CN101359554A - 真空开关触头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空开关触头，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，该触头主体是侧表面为弧形的类球体，类球体的表面设置有用于与另一真空开关触头接触的触头表面。本发明可在二个相对设置的真空开关触头的触头表面之间形成旋转磁力线，提高了真空开关触头的电流开断和耐高压能力，可用于更高电压线路的真空开关管中，提高了真空开关管的高压分断能力。

Description

真空开关触头

技术领域

本发明涉及电气技术，特别是涉及电力设备真空开关管中的真空开关触头。

背景技术

开关设备广泛应用于各种电路中，它起着关合、断开电路的作用。在开关设备的触头开断的过程中，会产生电弧，从阴极斑点燃烧产生弧柱为锥面的等离子弧，尤其在高压电路中，开关产生的电弧尤其强烈。

在开关闭合的状态下，开关设备应具有较低的电阻，允许额定电流通过，且不产生过高的温度；而在开关触头开断的过程中，需要进行灭弧，以便开关触头分断果断。现有的开关设备中普遍使用诸如油、六氟化硫、空气、半导体或真空等进行灭弧，不同的灭弧介质有其不同的特点和相应的开关结构，由于真空开关具有较小的触头间隙、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，广泛地应用于电力电路中。

真空开关管的核心部件是真空灭弧室，而真空灭弧室内的真空开关触头又是真空灭弧室内的关键部件，真空开关触头的性能决定着真空开关管的性能。因此，如何提高真空开关触头的性能是提高真空开关管性能的关键。

现有真空开关触头多为圆柱体，每个触头主体内设有导磁部件和导电部件，真空开关管在断开时，真空开关管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间的暂态恢复电压速度，就不会发生重燃而达到成功开断。真空灭弧室开断电流时，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。因此，需要合理设计触头尺寸、材质、形态、触头间隙以及电流开断时产生的金属蒸汽密度，带电粒子密度等影响因素。一般而言，在触头间依靠导磁部件形成良好的纵向磁场能够达到加速消弧的作用，有极为良好的弧后绝缘恢复特性。

但是，目前真空开关触头的结构在高压分断时仍就存在产生的电场集中、耐压能力不高、重燃的可能性较大等问题，无法适应更高电压线路的需求。特别是随着电力设备更高电压传输线路的大量应用，对真空开关管的耐压能力提出了更高的要求，如何合理设计真空开关触头的结构，以满足更高电压线路的分断需要，是真空开关管设备中迫切需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空开关触头，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，所述触头主体是侧表面为弧形的类球体，所述类球体的表面设置有用于与另一真空开关触头接触的触头表面。

触头主体中所述导磁部件的横截面形状被其中位线划分为第一区域和第二区域，所述第一区域的面积大于所述第二区域的面积。

所述触头主体由数个片体依次叠设组成，每个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。

或者，所述触头主体由数个杆体或颗粒紧密邻接组成，数个导电材料的杆体或颗粒构成所述导电部件，数个导磁材料的杆体或颗粒构成所述导磁部件。

进一步地，所述真空开关触头还包括形状与所述触头主体的形状相适应的壳体，用于容置所述触头主体。

本发明提供了一种真空开关触头，通过采用弧形侧面的类球体，在使用中，能够在二个相对设置的真空开关触头的触头表面之间形成具有旋转形状的旋转磁力线，提高了真空开关触头的开断电流能力，降低了电弧电压，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为本发明真空开关触头实施例一的结构示意图；

图2为本发明真空开关触头实施例一的第一种实现方式的横向截面示意图；

图3为本发明真空开关触头实施例一的第二种实现方式的横向截面示意图；

图4为本发明真空开关触头实施例一的第三种实现方式的横向截面示意图；

图5为本发明真空开关触头实施例一的第四种实现方式的横向截面示意图；

图6为本发明真空开关触头实施例一的第五种实现方式的横向截面示意图；

图7为本发明真空开关触头实施例二的一种实现方式的纵向剖面示意图；

图8为本发明真空开关触头实施例二的另一种实现方式的纵向剖面示意图；

图9为本发明真空开关触头实施例三的一种实现方式的纵向剖面示意图；

图10为本发明真空开关触头实施例三的另一种实现方式的纵向剖面示意图；

图11为本发明真空开关触头实施例三的又一种实现方式的纵向剖面示意图；

图12为本发明真空开关触头实施例四的一种实现方式的纵向剖面示意图；

图13为本发明真空开关触头实施例四的另一种实现方式的纵向剖面示意图；

图14为本发明真空开关触头实施例五的横向截面示意图；

图15为本发明真空开关触头实施例六的纵向剖面示意图；

图16为本发明真空开关触头实施例六的横向截面示意图；

图17为本发明真空开关触头实施例七的横向截面示意图；

图18为本发明真空开关触头实施例八的横向截面示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种真空开关触头，使用过程中，在二个相对设置的真空开关触头的触头表面之间形成一旋转磁力线，能有效提高真空开关触头的开断电流和耐高压能力，可应用于高电压电力设备中的真空开关管中。具体地，本发明实施例提供了一种新结构的真空开关触头，包括由导电部件和导磁部件沿相同方向延伸且相互邻接组成的触头主体，且该触头主体为具有弧形侧表面的类球体。

如图1所示，为本发明真空开关触头实施例一的结构示意图。本实施例包括导电部件1和导磁部件2，导电部件1和导磁部件2沿相同方向延伸且相互邻接组成触头主体，其中该触头主体可以为截去两端球冠的球体31，且该球体31一端的平面上设置有用于与另一真空开关触头相对设置的触头表面30，该触头表面30上布设有耐弧层，导电部件1和导磁部件2沿该球体31的轴向延伸并在使用中能够在二个真空开关触头的触头表面之间产生旋转磁力线。

本实施例中，导磁部件的横截面可为一端面积大，一端面积小的形状。具体地，导磁部件的横截面形状可被其中位线划分为第一区域和第二区域，第一区域的面积大于第二区域的面积。其中所谓中位线，即任意形状的一个区域具有一个最长的特征长度线，该区域可以被垂直于该特征长度线的两条平行线夹在其间，两条平行线之间距离的中线即为该区域的中位线。如图2所示，触头主体的横截面形状可以为圆形或类圆形，可被自身的横向中线X和纵向中线Y等分为左上区域10、左下区域12、右上区域11和右下区域13；右上区域11可分为邻接左上区域10的第一右上区域111和第一右上区域111以外的第二右上区域112；左下区域12可分为邻接右下区域13的第一左下区域121和第一左下区域121以外的第二左下区域122；导电部件1设置在第一右上区域111、左上区域10和第二左下区域122中；导磁部件2设置在第一左下区域121、右下区域13和第二右上区域112中。其中，横向中线X和纵向中线Y均可为导磁部件和/或导电部件的横截面形状的中位线。由于导磁部件由大小两个区域构成，其在较大区域产生的磁力线必定多于在较小区域产生的磁力线。当将两个具有相同结构的真空开关触头反对称设置，即一个触头的导电部件与另一触头的导磁部件相对设置，而该触头的导磁部件与另一触头的导电部件相对设置时，且两触头之间的距离小于触头表面横截面周长的二分之一时，其中一个真空开关触头导磁部件的较大区域产生的磁力线必然会流入另一真空开关触头导磁部件的较小区域，这样就在两个触头之间形成一具有旋转形状的磁场，提高了真空开关触头分断电流和耐高压的能力，满足了电力设备对耐高压能力真空开关管的需要。

本实施例中导电部件和导磁部件的横截面的形状也可如图3、4、5或6所示。导电部件和导磁部件可形成圆形或类圆形的横截面，其中第一右上区域111和第一左下区域121的形状可具体为弧形、半圆形、三角形、梯形或多边形，且第一右上区域111的长边与左上区域10邻接，第一左下区域121的长边与右下区域13邻接，其中具有弧形的横截面可为阴阳鱼形状。

本实施例中的导电部件和导磁部件的形状相匹配，且导电部件和导磁部件的大小可基本一致，导电部件和导磁部件可很好的匹配在一起形成一个触头主体为球形的类球体。

导磁部件和导电部件的整体形成了侧表面为弧形的类球体，能够在反对称设置的两个真空开关触头的触头表面之间形成旋转磁场，所谓反对称设置，即一个触头的导电部件与另一触头的导磁部件相对设置，而该触头的导磁部件与另一触头的导电部件相对设置。该真空开关触头在与具有同样结构的触头主体相配合形成真空开关管时，可在二个真空开关触头的触头表面之间形成旋转磁力线，即通过二个反对称设置的真空开关触头的触头表面使二个触头表面之间的磁力线形成旋转的闭合的磁场回路，使得真空开关触头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，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。

本实施例真空开关触头一方面采用弧形侧面的类球体，另一方面导磁部件的横截面为一头大、一头小的形状，在二个真空开关触头的触头表面之间形成旋转形状的旋转磁力线，提高了真空开关触头的开断电流能力，降低了电弧电压，可作为高耐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，本实施例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。

如图7所示，为本发明真空开关触头实施例二的一种实现方式的纵向剖面示意图。本实现方式与上述实施例一的主体结构基本相同，不同之处在于，本实现方式中的触头主体为截去两端球冠的椭球体32，且该椭球体32的长轴沿触头主体的轴向设置。进一步地，如图8所示为另一种实现方式的纵向剖面示意图，本实现方式中的椭球体也可以为短轴沿触头主体的轴向设置。本实施例真空开关触头为椭球体，同样可以实现实施例一的技术效果。

如图9所示，为本发明真空开关触头实施例三的一种实现方式的纵向剖面示意图。本实现方式与上述实施例一的主体结构基本相同，不同之处在于，本实现方式中的触头主体侧表面为由大小相同的两个弧面连接形成的类球体33。

此外，如图10、图11所示，本实施例中的触头主体侧表面也可以由大小不同弧面连接而成，形成上端面积大下端面积小、或上端面积小下端面积大的类球体。进一步地，本实施例中的类球体的侧表面也可以为两个或两个以上相同的或不同的弧面连接而成，具体可根据实际需要也可由多个各种形状的弧面组合而成。更进一步地，本实施例中的类球体的侧表面也可以为由螺旋上升的曲面连接形成，或者由螺旋下降的曲面连接形成。

本实施例的真空开关触头的触头主体为采用多个弧面连接形成的类球体，同样可以实现实施例一的技术效果。

如图12所示，为本发明真空开关触头实施例四的一种实现方式的纵向剖面示意图。本实现方式与上述实施例一的主体结构基本相同，不同的是，本实现方式中触头主体的侧表面为由一个弧面形成的类球体，该类球体的上端面积大于下端面积。此外，如图13所示，本实施例中触头主体也可为下端面积大于上端面积的类球体，且该触头主体的侧表面也可以由一个弧面形成，同样可以实现实施例一的技术效果。

如图14所示，为本发明真空开关触头实施例五的横向截面示意图。具体地，在上述各实施例真空开关触头的结构基础上，触头主体的横截面的形状可由自身的横向中线X和纵向中线Y等分为左上区域10、左下区域12、右上区域11和右下区域13；其中，左上区域10分为邻接左下区域12的第一左上区域1001和第一左上区域1001以外的第二左上区域1002；左下区域12分为邻接右下区域13的第一左下区域1201和第一左下区域1201以外的第二左下区域1202；右上区域11分为邻接左上区域10的第一右上区域1101和第一右上区域1101以外的第二右上区域1102；右下区域13分为邻接右上区域的第一右下区域1301和第一右下区域1301以外的第二右下区域1302。其中纵向中线Y和横向中线X均可为导电部件和导磁部件的横截面形状的中位线。导电部件设置在第一左上区域1001、第二左下区域1202、第二右上区域1102和第一右下区域1301中；导磁部件设置在第二左上区域1002、第一右上区域1101、第一左下区域1201和第二右下区域1302中。第一左上区域1001、第一右上区域1101、第一左下区域1201和第一右下区域1301均可是半圆形、三角形、梯形或多边形等图形，且第一左上区域1001的长边与第二左下区域1202邻接，第一右上区域1101的长边与第二左上区域1002邻接，第一左下区域1201的长边与第二右下区域1302邻接，第一右下区域1301的长边与第二右上区域1102邻接。

如图15所示，为本发明真空开关触头实施例六的纵向剖面示意图。本实施例中，触头主体由数个片体依次叠设组成，每个片体由导磁片和导电片邻接组合构成，数个导电片组成导电部件，数个导磁片组成导磁部件，且导电部件和导磁部件之间的结构关系可以采用上述各实施例的技术方案。具体地，导磁部件2可由数个导磁片21叠加而成，导磁片21的形状可为如图2、3、4、5或6所示的触头主体的横截面形状中的任意一种，且最终叠加而成的导磁部件可为上述各实施例中导磁部件的形状。导磁片21的厚度可根据最终形成的触头主体的需要而设定，导磁片21的材料可为软磁性材料，本实施例中的导磁片均采用电工纯铁制作而成。导电部件1的形状也可为与导磁部件2的完全一致，并由各种导电片叠加而成，且导电片为铜或银材质制作而成。

如图16所示，本实施例中，导电片和导磁片上还可开设有使固定杆6贯穿于数个片体的固定孔，其中贯穿于导电部件的固定杆6的材料可与导电部件的材料相同，如铜或银材质，贯穿于导磁部件的固定杆6的材料可与导磁部件的材料相同，如电工纯铁。固定杆6的设置便于导电片和导磁片的组装固定。固定杆6的个数并不限于两个，较佳的是为四个。

本实施例中的片体可以为垂直方向的叠加，也可以是水平方向的叠加，即片体可以横放叠加，也可竖放叠加，最终构成触头主体的外轮廓形状。横放叠加时，片体的形状与触头主体的横截面的形状可相同，竖放叠加时，片体的形状可与触头主体的纵向剖面的形状相同。

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形状轮廓或导磁部件形状轮廓的金属壳体中，通过加热使片体金属熔化，分别形成导电部件和导磁部件，并组成一体的触头主体。

如图17所示为本发明真空开关触头实施例七的横向截面示意图。本实施例中，触头主体中的导电部件和导磁部件由数个杆体紧密邻接组成，数个导电材料的杆体挤靠在一起构成导电部件1，数个导磁材料的杆体挤靠在一起构成导磁部件2，并一起构成触头主体的外轮廓形状。本实施例中的杆体可为规则的直杆，也可以为不规则的弯曲杆，杆体的横截面可以为各种形状，如圆形、椭圆形、矩形等各种形状，只要所有杆体挤靠在一起可构成触头主体的外轮廓形状即可。

本实施例的技术方案便于触头主体的生产制造，以简便的成型工艺制备得到多个杆体后，可以将杆体放入一对应导电部件形状轮廓或导磁部件形状轮廓的金属壳体中。通过加热使杆体金属熔化，当温度降下来后就可以分别凝固形成导电部件和导磁部件，并组成一体的触头主体。

如图18所示为本发明真空开关触头实施例八的横向截面示意图。本实施例中，触头主体中的导电部件和导磁部件由数个颗粒紧密邻接组成，数个导电材料的颗粒挤靠在一起构成导电部件1，数个导磁材料的颗粒挤靠在一起构成导磁部件2，并一起构成触头主体的外轮廓形状。颗粒的具体形状可以为类球体、类长方体等各种规则或不规则的形状。

本实施例的技术方案便于触头主体的生产制造，以简便的成型工艺制备得到多个颗粒后，可以将颗粒充填入一对应导电部件形状轮廓或导磁部件形状轮廓的金属壳体中，壳体中还可以进一步放置隔离片以固定导磁颗粒和导电颗粒的相对位置。通过加热使颗粒金属熔化，当温度降下来后就可以分别凝固形成导电部件和导磁部件，并组成一体的触头主体。

本发明的上述各实施例中，详细介绍了触头主体中各横截面内导磁部件和导电部件的形状，具体应用中，上下相邻两层的横截面中，导磁部件可以正对设置，触头主体各横截面中的导磁部件之间也可以具有一夹角，即触头主体各横截面中的导磁部件之间错开一定夹角，呈螺旋状设置。

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 (10)

1、一种真空开关触头，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，其特征在于，所述触头主体是侧表面为弧形的类球体，所述类球体的表面设置有用于与另一真空开关触头接触的触头表面。

2、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述导磁部件的横截面形状被其中位线划分为第一区域和第二区域，所述第一区域的面积大于所述第二区域的面积。

3、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于，所述类球体为截去两端球冠的球体或为截去两端球冠的椭球体，或所述类球体的侧表面由多个弧面连接形成或由成螺旋上升的曲面连接形成。

4、根据权利要求1或2或3所述的真空开关触头，其特征在于，所述触头主体的横截面为圆形或类圆形；所述触头主体的横截面形状被自身的横向中线和纵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；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。

5、根据权利要求4所述的真空开关触头，其特征在于，所述第一右上区域和/或所述第一左下区域为半圆形、三角形、梯形或多边形，且所述第一右上区域的长边与所述左上区域邻接，所述第一左下区域的长边与所述右下区域邻接。

6、根据权利要求1或2或3所述的真空开关触头，其特征在于，所述触头主体的横截面为圆形或类圆形；所述触头主体的横截面由自身的横向中线和纵向中线等分为左上区域、左下区域、右上区域和右下区域；所述左上区域分为邻接左下区域的第一左上区域和第一左上区域以外的第二左上区域；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；所述右下区域分为邻接右上区域的第一右下区域和第一右下区域以外的第二右下区域；所述导电部件设置在所述第一左上区域、第二左下区域、第二右上区域和第一右下区域中；所述导磁部件设置在所述第二左上区域、第一右上区域、第一左下区域和第二右下区域中。

7、根据权利要求6所述的真空开关触头，其特征在于，所述第一右上区域、第一右下区域、第一左上区域和/或所述第一左下区域为半圆形、三角形、梯形或多边形，且所述第一左上区域的长边与所述第二左下区域邻接，所述第一右上区域的长边与所述第二左上区域邻接，所述第一左下区域的长边与所述第二右下区域邻接，所述第一右下区域的长边与所述第二右上区域邻接。

8、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述触头主体由数个片体依次叠设组成，每个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。

9、根据权利要求1所述的真空开关触头，其特征在于：所述触头主体由数个杆体或颗粒紧密邻接组成，数个导电材料的杆体或颗粒构成所述导电部件，数个导磁材料的杆体或颗粒构成所述导磁部件。

10、根据权利要求8或9所述的真空开关触头，其特征在于：还包括形状与所述触头主体的形状相适应的壳体，用于容置所述触头主体。

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