真空断路器机构的特点、工作原理及优化

引言

断路器根据灭弧原理可分为多油、少油、真空和六氟化硫等类型，真空断路器是指触头在真空中关合和开断的断路器。操做机构保障断路器正常地合、分闸，操作机构自身的优化是保障真空断路器整体可靠性的关键所在。

1 操作机构的结构特点

操作机构有储能、合闸、分闸、合闸保持单元，输出大轴，及控制电器辅助单元。

（1）储能单元包括储能电机，齿轮组，储能轴及合闸簧。储能轴一端连接合闸簧，另一端连接凸轮，凸轮与储能轴存在离合关系。电机储能可以电动也可以手动。

（2）合闸单元有合闸电磁铁，合闸板，合闸挚子，连扳。

（3）分闸单元有分闸电磁铁，分闸板，脱扣挚子，连扳。

（4）机构输出大轴包括主轴，输出拐臂，缓冲拐臂，连接分闸簧的拐臂以及固定主轴的轴承，轴承套设在机构侧板上。

（5）合闸保持单元包括合闸保持挚子及小扣板，小扣板仅能单向旋转并能复位。合闸保持挚子套设在储能轴上可转动，机构输出大轴上的拐臂有滚子，大轴旋转到合闸位置轴承会顶到小扣板传递力到合闸保持挚子使其靠停靠分闸挚子上。并且该机构合闸、分闸弹簧共轴；合闸、分闸驱动板共轴，合闸、分闸挚子共轴，结构更加简洁。

2 操作机构的工作原理

2.1 储能

储能的方式分为电动储能和手动储能两种，电动储能和手动储能都是通过操作储能电机来完成。电动储能是指通过储能电气回路使储能电机工作完成储能过程，当储能完成时通过连锁切断储能电气回路，电机停转从而完成储能结束。手动储能是通过手动的方式驱动储能电机，以和电动储能同样的机械传动方式完成合闸簧的储能过程。无论是电动储能或手动储能都需要设有离合装置，即当完成储能时，储能轴于其上上套设的凸轮需要离合，从而可以防止储能到位后储能电气回路一旦出现故障未能切断，或手动储能到位后操作不当仍强行操作，电机持续工作堵转烧损坏机构。

2.2 合闸

机构的合闸过程如图1所示，此时机构处于已储能分闸状态，凸轮停靠在支点2上，储能保持挚子套设在脱扣轴上，另一端通过连板与合闸驱动板相连组成四连杆机构，当合闸驱动板在外力F1的作用下通过四连杆使储能保持挚子转动，凸轮从支点2脱离，凸轮在合闸簧的带动下顺时针旋转驱动输出轴上的一套四连杆机构推动灭弧室中的动触头垂直向上动作从而完成断路器合闸动作。

2.3 分闸

机构的分闸过程如图2所示，此时断路器处于合闸状态，当分闸驱动板在图示外力F1的作用下通过四连杆使合闸保持挚子转动，合闸保持挚子从支点1脱离顺时针旋转，下方合闸保持挚子扣板与滚子轴承脱离，从而合闸保持失效，输出轴在分闸簧的带动下顺时针旋转，通过输出轴上的四连杆机构拉动灭弧室动触头垂直向下动作，从而完成断路器的分闸，固定在输出轴上的一组拐臂顺时针旋转撞击在油缓冲上使分闸动作停止，该油缓冲同时起到了限位和吸收多余分闸能量的作用，减小分闸反弹使断路器分闸更加可靠。

图1

图2

3 操作机构的优化

为了提高操作机构的可靠性，通过对机构局部改进就可以有效地增加机构的性能，如图3所示对合闸保持中的一个环节优化不仅能够保证合闸状态的可靠性又能有利于可靠分闸。

图3

该合闸保持环节，输出轴上固定的拐臂停靠在扣板上，在分闸簧力的作用下拐臂顺时针旋转停靠在扣板上并通过扣板将力传递给合闸保持挚子使其被合闸脱口板顶住。 此时图3中各环节处于静止状态也就是合闸状态，为了保证了合闸可靠并能可靠的分闸，进行优化。外力作用下能够使合闸脱扣板轻松顺时针旋转，使合闸保持挚子的顶部脱离，合闸保持挚子在分闸簧力的作用下顺时针旋转完成分闸。外力用来克服合闸脱扣板与合闸保持挚子接触时的摩擦力，该摩擦力的大小决定了外力的大小。摩擦力过大需要克服它的外力偏大分闸困难，在断路器的实际工作中可能导致分闸操作电压低于额定电压时分不了闸，不可靠（当分闸操纵电压大于额定的百分之六十五时断路器要能够可靠分闸）。而该摩擦力过小，则会在任何偶然的状态下比如外界震动、百分之三十额定操作电压以下使断路器分闸，导致合闸保持不可靠。因此，如图中示摩擦力的大小在摩擦系数不变的情况下取决于力F2，而F2的大小有取决于F1的力矩，分闸簧不变的情况下F1不变，力矩=力F1X力臂L，因此改变力臂L可以改变力矩，从而改变F2作用下的摩擦力大小。力臂L的大小可以通过合闸保持挚子扣板下端的圆弧中心的位置、圆弧半径进行调整。在该操作机构中通过调整计算当L在5mm左右时摩擦力大小适中，合闸保持可靠并且分闸时作用力最优化。

4 结束语

本文对真空断路器操作机构基本原理进行了简要的阐述，为保证性能的可靠性对操作机构其中一个环节进行了优化设计并改进，不足之处望指正批评。