CN112992564A - 一种换相开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换相开关，包括绝缘外壳（110），在所述绝缘外壳（110）内设有转换机构（200）和密闭式开关管（300），在所述绝缘外壳（110）的两端分别设有两个及以上进线排（120）和至少一个出线排（130），所述进线排（120）与所述转换机构（200）电连接，所述密闭式开关管（300）的一端与所述出线排（130）电连接，另一端通过所述转换机构（200）与所述两个及以上进线排（120）中的任一个实现电连接。本发明在换相切换时采用开关管内部触头真空灭弧，可以提高供电安全性，且电气寿命大大提高。

Description

一种换相开关

技术领域

本发明涉及一种低压电器领域，具体涉及一种应用于三相负荷不平衡换相开关。

背景技术

我国目前的低压配电三相四线制电网中，单相负荷占多数，这些单相负荷由于实际应用情况及时间分布存在较大的不规律性，造成电网存在较严重的三相电流不平衡问题，容易引起单相电流或者中心线过大导致线路过载或短路，甚至导致线缆高温起火引起火灾事故，不利于供电安全。

换相开关作为解决三相不平衡问题的一种典型应用已得到越来越多的应用，现有的三相进线一相出线的换相开关多采用三个电磁铁驱动三组动静触头，如专利201610916682.X，该专利存在两个问题，一是在带负荷换相切换时，会产生较大电弧，容易造成触头烧损，电气寿命较短；二是采用三个电磁铁及三组动静触头成本较高、体积较大；如专利200920197335.1，其采用三个真空管组和电磁操作装置，也存在成本高、体积大的问题。

发明内容

基于上述背景，本发明的目的是提供一种换相开关，可有效克服上述问题。

本发明通过如下技术方案实现：

一种换相开关，包括绝缘外壳，在所述绝缘外壳内设有转换机构和密闭式开关管，在所述绝缘外壳的两端分别设有两个及以上进线排和至少一个出线排，所述进线排与所述转换机构电连接，所述密闭式开关管的一端与所述出线排电连接，另一端通过所述转换机构与所述两个及以上进线排中的任一个实现电连接。

优选的，所述转换机构包括执行单元，所述执行单元上设有与所述进线排数量相同的导电体，所述导电体可择一的与所述密闭式开关管接触。

优选的，所述转换机构还包括操作机构，所述操作机构可驱动所述执行单元转动的与所述密闭式开关管的一端实现电连接。

优选的，所述转换机构还包括储能单元，所述储能单元与所述执行单元同轴设置，并可带动所述执行单元转动。

优选的，所述操作机构为手动或电动操作机构。

优选的，所述电动操作机构包括电机和齿轮传动机构。

优选的，所述储能单元与所述执行单元通过芯轴相连。

优选的，所述密闭式开关管包括绝缘体、第一导电体、第一支撑件和第二导电体，所述第一导电体和所述第一支撑件分别固定设于所述绝缘体的两端，所述第二导电体的两端可分别与所述转换机构和所述第一导电体接触或分离。

优选的，在所述第二导电体的外部套设有第三弹性件，所述第三弹性件的两端分别与所述第一支撑件和所述第二导电体固定连接。

优选的，所述密闭式开关管还包括第三导电体，所述第三导电体套设在所述绝缘体的外部，并与所述第二导电体固定连接。

优选的，在所述第三导电体和所述第一支撑件之间还设有第四弹性件。

优选的，在所述转换机构与所述密闭式开关管之间还设有第四导电体。

优选的，还包括电子控制单元，所述电子控制单元可发送控制信号至所述电动操作机构。

优选的，还包括至少一个控制开关，所述控制开关可获取所述导电件的位置信息并反馈给所述电子控制单元。

优选的，所述控制开关为微动开关。

优选的，还包括电流互感器，所述电流互感器套装在所述出线排上。

本发明的有益效果如下：

1、本发明在换相切换时采用开关管内部触头真空灭弧，可有效抑制电弧产生，无火花，提高供电安全性，且电气寿命大大提高。

2、本发明采用设置有导电体的执行单元转动地与密闭式开关管电连接，减少开关管的用量，结构简单、体积小，成本较低。

3、本发明采用储能单元驱动执行单元与密闭式开关管快合快分，可以实现换相开关的快速切换，减少断电时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一实施例的换相开关的内部结构示意图。

图2为本发明的第一实施例的换相开关的转换机构和开关管的配合状态示意图。

图3为本发明的第一实施例的换相开关的储能单元的整体结构示意图。

图4为本发明的第一实施例的换相开关的储能单元移除固定件后的结构示意图。

图5为本发明的第一实施例的换相开关的芯轴连接件和环形部件的配合状态示意图。

图6为本发明的第一实施例的换相开关的储能单元和执行单元的配合状态剖视图。

图7为本发明的第一实施例的换相开关的执行单元的剖视图。

图8为本发明的第一实施例的换相开关的密闭式开关管的剖视图。

图9为本发明的第二实施例的换相开关的内部结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

为便于描述，下文所提到的上、下以图1所示方向、角度为准，需要说明的是，上述指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图2所示，本发明公开了一种换相开关100，所述换相开关100包括绝缘外壳110，在所述绝缘外壳110内设有转换机构200和密闭式开关管300，在所述绝缘外壳110的两端分别设有进线排120和出线排130，所述进线排120的数量为两个及以上，且与所述转换机构200电连接，所述出线排130为一个，且与所述密闭式开关管300的一端通过焊接方式进行电连接，当然，在其他可行的实施例中，所述出线排130与所述密闭式开关管300之间也可以通过铆接、螺钉连接、或者其他固定连接方式，在此不做限定。所述转换机构200可与所述密闭式开关管300的另一端电连接或分离，从而实现所述换相开关100的接通或断开。在本实施例中，所述进线排120的数量为3个，分别对应A、B、C相。当某些特定场合需要三相进线三相出线时，可设置多个本实施例公开的换相开关100，多个所述的换相开关100进行拼接即可，相较于现有的换相开关，体积更小，减小了柜体尺寸，降低成本。

具体的，请参考图1至图3所示，所述转换机构200包括操作机构210、储能单元220和执行单元230，所述操作机构210可驱动所述执行单元230转动的与所述密闭式开关管300的一端实现电连接，所述储能单元220和执行单元230之间设有芯轴240，在本实施例中，所述芯轴240为方轴。

具体的，所述操作机构210包括电机211和齿轮传动机构212，所述齿轮传动212包括主动轮213和从动轮214，所述主动轮213与所述电机211的输出轴同轴设置，所述电机211可带动所述主动轮213同步转动，所述从动轮214与所述主动轮213啮合，并可在所述主动轮213的带动下随其圆心处设置的转轴215一起转动，所述转轴215的一端伸入所述芯轴240内，并可相对所述芯轴240转动。

请参考图3至图6所述储能单元220包括第一弹性件221、旋转操作构件222、固定件223、芯轴连接件224和环形部件225，所述第一弹性件221和旋转操作构件222与所述从动轮214沿所述转轴215同轴设置，当所述从动轮214转动时，可通过转轴215带动所述旋转操作构件222同步转动，同时所述第一弹性件221被压缩，所述旋转操作构件222套设在所述第一弹性件221的外部，在所述旋转操作构件222上设有止挡斜面222a，所述第一弹性件221可以为卷簧、拉簧、扭簧或压簧。

所述固定件223与所述绝缘外壳110固定连接，并套设在所述旋转操作构件222的外部，在所述固定件223上设有可容纳所述转轴215通过的孔和若干限位台223a。

所述芯轴连接件224上设有容纳所述芯轴240通过的过孔，沿所述过孔的周向设有沿所述芯轴240的轴向延伸的凸起224a，所述芯轴240与所述凸起224a之间为过渡配合或过盈配合，能够保证两者之间连接的稳定性以及两者之间的转动同步性。

所述环形部件225套设在所述芯轴连接件224的外部，并与所述芯轴连接件224可通过卡接、铆接等方式固定连接，在所述环形部件225上设有可容纳所述芯轴连接件224的通孔和沿所述通孔的径向延伸的缺口225a，所述缺口包括相对设置的两个弯折的自由端部225b，所述自由端部225b沿通孔的轴向延伸,且可与所述旋转操作构件222上的止挡斜面222a配合，所述缺口225a与所述固定件223上的限位台223a配合，所述限位台223a可卡入所述缺口225a内。当所述从动轮214转动时，带动所述转轴215转动，所述转轴215带动旋转操作构件222转动，同时，所述第一弹性件221被压缩，当所述旋转操作构件222上的止挡斜面222a转动至所述自由端部225b位置时，会往下按压所述自由端部225b，所述固定件223上的限位台223a从所述环形部件225的缺口225a内脱离，在所述第一弹性件221的作用下，所述芯轴连接件224带动所述芯轴240和所述环形部件225转动。

如图7所示，所述执行单元230包括转盘231，所述芯轴240的一端设于所述转盘231内，并可带动所述转盘231同步转动，在所述转盘231上设有导电件232和容纳所述导电件232的凹槽，在所述导电件232的外部套设有第二弹性件233，所述第二弹性件233的两端分别与所述导电件232和所述凹槽接触。所述导电件232的一端与连接所述进线排120的柔性导体相连，所述导电件232的数量与所述进线排120的数量相同，即：所述导电件232与所述进线排120一一对应且通过柔性导体进行电连接。所述导电件232与所述柔性导体可以通过焊接、铆接、螺丝固定等方式进行连接，在本实施例中，是采用螺丝固定的方式。所述导电件232的另一端伸出所述凹槽外，当所述转盘231在所述芯轴240的带动下转动时，所述导电件232可与所述密闭式开关管300的一端接触，同时，所述第二弹性件233被压缩，所述第二弹性件233一方面为所述导电件232和所述密闭式开关管300的接触提供接触压力，另一方面为所述导电件232提供超行程，当所述导电件232和所述密闭式开关管300经过多次分断后会产生一定程度的磨损，所述第二弹性件233为所述导电件232和所述密闭式开关管300的稳定接触提供可靠保证。当需要更换所述换相开关100的相极时，通过转动所述芯轴240带动所述转盘231继续转动至与对应相极的进线排120连接的导电件与所述密闭式开关管300接触即可。

如图8所示，所述密闭式开关管300包括绝缘体310、第一导电体320、第一支撑件330和第二导电体340，所述第一导电体320和所述第一支撑件330分别固定设于所述绝缘体310的两端，并共同形成一密封的腔体，所述第一导电体320的一端与所述换相开关100的出线排130电连接，所述第一支撑件330与所述第一导电体320相对设置，所述第二导电体340的一端设于所述第一导电体320、所述第一支撑件330和所述绝缘体310共同形成的腔体内，且所述第二导电体340的一端可与所述第一导电体320接触或分离，所述第二导电体340的另一端伸出所述密闭式开关管300的腔体，并可与所述执行单元230的导电件232接触或分离。

进一步的，在所述第二导电体340的外部套设有第三弹性件350，所述第三弹性件350的两端分别与所述第一支撑件330和所述第二导电体340焊接固定，在本实施例中，所述第三弹性件350为波纹管形式，在所述第三弹性件350和所述绝缘体310之间为抽真空或充有阻弧气体，所述第三弹性件350一方面对所述密闭式开关管300起到密封的作用，另一方面，当所述第二导电体340与所述第一导电体320接触或分离时，所述第三弹性件350的一端可与所述第二导电体340一起运动，从而为所述第二导电体340提供运动空间。

进一步的，在所述第二导电体340与所述第一支撑件330之间设有绝缘套360，所述绝缘套360的一端设于所述第三弹性件350内，当所述第二导电体340与所述执行单元230上的导电件232接触时，会受到来自所述导电件232的侧向冲击力，从而会导致所述第二导电体340与所述第一导电体320的接触面产生错位，因此所述绝缘罩360一方面可对所述第二导电体340受到的侧向冲击力起到缓冲作用，另一方面也对所述第二导电体340起到限位的作用。

进一步的，所述密闭式开关管300还包括第三导电体370，所述第三导电体370套设在所述绝缘体310的外部，并与所述第二导电体340固定连接，所述第三导电体370和所述第二导电体340可一体成型或焊接固定。当所述第二导电体340在所述密闭式开关管300内往复运动时，所述第三导电体370和所述第二导电体340同步运动，即：所述第三导电体370可沿所述绝缘体310的轴向直线运动。所述第三导电体370可分担所述第二导电体340受到的侧向冲击力，并将其转移至所述绝缘体310上，进一步提高所述密闭式开关管的寿命和可靠性。

进一步的，在所述第三导电体370和所述第一支撑件330之间还设有第四弹性件380，所述第四弹性件380的一端与所述第三导电体370接触，另一端与所述第一支撑件330接触，所述第四弹性件380的作用是为所述第二导电体340提供复位力，在此复位力的作用下，当所述第二导电体340与所述执行单元230上的导电件232分离后，所述第四弹性件380可保证所述第二导电体340与所述第一导电体320保持常开的状态。即：在所述第四弹性件380的弹力作用下，实现了所述密闭式开关管300在无外力作用下，所述第二导电体340与所述第一导电体320保持一定距离。在本实施例中，所述第四弹性件380由钢片或钢丝等弹性材料制成，可以为所述圆锥形螺旋弹簧、蜗卷螺旋弹簧等弹簧，在此不做限制。

进一步的，在所述第三导电体370的内壁与所述绝缘体310之间还设有第二支撑件390，所述第二支撑件390与所述第三导电体370固定连接或过盈配合，并可与所述第三导电体370一起沿所述绝缘体310表面直线运动。在本实施例中，所述第二支撑件390为轴承，可以为自润滑轴承、滚珠轴承、滚针轴承等的一种。所述第二支撑件390可以减少与所述绝缘体310之间的运动间隙，从而进一步减少所述第二导电体340受到的侧向冲击力，保证所述第二导电体340不受损坏。另一方面也可以起到润滑的作用，减少所述第三导电体370和所述第二导电体340运动时的摩擦阻力，使运动更加顺畅。

在一较佳实施例中，如图1和图2所示，在所述执行单元230与所述密闭式开关管300之间还设有第四导电体400，所述第四导电体400固定在所述绝缘外壳110上，并与所述密闭式开关管300的第三导电体370通过柔性导体电连接，所述第四导电体400大体呈板状结构，且在所述第四导电体400上设有容纳所述第二导电体340穿过的让位孔。本实施例中将所述第四导电体400设计为带让位孔的板状结构的目的是为了得到更好的强度。当然，在其他可行的实施例中，所述第四导电体400也可以由沿所述执行单元230的转动轨迹设于所述第二导电体340的两侧的两个独立的部件组成，同样可以实现相同的效果，在此不做限定。当所述执行单元230在所述芯轴240的带动下转动时，所述执行单元230上的导电件232先与所述第四导电体400接触，然后所述执行单元230继续转动，直到所述导电件232与所述第二导电体340接触，同时在所述导电件232的推动下，所述第二导电体340向靠近所述第一导电体320的方向运动至与所述第一导电体320接触；当需要进行换相操作时，所述操作机构210的转轴215转动，所述芯轴连接件224带动所述芯轴240和所述环形部件225转动，从而所述芯轴240带动所述执行单元230继续转动，此时，与所述第二导电体340接触的导电件232与所述第二导电体340开始分离，此时，所述导电件232与所述第四导电体400接触，当所述第二导电体340接触的导电件232与所述第二导电体340完全分离、当所述第二导电体340与下一个待切换的相极对应的导电件232尚未接触时，所述第四导电体400与所述上一个导电件232处于接触状态，此时，在所述第四弹性件380的作用下，所述第二导电体340和所述第一导电体320分离，电弧产生在所述第一导电体320和所述第二导电体340内，即电弧在所述密闭式开关管300内产生，因所述密闭式开关管300内部为真空结构或充有阻弧气体，电弧在所述密闭式开关管300内产生并被熄灭，如此保证换相开关300的电气安全。

在一较佳实施例中，所述换相开关100内还设有电子控制单元500，所述电子控制单元500设于所述绝缘外壳110内，并与所述电机211电连接，所述电子控制单元500可发送控制信号至所述电机211，所述电机211接到所述电子控制单元500发送的控制信号后开始转动并带动所述执行单元230进行换相动作。

进一步的，所述执行单元230上设有控制开关234，所述控制开关234可获取所述导电件232的位置信息，并将所述位置信息传递给所述电子控制单元500，所述电子控制单元500根据接收到的位置信息判断所述换相开关100的当前工作相极信息。优选的，所述控制开关234为微动开关。

进一步的，所述换相开关100还包括电流互感器600，所述电流互感器600套装在所述出线排130上，并可采集所述换相开关100的出线侧的电流信息并反馈给所述电子控制单元500，所述电子控制单元500根据出线侧电流反馈得到用户负载侧的电流，从而判断出电网中负载分布情况。

第二实施例

如图9所示，本实施例公开了另一种形式的换相开关100a，在本实施例中，所述换相开关100a包括绝缘外壳110a，在所述绝缘外壳110a内设有转换机构200a和密闭式开关管300，在所述绝缘外壳110a的两端分别设有进线排120和出线排130，所述转换机构200a包括操作机构210a、储能单元220和执行单元230，所述进线排120、出线排130、储能单元220、所述执行单元230和密闭式开关管300的结构之间的连接关系和工作原理与第一实施例相同，在此不再赘述，与第一实施例不同的是，所述操作机构210a为手动操作机构，所述操作机构210a包括转轴215，所述转轴215的一端伸入芯轴240内，另一端设有内六角孔或其他多边形或异形孔，当需要进行换相操作时，通过外部工具如扳手拨动所述转轴215端部的孔，所述转轴215开始转动，从而带动所述储能单元230的芯轴连接件224转动，进而实现所述芯轴240带动所述执行单元230转动，从而实现换相操作。当然，在另一具体的实施方式中，也可将所述转轴215端部设置的内六角孔、其他多边形或异形孔替换为凸起的六边形、其他多边形或异形柱状结构，手动操作时通过相应的工具也可实现换相操作。

在本实施例中，所述操作机构采用手动操作的形式，为用户提供多种选择。

第三实施例

在本实施例中，公开了另一种形式的换相开关，相较于第一或第二实施例，本实施例的换相开关取消了操作机构210和储能单元220的设置，当需要进行换相操作时，用户可通过手动拨动所述芯轴240，所述芯轴240带动所述执行单元230转动，从而实现换相操作。在本实施例中，因取消了储能单元220，因此换相开关的切换与手动操作的速度有关。在第一或第二实施中，因储能单元220的设置，可驱动所述执行单元230与密闭式开关管300的快合快分，而不受人力操作的影响，可以实现换相开关的快速切换，减少断电时间。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (16)

1.一种换相开关（100），包括绝缘外壳（110），在所述绝缘外壳（110）内设有转换机构（200）和密闭式开关管（300），在所述绝缘外壳（110）的两端分别设有两个及以上进线排（120）和至少一个出线排（130），所述进线排（120）与所述转换机构（200）电连接，所述密闭式开关管（300）的一端与所述出线排（130）电连接，另一端通过所述转换机构（200）与所述两个及以上进线排（120）中的任一个实现电连接。

2.根据权利要求1所述的换相开关（100），其特征在于：所述转换机构（200）包括执行单元（230），所述执行单元（230）上设有与所述进线排（120）数量相同的导电体（232），所述导电体（232）可择一的与所述密闭式开关管（300）接触。

3.根据权利要求2所述的换相开关（100），其特征在于：所述转换机构（200）还包括操作机构（210），所述操作机构（210）可驱动所述执行单元（230）转动的与所述密闭式开关管（300）的一端实现电连接。

4.根据权利要求2或3所述的换相开关（100），其特征在于：所述转换机构（200）还包括储能单元（220），所述储能单元（220）与所述执行单元（230）同轴设置，并可带动所述执行单元（230）转动。

5.根据权利要求3所述的换相开关（100），其特征在于：所述操作机构（210）为手动或电动操作机构。

6.根据权利要求5所述的换相开关（100），其特征在于：所述电动操作机构包括电机（211）和齿轮传动机构（212）。

7.根据权利要求6所述的换相开关（100），其特征在于：所述储能单元（220）与所述执行单元（230）通过芯轴（240）相连。

8.根据权利要求1所述的一种换相开关（100），其特征在于：所述密闭式开关管（300）包括绝缘体（310）、第一导电体（320）、第一支撑件（330）和第二导电体（340），所述第一导电体（320）和所述第一支撑件（330）分别固定设于所述绝缘体（310）的两端，所述第二导电体（340）的两端可分别与所述转换机构（200）和所述第一导电体（320）接触或分离。

9.根据权利要求8所述的一种换相开关（100），其特征在于：在所述第二导电体（340）的外部套设有第三弹性件（350），所述第三弹性件（350）的两端分别与所述第一支撑件（330）和所述第二导电体（340）固定连接。

10.根据权利要求9所述的一种换相开关（100），其特征在于：所述密闭式开关管（300）还包括第三导电体（370），所述第三导电体（370）套设在所述绝缘体（310）的外部，并与所述第二导电体（340）固定连接。

11.根据权利要求10所述的一种换相开关（100），其特征在于：在所述第三导电体（370）和所述第一支撑件（330）之间还设有第四弹性件（380）。

12.根据权利要求1所述的一种换相开关（100），其特征在于，在所述转换机构（200）与所述密闭式开关管（300）之间还设有第四导电体（400）。

13.根据权利要求5所述的换相开关（100），其特征在于：还包括电子控制单元（500），所述电子控制单元（500）可发送控制信号至所述电动操作机构。

14.根据权利要求13所述的一种换相开关（100），其特征在于：还包括至少一个控制开关（234），所述控制开关（234）可获取所述导电件（232）的位置信息并反馈给所述电子控制单元（500）。

15.根据权利要求14所述的一种换相开关（100），其特征在于：所述控制开关（234）为微动开关。

16.根据权利要求13所述的一种换相开关（100），其特征在于：还包括电流互感器（600），所述电流互感器（600）套装在所述出线排（130）上。

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