用于断路器的操作机构的制作方法

1.本主题总体上涉及一种电力系统。更具体地，本主题涉及一种电力系统中的断路器的操作机构。


背景技术：

2.发生在电力系统的电力线中的电气故障可以由多种因素引起，这些因素包括设备故障、过载、短路或环境条件。电气故障可能是危险的，并且在某些情况下会危及生命。因此，电气故障的清除对于确保电力系统的安全运行是至关重要的。保护系统可以用于向电力系统提供保护，以防止电气故障，保护系统例如为智能电子装置(ied)、一个或更多个逻辑电路、一个或更多个传感器、一个或更多个继电器、以及一个或更多个断路器。
3.在电气故障期间，断路器可以将电力线中的电力流中断，因此防止对电力线和/或与电力线相关联的设备的进一步损坏。此外，为了清除短路电气故障以及为了异相开关操作，自通风(self-blast)式设计的sf6气体断路器可以用于低电流中断以及高电流中断。可作为带电箱壳断路器(ltb)市售的自通风式设计的sf6气体断路器可以设置有电弧辅助式断续器。
附图说明
4.通过以下描述和附图将更好地理解本主题的特征、方面和优点。在不同的附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的特征和部件。
5.图1示出了根据一示例的具有智能电子装置的电力系统；
6.图2示出了根据一示例的断路器；
7.图3示出了根据一示例的断路器的操作机构；
8.图4示出了根据一示例的阻尼元件；
9.图5示出了根据一示例的断路器的操作机构的闭合弹簧系统；以及
10.图6示出了描述根据一示例的断路器的操作特性的曲线图。
11.在整个附图中，相同的附图标记表示类似但不一定相同的元件。附图不一定是按比例的，并且某些部分的尺寸可以被放大以更清楚地图示所示的示例。此外，附图提供了与说明书一致的示例和/或实施方案；然而，说明书不限于附图中提供的示例和/或实施方案。
具体实施方式
12.在电力系统中设置有包括逻辑电路、传感器、继电器、断路器、熔断器、隔离器、仪表互感器和其他保护装置的保护系统，以在任何电气故障期间对电力系统的电气设备进行控制、保护和隔离。电气故障可以对应于电力系统中的异常状况，这种异常状况可能损坏电气设备并干扰电力系统中电流的正常流动。电气故障可以发生在电力系统的三相中的一相或更多相中或者发生在电力线中。
13.在电气故障期间，设置在电力系统中的智能电子装置(ied)可以对电气故障的发
生进行感测。此后，ied可以引起断路器的操作以保护电路免受可能由于电气故障而引起的损坏。例如，电气故障可由于电力系统中的电力线中的过载或短路而发生。响应于ied检测到电气故障，断路器可以将电力线中的电流中断。一旦电气故障被清除，断路器可以手动或自动地复位或者闭合以恢复电力线和电力系统的正常运行。为此，在断路器的断开操作和闭合操作期间需要足够的机械动力，以使移动触头相对于固定触头移动。此外，可以在触头之间喷射介电介质以抑制电弧。
14.在一个示例中，断路器可以是具有自通风式设计的被称为带电箱壳断路器(ltb)的sf6型断路器。此外，用于使移动触头移动以将ltb断开和闭合所需的机械能可以由诸如弹簧操作机构之类的操作机构来提供。弹簧操作机构可以具有机械地储存在弹簧中的势能，特别地，弹簧操作机构可以具有机械地储存在断开弹簧和闭合弹簧中的势能。断开弹簧和闭合弹簧可以分别启动ltb中的断开操作和闭合操作。例如，可以基于待隔离的电力线的额定值或ltb的额定值来使用不同的弹簧操作机构，比如blk、blg、msd和fsa。
15.在闭合操作期间，闭合弹簧可以被释放以使移动触头与固定触头接合。当闭合弹簧被释放时，其对断开弹簧进行加载，其中断开闩锁将断开弹簧保持在压缩位置，直到在断路器的下一次断开操作期间断开信号使断开闩锁释放。此外，闭合弹簧随后立即机械加载，并且通过闭合闩锁保持在该闭合弹簧的压缩位置，直到下一次操作。为此，在闭合弹簧释放期间，储存在闭合弹簧中的势能可以被转换成动能。该动能使移动触头移动或旋转，以将断路器闭合。
16.在释放闭合弹簧期间，闭合弹簧可能弹跳，从而产生排斥力。然而，与以诸如170kv以下的低额定值操作的ltb相关联的闭合弹簧可以以低速度和低能量操作。因此，这种闭合弹簧可以承受小的排斥力，该排斥力可以被闭合弹簧自身克服，以使闭合弹簧静止。
17.然而，与以高额定值操作的ltb相关联的闭合弹簧可以以高速度和高能量操作。由于高操作速度且由于闭合弹簧的快速操作，这种闭合弹簧可能经受高机械应力。因此，闭合弹簧可能无法有效地克服排斥力。结果，闭合弹簧可能以高工作力矩操作，这可能影响闭合弹簧的机械耐久性。由此，闭合弹簧的操作次数或性能可能降低。因此，用于断路器的维护循环次数可能增加并且断路器的可靠性可能降低。
18.描述了一种用于提供断路器用的操作机构的方法。断路器可以设置在电力系统中的电力线上。在一示例中，断路器可以由逻辑电路或智能电子装置(ied)控制或操作。例如，ied在感测到电力系统中的电气故障时可以触发断路器以进行操作。当电气故障发生在电力系统的一相或更多相(称为故障电力线)中时，断路器可以被操作成对故障电力线进行隔离。断路器可以对故障电力线进行隔离，直到电气故障被清除。一旦电气故障被清除，断路器可以闭合以使电力系统继续正常运行。
19.如将理解的，在断路器的断开操作期间可能产生电弧。随后，断路器可以采用灭弧介质，比如油、空气、真空或六氟化硫(sf6)气体，以在断开电力线时冷却并熄灭电弧。在一个示例中，断路器可以是自通风型sf6断路器(称为带电箱壳断路器(ltb))。在这种情况下，ltb可以具有用于灭弧介质(sf6)的通过阀分离的膨胀体积和压缩体积的自通风室。如将理解的，当ltb以低额定值操作时，阀可由于因电弧在sf6的压缩体积中产生的过压而打开。此外，当ltb以高额定值操作时，阀可由于因电弧在sf6的膨胀体积中产生的过压而闭合。
20.断路器的操作机构可以包括壳体。壳体可以形成用于断路器的部件的外壳。此外，
断路器的操作机构可以包括机械驱动的第一轴。例如，第一轴可以是纵向管状旋转元件。第一轴可以插入到壳体内，比如，第一轴可以沿着壳体的轴向轴线插入到壳体内。第一轴可以连接至断路器的闭合弹簧系统。
21.操作机构可以包括定位在壳体内的凸轮元件。凸轮元件可以安装在第一轴上。凸轮元件可以形成可移动的机械联动装置。在一示例中，凸轮元件可以具有垂直于第一轴的纵向轴线延伸的扁平本体。具体地，凸轮元件的第一端部可以连接至第一轴，而凸轮元件的第二端部可以是可连接至断路器的其他部件的。
22.进一步地，操作机构可以包括传动杆。传动杆可以安装在壳体内的第二轴上。在一示例中，第二轴可以沿着壳体的轴向轴线、平行于第一轴且在与第一轴相同的轴向平面内进行定位。此外，传动杆可以设置有第一滚动元件。在一示例中，第一滚动元件可以是滚珠轴承。
23.操作机构还包括支撑组件，该支撑组件联接至壳体的竖向壁的内表面。支撑组件包括具有可移动端部和枢转端部的叉形连接件。叉形连接件的枢转端部刚性地附接至壳体的竖向壁的内表面。叉形连接件的可移动端部可以包括形成第一槽和第二槽的三个叉齿(prongs)。此外，叉形连接件的第一槽以可旋转的方式固定第二滚动元件。在一示例中，第二滚动元件是滚珠轴承。
24.支撑组件还包括阻尼元件。阻尼元件具有第一端部和与第一端部相反的第二端部。阻尼元件的第一端部刚性地枢接在断路器的壳体的上水平表面上。此外，阻尼元件的第二端部联接至叉形连接件的可移动端部。在一示例中，阻尼元件是阻尼缸。例如，第一端部可以经由阻尼弹簧而刚性地枢接至壳体的上水平表面。此外，阻尼元件的第二端部可以以可移动的方式固定在叉形连接件的第二槽内。
25.在断路器的闭合操作期间，断路器的闭合弹簧系统可以被释放以启动断路器的闭合操作。闭合弹簧可以驱动凸轮元件，使得凸轮元件可以与传动杆上的第一滚动元件接合。传动杆附接至第二轴，第二轴又附接至断路器的移动触头。因此，凸轮元件可以向传动杆施加机械力以将断路器闭合。以此方式，传动杆被旋转或推动，由此将断路器闭合。在一个示例中，传动杆可以通过跳闸闩锁(trip latch)而被保持在闭合位置。
26.此外，在闭合操作期间，第一轴上的凸轮元件可以与传动杆上的第一滚动元件脱离接合。一旦凸轮元件失去与第一滚动元件的接触，该凸轮元件可进一步旋转以与叉形连接件上的第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程(stroke)。在这方面，要被支撑组件吸收以提供阻尼的总能量取决于闭合弹簧的行程长度。如可以理解的，行程长度是闭合弹簧的压缩长度与延伸长度之间的距离。特别地，行程长度基于从一种状态(例如，压缩状态)下的静止位置到另一状态(例如，扩展状态)下的静止位置的距离。
27.根据本主题，支撑组件向断路器提供阻尼力。具体地，当凸轮元件与叉形连接件上的第二滚动元件相互作用时，阻尼元件与叉形连接件接触。在操作时，阻尼元件可以吸收当凸轮元件与第一滚动元件失去接触或脱离接合时所释放的能量，并且在闭合阻尼行程期间引起阻尼流体的受限流动。由于支撑组件吸收了能量，闭合弹簧可以不必承受高工作力矩以向断路器提供阻尼。
28.本主题中描述的操作机构提高了断路器在以高速度操作时以及在高能量应用的情况下的鲁棒性。操作机构配装在断路器的受限的常规壳体内，具体地，支撑组件配装在断
路器的受限的常规壳体内。因此，在不增加断路器的整体尺寸的情况下提高了断路器的鲁棒性。支撑组件操作以向凸轮元件提供阻尼。为此，在凸轮元件与支撑组件的第二滚动元件之间不存在物理接触。可以理解的是，本文中描述的操作机构在凸轮元件与第二滚动元件之间的触头处提供更高阶的运动学特性。这也确保了用于提供阻尼作用的支撑组件占用更少的空间。
29.此外，在凸轮元件失去与第一传动杆的接触后，支撑组件的第二滚动元件与凸轮元件接触。这防止了支撑组件的操作对断路器或凸轮元件的速度或行进量(travel)特性的任何影响。此外，支撑组件向断路器提供阻尼并使闭合弹簧缓慢静止。特别地，支撑组件吸收由闭合弹簧所释放的能量或过量的排斥力，从而防止对凸轮元件的闭合行进量特性的任何干扰。由于用于使凸轮元件移动的能量较高，因此闭合弹簧的缓慢减速导致闭合弹簧上的应力较低。为此，可以不需要增加闭合弹簧的势能以进行断路器的高速操作。现在结合图1至图7来描述本主题。
30.图1示出了根据一示例的具有智能电子装置102的电力系统100。尽管未示出，电力系统100还可以包括额外的电气部件，比如避雷器、升压变压器、转换器、降压变压器、测量设备(例如，传感器、电流互感器和电压互感器)、绝缘体、开关站、子传输变电站、配电变电站和建筑结构(例如，柱和塔)。电力系统100被示出为具有电力线104。可指出的是，电力线104可以对应于相，比如“r”相、“y”相或“b”相，或者可以对应于dc电力线。可指出的是，电力传输系统100还可以包括一个或更多个中性线。
31.电力系统100内的电力线104还可以耦接至电源106和负载108。电力线104还可以设置有一个或更多个断路器，即断路器110-1和110-2(统称为一个或更多个断路器110)。电力系统100包括用作电接点的两个电力总线112和114，并且电力线104可以用于将电力从电源106传输至负载108。
32.与电力线104相关联的ied 102可以直接地或通过其他连接装置来与电力线104和断路器电连通。在一个示例中，ied 102可以设置在电力线104的本地终端处。在另一示例中，ied 102可以位于远程位置处并且还可以与电力线104的本地终端处的测量设备连接。ied 102可以包括用于对电力线104中的故障进行检测的故障检测机构。在一个示例中，ied可以基于电力线104的电流测量值和电压测量值来对故障进行检测。
33.在检测到电力线104中的故障时，ied可以触发一个或更多个断路器110。一个或更多个断路器110操作以例如对电路(具体地，电力线104)的断开和/或闭合进行控制，从而对通过电路的电流进行控制。如将理解的，一个或更多个断路器110可以设置在电力线104的终端处，以用于将故障电路或故障电力线104断电。
34.图2示出了根据一示例的断路器200。断路器200是开关装置，其可以手动和/或自动操作以用于控制和保护电力系统(比如电力系统100)。在一示例中，断路器200包括固定触头和移动触头(图2中未示出)。在一示例中，断路器可以是自通风型sf6断路器(ltb)。此外，ltb的额定值可以在约72千伏(kv)至800kv的范围内。
35.断路器200可以包括断路器室204-1、204-2、204-3(统称为断路器室204)。断路器室204可以包括用于抑制电弧形成的介质。通常，由于高故障电流，当触头分离时，在移动触头与固定触头之间的接触点处可能形成电弧。为此，可以在断路器室204内提供灭弧介质，比如油、真空、空气、灭弧罩、电磁线圈或六氟化硫，以增加移动触头与固定触头之间的介电
强度。在一示例中，用于断路器200中的灭弧介质可以是六氟化硫(sf6)。
36.断路器200还包括绝缘体206-1、206-2、206-3。绝缘体206-1、206-2、206-3(统称为绝缘体206)可以是中空电绝缘体，其在带电的电导体(或电力线)与断路器200的可处于地电势的金属导体之间提供绝缘屏障。绝缘体206允许电导体安全穿行通过传导屏障。
37.在电力系统100的正常运行状况下，固定触头和移动触头可由于在移动触头上施加的机械压力而物理地彼此连接。在故障期间，高故障电流可流动通过故障电力线(比如电力线104)。在一示例中，诸如继电器、仪表互感器或传感器之类的保护装置可以对高故障电流进行检测。例如，故障可以是短路故障、过流故障、过压故障或电缆故障。
38.在检测到电力线104中的高故障电流时，ied(比如ied 102)可以向断路器200发送断开信号。特别地，可以使用操作机构202来对断路器200进行操作。在接收到断开信号时，断路器200的操作机构202可以被触发以释放势能。势能可以通过例如金属弹簧、压缩空气或液压而储存在断路器200中。特别地，断路器200的势能可以储存在断开弹簧系统(图2中未示出)和闭合弹簧系统(图2中未示出)内。此外，断开弹簧系统的势能释放导致断路器200的移动触头以快速的方式滑动。随后，移动触头失去与固定触头的物理接触，并且电力线104可以被绝缘隔离。在断开操作期间，可能在移动触头与固定触头之间形成电弧，该电弧可以通过断路器室204中的灭弧介质来熄灭。
39.一旦电气故障被清除，断路器200将被闭合以用于使电力系统100进入正常工作状态。在断路器200的闭合操作期间，移动触头和固定触头重新接触，以恢复电力系统100的正常运行。为此，储存在闭合弹簧系统中的势能可以被释放，从而使移动触头移动成与固定触头接合。此外，断开弹簧系统的势能可以在断路器200的闭合操作期间恢复。
40.如将理解的，断路器200的操作机构202可以包括其他部件。这些部件的示例包括但不限于马达、蜗轮、辅助触头、计数器、位置指示器、弹簧加载指示器、手动闭合操作杆、手动断开操作杆、跳闸线圈、闭合线圈、闩锁、以及电线。为了简洁起见，不对这些部件进行详细描述。通过以下附图来对本主题的操作机构202进行详细说明。
41.图3示出了根据一示例的断路器的操作机构202。断路器(比如断路器200)的操作机构202可以在电气故障期间将断路器200断开，以将故障电路(比如故障电力线104)隔离。此后，当电气故障被清除时，操作机构202可以将断路器200闭合，以恢复电力系统100中的电力线104的正常运行。
42.操作机构202包括设置在壳体302内的用于提供阻尼机构的支撑组件300。壳体302可以向操作机构202的部件提供保护性外壳。操作机构包括第一轴304。第一轴304可以是沿着壳体302的轴向平面纵向地延伸的管状花键轴。第一轴304可以在第一轴304的第一端部附近联接至闭合弹簧系统。闭合弹簧系统302可以包括彼此平行地布置的多个闭合弹簧。在一示例中，中间配装连结件可以将闭合弹簧系统机械地联接至第一轴304。
43.操作机构202包括定位在壳体302内的凸轮元件306。凸轮元件306可以安装在第一轴304上。例如，凸轮元件306可以设置在第一轴304的中央竖向轴线处。凸轮元件306可以具有垂直于第一轴304的纵向轴线延伸的扁平本体。凸轮元件306可以具有第一端部和与第一端部相反的第二端部。特别地，凸轮元件306的第一端部可以围绕第一轴304的一部分，而凸轮元件306的第二端部可以具有用于与操作机构202的其他部件接合的弧形凸轮轮廓。
44.此外，操作机构202包括传动杆308。传动杆308设置有第一滚动元件310。在一示例
中，第一滚动元件310是轴承。传动杆308可以安装在平行于第一轴304延伸的第二轴312上。第二轴312可以是沿着壳体302的轴向平面且在与第一轴304相同的轴向平面内纵向地延伸的管状花键轴。第二轴312可以被机械驱动以将断路器200断开或闭合。特别地，第二轴312可以联接至断路器200的移动触头(图3中未示出)，该移动触头在旋转时可以与断路器200的固定触头(图3中未示出)物理分离或相互作用。
45.可指出的是，第二轴312还可以在第二轴312的第一端部附近联接至断开弹簧系统(图3中未示出)。断开弹簧系统可以包括彼此平行地布置的多个断开弹簧。第二轴312的第一端部可以与第一轴304的第一端部大致相对。
46.更进一步地，操作机构202包括支撑组件300。支撑组件300包括叉形连接件314和阻尼元件316。支撑组件300可以通过对断路器200的操作期间所释放的过量能量进行吸收来向断路器200提供额外的阻尼力。
47.叉形连接件314具有可移动端部318和枢转端部320。枢转端部320可以联接至壳体302的竖向壁322的内表面。例如，闭合弹簧系统可以设置在竖向壁322的外部。如将理解的，断开弹簧系统可以设置在与竖向壁322相对的竖向壁(图3中未示出)的外部。叉形连接件314的可移动端部318可以具有三个叉齿，其中三个叉齿的相应第一侧部可以被连接。三个叉齿可以从第一侧部岔开以形成第一槽和第二槽。为此，叉形连接件314的可移动端部318可以具有叉形形状。
48.此外，可移动端部318的三个叉齿中的每个叉齿可以设置有开口。特别地，三个叉齿中的每个叉齿上的开口可以是沿着相同的轴线的。此外，叉销324可以插入穿过三个叉齿上的开口。具体地，叉形连接件314的可移动端部318对第二滚动元件(图3中未示出)进行支撑。在这方面，第二滚动元件可以由叉销324支撑，使得第二滚动元件以可旋转的方式固定在可移动端部318的第一槽内。在一示例中，第二滚动元件可以围绕叉销324的在叉形连接件314的可移动端部318的第一槽内延伸的部分。
49.此外，阻尼元件316可以包括用于对流体的流动进行调节的活塞或阀。阻尼元件316可以具有第一端部326，该第一端部326借助于阻尼弹簧328在断路器200的壳体302的上水平表面上刚性地枢转。此外，阻尼元件316的第二端部330联接至叉形连接件314的可移动端部318。特别地，阻尼元件316的第二端部330可以由叉销324支撑，使得第二端部330以可移动的方式固定在可移动端部318的第二槽内。参照图4对阻尼元件316进行详细说明。
50.图4示出了根据一示例的阻尼元件316。阻尼元件316可以是具有穿孔管402的筒形结构。阻尼元件316可以具有金属本体。此外，阻尼元件316可以包括可纵向移位的活塞404。活塞404可以设置在穿孔管402内并且可以在穿孔管402内部移动。此外，阻尼元件316可以填充有阻尼流体或灭弧介质，例如油、空气或六氟化硫。特别地，在断路器200闭合期间，活塞404的运动引起阻尼流体的受限流动。
51.阻尼元件316设置有第一引导环406和第二引导环408。第一引导环406和第二引导环408可以作为活塞404的引导件并且防止活塞404与阻尼元件316的筒形本体的直接金属接触。第一引导环406和第二引导环408可以使用簧环来保持就位。此外，第一引导环406和第二引导环408可以设置有内部密封件和外部密封件以防止减速流体泄漏。第一引导环406还可以对诸如阻尼弹簧328之类的阻尼弹簧的下端部进行支撑。
52.活塞404在穿孔管402内的运动可以引起阻尼流体通过穿孔管402上的孔的受限流
动。此外，活塞404可以沿相反方向操作以防止减速流体溢出。第一引导环406和第二引导环408可以对活塞404的位置进行优化，从而防止活塞404撞击死点位置，该死点位置例如在第一端部或第二端部处。
53.返回图3，在电力线104上发生电气故障时，可以触发操作机构202以进行断开操作。在断路器200的断开操作期间，联接至第二轴312的断开弹簧系统可以被释放。由于断开弹簧系统的断开弹簧的释放，第二轴312可以旋转，由此将断路器200的移动触头与固定触头物理地分离。
54.当电力线104上的电气故障被清除时，可以启动断路器200的闭合操作。在闭合操作期间，可以释放闭合弹簧。由于闭合弹簧的释放，第一轴304可以旋转，由此使第一轴304上的凸轮元件306与传动杆308上的第一滚动元件310接合。特别地，凸轮元件306的凸轮轮廓可以与第一滚动元件310接合以推动传动杆308。结果，第二轴312可以使移动触头移动，以与固定触头相互作用，由此将断路器200闭合。
55.根据本主题，在断路器200的闭合操作期间，支撑组件300启动闭合阻尼行程。特别地，凸轮元件306进一步旋转以使凸轮元件306移动远离第一滚动元件310并且与叉形连接件314上的第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程。当凸轮元件306的凸轮轮廓与第二滚动元件接合时，凸轮元件306可以向阻尼元件316施加力，以引起阻尼元件316的收缩。这可以使阻尼元件316在相对于凸轮元件306的旋转平面侧向偏移的平面中移动。此外，当阻尼元件316移动时，阻尼元件316的活塞404也可以移动，以引起阻尼流体在断路器200的闭合操作期间的流动。当凸轮元件306旋转以便与第一滚动元件310接合且不与阻尼元件316有任何干扰时，阻尼元件316与第二滚动元件接触以便使闭合阻尼行程开始。
56.在本示例中，由支撑组件300在闭合阻尼行程开始时提供的阻尼力可以小于峰值阻尼力。一旦凸轮元件306与第一滚动元件310之间脱离接触，完全阻尼开始以提供峰值阻尼力并且使闭合弹簧缓慢静止。闭合弹簧的缓慢减速使得闭合弹簧上的应力较低。这提高了闭合弹簧的鲁棒性。
57.在闭合阻尼行程结束时，阻尼元件316保持在闭合状态。此外，当闭合弹簧加载时，叉形连接件314上的第二滚动元件与凸轮元件306脱离接合。此外，附接至阻尼元件316的阻尼弹簧328使阻尼元件316和叉形连接件314缩回成初始状态并准备好进行下一次操作。包括叉形连接件314和阻尼元件316的支撑组件300在断路器200的闭合操作期间为闭合弹簧提供阻尼，由此使闭合弹簧能够平稳操作，并且因此，使断路器能够平稳操作。由于闭合弹簧上的应力较小，因此可以使用具有较小弹性的闭合弹簧。此外，由于闭合弹簧需要较小的恢复力矩，因此增强了闭合弹簧的性能。
58.可指出的是，阻尼元件316可以与凸轮元件306间隔开。此外，阻尼元件316起作用，使得避免对闭合操作产生冲击或对凸轮元件306在与第一滚动元件310接合时的旋转产生冲击。此外，支撑组件300被容置成配装在紧凑的壳体302内，以改善闭合操作并提高断路器200的可靠性。此外，通过增加支撑组件300，防止了闭合弹簧中的弹簧线圈之间的冲击，从而使闭合弹簧具有更高的耐久性能。
59.图5示出了根据一示例的操作机构202的闭合弹簧系统502。操作机构202可以包括壳体302。壳体302可以形成用于操作机构202的部件的外壳。壳体302可以是金属的立方形结构。在一示例中，壳体302可以由铝制成。此外，壳体302可以被喷涂以避免腐蚀。壳体302
可以例如在壳体的纵向侧部处具有门。门可以包括门挡、门把手和门把手上的挂锁。
60.操作机构202包括闭合弹簧系统502。特别地，闭合弹簧系统502包括多个闭合弹簧(描述为闭合弹簧504-1和504-2)。闭合弹簧504-1和504-2位于壳体302的外部，例如位于与门相邻的竖向壁(比如竖向壁322)上。闭合弹簧504-1和504-2彼此平行地布置。可指出的是，包括两个闭合弹簧504-1和504-2的闭合弹簧系统502仅是示意性的并且不应被解释为限制性的。在本主题的其他示例中，闭合弹簧系统502可以包括单个闭合弹簧或彼此平行布置的多于两个的闭合弹簧。
61.闭合弹簧系统502的闭合弹簧504-1和504-2中的每个闭合弹簧可以具有第一端部和第二端部。在闭合弹簧504-1和504-2的第一端部处，分别设置有第一端部配件506-1和506-2。此外，在闭合弹簧504-1和504-2的第二端部处，分别设置有第二端部配件508-1和508-2。第一端部配件506-1和506-2以及第二端部配件508-1和508-2可以分别将第一端部和第二端部机械地联接至壳体302。在某些情况下，第一端部配件506-1和506-2以及第二端部配件508-1和508-2可以分别将第一端部和第二端部机械地联接至操作机构202或断路器200的其他部件。
62.在一示例中，闭合弹簧系统502可以包括可移动臂510。特别地，闭合弹簧504-1和504-2的第二端部可以联接至可移动臂510，其中，可移动臂510还安装在壳体302上。闭合弹簧系统502还可以包括保持板(图5中未示出)以防止可移动臂510沿向外方向移动。特别地，保持板可以从壳体302的基部平行于可移动臂510延伸。例如，由于可移动臂510，闭合弹簧504-1和504-2的释放可以不限制于沿着一纵向方向。可移动臂510可以使闭合弹簧504-1和504-2在如虚线所示的对应的最左位置与最右位置之间振荡。这可以提供用于释放闭合弹簧504-1和504-2的更大的表面积。
63.此外，闭合弹簧的第一端部可以通过中间配装连结件512来联接至壳体302。在一示例中，中间配装连结件512可以联接至操作机构202的第一轴(比如第一轴304)。第一轴304还可以联接至断开弹簧系统(图5中未示出)，其中第一轴304可以旋转以将断路器200闭合。可指出的是，多个紧固装置可以用于将闭合弹簧504-1和504-2以及可移动臂510安装在壳体302上。紧固装置的示例包括但不限于螺柱、销、螺栓、轴承和螺钉。例如，代替可能由于焊缝而引入可能变形的焊接连接，螺栓连接可用于将部件安装或刚性地联接在壳体302内或壳体302上。
64.操作机构202还包括断开弹簧系统(图3中未示出)。断开弹簧系统可以包括多个断开弹簧，多个断开弹簧设置在壳体302外部，例如设置在与门相邻且与具有闭合弹簧系统502的竖向壁322相对的竖向壁上。在断路器200的断开操作期间，多个断开弹簧可以被释放以使故障电力线104隔离。
65.在断路器200的闭合操作期间，闭合弹簧504-1和504-2可以被释放。例如，断路器可以以诸如170kv以上的高额定电压操作。在这种情况下，闭合弹簧504-1和504-2可以以高能量和高速度被释放。闭合弹簧504-1和504-2是分离的，并且可以独立操作以将断路器200闭合。由于将断路器闭合所需的工作力矩由多个闭合弹簧、即闭合弹簧504-1和504-2提供，因此减少了单个弹簧上的应力。
66.虽然，并联的多个闭合弹簧可以消除单个弹簧上的高应力，然而，闭合弹簧在高能量断路器或高额定值ltb的闭合操作期间仍然可能经受高应力。特别地，在用于诸如170kv
或以上的高压应用中的断路器中，多个闭合弹簧可能无法有效地提供足够的阻尼力。在高能量环境下的操作期间，多个闭合弹簧的行进量特性和耐久性可能受到影响。这可能使多个闭合弹簧的操作次数或所需的m2+特性降低。
67.为此，为断路器200提供操作机构202内的支撑组件(比如支撑组件300)，该支撑组件提供足够的阻尼力，提高断路器的可靠性，并减少断路器的闭合弹簧的冗余。支撑组件300可以为闭合弹簧504-1和504-2提供阻尼。在这方面，支撑组件300可以使闭合弹簧504-1和504-2减速，由此缓慢地使闭合弹簧504-1和504-2静止。这可以进一步减小闭合弹簧504-1和504-2上的应力。因此，使用多个闭合弹簧504-1和504-2以及支撑组件300可以消除闭合弹簧504-1和504-2的常见冗余。这可以进一步提高断路器200的鲁棒性，以满足m2性能的iec标准，从而执行闭合弹簧504-1和504-2的10000次以上的操作。此外，可移动臂510可以通过使闭合弹簧504-1和504-2能够进行摇摆或振荡运动来引入一个或更多个自由度。这可以进一步减小闭合弹簧504-1和504-2上的应力。
68.图6示出了描述根据一示例的断路器的操作特性的曲线图600。特别地，曲线图600是断路器200的操作机构202的时间-行进量特性曲线图。如将理解的，时间-行进量特性曲线图600可以描述断路器200的操作特性或性能。特别地，时间-行进量特性曲线图600示出了支撑组件300在断路器200的闭合操作期间对操作特性的影响。
69.曲线图600是沿x轴的时间相对于沿y轴的行进量的图表。在一示例中，换能器可以连接至断路器200以确定断路器200的触头相对于时间的行进量，即，移动触头和固定触头相对于时间的行进量。特别地，换能器可以对行程进行检测，该行程被定义为触头从一种状态(例如，断开状态)下的静止位置到另一状态(例如，闭合状态)下的静止位置的总行进距离。通过观察闭合时间以及行进量测量值，可以确定其他参数，比如穿透值、超程值和回弹值。基于断路器200的行程、穿透值、超程值和回弹值，可以绘制曲线图600。
70.使用非虚线602描述了没有支撑组件300的断路器200的时间-行进量特性，而使用虚线604描述了设置有支撑组件300的断路器200的时间-行进量特性。特别地，支撑组件300的阻尼元件(比如阻尼元件316)操作以引起断路器200的凸轮元件(比如凸轮元件306)的阻尼。为此，阻尼元件316启动闭合阻尼行程，以在凸轮元件306与断路器的传动杆(比如传动杆308)完全脱离接合后为凸轮元件306提供阻尼。以此方式，阻尼元件或支撑组件不会影响凸轮元件的行进量特性。
71.如从曲线图600中可以得出结论，没有支撑组件300的断路器200的行进量测量值与使用支撑组件300的断路器200的行进量测量值相比是更高的。还可以得出结论，与具有支撑组件300的断路器200的闭合弹簧504-1和504-2所受到的冲击或应力相比，没有支撑组件300的断路器200的闭合弹簧504-1和504-2所受到的冲击或应力持续时间更长。因此，可以得出结论，包括叉形连接件314和阻尼元件316的支撑组件300可以显著提高闭合弹簧504-1和504-2的耐久性。结果，可以防止闭合弹簧的早期失效，例如在10000次操作之前失效，由此增强断路器的可靠性。这可以减少断路器的维护循环次数，因此使得成本有效。此外，可以不需要强闭合弹簧，因此进一步降低与断路器相关的成本。由于支撑组件可以容置在现有操作机构的紧凑壳体内，因此操作机构的整体尺寸不受影响。
72.在一示例中，本主题还提供了一种用于执行断路器(比如断路器200)的闭合操作的方法。特别地，用于执行断路器200的闭合操作的方法是通过断路器200的操作机构202来
实现的。在一示例中，断路器200可以是具有自通风式设计的称为带电箱壳断路器(ltb)的sf6型断路器。在本示例中，针对断路器200和操作机构202来描述该方法。然而，该方法的这种实施方案不应被解释为以任何方式进行限制。在其他示例中，该方法可以通过另一类型的断路器的不同操作机构来实现。
73.用于执行断路器200的闭合操作的方法包括：使凸轮元件旋转以与第一滚动元件相互作用，从而使传动杆旋转以将断路器闭合。特别地，凸轮元件306和传动杆308定位在操作机构202的壳体302内。凸轮元件306安装在操作机构202的机械驱动的第一轴304上。此外，传动杆308安装在操作机构202的与第一轴304平行的第二轴312上。传动杆308设置有第一滚动元件310。在一示例中，第一轴304还可以联接至闭合弹簧系统502，而第二轴312还可以联接至断开弹簧系统或跳闸弹簧系统。为此，凸轮元件306的旋转使凸轮元件306与传动杆308的第一滚动元件310接合，以将断路器200闭合。
74.该方法还包括：进一步使凸轮元件旋转，以使凸轮元件移动远离第一滚动元件并且与支撑组件的叉形连接件上的第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程。如前所述，操作机构202还包括支撑组件300，该支撑组件300可以联接至壳体302的竖向壁322的内表面。支撑组件300包括叉形连接件314和阻尼元件316。叉形连接件314可以具有可移动端部318和枢转端部320。可移动端部318可以具有可形成第一槽和第二槽的至少三个叉齿，比如可移动端部318可以具有叉形形状。此外，可移动端部318可以对第二滚动元件进行支撑，比如在第一槽内对第二滚动元件进行支撑。此外，阻尼元件316可以具有刚性枢接在壳体302的上水平表面上的第一端部326、以及联接至叉形连接件314的可移动端部318的第二端部330，该第二端部330比如在可移动端部318的第二槽内联接至叉形连接件314的可移动端部318。
75.为此，凸轮元件306在进一步旋转时可以与叉形连接件314上的第二滚动元件接合，以在断路器200的闭合操作期间为凸轮元件306提供阻尼。可指出的是，阻尼元件316在凸轮元件306与传动杆308的第一滚动元件310完全脱离接合之后操作以提供阻尼。以此方式，凸轮元件306的行进量特性不会受到阻尼元件316的操作的影响。
76.尽管已经针对结构特征和/或方法，用语言描述了本主题的实施方案，但应指出的是，本主题不一定限于所描述的特定的特征或方法。相反，特定的特征和方法是在本主题的一些实施方案的背景下公开和说明的。

技术特征：
1.一种断路器(110；200)的操作机构(202)，所述操作机构(202)包括：壳体(302)；凸轮元件(306)，所述凸轮元件(306)定位在所述壳体(302)内，其中，所述凸轮元件(306)安装在机械驱动的第一轴(304)上；传动杆(308)，所述传动杆(308)设置有第一滚动元件(310)，其中，所述传动杆(308)安装在第二轴(312)上，使得所述第二轴(312)平行于所述第一轴(304)；以及支撑组件(300)，所述支撑组件(300)联接至所述壳体(302)的竖向壁(322)的内表面，其中，所述支撑组件(300)包括：叉形连接件(314)，所述叉形连接件(314)具有可移动端部(318)和枢转端部(320)，其中，所述可移动端部(318)对第二滚动元件进行支撑；以及阻尼元件(316)，所述阻尼元件(316)具有第一端部(326)和第二端部(330)，其中，所述阻尼元件(316)的所述第一端部(326)刚性地枢接在所述断路器(110；200)的所述壳体(302)的上水平表面上，并且所述阻尼元件(316)的所述第二端部(330)联接至所述叉形连接件(314)的所述可移动端部(318)。2.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，在所述断路器(110；200)的闭合操作期间，所述凸轮元件(306)构造成：旋转以与所述第一滚动元件(310)相互作用，从而使所述传动杆(308)旋转以将所述断路器(110；200)闭合；以及进一步旋转以使所述凸轮元件(306)移动远离所述第一滚动元件(310)并且与所述叉形连接件(314)上的所述第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程。3.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述阻尼元件(316)在相对于所述凸轮元件(306)的旋转平面侧向偏移的平面中移动，使得所述凸轮元件(306)在不与所述阻尼元件(316)发生任何干扰的情况下旋转。4.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述叉形连接件(314)包括第一槽和第二槽，其中，所述第一槽以可旋转的方式固定所述第二滚动元件，并且所述第二槽接纳所述阻尼元件(316)的所述第二端部(330)。5.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述凸轮元件(306)在与所述第二滚动元件接合时向所述阻尼元件(316)施加力，以引起所述阻尼元件(316)的收缩。6.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述阻尼元件(316)包括可纵向移位的活塞(404)，所述活塞(404)在所述闭合阻尼行程期间引起阻尼流体的受限流动。7.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述第一轴(304)联接至闭合弹簧系统(502)，所述闭合弹簧系统(502)包括彼此平行地布置的多个闭合弹簧(504-1、504-2)。8.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述凸轮元件(306)的凸轮轮廓在所述断路器(110；200)的闭合期间与所述第一滚动元件(310)接合。9.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述凸轮元件(306)的凸轮轮廓与所述叉形连接件(314)的所述第二滚动元件接合，以启动所述闭合阻尼行程，并且其中，所述阻尼元件(316)在所述凸轮元件(306)与所述第一滚动元件(310)已完全脱离接合之后为所述凸轮元件(306)提供阻尼。10.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述断路器(110；200)具有在约72千
伏(kv)至800kv范围内的额定值。11.根据权利要求1所述的操作机构(202)，其中，所述断路器(110；200)是六氟化硫断路器。12.一种断路器(110；200)，所述断路器(110；200)包括根据前述权利要求中的任一项所述的操作机构(202)。13.一种由断路器(110；200)的操作机构(202)实施的方法，所述方法包括：使凸轮元件(306)旋转以与第一滚动元件(310)相互作用，从而使传动杆(308)旋转以将所述断路器(110；200)闭合，其中，所述凸轮元件(306)定位在所述操作机构(202)的壳体(302)内并安装在机械驱动的第一轴(304)上，并且所述传动杆(308)设置有所述第一滚动元件(310)，其中，所述传动杆(308)安装在与所述第一轴(304)平行的第二轴(312)上；以及进一步使所述凸轮元件(306)旋转，以使所述凸轮元件(306)移动远离所述第一滚动元件(310)并且与支撑组件(300)的叉形连接件(314)上的第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程，其中，所述支撑组件(300)联接至所述壳体(302)的竖向壁(322)的内表面，所述支撑组件(300)包括：所述叉形连接件(314)，所述叉形连接件(314)具有可移动端部(318)和枢转端部(320)，其中，所述可移动端部(318)对所述第二滚动元件进行支撑；以及阻尼元件(316)，所述阻尼元件(316)具有第一端部(326)和第二端部(330)，其中，所述阻尼元件(316)的所述第一端部(326)刚性地枢接在所述壳体(302)的上水平表面上，并且所述阻尼元件(316)的所述第二端部(330)联接至所述叉形连接件(314)的所述可移动端部(318)，并且其中，所述阻尼元件提供所述闭合阻尼行程。14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述叉形连接件(314)包括第一槽和第二槽，并且其中，所述方法包括：将所述第二滚动元件以可旋转的方式固定在所述第一槽内；以及将所述阻尼元件(316)的所述第二端部(330)固定在所述第二槽内。15.根据权利要求11所述的方法，所述方法包括：在所述凸轮元件(306)与所述第二滚动元件接合时，通过所述凸轮元件(306)向所述阻尼元件(316)施加力，以引起所述阻尼元件(316)的收缩。

技术总结
描述了断路器(110；200)的操作机构(202)的示例。操作机构(202)包括壳体(302)、安装在机械驱动的第一轴(304)上的凸轮元件(306)、安装在与第一轴(304)平行的第二轴(312)上的传动杆(308)、以及支撑组件(300)。传动杆(308)设置有第一滚动元件(310)。支撑组件(300)包括对第二滚动元件进行支撑的叉形连接件(314)、以及联接至叉形连接件(314)的阻尼元件(316)。在断路器(110；200)的闭合操作期间，凸轮元件(306)旋转以与第一滚动元件(310)相互作用，从而使传动杆(308)旋转以将断路器(110；200)闭合，并且凸轮元件进一步旋转以与叉形连接件(314)上的第二滚动元件接合，从而启动闭合阻尼行程。尼行程。尼行程。


技术研发人员：D
受保护的技术使用者：日立能源瑞士股份公司
技术研发日：2022.02.23
技术公布日：2023/10/15