基于扭簧的断路器绝缘保护装置设计

上海电机学院机械学院 侯培红

国网上海市电力公司物资公司 贲 飞

基于扭簧的断路器绝缘保护装置设计

上海电机学院机械学院 侯培红

国网上海市电力公司物资公司 贲 飞

为了解决高压交流真空断路器静触头在断路状态因遭到意外情况而发生短路情况出现，设计开发一种可以实现断路器闭合时和复位时自动保护断路器静触头的装置。动作效果良好。

扭簧；断路器；绝缘；保护装置

1 设计思路

设计断路器是解决保护配电网开断电力系统中负荷电流,关合过载、及短路电流等问题的需要［1］～［3］。本次设计的断路器主要用于室外,需固定安装在距离地面五米以上的电杆上使用,且要求便于从地面观察确认是否开合。因此采用弹簧操作机构和永磁机构的组合,使其具有体积小、重量轻等优点,并可用控制器远程分合闸。

而且,该型断路器设计还需考虑由于飞禽撞击或着落等导致短路的情况出现,即应采取对隔离开关进行绝缘保护［1］～［3］。

2 设计内容

2.1 隔离开关结构

根据上述设计思路,该型断路器可设计为如图1 (a)所示隔离开关结构。由图1(a)可见,隔离开关可分为动触头段(俗称上闸)1和静触头段(俗称下闸) 2,其中动触头段的末端与隔离开关的出线端4连接,其动触头段的中段经随动杆7与设置在操作手柄3的转杆5上的摆杆6连接,当操作人员转动操作手柄时,其转杆带动摆杆同步转动,通过带动随动杆进而使动触头段的首端发生升或降。

当隔离开关进行“分闸”操作时,在操作手柄之转杆的驱动下,动触头段的首端(即常说的动触头)被随动杆推动向上抬起,脱离与静触头2-1的接触,实现“断开”功能,在电路上形成一个明显的断开点;当隔离开关进行“合闸”操作时,动触头段的首端在操作手柄的带动下,向下降落,与静触头进行接触,实现在电路的“连接”功能,以便其后接的高压交流真空断路器进行相应的“合闸”操作。

由于该型断路器为户外柱上式(即该开关是安装在室外露天的,具体安装形式为安装在电杆上的,故业内简称为“户外柱上”式),则其附属的隔离开关也是户外安装的。由于其中的静触头是朝上裸露在户外的,极易积存雨水或空气中的粉尘颗粒,形成污渍并对静触头形成侵蚀,增大其表面接触电阻,影响其接触效果,当所在的输电线路运行电流较大时,还会因为该处接触电阻的增大和接触效果的恶化,导致发热量剧增,严重时,会因为静、动触头之间温升过高而发生熔融、粘连,影响整个开关的正常工作甚至发生设备事故,导致正常供电的中断,影响送电回路或输电线路的正常运行。

2.2 绝缘保护装置结构

针对上述断路器存在的问题,在设计图1(a)的基础上增加了一种断路器绝缘保护装置即扭簧弹开式断路器绝缘自动保护装置,其二维投影图和三维立体图分别如图2(b)所示。其在裸露的静触头上设置了一个可随开关“开”/“闭”操作动作协调一致的自动解除保护和自动实施保护的自动保护装置,也便于人们在地面观察,提供了断路器绝缘保护的有效、可行的方法,达到了断路器保护技术效果。

由图1可见,断路器在图1(a)所示设计基础上增加了如下结构特征：在隔离开关主体支架的静触头端,设置一下支架;在下支架上设置一前支架;在前支架的下部,设置一个导索下定滑轮轮,导索下定滑轮经过一个下定滑轮支架与前支架对应固接;在前支架的上部,设置一个导索上定滑轮,导索上定滑轮经过一个上定滑轮支架与前支架对应固接;在前支架的上部,设置一上支撑板;在前支架的上端,设置一保护套杆,保护套杆与上支撑板经过一个铰链铰接为一体;在铰链上套装有一个扭弹簧;在保护套杆首端与静触头位置对应处,设置有一静触头保护套;在操作手柄的转杆上设置一绳索固定环;在主体支架以及上支撑板上,与绳索固定环的纵向轴线位置对应处,设置第一和第三导绳孔;设置一绳索,绳索的首端与保护套杆的中端固接,绳索依次穿过导索上定滑轮、上支撑板上的第三导绳孔、导索下定滑轮和主体支架上的第一导绳孔设置;绳索的末端缠绕固接在绳索固定环上。

图1 断路器隔离开关绝缘自动保护装置结构示意图

其导索下定滑轮经一个下定滑轮轴销固定在下定滑轮支架上,导索上定滑轮经一个上定滑轮轴销固定在上定滑轮支架上,其分别位于隔离开关主体支架以及上支撑板上的第一和第三导绳孔。上、下定滑轮的纵向轴线,位于同一个纵向平面中,与绳索固定环所在的纵向平面相重合。其静触头保护套、静触头以及动触头段首端的纵向轴线,位于同一个纵向平面中。其动触头段、静触头、静触头保护套、保护套杆、前支架、上支撑板、绳索、上定滑轮、下定滑轮以及绳索固定环,设置在同一纵向平面中。

2.3 工作原理

当操作手柄及其转杆绕转轴顺时针转动时,摆杆随转杆一起顺时针转动,并带动随动杆向下移,动触头段逆时针转动向下移动,此时固定在绳索固定环上的绳索在转轴上释放松开,保护套杆在扭弹簧复位力的作用下,将保护套杆向上抬起,保护套杆绕铰链顺时针转动,离开静触头,之后动触头段下移到位,与静触头契合。

相反,当操作手柄绕转轴逆时针转动时,则保护套杆绕铰链顺时针转动,正好覆盖套在在对应的静触头上,对静触头进行绝缘保护,以防止静触头直接裸露在露天环境中,避免其被侵蚀或被污染。

3 结论

方案采用了“保护套撤离,开关合闸”和“开关分闸,保护套覆盖”的动作步骤,提供了与断路器“开”/“合”动作协调一致,自动解除保护和自动实施保护的绝缘自动保护装置,克服了以往对静触头的保护不便观察、不便操作的问题,也便于人们在地面观察,提供了户外式断路器绝缘保护的有效、可行的方法,达到了断路器自动保护的技术效果。

[1]董锐睿．低压断路器应用研究[J]．机电信息,2010(24): 96,113．

[2]黄铠,张策．塑料外壳式断路器选用的一般原则[J]．电气制造,2010(1):59,69．

[3]王少龙,胡云芳．35kV开关绝缘隐患引发主变停运事故分析[J]．电世界,201556(2):24-25．

侯培红（1959—），上海电机学院机械学院，教授，博士，研究方向：机械设计制造。

贲飞（1983—），男，上海电物集体资产管理有限公司器材分公司产开部主任，工程师，本科，研究方向：电力工程/配电线路/上海电物集体资产管理有限公司器材分公司。