断路器的动作过程包括储能、合闸和分闸,唯储能后才可合闸,因此,储能机构对断路器具 有重要作用目前,断路器研制人员较多地把注意力放在断路器的合闸、分闸机构上,认为断 路器的合闸、分闸与储能机构无关事实上,储能机构若发生故障(如储能不到位、储能机构 输出力矩过大等)将严重影响断路器的合闸性能因此,在分析和设计断路器时,对储能机构也 应有足够的重视1断路器储能机构组成和分类断路器储能机构一般包括:电机、齿轮减速装置、储能介质(弹簧)、止挡(合闸锁扣)及微 动开关等电机提供动力,通过齿轮减速装置降低转速,提高扭矩,将储能介质(弹簧)拉伸、压 缩或旋转储能,当储能机构快转到止挡位置时,微动开关动作,电机电流被切断,储能机构最终 停在止挡位置上,即储能机构输出力作用在合闸锁扣上对于弹簧操动机构而言,根据储能介 质的不同,可以将储能机构分为:拉簧、压簧和盘簧储能机构杭申集团的HSW1-1000. HSW2-2000框架断路器和ZN73-12户内高压真空断路器为拉簧储能机 构;HSW1-20006300、HSW6-1600框架断路器为压簧储能机构;ABB公司的Safe系列SF6 充气柜为盘簧储能机构在断路器储能机构中,较为常见的是拉簧和压簧储能机构。
2断路器储能机构分析时的注意点在分析断路器储能机构时最重要的两点为:断路器储能机构储能后期必须有机械切断动 力装置;储能机构输出力矩大小应合适,即断路器必须有适宜的合闸脱扣力对于第一点,断路器储能机构带有微动开关,依靠微动开关动作来切断电机的电流,使储 能结束众所周知,一般微动开关动作的位置误差较大,仅依靠微动开关动作来控制电机的转 停,进而使储能机构精确停在止挡位置上是很难实现的因此,断路器储能机构储能后期必须 设有机械切断动力装置,即当机构过最高点(死点)位置一定角度后,依靠储能弹簧产生的力矩, 使储能机构快速转到止挡位置上,在这个过程中,一方面使微动开关动作,切断电机电流;另一方面,使储能传动链脱开,纵然电机因惯性或微动开关未切断电流而继续转动,也不会继续对 弹簧储能图1为ZN73-12户内高压真空断路器储能机构,螺杆(6)即起着机械切断动力的 作用,当电机(8)运转时,通过蜗轮蜗杆带动小链轮(9)—起转动,通过链(图中未画出)传动,带动 大链轮(2)转动,大链轮(2)上的销(3)推动承力轮(4)上的舌(5)一起转动,承力轮(4)、曲轴(10) 分别与储能轴通过平键连接,当储能轴(11)两端的曲轴(10)转过最高点后一定角度时,螺杆(6) 挡住舌(5),使舌(5)往承力轮(4)的槽中缩进去,大链轮上的销(3)就不能继续推动承力轮(4)转 动了从而达到机械切断动力的目的。
与此同时,微动开关⑴被压下,切断电机电流使储能过程 结束对于第二点,储能机构输出力矩大小应合适,即必须使断路器具有适宜的合闸脱扣力这 主要与弹簧过最高点至止挡位置转过的角度有关,此转角a不能太小,否则会因储能弹簧提供 的力矩太小,不足以克服储能轴(11)的转动阻力,产生储能不到位现象此角度也不能太大,否 则,一是浪费弹簧储能能量,二是对止挡(13)的冲击加大,容易损坏止挡(13)结构,三是合闸脱 扣力变大,容易使断路器合闸困难3储能机构转角a计算仍以ZN73-12户内高压真空断路器为例,计算转角分别取脱扣轴(14)、止挡(13)、曲轴(10)为隔离体进行受力分析,如图2、3、4所示在断路器中,一般分、合闸电磁铁作用力在1040N范围内为使断路器每次合闸都能顺利进行,设Fmax=35N,Fmin = 15N,根据图2,若使断路器合闸,必须使FcNz r,式中:F电磁铁作用力;c作用力F的力臂,26.7mm;N——滚轮(12 )对上挡(13 )的正压力;|J——N作用面上的摩擦系数0.1-0.15 ,取p=0.15 ;r脱扣轴半径,7mm故 NMFXc/(|jXr)根据图 3、4 得,2PXa二NXb,N = N;式中:P——t能弹簧的作用力,1400N;a——储能弹簧作用力力臂,a = RXsina;R——曲轴半径,30mm,N——止挡(13 )对滚轮(12 )的作用力;b——作用力N的力臂28.7mm。
所以sina=Fbc/(2pPRr)/当Fmax=35N时z a=17.7e故,一般断路器转角a取值范围8能较好地满足断路器合闸脱扣力要求当然,由于电磁铁瞬时作用力,合闸脱扣面不宜太大,否则,虽然合闸脱扣力符合要求,也会产生脱扣因难的问题,一般断路器的扣 面宽为L5~2.5mm后夏田 前视图图3止酒受力EE Fig. 3 Fon r ( h>|>图1真空断路器储能机构Fig. I Energy storage mechanism of vacuum circuit brpuker注:1 — Ct动开关:2—大链轮;3―钠;4—承力轮;5—舌;6 ——7—弗 : 8—电机;9—小链轮;10—的轴;II — 储能轴;12—滚轮:13—止挡:14—农 扣轴;15——支果:16——电破铁.图2脱扣仙受力图 Km r diagram of tripping xhaft图,曲辂受力图Eig. 4 Fort e (iiagram of haft4结语储能机构是弹簧操动机构不可或缺的部分,目前,断路器种类繁多,相应的储能机 构也多种多样,衡量断路器储能机构优劣最重要的因素是:断路器储能机构与合、分闸传动 机构是否完美,储能机构输出力矩大小是否适宜,是否每次都能储能到位。
当然,断路储能 时间、储能过程中发出的噪音、储能过程的平衡性、手动和电动储能的兼容性等也是评判储 能机构好坏常考虑的方面。