简介

图1

为了保证电力系统的安全运行，作为控制、保护元件的中压断路器必须能切断额定电流，开断关合短路电流，开合各种空载和负荷电路。为了完成这些任务，中压断路器必须能及时可靠地分合动静触头，这要借助于操作机构来完成。因此，操作机构的工作性能和质量优劣，直接决定了中压断路器的工作性能和可靠性。近年来，伴随着电力电子技术的发展，出现了一种新型的操作机构—永磁机构。它采用了一种全新的工作原理和结构，工作时主要运动部件只有一个，具有较高的可靠性，因此备受关注。

要求

合闸

电力系统正常工作时，通过操作机构关合断路器，这时电路中流过的是工作电流，由于工作电流一般在400A以下，电流较小，关合较容易。但是当电网发生短路事故时，电路中的短路电流可达40kA，甚至更大。断路器承受的电动力可达几千牛以上，操作机构必须克服如此巨大的电动力，才能关合断路器。

保持合闸

为了缩小断路器整体尺寸和降低能耗，合闸线圈被设计成短时工作制，只允许在很短的时间内通以合闸电流，若通电时间过长，会烧毁合闸线圈。这就要求操作机构在合闸线圈失电后，仍能将断路器保持在合闸位置。

分闸

断路器分闸意味着要开断电路，要出现电弧，开断的电流越大，电弧愈难熄灭，工作条件愈严酷。当发生短路故障时，短路电流比正常负荷电流大得多，由于系统发生短路时，系统电路表现为电感性电路，所以当交流电压过零，断路器动静触头分开瞬间，动静触头间的电流不能突变，会出现瞬态恢复电压。为了达到分断电路的目的，操作机构必须提供一定的分闸速度，尤其是刚分速度。

构成及原理

传统的操作机构有弹簧操作机构和电磁操作机构。弹簧操作机构由弹簧储能、合闸、保持合闸和分闸几个部分组成。优点是不需要大功率的电源，缺点是结构复杂，制造工艺复杂，成本高，可靠性较难保证。电磁操作机构结构较简单，但结构笨重，合闸线圈消耗功率很大。在借鉴了以上两种操作机构的优缺点的基础上，永磁机构进行了改进设计。它由永久磁铁、合闸线圈和分闸线圈组成，现以ABB公司的VM1真空断路器所配的永磁机构为例进行说明。

图1 带永磁机构的真空断路器VMl单相剖面图

1．转轴；2．接近开关；3．合闸线圈；4．永久磁铁；5．动铁芯；6．分闸线圈；7．手动解锁机构

磁场分布

(a)分闸位置； (b)临界位置， (c)合闸位置

当断路器处于分闸位置时，动铁芯处于上部，动铁芯与上部的静铁芯之间间隙较小，相对应的磁阻也较小，而动铁芯与下部的静铁芯之间间隙较大，相对应的磁阻也较大，故永久磁铁所形成的磁力线大部分集中在上部，从而产生很大的向上吸引力，将动铁芯紧紧地吸附在上面。

当断路器要合闸时，合闸线圈通过合闸电流，产生感应磁场，该磁场对动铁芯产生向下的吸引力，随着合闸电流的增大，该向下的吸引力由小变大，当合闸电流到达某一临界值时，动铁芯受到的合力方向向下，开始向下运动。

当动铁芯到达下部时，永久磁铁和合闸线圈两者产生的磁场将动铁芯牢牢地吸附在下部。几秒钟以后，合闸电流消失，此时永久磁铁产生的磁场将动铁芯保持在下部位置。至此，断路器完成合闸操作。