CN101359549B - 真空开关管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空开关管，包括第一导电杆和第二导电杆，第一导电杆一端设置第一触头，第二导电杆一端设置第二触头，第一触头和第二触头包括导电部件和导磁部件，密封在一真空管体中并相对设置，其中，第一触头的前端设有一个凸半球体，第二触头的前端设有与第一触头的前端形状相适配的一个凹半球体；第一触头中导电部件和导磁部件的形状呈阴阳鱼配合，且第一触头的导磁部件与第二触头的导电部件相对设置，第一触头的导电部件与第二触头的导磁部件相对设置。本发明真空开关管，增加了触头表面积，减少因接触不良导致的电阻增大，同时，凸半球体和凹半球体的触头之间可形成旋转磁场，有利于灭弧，提高了分断能力。

Description

真空开关管

技术领域

本发明涉及一种真空开关管，尤其涉及一种灭弧室内设有相对触头的真空开关管，属于电气技术领域。 

背景技术

开关设备是电路中一种重要的设备，起着连接和断开电路的作用。开关设备在断开电路的过程中，开关管会产生电弧，电弧会使开关管中的触头等部件温度急剧升高而损耗，尤其是在高压电路中，断开线路时所产生的电弧强度很大，使开关管的使用寿命大为缩短。因此，开关管在电路开关的过程中必须进行灭弧。 

现在的开关设备中大多使用诸如油、六氟化硫、空气、半导体或真空等灭弧介质进行灭弧，不同的灭弧介质具有各自不同的特点，适合不同电压的电路开关的灭弧。其中，真空开关由于具有较小的间隙、较高的耐电压能力、较低的电弧电压、较高的分断电流能力、较低的电磨损以及较高的电寿命，因此被广泛地应用于高压的电力电路中。 

开关管在断开时，开关两端触头的接触区域逐渐减小，直到触头间只有一个接触点，同时接触电阻逐渐增加，因此接触点所在区域的温度逐渐升高，直到温度高于接触点的熔点，接触点熔化并蒸发电离，金属蒸汽使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，在触头断开的瞬间，触头表面形成燃烧状的阴极斑点，最后完成触头电断开。 

现有真空开关管中的触头多为柱状体，每个触头内设有导磁部件和导电部件，开关在断开时，开关设备两端触头的接触区域逐渐减小，直到触头间 只有一个接触点，同时接触电阻逐渐增加，因此接触点所在区域的温度逐渐升高，直到温度高于接触点的熔点，接触点熔化并蒸发电离，金属蒸汽使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧。此时，分断电流成功的关键在于电弧电流过零后，触头间隙绝缘恢复速度快于触头间隙的暂态恢复电压速度，就不会发生重燃而达到成功分断。真空灭弧室分断电流时，电弧放出的金属蒸汽在电弧电流过零时会迅速扩散，遇到触头或屏蔽罩表面会立即凝结。但是，目前的真空开关管中的触头由于结构形状的限制往往难以形成良好的纵向磁场进行灭弧，且难以解决高压分断时所出现的电场集中、耐压不够等问题。对于高压电路的分断，现有技术能够实现36千伏电压的分断，对于更高的电压电路，尤其是72千伏的高压，目前还不存在一种真空开关管结构能够满足分断时有效灭弧的要求，这是现有真空开关技术中有待解决的问题之一。 

发明内容

本发明的目的是提供一种真空开关管，以降低电压分断时的重燃可能性，实现有效灭弧，满足高压分断的要求。 

为实现上述目的，本发明提供了一种真空开关管，包括第一导电杆和第二导电杆，所述第一导电杆一端设置有第一触头，所述第二导电杆一端设置有第二触头，所述第一触头和所述第二触头包括导电部件和导磁部件，密封在一真空管体中并相对设置，所述导电部件和导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，其中，所述第一触头的前端设有一个凸半球体，所述第二触头的前端设有与所述第一触头的前端形状相适配的一个凹半球体；所述第一触头的导电部件和导磁部件形状为阴阳鱼配合，即所述第一触头横截面由自身的纵向中线和横向中线等分为左上区域、左下区域、右上区域和右下区域，所述右上区域分为邻接左上区域的第一右上区域和第一右上区域以外的第二右上区域，所述左下区域分为邻接右下区域的第一左下区域和第一左下区域以外的第二左下区域，所述第一右上区域和所述第一左下区域为直径等于第 一触头横截面半径的半圆形，且所述第一右上区域半圆形的直径边与所述左上区域邻接，所述第一左下区域半圆形的直径边与所述右下区域邻接，所述导电部件设置在所述第一右上区域、左上区域和第二左下区域中，所述导磁部件设置在所述第一左下区域、右下区域和第二右上区域中；所述第一触头的导磁部件与所述第二触头的导电部件相对设置，所述第一触头的导电部件与所述第二触头的导磁部件相对设置。 

所述第一触头和第二触头分别包括相互叠设的数层片体，每层片体由导电片和导磁片邻接组合构成，数个导电片组成所述导电部件，数个导磁片组成所述导磁部件，所述第一触头和所述第二触头分别设置于一金属壳体之中。 

所述导电片和导磁片上开设有贯穿各层片体的固定孔，所述固定孔中插设有固定柱，所述固定柱的一端固定于所述金属壳体内侧的底部。 

本发明提供了一种真空开关管，包括相对设置的第一触头和第二触头，一方面将第一触头和第二触头的前端分别设置成相互配合的凸半球体和凹半球体，另一方面第一触头导电部件和导磁部件形状为阴阳鱼配合，且第一触头的导电部件与第二触头的导磁部件对应设置，第一触头的导磁部件与第二触头的导电部件对应设置，不仅在使用中能够在两个相对设置的触头表面之间形成具有旋转形状的旋转磁力线，提高了真空开关管的分断电流能力，降低了电弧电压，而且可以减少因接触不良导致的电阻增大、发热量增加，并能使电弧容易分散，可作为耐高压能力的真空开关管中的触头，提高了真空开关管的耐高压能力，特别适合高压电力设备中的开关设备。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1为本发明真空开关管具体实施例一的结构示意图； 

图2为本发明真空开关管具体实施例一中触头的结构示意图； 

图3为本发明真空开关管具体实施例一中第一触头的横截面结构示意图；

图4为本发明真空开关管具体实施例二中第一触头的侧视结构示意图； 

图5为本发明真空开关管具体实施例三中第一触头的横截面结构示意图。 

具体实施方式

本发明的真空开关管包括第一导电杆和第二导电杆，导电杆的端部相对设置有第一触头和第二触头，第一触头和第二触头分别包括沿相同方向延伸且相互邻接组成触头主体的导电部件和导磁部件，且第一触头和第二触头密封在一真空管体中并相对设置，其中，第一触头的前端设有一个凸半球体，第二触头的前端设有与第一触头的前端形状相适配的一个凹半球体；第一触头的导电部件和导磁部件形状为阴阳鱼配合，即第一触头横截面由自身的纵向中线和横向中线等分为左上区域、左下区域、右上区域和右下区域，右上区域分为邻接左上区域的第一右上区域和第一右上区域以外的第二右上区域，左下区域分为邻接右下区域的第一左下区域和第一左下区域以外的第二左下区域，第一右上区域和第一左下区域为直径等于第一触头横截面半径的半圆形，且第一右上区域半圆形的直径边与左上区域邻接，第一左下区域半圆形的直径边与右下区域邻接，导电部件设置在第一右上区域、左上区域和第二左下区域中，导磁部件设置在第一左下区域、右下区域和第二右上区域中；第一触头的导磁部件与第二触头的导电部件相对设置，第一触头的导电部件与第二触头的导磁部件相对设置。 

下面通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。 

真空开关管具体实施例一 

图1为本发明真空开关管具体实施例一的结构示意图。如图1所示，该真空开关管具有一绝缘外壳103，即真空管体。在绝缘外壳103上、下两端分别设置有上端盖102和下端盖109，在绝缘外壳103内设有两个导电杆，分别为第一导电杆1011和第二导电杆1012。第一导电杆1011的一端设有第一触头106，第一导电杆1011通过导向套1010滑动穿设在下端盖109的通孔之中，导向套1010固定设置在下端盖109的通孔中，并在导向套1010上设有通孔供第一导电杆1011滑动穿设，在第一导电杆1011外还套设有波纹管108，第一导电杆1011通过波纹管108连接在导向套1010上。第二导电杆1012的一端设有第二触头105，第二导电杆1012固定在上端盖102上，并通过螺钉固定连接在真空开关的开关框架上，保持静止。第二触头105和第一触头106相对设置。在第二触头105和第一触头106外围还设有中间屏蔽罩104，波纹管108与中间屏蔽罩104之间设有波纹管屏蔽罩，波纹管108因其可伸缩性，所以可以保证第一导向杆1011运动时真空开关管的密封性。 

上述结构的真空开关管，通过第一导电杆的运动，实现第二触头和第一触头的分合开关，当需要接通电路时，第一导电杆沿着真空开关管的轴线朝第二触头运动，使第二触头与第一触头压紧接触，电路接通；当需要断开电路时，第一导电杆沿着真空开关管的轴线朝着远离第二触头的方向运动，第二触头与第一触头迅速分离，从而达到断开电路电流的目的。 

图2为本发明真空开关管具体实施例一中触头的结构示意图。真空开关管中第一触头、第二触头的形状如图2所示，第一触头106和第二触头105中分别包括导电部件和导磁部件，导电部件和导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合。其中，第一触头106的前端设有一个凸半球体。第二触头105的前端设有与第一触头106前端的凸半球体相适配的凹半球体。当工作时，第一触头沿A方向运动，与第二触头接触。 

本实施例中，真空开关管中的第一触头和第二触头前端分别采用相互适配的凸半球体和凹半球体，增大了第一触头和第二触的接触面积，以减少因接触不良导致的电阻增大，避免触头过热熔融蒸发，减少了电弧的传导介质密度，提高了真空开关管的分断电流能力，降低了电弧电压，因而能够提高触头分断电压的能力。 

本实施例的真空开关管中第一触头，包括沿相同方向延伸且相互邻接组成触头主体的导电部件和导磁部件，呈阴阳鱼配合。即第一触头的任意横截面如图3所示，横截面由自身的横向中线X和纵向中线Y等分为左上区域100、、 左下区域200、右上区域300和右下区域400。右上区域300分为邻接左上区域100的第一右上区域310和第一右上区域310以外区域形成的第二右上区域320。该左下区域200分为邻接右下区域400的第一左下区域210和第一左下区域210以外区域形成的第二左下区域220。第一右上区域310和第一左下区域210的形状为半圆形，半圆形的直径等于所在横截面的半径，且第一右上区域310半圆形的直径边与左上区域100邻接，第一左下区域210半圆形的直径边与右下区域400邻接，该第一右上区域310、左上区域100和第二左下区域220设置导电材料形成导电部件10，例如铜金属。该第一左下区域210、右下区域400和第二右上区域320设置导磁材料形成导磁部件11，例如铁金属。则导电部件10和导磁部件11形成了相互邻接的阴阳鱼配合。 

在第二触头中，也包括导电部件和导磁部件，第二触头前端的横截面为环形，后端可以为柱状体，则第二触头内的导电部件和导磁部件可以为对称设置。第一触头与第二触头在应用到真空开关管中时呈反对称设置，即第一触头的导磁部件与第二触头的导电部件相对设置，第一触头的导电部件与第二触头的导磁部件相对设置。 

本实施例的真空开关管，在其工作的过程中，第一触头的导磁部件在导电部件中通有电流时会产生磁力线，磁力线的分布趋势是从导磁部件阴阳鱼较大的一端流入较小的一端。在应用该触头时，将第一触头与第二触头反对称设置，当第一触头和第二触头之间的距离小于垂直于轴向方向的横截面周长的一半时，则从第一触头导磁部件较大端流入较小端的磁力线就会改变为流入第二触头的导磁部件中，这一现象是基于磁力线总是选择最短的路径在两极闭合而实现的。 

上述技术方案由于导磁部件与导电部件的邻接配合关系设计，使得磁力线能够在两触头间形成纵向磁场，并且，在开关分断、两触头之间的距离逐渐增大时，纵向磁场仍然能够得以维持。因而，采用上述结构设计的真空开关管，能够提供有效灭弧的纵向磁场，灭弧能力的提高，有利于降低电压分断时的重燃可能性，降低电弧电压，因而能够满足高压分断的要求，本实施例的技术方案能够达到分断72千伏电压的能力。同时，凸半球体和凹半球体的触头之间可以形成旋转磁场，更有利于灭弧，因而提高了真空开关管的分断电压能力，本发明的技术方案能够达到分断40.5千伏以上电压的能力，例如分断55千伏、72.5千伏以及110千伏等电压。 

真空开关管具体实施例二 

图4为本发明真空开关管具体实施例二中第一触头的侧视结构示意图。在本实施例中，第一触头和第二触头的触头主体均由数层片体依次叠设组成，每层片体由导电片和导磁片邻接组合构成，数个导电片组成导电部件，数个导磁片组成导磁部件，导电片和导磁片的横截面形状及其中的导电部件和导磁部件的结构关系可以采用上述实施例中的技术方案，为阴阳鱼配合或对称设置，所有片体叠设在一起构成触头的外轮廓形状，如图4所示为第一触头106的前端。在第一触头和第二触头的触头主体之外还分别设置一金属壳体，使得触头装设于该金属壳体中以便组成为真空开关触头。 

该结构便于真空开关管的生产制造，以简便的成型工艺即可制备得到各个片体。通过加热使片体金属熔化，当温度降下来后就可以凝固分别形成导电部件和导磁部件，并组成一体的触头主体。 

真空开关管具体实施例三 

图5为本发明真空开关管具体实施例三中第一触头的横截面结构示意图。在上述实施例二的基础上，为使片体在熔化凝固前，导电部件与导磁部件的相对位置固定，还可以进一步在导电片和导磁片上开设贯穿数个片体的固定孔12，固定孔12中插设有固定柱，如图5所示，且固定柱的一端固定于金属壳体内侧的底部。固定柱的材质可以与导电部件材料相同，例如铜金属。 

本实施例的技术方案能够简化触头主体的生产制造，以简便的成型工艺制备得到多个片体后，可以将片体放入一对应导电部件和导磁部件轮廓的金属壳体中。可以通入大电流产生热量来加热，使片体内金属熔化，降温凝固后分别形成导电部件和导磁部件。 

综上所述，本发明通过将第一触头和第二触头的前端设计为相适配的凸半球体和凹半球体，增加第一触头和第二触头的表面积，使电弧产生的热量更容易散发，降低了第一触头和第二触头的温度，使电弧电流密度降低，减少了第一触头和第二触头表面的高温熔融蒸发，减少电弧的传导介质，因此有利于电流分断，同时，将第一触头中的导电部件和导磁部件形状呈阴阳鱼配合，可以形成旋转磁场，有利于分断高电压的电流。 

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种真空开关管，包括第一导电杆和第二导电杆，所述第一导电杆一端设置有第一触头，所述第二导电杆一端设置有第二触头，所述第一触头和所述第二触头包括导电部件和导磁部件，密封在一真空管体中并相对设置，所述导电部件和导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，其特征在于：所述第一触头的前端设有一个凸半球体，所述第二触头的前端设有与所述第一触头的前端形状相适配的一个凹半球体；所述第一触头的导电部件和导磁部件形状为阴阳鱼配合，即所述第一触头横截面由自身的纵向中线和横向中线等分为左上区域、左下区域、右上区域和右下区域，所述右上区域分为邻接左上区域的第一右上区域和第一右上区域以外的第二右上区域，所述左下区域分为邻接右下区域的第一左下区域和第一左下区域以外的第二左下区域，所述第一右上区域和所述第一左下区域为直径等于第一触头横截面半径的半圆形，且所述第一右上区域半圆形的直径边与所述左上区域邻接，所述第一左下区域半圆形的直径边与所述右下区域邻接，所述导电部件设置在所述第一右上区域、左上区域和第二左下区域中，所述导磁部件设置在所述第一左下区域、右下区域和第二右上区域中；所述第一触头的导磁部件与所述第二触头的导电部件相对设置，所述第一触头的导电部件与所述第二触头的导磁部件相对设置。

2.根据权利要求1所述的真空开关管，其特征在于：所述第一触头和第二触头分别包括相互叠设的数层片体，每层片体由导电片和导磁片邻接组合构成，数个导电片组成所述导电部件，数个导磁片组成所述导磁部件，所述第一触头和所述第二触头分别设置于一金属壳体之中。

3.根据权利要求2所述的真空开关管，其特征在于：所述导电片和导磁片上开设有贯穿各层片体的固定孔，所述固定孔中插设有固定柱，所述固定柱的一端固定于所述金属壳体内侧的底部。

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