一种快速机械开关及其开关断口的制作方法

本发明涉及高压直流输电设备领域，具体涉及一种快速机械开关及其开关断口。

背景技术：

随着电力资源在能源体系中的地位日益提高，推动电力资源优化配置，促进可再生能源的高效开发利用，保障电力可靠供应和提高电网运行的经济性、灵活性，将是电力事业发展的重点。柔性直流输电以其在大规模可再生能源发电并网、孤岛送电、多端输电等方面的优势在电网建设中的重要作用日益凸显。

欧美发达国家均已提出了“超级电网（supergrid）”计划，基于高压柔性直流输电来建立广域的智能网络，以将北海、波罗的海、北非等地的风力、太阳能和水力发电等资源进行整合。美国也提出了其2030年电网规划（grid2030），拟建立覆盖整个美国的智能输电网络，以实现大范围内的电力供需平衡，从季节、天气及其他差异因素中相互补偿而提高电网效率。但是高压柔性直流输电系统发生故障时，会产生很大的短路电流，并且故障电流上升非常快，需要在极短的时间内完成开断。快速开关开断时间已成为高压柔性直流输电发展的重要影响因素。

公告号为cn204230133u的实用新型说明书中公开了一种超高速机械开关，该机械开关包括开关断口，该开关断口包括第一触头（相当于内触头）和第二触头（相当于外触头），第一、第二触头在相应操动机构的驱动下相对靠近或远离实现合闸或分闸，在合闸时第一、第二触头均处于合闸位置，在分闸时第一、第二触头均处于分闸位置，第一、第二触头上沿运动方向依次间隔设有导电金属件（相当于导通段），每相邻两个导电金属件之间的间隔位置处绝缘。合闸时，第一触头上的导电金属件的外周面与第二触头上的对应导电金属件的外周面接触实现第一、第二触头的导通。开断时，第一触头上的至少一个导电金属件与第二触头上的对应导电金属件断开，完成开断。该机械开关在分合闸时触头移动距离短，所需时间也较短。但该机械开关超行程较大，需要较长位移才能形成断口，绝缘建立时间较长，极大限制了开关的开断时间；并且此种结构中合闸位置在外的那个触头随着电流容量的提升重量会快速增加，极大的限制了驱动机构的有效性。故此种机构限制了快速开关的电流通流能力、增加了绝缘建立时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种快速机械开关，以解决机械开关触头的超行程问题；本发明的目的还在于提供一种适用于该快速机械开关的开关断口。

为实现上述目的，本发明的快速机械开关的技术方案是：

技术方案1：快速机械开关，包括绝缘壳体，绝缘壳体内部设有开关断口，所述开关断口包括内触头和外触头，外触头包括间隔设置的两个以上导通段和连接在相邻两导通段之间的绝缘段，内触头具有与外触头的绝缘段一一对应的、用于导通相应绝缘段两端处的两导通段的导通段，所述导通段在机械开关合闸方向上的前端的端面具有用于与相应导通段接触导通的端接结构，另一端与相应的导通段构成周向常闭结构。

有益效果：快速机械开关通过内、外触头上的导通段端接结构和常闭结构实现导通，内、外触头导通时触头超行程近乎为零，提高了机械开关快速绝缘建立能力，超行程小，绝缘建立所需要行程对应降低，有效降低快速运动速度，降低部件承受的冲击应力。端接结构降低了快速开关长期使用后导通段接触面磨损程度，从而增加了快速开关使用稳定性。

技术方案2，在技术方案1的基础上：内触头上的导通段的前端端面与外触头上的对应导通段的后端端面接触。

技术方案3，在技术方案2的基础上：内、外触头上的各导通段均呈阶梯状设置。此种结构便于设置多个断口建立绝缘，同时方便装配。

技术方案4，在技术方案1~3任一技术方案的基础上：内触头上的导通段为三个，外触头上的导通段为四个。可形成三个绝缘段，有助于减少绝缘建立时间。

技术方案5，在技术方案1~3任一技术方案的基础上：所述内、外触头之间充有绝缘气体。绝缘气体有助于增强内外触头分闸过程的绝缘耐受能力。

技术方案6，在技术方案1~3任一技术方案的基础上：所述外触头通过导电结构与壳体固定连接，内触头连接有用于从外触头内推进和拉出的操动机构。外触头固定、内触头连接操动机构，在保证足够短的开段时间的同时减少一个操动机构，进而有助于降低本发明的机械开关的体积。

本发明的开关断口的技术方案是：

技术方案1：开关断口，包括内触头和外触头，外触头包括间隔设置的两个以上导通段和连接在相邻两导通段之间的绝缘段，内触头具有与外触头的绝缘段一一对应的、用于导通相应绝缘段两端处的两导通段的导通段，所述导通段在机械开关合闸方向上的前端的端面具有用于与相应导通段接触导通的端接结构，另一端与相应的导通段构成周向常闭结构。

有益效果：内、外触头上的导通段端接结构和常闭结构实现导通，内、外触头导通时触头超行程近乎为零，提高了机械开关快速绝缘建立能力，超行程小，绝缘建立所需要行程对应降低，有效降低快速运动速度，降低部件承受的冲击应力。端接结构降低了快速开关长期使用后导通段接触面磨损程度，从而增加了快速开关使用稳定性。

技术方案2，在技术方案1的基础上：内触头上的导通段的前端端面与外触头上的对应导通段的后端端面接触。

技术方案3，在技术方案2的基础上：内、外触头上的各导通段均呈阶梯状设置。便于设置多个断口结构，增强单位时间的绝缘建立能力；同时便于装配。

技术方案4，在技术方案1~3任一技术方案的基础上：内触头上的导通段为三个，外触头上的导通段为四个。可形成三个绝缘段，有助于减少绝缘建立时间。

技术方案5，在技术方案1~3任一技术方案的基础上：所述内、外触头之间充有绝缘气体。绝缘气体有助于增强内外触头分闸过程的绝缘耐受能力。

附图说明

图1为本发明的快速机械开关的实施例的结构示意图；

图2为分闸时开关断口处的示意图；

图3为合闸时开关断口处的示意图；

附图中：1、开关断口；110、外触头；111、导通段a；112、导通段b；113、导通段c；114、导通段d；120、内触头；121、导通段a；122、导通段b；123、导通段c；2、绝缘筒体；3、进线端子；4、导电筒；5、电连接；6、导电触指；7、金属拉杆；8、气路；9、气体接头；10、出线端子；11、绝缘块；12、绝缘块；13、分闸线圈；14、斥力盘；15、合闸线圈；16、保持机构；161、盖板；162、连板；163、弹簧；164、滑块；165、保持部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的快速机械开关的具体实施例，如图1至图3所示，包括密封的绝缘筒体2，绝缘筒体2的上端固定安装有用于连接进线的进线端子3，进线端子3下端连接有导电筒4，导电筒4通过电连接5与开关断口1连接，导电筒4与电连接5之间具有导电触指6。开关断口1包括外触头110与内触头120，外触头110与出线端子10固定连接，内触头120穿过出线端子10与驱动内触头120与外触头110分合闸的操动机构连接。

本发明中的的外触头110为筒状结构，筒状外触头110的内壁上具有不同直径的导通段，导通段周向间隔布置于外触头110内壁，相邻导通段之间具有绝缘段，外触头110的中心构成空腔。导通段根据直径大小在外触头110内部呈梯形分布。外触头110最上端的导通段直径最小，最下端的导通段直径最大。本实施例中的外触头110上共有四个导通段，从上至下依次为导通段a111、导通段b112、导通段c113和导通段d114，其中导通段a111的直径最小。外触头110底部的导通段d114与出线端子10连接在一起。内触头120也为筒状结构，柱状内触头120的外壁上具有不同直径的导通段，导通段周向间隔布置于内触头120的外壁。导通段根据直径大小在内触头120外壁呈梯形分布。内触头120最上端的导通段直径最小，最下端的导通段直径最大，相邻两个导通段之间绝缘。本实施例中的内触头120上共有三个导通段，从上至下依次为导通段a121、导通段b122、导通段c123，其中导通段c123的直径最大。

本发明的快速开关的开关断口1分闸时，如图2所示，外触头110上的导通段a111与内触头120上的导通段a121断开，外触头110上的导通段a111与内触头120上的导通段a121通过触头上的绝缘部分以及充入到断口内的绝缘气体绝缘，外触头110与内触头120处于分断状态，从而快速开关分闸。开关断口1合闸时，如图3所示，外触头110上的导通段a111的下端面与内触头120上的导通段a121的上端面连接，导通段a121的外周面与导电金属b112的外周面连接，导通段b122的上端面与导通段b112的下端面接触，导通段b122的外周面与导通段c113的外周面接触，导通段c123的上端面与导通段c113的下端面接触，导通段c123的外周面与导通段d114的外周面接触。外触头110上的导通段与内触头120上的导通段的接触方式为端面接触和外周面接触交叉。合闸时，电流依次流过外触头110上的导通段及与其适配的内触头120上的导通段实现外触头110与内触头120的导通，达到合闸目的。

本发明的快速机械开关中的绝缘筒体2的外部还连接有气体接头9，气体接头9通过气路8对绝缘筒体2内部充绝缘气体。本发明中的内触头120下端连接有用于控制内触头120与外触头110分合闸的操动机构。操动机构包括与内触头连接的金属拉杆7，金属拉杆7上固定有斥力盘14，斥力盘14所在平面与金属拉杆7垂直，斥力盘14的周围分别设有两个绝缘块11、12，绝缘块11与绝缘块12的结构相同，绝缘块11、12上分别设有开口相对且开口均朝向斥力盘14的凹槽，绝缘块11、12的凹槽与斥力盘14的外周吻合且凹槽的槽底分别固设有分闸线圈13和合闸线圈15，分闸线圈13、合闸线圈15的外径与斥力盘14的外径相同且与凹槽的槽径吻合，分闸线圈13、合闸线圈15均与斥力盘14平行且位于斥力盘14的两侧。

本发明的快速机械开关的实施例的工作过程如下：在分闸时，开关断口1处于合闸位置，即外触头110与内触头120处于合闸状态，脉冲电流对分闸线圈13通电，斥力盘14产生感应涡流，感应涡流与分闸线圈13的电流方向相反，斥力盘14与分闸线圈13之间产生斥力，从而斥力盘14带动金属拉杆7向下运动，进而实现分闸目的。在合闸时，开关断口1处于分闸位置，及外触头110与内触头120处于分闸状态，脉冲电流对合闸线圈15通电，斥力盘14产生感应涡流，感应涡流与合闸线圈15的电流方向相反，斥力盘14与合闸线圈15之间产生斥力，从而斥力盘14带动金属拉杆7向上运动，进而实现合闸目的。在整个分闸过程中，分合闸保持机构16中的弹簧163在斥力盘14的运动前期，滑块164向限位筒靠近，弹簧163被压缩，在金属拉杆7带动滑块164向下运动过限位套时，弹簧163伸长，在金属拉杆7运动到一定位置时，弹簧163会对滑块164和保持部件165施加一个保持力，保持金属拉杆7处于分闸位置。合闸过程，保持机构16原理与分闸过程相似，不再赘述。本实施例中的外触头110与内触头120均为圆管状，在其他实施例中，可以采用内孔形状为四边形或三角形或六边形等结构。

在其他实施例中，外触头上的导通段也可为两个、四个、五个等其他任意数目。

本发明的开关断口的实施例与快速机械开关各实施例中的开关断口的结构相同，不再赘述。