CN101847538A - 一种电子电磁式智能开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，在静触头组件上的静触头2上设置引弧杆19；灭弧装置I包括引弧触头组件17和固定在其上的绝缘耐弧栅片组件，绝缘耐弧栅片组件包括一组上部设有离子吸收栅片69及薄绝缘耐弧栅片25的绝缘耐弧栅片68；软磁铁芯46穿过线圈44，其外部延伸至绝缘耐弧栅片组件下部两侧的软磁区域；在灭弧装置I的后部设置有电弧过零灭弧装置28。另外，该种智能开关还可以设置成双断口开关，一个断口安装灭弧装置，一个断口安装六氟化硫灭弧室。该种电子电磁式智能开关结构更加优化合理、电弧过零时灭弧性能更强、可靠性更高且能用于35kv以上更高电压。

Description

一种电子电磁式智能开关

技术领域

本发明涉及一种用于电力***的高压开关，尤其是涉及一种电子电磁式智能开关。

背景技术

申请人在申请号为200920033154.5的实用新型申请中公开了一种电子电磁式智能开关，该种智能开关虽然能达到一定的智能控制效果，但在该种智能开关的结构中，仍存在如下问题：一是引弧触头设置在线圈的上部及前部，二是在灭弧装置内部，铁芯的内侧设置有灭弧罩及耐弧栅片，该种结构的不足之处在于结构比较复杂且由于线圈的磁力未能充分利用导致灭弧效果并不很理想；三是该种结构中由于铁芯位置不明确，导致电弧处于过零期间时灭弧效果较差。同时，该种结构也仅能用于10Kv～35Kv的高电压，对于35Kv以上的更高电压则不适用。

发明内容

为了克服上述技术中存在的不足，本发明提供了一种结构更加优化合理、电弧过零时灭弧性能更强、可靠性更高且能用于35Kv以上更高电压的电子电磁式智能开关。

本发明的目的是通过下述方案实现的：一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，所述静触头组件上的静触头2的上部靠线圈44一侧固定有引弧杆19；所述灭弧装置I包括设置在所述静角头2上部的引弧触头组件17和绝缘耐弧栅片组件，所述引弧触头组件17由条形引弧触头3及陶瓷栅片18组成，所述条形引弧触头3及陶瓷栅片18间隔排列并通过带弯螺栓22及直螺栓23固定在一起；所述引弧触头3的每个触头上连接导线45，每个连接导线45连接若干匝数不等的线圈，所述线圈互相连接成一个整线圈44，线圈44中设置软磁铁芯46；所述绝缘耐弧栅片组件包括一组绝缘耐弧栅片68，所述绝缘耐弧栅片68的上部设置离子吸收栅片69及薄绝缘耐弧栅片25，绝缘耐弧栅片组件固定安装在引弧触头组件17的上部及前部；所述软磁铁芯46穿过线圈44，其外部延伸至绝缘耐弧栅片组件的下部两侧的软磁区域，并与设置在绝缘耐弧栅片68上部的矩磁铁芯21相连接，并用沉头螺栓27紧固。

在上述方案中，所述陶瓷栅片18的中间为三角形，两边为长方形。

在上述方案中，所述绝缘耐弧栅片68的下部表面设置中心为凹、凸两种形状的凸出斜条24，所述两种形状的凸出斜条24间隔排列，所述绝缘耐弧栅片68背面的凸出斜条24与其前面互相错位布置。

在上述方案中，所述绝缘耐弧栅片68上的凸出斜条24从上到至下的形状为由高到低。

在上述方案中，当电弧过零时，为达到更好的灭弧效果，所述灭弧装置I的后部设置过零灭弧装置28，所述过零灭弧装置28是由带有斜角的抗磁金属片和长方形的抗磁金属片相间排列组合而成，且相邻两个带有斜角的抗磁金属片按斜角的相反方向设置。

在上述方案中，所述过零灭弧装置28的下面通过连接线与保险管70相连接。

在上述方案中，作为备用，所述离子吸收栅片69上连接一个电弧后波电子灭弧装置II或密闭灭弧室IV。

另外，当用于35Kv以上的更高电压时，该种智能开关设置成双断口开关，一个断口安装灭弧装置I，一个断口安装六氟化硫灭弧室115，该两个断口中间设置绝缘支柱117，所述绝缘支柱117的内部设置转动轴121并连接至操作机构；所述绝缘支柱117上部设置动触头杆118，所述动触头杆118的一端固定动触头4及绝缘连接板122，并通过绝缘连接板122与动触头4相连接，另一端通过软连线120与可在动触头杆118上的滑动槽124内滑动的动触头123相连接；六氟化硫灭弧室115内部设置导向环127和瓣形触头119，外部设置固定圈126。

与现有技术相比，本发明电子电磁式智能开关具有以下有益效果：

1、引弧触头3增加了下部栅片和触头，增加了线圈匝数，制作采用了组合式，方便了加工，提高了灭弧能力；

2、铁芯增加采用矩磁性能铁芯，制作了过零电磁灭弧装置，保证了电磁过零灭弧能力；

3、设计了双断口开关的制作方案，使灭弧室可应用于35Kv以上的更高电压开关。

附图说明

图1为本发明电子电磁式智能开关的安装结构示意图；

图2为灭弧装置I的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为引弧触头组件17结构示意图；

图5为图4中的A向视图；

图6为静触头组件的结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为绝缘耐弧栅片68的结构示意图；

图9为图8的左视图；

图10为图8的俯视图；

图11为双断口高压开关结构示意图；

图12为图11的俯视图；

图13为图12中的B向视图；

图14为电子智能检测电路接线图。

图中：I为灭弧装置，II为电弧后波电子灭弧装置，IV为密闭灭弧室，2为静触头，3为引弧触头，4为动触头，5为电源侧引线，6为同电位电流互感器，7为拐臂，8为钢片，9为软导线，11为固定板，12为铁芯，13为固定支撑，15为软引线，17为引弧触头组件，18为灭弧栅，19为引弧杆，21为矩磁铁芯，22为带弯绝缘螺栓，23为直绝缘螺栓，24为凸出斜条，25为薄绝缘耐弧栅，26为铁芯耐弧绝缘套，27为螺杆，28为过零灭弧装置，29为顶盖，30为导弧触头，44为线圈，45为连接导线，46为软磁铁芯，68为绝缘耐弧栅片，69为离子吸收栅片，70为保险管，100为发光管，101为光纤，102为光敏管，104为电位器，105为电容器，106为单稳定时触发器，108为三极管，109为电阻，110为三极管，111为合闸控制电路，115为六氟化硫灭弧室，116为支持绝缘子，117为绝缘支柱，118为导电杆，119瓣形触头，120为软连线，121为转动轴，122为绝缘连板，123为动触头，124为滑动槽，126为固定圈，127为导向环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明电子电磁式智能开关作详细描述：

图1是本发明电子电磁式智能开关的安装结构示意图，在图1中灭弧装置I固定安装在静触头2的底座上。动触头4通电时与静触头2相闭合，静触头2通过电源侧引线5与电源相接通。在电源侧引线5上装有同电位电流互感器6及电弧后波电子灭弧装置II，该电弧后波电子灭弧装置II与申请号为200920033154.5的发明申请中公开的电弧波后边缘电子灭弧装置II为相同结构。

由图2、图3、图4、图5及图6，灭弧装置I的上部设置顶盖29，内部的静触头2通过连接线45与引弧触头组件17上的引弧触头3相连接，引弧触头组件17由中间为三角形、两边为长方形并开有两个通孔的陶瓷栅片18和两边开有通孔的条形引弧触头3的两种基本形状组成，其他为了适应安装位置需要，如转弯处其形状稍有不同，再用带弯螺栓22固定成上部及前部引弧触头组件，组件前部最后一个引弧触头较长，开有四个通孔外边两个孔用直绝缘螺栓23与下边较长触头3及栅片18组合连接，最后连接成一个整体的引弧组头组件17。这样加工容易，特别是克服了现有技术中大组件无法加工的问题，且成品率高。

引弧触头3上连接导线45，其上连接有若果匝数不等的线圈，全部线圈再连接成一个整线圈44，灭弧栅片18及引弧触头3相间排列，布置在线圈外侧上面、前面及下面。为发挥软磁铁芯饱合磁通大的优点，铁芯46采用软磁铁芯。软磁铁芯46穿过线圈44，其外部延伸至绝缘耐弧栅片组件的下部两侧的软磁区域，这个区域是为了保证电弧不受矩磁铁芯21剩磁的影响，以使电弧能可靠进入灭弧室的软磁区域，该软磁区域就是随时能产生和电流基本同相位的磁力的区域，绝缘耐弧栅片68上部及离子吸收栅片69两侧再设置矩磁铁芯区域，两个区域各占面积多少可根据所用铁磁材料的特性和和对灭弧室限流能力及过零灭弧特性加以适当调节，矩磁铁芯也可在不同位置根据需要配置不同性能的铁芯。矩磁区域的大小和磁力强弱，要保证在小电流时的磁力能够去除矩磁铁芯21剩磁，使此时电弧电流顺利灭弧。软磁铁芯46与矩磁铁芯21结合处连接采用对接和软磁铁芯46搭接在矩磁铁芯21外的方式并用沉头螺丝27紧固，这样线圈磁力就通过软磁铁芯46传至周围及矩磁区域，再经对接和搭接处对矩磁铁芯21进行去磁和充磁。绝缘耐弧栅片68上部装有离子吸收栅片69以加快绝缘恢复，或薄绝缘耐弧栅25以加长电弧路线。当电弧进入矩磁区域后，如果这次的磁力与前次的磁力方向相同，则这次磁力与前次磁力相加继续推动电弧前进而灭弧，如果此次磁力与前次相反，则此次磁力便不断去除前次矩磁铁芯21的剩磁，并使矩磁铁芯21更换为和此次磁力方向相同的磁力，然后在软磁及矩磁铁芯磁力的共同作用下，电弧不断推向栅片上部末端，并固定下来，当电弧电流下降时由于矩磁铁芯磁力剩磁基本保持不变，所以对电弧离子仍然产生较大的碰撞，挤压等力，对电弧运动形成较大阻力，以至电弧提前停止运动而成零，电弧被压断的电压高低和线圈安培匝数及铁芯面积即磁场强度，和电弧路径长度、形状两者的乘积有关，这样就加长了电弧过零和介质恢复时间，从而达到灭弧。

灭弧装置I的后部设置电弧过零灭弧装置28，该电弧过零灭弧装置28是由带有斜角的抗磁金属片和长方形的抗磁金属片相间排列组合而成，且相邻两个带有斜角的抗磁金属片按斜角的相反方向设置。该装置是依靠磁力通过导向触头30将电弧从下推至上部，并推向栅片相反方向末端以灭弧。在过零灭弧装置28的下面通过连接线与保险管70相连接。

图6为静触头组件的结构示意图，图7为图6的左侧视图；由图6及图7，在静触头2的铜片上部和下部折弯处截断，在铜片上焊接一拐臂7与下面固定板11连接，拐臂7内装有铁芯12，铁芯12两侧伸向上方，小电流时增加磁力，大电流时铁芯饱和使推力不至过大，铁芯12下部装有固定支撑13，在有大故障电流时可承受大的电动力。当开关合闸后，拐臂7与动触头4导电杆间保持一条窄缝隙，拐臂7的作用是当电路有故障时，拐臂7与动触头4导电杆间产生很大推力，使开关可不经继电保护和开关机构的电气回路而直接作用于跳闸，加快了跳闸速度，实现了开关的智能功能，提高了开关的可靠性。在铜片后面焊接有弹性的钢片8，钢片8作有较多窄缝，以免产生涡流而去磁，钢片8也可用钢丝加绝缘组合代替。钢片8弯曲后加绝缘固定在固定板11上，钢片8既作为导磁体又作为弹性支撑，也相当增加约一圈线圈，为了满足导电截面要求，拐臂7与固定板11间并接一根软铜线9，静触头2通过连接导线45与线圈44相连接。当用于故障电流较小的情况时，静触头2铜片后面还可设置铁芯。静触头2上端固定有引弧杆19，当开关断开有电流时电弧在磁力作用下迅速推至引弧杆19末端并接入较多触头及线圈，然后在线圈磁力作用下，电弧再迅速推向线圈上端及前端，并经每个引弧触头不断接入更多线圈而加强磁力，同时将电弧推入灭弧室1上部及前部栅片内。

由图8、图9及图10，绝缘耐弧栅片68的下部表面设置中心为凹、凸两种形状的凸出斜条24，两种形状的凸出斜条24间隔排列，绝缘耐弧栅片68背面的凸出斜条24与其前面互相错位布置。以便电弧被磁力推压时弧柱分散路径曲折，增加阻力，上部装有数个薄绝缘耐弧栅25以加长电弧路线或离子吸收栅片69以加快电弧离子的清除；另外，绝缘耐弧栅片68上的凸出斜条24从上到至下的形状还可以设置为由高到低，该种形状的绝缘耐弧栅片68之间只能安装离子吸收栅片69。数个离子吸收栅片69之间装有电弧后波电子灭弧装置II及密闭灭弧室IV。

图11、图12及图13是用于35Kv以上更高电压开关的安装结构示意图，当用于更高电压双断口开关时，一个断口安装灭弧装置I，一个断口安装六氟化硫灭弧室115或真空灭弧室，该两个断口中间设置绝缘支柱117，绝缘支柱117的内部设置转动轴121并连接至操作机构以操作开关开合；绝缘支柱117上部设置动触头杆118，动触头杆118的一端固定动触头4及绝缘连接板122，并通过绝缘连接板122与动触头4相连接，另一端通过软连线120与可在动触头杆118上的滑动槽124内滑动的动触头123相连接；六氟化硫灭弧室115内部设置导向环127和瓣形触头119，设置导向环127的目的在于使动触头123能顺利地进入到瓣形触头119内。外部设置固定圈126。

灭弧装置I和六氟化硫灭弧室115用双绝缘子116支持固定，动作顺序是，开关合、跳闸时灭弧装置I的触头是后合先分，六氟化硫灭弧室115的触头是先合后分，这样开关合闸时如线路有故障时，六氟化硫灭弧室115触头闭合时没有电弧产生，当灭弧装置I触头闭合时到一定距离便放电产生电弧，触头间产生很大推力使开关不能合闸，当为更高电压开关时电子智能检测判断装置同时动作使机构返回，并同时进行灭弧过程，接着六氟化硫灭弧室115侧触头断开，这时电弧因已被灭弧装置I将电弧减少到较小，六氟化硫灭弧室115只是断开过零电弧，减轻了六氟化硫灭弧室115的触头负担，发挥了电磁限弧能力强和六氟化硫介质恢复快过零灭弧能力强的各自优点，所以这时六氟化硫灭弧室115触头可采用瓣型触头119。如开关在重合闸时线路仍存在故障，则过程和合闸时情况相同，这样加快了跳闸过程避免了对***的冲击，也避免了像现在开关合上后再经过保护开关机构的动作过程，延长了时间，增加保护机构拒动的几率，当线路没有故障时，则开关顺利合闸。或者两个灭弧室都用电磁灭弧室，这样限弧效果更好，安装调试更简单。

图14是电子智能检测装置电路图，当电路发生故障电流大时，同电位电流互感器6所接发光管100便有大的光信号输出，光信号通过光纤101输送至光敏管102光敏管导通并通过电位器104，电容器105是为了防止干扰用的，当电位器达到设定值后即触发单稳定时触发器106，随即三极管108通过电阻109使三极管108集电极电位变低，三极管110截止，使合闸控制电路111断电，随即停止开关合闸动作，避免开关合在故障线路上，造成更大损失。

以下对本发明电子电磁式智能开关的灭弧原理及过程作进一步详述：

当开关闭合时，动触头4与静触头2紧密接触，使电路接通正常运行，灭弧装置I处于空闲状态，当开关断开时动触头4先脱离静触头2，然后在磁力的作用下通过引弧杆19，电弧迅速推向引弧触头组件17末端的引弧触头3，同时进入绝缘耐弧栅片68内，电弧在灭弧栅的碰撞、挤压、拉长作用下，迅速大幅度减少，当电弧电流下降时由于矩磁铁芯21仍有很强磁力，同样在磁力的挤压、碰撞下使电弧减少，并在矩磁铁芯21磁力作用下电弧被离子吸收栅片69及通过导弧杆30进入过零灭弧装置28内清除，以至提前成零，延长了过零及介质恢复时间，如不能熄灭，然后电弧再进入离子吸收栅片69内，因栅片上连接有电弧后波电子灭弧装置II或密闭灭弧室IV，因为电弧后波电子灭弧装置II的三极管58或晶闸管60接线是方向相反成对的，所以不论电流方向如何，都会短接栅片，或者进入密闭灭弧室IV而使跨接内的栅片短接，电弧熄灭。当灭弧室有故障不能灭弧时，电弧再进入后面的可自动更换的保险管70内而灭弧。当电路发生较大的故障电流时，开关静触头拐臂7与动触头导电杆间便产生很大推力，配合申请人研制的一种高压电力开关智能操作机构，开关便可不经继电保护和开关机构电气回路复杂的过程而直接跳闸，加快了开关跳闸速度，实现了智能功能，提高了开关的可靠性。

Claims (8)

1.一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，其特征在于：所述静触头组件上的静触头(2)的上部靠线圈(44)一侧固定有引弧杆(19)；所述灭弧装置I包括设置在所述静角头(2)上部的引弧触头组件(17)和绝缘耐弧栅片组件，所述引弧触头组件(17)由条形引弧触头(3)及陶瓷栅片(18)组成，所述条形引弧触头(3)及陶瓷栅片(18)间隔排列并通过带弯螺栓(22)及直螺栓(23)固定在一起；所述引弧触头(3)的每个触头上连接导线(45)，每个连接导线(45)连接若干匝数不等的线圈，所述线圈互相连接成一个整线圈(44)，线圈(44)中设置软磁铁芯(46)；所述绝缘耐弧栅片组件包括一组绝缘耐弧栅片(68)，所述绝缘耐弧栅片(68)的上部设置离子吸收栅片(69)及薄绝缘耐弧栅片(25)，绝缘耐弧栅片组件固定安装在引弧触头组件(17)的上部及前部；所述软磁铁芯(46)穿过线圈(44)，其外部延伸至绝缘耐弧栅片组件的下部两侧的软磁区域，并与设置在绝缘耐弧栅片(68)上部的矩磁铁芯(21)相连接，并用沉头螺栓(27)紧固。

2.根据权利要求1所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述陶瓷栅片(18)的中间为三角形，两边为长方形。

3.根据权利要求1所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述绝缘耐弧栅片(68)的下部表面设置中心为凹、凸两种形状的凸出斜条(24)，所述两种形状的凸出斜条(24)间隔排列，所述绝缘耐弧栅片(68)背面的凸出斜条(24)与其前面互相错位布置。

4.根据权利要求3所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述绝缘耐弧栅片(68)上的凸出斜条(24)从上到至下的形状为由高到低。

5.根据权利要求1所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述灭弧装置I的后部设置过零灭弧装置(28)，所述过零灭弧装置(28)是由带有斜角的抗磁金属片和长方形的抗磁金属片相间排列组合而成，且相邻两个带有斜角的抗磁金属片按斜角的相反方向设置。

6.根据权利要求5所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述过零灭弧装置(28)的下面通过连接线与保险管(70)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：所述离子吸收栅片(69)上连接一个电弧后波电子灭弧装置II或密闭灭弧室IV。

8.根据权利要求1所述的一种电子电磁式智能开关，其特征在于：该种智能开关设置成双断口开关，一个断口安装灭弧装置I，一个断口安装六氟化硫灭弧室(115)，该两个断口中间设置绝缘支柱(117)，所述绝缘支柱(117)的内部设置转动轴(121)并连接至操作机构；所述绝缘支柱(117)上部设置动触头杆(118)，所述动触头杆(118)的一端固定动触头(4)及绝缘连接板(122)，并通过绝缘连接板(122)与动触头(4)相连接，另一端通过软连线(120)与可在动触头杆(118)上的滑动槽(124)内滑动的动触头(123)相连接；六氟化硫灭弧室(115)内部设置导向环(127)和瓣形触头(119)，外部设置固定圈(126)。

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