CN101354978B - 浸湿性接触智能控制电力负荷开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浸湿性接触智能控制电力负荷开关。百年一贯，开关触点硬对硬相接触，实际接触面积总是小于总接触面的投影面积，接触电阻大，与生俱来。浸湿性接触的实际接触面积则总是大于总接触面的投影面积。因为，浸湿的实质是无须外力作用而自然紧密的附着任何凹凸面。汞和首创的配方合金新材料在氩气的包围中实现的浸湿性接触，化学稳定性好，应用在电力负荷开关上恰到好处。浸湿性接触触点也怕电弧而不怕大电流，可控硅结正相反。把它们并联在同一回路上，任其各扬长避短，优势互补，从中获得由它们各自独立应付一切无可比拟的效果。在可控硅导通的情况下，浸湿性接触触点分合在几乎为零的电位之间；浸湿性接触触点导通后，可控硅即退出运行。

Description

浸湿性接触智能控制电力负荷开关

一、技术领域

本发明涉及低电压大电流的电力控制开关技术领域。 

二、背景技术

实施电力控制用电力开关。用百年一贯的相接触硬对硬的触点机械开关，还用近代产生、迅速发展的可控硅无触点开关。历史上的大电流电力负荷开关的触点，硬对硬、“平”对“平”，非铆紧或非被螺丝钉栓紧的接触，靠有限的弹力或电磁力的作用，其实际接触面积总是小于总接触面的投影面积。由于工艺的局限，硬触点机械开关触点的实际接触面积无确定值，此变量值与面对大电流时的分合次数和通电运行的时间成反比例关系，越发变小的接触面积与越发变大的接触电阻，给电的热效应为人类带来副作用创造了条件。硬触点两接触面一旦出现严重不平的峰和谷，对于电流，就峰通谷断了。迫于强大电压的作用，蜂拥峰之超密度的电力束流能熔融局部的硬触点金属。两相的触点被烧结死了的硬触点机械开关(掰不开)关不了电，导致的电气事故触目惊心。硬触点非铆相接触，接而非紧密，实际接触面积小，电流密度大，电的热效应从中作怪，在情理之中。时代发展了，高尖端设备如雨后春笋，工作机械越发变大，电动机及电力负荷开关的适应性须相应的跟得上。可是，硬触点机械开关不耐用，早已成为一种常识。得很讲究的地方还使用硬触点机械开关，实属别无选择的选择。硬触点交流接触器须长期依靠电磁力的支持，累计耗能大。 

可控硅，无触点，优点多。可是，它与生俱来的结电阻同样能为人类带来副作用。其结电阻耗能，所产生的结温，得人们花代价用水或风来冷却。 

三、发明内容

浸湿性接触技术方案：以上说历史上的机械开关，其触点非铆紧或非被螺丝钉栓紧的接触。浅看，因为分和合，得频频变姿换位的电力负荷开关，只能采用非铆紧或非被螺丝钉栓紧，而依靠有限的弹力或电磁力的作用，从而获得丁点儿紧密的硬接触。殊不知，有一种接触，却是不用外力的作用就能自然紧密的附着，那就是浸湿性接触。浸湿性接触的实际接触面积总是大于总接触面的投影面积。因为液体能自然附着所能浸湿的固体的任何凹凸面。所以，可以下个结论：惟浸湿性接触能固定一个足够大的实际接触面积值长久不变；惟有把浸湿性接触应用在电力负荷开关上，才能造成足够大的实际接触面积的触点；惟有具备足够大的实际接触面积触点的电力负荷开关，才不至于出现超电流密度而呈现过度的电的热效应现象。实现把浸湿性接触应用在电力负荷开关上了，触点的实际接触面积值能确定不为变量了，实际接触面积有保障了，触点的接触电阻几乎没了，冷接触而无热变形的现象了，电力负荷开关不耐用和因为电力负荷开关发生重大事故的问题也就迎刃而解了。 

用什么又与什么实现的浸湿性接触，派生的触点，能令电力负荷开关几乎没了接触电阻而处于冷接触状态呢？液态物，汞为首选。而能与汞形成长时间实质浸湿且化学稳定性好的固态物，此前尚无现成的(历史上的水银开关，其初衷不在电力方面，无所谓实质浸湿和对于接触面积的苛求)。本发明刻意拟定配方，试验，修改配方，再实现，终于成功获得一种恰到好处能为汞所实质浸湿且在密封容器内氩气的包围之中化学稳定性很好的配方合金新材料。 

配方合金新材料的配方是：60％-80％的锌、19％-39％的银和其余的稀土元素。 

实验还表明，在电弧面前，浸湿性接触触点比硬对硬接触触点，并无优势。 本发明则以配方合金新材料及浸湿性接触技术与现代高科技产物(可控硅、步进电动机、传感器、显示器、微电脑及智能程序)相结合，以图谋电力控制技术达更高境界。浸湿性接触电力负荷开关与可控硅开关并联在同一回路上，在可控硅导通的情况下，在电位几乎为零的两个点上。当电力负荷开关的浸湿性接触触点导通，可控硅即退出运行，这程序可以向微电脑发现指令来完成。 

浸湿性接触电力负荷开关总成的具体结构是，一绝缘封闭的同心连体双筒容器，中心为总装串联并与步进电动机联动的金属轴，外面有七块圆形隔离墙均匀的卡在筒体上，其中的单数墙是从外向内卡在轴上，双数墙是卡在外筒上，这些隔离墙组成三相电的绝缘隔离封闭，每相电有两个螺钉在筒体连接处的同一纵向剖面G-G上，连接着筒内的配方合金制成的固体触点及外面的导体上，绝缘封闭容器内充满着氩气及液态汞充当的液体触头，当容器内液态汞与配方合金处于分离状态时，按顺时针转360度，由于液态汞自身重力，开关处于开通位置；当容器内液态汞与配方合金处于接触状态时，按反时针方向转360度，由于液体汞自身重力，开关处于开通位置转为关断位置。为保证浸湿性接触触点不受电弧的伤害，撰写产品说明书时千万不要遗漏以下这点：安顿好本开关，切记首先安装好接入外线，接着通电，至少让本开关空载合分一次，以便水银与配方合金干净彻底的分离，最后安装接出外线，待用。 

不伤线的紧尖接线洞：也是从未有过的东西，接线是那么的简单和方便，效果却能达到铆死相接触的紧密和牢固，数重要的是它不伤导线。见图3，紧尖接线洞的洞壁是径向四分之三的铜质夹线槽和径向四分之一的一边带螺纹的紧尖，最外围的是加长筒螺母。螺母的拧紧，意味着图3之25和27所指的两条线业已 重合、紧尖则进而不能再进，外线与接线洞的紧密接触已接近极限。螺母和紧尖因接线洞夹线槽延伸的帽檐止推着、固定着不松动。将相同规格的外接导线线头插入线洞，旋拧作用于紧尖的螺母，感到旋拧吃力时，还用锤子一边对准紧尖显露部，按能使紧尖往里钻的方向轻轻敲击，还用板手一边旋拧螺母，使紧尖继续往里钻，直至着实不能再进为止。图3之25和27所指的两条线重合了，外接导线在线洞中还很松动怎么办？反方向旋拧螺母，退出紧尖，抽出外接导线。然后，或先往夹线洞里填充几小节长度与线洞深度相等的散单线段，以缩小线洞；或将外接导线线头包扎一两层薄片导体，以扩大线头，然后重装。不伤线的紧尖接线洞的紧尖和拧紧固定紧尖的螺母必须采用金属制成。大电流负荷开关配备不伤线的紧尖接线洞，并且在不伤线的紧尖接线洞上分别装上与微电脑相连接并保持着联系的温度传感器，不仅能给用户带来接线的方便，带来对于外线与电力负荷开关紧密接触的满意。大电流负荷开关配备不伤线的紧尖接线洞，在微电脑控制的保护下，更重要的还在于：能在外围保证整体电力负荷开关寿命的长久。 

电动机工作电流超值智能保护程序：电动机的起动电流是工作电流的七倍。用熔丝或热过载电继器作电动机的电流超值保护，必须满足起动电流通过的需要，一成不变。可是，如果电动机定子线圈匝间短路，通过的是工作电流的五倍乃至六倍的电流。由于熔丝或热过载继电器都有富余的电流超值限定的范围而不至熔断或跳脱。那么，电动机就不得不经受煎熬性损害。所以，对电动机的电流超值保护就应调整设定两个指标：一是允许起动电流通过的限定额；二是允许工作电流通过的限定额；所以，针对电动机的电流超值保护，智能控制程序就应编写为：起动电流过后，自动转换，取而代之的是起动电流七分之二以内的工作电流的限定值。 

发明效果：实现把浸湿性接触应用在电力负荷开关上了，触点的实际接触面积值能确定不为变量了，实际接触面积有保障了，触点的接触电阻几乎没了，冷接触而无热变形现象了，电力负荷开关不耐用和因为电力负荷开关发生重大事故的问题也就迎刃而解了。因为把可控硅无触点开关和浸湿性接触触点开关并联在同一回路上，在可控硅导通的情况下，在电位几乎为零的两个点上，浸湿性接触触点就可以无所顾忌的分合，再不用面对电阻的威胁了。当浸湿性接触触点导通，可控硅即退出运行，就再不结湿自毁了。浸湿性接触智能控制电力负荷开关在被控制的主线路上的接触电阻几乎为零了，比起依仗电磁力吸合却无法将接触电阻锐减的交流接触器、比起结电阻与生俱来的可控硅，节能累计，数目可观。对于减轻能源的负荷将发生一定的功效。浸湿性接触智能控制电力负荷开关，因为有可控硅无触点开关在其中，就适应在有爆炸性气体和可燃性气体的场所工作。 

四、附图说明

图1：为本发明的总方框图 

图2(A)：上为浸湿性接触电力负荷开关总成主视图 

2(A)下，2(B)为不同横向剖面图 

2(C)，2(D)为不同纵向剖面图 

2(E)Ψ放大为1对触点的关、开状态原理图 

2(E)详尽C-C为触点的关、开状态结构图 

图3(A)上为夹线槽座的左、右、主视图 

3(A)下为不伤线的紧尖接线洞总成装配剖视图 

3(B)上为加长螺母图；中为紧尖的左、右视图；下为紧尖的正视图和剖面图 

图1，1为控制系统电流  2为显示器  3为微电脑  4为温度传感器  5为远方供电情况传感器  6为负荷端电流传感器  7为负荷端漏电传感器  8为远方供电缺相传感器  9为步进电动机  10为步进电动机电源  11为浸湿性接触电力负荷开关  12为可控硅触发器  13为检测先行可控硅支路通断情况传感器 

图中的可控硅显然可见。图中外线接入(接出)的大黑点，是安装的不伤线的紧尖接线洞和装至其上与微电脑相连接并保护着联系的温度传感器。步进电动机电源在微电脑的控制下给步进电动机供电，步进电动机得电，或顺转或反转作用于浸湿性接触电力负荷开关。微电脑一旦得到来自步进电动机旋转角度行程开关(图中无处好画步进电动机旋转角度行程开关，实际上有步进电机旋转角度行程开关)的信号，确认浸湿性接触触点开关本次工作已到位，就控制可控硅从触发状态转变为截止状态。 

图2，浸湿性接触电力负荷开关总成，图中14为两端的密封盖兼隔离墙；15为本相接入(接出)导体的隔离墙16为相线与相线的隔离墙兼相隔离和内密封；17为总装串联并与步进电动机联动的金属轴；18为氩气；19为由配方合金新材料制成的固体触头；20为由水银充当的液体触头21为绝缘密封容器同心连体双筒；22为铜丝编织软导体。 

图2(E)的详尽C-C，让左边的圆按顺时针方向旋转360度角，便成了右边的圆所示的状态，由于容器圆的转动，20在自身重力的作用下绕过大半个圈与19相接触在一块，此为开的状态，让右边的圆按反时针方向旋转360度，便成了左边的圆所示的状态，由于容器圆的转动，20与19相分离，在自身重力的作用下绕过大半个圈回到自己处于孤独的位置，此为关的状态，见图2(E)的Ψ放大，可区别为接入和接出两个点的同是19之间，一会儿由汞来搭桥，一会儿由氩气 来搭桥，此乃电力负荷开关浸湿性接触的分与合而断与通。 

图3，不伤线的紧尖接线洞总成。图中23为可拆分的凹形金属垫24为加长螺母；25为夹线槽(穿线洞)的周边线；26为无螺纹的夹线槽座；27为紧尖内边线；28为背面一边带螺纹的紧尖；图中25和27的重合，就是线洞缩小到了极限，线洞的缩小，外线与接线洞紧密接触的效果因此产生。 

五、具体实施方式

1、控制系统电源应配备一容量足够大的可充电电池，以便前方供电关停，本开关还能完成关闭(跳闸)程序。 

2、应有一块液晶显示器，能看着显示屏针对各种需要一次一个数的调整设定允许通过开关的电流限定值，比如在300A的开关设定300A及以下任何数目的电流限定值；象电网前端的电流表，能显示眼前正在通过开关的电流值；能记忆显示引起关闭(跳闸)的负荷端电流值；能汉语显示引起关闭(跳闸)的各种各样的原因。 

3、点击一下“开”字键，微电脑接到指令，便启动开通程序，立即命令可控硅触电器执行触发行动。于是，先行可控硅开关被触发，各条可控硅支路即开通。收到可控硅支路的检测信息，微电脑确认三条可控硅支路无一不通，紧接着，就又立即命令步进电动机电源对步进电动机顺转线圈供电。步进电动机顺转线圈得电顺转360度角，使浸湿性接触触点开关处于合的状态。收到步进电动机旋转角度行程开关传来的信息，微电脑确认浸湿性接触触点开关本次动作已到位，则命令可控硅触发器执行截止行动，使三条可控硅支路处于截止状态。当先行可控硅支路被截止，只剩浸湿性接触触点开关担负导通使命，整个开通程序宣告完成。显示器显示“已开通”字样；并显示眼前正在通过开关的“电流值：XXXSA” 字样。 

4、点击一下“关”字键，微电脑接到指令，便启动关闭(跳闸)程序，立即命令可控硅触发器执行触发行动。于是，先行可控硅开关又重新被触发，各条可控硅支路即重新开通。收到可控硅支路的检测信息，微电脑确认三条可控硅支路无一不通，紧接着，就又立即命令步进电动机电源对步进电动机反转线圈供电。步进电动机反转线圈得电反转360度角，使浸湿性接触触点开关处于分的状态。收到步进电动机旋转角度行程开关传来的信息，微电脑确认浸湿性接触触点开关本次动作已到位，则立即命令可控硅触发器执行截止行动，使三条可控硅支路处于截止状态，整个关闭程序宣告完成。显示器显示“人工正常关停”字样。 

5、投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与温度传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知外线接入(接出)点因接触不良而发热，便启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“与外线接触不良”字样。 

6、投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与远方供电情况传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知远方供电关停。便启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“远方供电关停”字样。 

7、投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与负荷端电流传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知负荷端电流超过调整设定的电流限定值。便启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“负荷端电流XXXA、超值”字样。 

8、投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与负荷端漏电传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知负荷端导体发生漏电，使启动关闭(跳 闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“负荷端导体发生漏电”字样。 

9、投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与电源缺相传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知电源缺相。便启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“远方电源缺相”字样。 

10、投入运行的电动机专用的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与负荷端电流与传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知是时段的负荷端电流超过调整设定的电流限定值。使启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“负荷端起动电流XXXA、超值”字样。 

11、取得移动通信网络的支持，与偏僻无居民区的小型变压器搭配起配电作用的投入运行的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，微电脑与远方供电情况传感器相连接并保持着联系，微电脑一旦感知远方供电关停。便启动关闭(跳闸)程序，使自身处于关停状态。显示器显示“远方供电关停”字样。还向所对应的变压器管理者的手机发出信息，以示大电网关停、变压器台区出了故障或者变压器正遭遇盗贼，可以遥控恢复开通。 

12、微电脑控制系统采用世界上质量最可靠的电子无件组装而成。 

Claims (5)

1.一种浸湿性接触智能控制电力负荷开关，主要由浸湿性接触电力负荷开关总成、可充电电池电源、步进电动机、可控硅、传感器、显示器、微电脑、智能程序组成，其特征在于：浸湿性接触电力负荷开关总成与可控硅开关并联在同一回路上，在可控硅导通的情况下，在电位几乎为零的两个点上，当电力负荷开关总成的浸湿性接触点导通，可控硅即退出运行，这程序可以向微电脑发出指令来完成；

电力负荷开关总成的浸湿性触点设置在绝缘密封容器中，该绝缘密封容器为卧姿的两头封闭的绝缘同心双筒，下方一处连接为一体，在绝缘同心双筒环形腔内的液体借助步进电动机的作用，还借助自身重力的作用，从环形腔的一端流到另一端，使触点间导通或断开。

2.根据权利要求1所述的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，其特征在于：所述的浸湿性接触电力负荷开关总成的浸湿性接触触点由固体配方合金新材料及液体汞组成，它们同处于密封容器内氩气的包围之中，具有良好的化学稳定性；配方合金材料的配方是：60％-80％的锌、19％-39％的银和其余的稀土元素。

3.根据权利要求1所述的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，其特征在于：所述的浸湿性接触电力负荷开关总成的具体结构是，一绝缘封闭的同心连体双筒容器，中心为总装串联并与步进电动机联动的金属轴，外面有七块圆形隔离墙均匀的卡在筒体上，其中的单数墙是从外向内卡在轴上，双数墙是卡在外筒上，这些隔离墙组成三相电的绝缘隔离封闭，每相电有两个螺钉在筒体连接处的同一纵向剖面G-G上，连接着筒内的配方合金制成的固体触点及外面的导体上，绝缘封闭容器内充满着氩气及液态汞充当的液体触头，当容器内液态汞与配方合金处于分离状态时，按顺时针转360度，由于液态汞自身重力开关处于开通位置，当容器内液态汞与配方合金处于接触状态时按反时针转360度，由于液态汞自身重力开关从开通位置转为关断位置。

4.根据权利要求1所述的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，其特征在于：还包括不伤线的紧尖接线洞总成，线洞的洞壁是径向四分之三的铜质无螺纹夹线槽和径向四分之一的由金属制成的一边带螺纹的紧尖，最外围的是由金属制成的加长螺母，螺母的拧紧意味着紧尖进而无法再进，还意味着外接导线与紧尖接线洞的接触紧而接近极限，螺母和紧尖为一体，均被接线洞夹线槽延伸的帽檐止推着、紧紧的固定着。

5.根据权利要求1所述的浸湿性接触智能控制电力负荷开关，其特征在于：电动机起动电流超值保护的智能程序是，起动电流过后，自动转换，取而代之的是起动电流七分之二以内的工作电流的限定值。

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