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图1-1 中压VK型真空断路器
图1-2 机构安装在断路器上的视图
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图1-3 剖视图a
图1-4 剖视图b
实现断路器控制单元智能化的意义：基础设施的大量投入、工业发展对配电系统的要求越来越高，作为电力系统的重要电气设备——断路器在配电、保护线路和保护工业设备
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中起着非常重要的作用、为电力系统智能化、高质量低或免维护运行打下了坚实的基础。
1.3 本文研究的主要工作
本文针对公司的中压真空断路器，回顾了当前断路器的状况，展望了电器智能化的前景，阐述了智能化的技术特点，分析了弹簧机构、真空灭弧室、电子操动、电力系统短路故障和单片机等结构和原理，设计了以AT89C52芯片为核心的控制系统，进行了硬件外围电路模块化设计、抗干扰设计和基本的软件编程，为实现断路器的智能化控制奠定了电气基础。
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第2章 断路器新旧特性比较
2.1 断路器原特性
(1)可靠的开断性能 采用东芝公司生产的高性能真空灭弧室,开断过程中,真空中的电弧高速扩散,在电流第一次过零时,就能够可靠熄弧。
(2)安全可靠 以真空为灭弧介质，在断开时不存在发生爆炸及火灾的危险。
(3)小型化设计 采用三相一体绝缘罩作为相间、对地绝缘及支持灭弧室用,外型美观，结构紧凑，体积小，重量轻。绝缘罩后部加装绝缘防尘盖，使断路器实现全封闭，可配650mm宽柜。
(4)大爬距灭弧室 采用东芝公司的波纹管灭弧室，表面爬距超过240mm，使用更加安全可靠。
(5)关门操作 断路器底部加装底盘车，配柜可实现关门操作功能，使用更加安全、方便。
(6)高信赖度 从设计到生产均在严密的质量管理体制下进行。
(7)低维护 无须特别维护，在特定的结构的设计下，操作容易，检修方便。 (8) 高寿命 机械寿命≥20000次，额定短路电流开断次数≥50次。
(9)对环境无任何污染 不存在分解产物，对环境无任何污染，操作时声音很小。 (10) 满足各种标准 满足GB、DL、IEC、JEC等各种标准。
2.2 断路器新特性
增设以AT89C52单片机为核心的控制系统的断路器，性能更加丰富了。不仅保持原有特性，还增添了如下新特性。
(1)温度自动检测 内置了DS18B20 温度传感器，当断路器内部由于各种原因使温度接近原设定值时，便会启动报警装置，接到报警信号后，可现场进行调整，尽量不执行分闸操作，超出额定承受值时，控制单元会立刻自动识别，强行分闸，进行检修。
(2)电网信号检测 在线检测电网状态，当出现短路等重大故障时，会立刻启动报警装置，并迅速发出分闸信号，立刻使断路器分闸，使事故消失于萌芽状态。
(3)触头位置状态检测 采用了电子开关，时刻检测触头的位置状态，出现触头接触不良等状态时，会迅速被检测出来，及时把信号送到控制单元，并采取相应措施；当接收分闸、合闸信号时，也会进行检测，看是否符合分闸和合闸条件。从而大大减少了因为触头接触不良等导致温升、机械磨损、重合闸等问题，进而提升断路器的整体性能。
(4)现场状态液晶显示 各重要数据都进行现场液晶显示，随时都能了解到断路器的状态，缩小了发现事故的时间，进一步减小了故障率。
2.3 本章小结
本章阐述了断路器原有特性，展现了增设控制单元后的新特性，充分显示了工程意义和实用价值。
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第3章 电子操动与弹簧机构
3.1传统的操动机构及其局限性
断路器的全部使命，归根到底是体现在触头的分合动作上，而分合动作又是通过操动机构来实现的，因此操动机构的工作性能和质量的优劣直接影响中压断路器的工作性能和可靠性。
传统的断路器操动机构有气动机构、液压机构、电磁机构。气动机构是最早应用于高中压断路器中的操动机构，由于系统复杂、气源的可靠性要求苛刻等原因趋于淘汰。液压机构是气动机构的替代品，主要用于高电压等级的SF6断路器，而且可以拥有对操动机构的操作功、操作循环数有特殊要求的场合，但其复杂的结构以及可靠性和成本的原因，限制了其向智能化方向的发展。靠电磁力合闸的操动机构称为电磁操动机构，电磁操动机构在真空断路器发展初期得到了广泛的应用，这是由于电磁操动机构较好地迎合了真空灭弧室的要求：一是开距小，二是在合闸位置需要大的操作力，其零件数量约为 125个，工作可靠，制造成本低。然而电磁操动机构也有不容忽视的缺点：其磁路电感L在合闸过程中变化较大，产生反电动势，从而抑制了合闸线圈动态电流的增长，而且这种抑制作用随着合闸速度的增加而增强。这样，当线圈的稳态电流己经较大时，若想用提高线圈稳态电流的方法来抵消这种抑制作用，常受合闸电源容量的限制。因此，采用电磁操动机构来提高真空断路器的合闸速度是有限的。另外，直流电磁操动机构合闸时间较长，电源电压波动对合闸速度影响较大。因此传统电磁操动机构一般用于对速度要求较低的12kv 等级以及分合闸速度要求不太高的等级40.5kv的真空断路器中。传统的电磁机构的最大缺点是操作电流大，因而要求用户配备价格昂贵的蓄电池组，使用很不方便[1]。
3.2弹簧储能式操动机构的构成和原理
弹簧操动机构主要用于中低压电压等级的断路器，性能指标较高，是目前应用最广的操动机构。它利用己储能的弹簧为动力源，使断路器动作的操动机构。弹簧储能可分为电动储能和手动储能。整个操动机构大致可分为弹簧储能、合闸与分闸储能、分闸四个部分。相比之下，弹簧操动机构采用手动或小功率交流电动机储能，其合闸力不受电源电压影响，相当恒定，既能够获得较高的合闸速度，又能实现快速自动重合闸操作，在一定程度上克服了电磁操动机构的缺点。
弹簧操动机构见图3-1、图3-2[10],采用四连杆的结构形式，在合闸过程中，合闸弹簧带动合闸凸轮轴旋转，凸轮转动压缩四连杆动作带动主轴转动合闸。而在分闸过程中，分闸扇形板转动，通过连杆推动四连杆，使得四连杆脱离平衡状态，四连杆迅速动作带动主轴转动分闸。具体动作见图3-3、图3-4[10]
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