斷路器的旋轉式互聯雙動觸頭接觸系統設計

李啟輝，吳錦松，王叔悅，陳天翔

(1.廈門安達興電氣集團有限公司，福建 廈門 361100；2.成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059)

0 引 言

目前，現有斷路器的動靜觸頭接觸系統由可轉動的動觸頭和靜觸頭組成，只有通過動觸頭轉動來實現其與靜觸頭的接合和斷開[1-2]。這種動靜觸頭接觸系統存在以下問題：

1)由于其開距和開斷速度有限，因此，其耐壓等級和短路分斷能力都無法進一步提高[3-4]；

2)由于其只有一個動觸頭旋轉運動，開斷電路動作時間偏長，滅弧時間長，對觸頭燒損大，降低了觸頭的壽命[5-6]；

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

所以設計了一種斷路器的旋轉式互聯雙動觸頭接觸系統，以解決上述動靜觸頭接觸系統存在的問題。

1 設計方案

所設計的旋轉式互聯雙動觸頭機構，適用于3 kV及以下電壓等級的低壓斷路器產品中，具體設計技術方案如下：

1)采用旋轉式互聯雙動觸頭機構，包括可轉動的安裝在底座上的主動觸頭組件和從動觸頭組件，兩者構造成驅動連接[10-11]。主動觸頭組件在外力作用下帶動從動觸頭組件分別沿彼此相向方向轉動，以使其觸頭彼此接觸，主動觸頭組件和從動觸頭組件在其各自復位件的作用下同時沿彼此相反方向轉動，以使其觸頭分開。

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

3)主動觸頭組件還包括主動觸頭支架、主動觸頭支架復位扭簧和主動觸頭超程扭簧。觸頭和支架彼此交錯地可轉動地安裝在所述轉軸上。支架復位扭簧安裝在所述底座的主動觸頭支架鎖扣支點上，并且其扭簧臂卡接在觸頭支架上，用作主動觸頭組件的復位件。主動觸頭超程扭簧安裝在所述轉軸上，其兩個扭簧臂分別卡接在主動觸頭和主動觸頭支架上。

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

2 斷路器的旋轉式互聯雙動觸頭接觸系統設計

2.1 設計結構

所設計結構如圖1所示。

圖1 斷路器結構(斷開狀態)

雙動觸頭聯動接觸系統由固定在底座1上的主動觸頭組件和從動觸頭組件組成。主動觸頭組件由主動觸頭軟連接線2、主動觸頭支架反力扭簧3、主動觸頭支架(導體)4、主動觸頭(導體)5、主動觸頭超程扭簧6和主動觸頭轉軸7組成。從動觸頭組件由從動觸頭支架(絕緣件)8、從動觸頭扭簧9、從動觸頭軟連接線10、從動觸頭轉軸11和從動觸頭(導體)12組成。

2.2 工作原理

2.2.1 閉合過程

主動觸頭組件在外力(旋轉力)作用下，相對主動觸頭組件支點7(主動觸頭轉軸)逆時針方向旋轉運動。主動觸頭組件下臂也逆時針方向旋轉運動，同時帶動主動觸頭組件與被動觸頭組件之間的連桿向右運動。連桿推動從動觸頭組件繞從動觸頭轉軸11順時針方向旋轉運動，使得主動觸頭5和從動觸頭12相向快速接觸。在此旋轉運動過程中，主動觸頭支架反力扭簧3和從動觸頭扭簧9儲備了足夠的扭力。由于主動觸頭5和主動觸頭支架4之間設置了超程扭簧6，當主動觸頭5和從動觸頭12接觸后，主動觸頭支架4會繼續旋轉，并越過動作機構的死點。此時主動觸頭5繼續繞主動觸頭轉軸7逆時針方向旋轉移動，壓縮了主動觸頭扭簧6，使主動觸頭5對從動觸頭12產生壓力，保證接觸可靠。閉合過程如圖1所示。

2.2.2 斷開過程

當人為手動操作開斷或短路、過載保護裝置啟動使得開關動作機構斷開時，主動觸頭組件在主動觸頭支架反力扭簧3作用下順時針方向旋轉運動，同時從動觸頭支架8在從動觸頭扭簧9的作用下逆時針方向旋轉運動，斷開電路。由于主動觸頭5和從動觸頭12斷開時同時反方向運動，所以動作速度是現有動靜觸頭系統動作速度的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。斷開過程如圖2所示。

圖2 斷路器閉合狀態

3 設計效果

設計的有益效果如下：

1)觸頭在開斷帶載電路時，兩個動觸頭彼此相反轉動，得以快速分離，開斷速度加快1倍，有利于急速滅弧，因此觸頭壽命得到極大的提高，產品的載荷能力和開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，兩個動觸頭彼此相向轉動，得以快速閉合，閉合速度加快1倍，其快要閉合時所產生的電弧對觸頭的燒損時間減少一半，因此觸頭壽命得到極大的提高；銀石墨平面結構的主動觸頭與銀鎳弧面結構的從動觸頭相配合，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)觸頭之間的超大開距得以實現，大約為現有技術的2倍，耐壓等級倍增。

4 結 論

1)所提設計與現有的動靜觸頭接觸系統相比，實現了電器開關、斷路器觸頭間的超大開距和急速開斷。

2)所設計的互聯雙動觸頭在開斷電路時，兩個動觸頭同時反方向旋轉運動，開斷速度加快1倍，有利于急速滅弧，滅弧能力得到了極大的提高。

3)互聯雙動觸頭接觸系統帶載斷開時，其產生的電弧弧線角度相對原有動靜觸頭接觸系統增加了1倍，電弧直徑明顯變小，滅弧時間大大縮短，從而很大程度地提高了其滅弧能力和觸頭的使用壽命。