TDZ1主断路器.docx

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TDZ1主断路器

E-6-11主断路器

一、主断路器的作用

主断路器连接在受电弓和主变压原边绕组之间，安装在机车车顶中部。

在机车中起双重作用，既是机车电源总开关，又是机车总保护电器。

当主断路器闭合时，机车通过受电弓从接触网导线上获得电源，投入工作。

若机车主电路和辅助电路发生短路、接地、过载及零压等故障时，均通过主断路器自动切断机车总电源，起着保护作用。

主断路器属于高压断路器的一种。

高压断路器按其灭弧介质可分为油断路器、压缩空气断路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。

目前在交流电力机车上使用主断路器有两种，一种是压缩空气断路器，另一种是真空断路器。

在SS1.SS3型4000系、SS3B型电力机车上使用TDZ1型空气断路器，而在SS4型、SS6B型和SS8型电力机车上使用TDZlA型空气断路器。

高压空气断路器与油断路器相比具有灭弧性能好、动作时间快、防爆、使用安全可靠、重量比较轻，而且适用于温度变化较大的工作环境等优点。

其缺点是结构复杂，制造工艺要求较高，操作时声音大。

二、TDZ1-200/25型空气断路器

（一）TDZl-200/25型主断路器的结构和主要部件的作用

图E-6-11-1TDZ1-200/25型空气断路器

1-灭弧室；2-非线性电阻瓷瓶；3-非线性电阻片；4-干燥剂，5-弹簧；

6-隔离开关；7-转动瓷瓶；8-控制轴；9-传动杠杆；10-气管；11-合闸阀杆；

12-启动阀；13-分闸阀杆；14-主阀活塞；15-延时阀；16-阀门；17-气管；

18-主阀；19-塞门；20-支持瓷瓶；21-储气缸；22-传动气缸。

TDZl-200/25型主断路器的结构如图E-6-11-1所示，所有部件分上下两部分安装在铸铝制成的底板上。

底板安装在机车顶盖上，用密封圈使底板同顶盖间密封。

露在车顶上的为高压部分，主要有灭弧室、非线性电阻、支持瓷瓶、隔离开关和转动瓷瓶等部件；装在底板下部的为低压部分，主要有储气缸、主阀、延时阀、传动气缸、启动阀、分闸电磁铁、合闸电磁铁、辅助开关和定位机构等部件。

1.高压部分

⑴灭弧室的结构如图E-6-11-2所示，灭弧室的主体是空心瓷瓶，它的一端有气道接头，并通过支持瓷瓶与空气系统相连；另一端装有法兰盘，以此将高压电源引入主断路器。

灭弧室内装有静主触头和动主触头。

静主触头固装在触头杆的一端，其头部为球状并镶有耐电弧的钼块，以提高耐弧性能，静主触头杆的另一端固装在气道接头上，并与隔离开关的静触头相连，其接触面有沟槽，以利于静主触头杆可靠接触。

动主触头为管状，工作端的管壁作成弧形成一“喷口”，以利于静主触头球面的良好接触及产生良好的吹弧作用。

动主触头的尾端与一圆环形弹簧座相贴。

弹簧座接有张力较大的压缩弹簧。

弹簧的另一端通过圆筒固定在法兰盘上。

此弹簧一方面使动、静主触头间具有一定的接触压力，另外还能使动静主触头开断后能自行恢复闭合状态。

在动主触头的外面套有与它既有相对滑动也有良好电接触的导电管。

导电管是由铜管铣成多瓣形，弹性地套装在动主触头上的，其尾端固定在法兰盘上，因此从法兰盘引入的高压电源通过导电管传至动主触头。

缓冲垫是用来缓和动主触头开断时弹簧对圆筒的撞击。

网罩在动主触头开断过程中起消音作用，而外罩可防止外界脏物沾污主触头，其下部有一排气孔。

图E-6-11-2灭弧室

1-网罩；2-外罩；3-挡圈；4-缓冲垫，5-弹簧；6-弹簧座；7-法兰盘；8-固定圈；

9-接触管；10-弹簧；11-灭弧室瓷瓶；12-动触头；13-静触头；14-静触头杆；

15-风道接头；16-套筒；17-隔离开关静触头。

在平时，动主触头借弹簧的压力压在静主触头上。

当压缩空气进入灭弧室A腔时，气压使动主触头克服弹簧之弹力向左移动，静主触头间产生的电弧由进入动主触头“喷口”内的压缩空气强迫熄灭。

废气通过网罩由外罩下方孔排入大气。

⑵非线性电阻的结构如图E-6-11-1所示，由10片非线性电阻片串联而成的非线性电阻并联在动、静主触头两端，用以防止主断路器分闸时的过电压。

这种电阻采用碳化硅和结合剂烧结而成，并置于空心瓷瓶腔中，内装有干燥剂。

右端装有弹簧，保证电阻之间以及与外部连接之间的接触压力，减小接触电阻。

主断路器分闸时，动、静主触头间产生电弧，在熄弧过程中触头间的电压将急剧增加。

当电压增加到一定值时，非线性电阻值迅速下降，主触头上的电弧电流迅速转移到非线性电阻上，既可防止产生过电压，又有利于主触头上的电弧熄灭，减少触头电磨损。

随着非线性电阻两端电压的降低，其阻值又迅速增大，以减小残余电流，利于隔离开关分闸。

⑶隔离开关是主触头灭弧之后用来隔离主电路的，它装在转动瓷瓶上，转动瓷瓶经操纵轴与传动装置连接。

当操纵轴转动时可使隔离开关产生分闸或合闸动作。

隔离开关的结构如图E-6-11-3所示，由动触指、弹簧装置、隔离开关闸刀、法兰盘、铜滚珠、连接件及弹簧装置组成。

它的静触头如图E-6-11-1中的21所示。

隔离开关闸刀一端套装动触指，并用螺钉紧固，在动触指磨耗到限时，可拆下更换或反面继续使用。

在闸刀上还装有弹簧装置，以保证触头间具有足够的接触压力。

闸刀另一端紧固在法兰盘上，法兰盘是转动的，而安装引出线连接件是不动的，它们之间通过铜滚球连接并导电，相互间还通过法兰盘中的弹簧装置保持一定的接触压力。

法兰盘用螺栓紧固在转动瓷瓶上。

图E-6-11-3隔离开关

1-隔离开关闸刀；2-法兰盘；3-弹簧装置；4-钢球；5-连接件；6-弹簧装置；7-触指。

2.低压部分

图E-6-11-4TDZ1型启动阀图

1-阀体；2-阀杆；3-密封圈；4-螺母；5-弹簧；6-延时阀。

⑴启动阀是主断路器分断时使主阀动作，合闸时使传动气缸动作的装置，TDZ1型主断路器启动阀如图E-6-11-4所示，由分闸阀和合闸阀两部分组成。

左边阀杆为分断阀杆，右边阀杆为闭合阀杆，均由相应的电磁铁来操纵。

在电磁铁未撞击阀杆时，阀门在弹簧和压缩空气作用下关闭着，E和D腔都充满来自储风缸的压缩空气，E腔和主阀相通。

当分闸电磁铁撞块撞击分断阀杆并向上移动时，阀门打开，E腔内的压缩空气经阀门和排气孔向大气排出，由于压缩空气从储风缸进入E腔的管径只有2mm，而排气孔径为8mm，因此进风慢排风快，E腔气压骤减导致主阀动作使主触头分断。

当合闸电磁铁撞块撞击闭合阀杆并向上移动时，阀门打开，D腔压缩空气经阀门从F腔进入传动气缸，使隔离开头闭合。

F腔内有直径为2mm的排气孔，进入D腔的压缩空气管径为8mm，所以F腔仍能保持相当高的气压使传动气缸动作。

⑵主阀属于差动阀，在主断路器中起着供气阀的作用，TDZ1型主阀如图E-6-11-5所示，主要由阀体、阀门、阀块止挡、弹簧、阀杆和活塞等组成。

阀门通过阀杆和活塞等组成一体，利用阀门和活塞间的压力差来开启与关闭气道。

正常情况下，阀杆两端都受到压缩空气的作用，由于活塞的直径大于阀门的直径，再加上弹簧力的作用，使阀杆向左有个合成力，该力使阀门紧闭。

主断路器进行分断时，启动阀E腔向大气迅速排气降压，活塞作用到阀杆的力迅速减小，阀杆的合成力指向右侧，使阀门打开，储风缸的压缩空气迅速经主阀、支持瓷瓶进入灭弧室进行分断动作。

图E-6-11-5差动式主阀

1-主阀体；2-密封圈；3-衬套；4-阀门；5-弹簧，6-阀杆，7-活塞。

⑶延时阀如图E-6-11-6所示。

在分断过程中，储风缸的压缩空气通过主阀进入灭弧室，也进入延时阀，经过一定的延时控制后，再进入传动气缸装置，使隔离开关分闸动作。

延时功能由延时阀实现。

从主阀来的压缩空气，经延时阀阀盖上的进气管路、阀体上的通道、调节螺钉与阀座通孔之间的间隙进入到膜片下部的阀体空腔内。

因为管路截面小，风阻大，膜片下部的气压上升得较慢，经过一定延时后，膜片下部气压所产生的推力足以推动阀杆，打开阀门，这时大量压缩空气通过阀口进入传动气缸装置。

延时长短可以用调节螺钉改变气路风阻大小来改变。

图E-6-11-6延时阀

l-阀座；2-密封环；3-膜片；4-阀杆；5-阀体；6-阀；

7-弹簧；8-阀盖；9-调节螺钉。

⑷传动气缸结构如图-6-11-7所示。

左边气缸体和主活塞是驱动隔离开关分闸和合闸的动力部件，缓冲气缸体和缓冲活塞是在活塞行程将结束时起缓冲作用，减缓隔离开关动作过程中的冲击。

在分断过程中，主活塞左侧和缓冲活塞右侧进入压缩空气。

主活塞向右运动碰到套筒时，使套筒随之右移，迫使缓冲活塞右移，缓冲活塞右侧的压缩空气的压缩和释放，就起缓冲作用。

同理，在合闸过程中主活塞右侧和缓冲活塞左侧进入压缩空气，随着主活塞向左运动，连杆销碰到套筒继续向左运动，迫使缓冲活塞左移，缓冲活塞左侧的压缩空气的压缩和释放，同样起到缓冲的作用。

⑸分合闸电磁铁为螺管直动式结构。

当电磁铁线圈接到信号后，衔铁被吸入线圈，带动撞块去撞击相应的阀杆使启动阀动作。

当电磁铁线圈接到信号使线圈断电时，在弹簧的作用下衔铁又恢复到原来的位置。

⑹辅助开关由万能转换开关改装而成的，是控制分、合闸电磁铁线圈通电或断电的低压联锁装置，它通过不完全齿轮与操纵轴齿轮啮合。

隔离开关的分、合闸对应它的两个工作位置，根据控制电路的需要，用了6个联锁触头，其中1个常开和1个常闭触头分别串人分闸和合闸电磁铁线圈电路里。

在主断路器动作完成后立即切断相应的电磁铁线圈电路，以防线圈通电时间过长而烧毁，并为下次动作作准备。

它的引出线通过插座与插销同有关控制电路相连接。

图E-6-11-7传动气缸

l-套筒；2-主活塞；3-杆；4-气缸体；5-隔板；6-缓冲气缸体；

7-缓冲活塞；8-套筒；9-连杆销。

⑺定位机构如图E-6-11-1所示，它利用弹簧随隔离开关分、合闸具有两个作用方向的力，使隔离开关移到分闸或合闸位置后不得自行变位，以防误动作。

（二）主断路器分、合闸动作原理

主断路器在正常工作时，机车总风缸的压缩空气进入主断路器的储气缸并达到额定值，储气缸的压缩空气分别进入启动阀的E腔与D腔。

由于E腔与主阀C腔相通，所以此时主阀阀门关闭，只有微量的压缩空气通过通风塞门进入灭弧室，以保持外部空气不得侵入。

1.主断路器的分闸动作原理

当分闸信号通过辅助开关的常开联锁触头（主断路器在合闸下该联锁触头闭合的）送到分闸电磁铁的线圈，分闸电磁铁动作而铁心上的撞块撞击启动阀的分闸阀杆时，阀口打开。

于是主阀C腔和分闸阀E腔内的压缩空气迅速通过排气孔排向大气，C腔内压力骤减，主阀活塞两边产生很大压力差，活塞右移动作，阀门打开，大量压缩空气经主阀阀口进入支持瓷瓶B腔至灭弧室A腔，迅速将动主触头推至开断状态。

进入动主触头“喷口”的压缩空气将电弧迅速熄灭。

与此同时，压缩空气也进入延时阀经延时后，再进入传动气缸使其动作。

通过连杆、操纵轴等机构带动瓷瓶转动，隔离开关闸刀分闸并通过弹簧定位装置使隔离闸刀保持于分闸位，同时也带动辅助开关动作。

由于辅助开关动作，切断了分闸电磁铁线圈电源，在弹簧作用下分闸电磁铁复位。

分闸阀阀杆在弹簧及压缩空气作用下恢复关闭状态。

压缩空气作用于主阀活塞两边，使主阀阀门封闭，压缩空气停止进入灭弧室，动主触头在弹簧作用下恢复到与静主触头闭合的状态。

2.主断路器的合闸动作原理

当有合闸信号经辅助开关的常闭联锁触头（主断路器在分闸状态时该联锁触头闭合）送给合闸电磁铁线圈时，铁心吸合。

合闸阀杆被撞击而动作，阀门打开，压缩空气通过合闸阀进入传动气缸使其动作，通过转动瓷瓶转动，使处于分闸位的隔离开关闸刀转到合闸位。

与此同时，辅助开关也跟着转动，切断了合闸电磁铁线圈的电源。

合闸阀杆复位，阀门关闭，整个合闸过程结束。