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一种实验室用于高压控制的小型自动化机械 开关装置

阅读：104发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，包括步进电机、电机法兰和密封腔，密封腔内充满绝缘油或者0.2‑0.5MPa的气体介质有利于减弱高压导线引起的电击穿，并且密封腔内部开关装置的关断和闭合由步进电机控制，步进电机每次转动90度角，远程控制步进电机即可实现本发明的自动化；开关装置内部活动电极和高压导线之间的电极表面曲率大，并且在本装置关断状态下，多处陶瓷结构设计能有效抑制爬电现象可能带来的破坏性影响。本发明模块化设计，材料简单，可以通过步进电机自动化控制，安全有效、体积小、应用场合和应用研究领域广泛、可控电压高、实用性强、经济成本相对减少并且增加了高压机械开关的种类。，下面是一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：包括的步进电机、电机法兰和密封腔体依次连接，所述的密封腔体包括可拆卸密封腔法兰、密封腔和与密封腔圆柱侧面相连的两个高压电极法兰口，所述的密封腔内部包括与密封腔法兰相连的联轴器和开关装置，所述的联轴器连接步进电机和开关装置，所述的开关装置包括陶瓷上盘、陶瓷下盘和陶瓷上盘、陶瓷下盘之间的活动电极、两个高压香蕉接头、两个半圆形阻挡件、两个中空U型阻挡件和两个U型陶瓷隔离件，所述的两个高压香蕉接头和两个中空U型阻挡件依次交替连接构成一个同轴心的中空圆环，其中两个高压香蕉接头占整个圆环周长的1/
6到1/10之间，所述的两个半圆形阻挡件构成同轴心圆环相连，U型陶瓷隔离件可以在中空U型阻挡件和高压香蕉接头中接触滑动，所述的活动电极由铜接杆和铜球连接而成，铜球的直径等于中空U型阻挡件和高压香蕉接头内部中空柱体的直径，所述的陶瓷上盘和陶瓷下盘内部包括第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈和U型卡槽，所述的第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈是同轴心结构，第二隔离圈和第三隔离圈之间的圆形凹槽作为半圆形阻挡件的滑槽，陶瓷上盘、陶瓷下盘的柱形边界与内部的第四隔离圈之间的圆形凹槽作为放置高压香蕉接头、中空U型阻挡件的滑槽。
2.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的密封腔法兰和密封腔中间充满绝缘油或者0.2-0.5MPa的气体介质，气体介质是如下三种气体中任一或者其任意混合：纯净空气、N2、SF6。
3.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的活动电极、高压香蕉接头均为铜材料加工而成，电机法兰、密封腔法兰、密封腔和高压电极法兰口均为不锈钢材料加工而成，联轴器、陶瓷上盘、陶瓷下盘、半圆形阻挡件、中空U型阻挡件和U型陶瓷隔离件均为陶瓷材料加工而成。
4.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的通过联轴器连接到步进电机上的活动电极可以在陶瓷上盘和陶瓷下盘之间绕着第一隔离圈轴心转动，且步进电机每次只能转动90度。
5.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：一个高压电极法兰口负责高压导线的引入、另一个高压电极法兰口负责高压导线的引出。
6.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的高压电极法兰口引入的导线连接到开关装置的高压香蕉接头，高压电极法兰口引出的导线连接到开关装置的另一个高压香蕉接头。
7.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的两个高压香蕉接头和两个中空U型阻挡件交替连接构成同轴心圆环，所述同轴心圆环的中空槽允许活动电极上的铜球和U型陶瓷隔离件在其内部接触滑动。
8.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：当铜球与高压香蕉接头接触时，开关处于导通；导通后步进电机旋转90度，开关处于断开。
9.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的高压香蕉接头凸出部分被固定于陶瓷上盘和陶瓷下盘之间的U型卡槽中。
10.根据权利要求1所述的一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，其特征在于：所述的活动电极转动会推动半圆形阻挡件和U型陶瓷隔离件在相应的槽中滑动；所述的步进电机、联轴器、陶瓷上盘、陶瓷下盘、活动电极、高压香蕉接头、半圆形阻挡件、中空U型阻挡件和U型陶瓷隔离件都是模块化的，方便拆卸安装和维修；所述的第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈相对高度是不同的。

说明书全文

一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，属于高压电气领域的一种机械式开关装置。

背景技术

[0002] 高电压技术的发展始于20世纪初期，至今已成为电工学科的一个重要分支。而我国也已成为世界上交、直流输电电压最高，输电容量最大、送电距离最远的输电大国，国内还有多个完善的高压研究基地。

[0003] 高压输电线路中1KV-220KV为高压，目前商业化的高压输电线路中高压开关普遍体积较大，而实验室高压研究中的开关普遍是半导体类的晶闸管，但是晶闸管耐压值低、发热严重并且工艺要求高和造价昂贵，可是现存的机械类高压开关种类较少、完全系数小且体积庞大。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题为：为了给高压开关缩小体积、可控自动化、提高高压开关安全系数、降低造价、增添实验室高压机械开关种类和满足实验室高压研究的多种需求，本发明提供一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置。

[0005] 本发明采用的技术方案为：一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，包括的步进电机、电机法兰和密封腔体依次连接，所述的密封腔体包括可拆卸密封腔法兰、密封腔和与密封腔圆柱侧面相连的两个高压电极法兰口，所述的密封腔内部包括与密封腔法兰相连的联轴器和开关装置，所述的联轴器连接步进电机和开关装置，所述的开关装置包括陶瓷上盘、陶瓷下盘和陶瓷上盘、陶瓷下盘之间的活动电极、两个高压香蕉接头、两个半圆形阻挡件、两个中空U型阻挡件和两个U型陶瓷隔离件，所述的两个高压香蕉接头和两个中空U型阻挡件依次交替连接构成一个同轴心的中空圆环，其中两个高压香蕉接头占整个圆环周长的1/6到1/10之间，所述的两个半圆形阻挡件构成同轴心圆环相连，U型陶瓷隔离件可以在中空U型阻挡件和高压香蕉接头中接触滑动，所述的活动电极由铜接杆和铜球连接而成，铜球的直径等于中空U型阻挡件和高压香蕉接头内部中空柱体的直径，所述的陶瓷上盘和陶瓷下盘内部包括第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈和U型卡槽，上盘和陶瓷下盘内部包括第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈和U型卡槽，所述的第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈是同轴心结构，第二隔离圈和第三隔离圈之间的圆形凹槽作为半圆形阻挡件的滑槽，陶瓷上盘、陶瓷下盘的柱形边界与内部的第四隔离圈之间的圆形凹槽作为放置高压香蕉接头、中空U型阻挡件的滑槽。

[0006] 所述的密封腔法兰和密封腔中间充满绝缘油或者0.2-0.5MPa的气体介质，可以是如下三种气体中任一或者其任意混合：纯净空气、N2、SF6。

[0007] 所述的活动电极、高压香蕉接头均为铜材料加工而成，电机法兰、密封腔法兰、密封腔和高压电极法兰口均为不锈钢材料加工而成，联轴器、陶瓷上盘、陶瓷下盘、半圆形阻挡件、中空U型阻挡件和U型陶瓷隔离件均为陶瓷材料加工而成。

[0008] 所述的通过联轴器连接到步进电机上的活动电极可以在陶瓷上盘和陶瓷下盘之间绕着第一隔离圈轴心转动，且步进电机每次只能转动90度。

[0009] 所述的一个高压电极法兰口负责高压导线的引入、另一个高压电极法兰口负责高压导线的引出。

[0010] 所述的高压电极法兰口引入的导线连接到开关装置的高压香蕉接头，高压电极法兰口引出的导线连接到开关装置的另一个高压香蕉接头。

[0011] 所述的两个高压香蕉接头和两个中空U型阻挡件交替连接构成同轴心圆环，所述同轴心圆环的中空槽允许活动电极上的铜球和U型陶瓷隔离件在其内部接触滑动。

[0012] 所述的当铜球与高压香蕉接头接触时，开关处于导通；导通后步进电机旋转90度，开关处于断开。

[0013] 所述的高压香蕉接头凸出部分被固定于陶瓷上盘和陶瓷下盘之间的U型卡槽中。

[0014] 所述的活动电极转动会推动半圆形阻挡件和U型陶瓷隔离件在相应的槽中滑动。

[0015] 所述的步进电机、联轴器、陶瓷上盘、陶瓷下盘、活动电极、高压香蕉接头、半圆形阻挡件、中空U型阻挡件和U型陶瓷隔离件都是模块化的，方便拆卸安装和维修。

[0016] 所述的第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈相对高度是不同的。

[0017] 本发明的优点在于：

[0018] (1)本发明的开关装置放置在密封的绝缘油或者高压绝缘气体介质中，可以大大提高装置承受高压的数值上限。

[0019] (2)本发明更考虑实用，通过高压香蕉接头连接高压导线，并且绝缘介质的ε值决定了高压击穿的相对厚度，本发明绝缘固体部分采用了高压陶瓷作为材料，降低了电击穿的风险。

[0020] (3)本发明中陶瓷上盘、陶瓷下盘中的第一隔离圈、第二隔离圈、第三隔离圈、第四隔离圈相当于高压伞裙，当开关处于断开时，大大增加了高压香蕉接头到活动电极之间的距离，降低了高压爬电构成的威胁。

[0021] (4)本发明中活动电极上的铜球可以在高压香蕉接头的中空槽内接触活动，铜球的设计考虑了增加接触电极的曲率半径，这样有利于降低电晕放电的概率。

[0022] (5)当活动电极旋转到与高压香蕉接头垂直时，U型陶瓷隔离件会随着活动电极上的铜球推力而在中空槽中接触滑动，此时高压香蕉接头直接接触到的是陶瓷介质，使开关装置断开后的绝缘性、鲁棒性和安全性更加稳固。

[0023] (6)本发明中步进电机、联轴器、陶瓷上盘、陶瓷下盘、活动电极、高压香蕉接头、半圆形阻挡件、中空U型阻挡件和U型陶瓷隔离件都是模块化的。

[0024] (7)本发明结构巧妙，所以降低了材料的成本，主要材料是不锈钢、铜和陶瓷，没有贵金属且容易加工。

[0025] (8)本发明相对体积较小、空间节约率大，特别适合实验室中的电容器充放电、材料的击穿电压测试和高压电路分支电路的开断测试。附图说明

[0026] 图1是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的外部结构示意图；

[0027] 图2是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的对称截面结构示意图；

[0028] 图3是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的开关装置内部结构示意图；

[0029] 图4是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的开关装置内部结构断面示意图；

[0030] 图5是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的高压香蕉接头结构示意图；

[0031] 图6是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的活动电极结构示意图；

[0032] 图7是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的中空U型阻挡件结构示意图；

[0033] 图8是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的U型陶瓷隔离件结构示意图；

[0034] 图9是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的陶瓷上盘和下盘接头示意图；

[0035] 图10是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的对称截面三维效果图；

[0036] 图11是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的去掉密封腔法兰后的三维效果图；

[0037] 图12是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的开关装置三维效果图；

[0038] 图13是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的去掉陶瓷上盘后开关装置内部的三维效果图；

[0039] 图14是本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置的去掉陶瓷上盘、一个高压香蕉接头和一个中空U型阻挡件后的开关装置内部三维效果图。

[0040] 图中：1.步进电机；2.电机法兰；3.密封腔法兰；4.高压电极法兰口；5.密封腔；6.联轴器；7.陶瓷上盘；8.高压香蕉接头；9.陶瓷下盘；10.活动电极；11.半圆形阻挡件；12.中空U型阻挡件；13.U型陶瓷隔离件；901.第一隔离圈；902.第二隔离圈；903.第三隔离圈；904.第四隔离圈；905.U型卡槽；101.铜球；102.铜接杆。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图和具体施例对本发明进行实施方式的说明：

[0042] 如图1、图2、图10所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置,从外部看包括步进电机1、电机法兰2、密封腔法兰3、密封腔5和高压电极法兰口4，并且在密封腔5内部，有一个联轴器6连接着步进电机1与开关装置的活动电极10。

[0043] 如图11、图12所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，密封腔5内部的开关装置陶瓷下盘9与密封腔5接触，开关装置有一对对称的高压香蕉接头8，陶瓷上盘7和陶瓷下盘9是模块化可拆卸的，联轴器6上一平面有方形孔与步进电机1的转子连接。

[0044] 如图2-10和图13-14所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，两个高压香蕉接头8和两个中空U型阻挡件12可以交替连接构成一个同轴心圆环，并且所述的同轴心圆环内部是中空结构，所述的中空结构也构成一个同轴心圆环，中空的圆环可以使铜球101和U型陶瓷隔离件13接触滑过；当铜球101与高压香蕉接头8接触时，整个活动电极10使两个高压香蕉接头8导通。

[0045] 如图9、图10、图13和图14所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，活动电极10在步进电机1的带动下，绕着第一隔离圈901的中轴线转动，而两个半圆形阻挡件11则随着活动电极10中的铜接杆102推动而沿着第二隔离圈902和第三隔离圈903之间的凹槽滑动；因为两个高压香蕉接头8正好固定在陶瓷上盘7和陶瓷下盘9中的U型卡槽905中，所以两个高压香蕉接头8和两个中空U型阻挡件12交替连接构成的同轴心圆环无法活动；两个U型陶瓷隔离件13会随着活动电极10中铜球101的推动而沿着中空U型阻挡件12和高压香蕉接头8中的圆柱中空槽而接触滑动。

[0046] 如图2、图10和图11所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，高压导线从一个高压电极法兰口4引入，从另一个高压电极法兰口4引出，并且引入的导线与一个高压香蕉接头8连接，引出的导线则与另一个高压香蕉接头8连接。

[0047] 如图9所示，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，陶瓷上盘7和陶瓷下盘9内表面都包含了第一隔离圈901、第二隔离圈902、第三隔离圈903、第四隔离圈904，但是每个隔离圈的高度不同，共同的作用是增加击穿介质长度，不同的作用是为其他组件提供卡槽。

[0048] 具体实施步骤如下：

[0049] 如图1-14，本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置，将活动电极10的铜球101和U型陶瓷隔离件13放入中空U型阻挡件12的中空槽中，然后交替连接两个高压香蕉接头8和两个中空U型阻挡件12，同样把两个半圆形阻挡件11连接到活动电极10的铜接杆102上。

[0050] 进一步，将上面所述连接好的模块放入陶瓷下盘9相应的凹槽中，其中高压香蕉接头8的凸起部分应该放到陶瓷下盘9的U型卡槽905中，半圆形阻挡件11放在第二隔离圈902和第三隔离圈903之间的凹槽中，中空U型阻挡件12放到第四隔离圈904与陶瓷下盘9的边界之间的凹槽内。

[0051] 进一步，将陶瓷上盘7对称盖住陶瓷下盘9，这样两盘之间的模块就被牢牢固定了。然后将整个开关装置固定在密封腔5的底部表面，然后进行标定，确保活动电极10与陶瓷上盘7和陶瓷下盘9之间的U型卡槽905垂直。

[0052] 进一步，将高压导线的引入引出端通过高压电极法兰口4后分别与开关装置的高压香蕉接头8连接，然后用联轴器6连接步进电机1，并用密封腔法兰3对整个密封腔5进行密封，最后往密封室内注入绝缘油或者0.2-0.5MPa气体介质，可以是如下三种气体中任一或者其任意混合：纯净空气、N2、SF6。

[0053] 以上组装完毕后，只需要通过远程控制步进电机1的旋转，就可以实现高压线路的连接和关断，而步进电机1每一步只能旋转90度，即本发明一种实验室用于高压控制的小型自动化机械开关装置只能在开闭两种状态下工作。

[0054] 凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

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