一種應(yīng)急供電環(huán)境下用戶側(cè)電源快速連通裝置研究

國網(wǎng)山東省電力公司日照供電公司 黃禮忠 劉賢偉 張 浩 英云龍 趙曉洋 史彥楠 李秀子 張 艷

電源應(yīng)急車是一種保障現(xiàn)場活動設(shè)備用電，或斷電搶修時為用戶側(cè)設(shè)備進行緊急供電的專用電源設(shè)備。但是由于現(xiàn)場的設(shè)備沒有預(yù)留專門的電源電纜接口，或者現(xiàn)場設(shè)備的預(yù)留接口與電源應(yīng)急車上的接頭不符，無法進行快速電纜對接，此時通常會對現(xiàn)場設(shè)備的母排位置進行螺絲拆卸，然后進行電纜對接，不僅費時費力，而且遇到緊急搶修任務(wù)時無法及時為現(xiàn)場設(shè)備提供臨時電源保障，影響搶修進度，造成現(xiàn)場工作被動[1]。為了能使應(yīng)急電源車到達現(xiàn)場后立即提供臨時供電保障，本文設(shè)計了一種應(yīng)急供電環(huán)境下用戶側(cè)電源快速連通裝置，該快速接通裝置無需拆除螺絲即可實現(xiàn)應(yīng)急電源車的電源接頭與用戶設(shè)備處母排的快速連接。

該裝置采用子母對插方式，母頭預(yù)先安裝在用戶設(shè)備的母排或者引流排處，子頭對接在應(yīng)急電源車的電源輸出電纜頭處，使用時直接將該應(yīng)急電源車的電源輸出接頭對插到用戶設(shè)備的母頭上，旋轉(zhuǎn)子頭，利用接頭內(nèi)部的彈珠卡在母頭套筒的卡槽內(nèi)即可完成電源的對接工作。該快速連通設(shè)備的金屬芯采用高導(dǎo)電銅材質(zhì)，表面鍍銀，阻抗低，發(fā)熱量小。子母接口處采用雙冠簧多點接觸結(jié)構(gòu)，可有效避免端子受到振動時出現(xiàn)瞬斷問題。該快速接通裝置咬合緊，受力均勻，負載電流大，適合配電箱、箱變、臺架配電箱等設(shè)備的主母排、聯(lián)絡(luò)母排、引流排等位置的電源對接。裝置設(shè)計合理、操作簡單、成本低，適合大規(guī)模推廣，具有較好的市場前景。

1 電源快速連通裝置結(jié)構(gòu)及原理

按照相關(guān)規(guī)定，快速接通裝置應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和機械穩(wěn)定性，且?guī)в墟i定結(jié)構(gòu)，同時具有防電擊功能。在對接口內(nèi)有絕緣體，對插結(jié)構(gòu)采用冠簧結(jié)構(gòu)，金屬材料表面需要鍍銀，電流兼容性大等要求。本電源快速連通裝置為子母拔插結(jié)構(gòu)，母頭部分安裝在用戶側(cè)的銅排上，母頭整體呈L型，一邊為圓柱狀的套筒固定母座，另一邊為固定在套筒母座上的旋轉(zhuǎn)底座，底座的底部為連接板，連接板呈L型折彎狀，上面設(shè)有固定螺絲用的U型插孔，可直接用螺絲固定在用戶側(cè)設(shè)備的母排上。

旋轉(zhuǎn)座的圓柱狀母座內(nèi)設(shè)有與對應(yīng)子頭相連的彈簧夾緊結(jié)構(gòu)，該夾緊結(jié)構(gòu)包括一個金屬套筒，以及套筒內(nèi)的對插絲桿，對插絲桿和金屬套筒之間采用球接的方式進行對接，對插絲桿的驅(qū)動結(jié)構(gòu)位于旋轉(zhuǎn)座內(nèi)，主要為在旋轉(zhuǎn)座上固定著的外齒圈，以及與外齒圈相嚙合的呈行星架狀的結(jié)構(gòu)件，在行星架結(jié)構(gòu)內(nèi)擬合有太陽輪，對插絲桿被太陽輪內(nèi)的螺母固定。

在固定座內(nèi)部還裝有固定架，固定架的頂部為行星架及絲桿螺母轉(zhuǎn)動部件，電源快速連通裝置的快速接頭位于旋轉(zhuǎn)座離固定座較遠的一端，旋轉(zhuǎn)座內(nèi)有快速接頭的轉(zhuǎn)動部分，接頭底部為連接筒，對插絲桿位于連接筒內(nèi)且與連接筒相連，連接筒與對插絲桿、快速接頭電性連接，連接筒外套設(shè)有連接架，行星架、絲桿螺母固定在連接架上。連接板上還設(shè)有用于固定到用戶側(cè)銅排螺母上的螺絲孔，對插套筒內(nèi)有彈簧連接珠，連接珠固定在連接筒的內(nèi)壁上，連接筒通過彈簧連接珠來完成與對插絲桿的固定，彈簧連接珠呈圓環(huán)形排列在連接套筒的內(nèi)壁上。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)在不拆卸螺絲的情況下快速實現(xiàn)對銅排母線的夾持，操作方便且安全，電源快速連通裝置的對插子頭部分采用階梯層狀結(jié)構(gòu)，分為兩層，上面一層外圓上設(shè)有滾珠的轉(zhuǎn)動軌道，與該快速接通裝置的子頭上的滾珠相匹配，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對接固定?？焖俳油ㄑb置的母頭整體采用L型設(shè)計，是為了使連接板在最小的接線半徑下獲得最大的牢固性，同時還不影響連接板的大小。L型設(shè)計同時使接線端子遠離母排，這樣在進行接頭對插時可保持操作者與母排之間的距離，較大的連接板也會提供更好的固定效果，便于觀察，同時接線也更加整齊美觀。

為了使快速接通裝置方便固定在母排上，在L型固定底座上設(shè)有螺絲孔及用于插入母排螺絲底部的開口，這樣連接板就形成了U型，既可以在安裝快速接通裝置時方便插入，同時在將裝置插入母排的螺絲底部后受螺絲的壓力，可以為裝置提供一定的支撐作用，使裝置更加牢固。

因為快速接通裝置采用子母對插的方式進行對接，子頭部分插入后會進行旋轉(zhuǎn)，利用凸起的滾珠卡入母頭的凹槽部分進行固定，為了保證子頭部分在旋轉(zhuǎn)時整個快速接通裝置不會隨之轉(zhuǎn)動，母頭的旋轉(zhuǎn)座的底部設(shè)置了與連接板相配合的防旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，防旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)包括金屬套筒及與套筒相連的金屬絲桿，金屬套筒為鍍銀的內(nèi)六角套筒，安裝時將套筒套接到母排螺栓的螺母上，金屬絲桿與套筒采用球接的方式連接在一起，這樣在絲桿轉(zhuǎn)動的情況下，接通裝置的金屬套筒不會隨之轉(zhuǎn)動，安裝時轉(zhuǎn)動絲桿就會將裝置跟母排進行夾緊。

由于該快速接通裝置主要應(yīng)用于電源對接，采用電動的方式驅(qū)動連接絲桿的升降會存在一定的危險性。為了保證接頭的安全及輸電工作的持續(xù)順暢進行，本裝置的絲桿升降驅(qū)動采用棘輪嚙合的方式。絲桿的驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括固定在旋轉(zhuǎn)底座的外齒輪圈及與外齒輪圈互相嚙合的行星架。旋轉(zhuǎn)底座內(nèi)部設(shè)有安裝板，安裝板有外齒圈的作用，安裝工作時，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)底座，與之相連的外齒圈也隨之轉(zhuǎn)動，由于行星架內(nèi)嚙合有太陽輪，這樣外齒圈、行星架和太陽輪就組合在一起，構(gòu)成了行星輪結(jié)構(gòu)。太陽輪內(nèi)有絲桿螺母，絲桿螺母連接在插接絲桿上，在太陽輪轉(zhuǎn)動時，帶動絲桿螺母一起轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)接插絲桿的升降，完成快速接通裝置的固定夾持。

為確保能快速接通裝置，在安裝過程中及安裝完成后的牢固穩(wěn)定，快速接插裝置的轉(zhuǎn)動部分設(shè)置在母頭的旋轉(zhuǎn)座內(nèi)，安裝時子頭部分插入母頭的旋轉(zhuǎn)座后旋轉(zhuǎn)底座，就可以使旋轉(zhuǎn)底座轉(zhuǎn)動而固定底座不動。同時，在母頭圓筒狀接頭部分的底部還設(shè)有內(nèi)六角套筒，套筒與插拔絲桿相連，由于在插拔安裝過程中絲桿需要轉(zhuǎn)動且升降，為了使安裝后更加牢固，在子頭插入母頭插拔圓筒內(nèi)部分設(shè)有連接彈珠，在母頭的插拔圓筒內(nèi)設(shè)有盲孔，盲孔內(nèi)裝有彈簧，這樣在接通裝置的子頭插入母頭部分時，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)底座，子頭的彈簧連接珠就會卡在母頭的盲孔內(nèi)，使子頭得到固定。

由于插拔絲桿與圓柱套筒為同軸設(shè)置，為了保證接觸的良好和穩(wěn)定，子頭的連接彈珠呈環(huán)形均勻分布插拔桿的內(nèi)壁上，即插拔桿的內(nèi)壁上設(shè)有4個連接彈珠。這樣就充分保證了插拔絲桿在升降過程中的穩(wěn)定性。在保證行星輪的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定方面，母頭的圓柱套筒上裝有連接架，行星架、插拔絲桿、絲桿螺母都固定在連接架上，這樣，固定好連接架既實現(xiàn)了對插拔絲桿和絲桿套筒的固定夾持，同時確保了轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性。

電源供電接頭要求接觸性能好，接觸可靠性高，抗震性好，機械性能好，接觸電阻低，易操作。本電源快速連通裝置的對插端子連接結(jié)構(gòu)采用冠簧結(jié)構(gòu)。冠簧為呈燈籠頭形狀、向中心軸彎曲的彈片構(gòu)成，冠簧結(jié)構(gòu)的點面接觸方式可使對接插頭的接觸面積大大增加，降低接觸時的壓縮電阻和接觸電阻，同時冠簧各彈片之間存在的間隙可以使插頭產(chǎn)生的熱量快速的散發(fā)，有效降低發(fā)熱量，使大電流在傳輸過程中更加的穩(wěn)定。冠簧的彈片結(jié)構(gòu)可以保證插頭對插過程中受力更加均勻，對插后端子不會發(fā)生偏移，更加穩(wěn)定，抗震性能更好。本快速接通裝置采用雙冠簧結(jié)構(gòu)，既增加了接通后的穩(wěn)定性，又最大化增加了接頭之間的接觸面積，增加了電流負載。

電源快速連通裝置的子頭部分包括外層的絕緣外套和內(nèi)部的金屬連接插桿部分。金屬插桿部分采用階梯層級結(jié)構(gòu)，上部小、底部大，這樣可有效防止子頭部分在往外拔的過程中，由于卡的過緊金屬接插桿脫落留在母頭內(nèi)的情況。外層的絕緣外套的尾部采用防拔落的棘輪爪結(jié)構(gòu)，擰動尾部的螺母即可收緊電纜插口。電纜安裝對接時，將電纜撥開漏出金屬電纜芯，將電纜芯通過接通裝置子頭尾部的電纜進線口，插入子頭的金屬連接桿的電纜插口內(nèi)，擰動尾部的螺母，收緊電纜即可完成子頭部分的安裝。

整個電源快速連通裝置的金屬部分的材質(zhì)采用高導(dǎo)電銅材質(zhì)，導(dǎo)電率高，抗疲乏性優(yōu)良。接插部分的冠簧受力點均勻，可保證產(chǎn)品10000次以上拔插使用壽命。裝置在受到高頻振動時，雙冠簧的多點接觸結(jié)構(gòu)可有效避免端子的瞬斷問題，牢固穩(wěn)定。整個金屬表面均采用鍍銀處理，拔插端子即使經(jīng)過了耐久拔插后，仍然可以保持一定干涉彈性和低阻抗的特性。拔插件的冠簧結(jié)構(gòu)既可以有效的進行電流分流，也可以降低端子阻抗溫度，使裝置在使用過程中溫升更加的穩(wěn)定。

電源快速連通裝置的母頭表面裝有絕緣橡膠外套，外套的內(nèi)側(cè)為階梯狀階層結(jié)構(gòu)，底部的開口小、頂部開口大，在接通裝置生產(chǎn)時將外套安裝好后由于外套的結(jié)構(gòu)特點，絕緣外套就無法拔出，這就防止了由于接頭卡得太緊再往外拔時，可能存在的絕緣外套被一起拔出的情況的發(fā)生，在拔插過程中絕緣外套始終位于接通裝置的母頭上，保證操作人員安全，預(yù)防觸電事故的發(fā)生。接通裝置的子頭部分同樣裝有絕緣護套，防止誤碰到接頭的金屬帶電體造成事故。接通裝置通過絕緣護套內(nèi)的金屬套筒接頭、冠簧緊固件、子頭金屬桿對接進行電源的導(dǎo)通工作，絕緣護套只起到保護作用[1]。

2 電源快速連通裝置的安裝使用

電源快速連通裝置的安裝分為母頭部分的安裝和子頭部分安裝。母頭部分需要預(yù)先安裝到母排或者引流排處。安裝時先將裝置的連接板深入到母排螺絲孔的背后，將整個電源快速連通裝置掛在銅排或者引流排上，然后將快速接通裝置的子頭部分插入母頭的連接圓筒內(nèi)，在子頭的作用下，接通裝置的母頭部分就不會再隨旋轉(zhuǎn)底座的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，然后轉(zhuǎn)動母頭的旋轉(zhuǎn)底座，帶動母頭的外齒圈轉(zhuǎn)動，進而帶動插拔絲桿上套筒的轉(zhuǎn)動，完成絲桿的下降工作。由于接通裝置上外齒圈和太陽輪之間的齒輪比較大，旋轉(zhuǎn)底座每轉(zhuǎn)一周，太陽輪就會旋轉(zhuǎn)多周，這樣就實現(xiàn)了絲桿的快速下降，省時省力。當(dāng)旋轉(zhuǎn)底座擰緊，完成母頭部分的固定夾持之后即可停止轉(zhuǎn)動，裝置安裝完成。

快速連通裝置的子頭部分安裝在應(yīng)急電源車的電源輸出接頭處，安裝比較方便。直接將電纜線剝皮，將電纜金屬芯通過子頭部分的電纜進線口插到連接裝置的底部，轉(zhuǎn)動尾部的電纜收緊螺母將電纜固定收緊即可。使用時，將電源應(yīng)急車的電源輸出電纜頭直接插入安裝在母排上裝置的母頭內(nèi)，按住接頭旋轉(zhuǎn)，子頭內(nèi)部的連接彈簧珠就會卡緊母頭上的彈簧珠凹槽，電纜接通工作完成，通電即可正常對外供電。整個電源接通工作簡單、高效，接頭穩(wěn)定牢固，供電安全可靠，可大大提高工作效率，節(jié)省時間。

3 結(jié)語

應(yīng)急供電通常是在緊急情況下采取的臨時供電措施，比如電力搶修和搶險等緊急情況，需要在應(yīng)急車輛到達現(xiàn)場后即刻完成電力的供應(yīng)，然而由于各地的標(biāo)準(zhǔn)不同，現(xiàn)場的設(shè)備沒有設(shè)置電源的應(yīng)急接頭，或者應(yīng)急接頭與電源應(yīng)急車的電源輸出接頭不匹配，無法完成快速電源對接，這時就需要拆卸用戶端母排上的螺絲進行手動安裝對接，費時費力，延長了供電前的預(yù)備時間，直接影響了后續(xù)的供電工作。

本文研究的快速連通裝置采用子母對插的方式，內(nèi)部采用冠簧的對接方式進行接頭連接，整個金屬部分均為高導(dǎo)電銅材質(zhì)，阻抗低，發(fā)熱量小，表面進行鍍銀處理，進一步降低了接頭的阻抗。裝置的母頭安裝在用戶側(cè)的母排或者引流排上，使用時直接將應(yīng)急電源車的接頭插入母頭，旋轉(zhuǎn)卡緊即可完成電源的接通工作，使用方便，可以實現(xiàn)達到即可完成供電工作，節(jié)省時間和人力。裝置成本低，效果好，可大大減少供電前的準(zhǔn)備工作，為后續(xù)的搶修搶險等工作節(jié)省了寶貴的時間，具有較高的使用價值和推廣價值。