CN112420442A - 一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，用以解决现有的矿用低压供电设备中隔离开关和真空负荷开关分开安装或两者距离远，导致检修不便、容易造成危险事故等技术问题。本发明包括隔爆外壳，隔爆外壳内分别设有隔离开关和真空断路器，且真空断路器的底部固定在隔爆外壳的底板上、顶部设有连接板，连接板上安装有执行机构，隔离开关固定在连接板的一侧且与执行机构相连接，执行机构和真空断路器均连接控制单元，且隔离开关和真空断路器分别连接有手动输入单元。本发明具有自动手动两种控制模式，实现矿上电工维修更加方便、安全，同时降低矿用井下低压配电的成本；整体结构紧凑、体积小，安全可靠，便于线路维护，且具有隔离功能。

Description

一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器

技术领域

本发明涉及矿用井下真空配电技术领域，具体涉及一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器。

背景技术

具有隔离功能的低压真空断路器组合装置的隔爆型馈电开关主要负责井下低压线路供电、配电及线路保护，随着煤矿生产机械化和自动化程度的不断提高，电气设备使用广泛，井下供电容量不断增大，对井下供电系统的可靠性和安全性提出了更高的要求。随着自动化水平的不断提升，井下防爆电气设备稳定可靠的运行越来越重要，井下使用的运输绞车、皮带输送机、排水泵以及局部通风机等电机均为低压电气设备，为低压电气设备供电的低压馈电开关则至关重要。检修人员按照标准规程经常对低压供电设备进行检修，而现有的矿用低压供电设备中隔离开关和真空负荷开关都是分开安装，有的距离很远，在检修过程中很不方便，特别是真空断路器由于其触头在真空腔内，其通断状态是观察不到的，当触头粘连时，即使真空断路器在断开状态，其输出线路也是带电状态，这样容易造成危险事故。煤矿井下供电自动化是智慧矿山建设的重要组成部分，远程停送电是供电自动化的核心功能，如果没有物理隔离，则远程停送电将无可靠的安全保障。

发明内容

针对现有的矿用低压供电设备中隔离开关和真空负荷开关分开安装或两者距离远，导致检修不便、容易造成危险事故等问题，本发明提出一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，具有自动手动两种控制模式，实现矿上电工维修更加方便、安全，同时降低矿用井下低压配电的成本。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，包括隔爆外壳，所述隔爆外壳内分别设有隔离开关和真空断路器，且真空断路器的底部固定在隔爆外壳的底板上、顶部设有连接板，连接板上安装有执行机构，隔离开关固定在连接板的一侧且与执行机构相连接，所述执行机构和真空断路器均连接控制单元，且隔离开关和真空断路器分别连接有手动输入单元。

所述执行机构包括底板，底板固定在连接板上，底板上分别设有用于驱动隔离开关的主轴的第一驱动组件和用于驱动所述第一驱动组件的第二驱动组件，且第一驱动组件与隔离开关相连接，第二驱动组件与第一驱动组件相连接。

所述第一驱动组件包括推杆、丝杆和螺母座，推杆和丝杆均水平设置在螺母座上，且推杆沿底板的径向设置，丝杆沿底板的轴向设置；所述的推杆通过铰链片与隔离开关的主轴相连接，丝杆的两端分别通过轴承组件与底板转动连接，且丝杆与第二驱动组件相连接；所述的螺母座通过滑动组件与底板滑动连接。

所述螺母座上分别设有与推杆相匹配的通孔和与丝杆相匹配的螺纹孔，通孔和螺纹孔均沿水平方向设置，通孔位于螺纹孔的上方，且通孔和螺纹孔的轴线相互垂直；所述推杆穿设在螺母座的通孔内，螺母座的螺纹孔内螺纹连接有螺母，丝杆与螺母螺纹连接。

所述滑动组件包括直线滑轨，直线滑轨固定在底板上且沿底板的中心轴线设置，直线滑轨上滑动连接有滑块，滑块与螺母座固定连接。

所述第二驱动组件包括电机、手动输入轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三锥齿轮，电机与控制单元相连接，第二锥齿轮和第三锥齿轮分别位于第一锥齿轮的两侧且均与第一锥齿轮相啮合；所述丝杆与第一锥齿轮固定连接，电机的输出轴通过轴承组件与第二锥齿轮固定连接，手动输入轴通过轴承组件与第三锥齿轮固定连接，且手动输入轴与隔离开关的手动输入单元相连接。

所述轴承组件包括轴承和轴承座，轴承设置在轴承座上，轴承座通过支撑架固定在底板上；所述轴承组件设置有四组，其中两组轴承组件的轴承分别与丝杆的两个端部转动连接，一组轴承组件的轴承与电机的输出轴固定连接，一组轴承组件的轴承与手动输入轴固定连接。

所述支撑架包括第一支撑和第二支撑，第一支撑和第二支撑均为U型结构且水平对称设置在底板的两端，第一支撑和第二支撑的开口相对设置，且第一支撑和第二支撑的底部、第二支撑的两个侧部均设有与轴承座相匹配的装配孔，四组轴承组件的轴承座分别位于对应的装配孔内。

所述隔离开关的手动输入单元包括隔离开关手动输入轴套，手动输入轴通过铣去的两个平面与隔离开关手动输入轴套相连接；真空断路器的手动输入单元包括断路器手动输入轴套，所述的隔离开关手动输入轴套和断路器手动输入轴套均延伸至隔爆外壳的外部。

所述隔离开关上分别设有隔离开关输入接线端和隔离开关输出接线端，真空断路器上分别设有断路器输入接线端和断路器输出接线端，且隔离开关输出接线端和断路器输入接线端通过螺栓固定连接，隔离开关输入接线端与输入电缆相连接，断路器输出接线端与输出电缆相连接。

本发明通过在隔爆外壳内分别设置隔离开关和真空断路器，形成一种煤矿隔爆型馈电开关使用的且具有隔离功能的低压真空断路器组合装置，利用执行机构驱动隔离开关的合分闸状态，并由控制单元或手动输入单元来控制执行机构和真空断路器协调工作，实现同时具有自动、手动两种控制模式，矿上电工维修更加方便、安全，同时降低矿用井下低压配电的成本。本发明整体结构紧凑、体积小，安全可靠，便于线路维护，且具有隔离功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的左侧视图；

图4为本发明执行机构的主视图；

图5为图4的F-F向视图；

图6为本发明执行机构的俯视图。

图中，1为隔爆外壳，2为隔离开关，3为连接板，4为执行机构，5为真空断路器，6为控制单元，7为隔离开关手动输入轴套，8为断路器手动输入轴套，9为隔离开关输入接线端，10为铰链片，11为隔离开关输出接线端，12为断路器输入接线端，13为断路器输出接线端，14为第二支撑，15为轴承，16为轴承座，17为第一锥齿轮，18为螺母，19为推杆，20为丝杆，21为第一支撑，22为滑块，23为直线滑轨，24为底板，26为电机，27为第二锥齿轮，28为螺母座，29为手动输入轴，30为第三锥齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，本发明提供了一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，包括隔爆外壳1，所述隔爆外壳1内分别设有隔离开关2和真空断路器5，且真空断路器5的底部固定在隔爆外壳1的底板上、顶部固定连接有连接板3，连接板3上固定安装有执行机构4，隔离开关2固定在连接板3的侧板上且与执行机构4相连接，所述执行机构4和真空断路器5均连接控制单元6，控制单元6固定在隔爆外壳1左侧壁的前下方。本实施例中，控制单元6可采用STM32F103VET6型号的控制器，作为矿用井下隔爆型馈电使用的且具有隔离功能的低压真空负荷断路器组合装置的“大脑”，并通过信号线来检测及控制执行机构4、真空断路器5等协调工作，且通过驱动执行机构4进一步控制隔离开关2的合分闸状态。

具体如图4所示，所述执行机构4包括底板24，底板24固定在连接板3的支架平面上，底板24上分别设有用于驱动隔离开关2的主轴的第一驱动组件和用于驱动所述第一驱动组件的第二驱动组件，且第一驱动组件与隔离开关2相连接，第二驱动组件与第一驱动组件相连接。此结构设计实现可通过第二驱动组件来驱动第一驱动组件工作，再由第一驱动组件来驱动隔离开关2的主轴位置发生变动，进而控制隔离开关2的合分闸状态。

本实施例中，如图5所示，所述第一驱动组件包括推杆19、丝杆20和螺母座28，推杆19和丝杆20均水平设置在螺母座28上，且推杆19沿底板24的径向设置，丝杆20沿底板24的轴向设置。具体为螺母座28上分别设有与推杆19相匹配的通孔和与丝杆20相匹配的螺纹孔，通孔和螺纹孔均沿水平方向设置，通孔位于螺纹孔的上方，且通孔和螺纹孔的轴线相互垂直。所述推杆19穿设在螺母座28的通孔内并通过铰链片10与隔离开关2的主轴相连接，以驱动隔离开关2的主轴状态发生变动。螺母座28的螺纹孔内螺纹连接有螺母18，丝杆20与螺母18螺纹连接，且丝杆20与第二驱动组件相连接，丝杆20的两端分别通过轴承组件与底板24转动连接，且螺母座28通过滑动组件与底板24滑动连接，从而有当丝杆20转动时可带动螺母座28运动。进一步地，所述滑动组件包括直线滑轨23，直线滑轨23固定在底板24上且沿底板24的中心轴线设置，直线滑轨23上滑动连接有滑块22，滑块22可以在直线滑轨23上前后自由滑动，此处直线滑轨23起到导向、承载的作用，且螺母座28与滑块22固定连接。此结构实现在第二驱动组件的驱动下，可带动丝杆20转动，由于丝杆20与螺母18螺纹连接，螺母18与螺母座28螺纹连接，且螺母座28与滑块22固定连接，当丝杆20转动时，螺母座28获得动力并驱动滑块22沿着直线滑轨23运动，即螺母座28沿着直线滑轨23的方向运动，从而带动推杆19运动，而推杆19作为隔离开关2主轴的驱动，当推杆19运动时，将使得隔离开关2的主轴状态发生变动，进而实现控制隔离开关2合分闸的状态。

如图6所示，所述第二驱动组件包括电机26、手动输入轴29、第一锥齿轮17、第二锥齿轮27和第三锥齿轮30，电机26与控制单元6相连接，控制单元6可控制电机26的启停。第二锥齿轮27和第三锥齿轮30分别位于第一锥齿轮17的两侧且均与第一锥齿轮17相啮合，且丝杆20的后部与第一锥齿轮17固定连接，第一锥齿轮17用来传递动力和改变动力方向。电机26的输出轴通过轴承组件与第二锥齿轮27固定连接，通过启动电机26工作可驱动第二锥齿轮27转动，从而带动第一锥齿轮17转动，进而带动丝杆20转动。手动输入轴29通过轴承组件与第三锥齿轮30固定连接，手动输入轴29与隔离开关2的手动输入单元相连接，通过隔离开关2的手动输入单元驱动手动输入轴29转动，手动输入轴29带动第三锥齿轮30转动，从而带动第一锥齿轮17转动，进而带动丝杆20转动。即实现了隔离开关2的自动、手动合分闸两种控制模式。

本实施例中，所述轴承组件包括轴承15和轴承座16，轴承15设置在轴承座16上，轴承座16通过支撑架固定在底板24上。所述的支撑架包括第一支撑21和第二支撑14，优选为第一支撑21和第二支撑14均为U型结构且水平对称设置在底板24的两端，第一支撑21和第二支撑14的两侧底部均设有折边，且第一支撑21和第二支撑14分别通过对应的折边固定在底板24上。第一支撑21和第二支撑14的开口相对设置，直线滑轨23的两端分别位于第一支撑21和第二支撑14的U型结构的框架内，以便于各驱动组件的装配。进一步地，所述轴承组件设置有四组，其中两组轴承组件的轴承15分别与丝杆20的两个端部转动连接，一组轴承组件的轴承15与电机26的输出轴固定连接，一组轴承组件的轴承15与手动输入轴29固定连接，且第一支撑21和第二支撑14的底部、第二支撑14的两个侧部均设有与轴承座16相匹配的装配孔，四组轴承组件的轴承座16分别位于对应的装配孔内，结构设计巧妙，且整体结构紧凑、体积小，安全可靠，便于线路维护。

所述隔离开关2和真空断路器5分别连接各自的手动输入单元。其中隔离开关2的手动输入单元包括隔离开关手动输入轴套7，手动输入轴29通过铣去的两个平面与隔离开关手动输入轴套7固定连接。真空断路器5的手动输入单元包括断路器手动输入轴套8。所述的隔离开关手动输入轴套7和断路器手动输入轴套8均穿过隔爆外壳1的右侧壁并延伸至隔爆外壳1的外部，便于手动操作。

所述的隔离开关2和真空断路器5均具有自动、手动两种控制模式，其中隔离开关自动合、分闸动力传动路线为：电机26→第二锥齿轮27→第一锥齿轮17→丝杆20→螺母18→螺母座28→推杆19→铰链片10→隔离开关2的主轴，即通过控制单元6启动电机26，电机26的输出轴带动第二锥齿轮27转动，第二锥齿轮27带动第一锥齿轮17同步转动，第一锥齿轮17带动丝杆20转动，丝杆20转动时使得螺母座28沿着直线滑轨23的方向运动，从而带动推杆19运动，进而驱动隔离开关2的主轴状态变动，实现控制隔离开关2合分闸的状态。隔离开关手动动合、分闸动力传动路线为：隔离开关手动输入轴套7→手动输入轴29→第三锥齿轮30→第一锥齿轮17→丝杆20→螺母18→螺母座28→推杆19→铰链片10→隔离开关2的主轴，即通过隔离开关手动输入轴套7驱动手动输入轴29转动，手动输入轴29带动第三锥齿轮30转动，第三锥齿轮30带动第一锥齿轮17同步转动，第一锥齿轮17带动丝杆20转动，同样最终带动推杆19运动，进而驱动隔离开关2的主轴状态变动，实现控制隔离开关2合分闸的状态。所述的真空断路器5的自动控制由控制单元6来执行，其手动控制是通过断路器手动输入轴套8来执行。本实施例通过设置自动、手动两种控制模式，实现矿上电工维修更加方便、安全，同时降低矿用井下低压配电的成本，为智慧矿山建设“打通最后一公里”。

所述隔离开关2上分别设有隔离开关输入接线端9和隔离开关输出接线端11，真空断路器5上分别设有断路器输入接线端12和断路器输出接线端13，且隔离开关输出接线端11和断路器输入接线端12通过螺栓固定连接，隔离开关输入接线端9与输入电缆相连接，断路器输出接线端13与输出电缆相连接，即本发明的电力传输路线图为：输入电缆→隔离开关输入接线端9→隔离开关2的闸刀→隔离开关输出接线端11→断路器输入接线端12→真空断路器5→断路器输出接线端13→输出电缆。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，包括隔爆外壳（1），其特征在于：所述隔爆外壳（1）内分别设有隔离开关（2）和真空断路器（5），且真空断路器（5）的底部固定在隔爆外壳（1）的底板上、顶部设有连接板（3），连接板（3）上安装有执行机构（4），隔离开关（2）固定在连接板（3）的一侧且与执行机构（4）相连接，所述执行机构（4）和真空断路器（5）均连接控制单元（6），且隔离开关（2）和真空断路器（5）分别连接有手动输入单元。

2.根据权利要求1所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述执行机构（4）包括底板（24），底板（24）固定在连接板（3）上，底板（24）上分别设有用于驱动隔离开关（2）的主轴的第一驱动组件和用于驱动所述第一驱动组件的第二驱动组件，且第一驱动组件与隔离开关（2）相连接，第二驱动组件与第一驱动组件相连接。

3.根据权利要求2所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述第一驱动组件包括推杆（19）、丝杆（20）和螺母座（28），推杆（19）和丝杆（20）均水平设置在螺母座（28）上，且推杆（19）沿底板（24）的径向设置，丝杆（20）沿底板（24）的轴向设置；所述的推杆（19）通过铰链片（10）与隔离开关（2）的主轴相连接，丝杆（20）的两端分别通过轴承组件与底板（24）转动连接，且丝杆（20）与第二驱动组件相连接；所述的螺母座（28）通过滑动组件与底板（24）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述螺母座（28）上分别设有与推杆（19）相匹配的通孔和与丝杆（20）相匹配的螺纹孔，通孔和螺纹孔均沿水平方向设置，通孔位于螺纹孔的上方，且通孔和螺纹孔的轴线相互垂直；所述推杆（19）穿设在螺母座（28）的通孔内，螺母座（28）的螺纹孔内螺纹连接有螺母（18），丝杆（20）与螺母（18）螺纹连接。

5.根据权利要求3所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述滑动组件包括直线滑轨（23），直线滑轨（23）固定在底板（24）上且沿底板（24）的中心轴线设置，直线滑轨（23）上滑动连接有滑块（22），滑块（22）与螺母座（28）固定连接。

6.根据权利要求3或5所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述第二驱动组件包括电机（26）、手动输入轴（29）、第一锥齿轮（17）、第二锥齿轮（27）和第三锥齿轮（30），电机（26）与控制单元（6）相连接，第二锥齿轮（27）和第三锥齿轮（30）分别位于第一锥齿轮（17）的两侧且均与第一锥齿轮（17）相啮合；所述丝杆（20）与第一锥齿轮（17）固定连接，电机（26）的输出轴通过轴承组件与第二锥齿轮（27）固定连接，手动输入轴（29）通过轴承组件与第三锥齿轮（30）固定连接，且手动输入轴（29）与隔离开关（2）的手动输入单元相连接。

7.根据权利要求6所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述轴承组件包括轴承（15）和轴承座（16），轴承（15）设置在轴承座（16）上，轴承座（16）通过支撑架固定在底板（24）上；所述轴承组件设置有四组，其中两组轴承组件的轴承（15）分别与丝杆（20）的两个端部转动连接，一组轴承组件的轴承（15）与电机（26）的输出轴固定连接，一组轴承组件的轴承（15）与手动输入轴（29）固定连接。

8.根据权利要求7所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述支撑架包括第一支撑（21）和第二支撑（14），第一支撑（21）和第二支撑（14）均为U型结构且水平对称设置在底板（24）的两端，第一支撑（21）和第二支撑（14）的开口相对设置，且第一支撑（21）和第二支撑（14）的底部、第二支撑（14）的两个侧部均设有与轴承座（16）相匹配的装配孔，四组轴承组件的轴承座（16）分别位于对应的装配孔内。

9.根据权利要求6所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述隔离开关（2）的手动输入单元包括隔离开关手动输入轴套（7），手动输入轴（29）通过铣去的两个平面与隔离开关手动输入轴套（7）相连接；真空断路器（5）的手动输入单元包括断路器手动输入轴套（8），所述的隔离开关手动输入轴套（7）和断路器手动输入轴套（8）均延伸至隔爆外壳（1）的外部。

10.根据权利要求1~5、7、8、9中任一项所述的馈电开关用带电动隔离的低压真空断路器，其特征在于：所述隔离开关（2）上分别设有隔离开关输入接线端（9）和隔离开关输出接线端（11），真空断路器（5）上分别设有断路器输入接线端（12）和断路器输出接线端（13），且隔离开关输出接线端（11）和断路器输入接线端（12）通过螺栓固定连接，隔离开关输入接线端（9）与输入电缆相连接，断路器输出接线端（13）与输出电缆相连接。

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