器KM2完成,電容C2功能是保證分閘斷電器KM2 在電壓降低時(shí)能可靠分閘。C1和C2的放電回路,由按鈕SB3控制,放電時(shí)間需1min。

結(jié)束語

      目前,我國對(duì)城市和農(nóng)村配網(wǎng)的改造正在進(jìn)一步深入,電力部門也由原來的單純行業(yè)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榉��?wù)用戶的企業(yè)。因此,不但對(duì)設(shè)備的質(zhì)量和性能要求越來越高,同時(shí),對(duì)投資和可獲得的效益也越來越關(guān)注。新一代永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的出現(xiàn),將為廣大用戶提供一種新的選擇。