CN113593986A - 一种级联递进式电磁斥力机构及使用该机构的断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种级联递进式电磁斥力机构及使用该机构的断路器，级联递进式电磁斥力机构包括：多个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括：传动杆；金属盘；合闸斥力线圈；各单元沿前后方向依次布置，最前端传动杆与灭弧室动端连接，相邻传动杆之间不连接；合闸时，最前端合闸斥力线圈先通电，后方合闸斥力线圈按照设定时间间隔依次通电，使前方传动杆先移动，后方传动杆后移动并撞击前方传动杆。本发明采用多个电磁斥力单元沿合闸方向依次布置，且按照设定时间间隔依次触发斥力单元动作，距离灭弧室动端最近的单元先触发，其余单元根据距离灭弧室动端的距离由近至远依次触发，保证灭弧室动端在运动加速过程中，持续受力，提高了机构的行程和合闸速度。

Description

一种级联递进式电磁斥力机构及使用该机构的断路器

技术领域

本发明涉及高压开关设备技术领域，具体涉及一种级联递进式电磁斥力机构及使用该机构的断路器。

背景技术

在目前的高压柔性直流输电工程中，大量应用了高压直流断路器、高压直流可控避雷器及高压超导限流器等设备，这些设备都对开关设备提出了快速分合闸的要求（分合闸速度小于5ms），为了实现快速分合闸操作，基本上都是用了电磁斥力机构作为快速开关的操动机构。电磁斥力机构的基本原理是：预充电的电容器向驱动线圈放电，在线圈中产生脉冲电流，脉冲电流使线圈周围产生交变磁场，并在在金属盘上产生反向的感应涡流，涡流产生的磁场与线圈产生的磁场相互作用产生电磁力，带动传动杆以及灭弧室触头运动，实现开关的分合闸操作。

虽然电磁斥力机构具有启动快、分合速度高的优点，但是由于产生电磁斥力的脉冲电流持续时间很短，一般都在几百微秒到一千多微秒（由放电线圈电感值、预充电电容的容值以及预充电电容的储能容量决定），因此电磁斥力存在的时间较短，无法提供持续的操作力，只在机构启动时刻产生，机构后续的运动都是依靠惯性完成，因此电磁斥力机构的运动行程比较短，一般在几十毫米左右，因此使用这种原理机构的行程都不会太大。

然而，现有的高压六氟化硫灭弧室的断口间距都比较长，如252kV的六氟化硫灭弧室断口间距一般都在200mm以上，现有的电磁斥力机构如果要应用在高压领域，就需要多断口串联，采用多个短行程的灭弧室实现电磁斥力机构在高压领域的应用。例如申请公布号为CN105470041A的中国发明专利申请所公开的快速高压开关，其采用多个真空灭弧室和多套电磁斥力机构，多个真空灭弧室相互串联，每个真空灭弧室连接一套电磁斥力机构，通过多断口串联来增加绝缘断口开距，可承受更高电压。

但是，正是由于设置多个灭弧室，导致断路器的整体结构非常复杂，增大了断路器的体积，降低了断路器操作的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种级联递进式电磁斥力机构，该机构能够实现快速合闸且具有较大的运动行程，可以直接带动大断口间距的灭弧室实现合闸，解决现有技术中采用多个灭弧室串联而导致断路器整体结构复杂、体积庞大的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该机构的断路器。

为实现上述目的，本发明中的级联递进式电磁斥力机构采用如下技术方案：

一种级联递进式电磁斥力机构，包括：

至少两个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括：

传动杆；

金属盘，与传动杆固定连接；

合闸斥力线圈，设置在金属盘的一侧，用于在通电后对金属盘产生电磁斥力，使金属盘带动传动杆向合闸方向移动；

其中，定义合闸方向为由后向前，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆用于与灭弧室动端传动连接，相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接；

合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，以使前方的传动杆先移动，后方的传动杆后移动并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆受力继续加速移动。

上述技术方案的有益效果在于：本发明的级联递进式电磁斥力机构包括至少两个电磁斥力单元，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆用于与灭弧室动端传动连接，可以带动灭弧室动端移动以实现分合闸；相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接，合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，这样最前端的传动杆会最先移动，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，这样的后方的传动杆也会按照顺序依次运动，由于最前端的传动杆带动灭弧室动端移动，相当于带着负载移动，在其合闸斥力线圈对金属盘的斥力减弱时，最前端传动杆以及灭弧室动端的移动速度很快会下降，但此时后方的传动杆已经开始向前移动，且由于不带负载，所以很快会追上前方的传动杆，并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆和灭弧室动端受力继续加速向前运动。

以此类推，后方的传动杆按照顺序依次撞击前方的传动杆，使得灭弧室动端在合闸过程中可以持续受力，不断向前运动，不但可以获得较快的合闸速度，而且加大了电磁斥力机构的合闸行程，克服了电磁斥力机构出力时间短、行程短的缺点，可以直接带动大断口间距的灭弧室实现合闸，使得电磁斥力机构配合一个单断口灭弧室的快速断路器可以应用在更高的电压等级，而无需设置多个灭弧室串联，可以避免断路器整体结构复杂、体积庞大。

进一步的，为了方便控制合闸斥力线圈的通电，电磁斥力单元还包括与合闸斥力线圈连接的放电电路，放电电路上连接有预充电电容和触发开关。

进一步的，为了提高使用寿命，相邻两个传动杆的接触撞击位置均设置有耐撞结构。

为实现上述目的，本发明中的断路器采用如下技术方案：

一种断路器，包括一个灭弧室，灭弧室包括灭弧室动端，断路器还包括级联递进式电磁斥力机构，级联递进式电磁斥力机构包括：

至少两个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括：

传动杆；

金属盘，与传动杆固定连接；

合闸斥力线圈，设置在金属盘的一侧，用于在通电后对金属盘产生电磁斥力，使金属盘带动传动杆向合闸方向移动；

其中，定义合闸方向为由后向前，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆与灭弧室动端传动连接，相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接；

合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，以使前方的传动杆先移动，后方的传动杆后移动并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆受力继续加速移动。

上述技术方案的有益效果在于：本发明的级联递进式电磁斥力机构包括至少两个电磁斥力单元，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆用于与灭弧室动端传动连接，可以带动灭弧室动端移动以实现分合闸；相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接，合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，这样最前端的传动杆会最先移动，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，这样的后方的传动杆也会按照顺序依次运动，由于最前端的传动杆带动灭弧室动端移动，相当于带着负载移动，在其合闸斥力线圈对金属盘的斥力减弱时，最前端传动杆以及灭弧室动端的移动速度很快会下降，但此时后方的传动杆已经开始向前移动，且由于不带负载，所以很快会追上前方的传动杆，并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆和灭弧室动端受力继续加速向前运动。

以此类推，后方的传动杆按照顺序依次撞击前方的传动杆，使得灭弧室动端在合闸过程中可以持续受力，不断向前运动，不但可以获得较快的合闸速度，而且加大了电磁斥力机构的合闸行程，克服了电磁斥力机构出力时间短、行程短的缺点，可以直接带动大断口间距的灭弧室实现合闸，使得电磁斥力机构配合一个单断口灭弧室的快速断路器可以应用在更高的电压等级，而无需设置多个灭弧室串联，可以避免断路器整体结构复杂、体积庞大。

进一步的，为了方便控制合闸斥力线圈的通电，电磁斥力单元还包括与合闸斥力线圈连接的放电电路，放电电路上连接有预充电电容和触发开关。

进一步的，为了提高使用寿命，相邻两个传动杆的接触撞击位置均设置有耐撞结构。

附图说明

图1为本发明中级联递进式电磁斥力机构的示意图。

图中：１、灭弧室动端；2、一级传动杆；3、一级金属盘；4、一级合闸斥力线圈；5、二级传动杆；6、二级金属盘；7、二级合闸斥力线圈；8、n级传动杆；9、n级金属盘；10、n级合闸斥力线圈；S1、一级触发开关；C1、一级预充电电容；S2、二级触发开关；C2、二级预充电电容；Sn、n级触发开关；Cn、n级预充电电容。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明中级联递进式电磁斥力机构的一个实施例如图1所示，包括n（n≥2）个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括传动杆、与传动杆固定连接的金属盘、设置在金属盘一侧的合闸斥力线圈，其中合闸斥力线圈用于在通电后对金属盘产生电磁斥力，使金属盘带动传动杆向合闸方向移动，这一原理与现有技术相同的。

具体的如图1所示，n个电磁斥力单元分别是一级电磁斥力单元、二级电磁斥力单元……n级电磁斥力单元，n个电磁斥力单元沿前后方向依次布置，合闸方向为由后向前，因此一级电磁斥力单元为最前端的电磁斥力单元，一级电磁斥力单元包括一级传动杆2、一级金属盘3以及一级合闸斥力线圈4，其中一级传动杆2距离灭弧室最近，与灭弧室动端1传动连接。一级电磁斥力单元还包括与一级合闸斥力线圈4连接的一级放电电路，一级放电电路上连接有一级预充电电容C1和一级触发开关S1。

同理，二级电磁斥力单元包括二级传动杆5、二级金属盘6、二级合闸斥力线圈7、与二级合闸斥力线圈7连接的二级放电电路，二级放电电路上连接有二级预充电电容C2和二级触发开关S2。以此类推，n级电磁斥力单元包括n级传动杆8、n级金属盘9、n级合闸斥力线圈10、与n级合闸斥力线圈10连接的n级放电电路，n级放电电路上连接有n级预充电电容Cn和n级触发开关Sn。

在n个电磁斥力单元中，每个合闸斥力线圈（也即放电线圈）都有独立的预充电电容、放电电路（即触发电路）以及充电电路（图中未示出），每个预充电电容可以根据机构需要的输出特性设定不同的充电电压，每个放电线圈的金属盘和传动杆都是独立的，不与其他的传动杆连接，也即相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接。

当机构在进行合闸操作时，从距离灭弧室动端1最近的放电线圈开始，放电线圈根据预设的时序进行放电，和对应的金属盘之间产生斥力。也即一级触发开关S1先闭合，一级放电电路导通，一级预充电电容C1放电，使一级合闸斥力线圈4先通电，从而对一级金属盘3产生电磁斥力，使一级金属盘3带动一级传动杆2移动，灭弧室动端1开始动作。此后，二级合闸斥力线圈7按照设定的时间间隔开始通电，使二级传动杆5在一级传动杆2之后动作，以此类推，n级传动杆8最后动作。

在以上过程中，由于一级传动杆2带动灭弧室动端1移动，相当于带着负载移动，在一级合闸斥力线圈4对一级金属盘3的斥力减弱时，一级传动杆2和灭弧室动端1的移动速度很快会下降，但此时后方的二级传动杆5已经开始向前移动，且由于不带负载，所以很快会追上前方的一级传动杆2，并撞击一级传动杆2，使一级传动杆2和灭弧室动端1受力继续加速向前运动。以此类推，多级传动杆依次撞击前一级的传动杆，使得灭弧室动端1在合闸过程中可以持续受力，不断向前运动，不但可以获得较快的合闸速度，而且加大了电磁斥力机构的合闸行程，克服了电磁斥力机构出力时间短、行程短的缺点，因此可以直接带动大断口间距的灭弧室实现合闸，使得电磁斥力机构配合一个单断口灭弧室的快速断路器可以应用在更高的电压等级，而无需设置多个灭弧室串联，从而可以避免断路器整体结构复杂、体积庞大。

综上，本发明采用多个电磁斥力单元沿合闸方向依次布置，且按照设定时间间隔依次触发斥力单元动作，距离灭弧室动端最近的单元先触发，其余单元根据距离灭弧室动端的距离由近至远依次触发，保证灭弧室动端在运动加速过程中，持续受力，提高了机构的行程和合闸速度。此外，为了提高使用寿命，相邻两个传动杆的接触撞击位置均设置有耐撞结构，耐撞结构可以是由高强钢制作的耐撞块，也可以将传动杆整体采用高强钢制成。

需要说明的是，本发明所解决的技术问题是如何实现大行程快速合闸，分闸过程不在本发明的创新之内，因此其具体可以采用现有技术中已有的技术手段来实现分闸，例如每一个电磁斥力单元均设有分闸斥力线圈。

在级联递进式电磁斥力机构的其他实施例中，相邻两个传动杆的接触撞击位置可以不设置耐撞结构，此时需要定期维护更换传动杆。

在级联递进式电磁斥力机构的其他实施例中，与合闸斥力线圈连接的放电电路上也可以连接电源和开关，开关闭合时，电源使合闸斥力线圈通电，此时需要控制开关的闭合时机和闭合时间。

在级联递进式电磁斥力机构的其他实施例中，电磁斥力单元可以不包括放电电路，也即本发明制成的产品不包括放电电路，放电电路是用户根据使用需要自行配置连接。

本发明中断路器的实施例为：断路器包括一个灭弧室，灭弧室包括灭弧室动端，断路器还包括级联递进式电磁斥力机构，级联递进式电磁斥力机构的具体结构与上述实施例中的级联递进式电磁斥力机构相同，在此不再重述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种级联递进式电磁斥力机构，其特征在于，包括：

至少两个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括：

传动杆；

金属盘，与传动杆固定连接；

合闸斥力线圈，设置在金属盘的一侧，用于在通电后对金属盘产生电磁斥力，使金属盘带动传动杆向合闸方向移动；

其中，定义合闸方向为由后向前，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆用于与灭弧室动端传动连接，相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接；

合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，以使前方的传动杆先移动，后方的传动杆后移动并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆受力继续加速移动。

2.根据权利要求1所述的级联递进式电磁斥力机构，其特征在于，电磁斥力单元还包括与合闸斥力线圈连接的放电电路，放电电路上连接有预充电电容和触发开关。

3.根据权利要求1或2所述的级联递进式电磁斥力机构，其特征在于，相邻两个传动杆的接触撞击位置均设置有耐撞结构。

4.一种断路器，包括一个灭弧室，灭弧室包括灭弧室动端，其特征在于，断路器还包括级联递进式电磁斥力机构，级联递进式电磁斥力机构包括：

至少两个电磁斥力单元，电磁斥力单元包括：

传动杆；

金属盘，与传动杆固定连接；

合闸斥力线圈，设置在金属盘的一侧，用于在通电后对金属盘产生电磁斥力，使金属盘带动传动杆向合闸方向移动；

其中，定义合闸方向为由后向前，各电磁斥力单元沿前后方向依次布置，最前端的电磁斥力单元的传动杆与灭弧室动端传动连接，相邻两个电磁斥力单元的传动杆之间不连接；

合闸时，最前端的电磁斥力单元的合闸斥力线圈先通电，后方的电磁斥力单元的合闸斥力线圈按照设定的时间间隔依次通电，以使前方的传动杆先移动，后方的传动杆后移动并撞击前方的传动杆，使前方的传动杆受力继续加速移动。

5.根据权利要求4所述的断路器，其特征在于，电磁斥力单元还包括与合闸斥力线圈连接的放电电路，放电电路上连接有预充电电容和触发开关。

6.根据权利要求4或5所述的断路器，其特征在于，相邻两个传动杆的接触撞击位置均设置有耐撞结构。

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