一种电容取能的跌落式速断开关

技术领域

本发明涉及跌落式开关技术领域，尤其涉及一种电容取能的跌落式速断开关。

背景技术

架空配电线路90％以上的临时故障发生在支路上，而支路保护大多采用跌落式开关。目前的跌落式开关大多是熔断器结构，熔丝管两端的动触头依靠熔丝(熔体)系紧，将上动触头推入“鸭嘴”凸出部分后，磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头，故而熔丝管牢固地卡在“鸭嘴”里。当短路电流通过熔丝熔断时，产生电弧，熔丝管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量的气体因熔丝管上端被封死，气体向下端喷出，吹灭电弧。由于熔丝熔断，熔丝管的上下动触头失去熔丝的系紧力，在熔丝管自身重力和上、下静触头弹簧片的作用下，熔丝管迅速跌落，使电路断开，切除故障段线路或者故障设备。

但是目前这种跌落式熔断器还存在一些问题。因其使用“熔丝熔断”作为断路的原理，而熔体开断弧前时间较长，有极大的可能会出现熔体在变电站出线开关切断故障电流前无法熔断的情况，导致跌落式熔断器无法正确隔离故障点，线路重合闸时故障设备再次短路，造成线路重合闸失败，全线停电。这样就起不到利用跌落式开关迅速断电来定位故障设备所在区域的效果。而现有的跌落式速断开关，其电流取能的阈值大于5A，不能应用在小容量负载保护中，但小容量负载在电网中广泛存在，因此大大限制了跌落式速断开关的使用范围。

另外，现有的跌落式开关往往缺乏智能控制、实时监测的功能，更不具备通讯功能，当出现线路故障时，电网维保人员不能迅速知道故障地点，需一定的故障排查时间，从而延长因线路故障造成的停电时间。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种电容取能的跌落式速断开关，其解决了现有技术中存在的难以定位故障位置、应用范围窄、无法智能监控和实时通讯功能等一系列问题。

根据本发明的实施例，一种电容取能的跌落式速断开关，包括依次串联设置的绝缘安装座、灭弧装置、跌落件，还包括对应电路设置的电容分压取能装置和检控通讯装置，所述电容分压取能装置与电路连接通过电压互感的方式取电并为检控通讯装置供电，所述检控通讯装置包括控制模块、通信模块和驱动模块，所述控制模块检测电流数值，并根据电流是否超出限制发送或不发送信号给驱动模块，所述跌落件一侧还设有对应设置有推动机构，所述推动机构工作时先控制灭弧装置断开电路，然后使跌落件与灭弧装置形成可视断点，进而切断故障电流；所述通信模块通信连接至主站或其他人机交互设备，上传数据信息或者接收远程控制指令。

进一步的，所述绝缘安装座、灭弧装置、跌落件均为柱状结构，绝缘安装座和跌落件并列设置，灭弧装置的两端分别与绝缘安装座和跌落件的一端连接；所述检控通讯装置设置在绝缘安装座远离灭弧装置的一端，所述电容分压取能装置安装在绝缘安装座、灭弧装置、跌落件和检控通讯装置所围成的区域内部。

进一步的，所述电容分压取能装置包括取能模块和上电保护模块，取能模块包括高压电容和低压电容，实现电压互感进而取电，所述上电保护模块分别与取能模块和检控通讯装置连接，在供电的同时对设备进行保护。

进一步的，所述检控通讯装置还包括电流传感器和AD转换器，所述电流传感器配合电路设置从而获取电流数值，AD转换器将电流传感器输出的电流信号转化为数字信号，然后输入到控制模块，控制模块对数据进行分析，实时监测线路电流。

进一步的，所述控制模块上还设有信号发生器，控制模块输出控制信号，然后通过信号发生器输出激励信号至驱动模块，使得驱动模块开始工作。

进一步的，所述驱动模块为谐振功率放大器，包括相邻设置的发射线圈和接收线圈，利用交变电磁场在发射线圈和接收线圈中的谐振，使得接收线圈内部产生电压，从而完成能量的传递，接收线圈中接收的电能传输给推动机构，使其开始工作。

进一步的，所述推动机构包括气缸和设置在气缸内部的气体发生器，气缸一端设有活塞推杆，通过气体发生器在气缸内部增加气压驱动活塞推杆朝外移动。

进一步的，所述灭弧装置为真空灭弧装置，包括真空管和设置在真空管内部的真空管静触头和真空管动触头，所述真空管动触头位于靠近跌落件一端；所述真空管动触头外端还同轴连接有传动推杆，所述传动推杆侧面沿径向设置有轴承，所述活塞推杆外端同轴连接有驱动推杆，其中传动推杆、轴承、驱动推杆两两垂直，所述驱动推杆与轴承抵接，驱动推杆上设有斜槽，所述斜槽沿着朝向轴承的一端逐渐内凹倾斜，所述斜槽靠近活塞推杆的一侧相邻设置有内凹的卡口，卡口的深度小于斜槽的内凹深度；当活塞推杆未朝外移动，且真空管静触头和真空管动触头正常接触时，轴承位于斜槽内底部，当活塞推杆带着驱动推杆朝外移动时，斜槽的倾斜面驱使轴承和传动推杆朝向跌落件一侧移动，使得真空管动触头与真空管静触头分离，进而断开电路。

进一步的，所述灭弧装置靠近跌落件一端设有外部静触头，所述跌落件上对应设有导电触头，所述跌落件与活塞推杆并列设置，跌落件外部套设有环形的卡座，所述卡座与跌落件外壁之间设有卡紧件，卡座与活塞推杆之间设有连杆进行固定；当活塞推杆朝外移动时，卡座相对跌落件发生位移，使得卡紧件外部失去挤压并掉落，此时跌落件与卡座之间失去紧固，跌落件在重力下朝下移动，使得导电触头与外部静触头分离，从而形成可视断点。

进一步的，所述跌落件内部设有导线，所述导线一端与导电触头固定连接，另一端伸出跌落件外部并弯折后固定设置，导线位于跌落件外部弯折段的内侧设有压簧，压簧对导线弯折段施加推力，使得导线拉动导电触头朝着远离外部静触头的方向移动。

进一步的，所述驱动推杆位于真空灭弧装置内的一端端头还设有连接片，真空灭弧装置外侧设有复位手柄，所述复位手柄垂直于真空管并转动连接在真空灭弧装置的壳体上，复位手柄一端位于真空灭弧装置外部并设有拉环，另一端位于真空灭弧装置内部并设有条形连接槽，所述连接片与条形连接槽之间滑动连接。

进一步的，所述绝缘安装座外部一端设有固定座，所述固定座配合紧固件与电线杆进行固定安装；绝缘安装座中部还设有连接线路进线的进线接线柱，进线接线柱通过绝缘安装座内部的导体连接至灭弧装置。

进一步的，所述跌落件远离灭弧装置一端通过导体连接至检控通讯装置，导体贯穿检控通讯装置，并在检控通讯装置外部设有连接线路出线的出线接线柱，所述检控通讯装置内部的电流传感器通过环绕导体的测量线圈获取电流大小数值。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过电容取能方式解决了设备的供能问题，自带自取能功能，不需要外加电源，降低了设备的复杂度，并且更为轻便，便于运输、安装和零件更换，另外还避免了在高压线路旁设置电源时可能出现的强电干扰，整体结构安全可靠；

2、本发明可以在0电流的情况下通过电容取能，在无电流条件下也可以正常运行，从而摆脱了运行电流阈值的限制，极大地提升了适用范围，尤其是在小容量负载的电网中可以大量使用；

3、本发明通过气体发生器短时间产生大量气体的方式来推动气缸中的活塞推杆，然后通过机械结构来驱动灭弧装置断开，解决了传统灭弧装置中受灭弧介质及熔管内壁产气材质影响，产气量少、速率低，电弧产生时不能有效吹弧和冷却，造成灭弧能力差的问题；另外还能同时让跌落件与灭弧装置物理性断开，出现明显的可视性断点，相比传统的熔体熔断式断路，具有更高的可靠性，并且具有不受熔体熔化时限影响的瞬时切断的功能，可以在变电站出线开关断开之前就切断出现异常电流的线路，从而将故障位置精确隔离，保证快速可靠的断开故障线路，便于后续的故障排查工作；

4、本发明中的检控通讯装置包括控制模块、通信模块和驱动模块，其中控制模块借助电流传感器获取线路中电流数据，在根据电流是否超限控制其他组件工作的同时，还可以通过通讯模块将实施的电路信息发送给主机，让值守的工作人员可以可靠快速的监测的传输线路状态及故障信息，让电网维人员在快速、准确的掌握故障地点后，迅速排除故障，保障电网运行；

5、本发明中检控通讯装置、灭弧装置和电容分压取能装置均设置在绝缘安装座上，在跌落件发生动作后不需要全部更换，仅需跟换跌落件以及推动机构部分，大大降低了使用、维护成本。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图。

图2为本发明实施例沿绝缘安装座轴向的截面示意图。

图3为本发明实施例中真空灭弧装置和推动机构的连接示意图。

图4为本发明实施例中跌落件和推动机构的连接示意图。

图5为本发明实施例中真空灭弧装置上复位手柄的安装示意图。

图6为本发明工作原理模块示意图。

上述附图中：1、绝缘安装座；2、灭弧装置；3、跌落件；4、检控通讯装置；5、电容分压取能装置；11、进线接线柱；12、安装支架；21、真空管；22、真空管静触头；23、真空管动触头；24、传动推杆；25、轴承；26、驱动推杆；27、外部静触头；28、复位手柄；31、导电触头；32、卡座；33、卡紧件；34、气缸；35、气体发生器；36、活塞推杆；37、导线；38、压簧；41、出线接线柱；51、高压电容；52、低压电容；53、隔离变压器；261、连接片；271、斜槽；281、拉环；282、条形连接槽。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1所示，本发明实施例提出了一种电容取能的跌落式速断开关，包括依次串联设置的绝缘安装座1、灭弧装置2、跌落件3，还包括对应电路设置的电容分压取能装置5和检控通讯装置4，所述电容分压取能装置5与电路连接通过电压互感的方式取电并为检控通讯装置4供电，所述检控通讯装置4包括控制模块、通信模块和驱动模块，所述控制模块检测电流数值，并根据电流是否超出限制发送或不发送信号给驱动模块，所述跌落件3一侧还设有对应设置有推动机构，所述推动机构工作时先控制灭弧装置2断开电路，然后使跌落件3与灭弧装置2形成可视断点，进而切断故障电流；所述通信模块通信连接至主站或其他人机交互设备，上传数据信息或者接收远程控制指令。

如图2所示，本实施例中，绝缘安装座1为竖直设置的柱状结构，其内部设有导电柱，外部包覆有绝缘材料。灭弧装置2为水平设置在绝缘安装座1顶端的柱状结构，跌落件3则平行于绝缘安装座1竖直设置，灭弧装置2的两端分别与绝缘安装座1和跌落件3的一端连接；使得绝缘安装座1、灭弧装置2、跌落件3围绕形成底部开口的半封闭式结构。检控通讯装置4设置在绝缘安装座1的底部，电容分压取能装置5安装在绝缘安装座1、灭弧装置2、跌落件3和检控通讯装置4所围成的区域内部，并从围绕区域的底部开口处伸出与检控通讯装置4连接。

需要说明的是，绝缘安装座1的侧面朝外伸出有进线接线柱11，进线接线柱11贯穿绝缘安装座1外侧的绝缘材料与内部的导电柱连接。而绝缘安装座1、灭弧装置2、跌落件3依次串联形成电路，跌落件3的末端通过导线37分别贯穿电容分压取能装置5和检控通讯装置4，最后连接至设置在检控通讯装置4底部的出线接线柱41，从而形成完整电路。同时，电容分压取能装置5和检控通讯装置4对应被导线37贯穿的部分，则分别设置电容取能和电流感应装置，用于取能以及对电流大小的检测。另外，绝缘安装座1顶部外侧还设置有朝向远离灭弧装置2一侧伸出的安装支架12，安装支架12上设有若干连接孔，用于和电线杆配合进行安装固定，从而将本装置整体固定。

具体的方案中，所述电容分压取能装置5包括取能模块和上电保护模块，取能模块包括高压电容51和低压电容52，实现电压互感进而取电，所述上电保护模块为隔离变压器53，隔离变压器53分别与取能模块和检控通讯装置4连接，在供电的同时对设备进行保护。

进一步的，所述检控通讯装置4还包括电流传感器和AD转换器，所述电流传感器配合电路设置从而获取电流数值，AD转换器将电流传感器输出的电流信号转化为数字信号，然后输入到控制模块，控制模块对数据进行分析，实时监测线路电流。控制模块为MCU，属于微型芯片结构，因此可以自行处理数据并控制其他设备的运行。通信模块可以是无线电或者WiFi设备，从而与远处的其他主控设备进行相互通信，发射数据或者接收工作信号。另外，所述控制模块上还设有高频信号发生器，控制模块输出控制信号，然后通过信号发生器输出激励信号至驱动模块，使得驱动模块开始工作。具体的，所述驱动模块为谐振功率放大器，包括相邻设置的发射线圈和接收线圈，利用交变电磁场在发射线圈和接收线圈中的谐振，使得接收线圈内部产生电压，从而完成能量的传递，接收线圈中接收的电能传输给推动机构，使其开始工作。

所述推动机构包括气缸34和设置在气缸34内部的气体发生器35，气缸34一端设有活塞推杆36，通过气体发生器35在气缸34内部增加气压驱动活塞推杆36朝外移动。具体的，在本实施例中推动机构内的气体发生器35包括两个相对设置的放电电极和设置在放电电极之间的速燃火药，当驱动模块利用发射线圈和接收线圈将电能传递至放电电极时，两个放电电极之间产生电火花，并点燃速燃火药，速燃火药迅速燃烧产生大量气体，瞬时增大气缸34内气压，并驱使活塞推杆36朝外快速移动。

如图3所示，所述灭弧装置2为真空灭弧装置2，包括真空管21和设置在真空管21内部的真空管静触头22和真空管动触头23，所述真空管动触头23位于靠近跌落件3一端；所述真空管动触头23外端还同轴连接有传动推杆24，所述传动推杆24侧面沿径向设置有轴承25，所述活塞推杆36外端同轴连接有驱动推杆26，其中传动推杆24、轴承25、驱动推杆26两两垂直，所述驱动推杆26与轴承25抵接，驱动推杆26上设有斜槽271，所述斜槽271沿着朝向轴承25的一端逐渐内凹倾斜，所述斜槽271靠近活塞推杆36的一侧相邻设置有内凹的卡口，卡口的深度小于斜槽271的内凹深度；当活塞推杆36未朝外移动，且真空管静触头22和真空管动触头23正常接触时，轴承25位于斜槽271内底部，当活塞推杆36带着驱动推杆26朝外移动时，斜槽271的倾斜面驱使轴承25和传动推杆24朝向跌落件3一侧移动，使得真空管动触头23与真空管静触头22分离，进而断开电路。

如图5所示，与此同时，真空灭弧装置2还包括有复位手柄28，复位手柄28一端位于真空灭弧装置2外部并设有拉环281，另一端贯穿外壳伸入至真空管21内部，复位手柄28与真空灭弧装置2的外壳部分转动连接，使其在垂直于真空管21轴线的竖直面上转动。复位手柄28位于真空管21内部的一端还设有条形连接槽282，所述驱动推杆26位于真空灭弧装置2内的一端端头还设有连接片261，所述条形连接槽282与连接片261之间滑动连接，使得驱动推杆26上移并带动传动推杆24和动触头移动时，复位手柄28也会随之旋转。在上述状态下，若人工通过拉环281拉动复位手柄28反向转动，则可使得动触头复位，让真空灭弧装置2恢复至接通状态。

如图4所示，所述灭弧装置2靠近跌落件3一端设有外部静触头27，所述跌落件3上对应设有导电触头31，所述跌落件3与活塞推杆36并列设置，跌落件3外部套设有环形的卡座32，所述卡座32与跌落件3外壁之间设有卡紧件33，卡座32与活塞推杆36之间设有连杆进行固定；当活塞推杆36朝外移动时，卡座32相对跌落件3发生位移，使得卡紧件33外部失去挤压并掉落，此时跌落件3与卡座32之间失去紧固，跌落件3在重力下朝下移动，使得导电触头31与外部静触头27分离，从而形成可视断点。进一步优选的，卡座32与跌落件3外壁之间的卡紧件33为钢珠，而卡座32为塑料材质，具有一定弹性，当钢珠直径略大于卡座32与跌落件3外壁之间的间距时仍然能够卡设在其间，并因为两侧的挤压从而实现对卡座32和跌落件3的相对固定。当卡座32跟随活塞推杆36在气缸34内高压气体的作用下迅速朝上放移动时，此时跌落件3还与真空灭弧装置2抵接而无法随之移动，因此两者出现相对位移，钢珠移动到卡座32与跌落件3的间隙之外，从而自然掉落，此时卡座32与跌落件3之间失去固定，跌落件3在重力作用下自然下落。

作为跌落件3重力下坠的补充，所述跌落件3内部设有导线37，所述导线37一端与导电触头31固定连接，另一端伸出跌落件3外部并弯折后固定设置，导线37位于跌落件3外部弯折段的内侧设有压簧38，压簧38对导线37弯折段施加推力，使得导线37拉动导电触头31朝着远离外部静触头27的方向移动。

本发明的工作原理如下：

如图6所示，首先，电容分压取能为整个检控、通讯、驱动模块供电。上电保护模块在系统上电时输出一段时间的保护信号，用于避开线路上电时产生的励磁电流。AD转换器将电流传感器输出的电流信号转化为数字信号，输入到控制模块。控制模块综合各种判据，实时监测线路电流。当故障发生时，线路电流超过设定的动作定值，控制模块输出控制信号。控制信号使能高频信号发生器输出高频信号，为驱动模块提供激励信号。驱动模块为谐振功率放大器，将驱动能量从天线发射出去。推动机构装有天线和高频整流、滤波和稳压电路，通过天线接收驱动能量，驱动推动机构，使真空灭弧装置2动作，迅速断开故障线路，继而速断器跌落，形成明显断点，达到切断故障电流的目的。通信模块可与主站或特定设备通信，上传速断器分闸、合闸状态；上传线路电流等线路状态；接收指令，远程控制速断器分闸等。

本发明为了降低导电件重量，将检测控制装置、真空灭弧装置2等模块转移到了安装座，导电件上仅保留了推动机构和导电体机构。检测控制装置和推动机构之间没有电气连接，为了驱动推动机构，设计了无线输能装置，利用无线电能传输技术，无线传输驱动能量。当故障发生时，线路电流超过设定的动作定值，控制模块综合各种判据，输出控制信号。控制信号使能高频信号发生器，输出高频信号，为驱动模块提供激励信号。驱动模块为谐振功率放大器，将驱动能量从天线发射出去。当驱动模块选频回路的谐振频率与激励信号频率相同时，功率放大器发生谐振，此时线圈中的电压和电流达最大值，从而产生最大的交变电磁场。接收线圈与发射线圈距离较近，将在接收线圈中产生感生电压，当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振，电压达最大值。经高频整流滤波，经过稳压电路，输出驱动信号，驱动推动机构动作。这样，能量传输低延时，延时小于500ms，而且控制端和驱动端隔离，绝缘性能优良，体积小，方便结构布置。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。