阅读说明：本技术 隔爆电器的腔板非磁材料充填涡流阻隔工艺 (Cavity plate non-magnetic material filling eddy current blocking process of explosion-proof electrical appliance ) 是由 吴小祥 许海涛 杨海军 周鑫龙 华铁南 于 2018-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种隔爆电器的腔板非磁材料充填涡流阻隔工艺,包括以下步骤：在隔爆柜体中导电体穿越的柜体壁板的相邻两孔间切割出涡流阻隔槽；在涡流阻隔槽内充填非磁金属材料；对充填非磁金属材料的充填体部分进行铆压实,并辅助以焊接；对开槽、充填、铆开、焊接后的涡流阻隔槽按照隔爆产品求进行水压检验。本发明利用在磁路上开出涡流阻隔槽能有效阻减涡流,在800A以上大电流高爆柜上应用该原理进行实施,以达到阻减涡流发热的效果,以非磁材料充填到涡流阻隔槽内,更采取有效工艺手段使非磁充填材料和主体钢材高强度结合,满足隔爆柜体的隔爆性能的要求,最终使隔爆型电器产品在大电流导电体穿越柜体箱壁处产生涡流发热效应得到有效阻减。(The invention provides a filling eddy current blocking process for a cavity plate nonmagnetic material of an explosion-proof electrical appliance, which comprises the following steps of: cutting an eddy current blocking groove between two adjacent holes of a cabinet body wall plate through which a conductor passes in the explosion-proof cabinet body; filling a non-magnetic metal material in the eddy current blocking groove; riveting and compacting the filling body part filled with the non-magnetic metal material, and assisting in welding; and carrying out hydraulic pressure inspection on the eddy current blocking groove subjected to grooving, filling, riveting and welding according to the explosion-proof product. The invention utilizes the eddy current blocking groove formed on the magnetic path to effectively block and reduce eddy current, and the principle is applied to a high-current high-explosion cabinet with the current of more than 800A for implementation so as to achieve the effect of blocking and reducing eddy current heating.)

隔爆电器的腔板非磁材料充填涡流阻隔工艺

技术领域

本发明涉及一种用于有***危险场合，如煤矿井下的矿用隔爆型高压真空配电装置，通过采用非磁材料充填涡流阻隔结构及实施工艺实现了有效减少导电体在交流大电流状态下穿越铁质隔爆箱体壁板时产生的涡流发热现象。

背景技术

有一种称作涡流的物理现象，当导体上通过交变电流时，在其四周会产生交变电场，根据电磁感应原理，在其周围的铁质导磁材料内就会产生交变磁场，交变磁场会在材料内部感应产生交变电动势，从而在铁质材料内部产生涡流，这种涡流使材料发热。

现实生产和生活中我们利用涡流发热效应，制成了电磁灶。但在另外的场合，例如变压器的铁芯因涡流现象产生发热这是我们不希望的，应采取措施减低其危害程度，我们采用薄片材料，矽钢片每一片很薄，每片之间增加绝缘，目的即是阻隔磁路，增加磁阻，增加电阻，以阻隔减少涡流的产生。

在输配行业大电流的普通一般型(使用于地面、普通环境下)高低压配电柜其额定电流已达到6300A以上，涡流发热现象普遍存在，发热部位集中产生在导电体(电缆、铜排等)穿越柜体磁性金属板处，所以在在柜体设计时对该部位涡流发热现象都采取了具体有效的处置，一种常用的方案是在开关柜母线走线孔之间开出涡流阻隔槽，对交变的磁路加大磁阻起到阻隔涡流的作用，从而有效减少了涡流的发热现象。

图1即是普通开关柜母线孔之间开设的涡流阻隔槽。

目前在煤矿井下大量使用的隔爆型高压真空配电装置(以下简称高爆柜)同样存在着涡流发热现象的危害，高爆柜使用的环境和隔爆结构性能的特殊要求导致了高爆柜的产品存在的涡流发热效应比普通高压开关柜更严重。

根据电磁感应原理，铁质导磁体截面积越大，涡流效应越显著，高爆柜多使用厚钢板焊接而成，铁质导磁体截面积的增大造成涡流热效应更严重。而减少涡流发热危害不能简单的采用开涡流阻隔槽的办法解决，因为基于隔爆原理隔爆电气产品的每个腔体都是相互分隔开的，这种分隔结构要耐受按规定成分混合成的***气体在腔体内点爆而产生的***压力(或相当于1MP的水压试验)而不应将***传导到柜体外，所以单纯开出涡流阻隔槽的方案不能在隔爆柜箱体上实施。这长期制约了高爆柜性能指标，高爆柜的额定工作电流多年来一直限制在630A以下，不足普通一般型高低压配电柜额定电流的十分之一，已不适应采矿设备发展的需要。

发明内容

本发明提供一种隔爆电器的腔板非磁材料充填涡流阻隔工艺，以减少隔爆型电气产品存在的涡流发热现象的危害。本发明以图2所例举的典型隔爆型高压真空开关柜结构图为例，针对解决阻减柜体后壁板1上产生的感应电流即涡流所产生的热效应的问题，陈述隔爆电器腔板的非磁材料充填涡流阻隔结构及工艺方案的具体实施过程，其工艺过程包括以下步骤：

S1：切割涡流阻隔槽6：在柜体中导电体穿越的柜体的后壁板1的相邻两孔间切割出涡流阻隔槽6；

S2：充填非磁金属材料：在涡流阻隔槽6内充填并铆接非磁金属材料，形成充填体5；

S3：辅助焊接：经过S2步骤后，对充填非磁金属材料的充填体5部分进行辅助焊接，沿着充填体5铆开后的边沿进行焊接封闭处理；

S4：水压检测：开槽、充填、铆开、焊接后的涡流阻隔结构按照隔爆产品结构要求进行水压检验。

优选的，S1步骤中切割出涡流阻隔槽6的加工手段采用线切割、铣加工或激光切割。

优选的，S1步骤之前还包括如下步骤：预先在涡流阻隔槽6经过的部位上开设螺纹孔7，螺纹孔7的直径大于涡流阻隔槽6的宽度。

优选的，S2步骤中充填非磁金属材料包括以下步骤：非磁金属材料采用熔融的液态非磁金属液(如紫铜液)，在预先加工好的涡流阻隔结构所需截面形状的浇铸模具内浇入液态非磁金属，并略经固化尚呈红色时迅速去掉模具并锤击充填材料，使其向两侧塌铆开和基体紧密铆实，形成充填体5。

优选的，S2步骤中充填非磁金属材料包括以下步骤：非磁金属材料采用和所开涡流阻隔槽6等宽的紫铜板，然后使其两面分别高出钢板适当高度，然后用铆压的方法将铜板铆开，使其和基体板有足够的结合强度，形成充填体5。

优选的，S3步骤中的辅助焊接采用激光焊接或氩弧等焊点小、焊接能量高度集中的焊接工艺，避免使用***熔焊等高温焊接工艺，避免严重的焊接变形。

本发明的有益效果：利用在磁路上开出涡流阻隔槽能有效阻减涡流的原理，在800A以上大电流高爆柜上应用该科学原理和工艺方案进行了具体实施，以达到阻减涡流发热的效果，以非磁材料如紫铜，充填到涡流阻隔槽内，更采取铆实、辅以焊接等工艺手段使非磁充填材料和主体钢材高强度结合，在强度上满足了隔爆柜体的隔爆性能的要求。由此实现了高爆柜额定工作电流提高一倍达到1250A数量级。

附图说明

图1所示为传统一般型开关柜母线孔之间开设的涡流阻隔槽的结构示意图；

图2所示为本发明实例中隔爆型高压真空开关柜结构图；

图3所示为图2的电原理图；

图4所示为图2中开关柜的后壁板结构图：

图5所示为图4中的A-A剖视图；

图6所示本发明实施例举中涡流阻隔槽切割后的结构示意图；

图7所示本发明实施例举中后壁板开槽充填非磁材料过程图，且为图6中的B-B剖视图；

图8所示为图7中点M后壁板开槽的放大结构示意图；

图9所示为图7中点N绝缘套座的放大结构示意图；

图中，

1、后壁板；2、静触头；3、动触头；4、绝缘套座；5、充填体；6、涡流阻隔槽；7、螺纹孔；8、开关腔；9、母线接线腔；10、馈出接线腔；11、高压真空开关手车。

具体实施方式

隔爆电气产品根据功能的不同，设置有若干空间腔体，每个功能腔体之间都是完全分隔开的，并要达到相关的隔爆结构性能要求，这些要求主要是相隔腔体之间能耐受1MP水压12s的水压实验，无泄漏、变形，最终要能通过***实验，当在主腔体点爆混合***气体后，不能引爆另一腔体或引爆外部的***气体，这也是隔爆产品必须要达到的强制试验要求。

以下结合附图2-9所示和实施例举对本发明作具体的介绍。

在本实施例举中，如图2所示的隔爆型高压真空开关柜，柜体分为开关腔8(主腔体)和母线接线腔9，以及馈出接线腔10，通过柜体后壁板1将各空间分隔，高压真空开关手车11上的动触头3***静触头2构成了供电回路，触头导体上流过的交流电，如图3电原理图所示，在本实施例举中，在相对集中的区域内集中有三相六个导体(触头)穿过后壁板1，并因此在柜体后壁板1上产生的感应电流即涡流会产生热效应，为了解决阻减该部位的涡流发热效应，本实施例举通过以下步骤实现：

S1：切割涡流阻隔槽6：在柜体中导电体穿越的柜体的后壁板1的相邻两孔间切割出涡流阻隔槽6，在本实例中显示为上下左右四条水平的槽涡流阻隔槽6，即在两组A、B、C三相静触头2和动触头3穿越的相邻两孔之间，切割出涡流阻隔槽6。

S2：充填非磁金属材料：在涡流阻隔槽6内充填并铆接非磁金属材料，形成充填体5；

S3：辅助焊接：经过S2步骤后，对充填非磁金属材料的充填体5部分进行辅助焊接，沿着充填体5铆开后的边沿进行焊接封闭处理；该步骤使非磁金属材料的充填体5和后壁板1充分密闭结合，防止有气孔等影响隔爆性能；

S4：水压检测：开槽、充填、铆开、焊接后的涡流阻隔结构按照隔爆产品结构要求进行水压检验。

在上述工艺实施时应做好隔爆面如绝缘套座4受开槽的影响，槽口部分充填满后不得留缺陷影响隔爆参数，如间隙，缺孔及光洁度，上述缺陷需严格用焊接、机加工等方式修复合格。

本发明专利涉及在煤矿井下有***危险场合使用的隔爆电气产品上由于导电体穿过隔爆箱壁板时存在着涡流发热物理现象，限制了矿用隔爆型配电装置额定工作电流的提高。本发明专利利用切割出阻隔涡流为目的的涡流阻隔槽，在槽内充填非磁金属材料，并通过系列工艺步骤使充填材料和箱壁基板牢固结合，满足了隔爆产品的结构强度要求，又阻减了涡流发热效应。由于有效阻减了涡流发热问题，最终将矿用隔爆型高压配电装置的额定工作电流由630A提高至1250A。

在本实施中优选的，切割出涡流阻隔槽6的加工手段采用线切割、铣加工或激光切割。

开槽的宽度越宽磁路的磁阻越大，涡流阻减效果越好，但会影响后面工艺，充填非磁材料和板体的结合强度，需结合板材厚度、涡流阻隔效果和最终整体板材强度是否能保证隔爆性能要求综合考虑选取合适的开槽宽度。在本实施中优选的，在S1步骤之前还包括如下步骤：预先在涡流阻隔槽6经过的部位上开设螺纹孔7，螺纹孔7的直径要大于涡流阻隔槽6的宽度。螺纹孔7的作用在于后续充填非磁金属材料和焊接过程中防止基板受热产生的变形和错位，利用螺纹的拉引力有效阻止变形并大大增强了充填体5和壁板1的结合强度。

在本实施中优选的，S2所述的充填非磁金属材料包括以下步骤：非磁金属材料采用熔融的液态金属(如紫铜液)，在预先加工好的涡流阻隔结构所需截面形状的浇铸模具内浇入液态非磁金属材料，并略经固化尚呈红色时迅速去掉模具并锤击充填材料，使其向两侧塌铆开和基体紧密铆实，如图8和9所示，形成充填体5。

本实施中优选的，S2所述的充填非磁金属材料包括以下步骤：非磁金属材料采用和所开涡流阻隔槽6等宽的紫铜板，然后使其两面分别高出钢板适当高度，然后用铆压的方法将铜板铆开，使其和基体板有足够的结合强度，形成充填体5。

在本实施中优选的，S3步骤所述的辅助焊接采用激光焊接或氩弧焊工艺。

辅助焊接工艺原则上应避免高温焊接，如铜的***焊接，这会造成整块板的局部变形，所以焊接工艺应选择焊点小，焊点能量非常集中的焊接工艺。

本发明通过切割出阻隔涡流为目的的涡流阻隔槽并在其中充填满非磁金属材料，达到减少涡流发热物理现象的发明内容既适合于矿用隔爆型配电装置上，也适合于所有矿用隔爆型电气产品，只要导电体穿过隔爆箱体厚壁板时都存在着涡流发热物理现象，本发明所述内容同样适用于在该涡流发热处采本专利以减少涡流发热的危害。

上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例举进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。