NK3S-12kv/35kv/38kV智能永磁三相同步合閘斷路器] 分相控制智能永磁斷路器
我公司的永磁斷路器由于運動部件非常少，取消了復雜的機械鎖扣及脫扣系統，因而具有無法替代的優勢：故障少、可靠、壽命長（可達到3萬次以上）、無需潤滑，目前已廣泛供電、煤礦、煉鋼、鐵路等。
由我公司自主研發的YCK380系列永磁開關控制器，及配合我公司的永磁操動機構，可以實現斷路器的分合閘操作、過流速斷保護、看門狗保護、無線遙控操作、重合閘操作，以及配網自動化功能等，使開關成為免維護的智能斷路器。
“以人為本，以質取勝”是公司的經營理念，以“科技，服務客戶”為企業經營宗旨，以“高度重視產品質量，專業進取，堅韌不拔，團隊合作”為企業精神。公司將始終以市場為導向，以客戶需求為中心，奮力進取，努力開拓開發，生產更多、更好的產品，為廣大用戶服務。
1. NK3S智能永磁斷路器 產品概述 --三相獨立永磁機構驅動 分相控制智能永磁斷路器
1.1主要用途
NK3S 型戶外高壓永磁真空斷路器（以下簡稱斷路器）是額定電壓為12/24kV/35kV/38kV，50Hz三相交流的戶外配電設備。主要用于配電網開斷、關合電力系統中的負荷電流、過載電流及短路電流。適用于變電站及工礦企業配電系統中作保護和控制之用，更適用于農村電網及頻繁操作的場所，特別適用于城網、農網改造的需要。
本安裝使用說明書規定了斷路器的主要技術參數、產品結構、以及操作、安裝、使用維護的原理和方法等內容。
1.2引用標準
GB1984-2003 《交流高壓斷路器》
GB/T11022-1999 《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》
GB311.1-1997 《高壓輸變電設備的絕緣配合：高壓試驗技術》
GB3309-1989 《高壓開關設備在常溫下的機械試驗》
DL/T403-2000 《12~40.5kV高壓真空斷路器訂貨技術條件》
1.3使用的環境條件
1.3.1海拔高度不超過2000米；
1.3.2周圍空氣溫度：-45℃~+40℃；
1.3.3風速不大于35m/s；
1.3.4污穢等級：IV級
1.3.5安裝場所：無易燃、爆炸危險、化學腐蝕的場所。
1.3.6地震強度不超過8度
1.4主要特點
1.4.1全密封結構：密封性能好，有助于提高防潮、防凝露性能，適應于高溫潮濕地區使用，有效地避免開關因長期戶外環境下而引起的機械銹蝕。
1.4.2斷路器采用三相支柱式結構，具有開斷性能穩定可靠，整體結構緊湊合理、體積小、重量輕。使用壽命長等特點。
1.4.3真空滅弧室：開斷性能穩定可靠，觸頭磨損小，無易燃和爆炸危險、安全可免維護。
1.4.4三相支柱及電流互感器采用優質戶外硅橡膠固體絕緣，具有耐高、低溫，耐紫外線、耐老化的特點。
1.4.5斷路器采用永磁操作機構，零部件少、體積小、免維護、機械壽命達3萬次以上。操作機構置于密封的殼體中，解決了機構銹蝕的問題，提高了機構的可靠性和使用壽命。
1.4.6斷路器的分閘操作可采用手動與電動分、合閘操作并提供遠方操作接口。可與控制器配套實現配電自動化，可與分界控制器組成看門狗分界斷路器或重合器.
1.4.7斷路器ABC相各裝有電流互感器，并裝有戶外電壓互感器，供過電流自動脫扣保護并與智能控制器配套進行信息分析，以實現各種保護功能。
1. 5產品型號
NK3S-12G 630A/1250A - 20/31.5
20/31.5額定短路開斷電流（kA）
630/1250額定電流（A）
G隔離開關
12/24/35kV/38kV 工作電壓（kV）
NK3S 設計序號 三相獨立永磁機構驅動
2.技術參數
2.1主要技術參數見表1.
2.2機械特性見表2.
2.3操作機構特性見表3.
2.4斷路器外形尺寸及安裝尺寸見圖1、 圖2、圖3、圖4。
3.操作機構及其動作原理
3.1手動機構動作原理.
表1斷路器主要技術參數
| 序號 | 項 目 | 單位 | 數 值 |
| 1 | 額定電壓 | kV | 12 |
| 2 | 額定頻率 | Hz | 50 |
| 3 | 額定電流 | A | 630/(1250) |
| 4 | 額定短路開斷電流 | kA | 20/(31.5) |
| 5 | 額定峰值耐受電流(峰值) | kA | 50/(80) |
| 6 | 額定短路耐受電流/持續時間 | kA/s | 20/4 /(31.5/4) |
| 7 | 額定短路關合電流(峰值) | kA | 80 |
| 8 | 額定操作順序 | | 分-0.3s-合分-180s-合分 |
| 9 | 機械壽命 | 次 | 10000 |
| 10 | 額定電流開斷次數 | 次 | 10000 |
| 11 | 額定短路開斷電流開斷次數 | 次 | 30 |
| 12 | 工頻耐壓(1min): (濕)相間對地 (干)相間、對地/斷口 | kV | 34 42/49 |
| 13 | 雷電沖擊耐受電壓（峰值）相間、對地/斷口 | kV | 75/85 |
| 14 | 二次回路1min工頻耐壓 | V | 2000 |
表2斷路器主要機械特性
| 序號 | 參數名稱 | 單位 | 數據 |
| 1 | 觸頭開距 | mm | 11±1 |
| 2 | 觸頭超行程 | mm | 3±0.5 |
| 3 | 平均合閘速度 | m/s | 0.6±0.2 |
| 4 | 平均分閘速度 | m/s | 1.0~1.4 |
| 5 | 觸頭合閘彈跳時間 | ms | ≤2 |
| 6 | 相間中心距離 | mm | 280±2 |
| 7 | 三相分合閘不同期性 | ms | ≤2 |
| 8 | 各相導電回路電阻 | µΩ | ≤80 |
| 9 | 合閘時間 | ms | 30~50 |
| 10 | 分閘時間 | ms | 30~70 |
3.1.1工作原理:
合閘時，控制器控制外部電路向線圈提供驅動電流，線圈電流產生的磁場與磁鐵產生的磁場方向一致，相互疊加，隨著線圈驅動電流的不斷增大，磁場產生的驅動力F逐漸變大，當驅動力大于斷路器提供的分閘保持力時，動鐵心按照牛頓定律：F=ma向下運動，并且驅動力隨著磁隙的減小而急劇增大，最終將動鐵心推到合閘位置。
此時控制器按程序設定的保護時間，切斷線圈電源。由于此時鐵磁回路已經閉合，永磁體的磁場力已滿足斷路器的合閘力，從而使斷路器處于合閘狀態。
分閘時，向線圈施加一個小電流，該電流產生的磁場與永磁體產生的磁場方向相反，削弱了鐵磁回路的磁場，當磁力小于斷路器的合閘保持力時，斷路器合力推動機構動鐵心向分閘方向運動，完成分閘過程。
本開關采用同步關合技術,實現斷路器同步關合,有效抑制操作過電壓和涌流 ,
特別適用于電容器的操作
3.3接線圖
4.隔離開關(可選)
4.1對于需要加裝隔離開關的用戶,可選用NK3S-12G系列開關，外形尺寸及結構圖見圖一,圖二。隔離開關用螺栓固定于NK3S-12斷路器的機構箱上，堅固、穩定、拆卸方便、可靠，可靈活加裝。
4.2隔離開關主要技術參數見表3
| 序號 | 項 目 | 單位 | 參數 |
| 1 | 額定電壓 | kV | 12 |
| 2 | 額定電流 | A | 630/1250 |
| 3 | 4s額定短時耐受電流（有效值） | kA | 16、20/31.5 |
| 4 | 額定峰值耐受電流 | 40、50/80 |
| 5 | 1min工頻耐受電壓 | 對地、相間 | kV | 42 |
| 斷口 | 48 |
| 6 | 回路電阻（斷路器接線板至隔離開關進線板間） | µΩ | ≤100 |
| 7 | 三相刀閘合閘時中心偏擺量 | mm | ≤2 |
| 8 | 三相刀閘分、合閘同期性偏差 | ≤2 |
| 9 | 導電部分對地絕緣距離 | ≥160 |
| 10 | 斷口開距 | ≥200 |
| 11 | 重量 | kg | ≤40 |
4.3隔離開關結構特點
隔離開關由隔離架12、絕緣子7、絕緣拉桿11、刀片10、隔離主軸2、進線板9、操作手柄1、電流互感器8等組成。隔離支架固定在機構箱上，利用斷路器的接線端作為閘刀的支點，構成隔離斷口的一端，斷口的另一端通過操作絕緣子和驅動軸打開、關合刀閘。三相聯動，在隔離開關分閘狀態下有明顯的可見斷口，并具備與斷路器本體之間的可靠防誤機構聯鎖，維護方便，安全。
4.4隔離開關操作順序
4.4.1合閘操作（送電操作）
a）拉動隔離開關操作手柄，閉合隔離刀，閉合到位；
b）拉動斷路器儲能手柄（電動機構即合閘）；
c）拉下斷路器合閘拉環，斷路器合閘（電動機構時無此步）。
4.4.2分閘操作（手動斷電、檢修操作）
a）拉下斷路器分閘拉環，斷路器分閘；
b）斷路器出線側驗電，確認無電。
c）拉動隔離開關操作手柄，打開隔離刀，打開到位。
4.4.3注意事項
a）嚴禁在斷路器合閘時，分合隔離開關；
b）隔離開關必須分合到位，否則斷路器不得進行分合閘操作。
c) 手動分閘前必須確認斷路器出線側無電。
5.運輸、調試和安裝
5.1產品在運輸過程中不得翻轉、倒置，并要采取防震措施。起吊斷路器時，必須勾住箱體上的四個耳環吊起。不得直接搬運環氧絕緣套筒。
5.2開箱后應檢查柱上斷路器戶外環氧絕緣套筒有無破裂，箱體是否變形，分合指示是否齊全，產品銘牌、合格證是否與訂貨單相符，裝箱清單是否與實物相符。
5.3柱上斷路器投入運行前，應仔細核對各操作元件的額定電壓、額定電流與實際情況是否相符。
5.4斷路器的觸頭參數和機械特性參數在出廠檢驗時就已經調整好，用戶不必開箱檢查。按要求進行耐壓試驗后，即可安裝。有條件可以按照表2的要求進行機械特性檢查。
5.5斷路器可以單桿架設，也可以雙桿架設。斷路器應平穩、牢固地安裝在專用鋼架上使用（如圖三所示）
安裝前的準備工作:
1金具加工
依據選定的安裝方式加工安裝金具及外置PT支架,安裝金具詳細加工尺寸附件圖。
2準備安裝附件
以下是單臺設備所需的附件數量：
1)高壓避雷器6個(電源側和負荷側各3個)
2)10KV絕緣子(規格和數量依據安裝方式和電桿的大小而定);
3)抱箍(規格和數量依據安裝方式和電桿的大小而定);
4)開關出線連接線夾6個(具體尺寸依據現場線路的線徑而定);
5)接地導線。
6)PT支架。
3待裝設備檢查
外觀檢查內容：
1)緊固和密封是否完好?
2)套管和殼體有無損傷?
3)控制插座及插針是否完好?
4)操作手柄及分合指針是否在正常位置?
絕緣測定內容：
1)絕緣電阻：一次對二次及地：≥10000MQ；二次對地：≥10MQ
2)絕緣耐壓：一次對二次及地：42KV,1min；二次對地：2KV，1min；
安裝步驟
步：安裝斷路器支架，及安裝PT支架。
第二步：起吊
吊裝前將開關置于分閘位置；
注意事項：
*鉤掛在勾鉤上的線繩長度應為0.8m；
*起吊過程中注意保護開關不要發生碰撞以免傷外殼和套管；
*開關允許稍有傾斜。
第三步：固定
把斷路器起吊至比安裝架水平橫擔略高位置后，將斷路器放置在安裝架水平橫擔上，并用四組M12x60的不銹鋼螺栓螺母緊固。確認固定完好后，解開起吊線繩。
將外置式PT置于斷路器下部PT安裝架上，用4組M14x40的不銹鋼螺栓，螺母緊固。
第四步：一次電纜的連接
1)當一次線路不需要安裝隔離刀閘時，可直接用線夾將斷路器兩側出線與線路相連接，如果一次線路需要安裝隔離刀閘，則使用銅端子將線路與隔離刀閘出線側相連。
2)用兩根約10平方以上絕緣高壓導線一頭接在電源側的AB相，另一頭并接在PT的高壓側接線端子上.
注意事項：
*注意各相電纜之間的絕緣間距保持至少100mm以上；
*斷路器離地面不小于6.5米 *PT與斷路器的間距不小于1.5米
*請務必在開關每一相的兩側安裝避雷器以防雷擊對設備的損壞。
*如有控制器離地面不小于2.5米
6.產品的檢修與維護
6.1本柱上斷路器因其特殊的設計結構確保用戶地使用中長期免維護，只需每隔三年左右進行一次工頻耐壓試驗。
6.2用戶不得隨意更換使用與原型號規格不一致的電器元件。
6.3操作人員應初步了解機構的性能及安裝調整、維護知識，對運行中問題應予以記錄，必要時可通知制造廠家。
7.隨機文件
7.1產品合格證一份。
7.2安裝使用說明書一份。
7.3裝箱單一份。
7.4出廠檢驗報告一份。
8.訂貨須知
訂貨時要說明產品的型號、名稱、數量、額定電流、額定開斷電流、所配電流互感器電流比、操作方式及操作電壓等。
9.注意事項
9.1 嚴禁將直流屏電源極性及儲能電容性接反，或將分合閘線圈輸出端直接短接或與操作電源正、負極連接，否則會使控制器損毀，一切后果自行負責。
9.2 嚴禁使用控制器的輸出電源為其他電設備供電。
9.3 控制器連線必須可靠，尤其是合分閘線圈引線，否則容易起弧損壞控制器。
9.4配儲能電容使用時，AC220V電源輸入必須串接限流電阻或電抗器為電容充電。
9.5 直接使用直流屏供電，將電源正負極與原儲能電容的相應輸入端直接連接。
9.6 控制器做長時間合分閘測試，建議每分種不超過三個合分。
9.7 本控制器是精密電子產品，嚴禁自行拆裝，如有問題，返我公司處理。
9.8 隨著技術進步及配電要求的改進和提高，今后說明書中有改進與不同之處，屆時以改進后的內容為準，恕不另行通知。
| 供貨日期 | 地點 |
| 工程名稱 | 工程編號 |
| 產品名稱 | 戶外高壓永磁柱上真空斷路器 |
| 產品型號 | NK3S-12 630A/1250A--20/31.5 |
| 額定電壓 | 10KV |
| 額定電流 | 630A/1250A |
| 開斷短路電流(4S) | 20KA/31.5KA |
| 關合短路電流(4S) | 50KA/80KA |
| 操作機構 | 永磁 |
| PT數量 | 戶外式1只 AC 220V / 50Hz |
| 電流互感器變比 | 殼外式相CT400:5 (10P20), |
| 開關外殼 | 不銹鋼 |
| PT與開關(2.5平方)電纜長度 | 7米 |
| 海撥高度 | 1km |
| 控制器位置 | 內置 |
| 控制器功能 | 過流 速斷 保護 |
| 通信方式 | 無 |
| 液晶遙控器 | 無 |
| 小遙控器 | 有 |
| 中性點接地方式 | 不接地 |
| 負荷側容量 | 1250kVA |
使用我公司的智能永磁分相控制器,還可以選配其他品牌的進口開關例如OSM ISM
OSM ISM 單穩態永磁操動機構的運動部件在目前所有操動機構中比較少，而且直線運動，因此可將機械部件的磨損減到最小，故障率降到。機構的中心部分有兩塊軟磁性合金材料，可提供超過230kg的觸頭壓力。合閘位置時，依靠閉合磁路產生的觸頭壓力將機構保持在合閘位置，磁軛將單線圈封在中間，線圈為機構操作提供能源。
(1)合閘操作
在分閘位置，真空滅弧室的動觸頭由與驅動絕緣子連接的分閘彈簧保持在分閘位置。需要實行合閘操作時，控制模塊內的合閘電容器向機構線圈內注入一個脈沖電流，當動靜觸頭接觸后，動觸頭停止運動，但動鐵心繼續運動2mm，壓縮觸頭的壓力彈簧。動鐵心和磁軛之間通過磁力實現鎖扣，這時線圈電流進一步增大，磁性材料的磁通達到飽和狀態。因此，在合閘位置切斷控制模塊發出的線圈電流時，此飽和磁通使動鐵心保持在合閘位置。動鐵心運動的同時使分閘彈簧儲能，為下次分閘操作做好準備。
(2)分閘操作
分閘操作時，控制模塊內的分閘電容器向機構線圈注入一個反向脈沖電流，時間為15~20ms。該電流對機構中心的磁性材料產生部分消磁作用，減小了合閘保持力，這時已儲能的分閘彈簧和觸頭壓力彈簧的反向力使動鐵心釋放，向分閘方向加速運動，最終靠分閘彈簧保持在分閘位置。
如圖3所示，ISM型單穩態永磁操動機構真空斷路器的所有開關元件軸向對稱布置，均為直線運動，省掉了電機、齒輪、連桿、鏈條和機械鎖扣等零件。
對真空斷路器的故障統計分析顯示：75%的斷路器故障為機械故障。三相獨立機構的使用是單穩態永磁機構斷路器最主要的優點，機構和真空滅弧室之間的大部分機械連接元件被去掉了，只剩下一個活動部件，相對于傳統斷路器至少有上百個活動零部件來說，它幾乎消除了產生機械故障的可能性。ISM進入中國市場幾年來，在中國運行的單穩態永磁機構斷路器已達到數千臺，未發生過一例機械或電氣故障。
而多數雙穩態永磁操動機構真空斷路器與傳統真空斷路器一樣，由一個機構操動三相開關，必須使用傳動件;在元件布置上只是用永磁機構代替了彈簧機構，拐臂連桿等傳動機構并沒有取消，無法實現直線運動，因此不能全面消除機械故障的產生。
電氣控制
任何永磁機構都需要一個合適的電子控制單元，其作用是為機構線圈提供合適能量，并實現防跳、閉鎖以及與開關設備的接口等功能。作為斷路器的一部分，控制單元同樣需要高可靠性，設計原則;精選元件，尤其是分合閘電容器;制造原則;軟件測試等幾方面保證其質量。其中，分閘電容器與合閘電容器作為儲能元件是最重要的，其壽命主要受溫度影響。另外，斷路器的低能耗設計也是保證電容器長壽命的一個因素，單穩態永磁機構斷路器控制模塊注入到操動機構線圈的合閘電流峰值只有10A(20kA型)、17A(31.5kA型)，分閘電流只有1A。
3.2 單穩態永磁機構斷路器的真空滅弧室技術
由于要與可靠性高、壽命長并適于頻繁操作的永磁操動機構相匹配，真空滅弧室性能的改進顯得非常迫切。既需要提高其對故障電流的開斷能力，又需要改善其在負荷電流下的可靠性。ISM型單穩態永磁機構斷路器的真空滅弧室在觸頭系統設計和密封性能兩方面實現的突破性改進，使其在可靠性和使用壽命上與其操動機構的性能相匹配。
圖4 在真空滅弧室中利用縱磁場得到化的陰極斑點分布
縱磁場能改善真空電弧在觸頭表面的分布狀況，減輕觸頭在電弧下的燒蝕程度。真空電弧可被視為具有巨大能量的放電現象，它能將觸頭表面嚴重燒損，只有使電弧迅速而均勻地分布在觸頭表面，將觸頭表面上每個點的電流密度降至，才能地提高真空滅弧室觸頭系統的性能。
(1)均勻縱磁場下的大電流真空電弧
1967年，Ito和Okura次提出了關于縱磁場在控制大電流真空電弧上的應用，試驗中發現，采用縱磁場分布的真空滅弧室的開斷能力能夠顯著提高(約提高50%~99%)。
更多的研究顯示，縱磁場控制電弧的能力依賴于磁場的強度。如果磁場太弱，陰極斑點不穩定，甚至會脫離觸頭的水平表面;但磁場太強時，陰極斑點則不能分布于整個觸頭表面;只有當對于磁場強度達到一定區間值時，陰極斑點才能分布于整個觸頭表面。圖4所示為特瑞德的研究人員在真空滅弧室中利用縱磁場得到化的陰極斑點分布示意圖。
(2)非均勻縱磁場下的大電流真空電弧
商業用真空滅弧室一直致力于非均勻縱磁場的研究。將縱磁場應用于真空滅弧室產品是在20世紀70年代。80年代初期發現了非均勻縱磁場對真空電弧的影響。大量對不同磁場結構的試驗顯示，在特定電流和磁場結構下，無論磁場強弱，陰極斑點都會移動。研究發現，觸頭邊緣部位具有類似磁屏障的強磁場，觸頭中心區域強度最弱的磁場結構是化的磁場結構，通過測量觸頭陰極電流密度而得到證明。此外，在電極的中心區域不需要縱磁場來限制陰極斑點及穩定電弧。
(3)具有縱磁場結構和觸頭材料的真空滅弧室
要將上述研究成果應用到真空滅弧室產品中，還需要做許多工作，包括確定的觸頭形狀、選擇的觸頭材料等。觸頭形狀能決定縱磁場的結構，并因此決定電弧的分布。觸頭材料則要同時滿足真空滅弧室苛刻的電氣性能要求和機械性能要求。例如，觸頭材料應具有的抗熔焊性能，因此它需要具有良好的導電性能和較低的熔焊機械強度;同時又要求觸頭材料具有較高的非電氣性能(這一點在很大程度上與機械強度相關);還需要它具有良好的導熱、導電性能以提供高開斷能力。 信息請登陸:輸配電設備網
特瑞德通過研究發現，幾種不同材料相配合產生的特殊合金材料可滿足以上要求。利用這種合金觸頭生產的真空滅弧室，在額定電流下的開斷次數很容易達到10萬次以上，在額定短路電流下能開斷100次。
(4)通過創新設計和工藝提高金屬波紋管的真空密封性能
除觸頭系統以外，金屬波紋管的密封性能是決定真空滅弧室壽命的另一個重要因素。傳統的金屬波紋管由不銹鋼沖壓而成，如圖5(a)所示，在滅弧室的分合過程中，的加
速度會對波紋管產生巨大壓力，波紋管因疲勞產生漏氣是目前真空滅弧室故障的主要原因。
ISM單穩態永磁真空斷路器所用的波紋管由一組不銹鋼環片在內側和外側交替焊接而成。采用這種設計的波紋管，在分合操作過程中機械應力均勻分布到整個環片上，單點受到的壓力大大減小，如圖5(b)所示。這項技術的應用，不僅使真空滅弧室實現外型小巧，而且其額定機械壽命可達到15萬次。
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