CN103456555A - 一种带挡弧盘的真空开关触发电极结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于真空开关技术，具体涉及一种带挡弧盘的真空开关触发电极结构，它包括钼环、陶瓷套管、触发极、触发极凹槽、沿面绝缘层和触发挡弧盘；触发极轴对称形，其中部为圆台形状，上下两端为圆柱体，陶瓷套管的轴向贯穿孔靠近主间隙一端设置有渐开式斜槽，触发极、陶瓷套管和钼环由内至外同轴布置，触发极的圆台的侧面与陶瓷套管的贯穿孔渐开式斜槽相配合，触发极凹槽设置于钼环外围，形状为渐开式凹槽；沿面绝缘层设置于陶瓷套管位于触发极凹槽内的一端表面；触发挡弧盘设置于触发极位于主间隙一端的端面，以增大触发极靠近主间隙一端端面的径向面积。本发明增加了真空开关的可靠性，提高了真空开关的性能参数及使用寿命等。

Description

一种带挡弧盘的真空开关触发电极结构

技术领域

本发明涉及真空开关技术，具体涉及一种带挡弧盘的真空开关触发电极结构。

背景技术

触发真空开关(后简称真空开关)属于一种大功率的可控快速关合器件，主要由绝缘系统、主电极和触发极三部份组成。若按照主电极结构分类，真空开关主要分为：平板电极型、运动电极型和多棒极型。真空开关的触发通常是由外部能量注入，引起整个间隙的击穿。若按照触发方式分类，真空开关主要分为：沿面击穿型和场击穿型。场击穿型真空开关对外触发回路的要求较高，所需的触发电压有时高达几十千伏，由此带来的动作时间的分散性较大，一般场击穿型真空开关的触发精度在10μs(微秒)以内，有时可在上百微秒的范围内变动，所以目前使用较多的还是为沿面击穿型真空开关。

目前沿面击穿型真空开关的触发电极存在以下问题：1)传统触发极尖端曲率较小，一方面其对主间隙电场造成的畸变较大，难以避免会对真空开关的耐压及工作稳定性产生负面影响，容易造成自闪络故障；另一方面，真空开关工作过程中很容易造成触发极烧蚀退化，影响真空开关的触发性能；2)真空开关工作过程中，主间隙导通后，触发沿面涂层缺少遮蔽，容易被喷溅在其表面的金属蒸汽冷凝后覆盖，从而导致触发沿面耐压下降，触发电流减小，影响等离子的产生，进而造成真空开关无法正常触发、触发不稳定、触发时延增大等一系列问题，缩短真空开关的寿命。3)当真空开关的触发沿面发生击穿现象时，触发沿面产生的初始等离子体能量较低，且向主间隙扩散的横截面有限，不能迅速进入主间隙，从而影响真空开关的触发可靠性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于多种主电极形式的带挡弧盘的真空开关触发电极结构，旨在改进上述缺陷，增加真空开关的可靠性，提高真空开关的性能参数及使用寿命等。

本发明提供的一种真空开关触发电极结构，其特征在于，它包括钼环、陶瓷套管、触发极、触发极凹槽、沿面绝缘层和触发挡弧盘；

钼环和陶瓷套管均为带轴向贯穿孔的圆柱体，陶瓷套管的轴向贯穿孔靠近主间隙一端设置有渐开式斜槽，触发极为轴对称形，其中部为圆台形状，上下两端为圆柱体，圆柱体半径与圆台小端半径相等，触发极、陶瓷套管和钼环由内至外同轴布置，触发极的圆台的侧面与陶瓷套管的贯穿孔渐开式斜槽相配合；触发极凹槽设置于钼环、陶瓷套管及触发极外围，形状设置为渐开式凹槽；沿面绝缘层设置于陶瓷套管位于触发极凹槽内的一端表面；触发挡弧盘设置于触发极位于主间隙一端的端面，以增大触发极靠近主间隙一端端面的径向面积。

本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，存在以下优点：

1、触发极头部设有触发挡弧盘，一方面增大了触发极尖端的径向面积，显著减轻了触发极的存在对主电场的畸变，从而提高了真空开关的耐压性能，降低了自闪概率，而且也减轻了真空开关工作过程中触发极小曲率尖端的烧蚀退化现象，从而提高了真空开关的可靠性和寿命；另一方面，避免了主间隙导通放电时金属液滴喷溅冷凝覆盖沿面绝缘层的可能性，从而增加真空开关触发沿面的使用寿命。

2、触发极与相邻电极在触发沿面附近形成轴对称的渐开式凹槽(即触发极凹槽)，触发沿面位于凹槽底部，该设计在凹槽内部构造出一个由机械形状改变导致的畸变的强电场区，电力线分布由凹槽内向外扩散，触发沿面产生的初始等离子体中的带电粒子在这个畸变强电场区获得更好的加速，增大了初始等离子体向外扩散的通道截面积，进而使得触发产生的初始等离子体能够以更大的能量和数量进入主间隙，最终形成放电通道和造成主间隙击穿，减小了主间隙受触发后的击穿时延及抖动，有利于改善触发的可靠性。

附图说明

图1是本发明实例提供的带挡弧盘的真空开关触发电极结构剖面示意图。

图中：1-低压极；2-钼环；3-陶瓷套管；4-触发极；5-触发极凹槽；6-沿面绝缘层；7-触发挡弧盘；8-高压极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实例提供的带挡弧盘的真空开关触发电极结构，包括钼环2、陶瓷套管3、触发极4、触发极凹槽5、沿面绝缘层6和触发挡弧盘7。

真空开关的触发电极在外形上采用同轴结构，可以位于真空开关的低压极1，低压极1采用耐烧蚀耐高温金属材料制成，如铜铬合金，形状设置为轴对称形，中心位置设置有轴向贯穿孔。钼环2采用钼棒制作，易加工、热稳定性好，形状设置为圆柱体，中心位置设置有轴向贯穿孔，钼环2从低压极1贯穿孔伸入，设置于低压极1中心位置。陶瓷套管3采用耐高温陶瓷制成，形状设置为圆柱体，中心位置设置有轴向贯穿孔，贯穿孔的一端设有轴向对称的渐开式斜槽，陶瓷套管3从钼环2贯穿孔伸入，设置于钼环2中心位置。低压极1、钼环2及陶瓷套管3通过氩弧焊技术保证连接紧密可靠，同时保证低压极1与钼环2等电位。即陶瓷套管3隔离触发极4与钼环2，保证触发极4和低压极1在电气上的绝缘。触发极4采用无氧铜制作，易加工和定形、热稳定性好，形状设置为轴对称形，其中部为圆台形状，圆台直径大的一端靠近电极主间隙，触发极4上下两端为圆柱体，圆柱体半径与圆台直径小的一端半径相等，触发极4从陶瓷套管3贯穿孔伸入，设置于陶瓷套管3中心位置，其中，圆台的侧面与陶瓷套管3贯穿孔一端的渐开式斜槽相配合，圆台直径大的一端底面与陶瓷套管3和钼环2的底面相平齐。陶瓷套管3用于隔离低压极1和触发极4的电位，起着电气绝缘的作用。触发极凹槽5设置于钼环2、陶瓷套管3及触发极4外围的低压极1上，形状设置为渐开式凹槽，沿面触发产生的等离子体通过此凹槽快速进入让间隙的真空介质内，降低击穿电压，保证触发可靠性。沿面绝缘层6即触发沿面，它采用半导体材料，沿面击穿时能产生较多带电粒子和电子，沿面绝缘层6设置于陶瓷套管3位于触发极凹槽5内的一端表面上，涂抹均匀且厚度较小，保证触发极凹槽5内的钼环2表面、陶瓷套管3表面及触发极4圆台直径大的一端底面相平齐。沿面绝缘层6也可以利用陶瓷套管3顶端的表面釉层即可。触发挡弧盘7采用耐烧蚀耐高温金属材料制成，如铜铬合金。为进一步提高其技术效果，触发挡弧盘7形状最好为圆饼状，边缘倒圆角，半径略大于陶瓷套管3的外半径，设置于触发极头部，通过氩弧焊技术保证连接紧密可靠，实现触发极4与触发挡弧盘7等电位，同时保证触发挡弧盘7主间隙侧表面与低压极1主间隙侧表面相平齐。

钼环2与低压极1及陶瓷套管3、触发极4与陶瓷套管3及触发挡弧盘7可以采用氩弧焊技术实现机械连接，保证相互间连接紧密，从而实现钼环2与低压极1、触发极4与触发挡弧盘7的电导通。

本发明的工作原理如下：真空开关的触发电极工作过程中，钼环2与触发极4的圆台直径大的一端的沿面绝缘层6发生沿面放电，并产生较多的等离子体，等离子体中的带电粒子经由触发极凹槽5可获得更多动能迅速地进入间隙的真空介质中，有利于触发的稳定可靠。触发挡弧盘7增大了触发极4尖端的径向面积，一方面显著弱化了触发极的存在对主电场的畸变，也减轻了真空开关工作过程中触发极4尖端的烧蚀，另一方面也遮蔽了金属液滴喷溅，防止沿面涂覆层被金属冷凝颗粒覆盖，从而提高了真空开关的使用寿命。

本发明中所述的高压极1和低压极8，在具体实现过程中也可认为低压极为接地电极(包括直接接地和通过其他电气元件接地)。若本发明所述触发电极结构在高压极8中实现，也应被视为本发明的一种实现方式。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种真空开关触发电极结构，其特征在于，它包括钼环(2)、陶瓷套管(3)、触发极(4)、触发极凹槽(5)、沿面绝缘层(6)和触发挡弧盘(7)；

钼环(2)和陶瓷套管(3)均为带轴向贯穿孔的圆柱体，陶瓷套管(3)的轴向贯穿孔靠近主间隙一端设置有渐开式斜槽，触发极(4)为轴对称形，其中部为圆台形状，上下两端为圆柱体，圆柱体半径与圆台小端半径相等，触发极(4)、陶瓷套管(3)和钼环(2)由内至外同轴布置，触发极(4)的圆台的侧面与陶瓷套管(3)的贯穿孔渐开式斜槽相配合；触发极凹槽(5)设置于钼环(2)、陶瓷套管(3)及触发极(4)外围，形状设置为渐开式凹槽；沿面绝缘层(6)设置于陶瓷套管(3)位于触发极凹槽(5)内的一端表面；触发挡弧盘(7)设置于触发极(4)位于主间隙一端的端面，以增大触发极(4)靠近主间隙一端端面的径向面积。

2.根据权利要求1所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，触发挡弧盘(7)为圆饼状，边缘倒圆角，其半径大于陶瓷套管(3)的外半径，以减轻触发极的存在对主电场的畸变，以及减轻真空开关工作过程中触发极(4)小曲率尖端的烧蚀退化现象，并且避免主间隙导通放电时金属液滴喷溅冷凝覆盖沿面绝缘层的可能性。

3.根据权利要求1或2所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，低电极或高电极开有且与钼环(2)同轴的贯穿孔，触发电极结构位于低电极或高电极该贯穿孔内，所述触发极凹槽(5)设置在所述低电极或高电极上，沿面触发产生的等离子体通过触发极凹槽(5)快速进入主间隙的真空介质内，降低击穿电压，保证触发可靠性。

4.根据权利要求1或2所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，触发极(4)与触发挡弧盘(7)之间紧密连接，保证触发极(4)与触发挡弧盘(7)的等电位。

5.根据权利要求1或2所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，所述钼环(2)与陶瓷套管(3)、触发极(4)与陶瓷套管(3)之间紧密连接，保证钼环(2)与陶瓷套管(3)、触发极(4)与陶瓷套管(3)之间的致密性。

6.根据权利要求1或2所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，沿面绝缘层(6)为半导体材料涂层，或者利用陶瓷套管(3)顶端的表面釉层。

7.根据权利要求1或2所述的真空开关触发电极结构，其特征在于，触发极凹槽(5)内的钼环(2)表面、陶瓷套管(3)表面及触发极(4)圆台大端表面相平齐。

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