中电展览网 > 首页 > 高压开关 > 开关柜 > 技术探讨 > 正文

高压开关柜平移式活门机构设计方法

来源:ABB(中国)有限公司 李琰  时间:2011-11-01 14:41  阅读:0

  Design Method for Translation Shutter Mechanism of High-Voltage Switchgear

  张文峰 杨新洁 ABB(中国)有限公司中压技术中心

  摘要 本文以我公司某铠装移开式交流金属封闭开关柜的平移式活门机构[1]为例,介绍用平面解析法设计平移式活门机构的方法。通过虚拟仿真软件建立虚拟样机模型验证了设计结果,并选取平移式活门机构的结构参数为设计变量进行设计分析,总结出各结构参数对活门行程的影响,为该平移式活门机构的系列化设计提供了参考。本文所介绍的设计方法对于其他平移式活门机构的结构设计具有实际参考价值。

  关键词 开关柜 平移式活门机构 平面解析法

  Abstract:This article especially introduces the plane analytic method for designing translation shutter mechanism of the high-voltage switchgear, by taking the shutter mechanism of a movable alternating-current metal enclosed switchgear that is produced by our company as an example. Through the use of virtual simulation software, a virtual prototype model of shutter mechanism was built to prove the correction of the design result, and to analyze the influence of mechanism parameters on shutter travel distance by taking mechanism parameters as design variables. The analyzing result provided reference for series design of this kind of translation shutter mechanism. The method involved in this article has actual reference value for design of other type of translation shutter mechanism.

  Key word:Switchgear,Translation shutter mechanism,Plane analytic method

  1 引 言

  平移式活门机构被广泛应用于移开式高压开关柜中,具有上下开闭不占用柜室空间,节省柜身深度的优点,但机构较复杂,需要专门计算杠杆的长度,以确保手车从试验位置移动到工作位置时,上下活门完全打开,与动触头不发生碰撞干涉。本文以我公司某12KV铠装移开式交流金属封闭开关柜的平移式活门设计过程为例,介绍平移式活门的设计方法。

  2 平移式活门机构结构与工作原理

  平移式活门机构简图如图1所示,由两个摇杆滑块机构OABCD和PEFGM组成。可以将上下活门机构拆分成两个摇杆滑块机构分别进行分析。

  图1 平移式活门机构简图 图2 压板驱动机构示意图

  活门机构由安装在手车上的压板驱动(见图2),当手车从试验位置向工作位置移动时,手车底盘上的压板向下压安装在A和E处的滚轮,使摇杆OA、PE顺时针摆动,分别带动杠杆CD、FM打开上下活门。S为手车压板将滚轮完全压下所需的位移,S的大小与压板的角度α相关,建议取45°,如α<45°,则S较大,α>45°,则手车移动需要克服较大的阻力。

  布置活门的位置时应使活门的中心线与触臂的轴心线等高度,并根据动触头的直径确定活门的行程H。设D为手车在试验位置时,动触头到活门的水平距离,H为滚轮被压板完全压下后活门的行程,当S < D,手车动触头到达活门位置时,活门已完全打开;当S > D,手车动触头到达活门位置时,活门未完全打开,对于S > D的情况,应预留更大的活门行程H,以确保动触头到达活门时,活门有足够的位移,使动触头顺利通过。

  在确定O、P的位置,杆OA、PE的长度和初始摆角,以及A、E处滚轮的半径R时,应满足当手车在试验位置时压板既与滚轮接触,以消除压板与滚轮接触前的空位移,节省柜身深度。

  3 平移式活门机构解析计算

  根据以上设计思想,布置O、P、C、G的位置,确定上下活门的行程,摇杆OA、PE的长度和初始摆角。

  闭合位置 打开位置

  图3 下活门机构

  首先取下活门机构为研究对象(见图3),建立平面坐标系XOY,由矢量封闭四边形OABCO建立矢量方程式:

  (方程1)

  矢量位置角为矢量方向与X轴正向夹角,逆时针为正,顺时针为负。将矢量方程向X轴,Y轴投影,并将活门分别在开、闭位置时的已知矢量位置角

  和已知杆长

  代入,得到机构的位置方程式:

  (方程 2)

  方程2中未知量为

  ,与方程个数相同,有唯一确定解。求解方程2得到下活门机构各杆长度。

  同理,取上活门机构为研究对象,由矢量封闭四边形PEFGP建立矢量方程,并解出所求的杆长和位置角。

  由以上计算可初步确定平移式活门机构的机构参数,由于平移式活门杆件多,结构复杂,为避免杆件在活门打开过程中发生干涉,借助虚拟仿真软件COSMOSMotion根据以上计算结果建立活门机构的虚拟样机模型,进行仿真和干涉检验以验证设计结果。

  4 平移式活门机构参数分析与优化

  不同种类规格的电器手车具有不同的触臂高度,触臂长度和动触头直径的组合,为了满足高压开关柜多种的配合需求,需要对高压开关柜的活门机构进行系列化设计。在虚拟仿真软件COSMOSMotion中选取活门机构的结构参数为变量修改虚拟样机模型,由仿真结果观察各变量对活门行程H的影响,为系列化设计提供参考。

  取下活门机构为研究对象(见图3),保持手车压板形状和位置不变,选取以下变量进行设计分析:

  1、选取O点纵坐标为变量,保持L2,L3,摇杆OA杆初始位置,相应改变L1长度,仿真结果如图4所示:随O点位置升高,下活门的行程H增大,打开的速率降低,因此在时刻t(即动触头到达下活门位置的时刻,以下同)下活门的垂直位移随O点位置的升高而减小。

  2、选取O点横坐标为变量,相应变化L1,保持摇杆OA上的滚轮A的初始位置,保持L2,L3长度和初始位置不变,仿真结果如图5所示:随O点向右平移,下活门行程增大,打开速率降低,在时刻t,下活门的位移随O点的右移而减小。

  3、选取L3为变量,保持摇杆OA初始位置,摆角,长度不变,相应改变L2长度,仿真结果如图6所示:随L3减小,下活门行程H增大。打开速率增大,在时刻t下活门的行程随L3的减小而增大。

  4、选取A点处滚轮的直径d为变量,保持其他机构因素不变,仿真结果如图7所示:随d增大,下活门的行程H增大,打开速率不变,在时刻t下活门的垂直位移随滚子直径d的增大而增大。

  图4 O点纵坐标对下活门行程的影响 图5 O点横坐标对下活门行程的影响

  图6 L3长度对下活门行程的影响 图7 滚轮直径d对下活门行程的影响

  5 结 论

  为比较各设计变量对活门行程H的影响程度,需要计算出活门行程相对于各变量的敏感度系数。敏感度系数定义为:

  (公式1)

  -活门行程的增量

  -设计变量的增量

  由敏感度系数公式计算可知变量L3对活门行程H的影响程度最大,滚轮A的直径d次之。因此,在原设计基础上进行系列化设计,需要得到更大的活门行程时,应首选缩短L3的长度或者增大滚轮的直径d,这两种方法都能够显著地增大活门行程。以上结论同样适用于上活门机构。

  综上所述,高压开关柜平移式活门机构的设计目标是:确保手车动触头到达活门位置时上下活门的位移足够大,使触头能够顺利进入绝缘盒。

  高压开关柜平移式活门机构的设计可分为两步:

  一、 通过本文介绍的解析法可初步确定活门机构的几何参数,确保上下活门有足够大的行程。

  二、 借助虚拟仿真软件根据解析法计算的结果建立样机模型,通过改变手车压板的水平位置来调节动触头到达活门位置的时刻,同时调整L3和d以增大上下活门的位移,确保动触头与活门不干涉。

  参考文献

  1.裘士工 . 高压开关柜的活门机构[J] . 高压电器,2002,38(1):60-61

  作者简介

  张文峰 (1978-至今)男,助理工程师,主要从事一次配电产品研发设计工作。

  工作单位:ABB(中国)有限公司 中压技术中心

  杨新洁(1974-) 男, 高级工程师, 主要从事断路器及开关柜的开发设计工作。.

  工作单位:ABB(中国)有限公司 中压技术中心

编辑:赵岩
信息发布者:ABB(中国)有限公司 康棵 联系电话:010-64231205 {dede:field.source/}
免责声明:中电展览网信息来源于互联网、期刊杂志或由作者提供,其内容并不代表本网观点,仅供参考。如有侵犯您的版权或其他有损您利益的行为,我们会立即进行改正并删除相关内容。
本文地址:http://www.365zhanlan.com/gykg/2011/11/1320129719377433.html

本周关注

专题报道

庆祝中电展览网电气周刊100期

庆祝中电展览网电气周刊100期电气E周刊是中电展览网为所有注册会员和订阅用户提供的全新服务。通过群发电子邮件的方式,把每...

推介产品

产品推广电话:010-63796770

热门视频

高压开关论坛

我来提问

高压开关问答

在线客服

高压开关宝典