中压真空断路器两种常用操动机构的比较
2005-11-28
芮祖存
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摘要：说明操动机构在断路器中的地位及要求，介绍各种操动机构在断路器中的应用情况，着重比较了中压真空断路器两种常用操动机构——弹簧操动机构合永磁操动机构。　　　　
关键词:真空断路器 弹簧操动机构 永磁操动机构


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。