CN101359550B - 真空开关管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空开关管，包括第一导电杆和第二导电杆，分别设置有第一触头和第二触头，两触头封闭在一真空管体中并相对设置，第一触头的前端为凸半球体，第二触头的触头主体为与第一触头前端相适配的环状体触头，所述第一触头包括第一导电部件和第一导磁部件，所述第一导电部件和第一导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，所述第一触头的第一导电部件和第一导磁部件形状为阴阳鱼配合，第二触头包括组成触头主体的第二导电部件和第二导磁部件，且第一触头的第一导磁部件与第二触头的第二导磁部件反对称设置。本发明能够降低电压分断时的重燃可能性，降低电弧电压，实现有效灭弧，满足高压分断的要求。

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

开关设备是电路中必然应用的设备，它起着关合、开断电路的作用。在开关触头的开断过程中需要进行灭弧，以便触头能够果断分离并防止电弧使开关的温度升高而损耗开关。由于真空开关具有较小的间隙、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电力电路中。

真空开关管的核心部件是壳体内的真空灭弧室。真空灭弧室内部触头的性能直接决定真空开关管的性能。真空开关管的真空开关管后部分别连接动导电杆和静导电杆，触头断开的动作是通过操控动导电杆机械分开触头。断开时，触头的接触区域越来越小，直到触头仅有一个接触点，同时接触电阻增加，区域的温度在增加，直到接触点熔化、蒸发并电离，金属蒸汽使得真空中的放电得以维持，产生真空电弧，最后完成触头电气断开。

现有技术存在的缺陷是：由于结构形状的限制，真空开关管往往难以形成良好的纵向磁场进行消弧，且难以解决高压分断时所出现的电场集中、耐压不够和重燃可能性大等问题；对于高压电路只能够实现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。

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，降低电弧电压，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封闭在一真空管体中并相对设置，所述第一触头的前端为凸半球体，所述第二触头为与所述凸半球体形状相适配的环状体，所述第一触头包括第一导电部件和第一导磁部件，所述第一导电部件和第一导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，所述第一导电部件和第一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，所述第一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，所述第一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；所述第二触头包括第二导电部件和第二导磁部件，所述第二导电部件和第二导磁部件被所述第二触头的中线分割，且所述第一触头的第一导磁部件与所述第二触头的第二导电部件相对设置，所述第二触头的第二导磁部件与所述第一触头的第一导电部件相对设置。

本发明真空开关管一方面将第一触头的第一导磁部件的结构设计成使得磁力线具有从环绕触头外围转向流入另一触头的趋势，能够在两触头间形成纵向磁场，另一方面将二个触头设置成匹配套接的凸半球体和环状体，将现有技术在两个平行的平面之间形成均匀磁力线的磁场分布改变为在两个空间的表面之间形成放射状磁力线的磁场分布，在有效降低磁场强度的同时，使触头表面之间更容易形成磁力线旋转，形成旋转的闭合的磁场回路，提高了触头表面的耐高压能力，提高真空开关触头的电流分断能力，可适合用于更高电压线路，满足了电力设备中对真空开关管耐高压的要求。

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第一实施例的结构示意图；

图2为本发明真空开关管第一实施例中两触头的剖面结构示意图；

图3为本发明真空开关管第一实施例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第二实施例中第一触头的外轮廓结构示意图；

图5为本发明真空开关管第三实施例中带有固定杆的第一触头的横截面结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种真空开关管，在真空室的两个真空触头的触头表面之间形成旋转磁力线，能有效提高真空开关管的开断电流和耐高压能力，可满足高电压电力设备中开关的需要。

本发明的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有第一触头，第二导电杆一端设置有第二触头，第一触头和第二触头封闭在一真空管体中并相对设置，第一触头的前端为凸半球体，第二触头的触头主体为与第一触头的前端形状相适配的环状体触头，第一触头包括第一导电部件和第一导磁部件，第一导电部件和第一导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，第一触头的第一导电部件和第一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，第一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，第一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；第二触头包括组成触头主体的第二导电部件和第二导磁部件，且第一触头的第一导磁部件与所述第二触头的第二导磁部件反对称设置。

由此可知，本发明一方面提供了在真空开关管内相对设置的凸半球体触头和与其形状相适配的环状体触头结构，另一方面第一触头的导电部间和导磁部件形状为阴阳鱼配合，且第一触头和第二触头的导电部件和导磁部件反对称设置，最终在两个相对设置的触头表面之间形成旋转的磁力线。

真空开关管第一实施例

图1为本发明真空开关管第一实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例包括第一导电杆1和第二导电杆2，第一导电杆1下端设置有第一触头3，第二导电杆2的上端设置有第二触头4，第一触头3和第二触头4密封在真空管体8内，形成真空灭弧室。其中，第一导电杆1通过第一端盖板5固设在绝缘外壳7内，第二导电杆2通过第二端盖板6滑设于绝缘外壳7的下端；在第二端盖板6外部设置有导向套9，与第二导电杆2伸出第二端盖板6的部分滑动配合；在绝缘外壳7内部还设置有波纹管10，第二导电杆2滑设于其中，且波纹管10两端分别与真空管体8和绝缘外壳7接触。

图2为本发明真空开关管第一实施例中两触头的剖面结构示意图。如图2所示，第一触头3的前端与第二触头4的触头主体40相互接触的部分为凸半球体30，第一触头3的后端为与凸半球体30形状相同的半球体，即第一触头3整体为一球体。第二触头4的触头主体40可以采用环状体触头，第二触头4的触头主体40沿轴线方向的纵截面为圆形，且环状体与轴线方向垂直的横截面形状为圆环形，则该第二触头4的触头主体40与第一触头3的前端的凸半球体30套接匹配。

此外，第二触头4的触头主体40沿轴线方向的纵截面也可以为三角形、正方形或矩形。在具体应用中，第二触头4的触头主体40沿轴线方向的纵截面形状可以为多种形式，并不限于上述的圆形、椭圆形或三角形等，只要环状体轴线的形状与第一触头前端的形状相匹配，能套接配合即可。

本实施例中第一触头3的后端也可以为圆柱体，该圆柱体的横截面与该半球体的横截面为面积相同的圆形。本实施例中的第一触头3的后端也可以为其它任意形状，只要其前端保持凸半球体，且后端与其前端连接处的横截面为圆形即可。

第二触头4的触头主体40沿轴线方向的纵截面既可以为圆形、椭圆形、三角形，也可以为正方形或者矩形。在具体应用中，触头主体40沿轴线方向的纵向横截面形状还可以为多种形式，并不限于上述的圆形、椭圆形或三角形等，只要环状体垂直于轴线方向的横截面形状与第一触头3前端的形状相匹配，能套接配合即可。

图3为本发明真空开关管第一实施例中第一触头的横截面结构示意图。如图3所示，第一触头3的凸半球体30可以包括第一导电部件11和第一导磁部件12，第一导电部件11和第一导磁部件12沿相同方向延伸且相互邻接配合，呈阴阳鱼配合。该凸半球体30的横截面形状为圆形，且任意一个横截面由自身的纵向中线Y和横向中线X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。该第一右上区域310、左上区域100和第二左下区域220设置导电材料形成第一导电部件11，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设置导磁材料形成第一导磁部件12，例如铁金属。

第一右上区域310和第一左下区域210为直径等于所在横截面半径的半圆形，且第一右上区域310的直径边与左上区域100邻接。第一左下区域210的直径边与右下区域400邻接。则第一导电部件11和第一导磁部件12形成了相互邻接配合的阴阳鱼形状。

该第二触头4的触头主体40俯视结构为一环形。该第二触头4的触头主体40被其中线分割成第二导电部件和第二导磁部件，在设置两触头时，第一触头3的第一导磁部件12与第二触头4的触头主体40的第二导磁部件呈反对称设置，即第一触头3的第一导磁部件12与第二触头4的第二导电部件对应设置，第一触头3的第一导电部件11与第二触头4的第二导磁部件对应设置。

在真空开关管工作的过程中，第一导磁部件12在第一导电部件11中通有电流时会产生磁力线，磁力线的分布趋势是从阴阳鱼的面积较大端流入面积较小端。在应用该触头时，将第一触头3与第二触头4反对称设置，第一触头3的第一导电部件11与第二触头4的第二导磁部件正对设置，第一触头3的第一导磁部件12与第二触头4的第二导电部件正对设置。当两个真空开关触头之间的距离小于第一触头3的横截面周长的一半时，则从第一触头3中阴阳鱼较大端流入较小端的磁力线就会改变为流入第二触头4的第二导磁部件。

此方案基于的原理是磁力线总是选择最短的路径分布。通过真空开关管中反对称设置的两个真空开关触头使其触头表面之间的磁力线形成旋转的闭合的磁场回路，使得真空开关管具有更好的电流分断能力，提高了真空开关触头的耐高压能力；上述技术方案一方面将第一导磁部件的结构设计使得磁力线具有从环绕触头外围转向流入另一触头的趋势，能够在两触头间形成纵向磁场，另一方面将二个触头设置成匹配套接的球体和圆环体形状，将现有技术在两个平行的平面之间形成均匀磁力线的磁场分布，改变为在两个空间的表面之间形成放射状磁力线的磁场分布，在有效降低磁场强度的同时，使触头表面之间更容易形成磁力线旋转，形成旋转的闭合的磁场回路，提高了触头表面的耐高压能力，提高真空开关触头的电流分断能力，可适合用于更高电压线路，满足了电力设备中对真空开关管耐高压的要求。本实施例的技术方案能够达到分断40.5千伏以上，如55千伏、72.5千伏以及110千伏等电压的能力。

真空开关管第二实施例

图4为本发明真空开关管第二实施例中第一触头的外轮廓结构示意图。如图4所示，第一触头3的凸半球体30可以由相互叠设的多层片体组成，每个片体的横截面形状及其中的第一导电部件11和第一导磁部件12的结构关系采用上述第一触头3的结构。本实施例的技术方案能够简化触头的生产制造，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第一导电部件11形状轮廓和/或第一导磁部件12形状轮廓的金属壳体中，或放入对应第一触头3外轮廓的金属壳体中通过加热使片体金属熔化，分别形成第一导电部件11和第一导磁部件12，并组成一体的第一触头3。

本实施例的技术方案在本发明真空开关管第一实施例达到的技术效果上进一步简化了触头的生产制造。

真空开关管第三实施例

为使片体在熔化凝固前，使第一导电部件11与第一导磁部件12的相对位置固定，可以进一步在第一导电部件11和第一导磁部件12之中通过固定孔插设固定杆13，固定杆13的一端固定于金属壳体内侧的底部。图5为本发明真空开关管第三实施例中带有固定杆的第一触头的横截面结构示意图。如图5所示，该固定杆13贯穿于各层片体之中，固定杆13的材质可以与第一导电部件11的材料相同，例如铜金属。固定杆的设置便于本发明真空开关管第二实施例中导电片和导磁片的组装固定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案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封闭在一真空管体中并相对设置，其特征在于，所述第一触头的前端为凸半球体，所述第二触头为与所述凸半球体形状相适配的环状体，所述第一触头包括第一导电部件和第一导磁部件，所述第一导电部件和第一导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接配合，所述第一导电部件和第一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，所述第一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，所述第一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；所述第二触头包括第二导电部件和第二导磁部件，所述第二导电部件和第二导磁部件被所述第二触头的中线分割，且所述第一触头的第一导磁部件与所述第二触头的第二导电部件相对设置，所述第二触头的第二导磁部件与所述第一触头的第一导电部件相对设置。

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第一导电部件，数个导磁片组成所述第一导磁部件；所述第一触头设置于形状适配的金属壳体之中。

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个片体的固定孔，所述固定孔中插设有固定杆，所述固定杆的一端固定于所述金属壳体内侧的底部。

Images