真空滅弧室的擴展應用

（浙江明暉智能電氣有限公司，浙江 嘉興 314019）

0 引言

美國是世界上最早開始生產(chǎn)和使用真空開關的國家，目前，生產(chǎn)真空滅弧室的廠家主要有通用電氣（GE）、西屋（WH）、庫柏（Cooper）和杰寧（Jenning）公司，其中，GE 是全球最早開始系統(tǒng)研究真空開關和真空電弧理論的公司。40 余年來，我國真空滅弧室的設計理論、制造工藝、質(zhì)量水平都有了質(zhì)的飛躍。各種成熟技術的綜合應用，開發(fā)出大量的12 kV、 24 kV、40.5 kV、低壓0.38 kV～1.14 kV各種參數(shù)的真空滅弧室，產(chǎn)品涉及高、中壓領域。小型化、固封極柱真空滅弧室可稱為第五代產(chǎn)品，目前已開始大批量供應。

真空滅弧室電器產(chǎn)品在國內(nèi)和國外主要包括兩大類：真空接觸器和高壓真空斷路器。上述兩類產(chǎn)品具備良好的開斷性能和穩(wěn)定可靠的電壽命，廣泛應用在工作條件比較苛刻的重要場所。真空滅弧室受波紋管和大氣壓力產(chǎn)生的合力是常閉狀態(tài)，應用真空滅弧室的電器產(chǎn)品必須有配合克服其自閉力的設置，使觸頭保持常開狀態(tài)。如果，在利用真空滅弧室的電器產(chǎn)品中不必另設置克服自閉力的機構，有望實現(xiàn)擴展真空滅弧室的應用范圍、縮小產(chǎn)品體積、減小動力驅(qū)動機構、提高產(chǎn)品的可靠性、降低產(chǎn)品成本的目的。

1 真空滅弧室擴展應用原理

1.1 單相切換原理

說明：單相切換原理[4]如圖1 所示，2 個同型號的真空管以及2 個真空管之間的雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4，其中沿雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 的鐵芯41 軸心貫穿有絲桿1，所述絲桿與鐵芯間隙配合，所述絲桿1 的兩端部均套設有壓力彈簧2，并且與真空管的動觸頭3 相抵觸，其中所述絲桿的一端部設有與真空管的動觸頭螺紋連接的第一螺紋，另一端部設置了與另一個真空管的動觸頭螺紋連接的第二螺紋，所述第一螺紋與第二螺紋方向相反，當轉(zhuǎn)動絲桿上的調(diào)節(jié)螺母時，可以帶動2 個真空管的動觸頭相對移動，用于調(diào)節(jié)絲桿1 兩側的真空管動觸頭的距離H，使得滿足H ＝L-K，其中L 為兩側的真空管靜觸頭的距離，K 為真空管的觸頭開距。其中所述鐵芯移動的距離X=K+C，其中K 為真空管的觸頭開距，C 為觸頭壓力超程，所述壓力超程為壓力彈簧對動觸頭與靜觸頭緊密接觸施加一定壓力所需行程，調(diào)節(jié)彈簧壓力螺母44，可改變彈簧的初壓力，使得真空管的動觸頭3 和靜觸頭閉合時，符合觸頭終壓力要求。當改變線圈43 的電流方向后，所述鐵芯41 會朝另一側移動，使得該側的真空管閉合，兩側的真空管受永磁 電磁鐵組件4 驅(qū)動，始終處在一合一閉狀態(tài)并互鎖而使產(chǎn)品性能可靠。只要改變線圈43 所用直流電的電流方向即可簡單控制雙相之間切換，轉(zhuǎn)換時間極短，實現(xiàn)負荷不間斷。

圖1 單向切換原理

1.2 雙相切換原理

圖2 雙向切換原理

說明：雙相切換原理[5]，如圖2 所示，上述工作原理圖內(nèi)有雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 以及2 組或4 組同型號的真空管，還包括同步驅(qū)動框45 以及貫穿在同步驅(qū)動框上若干個絲桿1，所述絲桿與同步驅(qū)動框間隙配合；所述雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵4 的鐵芯41 的兩端部分別穿出同步驅(qū)動框且通過螺母44 緊固。每個絲桿的兩端部分別與相對應的真空管的動觸頭螺紋連接，所述絲桿的中端設有長度調(diào)節(jié)螺母1，并使調(diào)節(jié)后的絲桿和相對應2 個動觸頭的總長度H=L-K.其中L為2 只真空管靜觸頭的間距，K 是一個真空管的開距；每個絲桿的兩端部均套設有壓力彈簧2，所述壓力彈簧的一端部抵觸在同步驅(qū)動框上，另一端部抵觸在真空管的動觸頭引線夾6 上，當線圈通電后，會驅(qū)使鐵芯41 帶動同步驅(qū)動框朝一側移動，壓縮該側的壓力彈簧，使得壓力彈簧帶動該側的真空管的動觸頭與靜觸頭閉合，同時絲桿會帶動另一側相對應的真空管的動觸頭與靜觸頭斷開。所述鐵芯移動的距離（行程）X=K+C，其中K 為真空管的觸頭開距，C 為觸頭壓力超程。滑動調(diào)節(jié)引線夾6，可改變壓力彈簧2的初壓力，使觸頭閉合時符合其終壓力要求。另有手動設置部位5 ，通過撥動杠桿拉動 雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵的鐵芯實現(xiàn)手動切換目的。

2 擴展應用實施例

2.1 真空管式雙電源 （ATSE ） PC級產(chǎn)品

該產(chǎn)品技術特征如圖3 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動力減小，整體積減小。2）真空管有穩(wěn)定可靠的電壽命性能，每組2 只真空管始終一開一閉且互鎖。3）真空管的觸頭終壓力由永磁操作機構和觸頭壓力彈簧提供，不受大氣壓力影響，因此該產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限。4）產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，可用于防爆、粉塵等多種惡劣環(huán)境。5）驅(qū)動力的方向與真空管的軸向始終一致，無損真空管的導向套，延長真空管的使用壽命。6）動力操作機構采用雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵，可加大真空管的剛分速度，提高分斷能力。7）開關切換時間極小，可實現(xiàn)負載不停。8）有非自動狀態(tài)手動切換設置。9）電路控制簡單，抗干擾強，有通信接口，可遠程控制。10）該產(chǎn)品所用的真空管和雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵均為通用元件，有利于自動化規(guī)模生產(chǎn)和質(zhì)量控制。

2.2 真空管式三相不平衡調(diào)節(jié)開關

圖3 真空管式雙電源（ATSE）

圖4 真空管式三相不平衡調(diào)節(jié)開關（初始位）

該產(chǎn)品技術特征如圖4 所示。1）該三相換相開關裝置（虛線框）集三相負載切換于一個開關體內(nèi)，每相負載可以在三相中任意轉(zhuǎn)換。2）產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限，因為觸頭的終壓力可通過調(diào)節(jié)觸頭壓力彈簧預設置。3）該產(chǎn)品的一組真空管始終一開一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）真空滅弧室是系列產(chǎn)品，因此，該開關可用于多種電流規(guī)格。5）動力操作機構采用雙穩(wěn)態(tài)永磁電磁鐵，開關切換時間極小，可實現(xiàn)三相之間切換負載不停。6）主機智能控制器集采樣、運算、通信、相序切換等功能于一體，并可通過單片機程序設置實現(xiàn)智能控制。

2.3 高壓真空管式雙電源互投裝置

產(chǎn)品機構和切換程序如圖5 所示。

該產(chǎn)品設計符合高壓雙電源互投裝置的隔離和切換的技術要求并具有以下技術特征，如圖5 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動力減小，機構簡化[1]。2）真空管的觸頭終壓力由永磁操作機構和觸頭壓力彈簧提供，不受自閉力影響，因此產(chǎn)品使用環(huán)境的海拔高度不限。 3）該產(chǎn)品的每組真空管始終一開一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）節(jié)能環(huán)保，可用于各種惡劣環(huán)境。5）開關切換時間極小，可實現(xiàn)相間切換，負載不停[2]。

2.4 具有保護功能的高壓真空管式雙電源互投裝置

圖5 高壓真空管式雙電源互投裝置

圖6 具有保護功能的高壓真空管式雙電源互投裝置

產(chǎn)品機構和切換程序如下：該產(chǎn)品設計符合高壓雙電源互投裝置的隔離和切換的技術要求并具有以下技術特征，如圖6 所示。1）該產(chǎn)品的真空管不受自閉力影響，而使產(chǎn)品整體驅(qū)動力減小，機構簡單，體積小。2）該產(chǎn)品不受使用環(huán)境的海拔高度限制。3）該產(chǎn)品的一組真空管始終一開一閉且互鎖，因此，電氣性能穩(wěn)定可靠。4）開關切換時間極小，可實現(xiàn)相間切換，負載不停。 5）通過改變控制器內(nèi)單片機的程序，可增加各種智能保護功能[3]。

3 結語

該文闡述了一種真空滅弧室的新用法，并說明了新用法的依據(jù)及其工作原理。真空滅弧室具有良好的開斷性能和穩(wěn)定可靠的電壽命，廣泛應用在工作條件比較苛刻的重要場所。真空滅弧室的觸頭是常閉狀態(tài)，其用于電器產(chǎn)品，必須先拉開動觸頭使其處于常開狀態(tài)，為此需要設置一套拉力機構。新的用法：不必專設拉力機構，而使產(chǎn)品的機構簡化，控制簡單，整體積減小，性能提高。只要改變控制程序，即可實現(xiàn)智能控制。從上述列舉的幾項實施例看，目前，國內(nèi)、外尚無該用法的專項論述及其應用產(chǎn)品。真空滅弧室的擴展應用，有待進一步充實完善。