斷路器的旋轉(zhuǎn)式互聯(lián)雙動(dòng)觸頭接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李啟輝，吳錦松，王叔悅，陳天翔

(1.廈門安達(dá)興電氣集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361100；2.成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059)

0 引 言

目前，現(xiàn)有斷路器的動(dòng)靜觸頭接觸系統(tǒng)由可轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)觸頭和靜觸頭組成，只有通過(guò)動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其與靜觸頭的接合和斷開(kāi)[1-2]。這種動(dòng)靜觸頭接觸系統(tǒng)存在以下問(wèn)題：

1)由于其開(kāi)距和開(kāi)斷速度有限，因此，其耐壓等級(jí)和短路分?jǐn)嗄芰Χ紵o(wú)法進(jìn)一步提高[3-4]；

2)由于其只有一個(gè)動(dòng)觸頭旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開(kāi)斷電路動(dòng)作時(shí)間偏長(zhǎng)，滅弧時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)觸頭燒損大，降低了觸頭的壽命[5-6]；

3)由于其斷開(kāi)時(shí)，引起的電弧是小角度的弧線，電弧直徑較大，不利于滅弧，限制了其開(kāi)斷大載荷的能力[7-9]。

所以設(shè)計(jì)了一種斷路器的旋轉(zhuǎn)式互聯(lián)雙動(dòng)觸頭接觸系統(tǒng)，以解決上述動(dòng)靜觸頭接觸系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)方案

所設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式互聯(lián)雙動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)，適用于3 kV及以下電壓等級(jí)的低壓斷路器產(chǎn)品中，具體設(shè)計(jì)技術(shù)方案如下：

1)采用旋轉(zhuǎn)式互聯(lián)雙動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的安裝在底座上的主動(dòng)觸頭組件和從動(dòng)觸頭組件，兩者構(gòu)造成驅(qū)動(dòng)連接[10-11]。主動(dòng)觸頭組件在外力作用下帶動(dòng)從動(dòng)觸頭組件分別沿彼此相向方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以使其觸頭彼此接觸，主動(dòng)觸頭組件和從動(dòng)觸頭組件在其各自復(fù)位件的作用下同時(shí)沿彼此相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以使其觸頭分開(kāi)。

2)在底座定位兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，分別是主動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸和從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸，主動(dòng)觸頭組件可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于主動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸，從動(dòng)觸頭組件可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸。主動(dòng)觸頭組件具有位于轉(zhuǎn)軸下方的第一下驅(qū)動(dòng)主動(dòng)臂和主動(dòng)觸頭，從動(dòng)觸頭組件具有位于從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸上方的第二上驅(qū)動(dòng)從動(dòng)臂和位于動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸下方的第二下觸頭臂，其上設(shè)置從動(dòng)觸頭。第一下驅(qū)動(dòng)主動(dòng)臂與第二上驅(qū)動(dòng)從動(dòng)臂驅(qū)動(dòng)連接，主動(dòng)觸頭組件在外力作用下，第一下驅(qū)動(dòng)主動(dòng)臂帶動(dòng)第二上驅(qū)動(dòng)從動(dòng)臂而使所述主動(dòng)觸頭組件的主動(dòng)觸頭和所述從動(dòng)觸頭組件的從動(dòng)觸頭沿彼此相向方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以使二者彼此接觸。

3)主動(dòng)觸頭組件還包括主動(dòng)觸頭支架、主動(dòng)觸頭支架復(fù)位扭簧和主動(dòng)觸頭超程扭簧。觸頭和支架彼此交錯(cuò)地可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述轉(zhuǎn)軸上。支架復(fù)位扭簧安裝在所述底座的主動(dòng)觸頭支架鎖扣支點(diǎn)上，并且其扭簧臂卡接在觸頭支架上，用作主動(dòng)觸頭組件的復(fù)位件。主動(dòng)觸頭超程扭簧安裝在所述轉(zhuǎn)軸上，其兩個(gè)扭簧臂分別卡接在主動(dòng)觸頭和主動(dòng)觸頭支架上。

4)從動(dòng)觸頭組件還包括絕緣從動(dòng)觸頭支架和從動(dòng)觸頭復(fù)位扭簧。從動(dòng)觸頭支架可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸上并分為第二上驅(qū)動(dòng)從動(dòng)臂和第二下觸頭臂。從動(dòng)觸頭復(fù)位彈簧安裝在轉(zhuǎn)軸上并且其兩個(gè)扭簧臂分別卡接在第二下觸頭臂和底座上，用作從動(dòng)觸頭組件的復(fù)位件。

2 斷路器的旋轉(zhuǎn)式互聯(lián)雙動(dòng)觸頭接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 斷路器結(jié)構(gòu)(斷開(kāi)狀態(tài))

雙動(dòng)觸頭聯(lián)動(dòng)接觸系統(tǒng)由固定在底座1上的主動(dòng)觸頭組件和從動(dòng)觸頭組件組成。主動(dòng)觸頭組件由主動(dòng)觸頭軟連接線2、主動(dòng)觸頭支架反力扭簧3、主動(dòng)觸頭支架(導(dǎo)體)4、主動(dòng)觸頭(導(dǎo)體)5、主動(dòng)觸頭超程扭簧6和主動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸7組成。從動(dòng)觸頭組件由從動(dòng)觸頭支架(絕緣件)8、從動(dòng)觸頭扭簧9、從動(dòng)觸頭軟連接線10、從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸11和從動(dòng)觸頭(導(dǎo)體)12組成。

2.2 工作原理

2.2.1 閉合過(guò)程

主動(dòng)觸頭組件在外力(旋轉(zhuǎn)力)作用下，相對(duì)主動(dòng)觸頭組件支點(diǎn)7(主動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)觸頭組件下臂也逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)主動(dòng)觸頭組件與被動(dòng)觸頭組件之間的連桿向右運(yùn)動(dòng)。連桿推動(dòng)從動(dòng)觸頭組件繞從動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸11順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得主動(dòng)觸頭5和從動(dòng)觸頭12相向快速接觸。在此旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，主動(dòng)觸頭支架反力扭簧3和從動(dòng)觸頭扭簧9儲(chǔ)備了足夠的扭力。由于主動(dòng)觸頭5和主動(dòng)觸頭支架4之間設(shè)置了超程扭簧6，當(dāng)主動(dòng)觸頭5和從動(dòng)觸頭12接觸后，主動(dòng)觸頭支架4會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并越過(guò)動(dòng)作機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)。此時(shí)主動(dòng)觸頭5繼續(xù)繞主動(dòng)觸頭轉(zhuǎn)軸7逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)移動(dòng)，壓縮了主動(dòng)觸頭扭簧6，使主動(dòng)觸頭5對(duì)從動(dòng)觸頭12產(chǎn)生壓力，保證接觸可靠。閉合過(guò)程如圖1所示。

2.2.2 斷開(kāi)過(guò)程

當(dāng)人為手動(dòng)操作開(kāi)斷或短路、過(guò)載保護(hù)裝置啟動(dòng)使得開(kāi)關(guān)動(dòng)作機(jī)構(gòu)斷開(kāi)時(shí)，主動(dòng)觸頭組件在主動(dòng)觸頭支架反力扭簧3作用下順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)從動(dòng)觸頭支架8在從動(dòng)觸頭扭簧9的作用下逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，斷開(kāi)電路。由于主動(dòng)觸頭5和從動(dòng)觸頭12斷開(kāi)時(shí)同時(shí)反方向運(yùn)動(dòng)，所以動(dòng)作速度是現(xiàn)有動(dòng)靜觸頭系統(tǒng)動(dòng)作速度的2倍,兩觸頭的空間距離快速加大，電弧直徑急速變小，滅弧變得更加容易。斷開(kāi)過(guò)程如圖2所示。

圖2 斷路器閉合狀態(tài)

3 設(shè)計(jì)效果

設(shè)計(jì)的有益效果如下：

1)觸頭在開(kāi)斷帶載電路時(shí)，兩個(gè)動(dòng)觸頭彼此相反轉(zhuǎn)動(dòng)，得以快速分離，開(kāi)斷速度加快1倍，有利于急速滅弧，因此觸頭壽命得到極大的提高，產(chǎn)品的載荷能力和開(kāi)斷短路電流的能力也得到了很大的提高。

2)觸頭在閉合帶載電路時(shí)，兩個(gè)動(dòng)觸頭彼此相向轉(zhuǎn)動(dòng)，得以快速閉合，閉合速度加快1倍，其快要閉合時(shí)所產(chǎn)生的電弧對(duì)觸頭的燒損時(shí)間減少一半，因此觸頭壽命得到極大的提高；銀石墨平面結(jié)構(gòu)的主動(dòng)觸頭與銀鎳弧面結(jié)構(gòu)的從動(dòng)觸頭相配合，也減少了電弧的燒損，其閉合帶載能力也得到了很大的提高。

3)觸頭之間的超大開(kāi)距得以實(shí)現(xiàn)，大約為現(xiàn)有技術(shù)的2倍，耐壓等級(jí)倍增。

4 結(jié) 論

1)所提設(shè)計(jì)與現(xiàn)有的動(dòng)靜觸頭接觸系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)了電器開(kāi)關(guān)、斷路器觸頭間的超大開(kāi)距和急速開(kāi)斷。

2)所設(shè)計(jì)的互聯(lián)雙動(dòng)觸頭在開(kāi)斷電路時(shí)，兩個(gè)動(dòng)觸頭同時(shí)反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，開(kāi)斷速度加快1倍，有利于急速滅弧，滅弧能力得到了極大的提高。

3)互聯(lián)雙動(dòng)觸頭接觸系統(tǒng)帶載斷開(kāi)時(shí)，其產(chǎn)生的電弧弧線角度相對(duì)原有動(dòng)靜觸頭接觸系統(tǒng)增加了1倍，電弧直徑明顯變小，滅弧時(shí)間大大縮短，從而很大程度地提高了其滅弧能力和觸頭的使用壽命。