断路器转轴压注模设计研究

断路器转轴压注模设计研究

李继生 ,陈志刚 ,林守认

浙江正泰电器股份有限公司  浙江省温州市 325600

摘要：断路器的功能主要有断开和分断。分断能力要求较高，要求快速、灵活、可靠。为了满足各种情况下无短路保护和分断能力的要求，必须采用分断能力强的分断能力。分断能力取决于对断路器进行的快速精确分断技术。所以分断能力技术是断路器关键技术之一；针对分断能力要求而设计。合理设计断路器转轴压注模以满足不同断路器分断能力需要。

关键词：压力注模；数学模型；断路器

断路器作为电力系统的主要元件，是电能控制系统和电气设备中最重要的设备之一，也是最关键、最复杂的元件之一，必须由各种工艺方法的组合而成。从开关原理来看，除了有熔丝和脱扣器之外，还有气体绝缘开关和空气绝缘开关等类型的开关触点来构成触点。从种类来看，我国目前所生产的高压、超高压断路器几乎全部是用气体绝缘开关。在断路器应用过程中，断路器在安装、使用与检修时，必须对其结构和操作机构进行改造。同时为了实现多种故障下的快速精确定位和分断性能，对断路器提出了更高要求。为此针对断路器分断能力要求设计开发了一些专用的压注机、压力注机构、控制系统、辅助设备、电子仪表等。

1.工作原理

断路器作为电气设备中具有分断能力的主要部分，必须具备以下特征：结构紧凑、体积小、重量轻、安装方便、操作方便等优点；分断能力强；能快速准确地实现定位及分断操作；对高压环境要求高。在设计时首先考虑到断路器分断能力要求对结构形式上的要求，然后进行结构设计。根据实际情况决定结构形式，然后进行加工过程，完成各个环节的加工，最后进行组装形成完成的高压环境下的设备，达到分断能力要求。由于模架具有调节能力和机构操作能力较强、设备成本较低、工艺简单、易于实现自动化等特点，因此对此型设备在国内市场得到广泛的应用。这类设备主要应用于工业生产中高压断路器设备、高压断路器绝缘板安装、密封和分断使用过程中。

1.1主要结构和构成

压力注模由模架、模具、压注头、真空系统、限位螺母、限位弹簧等部分组成。为了保证在任何情况下都能有效工作，将其固定支架上非常重要。以及由于其位置固定不动而使其不能进行分断操作的情况以及因电源故障导致高压不能通过高压电流表进行分断操作的情况，上述情况通过调整真空泵流量来解决，在真空泵流量不变的情况下通过限制转轴转速从而达到控制和限制压注模座真空度的目的。由于不同型号的断路器结构存在差异，因此真空泵流量不能满足工作要求时可通过限制转速来实现控制和限制，该方法还可以通过调节泵入水量控制或者改变输入压力来实现抑制空载压力的目的但是此方法都是基于对不同规格电动机额定转速的限制而实现的，该方法目前没有考虑到断路器转轴自身转速为360 r/min时是否满足分断要求。

1.3电子仪表及其它辅助设备

电子仪表作为自动控制系统的一个重要组成部分，是电子技术、信息技术和通信技术综合应用于电力工业领域的产物。它能够实现自动分断控制，从而有效提高断路器分断性能。目前，各种电子计算机都已经普遍应用于电力生产中，例如微机控制装置、智能微机控制器、电动调节阀、 PLC控制器、计算机视觉等，均已经实现自动分断控制。因此，研制出能实现分断功能的电子仪表，使其成为断路器分断工作中不可或缺的一部分有着十分重要的意义。

2.转轴压注模结构设计思路

断路器作为电网的重要组成部分，必须保证对电网稳定运行和安全可靠具有重大意义。根据断路器在变电站应用情况，分断快速、准确、可靠的特点需要考虑采用高精度分断力机构，以满足各类断路器无短路保护和分断能力需求。转轴压注模结构设计采用滚动模腔模型。滚动模腔模型的主要目的是为了实现快速准确分断技术，同时兼顾到结构紧凑和装配方便等优点。为了满足对不同结构形式的断路器进行分断力技术需要，转轴压注模可采用滚环压塑模具或圆环压模或球面压模，根据不同的结构形式对应设计转轴压注模；当有需求时根据需要进行选择。同时，为了满足各种复杂情况下快速精确分断科技需要而设计。

2.1固定部件设计

转轴压注模固定部件主要包括压机主轴、压机导轨、电机连接架、轴承座和支撑座等。由于不同结构形式的断路器分断能力不同，需要采用不同的转轴压注模和固定部件，主要通过安装在导轨上的导向环来实现分断能力和稳定效果，导向环的长度由导轨长度来决定；固定部件由导轨带动安装轴向和径向两部分，并通过对轴承座的旋转带动固定部件转动；另外，为了保证导轨上安装有转轴以达到快速准确分断的目的还需要加强固定部件之间的间隙来保证分断能力达标和稳定需求。本研究将导轨采用钢制结构，主要由钢制螺杆、弹簧、弹性体钢带和连接座组成。

2.2滚环压注模的结构尺寸

由于断路器尺寸大，安装时尺寸要求高，故滚环压注模的结构尺寸要合理。采用三个滚环压注模具，每个模具为平面正方形，上下表面都有不同厚度的圆周砂轮。滚环内腔中有一个圆盘，为便于装配和调整，在圆盘上加工有对称的两个小孔，直径均为0.1 mm,小孔中心线的垂直度为0.5 mm,小孔与圆盘之间还有一个定位销，上还有与小孔中心线平行的凸台。凸台为固定销；凸台表面为凸台与小孔之比为1:0.5的圆环密封材料，凸台的厚度为0.02 mm;凸台、轴套、导轨轴等均采用高强度材质制作，保证其具有较强的抗冲击能力和可靠性能。对小孔上还带有斜坡孔或梯形等，以提高其使用寿命。

2.3圆环压注模与球面压注模的选择

从断路器机械性能要求角度出发，在转轴压注模设计时，应考虑两种压模对侧模腔形状的适用性。圆环压模与球面压模在使用寿命和使用稳定性方面均优于一般压注模。圆环压注模与球面压注模在结构方面，基本一致；而滚环压塑模具和球面压胎各有优势。因此，选用其作为转轴压注模的首选结构非常重要。如需对所有型号的圆环压注膜进行综合分析，可选择在设计直径相同而且材质相同的基础上选用圆环压注膜进行设计。

2.4转轴压注模具组装质量要求

由于转轴压注模装配过程中存在振动和剪切等现象，所以，装配质量是衡量转轴压注模产品质量的关键因素。转轴压注模具组装要求在两个部件间紧密连接，两个部件之间不能有任何间隙，当遇到较大的间隙时容易导致转轴压注模具上缘脱落，同时会影响后续装配性能。

不同的断路器电流，都会对该转轴压注模的抗过流能力有不同要求。

不同类型的断路器，对于不同电流下的分断能力都有不同的要求：例如，对于额定电压50 kV的断路器，其分断能力要求是3~5 s;对于额定电压为50 kV的断路器，其分断能力要求是3~5 s (视具体的电流而定),即3~5 s的时间内完成分断一次；而对于额定电压为50 kV的断路器，其分断能力则是3~5 s。由于高压分断要求保护装置能够准确地识别出并快速判断出电路故障点，因此对于转轴压注模处不同电流的分断能力要求是不一样的。例如额定电压50 kV的断路器分断能力要求能够从0~5 s内完成完全断开；额定电压为50 kV的断路器分断能力要求能够从5~10 s内完成完全断开。这对转轴压注模具结构设计提出了很高的要求。当线路电压在一定范围内波动时，转轴压注模能够有效地保护该线路的安全运行。在开关设备中，当线路电压波动较大时，对开关设备进行保护是十分必要的措施。通常通过短路电流的方式来保护开关设备；当线路电压波动较小时，可以通过转轴压注模线端无压保护设备进行保护，但是在一定的电压波动范围内，这些设备不能有效地进行保护。对于不能对线路电压波动进行有效保护的开关设备，例如：交流开关，在线路电压波动时容易造成无电接地，并且可能导致电路损坏，影响整个电力系统运行安全。为此开展了这方面的研究工作；而转轴压注塑线端无电压保护设备能够有效地保护电压波动范围内的线路安全运行。对于在同一回路中同时运行3组不同类型的断路器时，采用不同的转轴压注线连接方式可得到不同的保护效果；对不同线路电流波动范围的断路器来说，选择合适的转轴压注芯来降低线路电压波动对其保护效果的影响是必要的且是可行的；当线路电压波动较小时,可直接使用转轴压注方式进行操作；当线路电压波动较大时,可通过改变转轴压注模两端电压来控制电流波动范围：当线路电压波动较大时,使用这种方式来实现无电压保护。

结束语：

综上所述，针对不同情况下无短路保护和分断能力的要求设计出不同性能的转轴压注模，并进行了大量的试验工作，对该方案进行了验证。结果表明：一是该方案适合不同的断路器，并且具有较强的分断能力。二是该方案可降低操作人员的劳动强度，减少操作人员的劳动强度；并且能够提高操作安全和操作效率。三是该方案具备较好的灵活性和可扩展性，具有良好的适用性。

参考文献：

[1] 于利英, 吴朋余. 断路器转轴压注模设计[J]. 模具制造, 2017(4):5.

[2] 赖营章. 断路器极柱环氧树脂压注模设计[J]. 模具工业, 2015, 41(3):4.