永磁機構斷路器的工作原理

2009-01-14 朱思河徐州機電工程高等職業學校

自1961 年美國GE 公司研制成功第一臺真空斷路器以來,真空斷路器的技術水平迅速得到提高。隨著新型觸頭結構和新材料的研制,真空斷路器的開斷能力不斷提升。而作為真空斷路器的主要元件———操動機構,也歷經了幾代的發展,從最初的電磁機構,發展到現在廣泛應用的彈簧操作機構,以及現階段正邁向成熟并逐漸普及的永磁操作機構。

真空斷路器及操動機構的分析

真空斷路器之所以如此迅速發展,在于其真空滅弧室優異的開斷特性,使其電壽命大大增加。真空斷路器的滅弧室動觸頭行程小,要求分閘速度高。動靜觸頭合閘時為平面接觸,為了防止真空斷路器在短路時觸頭被強大的沖擊力斥開,動靜觸頭間要施以較大的觸頭壓力,這樣也有利于提高分閘速度。真空滅弧室的優異性,使其機械及電壽命從傳統的2000次躍增為上萬次,沿用傳統斷路器操動機構電磁機構和彈簧機構很難體現出其高壽命、高可靠性的優點。因此需要一結構高度簡化、節能和高可靠的機構來滿足真空斷路器的驅動要求。

永磁機構以其結構簡單、運行可靠、經久耐用等優點被廣泛應用于真空斷路器的驅動,它克服了傳統機構的缺點,充分發揮了真空斷路器的優點,為研制新一代免維護斷路器奠定了基礎。它已成為電力系統選型熱點,具有良好的經濟效益和市場前景。本文以ZNY1-10P630-12.5型永磁真空斷路器為例來分析永磁斷路器的結構及工作原理。

永磁機構斷路器工作原理及主要技術參數

主要技術參數

該真空斷路器采用雙穩態內設欠壓脫扣器永磁機構,并與機械手動脫扣器結為一體化設計,使手動分閘輕便可靠。永磁機構分閘與彈簧分閘相結合,使分閘速度的分配更理想。與彈簧操作機構斷路器比較,可動部件大大減少,使其可靠性和機械壽命大幅提高,是彈簧操作機構類型斷路器的理想替代產品。ZNY1-10P630-12.5型永磁真空斷路器的主要技術參數如下:

額定電壓PkV 10

最高電壓PkV 12

額定電流PA 630

額定頻率PHz 50

額定短路開斷電流PkA 12. 5

動穩定電流PkA 31.5

熱穩定電流PkA 12.5

額定短路關合電流PkA 31. 5

短路電流持續時間Ps 4

1min 工頻耐壓PkV 42

雷電沖擊耐壓PkV 75

永磁機構斷路器工作原理

永磁機構斷路器的工作原理如圖1 所示:

圖1 　永磁機構斷路器的工作原理圖

其工作過程如下:接通控制電源,首次接通電源要等待60s,此時儲能電容已充滿電(充電指示燈亮),同時欠壓脫扣器電源也準備接通,斷路器處在準備操作狀態。按合閘鈕接通合閘線圈,永磁機構動鐵芯向下運動通過傳動拐臂將開關管觸頭閉合,同時通過輔助觸點,并使分閘拉簧儲能。按分閘鈕接通分閘線圈,同時斷開欠壓電源,在分閘磁場和分閘彈簧的共同作用下使開關管觸頭迅速分開,完成一次合閘,分閘操作。

永磁機構通過動鐵芯與主軸傳動拐臂相連直驅動開關管動觸頭,機械結構簡單,磨損小,使得斷路器在使用壽命期內基本實現免維護。該斷路器除正常電動分閘外,還設有欠壓分閘、緊急手動分閘裝置,使斷路器工作更加可靠。開關電源將100VAC變成155VDC,一路經過限流電阻R1 和隔離二極管VD1對電容器C1充電,另一路經過電阻R2和斷電器J1也對電容器C1充電,當電壓充至150VDC左右時,斷電器J1停止工作,J1常閉點接通合閘電路和儲能燈電路。此時合閘,合閘繼電器KM1動作,電容器C1向合閘線圈放電,完成一次合閘過程。電容C3延時一定的合閘時間,保證可靠合閘。另一路9VDC經過隔離二級管VD2、分閘繼電器常閉點KM2-4、行程開關常開點ST1-1、輔助開關常開點FZ1-1送至合閘線圈,維持合閘狀態。分閘功能由分閘繼電器KM2完成,電容C2功能是保證分閘斷電器KM2 在電壓降低時能可靠分閘。C1和C2的放電回路,由按鈕SB3控制,放電時間需1min。