永磁机构真空断路器的结构技术比较讨论
永磁真空断路器研究与应用
永磁真空断路器研究与应用【摘要】永磁操动机构真空断路器越来越被公认为中压开关的换代产品，它代表了中压开关发展的方向。
分析了永磁真空断路器内部结构、工作原理，将永磁机构与真空断路器进行完美匹配，提高了断路器的可靠性及寿命。
【关键词】永磁真空断路器操作机构工作原理1 前言智能型永磁机构真空断路器是在上世纪90年代末吸取国际上先进的真空断路器技术而研制成功的新一代真空断路器，具有体积小、重量轻、结构简单、操作可靠、少维护、价格适中、使用寿命长等显著优点。
大屯公司在110KV变电站在2010年投用使用该机构的开关3年多，运行平稳、安全可靠，受到运行值班人员及检修人员的好评。
2 永磁真空断路器结构断路器配用的双稳态永磁操动机构，该机构由一种双稳态的磁路系统，使用一个一体化分、合闸线圈驱动动铁芯运动到相应的极限位置，并利用永磁体所提供的磁场能量，使之保持在极限位置。
当激励线圈通过不同方向电流时，使线圈磁场产生大于剩余磁保持力的驱动力，即可使永磁操动机构的动铁芯动作。
动铁芯通过主轴直接驱动真空灭弧室的动触头，从而使断路器进行分、合闸动作。
这种机械的传送方式，可使断路器的机械磨损小到可以忽略不计，使断路器在使用寿命期内基本很少维护。
当控制系统出现故障时，可用手动分闸装置操作，使断路器进行分断操作（如图1）。
3 永磁真空断路器工作原理永磁真空断路器开断部分和其他断路器一样，区别在操作机构部分。
永磁机构的原理基本上是一块铁片两边有磁铁和线圈，哪边的线圈通电了就会产生比令一边更大的磁力从而带动铁片往磁力大的一边运动。
当铁片运动到和某一边磁铁接触是线圈断电，铁片靠磁铁吸住达到保持的目的。
铁片两边运动能带动断路器分合。
3.1 合闸操作将断路器送入柜体的试验或工作位置，合上控制电源和合闸电源，断路器处在分闸位置，合闸操作回路沟通，为合闸操作作好准备。
就地按动合闸按钮启动合闸回路，使操动机构的线圈激励，克服分闸侧永磁体的保持力，使动铁芯驱动断路器的动触头按规定速度合闸。
真空断路器 永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构
真空断路器永磁操作机构是一种用于真空断路器的操作机构，它采用了永磁材料来实现断路器的合闸和分闸操作。
相比传统的弹簧操作机构和电磁操作机构，永磁操作机构具有以下优点：
1. 可靠性高：永磁操作机构不需要弹簧或电磁线圈等易损件，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。
2. 操作速度快：永磁操作机构的合闸和分闸速度非常快，可以大大缩短断路器的动作时间，提高系统的响应速度。
3. 能耗低：永磁操作机构不需要外部能源来维持其工作状态，因此能耗非常低，可以降低系统的运行成本。
4. 体积小：永磁操作机构的结构简单，体积小，可以方便地安装在断路器内部，占用空间小。
5. 环保：永磁操作机构不需要使用弹簧或电磁线圈等易损件，因此减少了废弃物的产生，对环境更加友好。
总之，真空断路器永磁操作机构是一种高性能、高可靠性的操作机构，它可以提高断路器的操作性能和可靠性，降低系统的运行成本，是真空断路器的理想选择。
永磁机构真空断路器的特点
永磁机构的真空断路器的特点我国中压开关设备最突出的问题就是操作机构可靠性不高和绝缘问题，这方面与发达国家相比有较大的差距。
目前，在发达国家纷纷提出并推出新一代免维护的高压开关产品。
作为中压开关设备中的核心设备——中压真空断路器由于品种、型号众多，特点也是各异的。
从绝缘角度上分——空气绝缘和复合绝缘；从总体结构上分——断路器和机构一体式和分体式；从操动机构上分——电磁机构、弹簧机构和永磁机构；一、目前三种不同操动机构的真空断路器有着各自的主要特点：1、弹簧机构断路器——零部件多、工艺复杂、机械故障高；2、电磁机构断路器——驱动功率大、接触力小、合闸时触头跳动；3、永磁机构断路器——零部件少、结构简单、使用寿命长、低驱动功率；二、永磁永构的定义及其特点1、永磁机构是一种用于真空断路器的永磁保持，电子控制的电磁操作机构。
它克服了传统弹簧机构和电磁机构的不足，将永久磁铁应用于操动机构中，使真空断路器分、合闸位置的保持通过永久磁铁实现，取代传统的锁扣装置。
2、永磁机构的特点是：（1）永久磁铁与分闸、合闸控制线圈结合，解决了合闸时需要大功率能量的问题。
（2）真空灭弧室的动触头靠永久磁铁产生的力通过拐臂、绝缘拉杆使其保持在合闸、分闸位置上，取代机械锁扣方式，仅有几个活动部件，零件总数约为50件左右，耗材少，节能且成本低。
（3）永磁操动机构无需机械锁扣和辅助电器，机械动作的可靠性大大提高，能够实现免维护，开断能力强，安全性提高。
（4）永磁操动机构，永磁力可保证100年不消失，该机构寿命高达10万次，机械寿命至少提高5倍。
（5）真空灭弧室纵向安装在绝缘筒内，即使在恶劣的环境下，仍能保持很高的抗爬电性能及绝缘性能。
三、目前国际上中压真空断路器设计的流派：设计制造领域逐步形成了以德国西门子公司为代表的空气绝缘产品和以ABB公司为代表的复合绝缘产品的两大派别：1、德国Siemens公司的代表产品有3AH产品，采用空气绝缘方式，其操动机构为弹簧机构。
真空断路器永磁操动机构的应用与发展
近年来， 一种用于真空断路器的永磁保持 、 电
ｌ 永磁机构 的特 点
１１ 永磁 机构 的工 作原 理 ．
子控制的电磁操动机构（ 简称“ 永磁机构 ” 备受 ）
关 注。
永磁机构工作时 主要运动部件 只有 １ ， 个 无 需机械脱 、 锁扣装置， 故障源较少。 真空断路器 配用 永磁机构 后 ， 仅 可 以进 不
构与真 空断路器的配合特点 ， 以及 中压断路器操动机构 的现状和我国对永磁机 构真空断路 器的研 发情况 。
美键词 ：永 磁撮 动机构 ； 真空断路器 ； 特点
中图分类号 ：Ｔ ６ Ｍ５ １ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ０２—１６ （０６ ０ ０ ６ ３ ２ ０ ） ４— ２
维普资讯
Ｖ １２ ， ｏ ４ ｏ．８ Ｎ ．
Ｈ ｉｎ ｊ ｎ ｌ ｔｃＰ ｗ ｒ ｅ ｏｇｉ ｇＥｅ ｒ ｏ ｅ ｌ ａ ｃｉ
Ａ ｇ２ ０ ｕ ．０ ６
真 空断路 器 永磁 操 动 机构 的应 用 与发 展
张 月存 金 ， 浩 周红 霞 杜新 民 ， ，
（ ． 尔滨新 生开关厂 ， １哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ３ ； ５ ０ ０ ２ 大庆石油有限责任公 司第四采油厂 ， ． 黑龙 江 大庆 １３ １ ； ６５ １
３ 哈 尔滨 电 业局 ， ． 黑龙 江 哈 尔滨 １０ 国配电网供 电对高压 断路器 的质量和性能要 求 ， 阐述 了永磁操 动机构 的工作原 理 、 永磁操 动机
一
永磁机构就是用永磁体实现合 闸保持和分闸
保持 （ 有时只作合 闸保持而不作 分闸保持 ） 一 的
种新型的电磁操动机构 。
永磁 机构 根据 永久 磁能 所处 于 的保 持位 置可
基于永磁机构的真空断路器
基于永磁机构的真空断路器摘要：本文介绍了一种基于永磁机构的真空断路器。
通过对影响真空断路器因素的分析，指出了真空断路器的核心元件是操动机构，通过对三种操动机构的分析，提出具有永磁机构的真空断路器满足新型要求，特别是永磁材料的使用，使永磁机构真空断路器成为真正意义上的免维护智能化断路器。
Abstract: This paper introduces a vacuum circuit breaker based on the permanent magnetic actuator. After analyzing the influence factor of the vacuum circuit breaker, actuator is the core element of the vacuum circuit breaker was pointed out. Analyzing three kinds of actuator, the paper presents that the permanent magnetic actuator meets new requirements. By using the permanent magnetic material, the vacuum circuit breaker based on the permanent magnetic actuator becomes the real maintenance-free intelligent breaker.关键词：真空断路器；操动机构；永磁机构；永磁材料Key words: vacuum circuit breaker；actuator；permanent magnetic actuator；permanent magnetic material中图分类号：TP211+.53文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）35-0029-020引言随着国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们对供电质量和供电可靠性的要求越来越高[1]。
永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用
永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用永磁操动机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用序言电力资源是能源结构中的重要环节，节约电力资源是节约能源的重要内容之一。
目前国内电力资源的浪费相当严重，工业与民用用电能耗过高，节电的潜力非常大。
依靠创新和技术进步，积极推广节约用电的新技术、新产品，降低单位产品电能耗和成本，增强企业的竞争力是我国经济可持续发展的重大战略任务。
当前从中央到地方都在深入贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》，建设部建办质函（2005）89号《关于开展全国建筑节能专项检查的通知》、自2005年12月1日起实施的《乌鲁木齐市建筑节能管理条例》以及新疆蓝图审查办公室根据《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005编制的电气专业设计节电要点和电气专业建筑工程施工图文件审查表（节电部分）等都是具体贯彻节能措施的保证。
国内就三相配电变压器、高效电动机、电缆的经济电流选择方法和绿色照明等召开了多次节电管理与技术研讨会，已经编制或即将编制节电产品的国家节电标准和指标，可使我国的配电变压器、电动机、照明、电缆等自身的能耗进一步减小，从而使我国供配电系统的电能损耗降低，达到节约用电的目的。
在此，笔者就6~10kV永磁机构真空断路器和永磁式交流接触器的特点及应用做个论述，有助于推广应用节电的新技术、新产品，推进科技创新和技术进步，加快我国节约型社会的进程。
1、真空断路器1.1 真空断路器现状自1961年美国GE公司研制成功真空断路器以来，凭借其优越的技术性能，在电力系统、工业与民用建筑6~10kV配网中得到广泛的应用。
特别是在6~10kV电压等级的配电装置上，真空断路器在容量较大回路上的应用已占主导地位，它不仅体积小、重量轻、无油化、不燃，且能可靠地接通和断开较大的负荷电流，在线路发生短路故障时也能快速、可靠地切断回路。
真空断路器按绝缘划分为：空气绝缘和复合绝缘；按结构划分为：一体式和分体式；按操动机构划分为：电磁操动机构和弹簧操动机构。
断路器的各种操作机构的区别
我们在现场碰到的开关一般分为多油（比较老的型号，现在几乎见不到了）、少油（一些用户站还有）、SF6、真空、GIS（组合电器）等类型。
这些讲的都是开关的灭弧介质，对我们二次来说，密切相关的是开关的操作机构。
机构类型可分为电磁操作机构（比较老，一般在多油或少油断路器配的是这种）；弹簧操作机构（目前最常见的，SF6、真空、GIS一般配有这种机构）；最近ABB又推出一种最新的永磁操作机构（比如VM1真空断路器）。
6.2 电磁操作机构电磁操作机构完全依靠合闸电流流过合闸线圈产生的电磁吸力来合闸同时压紧跳闸弹簧，跳闸时主要依靠跳闸弹簧来提供能量。
所以该类型操作机构跳闸电流较小，但合闸电流非常大，瞬间能达到一百多个安培。
这也是为什么变电站直流系统要分合闸母线控制母线的缘故。
合母提供合闸电源，控母给控制回路供电。
合闸母线是直接挂在电池组上，合母电压即电池组电压（一般240V左右），合闸时利用电池放电效应瞬间提供大电流，同时合闸时电压瞬间下降的很厉害。
而控制母线是通过硅链降压和合母连在一起（一般控制在220V），合闸时不会影响到控制母线电压的稳定。
因为电磁操作机构合闸电流非常大，所以保护合闸回路不是直接接通合闸线圈，而是接通合闸接触器。
跳闸回路直接接通跳闸线圈。
合闸接触器线圈一般是电压型的，阻值较大（一般几K）。
保护同这种回路配合时，应注意合闸保持一般启动不了。
但这问题也不大，跳闸保持TBJ一般能启动，所以防跳功能还存在。
该类型机构合闸时间较长（120ms~200ms），分闸时间较短（60~80ms）。
6.3 弹簧操作机构该类型机构是目前最常用的机构，其合闸分闸都依靠弹簧来提供能量，跳合闸线圈只是提供能量来拔出弹簧的定位卡销，所以跳合闸电流一般都不大。
弹簧储能通过储能电机压紧弹簧储能。
对弹操机构，合闸母线主要给储能电机供电，电流也不大，所以合母控母区别不太大。
保护同其配合，一般没什么特别需要注意的地方。
合闸弹簧和跳闸弹簧是独立的，储能机构一般只给合闸弹簧储能，而跳闸弹簧一般是靠断路器合闸动作储能.在合闸回路中串联有开关储能接点，也就是说开关未储能就不能进行合闸。
牵引变电所27.5KV真空断路器永磁操作机构存在问题的
牵引变电所27.5KV真空断路器永磁操作机构存在问题的浅析摘要：本文通过对电气化铁道牵引变电所27.5kv真空断路器永磁操作机构的结构和原理介绍，结合实际运用情况，指出永磁操作机构在电气控制和机械作用部分存在的问题，分析存在问题，并提出解决问题的方法。
关键词：真空断路器永磁机构存在问题abstract: in this paper, the structure and principles of the electrified railway traction substation 27.5kv vacuum breaker permanent operating mechanism introduced, combined with the practical application of the case, pointed out that the permanent operation of institutions in the part of the problems of electrical control and mechanical action, analyze problemsand to propose a solution to the problem.keywords: vacuum breaker permanent institutions problems 中图分类号：tm63 文献标识码：a文章编号：一、引言目前电气化铁道牵引变电所27.5kv真空断路器的分合闸操作机构常用的有三类，一是电磁操动机构、二是弹簧操动机构、三是永磁操动机构。
电磁操作机构已使用50多年，技术落后，操作功率大，合闸时间长，对电源要求高，而且机械部分故障率高；弹簧操动机构现在广泛应用的，它是利用弹簧能进行分合闸操作，合闸速度快而且合闸电流小，从而对电源要求低，但弹簧机构也有其自身不可克服的缺点：零件数量多约为200个，加工精度高，制造工艺复杂，成本高，产品可靠性不易保证，机构动作冲击力大，输出力特性与本体反力特性配合较差；永磁操作机构突破了传统操作机构的原理，构思巧妙，技术上有较大创新，已成为真空断路器操作机构的发展趋势，优点是结构简单，零部件少，可靠性高。
这个高压断路器真奇怪，很多电工都没正确区分
这个高压断路器真奇怪，很多电工都没正确区分好了回到正题，我们今天主要是分享一下永磁式真空断路器的特点和优势，很多电工都不清楚。
1.首先我们来了解一下永磁真空断路器和弹簧式真空断路器的区别，在了解之前我们先来认识一下他们的外形是怎么样的？？永磁真空断路器VS1外观整体上来说，它们两者也没有什么多大的区别，主要还是在内部结构上区别很大，当然细说的话，内部有很多不一样。
平常我们弹簧式的真空断路器接触的都比较多，一般都用于10KV高压柜，价格还是挺贵的。
①弹簧机构真空断路器的内部机构有200余零件构成，传动环节复杂，其中任何一个零部件出现故障都会导致断路器无法正常工作，机械传动可靠性差。
所以维修起来也是相当复杂，一般电工还真搞不定，但是这种断路器一般容易出现故障的也就几个地方，一：电路板，二：线圈，三：微动开关。
机构如果出现故障或者电机出现故障都不是很好更换，最好联系厂家进行更换，当然如果你技术很牛，你也可以自己更换。
内部内部结构还是很复杂的，电路板，微动开关，线圈，弹簧，电机，传动机构，这个是我们现在图片上可以看到的。
②永磁式真空断路器：采用永磁式操作机构，机构仅有9个零部件组成，传动环节极其简化，机械传动有极高的可靠性。
永磁式真空断路器与弹簧机构真空断路器的区别在于机械零部件更加的简化，机械传动的可靠性更加的高，因为结构复杂弹簧机构真空断路器出现故障的概率远比永磁式真空断路器高出许多，而且维修也会相对困难！二、永磁式真空断路器的特点！！（大家在使用任何厂家的元器件都有参照厂家说明书可以看到这些信息哦）①机构为闭环磁路设计，不漏磁，满足各种工况条件使用。
②永磁体不受冲击，不会因此退磁、破损而影响使用。
③永磁体使用环境温度在60摄氏度以下，不会因此退磁影响使用。
三、永磁式真空断路器的技术参数！！机械寿命：12万次合闸电流：28A（用于20、25KA）、32A（用于31.5KA）、60A（用于40KA）分闸电流：2A操作电压：DC220V注意：需交流操作时，断路器配充电电源及电容使用四、永磁式真空断路器的主要技术参数！！①额定电压：12KV②额定电流：630-4000A额定短路开断电流：20、25、31.5、40KA额定短路持续时间：4S机械寿命：4万次永磁机构寿命：12万次刚分速度：1.1m/s以上这些参数，在我们进行选择的时候都非常的重要我们需要多注意！关注我们，获取更多电气知识，喜欢我们可以私信我们，获取更多系统的电气成套技术视频！。
基于永磁机构的真空断路器
中图分类号 ：Ｐ １ ＋５ Ｔ ２ ｌ．３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６ ４ ｌ （０ ０）５ ０ ２ — ２ １０ — ３ １２ １ ３ — ０ ９ ０
零 部 件 也 较 多 ， 积 也 大 。 部 件 的 增 加 会 降低 机 构 的可 靠 性 。 上 体 零 综 Ｏ 引言 随着 国民 经 济 的发 展 和 人 民物 质 文 化 生 活 水平 的 不 断 提 高 ， 人 所 述 ， 电磁 机 构 的最 大 缺 点 是 操作 电流 大 ， 构 体 积 大 ， 机 机械 锁 扣 装 们 对 供 电质 量 和供 电 可靠 性 的要 求 越 来 越 高… 断路 器 的分 、 动 作 置 较 复 杂 。 。 合 可靠 性 对 供 电可 靠 性有 较 大 的影 响 ， 响 断 路 器 可 靠 性 的 因素 主 要 影 １２弹簧操动机构 弹簧操动机构 以交流 小功率储 能，小功 率 ＿ 有以下几个方面 ① 断路器 的绝缘性能。 断路器的开 断性能 。 ： ② ③ 电能 供 给 脱 扣 线 圈进 行 分 、合 闸 操作 ， 已广 泛 应 用 于 少 油 、 Ｆ Ｓ ６开 断 路 器 机 械 性 能 的可 靠 性 ， 是 开 关 本体 的 机 械 性 能 ， 是 操 动 机 关。 过 凸 轮 曲 线及 连 杆 传 动 变换 ， 冲 结 构 的改 进 ， 一 二 通 缓 以满 足 真 空 灭 构 的 可靠 性 ， 且 实 现 操 动 机 构 的 可 靠性 难 度 较 大 。 从 上 面 几 个 方 弧 室 的 特 殊 要 求 ， 且 可做 到 少 维 护 的 要 求 。 它 的 操作 功 可 以从 数 而 并 面 看 ， 证 断路 器 在 电 力 系 统 中可 靠 运 行 ， 动 机 构 在 断 路 器 中 占 十 焦 耳 到 数 干 焦耳 ， 械 寿 命 可 从 数 千 次 到 数 万 次 。 但 是 弹 簧 机 构 保 操 机 有重 要 的地 位 。 它 不但 要 保 证 断 路器 长期 运 行 中动 作 的 可 靠 性 ， 零 件 数 较 多 ， 动 机 构 较 为 复 杂 ， 动 部 件 多 ， 造 工 艺 要 求 高 ， 即 传 运 制 弹 机械 可 靠 性 ， 且 断 路 器 分 合 闸所 需 时 间和 分 合 闸速 度 的主 要 决 定 簧 机 构 的 结 构 复 杂 ， 销 与 拐 臂 之 间 的 摩 擦 面 多 ， 长 期 运 行 过 程 而 轴 在 因 素 是 操 动 机 构 ｌ 机 构 还 影 响着 断 路 器 开 断 性 能 的 可 靠 性 。 从 国 中 ， 些零 部 件 的磨 损 、 蚀 以及 滑 剂 的流 失 、 化 等都 会 导 致 操作 ３ 】 ， 这 锈 固 际、 国内断路器 的故障统计 数字来看 ， 机械故 障 占大多数 ， 高达 总故 失 误 ， 别 是 锁 扣 部 分 的 复 位 和 闭 锁 ， 存 在 不 可靠 因素 。 特 仍 障 的 ７ ％， ０ 为进 一步 提 高 断 路 器 的 可 靠性 ， 足 当今 社 会 对 高质 量 、 满 １３永 磁 机 构 随 着 真 空 断 路 器 在 中 压 领 域 的 发 展 ，永 磁 材 料 ． 高 可 靠 性 产 品 的需 求 ， 必要 研 制 新 的断 路器 操动 机 构 。 有 性 能 的 提 高 ， 进 的 二 次技 术在 开 关设 备 中 的应 用 ， 年 来 ， 种 用 先 近 一 １ 真 空 断 路 器 的 操 动机 构 于中压真空 断路器 的永磁保持 、 电子控 制的电磁 操动机构（ 简称永 真 空 断路 器 与 其 它 型 式 的 断 路器 例 如 空 气 断 路 器 、 断 路 器 和 油 磁 机构 ） 户 内、 在 户外 中压真空 断路器领 域对传统 的弹簧机构提 出 Ｓ ６断 路 器 的 动 作 特 性 有 很 大 差 Ｓ Ｉ 由 于 真 空 灭 弧 室 优 越 的 绝 缘 了挑 战 ， 起 了开 关 行 业 的 关注 它 的原 理 、 构特 点 、 能 以及 与 Ｆ Ｉｌ Ｊ。 ＇ 引 。 结 性 性 能 ， 得 真 空 断 路 器 的 行 程 很小 ， 由于 真 空 灭 弧 室 是 对 接 式 触 使 又 其 相 配 的 免 维 护 真 空 断 路 器 的 开 发 研 制 已成 为 电器 制 造 企 业 和 运 头 ， 需 的 触 头弹 簧 的压 力 较 大 ， 构 必 须 保 证 在 开 关 合 闸 到 位 时 ， 所 机 行 部 门 的热 点 。 和 传 统 内的 断 路器 操 动 机 构相 比 ， 磁 机 构 采 用 了 永 提供 足够 大 的力 来 克服 触 头 压 力 ， 不 允许 发 生 断路 器 合 不 上 或 出 而 种 新 的 工 作 原 理 ， 电磁 机 构 与 永 久 磁 铁 有机 地 结 合 起 来 ， 免 将 避 现严 重 的触 头 弹 跳 。 空 断 路器 对所 配机 构 的要 求 是 要 提供 较 大 的 真 了合 闸 位 置 机 械 脱 扣 、 扣 系统 所 造成 的不 利 因 素 ， 需 任 何 机 械 锁 无 力 以 克服 触 头 弹 簧 的 反 力 ， 行 程较 小 ， 操 作 功 ／［ 但 即 Ｊ５ ＼１ 。 能而通过永久磁铁产生的保持 力就可使真 空断路器保持在合 、 闸 分 １１电磁 机 构 早 期 设 计 的适 合 真 空 开 关 的机 构 为 电磁 机 构 ［ ． ６ １ ， 位置上 ， 引起 故障的环节少 ， 具有较高 的可靠性 ， 配以控制系统实现 开 关合 闸时 ， 管 式 电磁铁 逐 渐 接近 端 面 ， 生 的 吸 力 会 增 加 ， 样 螺 产 这 真空断路器的高可靠、 维护、 能化。 免 智 就 与 真 空 断 路器 的机 械 特 性 相 匹 配 。 而 传 统 的 电磁 机 构也 存 在 不 然 ２ 真 空断 路 器 操 动 机 构 的原 理 容 忽视 的缺 点 。 由于 传 统 的 电磁 机 构最 早是 为 少油 断 路 器 设计 的 ， 断 路 器 的 机 构 就 是 实现 断路 器 进 行 分 合 闸操 作 ， 服 断 路 器 的 克 而 少油 断路 器 的行 程 较 长 ， Ｄ１ Ｃ ０机 构 的 行 程 为 ６ ｍｍ， 是 后 来 设 ０ 就 反 力 特 性 ， 证 断 路 器 的动 触 头 的 分 、 闸速 度 。 于 是 ， 存 在 一 个 保 合 就 计 的 专 门 用 于 真 空 断 路 器 的 电磁 机 构 Ｃ １ ，其 动 铁 心 的 行 程 为 Ｄ７ 机 构 的 出力 特 性 与 断路 器 的 反力 特 性 的 匹配 问题 ， 空 断 路 器 的 触 真 ５ ｒ 左 右 。根 据 磁 路 的特 点 ， 程 越 长 ， ５ｍ ａ 行 同样 安 匝 数 的 线 圈 的 力越 合 一 小 。 提 供 足 够 的 电磁 力 ， 必须 增 加 线 圈 的安 匝数 ， 般 电磁 机 构 头 行 程 很 小 ， 闸过 程 中 在
永磁机构真空断路器对比弹操机构
永磁机构断路器的技术特点目前国内配真空断路器的操动机构主要有三种：电磁机构、弹簧机构、永磁机构。
永磁机构真空开关是一门跨学科的技术，集真空技术、微机技术、永磁技术等为一体，目前我公司的ERFA永磁真空断路器已通过在西安高压电器研究所的全部型式试验。
1. 真空断路器各种机构的比较：机构名称 合闸功输出 合、分状态保持 控制讯号电磁操动机构 电磁线圈 机械锁扣 机电弹簧操动机构 储能弹簧 机械锁扣 机电永磁机构 电磁线圈 永磁体磁力 数字2. 永磁机构断路器的技术特点：¾配有独特技术的永磁操动机构，机构操作能量小，不存在消磁隐患¾简单的机械传动，使机构免维护成为可能¾控制技术先进，高达十万次机械寿命，毋须更换真空灭弧室，特别适合频繁操作¾重要数据的采集与存储，液晶实时显示网络发送¾适用各种操作电压，系统毋需特殊制作；直流屏不需提供大电流¾设有轻巧的手动脱扣装置。
操作功小，节能¾电子元件抗干扰能力强¾精确的分合闸时间¾多年的运行经验，操作频繁情况良好。
3. 由于真空断路器要完成：合闸与合闸保持、分闸与分闸保持、过流脱扣与自由脱扣等许多规定的操作，不管是电磁机构还是弹簧机构，其结构都显得非常复杂；永磁机构是用微电子技术控制电磁线圈输出功进行合闸和分闸操作，并利用永磁体产生的吸合力使断路器保持在合闸或分闸状态。
精确设计的电子单元，可使永磁机构的出力特性达到十分理想的程度。
结论：通过以上三种机构出力特性的比较，永磁机构的出力特性能与真空断路器的负载特性很好的匹配断路器寿命比较50000100000150000ABC类别次数。
高压真空断路器永磁控制技术的研发
高压真空断路器永磁控制技术的研发摘要：真空断路器的使用量大、面广，操作频繁，可靠性和免维护性的要求很高。
由于永磁机构断路器是采用电子控制，可实现断路器的所用功能，同时还可具有智能化功能。
特别适用于在工作范围内频繁操作和对短路开断操作次数有一定要求的场合，由于其真空电弧无与伦比的特性，使其电寿命大大增加，机械寿命可达到十万次，这就为更好的发挥真空断路器的独特性能提供了可能。
关键词：永磁机构；线圈；指令；存储器1 新品研发的提出35 kV真空断路器需求量很大，并且要求断路器开断次数频繁，可靠性高，目前国内在这一领域尚无成熟产品使用，多采用进口产品，而进口产品价格很高，国内用户对此都望而却步，我公司研究认为开发35 kV永磁机构真空断路器有以下几个优点：此产品用户需求量大，产品利润高；此产品二次控制在国内数领先技术，此断路器具有长寿命和智能化控制等特点，在今后中压开关设备领域将有很大前景。
经研究决定我公司将35 kV永磁机构高压真空断路器列为新品研发项目。
而永磁机构研制的重要部分就是二次控制的开发。
2 永磁机构二次控制的研制2.1 永磁机构的总体结构外型尺寸小，一次、二次合理布局，并满足大批量的工业化生产，并且满足节约成本，满足机械强度是确定永磁机构的总体结构的前提。
2.2 永磁机构二次控制的设计工作原理：控制器的核心部件采用了高性能的单片机芯片，精确控制高压开关的永磁机构，同时通过位置信号检测和储能电容的电压检测控制开关的二次电路2.2.1 电压检测功能控制器电源在上电的过程中，自动检测电容电压，如出现电压异常状态，内部蜂鸣器发出报警信号。
当电容电压下降到100 V以下后，蜂鸣器自动发出报警信号，同时对合闸状态的机构进行自动分闸。
2.2.2 储能电压控制功能控制器的电源电压输入在AC或DC220 V±10%范围内时，电容电压始终控制控制在DC213.5 V，稳定了机构的动作性能。
2.2.3 大电流驱动功能控制器采用了性能可靠的IGBT模块进行驱动输出，最大可承受80 A的峰值电流。
浅析双稳态真空断路器永磁机构的问题和措施
双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨
双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨摘要：通过对实际工作经验的总结，论述了永磁机构传动方式、保持力大小以及与真空断路器匹配时确定永磁机构的合、分闸功及动作特性的原理。
关键词：断路器永磁机构特性配合1 断路器与机构传动方式配合目前，国内外生产的永磁机构（双稳态）动铁心行程（即动铁心与磁轭之间气隙）都比较小（通常不大于25 mm），远小于常规电磁、弹簧、液压和空压操动机构的行程。
因此，目前它还只能配用在触头行程较小的中压真空断路器上。
如果单从满足断路器行程方面要求，可以通过放大传动机构的输出行程，满足大行程断路器要求。
但是，目前国内外生产的永磁机构的分、合闸力也较小，通常在2 000～4 000 N ，最大也不大于6 000 N。
在将它与断路器配用中，往往只能利用传动机构的行程缩小、作用力放大，而不能利用行程放大、作用力缩小的功能。
12 kV 真空灭弧室的触头开距一般约为10 mm ，当触头弹簧直接设在动触杆上，超程约3 mm 时，真空灭弧室要求行程（触头开距加超程）为13 mm 左右。
如果选用行程为25 mm 的永磁机构，就需设计中间传动机构使行程匹配，而且在设计传动比时必须考虑行程损失因素。
40. 5 kV 真空灭弧室触头要求行程约25 mm（开距约20 mm ，超程约4. 5 mm），正好与行程为25 mm的永磁机构相匹配，可采用操动机构与真空灭弧室动触杆同轴连接的传动方式。
这样不仅可以减少行程损失，而且有利于抑制合闸弹跳。
2 永磁机构分、合闸状态保持力的选择永磁机构结构简单，动作可靠性高，无需合分闸位置机械保持和脱机装置，它是由永久磁铁产生的吸力使断路器保持在分、合闸位置[1 ] 。
真空断路器要求一定的触头接触压力，因此，永磁机构的吸力不仅要能克服触头弹簧的反作用力和其他反力，而且还必须具有足够的合闸位置有效保持力，防止受到外界可能因素作用下（机械震动、电动力等）出现自动误分闸。
双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨
5真空断路器分、合闸时间的确定
配用永磁机构的真空断路器分闸时间通常可达到30 ms左右，从12～40. kV配电网络要求出发，无需断路器具有这么短的分闸时间，通常具有50 ms分闸时间就足够了。
当断路器分闸时间偏短时，很难在断路器或操动机构上采取延长分闸时间的措施，通常只有在分闸操作回路出口处增装延时继电器，使断路器分闸时间延长到50 ms左右，断路器的合闸时间通常在40～4ms。12～40. kV中压断路器具有这么短的合闸时间也是少见的。合闸时间短一些对断路器和电力系统都没有什么负面作用，无需采取措施将其延长。
真空断路器的触头弹簧在合闸过程中可以起到缓冲作用，只要触头弹簧参数设计合理，无需另外装设合闸缓冲装置。
参考文献:
[1 ]游一民，郑军，罗文科.永磁机构及其发展的动态[J ] .高压电器，2001，3:4-7.
电源电压的降低对断路器的分、合闸时间影响很大，因为电源电压低，激磁时间就长。例如，
ZW□- 12/30 -0真空断路器，额定电压操作时分、合闸时间分别为30 ms和4ms；当分闸电压为额定电压的6%时，分闸时间增长到40 ms；当合闸电压为额定电压80 %时，合闸时间增长到6ms。因此，在测试断路器分、合闸时间时必须采用额定电压。
双稳态永磁操动机构与真空断路器的特性配合问题探讨
摘要：通过对实际工作经验的总结，论述了永磁机构传动方式、保持力大小以及与真空断路器匹配时确定永磁机构的合、分闸功及动作特性的原理。
关键词：断路器永磁机构特性配合
1断路器与机构传动方式配合
目前，国内外生产的永磁机构动铁心行程都比较小，远小于常规电磁、弹簧、液压和空压操动机构的行程。因此，目前它还只能配用在触头行程较小的中压真空断路器上。
永磁机构在中压真空断路器中的应用分析
永磁机构在中压真空断路器中的应用分析摘要：这里对中压真空断路器的几种操作结构的特性、优缺点做了对比，详细的分析了永磁机构的结构、特点以及动作原理和适用性、实用性等，分析了永磁机构在中压真空断路器中的应用。
关键词：永磁机构、中压真空断路器、应用引言：现在，国内外在电力系统中使用的中压真空断路器品种多样，型号众多，每一种中压真空断路器都有其各自的特点和优缺点。
为满足中压真空断路器的高要求，结构高度简化、节能和高可靠性的永磁机构被研究出来，以适应中压真空断路器的真空灭弧室优异的开断特性，同时也奠定了研究新一代免维护断路器的基础。
一、永磁机构的出现随着电气化铁路运营里程的增长，高速、重载已成为电气化铁路发展的方向，这就要求牵引供电系统为电力机车提供更安全、经济、可靠和高质量的电能，但由于换相过程中极易产生过电压和合闸涌流，对牵引变压器的冲击很大，极大制约自动过分相技术的发展。
自动过分相转换装置的核心部件是真空负荷开关，而真空负荷开关的长寿命和可靠性是急需解决的问题。
从技术上讲，真空灭弧室技术的发展，使其电寿命大大增加。
其机械寿命从传统的两千次跃增为几万次，因此，与其配合的操动机构的机械寿命及可靠性成为较突出的问题。
传统的弹簧操动机构，结构复杂，零件数量多，且加工精度要求高；电磁机构虽然机构相对简单，零件数量少，但电源电压波动对合闸速度影响较大，操作电流大，无法调控分合闸速度和相位；使用寿命没有根本突破，对电力系统操作的过电压和合闸涌流的控制更无从谈起。
近年来，伴随着电子电力技术发展出现了一种新型的操作机构-永磁机构。
它采用全新的原理和结构，很好的解决了真空灭弧技术与原有操作机构不匹配的问题。
二、中压真空断路器中的应用分析操动机构我们常说它是真空断路器的神经中枢，它的工作原理、性能参数和制造精度决定了真空断路器的性能参数、操控精度、机械寿命和可靠性水平等数据内容。
从国内、外运行经验和统计数字看，中压真空断路器发生故障时，大都出现在操动机构上约占故障率的83.6%。
真空断路器永磁操作机构存在问题探讨
９ ７
令 时 ， 流接 触 器 Ｆ 直 Ｃ线 圈受 电 ， Ｃ动 作 其 触 头 闭 Ｆ
，
合， 电磁 线 圈 Ｙ Ｃ通 以反 向 电流 使 断 路 器 分 闸 。直
流接触器控制分闸存在以下问题 。
２
＿ ＩＬ＿ 一 ＿
５ｌ
图 ２ 永 磁 机构 控 制原 理 图 １ 永 磁 操 作 机 构 结构
操作 机构 必须克 服 如此 巨大 的 电动 力 ， 能 关合 断 才
路器 。 １２ 保 持合 闸 ．
为 了缩小 断 路器 整 体尺 寸 和 降低 能耗 ， 闸线 合
圈被设 计成 短时 工作 制 ， 允许 在 很 短 的时 间 内通 只
以合 闸 电流 ， 若通 电时 间过长 ， 烧毁合 闸线 圈。这 会 就要求 操作 机构 在合 闸线 圈失 电后 ， 仍能 将 断路 器 保 持在 合 闸位 置 。
并进行 了探讨 。
关键词 ： 真空断路器 ； 永磁机构 ； 存在 的问题
中 图分 类号 ：Ｍ５ Ｔ ６
真空 断 路器 是 牵 引变 电 所 牵 引 侧 常 见 的断 路 器 ， 真空灭 弧室利 用 了真 空介 质 良好 的绝 缘性 能 其 与灭弧 性能 。真空 断 路 器具 有 动 作 噪声 小 、 修 工 维 作 量少 等优点 。操 动 机 构是 一 种 机 电一 体 化 设备 ， 在 电力 系统 中与断 路 器 等 高压 开 关 电器 配 合 工作 ， 其重要 功能 为 ： 驱使 断路器 分合 闸 ； 持断 路器合 闸 维 状 态 。 目前牵 引变 电所 ２ ．ｋ ７ ５ Ｖ真 空断 路器 的操作 机 构有三 类 。即 电磁操 动机 构 、 弹簧操 动机 构 和永 磁操 动机 构 。常用 的 电磁 操 作 机 构操 作 功 率 大 ， 合 闸时间长 ， 电源要 求 高 ， 且 机 械 部分 故 障 率高 。 对 而 现 在广泛 应用 的弹 簧操 动机 构 ， 用 弹簧 能 进 行分 利
谈真空断路器性能分析
谈真空断路器性能分析摘要：断路器是关系到电网稳定运行和用电可靠性的前提保障, 它的性能关系到电网的每一刻运行。
本文对真空断路器的特点和分、合闸弹跳等各方面对真空断路器机械特性进行了有意义的探讨。
关键词：真空断路器；绝缘特性;分、合闸性能分析引言：从目前的使用状况来看, 抽查中暴露的主要问题表现之一就是产品机械特性的缺陷，如触头行程、平均分、合闸速度实测值超出产品技术条件的规定范围。
显然, 为了提高其产品的质量, 对断路器机械特性的主要技术参数进行有意义的探讨是必要的。
1.真空断路器的主要特点1.1 真空的绝缘特性真空具有很强的绝缘特性, 在真空断路器中, 气体非常稀薄, 气体分子的自由行程相对较大, 发生相互碰撞的几率很小, 因此, 碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原因, 而在高强电场作用下由电极分析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。
真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小、电场的均匀程度有关, 而且受电极材料的性质及表面状况的影响较大。
真空间隙在较小的距离间隙( 2～3mm) 情况下, 有比空气与SF6 气体高的绝缘特性, 这就是真空断路器的触头开距一般不大的原因。
电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度( 抗拉强度) 和金属材料的熔点上。
抗拉强度和熔点越高, 电极在真空下的绝缘强度越高。
实验表明, 真空度越高, 气体间隙的击穿电压越高, 所以, 要保证真空灭弧室的绝缘强度。
1.2 真空中电弧的形成与熄灭真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别, 气体的游离现象是产生电弧的主要因素, 真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。
同时, 开断电流的大小不同, 电弧表现的特点也不同, 所以,我们一般把它分为小电流真空电弧和大电流真空电弧。
1.2.1 小电流真空电弧触头在真空中开断时, 产生的电流和能量集聚在阴极斑点, 从阴极斑点上大量的蒸发金属蒸汽, 其中的金属原子和带电质点的密度都很高, 电弧就在其中燃烧。
真空断路器永磁操动机构的优化设计
真空断路器永磁操动机构的优化设计摘要：本文将模拟退火法应用于真空断路器永磁操动机构的优化设计，在对35kV真空断路器永磁操动机构进行磁路分析的基础上，建立了数学模型，并对其中的永磁体的主要参数进行了优化计算，改变了原样机永磁体的尺寸，可使样机体积更小、成本更低。
关键词：永磁操动机构优化设计模拟退火算法磁路计算1 前言真空断路器因其高可靠性、高稳定性、免维护、寿命长等特点，多年来一直是中压领域的主流产品。
操动机构作为断路器的执行元件，其可靠性成为关键。
近年来，一种电磁操动、永磁保持、电子控制的操动机构受到广泛关注。
这种操动机构由于取消了脱、锁扣装置，而采用永久磁铁进行终端位置的保持，动作元件和零部件数目明显减少，因而可靠性大大提高。
由于永磁机构涉及到电路、磁场和机械部分，它的场域比较复杂，因此用传统的设计方法对永磁操动机构的结构尺寸、材料等参数进行选定往往不能达到最优结果，需要借助于最优化技术和计算机辅助设计方法才能达到产品优化设计的目的。
本文对35kV真空断路器永磁操动机构进行了磁路分析，建立了数学模型，应用一种随机类全局优化方法――模拟退火法，对永磁操动机构的核心部分――永磁体的尺寸进行了优化计算。
2 永磁机构结构的结构形式和磁路分析图1所示为双稳态、双线圈永磁机构示意图。
当断路器处于分闸（或合闸）位置时，分（合闸）线圈无电流通过，永久磁铁利用动、静铁心提供的低磁阻抗通道将动铁心保持在分闸(合闸)位置。
当有合闸（分闸）动作指令时，合闸（分闸）线圈中通过电流，产生了与永久磁铁相反方向的磁通，两磁场叠加产生的磁场力使得动铁心向合闸（分闸）位置动作，完成关合（或断开）动作。
3 永磁操动机构的数学模型和优化方法1、目标函数及设计变量由于真空断路器大部分时间工作在合闸状态，即操动机构长期工作于合闸保持状态，这就要求操动机构能够提供可靠、持久、准确的保持力以克服触头弹簧反力及短路故障电流所造成的冲击力。
而永磁操动机构所提供的静态保持力是由永磁体磁通产生的，所以永磁体是永磁操动机构的核心部分，需要对其尺寸进行优化。
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永磁机构真空断路器的结构技术比较讨论1 引言永磁机构已在我国制造部门和运行部门形成了热潮,国家电网公司在"关于发布《国家电网公司重点应用新技术目录》的通知"(国家电网科(2006)323号)中明确将永磁操动机构、小型化、免维护的真空技术列为配电与用电的新技术应用方向。
在2006年3月出版的《高压开关》杂志上读到大连电业局李阳修的文章《再谈永磁机构问题》,从中看到这项技术在我国的应用与世界先进水平之间还存在着一定的差距。
因为工作原因,我有幸接触到了永磁操动机构真空断路器这一领域中的世界前沿技术,特瑞德电气的单稳态永磁真空断路器ISM它的磁性材料配方和设计结构来自于前苏联军事实验室的尖端科研成果,不仅体现了这项技术的普遍优越性,而且是目前世界唯一的全部直动式操动机构的中压真空断路器,具有特殊的长寿命和高可靠性。
下面根据李先生在文章中列举的永磁机构在运行中的问题,谈一点自己在这方面浅显的认识。
2 永磁操动机构不同类型及结构的比较永磁操动机构真空断路器尽管被公认为中压开关的换代产品,代表了中压开关发展的方向,但是由于存在着不同结构和原理的永磁机构真空断路器,因而在其应用过程中也存在着一些争议。
在永磁机构断路器的研究和应用领域,从最初的永磁机构操动原理派生发展出来了各种不同原理和结构的永磁操动机构,归纳起来可以分为两个类型:单稳态永磁操动机构和双稳态永磁操动机构。
其中双稳态永磁操动机构的工作原理为分闸与合闸及保持都靠永磁力;单稳态永磁操动机构的工作原理为在储能弹簧的帮助下快速分闸,并保持分闸位置,只有合闸保持靠永磁力。
从世界上第一台永磁真空断路器投入商业运行,到现在已超过17年的时间。
综合比较各种结构永磁真空断路器的应用情况,可以看到单稳态永磁机构真空断路器通过电磁合闸、永磁保持及弹簧分闸,克服了弹簧操动机构和双稳态永磁操动机构断路器的不足之处,综合体现了弹簧操动机构和磁力操动机构与真空灭弧室反力特性的良好配合具有优异的机械特性及电气特性,能给出适当的合闸速度和分闸速度。
而且,单稳态机构断路器所需的操作功率与双稳态结构断路器相比显著减小这种结构的断路器具有更长的使用寿命和更高的可靠性。
这项技术稳定地发展到今天,已成为能经受住时间考验的成熟技术。
但是,在中国国内的应用推广上,由于某些较早进入中国市场的国际知名大公司选择了双稳态结构作为真空断路器的研发方向,在一定程度上对中国市场形成了误导,尤其对国内的生产企业形成了误导。
今天,我们所看到的国内企业自行开发的永磁真空断路器都是双稳态结构的。
双稳态永磁操动机构真空断路器开始在中国应用以来,在短短几年的应用中出现了一些问题,其中就包括了该作者在他的文章中提到的那些问题,还有如分闸速度不尽合理、分闸操作不彻底、因操作功率大而受到电容器容量的限制、结构上仍然较为复杂而元法杜绝机械故障等其中部分是由于结构设计和工作原理的缺陷带来的问题部分是由于国内企业在产品质量控制方面的缺陷带来的问题,给整个永磁真空断路器的应用蒙上了些许阴影。
图1所示的左半部分为传统弹簧操动机构真空断路器的外形及结构简图,右半部分为单稳态永磁真空断路器,图2所示为双稳态永磁真空断路器。
表1、表2所示内容分析了单稳态永磁操动机构真空断路器与双稳态永磁操动机构真空断路器的特点,希望能为国内开关用户和制造企业提供一点启示:李先生在文章中提到的永磁-机构的缺点中包括分合闸控制系统缺陷，其中关于分闸控制系统的问题,单稳态永磁操动机构已经很好地解决了,它可以进行手动分闸,因为它的分闸速度和分闸保持都靠分闸弹簧进行,所以手动分闸的速度与电流脉冲分闸的速度是一样的。
关于手动合闸的问题,单稳态永磁操动机构从原理上不能进行手动合闸,但是,由于所有的二次系统都需要辅助电源任何人都不应该在没有任何保护装置的情况下进行手动合闸;当您为二次系统配备了一套UPS电源时这个电源就可以用来对断路器进行合闸操作,尤其是ISM断路器,合闸功率只有50W,很容易得到合适的UPS电源。
3 单稳态永磁真空断路器原理及结构简介单稳态永磁真空断路器操动机构的原理结构设计新一代的单稳态永磁机构尺寸非常小,每相一个操动机构,这项成果被视为中压真空开关诞生以来该领域中出现的最大突破。
图3所示为三相独立单稳态永磁机构的结构设计。
工作原理单稳态永磁操动机构的运动部件在目前所有操动机构中最少,而且完全直线运动,因此可将机械部件的磨损减到最小故障率降到最低。
机构的中心部分有两块软磁性合金材料,可提供超过230kg的触头压力。
合闸位置时依靠闭合磁路产生的触头压力将机构保持在合闸位置,磁辄将单线圈封在中间,线圈为机构操作提供能源。
(1)合闸操作在分闸位置,真空灭弧室的动触头由与驱动绝缘子连接的分闸弹簧保持在分闸位置。
需要实行合闸操作时,控制模块内的合闸电容器向机构线圈内注人一个脉冲电流,当动静触头接触后,动触头停止运动,但动铁心继续运动2mm,压缩触头的压力弹簧口动铁心和磁扼之间通过磁力实现锁扣,这时线圈电流进一步增大,磁性材料的磁通达到饱和状态。
因此,在合闸位置切断控制模块发出的线圈电流时,此饱和磁通使动铁心保持在合闸位置。
动铁心运动的同时使分闸弹簧储能,为下次分闸操作做好准备。
(2)分闸操作分闸操作时,控制模块内的分闸电容器向机构线圈注入一个反向脉冲电流,时间为1540ms。
该电流对机构中心的磁性材料产生部分消磁作用,减小了合闸保持力,这时已储能的分闸弹簧和触头压力弹簧的反向力使动铁心释放,向分闸方向加速运动,最终靠分闸弹簧保持在分闸位置。
如图3所示,ISM型单稳态永磁操动机构真空断路器的所有开关元件轴向对称布置,均为直线运动,省掉了电机、齿轮、连杆、链条和机械锁扣等零件。
对真空断路器的故障统计分析显示:75%的断路器故障为机械故障。
三相独立机构的使用是单稳态永磁机构断路器最主要的优点,机构和真空灭弧室之间的大部分机械连接元件被去掉了,只剩下一个活动部件,相对于传统断路器至少有上百个活动零部件来说,它几乎完全消除了产生机械故障的可能性。
ISM进入中国市场几年来在中国运行的单稳态永磁机构断路器已达到数千台未发生过一例机械或电气故障。
而多数双稳态永磁操动机构真空断路器与传统真空断路器一样,由一个机构操动三相开关,必须使用传动件;在元件布置上只是用永磁机构代替了弹簧机构,拐臂连杆等传动机构并没有取消,无法实现完全直线运动,因此不能全面消除机械故障的产生。
电气控制任何永磁机构都需要一个合适的电子控制单元,其作用是为机构线圈提供合适能量,并实现防跳、闭锁以及与开关设备的接口等功能。
作为断路器的一部分,控制单元同样需要高可靠性,设计原则;精选元件,尤其是分合闸电容器;制造原则;软件测试等几方面保证其质量。
其中,分闸电容器与合闸电容器作为储能元件是最重要的,其寿命主要受温度影响。
另外,断路器的低能耗设计也是保证电容器长寿命的一个因素,单稳态永磁机构断路器控制模块注入到操动机构线圈的最大合闸电流峰值只有10A(20kA型)、17A(315kA型),分闸电流只有1A。
单稳态永磁机构断路器的真空灭弧室技术由于要与可靠性高、寿命长并适于频繁操作的永磁操动机构相匹配真空灭弧室性能的改进显得非常迫切。
既需要提高其对故障电流的开断能力,又需要改善其在负荷电流下的可靠性。
ISM型单稳态永磁机构断路器的真空灭弧室在触头系统设计和密封性能两方面实现的突破性改进使其在可靠性和使用寿命上完全与其操动机构的性能相匹配。
纵磁场能改善真空电弧在触头表面的分布状况,减轻触头在电弧下的烧蚀程度。
真空电弧可被视为具有巨大能量的放电现象它能将触头表面严重烧损,只有使电弧迅速而均匀地分布在触头表面,将触头表面上每个点的电流密度降至最低,才能最大程度地提高真空灭弧室触头系统的性能。
均匀纵磁场下的大电流真空电弧1967年,Ito和Okura第一次提出了关于纵磁场在控制大电流真空电弧上的应用,试验中发现,采用纵磁场分布的真空灭弧室的开断能力能够显著提高(约提高50%~100%)。
更多的研究显示,纵磁场控制电弧的能力依赖于磁场的强度。
如果磁场太弱,阴极斑点不稳定,甚至会脱离触头的水平表面;但磁场太强时,阴极斑点则不能分布于整个触头表面;只有当对于磁场强度达到一定区间值时,阴极斑点才能分布于整个触头表面。
图4所示为特瑞德的研究人员在真空灭弧室中利用纵磁场得到最优化的阴极斑点分布示意图。
非均匀纵磁场下的大电流真空电弧商业用真空灭弧室一直致力于非均匀纵磁场的研究。
首次将纵磁场应用于真空灭弧室产品是在20世纪70年代。
20世纪80年代初期发现了非均匀纵磁场对真空电弧的影响。
大量对不同磁场结构的试验显示,在特定电流和磁场结构下,无论磁场强弱,阴极斑点都会移动。
研究发现,触头边缘部位具有类似磁屏障的强磁场,触头中心区域强度最弱的磁场结构是最优化的磁场结构,通过测量触头阴极电流密度而得到证明。
此外,在电极的中心区域不需要纵磁场来限制阴极斑点及稳定电弧。
具有纵磁场结构和最佳触头材料真空灭弧室要将上述研究成果应用到真空灭弧室产品中,还需要做许多工作,包括确定最佳的触头形状、选择最适合的触头材料等。
触头形状能决定纵磁场的结构,并因此决定电弧的分布。
触头材料则要同时满足真空灭弧室苛刻的电气性能要求和机械性能要求。
例如触头材料应具有极强的抗熔焊性能因此它需要具有良好的导电性能和较低的熔焊机械强度;同时又要求触头材料具有较高的非电气性能(这一点在很大程度上与机械强度相关);还需要它具有良好的导热、导电性能以提供高开断能力。
特瑞德通过研究发现,几种不同材料相配合产生的特殊合金材料可满足以上要求。
利用这种合金触头生产的真空灭弧室,在额定电流下的开断次数很容易达到10万次以上在额定短路电流下能开断100次。
通过创新设计和工艺提高金属波纹管的真空密封性能除触头系统以外金属波纹管的密封性能是决定真空灭弧室寿命的另一个重要因素。
传统的金属波纹管由不锈钢冲压而成,如图5(a)所示,在灭弧室的分合过程中,极高的加速度会对波纹管产生巨大压力,波纹管因疲劳产生漏气是目前真空灭弧室故障的主要原因。
ISM单稳态永磁真空断路器所用的波纹管由一组不锈钢环片在内侧和外侧交替焊接而成。
采用这种设计的波纹管,在分合操作过程中机械应力均匀分布到整个环片上,单点受到的压力大大减小,如图5(b)所示。
这项技术的应用不仅使真空灭弧室实现外型小巧,而且其额定机械寿命可达到15万次。
4 结束语单稳态永磁操动机构断路器可被描述为一种不需要机械控制和闭锁的单稳态开关,它的机械操作次数可轻易达到10万次以上同时不需要任何维护。
这种操动机构与一个基于微处理器技术的控制模块配套使用。
控制模块的作用是为操动机构提供能量,提供断路器所必须的电气接口,同时还具有实时监控功能并易于和监视控制与数据采集系统结合。