高压断路器电磁操动机构设计.docx

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高压断路器电磁操动机构设计

毕业设计（论文）开题报告

题目：

高压断路器电磁操动机构设计

学院：

应用技术学校

专业：

电气工程

学生姓名：

学号：

指导老师：

2012年3月15日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从电气系网页或各教研室FTB上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计说明书》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：

结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写3000字左右的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

一、引言

3KV及以上电力系统中使用的断路器称为高压断路器，它是电力系统中最重要的控制和保护设备。

概括的讲高压断路器在电网中起着两方面作用，第一，控制作用。

根据电网运行需要，用高压断路器把一部分电力设备或线路投入或退出运行。

这种作用称为控制。

第二，保护作用，高压断路器还可以在电力线路或设备发生故障时将故障部分从电网中快速切除，保证电网的无故障部分正常运行，这种称为保护。

高压断路器就是能够开断，关合及承载运行线路的正常电流。

也能在规定时间内承载，关合及开低压断规定的异常电流。

如短路电流，过载电流。

高压断路器由触头、灭弧装置、操作机构和保护装置等基本结构组成。

⑴　触头系统

触头（静触头和动触头）在断路器中用来实现电路接通或分断。

常用断路器的触头型式有，对接式触头、桥式触头和插入式触头。

对接式和桥式触头多为面接触或线接触。

大型断路器每相除主触头外，还有负触头和灭弧触头。

触头系统对断路器的断电性能有很大的影响。

所以对断路器触头的材料和接触方式的选择至关重要。

⑵灭弧系统

电弧是断路器开断电路时特有的现象，只要电流达到几百毫安，电影电压只有几十伏，在开关的触头间就会出现电弧。

电弧是导体，只有将电弧熄灭才能实现电路的开断。

电弧燃烧和熄灭过程是开关电器最重要的内容。

按断路器灭弧原理来划分，断路器可划分为，有油断路器（多油，少油）、压缩空气断路器，SF6断路器，真空断路器，磁吹断路器，和固体产气断路器。

⑶操动机构

依靠一定的机械操动系统，开控制高压断路器触头系统的分，合动作达到开断和关合电路的目的，独立于断路器本体以外的机械操动装置称为操动机构。

操动机构的合闸能源从根本上来讲是人力或者电力。

可分为，手动操动机构（CS），电磁操动机构（CD），弹簧操动机构（CT）,电动机操动机构（CJ）,气动操动机构（CQ）,和液压操动机构（CY）

等。

本次毕业设计主要是对断路器电磁操动机构的设计及验算。

（4）提升机构

断路器的一部分，带动断路器触头运动的机构。

使触头按照一定的轨迹运作，通常为直线运作或近似直线运动。

（5）传动机构

连接操动机构和提升机构的中间环节，提升机构和传动机构都由连杆机构组成。

（6）其他

操动机构操动时速度很快，为减少撞击，避免零部件的损害，还需要装配分，合闸缓冲器。

操动机构按照分，合闸信号进行操作。

操动机构除了应有分，合闸的电信号指标外，还需要反映分，合闸位置的机械指示器。

二、高压断路器的发展及展望

　20世纪50年代以来，世界各国在高压断路器理论研究和产品设计方面取得了巨大的进展，从产品类型来看，原先高压和超高压电力系统中起主要作用的压缩空气断路器几乎全部被SF6断路器取代.10KV~35KV电网中的多油和少油断路器也大有被真空断路器取代的趋势。

在10KV电压等级中真空断路器所占比例为45.2%占，少油断路器占有41.4%。

但少油断路器以其价格低廉，性能稳定的优势占据一定地位。

从技术参数来看。

单断口550KV断路器投入使用，双断口1100KV用于GIS中的SF6断路器在处于开发研制中，额定开断短路电流已经达到50KA~63KA,正向80KA产品研制中。

中压真空断路器性能也在不断提高，12KV电压等级真空断路器的额定短路开断电流也已达到73KA甚至达到了100KA.真空断路器过电压问题也已采用新型触头材料后得到解决。

我国高压断路器的生产简况:

电力工业的发展对推动国民经济的发展和社会的进步起着非常重要的作用，电力工业的发展需要大量的高质量电器设备，特别是高压断路器，又是电力系统中最重要的保护和控制设备之一。

我国生产的断路器性能与国际先进产品相比，电气性能方面相差不大，主要体现在机械性能方面。

比如真空断路器的真空不持久。

SF6断路器漏气，液压操动机构和油断路器漏油。

等。

。

。

3、操动机构的概述

大部分断路器的分闸操动可以依靠在断路器上的分断弹簧来提供能量。

但有些气动操动机构与液压操动机构可以利用操动机构本身提供的能量来完成断路器的分闸操作。

操动机构为独立产品，一种型号的操动机构可以适应不同型号的断路器，一种型号的断路器也可以配装不同型号的操动机构。

对操动机构的要求:

合闸：

操动机构应有足够能力来带动断路器的可靠关合。

保持合闸：

操动机构中必须有保持合闸的部分，以保证在合闸命令和操作力消失之后断路器依然能够保持在合闸位置。

分闸:

操动机构不仅要求能够电动分闸，在某些特定条件下，应该可以在操动机构上进行手动分闸，而且要求断路器的分闸速度与操作人员的动作快慢和下达命令的时间长短无关。

④自由脱扣：

断路器合闸过程中如果操动机构又接到分闸命令，则操动机构不应继续执行合闸命令而应立即分闸。

⑤防跳跃：

当断路器关合有预伏短路故障电路时，不论操动机构有无自由脱扣，断路器都应自动分闸。

⑥复位：

断路器分闸后，操动机构中各个部件应能自动的回复到准备合闸的位置。

⑦连锁：

为保证操动机构的动作可靠，要求操动机构具有一定的连锁装置。

常用的连锁装置有，分合闸位置连锁、低气压与高气压连锁、弹簧操动机构中的位置连锁。

毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：

一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一　课题的目的与意义：

电磁操动机构的优点就是结构简单，工作可靠，制造成本较低，多适用于126KV一下的油断路器，初期的断路器多是多油或少油断路器、油是很好的绝缘介质，灭弧材料。

油断路器有丰富的运行经验。

随着科技的发展，真空断路器已有慢慢取代油断路器的趋势。

电磁操动机构的缺点是合闸线圈消耗功率比较大，操动机构相对比较笨重。

合闸时间为（0.2~0.8）。

这都是设计需要能够改进的。

本次设计的是CD2-40电磁操动机构。

它可以用来操动12KV和40.5KV的油断路器。

二　课题发展现状和前景展望

随着电力系统要求的提高，和制作工艺的进步，高压断路器得到迅猛的发展。

新介质的应用，原先高压超高压系统中期主要作用的压缩空气断路器被SF6断路器取代，

10KV-35KV电网的多油断路器和少油断路器有被真空断路器取代的趋势。

现在的发展现在就是不断的开发和研制去提高通断电压和断路器的额定断路电流。

新介质的应用，断路器的发展与触头的材料有密切的联系，701年代，真空断路器采用CuCr粉末冶金触头材料使其开断短路电流能力比原来CuBi,CuTeSe的真空断路器提高了10%，德国西门子公司应用CuCr合金材料制成的12KV真空断路器开断电流已达到73KA,其他材料也在研发中，比如CuCr-Al2o3,CuCoTa,等。

理论研究的提高和制造工艺水平的提高，新型断路器必须有先进的工艺水平来保证，纵观断路器的发展历史，操动机构的高压断路器的发展影响极大，比如液压操动机构的出现，提高超高压断路器的开断时间。

操动机构的发展方向现如今主要是提高机械系统的高可靠性，结构设计的完善，提高电磁铁的效率，和小型化的研究。

三主要内容和要求

1）电磁操动机构整体设计。

电磁操动机构采用五连杆机构，和分闸电磁铁铁心顶杆，合闸电磁铁铁心顶杆。

在电磁铁线圈通电产生电磁能作用下完成断路器的基本分闸，合闸。

为减少断路器操作时的撞击，还必须安装分，合闸缓冲器。

以及安装分，合闸信号指标，反映分，合闸位置的机械指示器。

2）电磁铁有关参数设计。

1.能输出足够的机械功，符合所要求的吸力特性。

2.动作时间短。

3.工作可靠。

3）电磁操动机构输出特性与断路器负载特性配合分析

4）工作量：

电磁操动机构总装配图，电磁铁零部件图。

四、研究方法、步骤和措施

⑴研究方法

高压断路器电磁操动机构的设计及优化。

由于传统的断路器保护功能是利用了某些物理效应,通过机械系统的动作来实现的。

因体积较大，电磁铁提供机械功的效率很低，

效果也不够理想。

电磁铁作为机械功能量来着于合闸线圈的电源，电源提供的能量转换为合闸线圈的发热和磁场储能及电磁铁作的机械工，电磁铁设计来提高机械功提高电磁铁效率。

电磁操动机构连杆机构，是传递能量，改变力的作用方向和大小。

研究连杆机构提高机械系统的可靠性。

⑵步骤

操动机构的机构计算步骤：

1.电磁铁设计和验算；

电磁铁磁路的分析及计算，电磁铁的能量和机械功与吸力的计算，电磁铁动特性和动作时间分析。

2.连杆机构设计及验算；

连杆机构的绘制与设计，凸轮机构，直线运动机构设计，连杆机构的组合。

连杆机构机械性能的分析，脱扣机构的设计.

3.各零件的装配图绘制，以及电磁操动机构总装配图的绘制。

4.电磁操动机构输出特性与断路器负载特性配合分析

5.撰写毕业设计论文

五　设计方案

1查阅资料，撰写文献综述，撰写开题报告，确定总体方案。

2进一步搜集和消化文献资料,建立工作流程图模型。

3操动机构的机构计算和实体造型。

4机构动作特性分析与计算。

5撰写毕业设计论文。

参考文献

［1］徐国政高压断路器原理及应用北京：

清华大学出版社2000

［2］苑舜高压断路器弹簧操动机构北京：

机械工业出版社1988

［3　工厂常用电器设备手册第二版北京:

中国电力出版社2002

［4］强尧臣小型水电站电机设计手册北京：

中国电力出版社2000

［5］李建明电器工艺与工装北京：

机械工业出版社2002

［6］刘涤尘电气工程基础武汉：

武汉理工大学出版社2008

［7］电器理论基础湖南工程学校（内部使用）

8.　［8］陈化刚电气设备预防性试验方法北京：

水利电力出版社1999

［9］王海帆高低电器设备手册北京：

机械工业出版社1986

［11]王建华电气工程师手册北京：

机械工业出版社2006

［12]翁双安供电工程北京：

机械工业出版社2004

［13］林莘现代高压电器技术北京：

机械工业出版社2002

［14］李建基高中压开关设备实用技术北京：

机械工业出版社2001

［15］范锡普发电厂电气部分北京：

水利电力出版社1995

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测

指导教师：

年月日

所在专业审查意见：

负责人：

年月日