专利名称：磁偏吹绝缘器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电气化铁道接触网的相分断绝缘器。
由于电气化铁道是单相负荷，为了尽可能保持三相负荷的平衡，接触网的相序一般采用隔段换相的方法。为使电力机车不间断地通过接触网全线，要求接触网各段之间电气上绝缘，而机械上保持联系。因为电力机车是一个感性负荷，并联在负荷上的杂散电容是很小的，也即电力机车的时间常数是很小的。故受电弓一旦断电，其上的电位很快为零。此时一个操作过电压(通常为二倍额定电压左右)便作用在电源和受电弓之间。无论是相向的相分断绝缘器还是同相的分段绝缘器都很可能产生由沿着空气界面初期闪络发展为沿面放电。沿面放电的电弧长度俗称爬距。随着电力机车的前进爬距也就越来越长，这就是所谓的拉弧现象。在极不利的情况下，拉弧爬距可达数十米(致使电力机车失压保护动作，电源被切断。)这当然是不允许的。
目前广泛使用的是用简单的绝缘棒做成(相)分段绝缘器，这种绝缘器不允许电力机车带负荷通过。故目前要求电力机车在通过(相)分段绝缘器之前将机车的主断路器断开，列车依靠惯性通过。通过(相)分段绝缘器之后再将机车的主断路器合上。这一过程是司机根据路标(目测信号)进行的。曾经发生由于机车的主断路器过早断开而使机车不能再次启动的事故(上坡)。机车的主断路器过晚断开便构成了“带电闯(相)分段绝缘器”的违章操作。运行过一段时间的(相)分段绝缘器几乎没有一个不被电弧灼伤的。另外，这种绝缘器不能满足高速列车的要求。
有人设计了一种用简单的绝缘棒外加自然熄弧间隙的“消弧(相)分段绝缘器”，(如图7)其构思是企图将电弧引向上间隙(S)，利用列车运行时的后向气流自然切断电弧。而间隙S产生电弧的条件为(1)AB之间未产生电弧，(2)AB的击穿电压大于间隙S的击穿电压，考虑条件1，因为电弧形成的时间是很短的(微秒数量级)，而电力机车的时间常数充其量也不过是毫秒级的。故，如果产生电弧的话，必然在离A点很近处就已出现。其次，考虑条件2，一个新的“消弧相分段绝缘器”，AB的击穿强度是可以调到大于间隙S击穿强度的。但是，长期运行会使脏污，金属粉未，碳末等吸附于AB上，使AB的击穿强度下降。而间隙S的长度因长期放电烧灼而加大，其击穿强度将随着时间而增长。旷日已久，必然使AB的击穿电压小于间隙S的击穿电压。此时，间隙S便失去作用。故该“消弧绝缘器的消弧效果和无间隙的简单的相分段绝缘器大体相同。
在日本，有人采用另一种办法解决此问题，即利用若于真空断路器轮流切换“中性区”，该方法可达到断电时间大约十分之一秒的数量级。其缺点在于(1)对真空开关的要求过于苛刻；(2)价格昂贵；(3)要求维护水平高，工作量大；(4)接触网接线较为复杂。
本发明的目的在于克服已有绝缘器所存在的缺陷，提供一种在电弧最初形成阶段就利用磁吹将其分割成若干段，不可能产生稳定的电弧，允许机车不断电通过相分断区域，在接入电源时分级增压进行，而且便于制作，安装和维修的磁偏吹绝缘器。
本发明的技术解决方案是该磁偏吹绝缘器包括外壳横梁、外壳后板、支架、可动引弧器、绝缘子串、接触线电杆和夹线器，在外壳横梁中并排均匀设有四根导向导电杆，导向导电杆的上部设有线鼻子，位于两侧的导向导电杆的下端设有环形引弧电极，中间两根导向导电杆的下端与中部引弧电极连接，三对极性交错的马蹄形灭弧磁铁通过绝缘螺丝固定在外壳横梁上，外壳后板上固定有三个分流电阻器，电阻器上设有线鼻子，电阻器通过线鼻子和编织软铜线与导电杆线鼻子连接，固定消弧罩通过三个绝缘子串[Z方向两串，Y方向一串]固定在支架上，支架固定在电杆上，消弧罩的下方设有可动引弧器，可动引弧器通过两端的夹线器与接触线相连接，机车顶部装有可与接触线相接的受电弓。
在本发明中，灭弧磁铁是用绝缘材料包住的，用高导磁率材料制成的马蹄形永久磁体；分流电阻器是将电阻置于绝缘筒内固定在外壳后板上，电阻可是线性电阻(如水电阻)，也可以是非线性是电阻(如金属氧化物电阻)。
环形引弧电极的作用是使可动引弧器成为接触线的一部分并将接触网上的高压引入分流电阻的线鼻子。
导向导电杆的作用有二其一是与固定的消弧罩的有关部分保持电气上的联系；其二是导向与定位。
中部引弧电极，导向导电杆和环形引弧电极浇铸在高绝缘，高机械强度的材料(如环氧树脂玻璃纤维，玻璃钢等)中。
在本发明中，虽本装置的外部装有绝缘子串，但是外壳仍必须做成绝缘的。
本发明的工作原理如下发生在受电弓与绝缘器之间的电弧属固体沿面放电的范畴。其放电机理一般分为两个阶段开始为局部放电(高电场区域的放电)发展为树状刷形火花放电；进而发展为沿面放电(电弧)。
无电力机车通过时，其等效电路如图5。由于分流电阻和可动的引弧器的绝缘电阻很大，故其漏泄电流很小(设计时应保证其大小为微安级)。当电力机车通过时。受电弓将引弧器顶起，接近灭弧磁铁的下沿。如果此时发生树状刷形放电，这些带电的粒子是处于磁场和电场的联合的作用(无滞后)下。即其上所受之力为电场力和磁场力之和f→=fC→+fM→=qE→+qv→×B→]]>式中 是电场力； 是磁场力；q是带电的粒子的电荷量 是受电弓与电源之间的电场强度； 是带电的粒子的运动速度； 是受电弓与电源之间的磁感应强度此时，带电的粒子的运动方程将由下式确定mdv→dt=q(E+v×B)]]>由于外加电场的方向是接触线的方向(x)相同，即Ex＝E，Ey＝Ex＝0故外加电场只能使带电的粒子沿接触线的方向前后运动。由于在电气机车通过时接触线将观点贴近灭弧磁铁的下沿，故可假定磁场只有y向分量，即By＝B，Bx＝Bx＝0于是，我们可以近似地假定带电的粒子的运动速度只有水平分量Vx和垂直分量YZ，应当指出，由于磁场的Z向分量BZ是存在的，故Vy也就不为零，它将使带电的粒子在垂直纸面的方向运动。这对于熄弧是有利的。不过，这种作用可能不十分显著。故带电的粒子的运动可由下两标量方程式确定
mdvxdt=qE=qUmSin(ωt+ψ)Vtt]]>mdvzdt=qVzB]]>V=Vk2+Vz2]]>tanθ=VzVx]]>式中UmSin(wt＋ψ)表示电源的电压；Vt表示电力机车的速度θ表示运动着的带电粒子和水平的夹角。
由此可见，带电粒子必将斜向运动。有时向下斜方运动，即远离绝缘器下沿，这对于熄灭电弧是有利的；有时向上斜方运动，即紧贴着绝缘器下沿，这对于熄灭电弧不利的。为此，我们在一个绝缘设计了两个极性相反的磁铁，以保证总是有一段电弧(如果产生的话)向下斜方运动。两个大小相同，方向相反的力几乎同时作用在一段电弧上就使电弧的运动的速度为零。这就完成熄弧的任务。这也就是本发明之所以称为“磁偏吹绝缘器”的理由。
一旦电弧被熄灭，分流电阻就被串接在电力机车的回路，受电弓与绝缘器之间的电压就降低了，特别是采用具有稳压效果的金属氧化物分流电阻，此时可动的引弧器的绝缘段(如ab段)的电压就被钳制在某个范围。这些分流电阻是十分必要的。假设设有这些分流电阻，则在磁吹电弧熄灭之后必将弧隙上产生可观的过电压。此过电压足以使弧隙二次被击穿(重燃)。理论上，重燃可以出现无限次。分析和实践都证明多次的重燃将使过电压愈来愈高，很可能造成绝缘的破坏性击穿。由此可见，无分流电阻的“磁偏吹绝缘器”可能非徒无益而有害之。
综上所述，本发明的磁偏吹绝缘器在电弧最初形成阶段就利用磁吹将其分割成若干段，不可能产生稳定的电弧，允许机车不断电通过相分断区域，在接入电源时分级增压进行。本发明还具有便于制作，安装和维修的优点。
本发明的具体结构由附图和实施例给出。
图1为本发明的结构示意图，也是图3中I-AB-I截面的视图；图2为图中P—Q截面的视图；图3为图1中II-CD-II截面的视图；图4为本发明的工作态示意图；图5为图4的左视图；图6为本发明的原理分析图；图7为简单的绝缘棒外加自然熄弧间隙的“消弧(相)分段绝缘器”的原理示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作更为详细的描述。
实施例参照图1、图2、图3、图4，该磁偏吹绝缘器包括外壳横梁4、外壳后板16、支架11、可动引弧器9、绝缘子串17、接触线14和夹线器13外壳横梁4中并排均匀设有四根导向导电杆3，导向导电杆3的上部装有线鼻子7，位于两侧的导向导电杆3的下端焊接有环形引弧电极8，中间两根导向导电杆3的下端焊接有中部引弧电极1，三对极性交错的马蹄形灭弧磁铁2通过绝缘螺丝固定在外壳横梁4上，外壳后板16上固定有三个分流电阻器5，电阻器5上设有线鼻子6，电阻器5通过线鼻子6和带绝缘层的铜线与线鼻子7连接，固定消弧罩10通过三个绝缘子串17[Z方向两串，Y方向一串]固定在支架11上，支架11固定在电杆12上，消弧罩10的下方设有可动引弧器9，可动引弧器9通过两端的夹线器13与接触线14相连接，机车顶部装有可与接触线14相接的受电弓15。
权利要求
1.一种用于电力牵引接触网的磁偏吹绝缘器，包括外壳横梁(4)，外壳后板(16)，支架(11)，可动引弧器(9)，绝缘子串(17)，接触线(14)，电杆(12)和夹线器(13)，其特征在于外壳横梁(4)中并排均匀设有四根导向导电杆(3)，导向导电杆(3)上设有线鼻子(7)，位于两侧的导向导电杆(3)的下端设有环形引弧电极(8)，中间两根导向导电杆(3)的下端与中部引弧电极(1)连接，三对极性交错的马蹄形灭弧磁铁(2)通过绝缘螺丝固定在外壳横梁(4)上，外壳后板(16)上固定有三个分流电阻器(5)，电阻器(5)上设有线鼻子(6)，电阻器(5)通过线鼻子(6)和绝缘编织软铜线与线鼻子(7)连接，固定消弧罩(10)通过三个绝缘子串(17)[Z方向两串，Y方向一串]固定在支架(11)上，支架(11)固定在电杆(12)上，消弧罩(10)的下方设有可动引弧器(9)，可动引弧器(9)通过两端的夹线器(13)与接触线(14)相连接。
全文摘要
一种用于电气化铁道接触网的相分断绝缘器。在外壳横梁(4)中设有四根导向导电杆(3)，导向导电杆(3)的下端设有环形引弧电极(8)和中部引弧电极(1)，外壳横梁(4)上设有马蹄形灭弧磁铁(2)，外壳后板(16)上固定有三个分流电阻器(5)，固定消弧罩(10)通过三个绝缘子串(17)固定在支架(11)上，消弧罩(10)的下方设有可动引弧器(9)。该绝缘器在电弧最初形成阶段就利用磁吹将其分割成若干段，允许机车不断电通过相分断区域。
文档编号B60M1/18GK1126676SQ9410160
公开日1996年7月17日 申请日期1994年2月3日 优先权日1994年2月3日
发明者熊翔葆, 陈秀群, 熊蕴, 刘克强, 梁小平 申请人:熊翔葆, 陈秀群, 熊蕴, 刘克强, 梁小平