其中断路器操动机构技术性能要求较高，目前市场上
配用的机构主要有弹簧操动机构和永磁机构两类。弹 簧操动机构设计主要有机架，弹簧储能单元，分、合 闸锁扣单元，驱动输出单元和缓冲单元五个组成部分。 设计弹簧操动机构，发挥各种单元结构自身优势的同
断路器设计中的关键技术
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时，考虑其与断路器本体的匹配效率，减轻零部件承 载负担，使操作功设计趋于合理，重视材料的选用和 热处理状态的设计，以提高运行可靠性。
如一体化机架结构。在实际运行过程中由于操作冲击 的影响，可能会带来局部松动，而影响关键部位的配 合，造成弹簧操动机构的误动或拒动。而一体化机架 结构整体刚性好，定位精度高，能较好地满足在实际 运行工况下弹簧操动机构中保持掣子的配合要求，不 足的是零部件的安装难度相对较大，且铸造机架上安 装孔的加工成本相对较高，批量成套周期较长。不过 也可采取折中的方法，采用焊接式的机架，将钢板加 工完安装孔后，两侧支撑板在工装保证配合要求的前
结束语
对弹簧操动机构的机架，弹簧储能单元，分、
合闸锁扣单元，驱动输出单元和缓冲单元五个方面 分析与设计，通过对结构的技术分析得出，设计弹
合闸保持掣子
簧操动机构时，在发挥各种单元结构自身优势的同 时，应考虑其与断路器本体的匹配效率，效率得当，
分闸半轴
能够减轻零部件承载负担，使操作功设计趋于合理， 影响材料的选用和热处理状态的设计，以提高运行
合闸位置（合闸弹簧来储能）
其性能取决于凸轮轮廓曲线。凸轮－连板结构与凸轮－ 拐臂结构相比，前者由于将凸轮机构和连杆机构串联 组合，在凸轮驱动滚予的过程中，增加出力，提高了
储能保持掣ｆ－
输出效率，但因为构件数多，运动链长，可靠性相比 后者下降。而凸轮一拐臂结构简单，分闸、合闸部分 相对独立，运动链短，可靠性高。与凸轮一连板相比，
棘爪一棘轮储能（ＥＳＩ
锁扣单元
锁扣单元是弹簧操动机构的核心部位，直接影响
到断路器的正常动作。根据断路器工作需要，须在储 能状态与合闸状态保持。锁扣结构是弹簧操动机构中 位置保持以及完成开关自动分闸的重要组成部分。断 路器在储能状态与合闸状态时，锁扣机构的作用如一 个固定支点，当断路器接到合闸信号或分闸信号时，
图１夹板结构 图２一体化机架结构
２弹簧储能单元
储能单元主要有棘爪－棘轮储能、链条储能及齿
２０１３年第７期－●气—幢Ｉ ２３ 万方数据
特别报道
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锁扣机构受脱扣器（一般为电磁铁或手动触杆）的操动， 解除这个支点，弹簧操动机构在弹簧力的作用下，驱 动断路器运动，完成相应动作。锁扣机构工作失灵会 导致断路器分、合闸失败，在电力系统中造成严重的 后果。这意味着对锁扣机构的基本要求首先是工作稳 定可靠，动作灵便、正确，不致出现卡死，从而导致 拒分现象或者空合现象。其次，脱扣机构应具有足够 的机构强度、刚度，较小的脱扣力、脱扣功，较短的
簧操动机构设计都会产生直接的影响。目前市场上较 为成熟的机构的锁扣形式主要有掣子锁扣装置和扇形 板－半轴锁扣装置两种，其结构形式如图６、图７所示。 掣子锁扣多为依靠圆柱面之间的锁闩形式，相对 而言扇形板・半轴锁扣较为灵活，脱扣力小。但是， 在机构实际的操作中，零件在互相碰撞时不可避免地 会产生一些形变和振动，保持掣子之间的相互配合如 果无法在预定时间到达设计要求的弧面约束点，将无 法实现保持，从而使得操作失败，因此，保持掣子的 复位设计举足轻重。相对而言，扇形板．半轴锁扣的 扣接量可调节，锁扣可靠，但随之而来的是脱扣力较大， 对半轴的强度有较高要求。 可靠的锁扣形式必须依托满足使用性能的零件质供参考作用。源自◆ 王海燕研发部长、Ｉ
关键词：中压断路器／弹簧操动机构结构分析
１下关设备依靠操动机构实现其动作形式，配
／Ｉ用的机构主要有断路器操动机构，隔离开 关、接地开关操动机构和隔离－接地三工位操动机构。
其中断路器操动机构技术性能要求较高。目前市场上 配用的机构主要有弹簧操动机构和永磁机构两类。由 于弹簧操动机构相比早期的液压机构、气动机构具有 无漏油、漏气可能，体积小，重量轻等优点和长期的 应用基础，使其在中压开关领域处于主要地位。作为
脱扣时间，这就要求扣接处受力较小，解扣运动件的
行程小，解扣构件的运动质量或转动惯量小。如果锁
图３
７＿＿Ｘ０充气柜用弹簧操动机构
图４焊接机架式布置结构
扣上的载荷非常大，或摩擦对机构动作时间产生严重 影响等，都会大大降低整体性能，所有这些因素对弹
轮储能几种结构，如图５所示。棘爪－棘轮的储能形 式可实现单向传动，避免出现意外情况时发生未储能 到位造成能量无法保持而卸能，实际上是增加了一道 保护环节，但是由于棘爪－棘轮传动时棘轮一直在旋 转，棘爪始终处于啮合状态，因此磨损相对齿轮及链 轮传递时较为严重。同时，电动储能时，棘爪会在棘 轮上跳跃，噪声相对较大。齿轮及链轮储能时，工作 平稳可靠，寿命长，齿轮形式结构紧凑，总体尺寸较小， 链轮形式则有利于结构布置，但是为了防止在储能过
合闸保持掣子
驱动过程中凸轮与拐臂上的行程滚子冲击较大，且传 递效率略低。
分闸位置（合闸弹簧已储能）
图６掣子锁扣（ＣＴ２７）
凸轮一拐臂 图８驱动结构形式
Ｊｌｌ轮一连板
５
缓冲单元
油缓冲器是比较成熟的缓冲结构，应用也比较广
泛。油缓冲器的优点是缓冲能力强，没有反弹力。
合闸位置（合闸弹簧末储能）
６
储能保持掣子 合闸半轴
程中意外状况下的卸能，齿轮及链轮储能形式必须增
加储能过程中的保持机构。 弹簧储能单元依靠自身的弹簧储存能量，储能 弹簧主要有三种形式。①压簧，也称螺旋弹簧。压 簧在缠绕时，各圈之间预留一定间隙，工作时受力（压 力）。②拉簧，也称螺旋卷簧。拉簧采用密绕而成， 各圈之间不留间隙。弹簧两端一般采用３，ｑ－成挂钩 或采用螺纹拧入式接头。③碟形弹簧。要制造储存 能量大的碟形弹簧，加工比较困难，所以目前国产 操作弹簧较少采用这种形式。断路器在运行时弹簧 长期处于拉伸状态，容易疲劳，势必造成弹簧性能 降低，因此应在弹簧制造时选择合格优良的弹簧材 料，并采用可靠的热处理工艺及有效的表面处理措 施，提高其使用性能。 ３
［
１
机架
机架有夹板结构和一体化机架两种，夹板结构如
图１所示，依靠几个定位杆将两块支撑轴系的钢板连
接在一起，实现储能部件和传动部件动作。一体化机 架结构如图２所示，依靠铸造机架或焊接机架支撑。 成套电器由于操作功不高和结构设计需要，多采用焊 接框架的形式，它是夹板式与机架式的综合产物，如 图３所示，此结构形式可实现机构的模块化设计，提 高装配效率，便于维护。 以上几种结构相比而言，夹板式加工和安装方便， 储能和传动部件在开放的空间装配，装配完成后，合 板即可，装配效率高且３ｎ－ｒ成本较低，但抗冲击性不
断路器的核心元件之一——弹簧操动机构设计的关键
技术主要有结构设计、材料选用及热处理状态设计等， 其中结构设计是保证机构性能的基础，主要有以下五 个组成部分：机架，弹簧储能单元，分、合闸锁扣单元，
提下焊接成一体，如图４所示，使加工难度、成套周
期和机架稳定性达到一个更优的平衡点。
驱动输出单元和缓冲单元。
可
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特别报道
断路器是电力系统重要的电气设备之一，其技术 特点、性能、结构和运行状态对电力系统的可靠性有 着重大影响。本期特别报道关注断路器设计中的几个 关键技术。 结构设计是弹簧操动机构设计的关键技术，是保 证机构性能的基础。开关设备依靠操动机构实现其动 作形式，配用的机构主要有断路器操动机构、隔离开 关、接地开关操动机构和隔离－接地三工位操动机构。
２２ Ｉ●气一量・２０１ ３年第７期
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中压断路器弹簧操动机构结构分析
一王海燕王松王金生何周／平高集团有限公司
结构设计是弹簧操动机构设计的关键技术，是保证机构性能的基础，
从机架，弹簧储能单元，分、合闸锁扣单元，驱动输出单元和缓冲单元五 个方面详细地对弹簧操动机构的结构进行了分析与设计，为产品的研制提
３０
真空断路器投切容性负载性能分析及提高措施 断路器框架焊接夹具的设计
３４
要更多的研究性试验去积累数据、分析数据，了解本 质情况，才能从根本上解决问题，提高产品性能，保
障产品使用的高可靠性和质量稳定性。
真空断路器对框架焊接夹具的设计提出了较高的 要求。真空断路器要求框架的整体刚性好，各板之间 间距精确，板上各对应孔同轴度精度高，三相连杆位 置统一。在进行焊夹设计过程中，不仅要考虑夹具使 用时装夹、焊接的方便性，更要考虑夹具须满足工件 的精度要求。焊夹设计时，不仅要选择最佳定位要素 来满足公差要求，更需将各要素进行有机结合，使夹 具总体设计简捷、统一。
分闸位置（合闸弹簧已储能）
可靠性。
（收稿Ｅｌ期：２０１３４）５．０６）ＥＭ
图７扇形板．半轴锁扣（ＣＴ口）
２０１３年第７期・●气一量Ｉ ２５
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图５储能结构形式
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量，锁扣零部件的强度、韧性及磨损甚至表面润滑状 况都是不容忽视的因素。
４输出单元
弹簧操动机构的输出形式基本上都是通过凸轮驱 动行程滚子得以实现。具体分、合闸操作时，有凸轮－ 连板结构驱动和凸轮一拐臂驱动，其结构形式如图８ 所示。 凸轮机构能够精确地实现多种从动运动规律，尤 其当从动件的位移、速度和加速度必须严格按照预定 规律变化时，凸轮机构能精确地实现各种传递函数，
中压断路器弹簧操动机构结构分析 ＡＢＢ带过电流保护的剩余电流动作断路器 ＲＣＢＯ应用于防爆领域的几种解决方案
真空断路器投切电容器组性能取决于真空灭弧室
的质量，同所配断路器的机械特性密切相关。真空断 路器主要由真空灭弧室和操动机构两大部分组成，每 一部分性能的优劣都会影响到断路器整机的性能。相 比较其他开关，真空断路器投切电容器组易发生重击 穿。如何提高真空断路器投切电容器组的能力，不能 仅限于取得型式试验报告，获得市场销售许可，还需