高压真空断路器弹簧操动机构的设计

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1、高压真空断路器弹簧操动机构的设计作者：谭蓉转贴自：高压开关网点击数：1751更新时间：2007-12-3摘要：　　针对110kV高压真空断路器弹簧操动机构总体方案设计的问题，阐述了分、合闸弹簧参数的确定方法．通过理论分析和比较，探讨了分闸弹簧及其放置位置和合闸弹簧参数对操动机构总体方案的影响．结果表明：在满足机构所要求的分闸特性的前提下，分闸弹簧宜放置在操动机构运动链的中间行程较大之处，放置方位应使弹簧力的作用方向与力作用点的速度方向在分闸的整个过程中都趋于一致．合闸弹簧则要按输出力特性曲线来设

2、计其参数，且相应确定操动机构的数目．对110kV真空断路器，采用三相双断口的操动机构设计较为适宜．　　关键词：　　操动机构；机构设计；真空断路器；高压电器；弹簧　　高压断路器是电力系统中重要的开关设备，担负着控制和保护电路的双重任务，其性能好坏是决定电力系统能否安全供电的重要因素之一．高压断路器品种繁多，不同的断路器在性能方面各有不同的优缺点．真空断路器由于采用了真空灭弧技术，并具有不污染环境、操动机构功率孝使用寿命长和安全可靠以及维护方便等优点，因而获得了迅速的发展．但纵观断路器的发展史，从应

3、用范围来说，这种断路器主要是应用在中、低压方面，而将其应用在110kV及以上电压等级电力系统中，尚有许多问题需要解决，其中操动机构的设计就是问题之一．本文将探讨这一设计的部分问题．1分、合闸弹簧及其放置位置对断路器总体方案设计的影响　　　　真空断路器总体方案的确定，除了要确定真空灭弧室的相互位置外，更主要的是要确定选用几个操动机构，这取决于分、合闸弹簧的参数和放置位置．　　1.1分闸弹簧参数的确定　　　　在设计机构时，要根据要求的分闸速度和分闸时间配置分闸弹簧．确定分闸弹簧参数的依据是机构要求的

4、分闸特性曲线，即触头运动速度和位移之间的关系曲线．具体方法是：根据计算的分闸弹簧等效力结果，初选分闸弹簧．然后核算动触头的分闸速度，检查是否符合设计要求，即速度曲线是否满足机构要求的分闸特性曲线，平均分闸速度和分闸时间是否符合给定要求．如发现有较大的差异时，则应作适当的调整．有关的计算公式见文献［1］．　　1.2分闸弹簧放置位置的确定　　　　在操动机构的运动链中，分闸弹簧往往不是装设在运动链的终端，而是装设在中部．当等效到触头上时，其分闸弹簧等效力与分闸弹簧力相差一速度比．而速度比是机构位置的函

5、数，其影响是不能忽略的．因此，在满足机构所要求的分闸特性的前提下，分闸弹簧的放置位置对分闸弹簧参数的影响是比较大的．为了清楚地了解弹簧操动机构中分闸弹簧的放置位置对分闸弹簧参数的影响，以便选择最佳的分闸弹簧放置位置，作者在设计的过程中，对分闸弹簧在操动机构中可能放置位置的各方案进行了设计计算．放置位置分为3种情况：(1)分闸弹簧放在图1中椭圆机构的输出端，即虚线Ⅰ位置；(2)分闸弹簧放在图1中椭圆机构的输入端，对心摇杆-滑块机构的输出端，即虚线Ⅱ位置；(3)分闸弹簧放在图1中对心摇杆-滑块机构的

6、输入端，这时应使分闸弹簧轴线与杆DE的两极限位置的角平分线垂直(图1中Ⅲ位置)．这样可使分闸弹簧力的作用方向与力作用点的速度方向在分闸的整个过程中都趋于一致，以充分利用分闸弹簧力．　　　在满足机构所要求的分闸特性的情况下，分闸弹簧参数的计算结果见表1．从结果可看出，分闸弹簧宜放置在操动机构运动链的中间行程较大之处．分闸弹簧的放置方位应使弹簧力的作用方向与力作用点的速度方向在分闸的整个过程中都趋于一致．　　表1分闸弹簧放在不同位置时的分闸弹簧参数(均为压缩弹簧)　　分闸弹簧的)/　　(放置位置)(

7、弹簧钢丝直)　　/(径d/mm)(弹簧中径)　　/(D2/mm)(总圈)/　　(数n)(安装高度)/　　(H1/mm)(自由高度)/　　(H0/mm)(工作行程)/　　(H/mm)(最小工作)/(负　　荷F1/N)(最大工作负)/　　(荷F2/N)件　　数Ⅰ121003040058847200026002Ⅱ10701219026047120020002Ⅲ107017266380871000180012合闸弹簧参数的确定2.1弹簧操动机构的负载特性曲线　　所设计的弹簧操动机构的负载特性曲线如图2所

8、示．图中曲线1表示分闸弹簧等效力；曲线2表示重力；曲线3表示真空灭弧室自闭力；曲线4表示触头弹簧力．由图2可知，等效阻力在触头接触前后有一个较大的跃变．在弹簧操动机构中，弹簧的输出力曲线一般如图3中的曲线3所示．很明显，它的输出力曲线与等效阻力曲线(图3中曲线1)的变化规律不一致，即不匹配．为了能够可靠地合闸，在机构的整个行程内都要完全保证使等效驱动力大于等效阻力．　　　　较理想的等效输出力特性曲线如图3中曲线2，它较为靠近等效阻力曲线，并能满足要求．如果能找到一条类似曲线2这样的曲线，就可以确