一种充气柜用真空断路器的设计_电力/水利_工程科技_专业资料。一种充气柜用真空断路器的设计 针对 GZX 系列 C-GIS 产品在充气环境应用的实际情况，列出具体的设计过程，提出关键结构的设 计结 果，阐述可供参考的设计方案。 曾大生 陈敏 / 广东省顺德开
一种充气柜用真空断路器的设计 针对 GZX 系列 C-GIS 产品在充气环境应用的实际情况，列出具体的设计过程，提出关键结构的设 计结 果，阐述可供参考的设计方案。 曾大生 陈敏 / 广东省顺德开关厂有限公司 中 压断路器按绝缘介质可分为线 两 大类， 而在 C-GIS 充气柜中使用的断路器要 求开断能力强、电寿命长、可靠性高，灭弧室部分免维 护，体积小等，综合考虑前述要求，选择开断部分真空 灭弧，用 SF 气体作为外绝缘的结构形式。 6 1 主要技术参数 以 40.5 kV/1250 A/25 kA 典型方案为例，电气参数 如表 1 所示，机械特性如表 2 所示。 表 1 电气参数 序号 项目 参数 1 额定电压（SF 气体做外绝缘介质）/kV 40.5 6 2 额定绝缘水平 1min 工频耐受电压 /kV 对地、相间，线 雷电冲击耐受电压(峰值)/kV 对地、相间，线 额定电流 /A 1 250 5 额定短路开断电流 /kA 6 额定短时耐受电流（持续时间 4s）/kA 7 额定峰值耐受电流 /kA 8 额定短路关合电流 /kA 9 额定单个和背对背电容器组开断电流 /A 10 额定操作顺序 11 额定操作电压 /V 12 机械寿命/次 25 25 63 63 630/400 O-0.3s-CO-3min-CO AC110/220；DC110/220 20 000 2 结构设计及工作原理 真空断路器采用模块化设计，复合一体式结构，一 次部分置于密封气室内，以低压力的 SF 气体作为绝缘 6 介质，以达到小型化的目的。真空灭弧室组装在绝缘筒 内，三相水平卧式排列，方便与隔离开关的组合布置。 密封门作为安装基础，利用 O 形密封圈完成与气室的静 密封配合。操动机构外挂在密封门上，通过波纹管组件 实现分合闸运动的传递和动密封。断路器在合闸位置时 主回路电流路径按 I 箭头方向，如图 1 所示。 表 2 机械特性 序号 项目 参数 1 平均分闸速度 /m·s － 1 2 平均合闸速度 /m·s － 1 3 三相分、闸不同期性 /ms 4 触头合闸弹跳时间 /ms 5 分断时间 /ms 6 闭合时间 /ms 7 触头开距 / m m 1.6～2.0 0.8～1.2 ≤2 ≤3 35～70 ≤ 50 17 ± 1 8 超行程 /mm 9 触头反弹幅值（% ） 10 动、静触头允许磨损累计厚度 /mm 11 触头合闸接触压力 /N 3.5～5 ≤ 20 3 3 000±300 12 额定分、合闸操作电压 //V 13 各相导电回路电阻 / μΩ 14 操动机构 AC110/220 DC110/220 ≤ 50 手动 /电动弹簧储能机构 1 2 3 4 I 图 1 线—操动机构 2.1 绝缘筒装配 断路器的灭弧室借用国内最新设计的一种小型化产 品（用 SF 气体代替原设计的固体外绝缘），分 A、B、C 6 相单独装入绝缘筒内，静端通过后出线座固定在绝缘筒 上，动端采用锥面接触形式通过导电夹、软连接和下支 架连到下出线座上。下支架一端依靠绝缘筒内壁中的沉 孔实现定位。灭弧室动端导电夹通过绝缘拉杆与波纹管 组件一端连接，最终借助机构的前后动作实现正常的分 合闸。 图 2 绝缘筒装配 图 3 波纹管组件 2.2 波纹管组件 如图 3 所示，经过多方调研，决定采用国际新流行 的金属波纹管设计结构。应用密封焊接技术，把传递直 线运动的中间杆通过不锈钢薄壁波纹管与安装法兰焊接 为整体，从而将运动密封转变为法兰面与不锈钢充气箱 体之间的端面静密封，普通的 O 形密封圈结构就可以实 现。因为结构上的类似，它的运行可靠性来源于国内真 空灭弧室专业生产厂家成熟的焊接技术，寿命情况与灭 弧室也完全匹配。 2.3 操动机构 操动机构如图 4 所示。 2.3.1 总则 弹簧储能型操动机构，借用了市场上大面积使用的 12 kV VS1 型真空断路器的设计原理，在相间距、拐臂 输出形式、分合闸结构和输出功大小等方面做了相应的 调整和优化，零部件通用化程度高，可靠性有保证，制 造成本低。 整个机构分为机械传动、弹簧储能、闭合脱扣、断 开脱扣、电器控制及机械联锁等部分。各部分的零部件 直接安装在机构框架的隔板上，合理分布，对维修、调 整和保养十分有利。 图 4 操动机构 2.3.2 机械传动 为凸轮驱动的双四连杆机构，储能弹簧瞬间释放所 产生的能量经过滚轮撞击拐臂（第一个连杆机构）传递 到主轴上，固定在主轴上的三相输出拐臂的旋转运动通 过第二个连杆机构转化为带动灭弧室动触头作水平方向 的前后运动。 2.3.3 弹簧储能 采用蜗轮蜗杆及链轮传动，手动和电动操作之间的 配合和转换利用单向离合器（单向轴承），可靠性高，安 装调整方便，并设有储能状态指示牌和反映储能状态的 辅助开关。 2.3.4 闭合脱扣 具有手动和电动操作功能，脱扣功小，利用脱扣装 置的动作，接触对储能弹簧的约束，以达到快速闭合的 目的。还具有闭合后再合闸、防跳跃（配置必要的继电 器）和低压闭锁等功能。 2.3.5 断开脱扣 具有手动和电动操作功能，经过优化设计后的二次 脱扣系统，脱扣功非常小，还可以安装 1 ～3 只过电流 脱扣器（可选件）。 2.3.6 机械联锁 除满足正常的断路器内部操作联锁要求外还增加了 与三工位开关间的联锁功能。 1）当三工位开关操作手柄插入时，不能手动或电 动闭合断路器。 2）只有当三工位开关在某个确定的位置（即“合 闸”、“隔离”、和“接地”）时，才能进行断路器合闸操 作。 3）只有断路器处于分闸状态时，才能手动或电动 操作三工位开关。 4）只有断路器处于分闸状态时，才能插入三工位 开关操作手柄。 3 主要零部件设
