城轨车辆高压电器箱的高压隔离开关的制作方法

本实用新型涉及轨道交通领域的牵引系统，尤其涉及城轨车辆的牵引系统，更尤为涉及城轨车辆的高压电器箱所用的高压隔离开关。

背景技术：

目前轨道交通中直流供电的电力列车已经非常普及。这些电力列车经由受电设备(例如受电弓或受流靴)从直流供电接触网或供电轨获得电力，以驱动电力列车行进或制动。

在牵引系统中，受电设备连接到一个高压箱，其内设有一个高压隔离开关。该高压隔离开关的作用在于，其一，接通或断开受电设备与后续牵引设备或辅逆设备之间的高压直流供电连接；其二，当在车间内对牵引系统进行检修/维修时，接通或断开车间供电电源与后续牵引设备或辅逆设备之间的电连接。为此，高压隔离开关通常为一具有三个位置(三工位)的隔离开关，其闸刀在第一位置可电连接到受电设备；闸刀在第二位置可连接到车间供电电源；闸刀在第三位置为接地。由此，高压隔离开关也是在后续的高速断路器之前的一个隔离接地设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种城轨车辆的高压隔离开关，其能够实现正负双极的三位置开关切换，以实现城轨车辆主电路受电状态切换。本实用新型的另一个目的是提供一种城轨车辆用的高压隔离开关，其操作维护方便且占用空间小。本实用新型的再一个目的是提供一种城轨车辆用的高压隔离开关，其在同一位置处的两个正负电极之间能够保证足够的电气间隙，同时确保两个电极在不同工作位置之间转换的同步性。

本实用新型的一个实施例提供了一种城轨车辆的高压隔离开关，其特征在于，包括：一安装支架，一对车间电源输入母排，其固定于所述安装支架，且能够分别电连接到所述城轨车辆的车间供电电源设备的正、负两极；一对受电输入母排，其固定于所述安装支架，且能够分别电连接到受电轨和回流轨；一接地母排，其固定于所述安装支架，且能够电连接到一个地电位；一对输出母排，其固定于所述安装支架，以提供正、负两极的电输出；一闸刀组件，其包括固定连接到一个绝缘轴上的双闸刀，该绝缘轴以可旋转方式固定于所述安装支架且带动所述双闸刀旋转，所述双闸刀的一端电连接到所述一对输出母排，另一端能够通过旋转选择性地电连接到所述车间电源输入母排、所述受电输入母排、所述接地母排中之一，以实现开关切换；一个操作装置，其一端包括一个置于所述安装支架之外的手柄，另一端穿入所述安装支架并连接到所述绝缘轴，以驱动所述绝缘轴旋转，从而使得所述闸刀切换电连接；一个锁定装置，其可撤回地连接到所述操控手柄，并能够锁定所述绝缘轴的旋转位置。

如此的双闸刀和双输入和输出母排设置可以同时连接例如直流+375v和直流-375v的双极电路，用来接通和断开供电电路与牵引系统、辅助系统电路的连接。同样地，在车辆调试时也可通过此隔离开关转换连接到车间电源插座的正极和负极上。在车辆检修库内检修作业时，隔离开关的双闸刀可以转换到接地位置保证检修作业的安全。如上所述的隔离开关可以使得双闸刀在上述三种位置之间手动转换，操作维护方便且占用空间小，同时确保双闸刀在不同工作位置之间转换的同步性。

在一个优选的实施例中，所述双闸刀包括：正极闸刀，其经一个正极铜编织带连接到所述输出母排中的一个输出正极母排；负极闸刀，其经一个负极铜编织带电连接到所述输出母排中的一个输出负极母排；其中，所述正极闸刀和所述负极闸刀彼此绝缘地间隔开来且彼此平行地固定连接在所述绝缘轴上。优选地，该高压隔离开关还包括第一组行程开关，其沿所述绝缘轴周向方向布置，用来监测双闸刀的位置，并将检测到的位置信号发送给一个列车控制系统。

双闸刀和绝缘轴安装在一起，使用纯铜制成，导电率达到97％以上，表面采用镀光亮镍工艺，保证在轨道交通高温高湿苛刻环境中的防腐蚀性，闸刀上安装有铜编织带，穿过绝缘轴将闸刀上的电流传导到刀开关的输出端铜母排上，给牵引和辅助系统电路供电。

在另一个优选的实施例中，所述车间电源输入母排包括：一对平行布置的车间电源正极母排和车间电源负极母排；一对第一琴式触头，其包括置于所述车间电源正极母排一端的第一正极琴式触头，和置于所述车间电源负极母排一端的第一负极琴式触头。在一个优选的实施例中，所述受电输入母排包括：一对平行布置的受电正极母排和受电负极母排；一对第二琴式触头，其包括置于所述受电正极母排一端的第二正极琴式触头，和置于所述受电负极母排一端的第二负极琴式触头；其中，所述正极琴式触头和所述负极琴式触头之间保留有电气间隙。优选地，每个所述琴式触头带有一个弹簧夹紧环，以夹紧对应的所述闸刀。

在另一个优选的实施例中，所述接地母排包括：能够分别夹紧所述双闸刀的两个夹紧触头；一个接地铜排，其电连接到所述两个夹紧触头，该接地铜排能够电连接到所述城轨车辆的保护接地电缆。优选地，所述第一琴式触头、所述夹紧触头、第二琴式触头布置成沿一个以所述绝缘轴为中心的弧线分布。

如上所述，车间电源输入母排由一对平行布置的铜母排和琴式触头组成，分别连接车间电源的正极和负极，正极和负极之间保留足够的电气间隙，铜母排使用纯铜带经钣金折弯制成，表面采用光亮镀锡工艺。铜母排还可通过绝缘子固定在安装基座上，琴式触头带有弹簧夹紧环，使得在轨道振动冲击的工况下闸刀与触头之间始终完全夹紧接触的状态，防止微小间隙产生引起放电。

如上所述，受电输入母排由一对平行布置的铜母排和琴式触头组成，分别连接城轨车辆的受电轨和回流轨，受电正极母排和受电负极母排之间保留足够的电气间隙，琴式触头同样带有弹簧夹紧环，使得在轨道振动冲击的工况下闸刀与触头之间始终完全夹紧接触的状态，防止微小间隙产生引起放电。

在又一个优选的实施例中，所述操作装置还包括：一固定轴套，其穿设于所述安装支架，并于所述安装支架固定连接且密封；一旋转轴套，其一端可旋转地内嵌于所述固定轴套，另一端连接操作手柄；一连接轴，其以可旋转方式穿设于所述固定轴套内，且一端固定连接于所述旋转轴套，另一端穿过所述固定轴套而固定连接到所述绝缘轴，从而使得所述绝缘轴随所述旋转轴套同步转动；所述操作手柄用于驱动所述旋转轴套旋转，从而带动所述绝缘轴转动。

优选地，所述旋转轴套在周向方向上的90°角范围内等间距地开设有三个圆孔，每个圆孔对应一个闸刀组件所对应的一个电连接位置；所述锁定装置包括一个锁定杆，该锁定杆能够穿过所述三个圆孔中的任意一个，从而将所述闸刀组件锁定在该圆孔对应的电连接位置处。

尤为优选地，所述锁定装置还包括：一锁定手柄，其经穿设于所述安装支架的侧板一个手柄连接杆连接到所述锁定杆；一复位弹簧，其为拉簧，套设在所述手柄连接杆上，一端固定在所述安装支架的侧板上，另一端随所述锁定手柄的拉动而移动，在复位状态下所述复位弹簧使得所述锁定杆插入所述圆孔中；一个行程开关，置于所述手柄连接杆处，手柄连接杆的拉动会触发所述行程开关发送解锁信号给列车控制系统。

如上所述，转换操作装置和锁定装置均穿过箱体将对应的操作手柄安装于外部，只需要单人双手操作即可实现刀开关三种位置的转换。

操作手柄安装于高压箱外侧，可以沿圆周方向转动90°。操作手柄为铝合金棒材制成，长度和直径尺寸设计优化成符合人体工程学的最佳尺寸，方便操作人员抓握和操作。旋转轴套套在固定轴套内并与固定轴套保持一定的间隙，旋转轴套可以在固定轴套内自由转动，旋转轴套沿圆周方向的90°角内，开有三个圆孔，锁定装置的锁定杆可以穿过任意圆孔，三个圆孔分别对应了刀开关工作的三个位置。

由于采用了上述技术方案，转换操作装置中的绝缘轴安装有两把闸刀，闸刀之间既保证了足够的电气间隙又保持了结构的紧凑性，对应的三个工作位置都由保留足够电气间隙的两对触点与闸刀接触，从而可以满足同一位置与供电电路正极负极的连接，从而满足城轨车辆与供电电路之间的电路连接要求。高压箱箱体外侧操作手柄处，在三个工作位置处对应安装有受流靴供电、车间电源供电和接地保护三个指示标签，用来帮助操作人员确认刀开关的工作位置。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1为的一种示意性实施方式的立体结构示意图。

图2为图1所示的高压隔离开关包括操作手柄的立体结构示意图。

图3为沿图2中a-a’剖开的剖面图。

图4为沿图2中b-b’剖开的剖面图。

标号说明

10：安装支架20：车间电源输入母排30：受电输入母排

40：接地母排50：输出母排60：闸刀组件

70：操作装置80：锁定装置

11a-c：安装板62：绝缘轴64a、64b：闸刀

24a：车间电源正极母排24b：车间电源负极母排

242：车间电源输入母排的琴式触头

242a：车间电源输入母排的正极琴式触头

242b：车间电源输入母排的负极琴式触头

34a：受电正极母排34b：受电负极母排

342：受电母排的琴式触头

342a：受电母排的正极琴式触头

342b：受电母排的负极琴式触头

44a、44b：夹紧触头

72：固定轴套74：旋转轴套76：连接轴

82：锁定手柄84：手柄连接杆86：锁定杆

88：复位弹簧92、94：行程开关

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

在本文中，“第一”、“第二”等并非表示其重要程度或顺序等，仅用于表示彼此的区别，以利文件的描述。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

城轨交通中，常见的直流供电为1500v接触网供电以及直流750v的第三轨供电。这两种供电方式下，普遍采用单极的三位置高压隔离开关。此外，城轨系统中还存在有±375v直流供电方式的城轨车辆。单极的高压隔离开关在同一位置只有一个极，无法同时连接直流+375v和直流-375v的电路，用来接通和断开供电电路与牵引系统、辅助系统电路的连接。为此，本实用新型提出了一种双极的高压隔离开关，以下简称隔离开关。

图1和图2分别示出了不同视角下的根据本实用新型实施例的高压隔离开关的立体图。图3和图4分别为图2在a-a’和b-b’处的剖面图。

如图1-4所示，根据本实用新型一个实施例的隔离开关1包括一个安装支架10、均固定于该安装支架10上的一对车间电源输入母排20、一对受电输入母排30、接地母排40、一对输出母排50。

如图所示，安装支架10包括安装板11a、11b和11c，其通过螺栓连接在一起组成整个隔离开关的结构支撑框架。整个安装支架10可以通过螺栓固定在一个高压箱箱体内的端部。安装支架优选为奥氏体不锈钢板材通过钣金折弯，氩弧焊等工艺制成，其可在保证总体结构轻量化的前提下提供足够的强度刚度。优选使用云母陶瓷绝缘子通过螺栓连接在安装支架上，用来固定各个导电铜母排。

如图所示，隔离开关1还包括闸刀组件60，其包括一对可随一个绝缘轴62转动的闸刀64a和64b，或者称为双闸刀。该双闸刀64a和64b的一端电连接到输出母排50，另一端可在三个位置之间切换，这三个位置分别使得该双闸刀64a和64b电连接到车间电源输入母排20、受电输入母排30，以及接地母排40。隔离开关1还包括一个操作装置70，其一端包括一个置于所述安装支架10之外(高压电器箱体之外)的手柄71，另一端穿入安装支架10并连接到绝缘轴62，以驱动绝缘轴62旋转，从而使得双闸刀64a和64b在三个位置之间切换，以实现电连接切换。隔离开关1还包括一个锁定装置80，其可撤回地连接到操控装置70，并能够锁定绝缘轴62的旋转位置。

在图1-4所示的实施例中，闸刀组件60包括双闸刀，车间电源输入母排20和受电输入母排30均包括双琴式触头，接地母排40包括双夹紧触头。具体而言，闸刀组件60包括一个正极闸刀64a和一个负极闸刀64b。正极闸刀64a经一个正极铜编织带68a连接到输出母排50中的一个输出正极母排54a。负极闸刀64b经一个负极铜编织带68b电连接到输出母排50中的一个输出负极母排54b。双闸刀使用纯铜制成，导电率达到97％以上，表面采用光亮镀锡工艺，保证在轨道交通高温高湿苛刻环境中的防腐蚀性。正极和负极铜编织带横跨绝缘轴62将闸刀上的电流传导到输出母排50上，给牵引和辅助系统电路供电。正极闸刀64a和负极闸刀64b彼此绝缘地间隔开来且彼此平行地固定连接在绝缘轴62上。例如，绝缘轴62可以分为三段，分别与两个闸刀64a和64b螺栓连接在一起，以保证双闸刀的旋转同步性。正极闸刀64a和负极闸刀64b置于中间绝缘段的两侧。优选地，绝缘轴62为环氧玻璃布层压板经机加工制成，保证较高机械强度的同时提供了优良的电气绝缘性，保证操作人员的安全。

优选地，隔离开关1中还设有第一组行程开关92，其沿绝缘轴62周向方向布置，当凸轮推动形成开关92，则被是做用来监测双闸刀64a和64b的转至的位置，并将检测到的位置信号发送给一个列车控制系统，实现相应的监测和逻辑控制功能。优选地，绝缘轴62上还设有一个凸轮结构66，其优选为铝合金板材经机加工制成并固定在绝缘轴上。

如图所示，车间电源输入母排20可以由一对平行布置的车间电源正极母排24a和车间电源负极母排24b，其端部各设置有琴式触头242。琴式触头242包括置于车间电源正极母排24a一端的正极琴式触头242a，和置于车间电源负极母排24b一端的负极琴式触头242b。正极琴式触头242a和负极琴式触头242b之间保留足够的电气间隙。

如图所示，受电输入母排30可以由一对平行布置的受电正极母排34a和受电负极母排34b，其端部各设置有琴式触头342。琴式触头342包括置于受电正极母排34a一端的正极琴式触头342a，和置于受电负极母排34b一端的负极琴式触头342b。正极琴式触头342a和负极琴式触头342b之间保留足够的电气间隙。

图中，母排24a、24b和母排34a、34b均使用纯铜带经过钣金折弯，表面镀光亮锡工艺制成，也均通过绝缘子固定在安装基座上。优选地，如图4所示，各琴式触头带有一个弹簧夹紧环，使得在轨道振动冲击的工况下闸刀与触头之间保持始终完全夹紧接触的状态，防止微小间隙产生引起放电。

如图所示，接地母排40包括能够分别加紧闸刀64a和64b的两个夹紧触头44a和44b，且两个夹紧触头44a和44b连接到一个接地铜排46，该接地铜排能够电连接到所述城轨车辆的保护接地电缆。

优选地，图中车间电源输入母排20的琴式触头242、接地母排40的夹紧触头44、受电输入母排30的琴式触头342布置在一个以绝缘轴62为中心的弧线上的三个位置处。

采用如上所述的高压隔离开关，闸刀组件包括可在三个工作位置件之间转动切换的双闸刀。在对应的三个工作位置处，高压隔离开关均设有由保留足够电气间隙的双触点(琴式触头或夹紧触头)与闸刀接触。绝缘轴上安装有一对闸刀(双闸刀)，闸刀之间既保证了足够的电气间隙又保持了结构的紧凑性，从而可以满足同一位置与供电电路正极、负极的连接，从而满足城轨车辆与供电电路之间的电路连接要求。

优选地，如图1-4所示的高压隔离开关1还设有操作装置70和锁定装置80。操作装置70的一端包括一个置于安装支架10(高压箱的箱体)之外的手柄71，另一端穿入安装支架10(箱体)并连接到绝缘轴62，以驱动绝缘轴62旋转，从而使得双闸刀切换电连接。锁定装置80，其可撤回地连接到该手柄71，并能够锁定绝缘轴62的旋转位置。

具体地，如图3和图4所示，操作装置70包括连接在一起的固定轴套72、旋转轴套74和连接轴76。固定轴套72穿设于安装支架10，并与安装支架10固定连接且密封。旋转轴套74的一端可旋转地内嵌于固定轴套72，另一端连接到操作手柄71。连接轴76以可旋转方式内嵌于固定轴套72，且一端固定连接于旋转轴套74，另一端穿过固定轴套72固定连接到绝缘轴62。手柄71连接到该旋转轴套74，且能够带动旋转轴套74转动，进而由于连接轴76的存在而使得绝缘轴62跟随旋转轴套74同步转动。

优选地，为了实现锁定，旋转轴套74在周向方向上90°角范围内等间距地开设有三个圆孔，每个圆孔对应一个闸刀组件60所对应的一个工作位置/电连接位置。锁定装置80包括一个锁定杆84，该锁定杆能够穿过三个圆孔中的任意一个，从而将闸刀组件60锁定在该圆孔对应的电连接位置处。

手柄71安装于安装支架外侧，为铝合金棒材制成，长度和直径尺寸设计优化成符合人体工程学的最佳尺寸，方便操作人员抓握和操作。旋转轴套74优选为铝合金机加工制成，套在固定轴套72内时保有一定的间隙，以实现旋转轴套74可以在固定轴套72内自由转动。固定轴套72为黄铜材质，其能够穿过安装支架的连接，与安装支架间通过密封垫密封，从而保证箱体的防护等级ip65。连接轴76可以为奥氏体不锈钢棒材经机加工制成。连接轴76与固定轴套72内径之间也保留了适当的间隙，能在固定轴套72内随着旋转轴套74的转动带动绝缘轴62自由转动。

在另一个优选实施例中，锁定装置80还包括：一锁定手柄82、一个复位弹簧88以及一个行程开关94。锁定手柄82经穿设于安装支架的侧板(箱体侧板)一个手柄连接杆84连接到锁定杆86。复位弹簧88，其为拉簧，套设在手柄连接杆84上，一端固定在安装支架的侧板上，另一端能够随锁定手柄82的拉动而移动。在复位状态下，复位弹簧88使得锁定杆84插入旋转轴套74的圆孔中，从而释放锁定。行程开关置于手柄连接杆86处，手柄连接杆86的拉动会触发行程开关94发送解锁信号给列车控制系统。

上述隔离开关在操作时只需单人双手操作即可完成三种工作位置的转换。假定隔离开关初始在接地保护位置，需要转换到受电输入供电状态。在确保车辆降受电靴收车断电的情况下，操作人员可左手拉住锁定装置的锁定手柄82向外拉，使得锁定杆86从旋转轴套74的圆孔中抽出，从而转换操作装置即解除锁定。操作人员可右手握住转换操作装置操作手柄71，沿逆时针转动例如45°，此时操作手柄71应指向箱体外侧的受电输入供电标签，松开左手的锁定手柄82，锁定装置80会在弹簧作用下自动复位，锁定杆86会穿过旋转轴套74的圆孔，最终固定在固定轴套的凹陷处，使得操作手柄不能旋转，转换完成。其他位置的转换与此类似。

高压电器箱箱体外侧操作手柄处，在三个工作位置处对应安装有受电输入(受电靴)供电、车间电源供电和接地保护三个指示标签，用来帮助操作人员确认开关的工作位置。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本实用新型的保护范围之内。