專利名稱：具有功能選擇性的真空開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)中大型裝置的啟動控制設(shè)備的真空開關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著輸電線路電壓等級的不斷提高和電網(wǎng)智能化的發(fā)展，電網(wǎng)對電力設(shè)備的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和智能性要求越來越高。在配電系統(tǒng)中要求開關(guān)設(shè)備具有監(jiān)測、交互調(diào)控等作用，以適應(yīng)不同負載的參數(shù)變化。大型電力拖動設(shè)備如主排水泵、壓風機、電弧爐變壓器等在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，其啟動控制設(shè)備-高壓綜合起動柜的特點是啟動頻繁、功率較大，起動柜的好壞直接影響其其正常運轉(zhuǎn)及故障狀態(tài)下的可靠保護。因此，對起動柜的主要要求有兩點一是必須有頻繁的起動能力；二是故障狀態(tài)下必須有足夠大的分斷短路電流的能力。 真空開關(guān)用于電力系統(tǒng)主要有幾種形式真空斷路器、真空接觸器、真空負荷開關(guān)、接地開關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)相同，由真空滅弧室、分合閘傳動機構(gòu)及控制設(shè)備組成。但因為各自的用途不同，在分合閘機構(gòu)的功、控制策略、真空滅弧室觸頭材料和結(jié)構(gòu)、開距等方面要求會有所不同。真空接觸器的分斷能力弱，無法完成大電流短路分斷要求。而在大電流分斷的選擇上，比較好的是真空斷路器，但是真空斷路器因其本身結(jié)構(gòu)和觸頭材料的限制，無法實現(xiàn)頻繁啟停的要求。在頻繁啟停工作狀態(tài)下，會出現(xiàn)分合閘機構(gòu)故障，所以在這種需要故障保護的系統(tǒng)中目前只能采用真空接觸器與真空斷路器或者熔斷器配合使用來解決這一問題。目前這類電氣設(shè)備可以滿足使用要求，但須用兩臺起動控制設(shè)備，還有占地面積大，初期投資大，故障點多等不利因素。隨著電網(wǎng)等級提升和電網(wǎng)智能化發(fā)展，瞬態(tài)電磁過程對電力設(shè)備和電網(wǎng)穩(wěn)定性的破壞性越來越強，物理分離的設(shè)備要解決這一問題是十分困難的。鑒于上述情況，人們一直在對大型電力設(shè)備的啟動控制技術(shù)尋找解決途徑。中國實用新型專利95237622. 9《雙功能高壓交流真空開關(guān)》提出過一臺真空開關(guān)實現(xiàn)接觸器和斷路器功能。該專利采用一套電磁控制傳動機構(gòu)，包括合閘線圈、保持線圈、合閘彈簧、分閘彈簧、撞頭、傳動軸等?？梢詰?yīng)用于IOkV高壓系統(tǒng)、分斷電流可以達到16-40kA。該專利提出的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復雜，未提出該開關(guān)的使用壽命。專利提出的真空開關(guān)對于實現(xiàn)接觸器和斷路器功能都采用同樣的機構(gòu)，其機械傳動裝置的壽命會受到影響，對于頻繁操作的場合，應(yīng)用受到限制。該專利提出的分斷16kA-40kA電流的真空開關(guān)沒有給出具體結(jié)構(gòu)的差別，實際中隨著電流的升高其產(chǎn)生的電磁場和電磁力會大幅度升高，它對于裝置的穩(wěn)定性和可靠性、真空管中的觸頭的材料都會提出新的要求，這也是大電流下真空開關(guān)開斷電流的難題，該專利中未曾涉及。中國專利90106720. 2《高壓真空復合功能開關(guān)》采用電磁機構(gòu)實現(xiàn)額定電壓10kV、額定電流630A、短路開斷電流16kA以下真空開關(guān)的接觸器和斷路器復合功能，并且真空開關(guān)在小開距工作條件下工作的壽命大于100萬次。但對于更高電壓等級和更大開斷電流的情況下復合功能的真空開關(guān)如何實現(xiàn)未曾提及。這兩個專利都采用電磁機構(gòu)作為分合閘的主要動力來源，這就限制了它們在進行分合閘工作時的精度、控制范圍和穩(wěn)定性，隨著電網(wǎng)智能化和自動化的發(fā)展這些參數(shù)將是未來電力設(shè)備必須具有的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種真空開關(guān)，既能根據(jù)需求工作在頻繁操作的接觸器狀態(tài)，又能在電力系統(tǒng)線路出現(xiàn)故障時實現(xiàn)真空斷路器功能，實現(xiàn)較大電流的開斷，提高工作的安全性、穩(wěn)定性和準確度。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種具有功能選擇性的真空開關(guān)，本發(fā)明真空開關(guān)由真空滅弧室、傳動拉桿、機械傳動裝置、檢測裝置、支撐固定系統(tǒng)、接觸器控制開關(guān)及控制器組成。真空滅弧室用于分斷和導通電流，實現(xiàn)開關(guān)功能。真空滅弧室的動觸頭與機械傳動裝置機械連接，支撐固定系統(tǒng)分別連接真空滅弧室的靜觸頭和動觸頭，將真空滅弧室與機械傳動裝置連接固定，保持其工作時開關(guān)整體的穩(wěn)定性。機械傳動裝置的功能是改變真空滅弧室動觸頭的位置。一般機械傳動裝置在下方，真空滅弧室在上方。真空滅弧室和 機械傳動裝置之間保持電氣安全距離。為實現(xiàn)本開關(guān)功能，機械傳動裝置內(nèi)部裝有具有雙開距的機械傳動機構(gòu)，可以采用永磁傳動機構(gòu)，也可以采用兩路電磁傳動機構(gòu)，或者電磁與永磁配合。傳動拉桿和機械傳動裝置內(nèi)裝有的雙開距機械傳動機構(gòu)連接，以驅(qū)動真空開關(guān)的閉合和開斷。檢測裝置用于測量通過真空滅弧室的電流信號，并將它傳遞給控制器?？刂破骱蜋z測裝置連接?？刂破鹘邮諜z測裝置的信號，做出判斷，控制機械傳動裝置的動作。接觸器控制開關(guān)用于控制真空開關(guān)在接觸器工作形式時真空開關(guān)的分合動作，通常使用電氣觸點開關(guān)?？刂破骱蜋z測裝置通過電路或其它信號傳輸形式連接，接觸器控制開關(guān)通過電路與控制器連接。接觸器控制開關(guān)、控制器和檢測裝置都通過支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機械傳動裝置外殼或者支撐固定系統(tǒng)上。所述的真空開關(guān)在所處的電力線路正常工作時實現(xiàn)接觸器的功能，在所處電力線路主回路發(fā)生故障，出現(xiàn)電流過載情況時，所述的真空開關(guān)實現(xiàn)斷路器功能。本發(fā)明真空開關(guān)通過控制器設(shè)定參數(shù)，實現(xiàn)對于不同幅值電流的不同形式分斷，保證開關(guān)工作的可靠性和功能性。本發(fā)明提出的真空開關(guān)將接觸器與斷路器的功能集于一身，大幅度的減小了空間體積，有效的降低了空間分布電路參數(shù)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。真空開關(guān)所處電力線路正常工作條件下，動、靜觸頭工作于小開距、低分閘速度的真空接觸器狀態(tài)，與目前一般的接觸器操作和功能相同。當真空開關(guān)所處電力線路主回路出現(xiàn)短路電流，主回路母線及其周圍的電磁環(huán)境發(fā)生變化，本發(fā)明可以通過檢測裝置檢測到這一變化信號，通過測量獲得此信號，將信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)設(shè)定程序及收到的信號決定輸出給開關(guān)機械傳動裝置的指令，機械傳動裝置接收到該指令后，執(zhí)行指令要求的分合閘動作，使真空滅弧室內(nèi)的觸頭位置發(fā)生物理位移，在20ms內(nèi)截斷短路電流，保護設(shè)備安全，實現(xiàn)斷路器功能。本發(fā)明提出的支撐固定系統(tǒng)是實現(xiàn)大電流開斷的重要一環(huán)。所述的支撐固定系統(tǒng)由支撐支柱、上、下導電端子固定排和其它連接件等組成，其主要用途是保證真空滅弧室與機械傳動裝置牢固連接，在通過大電流時抵抗電磁作用力，保持真空滅弧室的穩(wěn)定。支撐支柱與機械傳動裝置本體上方連接固定，通過上、下導電端子固定排分別與真空滅弧室的靜觸頭和動觸頭連接固定，上、下導電端子固定排與支撐支柱連接固定，使真空滅弧室與機械傳動裝置固定。上、下導電端子固定排與支撐支柱垂直，與真空滅弧室上端面及下端面平行。本發(fā)明中真空滅弧室由外殼、波紋管、屏蔽罩、動觸頭、靜觸頭、動觸頭連接導桿、靜觸頭連接導桿組成。真空滅弧室的動觸頭連接導桿與支撐固定系統(tǒng)的下導電端子固定排及傳動拉桿連接固定；靜觸頭連接導桿與上導電端子固定排連接固定。真空滅弧室的最大開距以真空斷路器滅弧室的最大開距為準。屏蔽罩固定在外殼內(nèi)部，與外殼有一定距離；動、靜觸頭在屏蔽罩內(nèi)部，保持一定距離，通過動、靜觸頭連接導桿與外殼下、上端面固定，波紋管將動觸頭和外殼連接。安裝時真空滅弧室的動觸頭端與機械傳動裝置連接，在下端。兩端都由支撐固定系統(tǒng)連接固定，與機械傳動裝置構(gòu)成整體。本發(fā)明中檢測裝置與控制器是實現(xiàn)功能選擇性的關(guān)鍵。檢測裝置主要用于檢測母線電流的變化，并將變化信號傳遞給控制器。母線電流變化會引起附近空間電磁場的變化，檢測裝置可以采用磁場感應(yīng)方式測量母線電流的變化，如霍爾傳感器、電流互感器、電磁鐵等；也可采用直接電流測量的方式進行測量，如分流器；用法拉第效應(yīng)、普克爾效應(yīng)或者科爾效應(yīng)的光學測量也可以實現(xiàn)這一目標。檢測裝置測量的信號，如電信號，光信號、壓力信 號、位移信號等，根據(jù)不同信號形式通過不同傳輸方式傳輸給控制器。電信號用電連接方式傳輸，光信號用光通訊方式傳輸，其它信號先轉(zhuǎn)換為電信號再通過電連接方式傳輸。檢測裝置通過支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機械傳動裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。具體測量模式的選擇根據(jù)實際應(yīng)用場合和精度要求來決定?？刂破饔糜诮邮諜z測裝置傳輸?shù)男盘?，根?jù)設(shè)定程序或者閾值分析信號決定輸出給開關(guān)機械傳動裝置的工作指令?？刂破餍盘柦邮盏男问礁鶕?jù)檢測裝置輸出信號的形式來決定。如測量獲得信號為電信號，則接收裝置只需要與檢測裝置電氣連接，信號通過電方式傳輸。如果測量獲得信號為非電信號，有的先將非電信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過信號電纜傳輸，電氣連接，信號通過電方式傳輸；有些信號可以直接傳輸，如光信號用光纖傳輸，光路連接，到達控制器后，再通過光電轉(zhuǎn)換模塊將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；位移信號可以直接與機械傳動裝置連接，機械連接?？刂破魍ㄟ^給部件的物理參量或者電路程序設(shè)定不同指令的閾值，對檢測信號進行分析處理形成指令，輸出給機械傳動裝置。如檢測信號通過電磁鐵吸合獲得，則可通過設(shè)定彈簧的壓力值，調(diào)節(jié)控制器的工作閾值；如檢測信號為電信號，則可以作為控制器電路的觸發(fā)信號，控制器通過單片機、DSP芯片等手段來實現(xiàn)工作閾值的設(shè)定和輸出?？刂破髋c機械傳動裝置的連接主要根據(jù)機械傳動裝置的形式來決定。如果機械傳動裝置采取永磁結(jié)構(gòu)形式，則控制器與永磁結(jié)構(gòu)機械傳動裝置的控制器電氣連接，通過電信號向永磁機械傳動機構(gòu)發(fā)出指令。如果采用電磁結(jié)構(gòu)機械傳動裝置，則控制器與傳動裝置之間通過機械形式連接?？刂破饕话阃ㄟ^支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機械傳動裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。所述的機械傳動裝置內(nèi)的機械傳動機構(gòu)具有雙開距，采用永磁傳動機構(gòu)，或者兩路電磁傳動機構(gòu)，或者電磁與永磁傳動機構(gòu)配合來實現(xiàn)。在大電流情況下永磁機構(gòu)傳動裝置具有更大的優(yōu)勢，它易于實現(xiàn)不同開距、精確控制及提供給開關(guān)觸頭高的合閘功。永磁機構(gòu)傳動裝置接收控制器發(fā)出的指令，給永磁機構(gòu)傳動裝置的分合閘線圈充電或者放電，通過充放電電流值大小的不同控制動磁鐵的位移，動磁鐵通過傳動拉桿及其附屬結(jié)構(gòu)與真空滅弧室的動觸頭連接，完成真空開關(guān)不同的開關(guān)速度和分斷距離功能。永磁結(jié)構(gòu)和電磁機構(gòu)傳動裝置的工作原理和基本結(jié)構(gòu)與市場產(chǎn)品相同。
本發(fā)明采用不同傳動工作模式來實現(xiàn)真空開關(guān)在不同開距和速度下的開斷。機械傳動裝置的動作既可以在正常動作啟停信號的控制下工作，又可以受短路信號的控制，由此實現(xiàn)不同功能的操作。本發(fā)明所述的機械傳動裝置可以通過不同方式實現(xiàn)。新型的永磁傳動機構(gòu)是一種方式，合理的設(shè)計磁路和控制合分閘線圈電流幅值，使永磁傳動機構(gòu)可以工作在不同的模式下，如在長開距7. 5-12mm模式下完成斷路器工作，在短開距3-6mm模式下完成接觸器工作，從控制滅弧室觸頭的位移量來實現(xiàn)接觸器和斷路器兩種功能。這樣設(shè)計的永磁機構(gòu)只需要一套就可滿足設(shè)計要求，也可以采用兩路傳統(tǒng)的電磁機構(gòu)，還可以采用永磁與電磁機構(gòu)配合實現(xiàn)這項功能。本發(fā)明在真空滅弧室觸頭材料選擇上有特殊要求，尤其是供電系統(tǒng)故障大電流條件下(16kA以上)。真空滅弧室觸頭材料既要滿足開斷能力強，又滿足抗熔焊性能好，使得斷路器功能與接觸器這兩種功能得以在這種真空開關(guān)上實現(xiàn)。目前經(jīng)常使用的用于真空斷路器銅鉻合金材料和真空接觸器的銅鎢合金材料無法滿足需求。本發(fā)明采用適宜配比的銅鎢碳化鎢材料或者加入鐵、碳、鎢的銅鉻合金，便可以滿足要求。所述的銅鎢碳化鎢選用型號為WCu30的銅鎢合金，加入質(zhì)量百分比為3%-10%的C ;加入鐵或碳或鎢的銅鉻合金中，銅 鉻質(zhì)量百分比在40%-60%之間，所加入的鐵或碳或鎢的質(zhì)量百分比在3%以內(nèi)。真空滅弧室中靜觸頭和動觸頭采用縱向磁場結(jié)構(gòu)。這種新型真空開關(guān)在高壓電氣設(shè)備的控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，將會帶來很好的經(jīng)濟效益第一，設(shè)計時可少用一臺高壓饋電柜，在電控方面可節(jié)省初期投資40% ;第二，由于少用一臺高壓饋電柜，可減少電控設(shè)備的占地面積，節(jié)省土建費用，同時由于控制環(huán)節(jié)的減少可降低設(shè)備的故障率，減少電控設(shè)備的維護費用20%;第三，開關(guān)的分布電路參數(shù)小，降低回路參數(shù)對電網(wǎng)干擾，抵抗瞬態(tài)電磁過程能力強，運行更加安全穩(wěn)定；第四，先進的檢測及閉環(huán)反饋系統(tǒng)，可以為整體配電網(wǎng)絡(luò)提供檢測節(jié)點和控制節(jié)點，有利于未來在智能配電網(wǎng)系統(tǒng)地應(yīng)用。因此該開關(guān)具有廣泛的推廣應(yīng)用價值，其技術(shù)思路也可應(yīng)用于其它電氣設(shè)備的集成化和一體化設(shè)計。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步說明本發(fā)明。圖I是實現(xiàn)本發(fā)明真空開關(guān)的原理圖和主要部件連接圖，圖中1控制器，2檢測裝置，3靜觸頭，4真空滅弧室，5動觸頭，6支撐固定系統(tǒng)，7傳動拉桿，8機械傳動裝置，9接觸器控制開關(guān)，10實現(xiàn)功能的機械傳動機構(gòu)；圖2是采用加入鐵、碳、鎢的銅鉻材料作動、靜觸頭，永磁機構(gòu)形式實現(xiàn)機械傳動裝置的真空開關(guān)示意圖，圖中11分閘線圈，12永久磁鐵，13合閘線圈，14動磁鐵，15永磁機構(gòu)控制器，16手動控制系統(tǒng),17機械傳動裝置外殼；圖3為采用電流傳感器為檢測裝置、永磁機構(gòu)形式實現(xiàn)機械傳動裝置的真空開關(guān)不意圖，圖中18為電流傳感器；圖4是采用電磁機構(gòu)與永磁機構(gòu)形式配合實現(xiàn)機械傳動裝置的真空開關(guān)示意圖，圖中19永磁傳動機構(gòu)，20電磁傳動機構(gòu)。
具體實施方式
如圖I所示，本發(fā)明功能選擇性真空開關(guān)主要組成部件有控制器I、檢測裝置2、真空滅弧室4、支撐固定系統(tǒng)6、傳動拉桿7、機械傳動裝置8、接觸器控制開關(guān)9和實現(xiàn)功能的機械傳動機構(gòu)10。如圖I所示,真空滅弧室4的動觸頭5通過傳動拉桿7與機械傳動裝置8機械連接，支撐固定系統(tǒng)6分別連接真空滅弧室4的靜觸頭3和動觸頭5，使真空滅弧室固定在機械傳動裝置8上，真空滅弧室4與機械傳動裝置8成為一個整體，并且真空滅弧室4和機械傳動裝置8之間保持電氣安全距離。一般機械傳動裝置8位于真空開關(guān)的下方，真空滅弧室4位于真空開關(guān)的上方?？刂破鱅和檢測裝置2通過電路或其它信號傳輸形式連接，控制器I和檢測裝置2通過支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機械傳動裝置外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)上。接觸器控制開關(guān)9與控制器I通過電路連接，并通過支撐固定系統(tǒng)穩(wěn)定安裝在機械傳動裝置外殼或者支撐固定系統(tǒng)上，接觸器控制開關(guān)9用于控制真空開關(guān)在接觸器工作形式時真空開關(guān)的分合動作。所述的傳動拉桿7與機械傳動機構(gòu)10相連接。機械傳動機構(gòu)10固定在機械傳動裝置8內(nèi)部，機械傳動機構(gòu)10是機械傳動裝置8的重要組成部分。真空開關(guān)在所處的電力線路正常工作時實現(xiàn)接觸器的功能，在真空開關(guān)所處電力線路供電主回路發(fā)生故障，出現(xiàn)電流過載情況時真空開關(guān)實現(xiàn)斷路器功能。以下說明本發(fā)明真空開關(guān)的工作原理和工作過程。本發(fā)明真空開關(guān)正常工作處于·合閘狀態(tài)，在兩種情況下真空開關(guān)要進行分閘操作，一種是所處的電力線路中真空開關(guān)控制的設(shè)備需要停止工作時，另一種情況是供電線路出現(xiàn)故障大電流時回路需用分閘，保護后端電力設(shè)備。正常工作條件下的合分閘本發(fā)明真空開關(guān)實現(xiàn)接觸器功能，它的開距較小3-6mm，分閘時斷開電流較小4kA以下；而在供電線路出現(xiàn)故障大電流時本發(fā)明真空開關(guān)實現(xiàn)斷路器的功能，要求開距大7. 5-12mm，分閘時斷開電流大4kA以上。如圖I中所示，采用兩路傳動機構(gòu)10來實現(xiàn)雙開距的功能。所述的傳動拉桿7與兩路傳動機構(gòu)10相連接，所述的兩路傳動機構(gòu)10分別實現(xiàn)兩種不同開距的動作。控制器I發(fā)出指令決定哪一路傳動機構(gòu)10工作，即決定了機械傳動裝置8的工作模式?？刂破鱅發(fā)出的指令可以通過檢測裝置2測量的信號獲得，檢測裝置2測量主回路母線上的信號。控制器I發(fā)出的指令也可以直接從接觸器控制開關(guān)9獲得，通常由接觸器控制開關(guān)9發(fā)布指令這種方式是在接觸器工作模式的分合閘時使用，進行斷路器工作模式的分閘操作是根據(jù)檢測裝置2獲得的信號來執(zhí)行的，它們都通過控制器來向機械傳動裝置8發(fā)布指令。由于真空開關(guān)的滅弧室4中動觸頭5和靜觸頭3材料性能和開關(guān)的機械穩(wěn)定性可以滿足斷開大電流的要求，又可以滿足開關(guān)頻繁開合的要求，所以實現(xiàn)集兩種功能于一體的新型真空開關(guān)。圖2是本發(fā)明實施例采用加入鐵、碳、鎢的銅鉻材料制作的動觸頭5和靜觸頭3，永磁機構(gòu)傳動機構(gòu)的機械傳動裝置8的真空開關(guān)示意圖。永磁機構(gòu)是對傳統(tǒng)彈簧機構(gòu)和電磁操作機構(gòu)的一次技術(shù)改進，克服它們在可靠性、能效、體積等方面的不足。永磁機構(gòu)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生發(fā)展的，它在工作時采用電信號控制分合閘，無需復雜的機械裝置，故障源少，可靠性高，壽命長，同時在本裝置易于實現(xiàn)大于16kA小于31kA故障電流情況下觸頭合閘壓力保持在200-700N之間，故障電流31kA以上觸頭合閘壓力保持在700N-1000N之間。此時真空滅弧室的動、靜觸頭材料選擇如說明書所述的加入質(zhì)量百分比1-3%鐵、碳、鎢的銅鉻合金，銅鉻合金選擇銅鉻質(zhì)量百分比在40%-60%之間，才能滿足開斷故障電流8次以上的功能。永磁結(jié)構(gòu)機械傳動裝置8由裝置外殼17、永磁機構(gòu)控制器15、永久磁鐵12、動磁鐵14、合閘線圈13、分閘線圈11等組成；分閘線圈11、永久磁鐵12、合閘線圈13、動磁鐵14均置于外殼17中，并且與外殼17牢靠固定，通常永久磁鐵12位于中間，為中空形式，分閘線圈11和合閘線圈13位于永久磁鐵12的兩邊,動磁鐵14在永久磁鐵12的中心，分閘線圈11和合閘線圈13分別與永磁機構(gòu)控制器15的輸出電氣連接。永磁機構(gòu)控制器15用于控制永磁傳動機構(gòu)的動作,永磁機構(gòu)控制器15接收真空開關(guān)的控制器I發(fā)出的指令，通過電氣傳輸將具體的電信號，通常是不同幅值的線圈電流，通過連接導線傳遞給分閘線圈11和合閘線圈13，使其通過電磁場將力傳遞給動磁鐵14，動磁鐵14帶動傳動拉桿7，動觸頭5發(fā)生位移，實現(xiàn)開關(guān)的開通和閉合。永磁結(jié)構(gòu)形式的機械傳動裝置8用于開關(guān)工作的主要原理是利用分、合閘線圈11、13電流的不同和永久磁鐵12共同作用造成動磁芯運動回路的磁阻變化，實現(xiàn)動磁鐵14不同的位移，而動磁鐵14直接或者間接與傳動拉桿7連接，由傳動拉桿7拉動真空滅弧室的電極靜觸頭3或動觸頭5完成真空開關(guān)的閉合和關(guān)斷工作。如圖2所示,靜觸頭3和動觸頭5的開距是由永磁機構(gòu)動磁鐵14的位移量決定的，當然也可以采用其它方式的連接，如轉(zhuǎn)軸等形式，但其工作原理相同。在本發(fā)明提出的真空開關(guān)中要實現(xiàn)功能性的選擇，改變動磁鐵14的位移量可以實現(xiàn)本發(fā)明真空開關(guān)的不同功能。通過合理的永久磁鐵12磁路設(shè)計與分、合閘線圈11、13電流大小的配合，使動磁鐵14在不同磁阻的作用下形成不同的位移量，實現(xiàn)真空開關(guān)的接觸器功能和斷路器功能。 本發(fā)明的永磁機構(gòu)傳動系統(tǒng)也可以實現(xiàn)一臺機構(gòu)擁有多種位移量，以滿足不同應(yīng)用場合的要求。作為本發(fā)明的機械傳動裝置也可以采用兩套永磁機構(gòu)傳動裝置8來實現(xiàn)，其方法原理同圖I。圖3是本發(fā)明實施例采用電流傳感器18為檢測裝置、永磁機構(gòu)形式實現(xiàn)機械傳動裝置8的真空開關(guān)示意圖。電流傳感器18為環(huán)形結(jié)構(gòu)，負載側(cè)母線穿過電流傳感器18中心。電流傳感器18可以較為準確的測量通過母線的電流值，并將它通過電連接傳輸給控制器I?？刂破鱅為一個比較電路，設(shè)定比較電平閾值，當輸入電流值大于閾值則電路導通，向永磁機構(gòu)控制器15發(fā)出工作指令，永磁機構(gòu)機械傳動裝置8進行大開距分斷操作。真空開關(guān)作為接觸器頻繁開斷由外部控制器9控制，工作電流在產(chǎn)品額定電流值允許范圍內(nèi)，電流傳感器18測量到此時的電流值，將它通過電連接傳輸給控制器1，此時輸入電流值小于控制器I設(shè)定閾值，控制器I不發(fā)出指令，真空開關(guān)正常工作，進行小斷口分斷閉合操作。圖4是本發(fā)明采用永磁與電磁結(jié)合機械傳動裝置8的真空開關(guān)示意圖。如圖所示，永磁機構(gòu)控制器15由外部控制器9控制，永磁傳動機構(gòu)19在真空開關(guān)實現(xiàn)接觸器功能時工作，同時為動觸頭5和靜觸頭3提供足夠的合閘壓力。電磁傳動機構(gòu)20在回路出現(xiàn)故障電流時工作，進行大斷口的分斷操作。本發(fā)明真空開關(guān)的額定電壓可以達到20kV，開斷短路故障電流達到31. 5kA，超過8次的開斷壽命；正常工作接觸器分斷電流達到4kA，關(guān)合電流5kA，機械動作壽命超過100萬次。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用在配電系統(tǒng)中具有啟動頻繁、系統(tǒng)短路容量較大的大型電力拖動設(shè)備中，如主排水泵、壓風機、電弧爐變壓器等，它將大大減小設(shè)備本身和占地成本，同時提高系統(tǒng)和設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種具有功能選擇性的真空開關(guān)，其特征在于，所述的真空開關(guān)由真空滅弧室(4)、機械傳動裝置(8)、傳動拉桿(7)、檢測裝置(2)、支撐固定系統(tǒng)(6)、接觸器控制開關(guān)(9)及控制器(I)組成；所述的真空滅弧室(4)的動觸頭(5)通過傳動拉桿(7)與機械傳動裝置(8)內(nèi)的機械傳動機構(gòu)(10)連接，支撐固定系統(tǒng)(6)分別連接真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動觸頭(5)，將真空滅弧室(4)固定在機械傳動裝置(8)上，真空滅弧室(4)和機械傳動裝置(8 )之間保持電氣安全距離；控制器(I)和檢測裝置(2 )連接，接觸器控制開關(guān)(9 )與控制器(I)連接，接觸器控制開關(guān)(9)用于控制真空開關(guān)在接觸器工作形式時真空開關(guān)的分合動作；控制器(I)、接觸器控制開關(guān)(9)和檢測裝置(2)通過支撐固定系統(tǒng)(6)固定在機械傳動裝置(8)的外殼或者直接安裝在支撐固定系統(tǒng)(6)上；所述的真空開關(guān)在所處的電力線路正常，無故障時實現(xiàn)接觸器的功能，在真空開關(guān)所處的供電主回路出現(xiàn)故障，電流過載情況時，所述的真空開關(guān)實現(xiàn)斷路器功能。
2.如權(quán)利要求I所述的真空開關(guān)，其特征在于，所述的檢測裝置(2)測量所述的真空滅弧室(4)工作時通過的電流信號，傳送至控制器(I )，控制器(I)根據(jù)接收到的信號向機械傳動裝置(8)輸出工作指令，實現(xiàn)不同的開關(guān)功能。
3.如權(quán)利要求I所述的真空開關(guān)，其特征在于，所述的真空開關(guān)在正常工作情況下實現(xiàn)接觸器功能，通過機械傳動裝置內(nèi)一路機械傳動機構(gòu)進行導通斷開操作，此時真空滅弧室的觸頭開距在3-6mm;當真空開關(guān)所處的電力線路出現(xiàn)故障或異常，回路電流幅值劇增時，所述的真空開關(guān)實現(xiàn)真空斷路器功能，通過機械傳動裝置內(nèi)另一路機械傳動機構(gòu)進行大電流開斷操作，保護設(shè)備，此時，真空滅弧室的觸頭開距為7. 5mm以上。
4.如權(quán)利要求I所述的真空開關(guān)，其特征在于，所述的真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動觸頭(5)的材料為銅鶴碳化鶴或者加入一定其它元素的銅鉻合金,所述的銅鶴碳化鶴選用型號為WCu30銅鎢合金，加入質(zhì)量百分比為3%-10%的C ;所述的加入一定其它元素的銅鉻合金，銅鉻質(zhì)量百分比為40%-60%，所加入的元素為鐵或碳或鎢，其質(zhì)量百分比在3%以內(nèi)。
5.如權(quán)利要求I所述的真空開關(guān)，其特征在于，所述的真空滅弧室(4)的靜觸頭(3)和動觸頭(5 )采用縱向磁場結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求I所述的真空開關(guān)，其特征在于，在短路開斷電流大于16kA的情況下，所述的真空開關(guān)的機械傳動裝置(8)的機械傳動機構(gòu)(10)采用永磁機構(gòu)最佳，保持觸頭的合閘壓力保持在200N-1000N之間。
全文摘要
一種具有功能選擇性的真空開關(guān)，由真空滅弧室(4)、機械傳動裝置(8)、傳動拉桿(7)、支撐固定系統(tǒng)(6)、檢測裝置(2)、接觸器控制開關(guān)(9)及控制器(1)組成。所述的檢測裝置(2)測量真空滅弧室(4)短路狀態(tài)下通過電流的幅值并傳遞給開關(guān)的控制器(1)，通過控制器(1)決定真空開關(guān)的工作狀態(tài)。真空滅弧室的靜觸頭(3)和動觸頭(5)的觸頭材料為銅鎢碳化鎢或加入鐵或碳或鎢元素的銅鉻合金。本發(fā)明真空開關(guān)在短路開斷電流大于16kA的情況下，真空開關(guān)靜觸頭和動觸頭的合閘壓力保持在200N-1000N之間。本發(fā)明真空開關(guān)同時具有真空接觸器與真空斷路器的功能。
文檔編號H01H33/66GK102903565SQ20121038737
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者高赟, 徐航, 嚴萍, 王玨, 熊楠, 李世清 申請人:無錫市新一代電力電器有限公司, 中國科學院電工研究所, 無錫惠科電工高新技術(shù)有限公司