[发明专利]电磁力驱动致动器以及使用该致动器的断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁力驱动致动器以及使用该致动器的断路器，其用于通过磁生成元件的磁场和线圈的电流密度的电斥力使具有线圈的驱动器往复移动来驱动无源元件。

背景技术

主要安装在电力传输线的发送端和接收端的断路器不仅在传输系统没有故障时使正常电流断开或闭合，而且还在例如短路的故障发生时通过切断故障电流来保护该系统以及众多电力设备(或负载)。

根据熄灭/绝缘介质将这些断路器分类为真空断路器(VCB，vacuumcircuit breaker)、油断路器(OCB，oil circuit breaker)以及气体断路器(GCB，gas circuit breaker)等。

当断路器隔离故障电流时，在电接触点之间出现的电弧应当熄灭。根据熄灭电弧的类型，气体断路器分类为压气(puffer)式、旋转电弧式、热膨胀式、混合熄灭式等。

图1和图2作为例子示出压气式气体断路器。

压气式气体断路器使用SF6气体(以下称为熄灭气体)作为熄灭/隔离介质，并且主要用于超高压断路器(通常高于72.5KV)。

如图1和图2所示，压气式气体断路器包括切断部分(10)和用于激励切断部分(10)的致动器(50)。

切断部分(10)包括固定部分和移动部分，其中安装有存储SF6气体的容器(2)。在切断部分(10)中，固定部分包括固定电弧接触部分(11)和固定主接触部分(12)，此外包括隔离气缸(13)、固定活塞(14)、保持部分(15)和保持绝缘体(16)等。

在切断部分(10)中，移动部分包括移动电弧接触器(21)、移动主接触器(22)、绝缘喷嘴(23)、压气缸(24)和绝缘致动杆(25)。

致动器(50)的动作杆连接到绝缘致动杆(25)。移动电弧接触器(21)、移动主接触器(22)、隔离喷嘴(23)和压气缸(24)作为单一体连接到杆(25)。

因此，如果激励致动器(50)，则动作杆(51)使绝缘致动杆(25)移动。然后，根据绝缘致动杆(25)的移动，移动电弧接触器(21)、移动主接触器(22)、绝缘喷嘴(23)和压气缸(24)作为单一体移动，并进行闭合电极动作(插入电流)和断开电极动作(切断电流)。

具体来说，在稳定状态下，保持闭合状态，并且稳定状态的电流流动。

当在电力传输系统中发生故障并且数倍于正常电流(例如，大约10倍)的故障电流流动时，故障电流使致动器(50)动作。然后，如图2所示，致动器(50)拉动动作杆(51)，并且动作杆(51)拉动绝缘动作杆(25)。因此，移动电弧接触器(21)与固定电弧接触器(11)分离，并且移动主接触器(22)与固定主接触器(12)分离。

同时，通过对着固定气缸(14)的方向拉动压气缸(24)来压缩压气缸(24)中的熄灭气体。压缩后的熄灭气体穿过吸气孔(17)和流体排出口(18)，向图2中的箭头方向喷出，迅速熄灭出现在固定电弧接触器和移动电弧接触器(21)之间的电弧等离子体，然后电流被切断(断开电极状态)。

这样，为了切断故障电流并迅速恢复电极之间的隔离，断路器应当以高速进行断开动作。但是由于形成了电弧等离子体，仅通过分离断开电极的间隙不能完全进行电弧熄灭。因此，应当如上所述喷射熄灭气体。因此，致动器(50)负责提供压缩熄灭气体的力，即用于对着固定气缸(14)激励压气缸的力。

也就是说，为了更大地增加致动力以加速电极断开速度，致动器(50)需要更大的力和速度。例如，高/超高压(通常高于365KV)断路器具有大约250mm的冲程长度，需要大的力和速度使得能够在45ms的短时间内完成操作。

目前，作为无源元件，例如高/超高压断路器，大多数使用油压致动器或者气压(air-pressure)致动器。但是，这些致动器很昂贵以至于它们的价格是断路器总价的大约1/3。此外，该油压或气压致动器具有工作流体根据环境温度的变化泄漏的问题。此外，由于它们具有大量部件，所以即使只有一个部件出错，该致动器也不能工作。