一种单端驱动操作的断路器柜及工作方法与流程

1.本发明涉及断路器柜技术领域，具体涉及一种单端驱动操作的断路器柜及工作方法。


背景技术：

2.高压开关设备在使用中为了确保人身安全，国家标准对凡有可能引起误操作的高压开关设备均要求装设防误装置，即具备“五防”功能，是电力安全的重要措施之一。“五防”即为防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电合接地开关；防止接地送电；防止误入带电间隔。现有技术中“五防”联锁结构多样，但这些联锁结构的隔离开关和断路器都是单独配置独立操作端口的，也就是说隔离开关和断路器都有各自的操作端口，联锁结构通常是通过遮挡对应的操作端口的方式避免误操作，例如当需要带负荷分闸时，隔离开关的操作孔就被遮挡，只有操作完断路器时，才可以操作隔离开关。
3.上述防误装置尽管结构简单，但依然存在一定的安全隐患，比如遮挡装置掉落等，最重要的是操作者需要分别操作隔离开关和断路器，在一定程度上也增加了操作的复杂程度。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种单端驱动操作的断路器柜及工作方法，解决了现有技术中断路器柜合闸、分闸需要分别操作隔离开关、断路器的技术问题。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种单端驱动操作的断路器柜，包括串联设置的断路器及隔离开关，断路器包括断路器驱动轴及灭弧室，断路器驱动轴的侧部设有驱动槽，驱动槽连接灭弧室的操作端；隔离开关包括隔离开关驱动轴及隔离触头，隔离开关驱动轴通过拐臂驱动隔离触头合闸或分闸；隔离开关驱动轴设有被动带轮一、被动带轮二，被动带轮一可相对于隔离开关驱动轴自由旋转，被动带轮二可轴向滑动连接于隔离开关驱动轴且与隔离开关驱动轴同步旋转，断路器驱动轴通过凸轮连接断路器驱动轮；凸轮可以断路器驱动轴为轴线旋转并锁定于某两个固定角度，凸轮的侧部通过联动机构驱动被动带轮一、被动带轮二结合或分离；断路器驱动轮、被动带轮一均被主驱动轮驱动，主驱动轮设有用于连接外部工具的驱动端；当凸轮锁定于合闸角度时，灭弧室、隔离触头均处于导通状态，断路器驱动轮与凸轮在分闸旋转方向处于结合状态，凸轮通过联动机构使被动带轮一、被动带轮二处于脱开状态；当凸轮锁定于分闸角度时，灭弧室、隔离触头均处于断开状态，断路器驱动轮与凸轮在合闸旋转方向处于脱开状态，凸轮通过联动机构使被动带轮一、被动带轮二处于结合
状态。
6.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：联动机构包括滑动件及弹性顶杆，主驱动轮通过齿轮连接断路器驱动轮，断路器驱动轮一端设有驱动块一，凸轮设有与驱动块一相配合的驱动块二；弹性顶杆的一端铰接于凸轮的侧部，且凸轮设有旋转角度限制结构；当凸轮旋转至旋转角度限制结构的一端时，凸轮的直径较小端连接滑动件，被动带轮一、被动带轮二处于分离状态；当凸轮旋转至旋转角度限制结构的另一端时，凸轮的直径较大端连接滑动件，滑动件驱动被动带轮二与被动带轮一结合；当凸轮旋转至旋转角度限制结构的两端时，弹性顶杆对凸轮的驱动旋转力相反。
7.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：滑动件设有用于驱动被动带轮二轴向滑动的驱动斜面，滑动件设有用于驱动滑动件端部贴合于凸轮的滑动件弹簧，被动带轮一、被动带轮二之间设有被动带轮弹簧；被动带轮一、被动带轮二的相对面分别设有端面齿一、端面齿二；当被动带轮一、被动带轮二处于结合状态时，驱动斜面驱动被动带轮二向被动带轮一的方向运至端面齿一啮合于端面齿二；当被动带轮一、被动带轮二处于分离状态时，端面齿一与端面齿二脱开。
8.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：主驱动轮包括固定连接的主驱齿轮、主动带轮，主驱齿轮通过齿轮啮合于断路器驱动轮，主动带轮通过同步带驱动被动带轮一。
9.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：凸轮设有槽口二，断路器驱动轴通过驱动销连接槽口二，当凸轮锁定于某一固定角度时，驱动销连接槽口二的一端，当凸轮锁定于另一固定角度时，驱动销连接槽口二的一另端。
10.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：旋转角度限制结构包括限位柱，凸轮侧部设有槽口一，当凸轮锁定于某一固定角度时，限位柱连接槽口一的一端，当凸轮锁定于另一固定角度时，限位柱连接槽口一的另一端。
11.优选，前述的一种单端驱动操作的断路器柜：还包括隔板，断路器驱动轴、隔离开关驱动轴均穿过隔板，隔板通过滑动导向件连接滑动件，限位柱连接隔板。
12.基于前述的单端驱动操作的断路器柜的工作方法：包含分闸步骤和合闸步骤，其中分闸步骤包括：步骤一：通过主驱动轮驱动断路器驱动轮旋转，驱动块一作用于驱动块二，带动凸轮向分闸的方向旋转；步骤二：在弹性顶杆对凸轮的旋转驱动方向力发生改变后，驱动块二与驱动块一脱离，且凸轮驱动断路器驱动轴旋转至灭弧室断开的状态，与此同时，凸轮通过滑动件驱动被动带轮二与被动带轮一结合；步骤三：主驱动轮依次通过被动带轮一、被动带轮二驱动隔离触头向的断开的方向运动至分闸状态；合闸步骤包括：步骤一：主驱动轮依次通过被动带轮一、被动带轮二驱动隔离触头向合闸的方向运动，同时驱动块一从另一方向驱动凸轮向合闸的方向旋转；步骤二：当隔离触头旋转至合闸状态时，被动带轮一、被动带轮二脱开，且弹性顶
杆对凸轮的驱动旋转方向发生改变；步骤三：弹性顶杆通过凸轮接通灭弧室。
13.本发明所达到的有益效果：相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明只需要操作一个主驱动轮的旋转即可实现对断路器、隔离开关进行逻辑控制。当进行合闸操作时，只能先操作隔离开关再操作断路器；在分闸操作时，只能先操作断路器，再操作隔离开关，降低了断路器柜操作的复杂程度，进一步减小了误操作的概率。
14.在对断路器进行动作时，由于凸轮与断路器驱动轴之间的扭矩传输是通过槽口二与驱动销的配合实现的，而凸轮的运动依靠弹性顶杆的推力实现，这样就使凸轮的转速上升到一定程度时，才会驱动灭弧室的动触头，保证灭弧室动作的速度及力度。
附图说明
15.图1是现有技术中断路器、隔离开关结构图；图2是本发明整体结构轴测图；图3是本发明的爆炸图；图4是本发明断路器驱动轮、凸轮结构图；图5是本发明合闸状态图；图6是本发明分闸过程中一状态图；图7是本发明分闸过程中二状态图；图8是本发明分闸完成状态图一；图9是本发明分闸完成状态图二；图10是本发明合闸过程状态图；图11是本发明合闸完成状态图；附图标记的含义：1-断路器；2-隔离开关；3-隔板；4-被动带轮一；5-被动带轮二；6-主驱动轮；7-断路器驱动轮；8-凸轮；9-滑动件；11-断路器驱动轴；12-驱动槽；13-灭弧室；21-隔离开关驱动轴；22-拐臂；23-隔离触头；24-被动带轮弹簧；25-限位柱；31-弹性顶杆；32-滑动导向件；33-滑动件弹簧；41-端面齿一；42-同步带；51-端面齿二；61-主驱齿轮；62-驱动端；63-主动带轮；72-驱动块一；81-槽口一；82-驱动块二；83-槽口二；111-驱动销。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
17.如图1所示：图1是现有技术中的断路器1、隔离开关2结构图，断路器1、隔离开关2处于串联状态。断路器1包括断路器驱动轴11、驱动槽12及灭弧室13，驱动轴11通过驱动槽12带动灭弧室的动触头伸缩实现灭弧室13的导通和分离。驱动槽12的圆心并非与断路器驱动轴11同轴，因此在灭弧室13动触头仅仅能够伸缩运动的时候，当驱动槽12旋转时，能够带动灭弧室13动触头的轴向运动。隔离开关2同样包括隔离开关驱动轴21、拐臂22及隔离触头23。隔离开关驱动轴21通过拐臂22驱动隔离触头23的伸缩。
18.由于断路器1可以实现带负荷操作，而隔离开关2不能进行带负荷操作，只能作为隔离保护使用，因此当带负荷分闸时，只能先操作断路器1，再操作隔离开关2；当带负荷合
闸时，需要先操作隔离开关2，再操作断路器1。
19.在上述现有技术基础之上，本实施例公开了一种单端驱动操作的断路器柜，其中隔离开关驱动轴21设有被动带轮一4、被动带轮二5，被动带轮一4可相对于隔离开关驱动轴21自由旋转，被动带轮二5可轴向滑动连接于隔离开关驱动轴21且与隔离开关驱动轴21同步旋转，即被动带轮一4与隔离开关驱动轴21之间不能直接传递扭矩，且两者不可发生轴向移动。而被动带轮二5可以沿着隔离开关驱动轴21轴向移动，并且与隔离开关驱动轴21之间可传递扭矩（例如通过花键连接）。
20.断路器驱动轴11通过凸轮8连接断路器驱动轮7。凸轮8可以断路器驱动轴11为轴线旋转并锁定于某两个固定角度，该两个固定角度就是两个旋转方向的极限值。
21.凸轮8的侧部通过联动机构驱动被动带轮一4、被动带轮二5结合或分离，当两者结合时，可同步旋转并传递扭矩，当两者分离时，不可传递扭矩。
22.断路器驱动轮7、被动带轮一4均被主驱动轮6驱动，主驱动轮6设有用于连接外部工具的驱动端62；驱动端62通常是方孔，用于配合外部分合闸操作工具使用；当然，主驱动轮6可以通过电机来进行控制，并且也可实现电机控制、人力操作之间的切换，但需要避免人工操作和电机操作同时进行，当手动操作时，电机无法驱动，当电机驱动时，手动无法操作，具体结构及原理本领域技术人员可根据实际情况进行配置。
23.合闸状态：如图5所示：当凸轮8锁定于某一固定（合闸）角度时，灭弧室13及隔离触头23均处于导通状态，断路器驱动轮7与凸轮8在某一旋转方向处于结合状态，凸轮8通过联动机构使被动带轮一4、被动带轮二5处于脱开状态，在该状态下，可直接通过主驱动轮6驱动灭弧室13向固定的方向旋转达到断路器1分闸，且断路器驱动轮7与凸轮8也同步旋转。
24.分闸状态：如图9所示：当凸轮8锁定于另一固定（分闸）角度时，灭弧室13及隔离触头23均处于断开状态，断路器驱动轮7与凸轮8在另一旋转方向处于脱开状态，凸轮8通过联动机构使被动带轮一4、被动带轮二5处于结合状态，在该状态下，可直接通过主驱动轮6驱动隔离触头23动作达到隔离开关合闸，且断路器驱动轮7与凸轮8不同步旋转。
25.本实施例的联动机构包括滑动件9及弹性顶杆31，主驱动轮6通过齿轮连接断路器驱动轮7，断路器驱动轮7的一端设有驱动块一72，凸轮8设有与驱动块一72相配合的驱动块二82；弹性顶杆31的一端铰接于凸轮8的侧部，且凸轮8设有旋转角度限制结构；当凸轮8旋转至旋转角度限制结构的一端时，凸轮8的直径较小端连接滑动件9，被动带轮一4、被动带轮二5处于分离状态。当凸轮8旋转至旋转角度限制结构的另一端时，凸轮8的直径较大端连接滑动件9，滑动件9驱动被动带轮二5与被动带轮一4结合；并且当凸轮8旋转至旋转角度限制结构的两端时，弹性顶杆31对凸轮8的驱动旋转力相反。弹性顶杆31的另一端铰接于机架、机壳等固定件。弹性顶杆31仅仅提供弹性，其弹性力通常由弹簧提供，如图5所示，图5中的加粗线表示弹性顶杆31的轴线，图5中的凸轮8已经旋转至角度限制结构的一端，弹性顶杆31轴线的延长线位于凸轮8回转轴心的右下侧；而当凸轮8旋转至角度限制结构的另一端时，弹性顶杆31轴线的延长线位于凸轮8回转轴心的左上侧，因此通过这种方式实现弹性顶杆31对凸轮8旋转驱动方向的改变。
26.本实施例还包括隔板3，隔板3可以是操作箱体的一个底板，断路器驱动轴11、隔离开关驱动轴21均穿过隔板3，隔板3通过滑动导向件32连接滑动件9，滑动导向件32用于使滑
动件9按照固定轴线旋转。滑动件9设有用于驱动被动带轮二5轴向滑动的驱动斜面91，滑动件9设有用于驱动滑动件9端部贴合于凸轮8的滑动件弹簧33，被动带轮一4、被动带轮二5之间设有被动带轮弹簧24，带轮弹簧24的弹性使被动带轮二5向远离被动带轮一4的方向运动，同时驱动斜面91能够驱动被动带轮二5与被动带轮一4结合并传递扭矩。
27.被动带轮一4、被动带轮二5结合或分离的具体结构是：被动带轮一4、被动带轮二5的相对面分别设有端面齿一41、端面齿二51；当被动带轮一4、被动带轮二5处于结合状态时，驱动斜面91驱动被动带轮二5向被动带轮一4的方向运动至端面齿一41啮合于端面齿二51；当被动带轮一4、被动带轮二5处于分离状态时，端面齿一41与端面齿二51脱开。
28.本实施例的主驱动轮6包括固定连接的主驱齿轮61、主动带轮63，主驱齿轮61、主动带轮63之间的位置是固定的。主驱齿轮61通过齿轮啮合于断路器驱动轮7，主动带轮63通过同步带42驱动被动带轮一4，因此主驱齿轮61与断路器驱动轮7之间的旋转方向相反，而主动带轮63与被动带轮一4之间的旋转方向相同。
29.由于灭弧室13的分离和结合需要快速动作，而凸轮8的起始运动阶段的速度较慢，为了保证灭弧室13运动的驱动力及驱动速度能够达到正常的要求，最好在凸轮8的运动速度及驱动力达到一定程度再驱动灭弧室13。为了实现这一目的，本实施例的凸轮8设有槽口二83，断路器驱动轴11通过驱动销111连接槽口二83，当凸轮8锁定于某一固定角度时，驱动销111连接槽口二83的一端，当凸轮8锁定于另一固定角度时，驱动销111连接槽口二83的一另端。
30.本实施例凸轮8的旋转角度限制结构包括限位柱25，凸轮8侧部设有槽口一81，当凸轮8锁定于某一固定角度时，限位柱25连接槽口一81的一端，当凸轮8锁定于另一固定角度时，限位柱25连接槽口一81的另一端。限位柱25垂直安装于隔板3。
31.为了限制主驱动轮6的旋转极限，保证合闸状态时，只能向分闸的方向旋转，并且保证分闸状态时，只能向合闸的方向旋转。
32.本实施例还公开了采用上述单端驱动操作的断路器柜的工作方法：为了便于观察，图5至图11中隐藏了部分部件，但不影响对本方法的说明及解释。本方法包含分闸步骤和合闸步骤，如图5至图8所示：图5表示的是合闸状态，在该状态下进行分闸操作，具体如下：步骤一：通过主驱动轮6驱动断路器驱动轮7旋转，两者之间是齿轮啮合，因此是同步旋转，具体如图5中的箭头所示，当驱动块一72作用于驱动块二82时，带动凸轮8向分闸的方向旋转，由于断路器驱动轴11通过驱动销111连接槽口二83，并且槽口二83与驱动销111之间有间隙，因此在凸轮8旋转的起始阶段，断路器驱动轴11并不旋转。
33.如图6所示：步骤二：在弹性顶杆31对凸轮8的旋转驱动力方向发生改变后，弹性顶杆31会迅速驱动凸轮8向分闸方向旋转，由于驱动块一72是通过人工驱动，因此驱动块一72没有驱动块二82的旋转速度快，导致驱动块二82与驱动块一72脱离，当进一步旋转至槽口二83的端部与驱动销111接触时，驱动块二82即可带动灭弧室13的动触头快速地向远离静触头的方向运动，直至凸轮8驱动断路器驱动轴11旋转至灭弧室13断开的状态（图7，凸轮8也旋转至另一极限位置），与此同时，凸轮8驱动滑动件9向驱动被动带轮二5的方向运动，通过驱动斜面91的作用使被动带轮二5与被动带轮一4结合。
34.如图8所示：步骤三：继续旋转主驱动轮6，由于导致驱动块二82与驱动块一72之间
已有旋转间隙，该旋转间隙能够使主驱动轮6通过被动带轮一4、被动带轮二5驱动隔离触头23向的断开的方向运动至分闸状态。当旋转至分闸状态时，主驱动轮6就无法继续进一步向前旋转，只能反向旋转，为了限制主驱动轮6的旋转角度，可以采用一些角度限位结构，例如在断路器驱动轮7设置限位环槽，在隔板3上安装固定的限位销，通过限位销插入至限位环槽内对断路器驱动轮7的旋转极限极限控制，由于断路器驱动轮7与主驱动轮6是同步旋转的关系，因此也就限制了主驱动轮6的旋转极限。
35.结合图9至图11所示：具体合闸步骤包括，步骤一：如图9所示：图9表示分闸状态，主驱动轮6依次通过被动带轮一4、被动带轮二5驱动隔离触头23向合闸的方向运动，同时驱动块一72从另一方向驱动凸轮8向合闸的方向旋转。
36.步骤二：如图10及图11所示：当隔离触头23旋转至合闸状态时，被动带轮一4、被动带轮二5脱开，且弹性顶杆31对凸轮8的驱动旋转方向发生了改变。在弹性顶杆31的作用力下，弹性顶杆31通过凸轮8快速实现灭弧室13合闸。
37.相对于现有技术，本实施例具有以下优点：本实施例只需要操作一个主驱动轮6的旋转即可实现对断路器1、隔离开关2进行逻辑控制。当进行合闸操作时，只能先操作隔离开关2再操作断路器1；在分闸操作时，只能先操作断路器1，再操作隔离开关2，降低了断路器柜操作的复杂程度，进一步减小了误操作的概率。
38.在对断路器1进行动作时，由于凸轮8与断路器驱动轴11之间的扭矩传输是通过槽口二83与驱动销111的配合实现的，而凸轮8的运动依靠弹性顶杆31的推力实现，这样就使凸轮8的转速上升到一定程度时，才会驱动灭弧室13的动触头，保证灭弧室13动作的速度及力度。
39.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。