一种电子电磁式智能开关.pdf

本发明提供了一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，静触头组件通过连接导线与灭弧装置I上的引弧触头及线圈相连接；在静触头组件的主静触头上设置有拐臂；灭弧装置I内部铁心伸出于线圈的外部并延伸至灭弧罩及栅片的两侧；在栅片上设置电弧波后边沿电子灭弧装置及密闭灭弧室。本方案中，引弧触头由较多条形触头组成，每个触头上连接数匝线圈，加强了激磁安匝数，铁心采用矩磁材料及其它特性铁心制成，充分发挥各自特性，灭弧能力增强；同时，在静触头加装的拐臂，与本人研制的一种高压电力开关智能操作机构配合，当遇到大故障电流时，可利用故障电流能量，不经继电保护及开关机构复杂动作过程而直接跳闸，大大的加快了跳闸速度，增强了开关的可靠性。

1.  一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，其特征在于，所述静触头组件通过连接导线(45)与所述灭弧装置I上的引弧触头(3)及线圈(44)相连接；所述的静触头组件包括主静触头(2)及焊接在主静触头(2)上的拐臂(7)，所述拐臂(7)与主静触头(2)下面的固定板(11)通过软铜线(9)相连接，所述拐臂(7)内部装有上部伸向拐臂(7)两侧的铁心(12)，下部装有固定支撑(13)；所述主静触头(2)的背面上后部焊接连接导线(45)；后部焊接一个与其紧贴并弯曲固定的弹性钢片(8)，钢片(8)设置有窄缝(32)并与固定板(11)绝缘固定；所述的灭弧装置I包括设置在所述主静触头(2)的电源侧后上部的引弧触头(3)、灭弧罩(64)及栅片(66)，所述引弧触头(3)通过固定孔(19)安装在位于铁心(46)上部的栅片底盘(17)上，所述栅片底盘(17)上设有栅片(18)，所述引弧触头(3)与所述栅片(18)相间排列；所述引弧触头(3)的每个触头上连接导线(45)，每个连接导线(45)连接数匝线圈，所述线圈互相连接成一个整线圈(44)，线圈44中穿以铁心(46)；所述灭弧罩(64)固定安装于引弧触头(3)的上部及后部，所述铁心(46)伸出于线圈(44)的外部并延伸至所述灭弧罩(64)及所述栅片(66)的两侧；所述引弧触头(3)与其后邻接的栅片(66)之间连接电阻(65)；所述栅片(66)的其中一个栅片上连接一个或数个固定安装在该灭弧装置前面和侧面可自动更换的保险管(70)。

2.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述栅片(66)的上部还设置绝缘耐弧栅片(68)及离子吸收栅片(69)，所述绝缘耐弧栅片(68)及离子吸收栅片(69)与所述栅片(66)相间、交错排列。

3.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述动触头(4)的导电杆上设置马鞍形状的铁片(14)，所述铁片(14)与所述静触头组件上拐臂(7)的位置相对应。

4.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述引弧触头(3)为由若干抗磁材料制成的条形触头组成。

5.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述铁心(46)采用矩磁性能材料或与其它特性铁心组成的混合材料。

6.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述栅片(66)的前段为抗磁材料，后段为铁质材料，所述的电弧波后边沿电子灭弧装置II、离子清除器III及密闭灭弧室IV分别连接在前段抗磁材料的数个栅片两侧；所述可自动更换的保险管(70)连接在后段铁质栅片上。

7.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，所述栅片66上设置有密闭灭弧室IV，所述密闭灭弧室IV设有密闭外壳(22)，密闭灭弧室IV内部设置固定导电杆(23)及活动导电杆(24)，进线导电杆(20)与固定导电杆(23)相连接，所述固定导电杆(23)及活动导电杆(24)上分别设置触头(25)和引弧板(26)，其对应的两边相互平行且中间留有窄间隙；滑动导电杆(21)及活动导电杆(24)用固定滑动板(27)固定，所述滑动导电杆(21)的前端伸出密闭灭弧室IV外部穿过伸缩节(28)并插入弹簧桶(29)内，滑动导电杆(21)的顶端连接活塞(30)，所述弹簧桶(29)内设置与所述活塞(30)相连接的压簧(31)，弹簧桶(29)的后端开有带弹性外盖的气孔(33)，前端开有带弹性内盖的气孔(34)；所述滑动导电杆(21)上还设置软引线(15)及连接传动板(35)，连接传动板(35)的中间用转动轴固定，另一端连接绝缘杆(38)，所述绝缘杆(38)上套有线圈(42)并连接铁杆(39)，铁杆(39)前端连接拉簧(40)并固定。

8.  根据权利要求7所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，在所述密闭灭弧室IV的内部或外部，进线导电杆(20)串接一个线圈(43)，所述线圈(43)的内部设置铁心(41)，所述活动导电杆(24)的背面同样设置一个铁心。

9.  根据权利要求1所述的电子电磁式智能开关，其特征在于，在所述前段抗磁材料栅片(66)上还设置电弧波后边沿电子灭弧装置II，所述电弧波后边沿电子灭弧装置II与电源侧同电位电流互感器(6)相连接，再与变压器(52)或电容器(100)、发光管(103)、光敏管(104)相连接；所述电弧波后边沿电子灭弧装置II包括屏蔽盒，内部由电容器(110)、电位器(111)、二极管(108)组成电流后半波检测电路，再经倒相三极管(107)，启动方向相反的一对三极管(58)或晶闸管(60)；或用电压振荡放大检测器(56)、(105)，定时电路(106)，单稳定时触发器(57)启动方向相反的一对三极管(58)或晶闸管(60)，所述三极管(58)或晶闸管(60)并串接适当数量的二极管(59)。

一种电子电磁式智能开关
技术领域
本发明涉及一种用于电力系统的高压开关，尤其是涉及一种电子电磁式智能开关。
背景技术
申请人在申请号为200820028737.4的实用新型申请中公开了一种电子电磁式智能开关，该种开关在实际使用过程中，存在如下问题：由于引弧触头线圈匝数少，其灭弧能力还不够强；电弧波后边沿电子灭弧装置由于采用电压回路来启动，可靠性较差；密闭灭弧室采用电流线圈来开、合触头，制造较困难；静触头不能在大电流故障时直接作用于跳闸；所采用的铁心由于没有延长至金属栅片的两侧，致使电流过零期间灭弧能力较差。
发明内容
为了克服上述技术中存在的不足，本发明提供了一种灭弧性能更强、可靠性更高、结构更加简易的电子电磁式智能开关。
本发明的目的是通过下述方案实现的：一种电子电磁式智能开关，包括动触头、静触头组件及灭弧装置I，所述静触头组件通过连接导线45与所述灭弧装置I上的引弧触头3及线圈44相连接；所述的静触头组件包括主静触头2及焊接在主静触头2上的拐臂7，所述拐臂7与主静触头2下面的固定板11通过软铜线9相连接，所述拐臂7内部装有上部伸向拐臂7两侧的铁心12，下部装有固定支撑13；所述主静触头2的背面上后部焊接连接导线45；后部焊接一个与其紧贴并弯曲固定的弹性钢片8，钢片8设置有窄缝32并与固定板11绝缘固定；所述的灭弧装置I包括设置在所述主静触头2的电源侧后上部的引弧触头3、灭弧罩64及栅片66，所述引弧触头3通过固定孔19安装在位于铁心46上部的栅片底盘17上，所述栅片底盘17上设有栅片18，所述引弧触头3与所述栅片18相间排列；所述引弧触头3的每个触头上连接导线45，每个连接导线45连接数匝线圈，所述线圈互相连接成一个整线圈44，线圈44中穿以铁心46；所述灭弧罩64固定安装于引弧触头3的上部及后部，所述铁心46伸出于线圈44的外部并延伸至所述灭弧罩64及所述栅片66的两侧；所述引弧触头3与其后邻接的栅片66之间连接电阻65；所述栅片66的其中一个栅片上连接一个或数个固定安装在该灭弧装置前面和侧面可自动更换的保险管70。
在上述方案中，所述栅片66的上部还设置绝缘耐弧栅片68及离子吸收栅片69，所述绝缘耐弧栅片68及离子吸收栅片69与所述栅片66相间、交错排列。
在上述方案中，所述动触头4的导电杆上设置马鞍形状的铁片14，所述铁片14与所述静触头组件上拐臂7的位置相对应。
在上述方案中，所述引弧触头3为由若干抗磁材料制成的条形触头组成。
另外，在上述方案中，所述铁心46采用矩磁性能材料或与其它特性铁心组成的混合材料。
在上述方案中，所述栅片66的前段为抗磁材料，后段为铁质材料，所述的电弧波后边沿电子灭弧装置II、离子清除器III及密闭灭弧室IV分别连接在前段抗磁材料的数个栅片两侧；所述可自动更换的保险管70连接在后段铁质栅片上。
上述方案中，在所述栅片66上设置有密闭灭弧室IV，所述密闭灭弧室IV设有密闭外壳22，密闭灭弧室IV内部设置固定导电杆23及活动导电杆24，进线导电杆20与固定导电杆23相连接，所述固定导电杆23及活动导电杆24上分别设置触头25和引弧板26，其对应的两边相互平行且中间留有窄间隙；滑动导电杆21及活动导电杆24用固定滑动板27固定，所述滑动导电杆21的前端伸出密闭灭弧室IV外部穿过伸缩节28并插入弹簧桶29内，滑动导电杆21的顶端连接活塞30，所述弹簧桶29内设置与所述活塞30相连接的压簧31，弹簧桶29的后端开有带弹性外盖的气孔33，前端开有带弹性内盖的气孔34；所述滑动导电杆21上还设置软引线15及连接传动板35，连接传动板35的中间用转动轴固定，另一端连接绝缘杆38，所述绝缘杆38上套有线圈42并连接铁杆39，铁杆39前端连接拉簧40并固定。
在上述密闭灭弧室IV的方案中，当电流较小时，在密闭灭弧室IV的内部或外部，进线导电杆20串接一个线圈43，所述线圈43的内部设置铁心41，所述活动导电杆24的背面同样设置一个铁心。
特别地，上述方案中，在所述前段抗磁材料栅片66上还设置电弧波后边沿电子灭弧装置II，所述电弧波后边沿电子灭弧装置II与电源侧同电位电流互感器6相连接，再与变压器52或电容器100、发光管103、光敏管104相连接；所述电弧波后边沿电子灭弧装置II包括屏蔽盒，内部由电容器110、电位器111、二极管108组成电流后半波检测电路，再经倒相三极管107，启动方向相反的一对三极管58或晶闸管60；或用电压振荡放大检测器56、105，定时电路106，单稳定时触发器57启动方向相反的一对三极管58或晶闸管60，所述三极管58或晶闸管60并串接适当数量的二极管59。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、引弧触头3采用了条形触头，增加了线圈匝数，提高了灭弧能力；
2、铁心46增加采用矩磁性能铁心，提高了电流过零介质恢复速度；
3、静触头上加装了拐臂7，与申请人已经研制出并已经申请专利的一种高压电力开关智能操作机构配合，当发生较大故障电流时可使开关不经继电保护及开关机构电气回路的复杂过程而直接跳闸，实现了开关的智能功能，提高了开关的可靠性。
附图说明
图1为本发明智能开关的安装结构示意图；
图2为灭弧装置I的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为图2的A-A视图；
图5为图4的B-B视图；
图6为静触头2的结构示意图；
图7为图6的左侧视图；
图8为密闭灭弧室IV的结构示意图；
图9为图8的C-C视图；
图10是电弧波后边沿电子灭弧装置II的原理接线图。
图中I为灭弧装置，II为电弧波后边沿电子灭弧装置，III为离子清除器，IV为密闭灭弧室，2为静触头，3为引弧触头，4为动触头，5为电源侧引线，6为同电位电流互感器，7为拐臂，8为钢片，9为软导线，10为隔弧板，11为固定板，12为铁心，13为固定支撑，14为马鞍形铁片，15为软引线，16为引弧板固定块，17为栅片底盘，18为灭弧栅，19为凸滑动条，20为进线导电杆，21为滑动导电杆，22为外壳，23为固定导电杆，24为活动导电杆，25为触头，26为引弧板，27为固定滑动板，28为伸缩节，29为弹簧桶，30为活塞，31为弹簧，32为窄缝，33为带弹性外盖的气孔，34为带弹性内盖的气孔，35为传动板，38为绝缘杆，39为铁杆，40为拉簧，41为铁心，42、43、44为线圈，45为连接导线，46为铁心，49为对地电极，50、53、59为二极管，52为变压器，54为稳压电容，55为稳压管，57为单稳定时触发器，58为三极管，60为晶闸管，64为灭弧罩，65为电阻，66为栅片，67为盖板，68为绝缘耐弧栅片，69为离子吸收栅片，70为保险管，71为电阻，100、110为电容器，103为发光管，104光敏管，56、105为电压振荡放大检测器，106为定时电路，107为倒相三极管，108为二极管，111电位器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述：
图1是本发明智能开关的安装结构示意图，在图1中灭弧装置I固定安装在静触头2的底座上。动触头4通电时与静触头2相闭合，静触头2通过电源侧引线5与电源相接通。在电源侧引线5上装有同电位电流互感器6及电弧波后边沿电子灭弧装置II。
由图2、图3、图4及图5，灭弧装置I内静触头2上连接的引弧触头3由若干条形抗磁材料触头组成，安装在底盘17上，底盘17上有栅片18和引弧触头3的固定孔19，安装于线圈44的上面及后面，这样可以接入较多线圈。每个引弧触头3上连接有线圈44的连接导线45，连接导线45上连接数匝线圈，全部线圈再连接成一个整线圈44，为了防止线圈间电动力过大，可在线圈间并接一个电阻，铁心上再绕以匝数较多的线圈，作为离子清除器等之用，触头间设置灭弧栅片18，灭弧栅片18设置在底盘17上，布置在线圈外侧上面及后面，作为线圈44与引弧触头3间的绝缘，灭弧罩64装于引弧触头3上部及后部，引弧触头线圈44的铁心46伸出线圈后延长至灭弧罩64及前面部分抗磁材料栅片两侧，铁心外包以绝缘耐弧材料，两侧有铁心的栅片上端较窄，下端较宽以便栅片穿过，部分铁心材料采用磁滞回线为矩形的磁性能铁质作成，以使电流过零期间仍有足够强的磁力，吹开电弧离子，矩形磁性能铁心根据需要可和其他性能铁心混合使用，以便发挥各自的特点，灭弧室内装有栅片66、绝缘耐弧栅片68及离子吸收栅片69，绝缘耐弧栅片68及离子吸收栅片69位于栅片66的上部并与栅片66互相纵横相间、交错排列，这样便于气流横吹弧道灭弧，灭弧室内栅片布置前面部分为抗磁材料栅片后面部分为铁质材料栅片，抗磁材料栅片66上部连接有电弧波后边沿电子灭弧装置II、密闭灭弧室IV以通过电弧电流使栅片间电弧熄灭，及离子清除器4以清除电弧离子，顶盖67下部设置有离子吸收栅片68，以吸附从栅片66上来的残余离子，开关断开时电弧靠磁力吹入灭弧室栅片而灭弧，后面栅片中的一个连接装在灭弧装置1外的自动更换保险管70。
图6为静触头2的结构示意图，图7为图6的左侧视图；由图6及图7，在静触头2的铜片上部和下部折弯处截断，在铜片上焊接一拐臂7与下面固定板11连接，拐臂7内装有铁心12，铁心12两侧伸向上方，小电流时增加磁力，大电流时铁心饱和使推力不至过大，铁心12下部装有固定支撑13，在有大故障电流时可承受大的电动力。在拐臂7的对应位置动触头4导电杆上加装马鞍形状的铁片14，当开关合闸后，拐臂7与动触头4导电间保持一条窄缝隙，拐臂7的作用是当电路有故障时，拐臂7与动触头4导电杆间产生很大推力，使开关可不经继电保护和开关机构的电气回路而直接作用于跳闸，加快了跳闸速度，实现了开关的智能功能，提高了开关的可靠性。在铜片后面焊接有弹性的钢片8，钢片8作有窄缝，以免产生涡流而去磁，钢片8弯曲后加绝缘固定在固定板11上，钢片8既作为导磁体又作为弹性支撑，也相当增加约一圈线圈，为了满足导电截面要求，拐臂7与固定板11间并接一根软铜线9，静触头2铜片后面并焊接引弧触头3线圈44的连接导线45。当用于故障电流较小的情况时，静触头2铜片后面还可设置铁心。钢片8也可用钢丝加绝缘组合代替。
图8为密闭灭弧室IV的结构示意图，图9为图8的C-C视图，由图8及图9，密闭灭弧室有外壳22，外壳内为真空或充以六氟化硫，内装有固定导电杆23、活动导电杆24，固定、活动导电杆上各装有相同形状的触头25和引弧板26，引弧板26两侧用外壳上的固定块16固定，活动导电杆24和滑动导电杆21用固定滑动板27固定，固定滑动板27上有凸滑动条19，滑动导电杆21连接伸缩节28并插入弹簧桶29，滑动导电杆前连接活塞30，活塞前连接压簧31，弹簧桶29后端开有带弹性外盖的气孔33，前端开有带内弹性内盖的气孔34，密闭灭弧室通过进线20和软引线15跨接在数个栅片两端，没有电流时触头25在弹簧31的压力下紧密闭合，当有较大电流通过时，固定、活动导电杆间便产生推斥电动力，推动活动导电杆24远离，同时触头25间也产生电弧，在电动力的作用下，电弧向引弧板26末端前进，在导电杆远离时通过密闭灭弧室伸缩节28的滑动导电杆21推动弹簧桶内的活塞30并同时推动弹簧29，弹簧的活塞30前端进入空气，后端排出空气，当电流消失后，滑动导电杆21在弹簧的作用下开始返回，由于气孔33、34带有弹性盖而闭合，对活塞有阻尼作用而延缓了返回速度，为了防止延后时间不够，在导电杆上连接传动板35，传动板35中间固定转动另一端连接绝缘杆38，绝缘杆38上套有线圈42并连接铁杆39，铁杆39前端连接拉簧40并固定，当密闭灭弧室IV电弧断开时，并接的电阻71及线圈42就有电流通过，线圈42通过电流时，便吸合铁杆39，通过传动板35使滑动导电杆不能返回，当电流完全消失后，借弹簧40的拉力使导电杆返回，保证了密闭灭弧室的正确动作。当电流较小时进线20和固定导电杆间在密闭灭弧室内或外可串接线圈43并加铁心41，同时滑动导电杆24内侧也可加装铁心。
图10为电弧波后边沿电子灭弧装置II的接线图，接在前面抗磁材料栅片66的相邻数个栅片两侧，通过同电位电流互感器6二次侧经整流稳压取控制电源，另外用二极管108导通截止和电容器110充放电及电位器111取电流后半波信号，再经倒相三极管107启动方向相反的一对三极管58或晶闸管60。另一方法是从一次电源线5上取时间控制电压，时间控制可取电压零值点或峰值点作为时间基准信号，再经过变压器52和对地电极49，提供电感三点式电压振荡放大检测器56信号；或经电容器100用充放电方式使发光管103发光再经光敏管104，提供电容桥式电压振荡放大检测器105信号，以上两种方式可采用任一种再经定时电路106触发单稳定时触发器57，同样启动一对接线方向相反的三极管58或可控硅60。振荡回路是为了满足系统在大故障电流期间电压异常时使时间仍能按系统频率保持不变。振荡频率可按50周或100周设定，振荡回路也可由单稳定时触发器57功能扩展而成。当电弧进入栅片到电弧波后边沿设定时间后，启动三极管58或晶闸管60，使与电弧方向相同的三极管或晶闸管导通，再加栅片两侧装有矩磁性能铁心，在电弧引入电弧波后边沿电子灭弧装置2后有矩磁性能的铁心对栅片间残余电荷仍有较强吹弧能力，而使栅片间电弧彻底熄灭，介质恢复，当电流反向时延长动、静触头与其他栅片间及电弧路程中的绝缘恢复时间，达到全部介质恢复，电弧熄灭，反之过程相同。为了满足电压需要可在三极管和晶闸管回路串接适当数量的二极管59，元件装于铁磁质屏蔽盒内，盒壳也可作为取压的对地电极。
以下对本发明电子电磁式智能开关的灭弧原理及过程作进一步详述：
当开关闭合时，动触头4与静触头2紧密接触，使电路接通正常运行，灭弧装置I处于空闲状态，当开关断开时动触头4先脱离静触头2，然后通过引弧触头3，第一个引弧触头3的下部因静触头2也相当于一圈线圈，所以具有磁吹作用，因此在磁力的作用下电弧迅速推向引弧触头3末端，同时进入灭弧罩64内，电弧在灭弧栅的碰撞、挤压、拉长作用下，迅速大幅度减少，电弧电流并进入电阻65，然后电弧再进入灭弧室前面抗磁材料栅片66内，因栅片上连接有电弧波后边沿电子灭弧装置II，离子清除器III，密闭灭弧室IV，因为电弧波后边沿电子灭弧装置II的三极管58或晶闸管60接线是方向相反成对的，所以不论电流方向如何，都会短接栅片，或者进入密闭灭弧室IV而使跨接内的栅片短接，电弧熄灭。因为灭弧栅64两侧及抗磁材料栅片两侧装有矩磁材料铁心，加强了电流过零期间对电弧离子的磁吹力，使这段绝缘介质迅速恢复，在此期间电弧并进入灭弧室后部栅片66，继而进入离子吸收栅片69，将电弧分成许多段，在这些部分的共同作用下使电弧完全熄灭，当断开小电流时，电弧不进入灭弧室即可熄灭，当灭弧室有故障不能灭弧时，电弧即进入后面的保险管70而灭弧。当电路发生较大的故障电流时，开关静触头拐臂7与动触头导电杆间便产生很大推力，配合申请人研制的一种高压电力开关智能操作机构，开关便可不经继电保护和开关机构电气回路复杂的过程而直接跳闸，加快了开关跳闸速度，实现了智能功能，提高了开关的可靠性。