CN103954919A - 小型断路器灭弧室瞬态磁场的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隔热霍尔传感器组件，包括霍尔传感器，还包括隔热外壳，隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。还公开了带有上述隔热霍尔传感器组件的小型断路器装置，以及用于检测小型断路器灭弧室内瞬时磁场强度的测量装置。本发明可以测量小型断路器分段时刻灭弧室内的瞬态磁场，从而可以通过试验测试的方法，对小型断路器灭弧系统的优化设计与改进提供实际验证。
Description
技术领域
本发明属于断路器技术领域，尤其是一种可以对小型断路器灭弧室内的瞬态磁场进行直接测量的隔热霍尔传感器组件以及测量装置。
背景技术
当小型断路器处于短路或者过载时，动静触头分离，动静触头之间便会产生一团温度极高、发出强光的电弧。电弧长时间、反复燃烧会损耗塑壳断路器的金属触头，影响其电寿命与可靠性，甚至会危及整个配电网的安全与可靠运行。
金属栅片灭弧是目前小型断路器中常用的灭弧方法。其基本原理是金属栅片产生的感应磁场形成磁吹弧力，将电弧吸入灭弧室，电弧被金属栅片分割成若干小段，利用电弧的近阴极板效应达到熄灭电弧的目的。因此，灭弧室内吹弧磁场的测量对于提高灭弧室的灭弧效率的研究具有重要的意义。然而，电弧是一团温度极高的等离子体，其中心温度可达数千开尔文，在此温度下，金属表面可以瞬间汽化。因此，通过在灭弧室内直接安装霍尔传感器测量吹弧磁场显得极为困难。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种耐热性好的隔热霍尔传感器组件，该霍尔传感器组件可以直接测量小型断路器灭弧室中瞬时磁场的大小。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种隔热霍尔传感器组件，包括霍尔传感器，其特征在于：还包括隔热外壳，所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
上述结构中，该霍尔传感器安装于隔热壳体中，隔热壳体中灌有隔热胶，使得霍尔传感器经过隔热胶和隔热壳体双层隔热，使其可以在电弧发出的超高温条件下对小型断路器的灭弧室中的磁场强度进行直接测量，该隔热胶、隔热壳体以及隔热封盖的结构使得短路瞬时高温不会影响霍尔传感器的测量精度及准确性，同时不会破坏霍尔传感器的性能。
作为本发明的进一步设置，所述隔热壳体由酚醛层压纸板制成圆柱状结构，所述隔热封盖由酚醛层压纸板制成，隔热胶是一种由异氰酸酯组份和多元醇组份在室温下经高速混合而制成的隔热胶。
上述结构中，隔热壳体呈圆柱状结构的设置，其作用是充分增大霍尔传感器感应界面的腔体体积，起到更好的隔热作用。隔热封盖将霍尔传感器密封在隔热壳体中。隔热胶是一种由异氰酸酯组份和多元醇组份在室温下经过高速混合发生化学反应形成的高密度的高分子隔热材料，其具有非常优异的隔热性能和力学强度。
为了克服现有技术中不能对小型断路器中的灭弧室内的瞬时磁场进行直接测量的不足，本发明提供了一种安装有隔热霍尔传感器组件的小型断路器，该隔热霍尔传感器组件可以抵抗住电弧的瞬时高温而不影响其的检测精度，使得本装置可以对灭弧室进行直接的磁场强度的测量，并保证其检测准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种安装有隔热霍尔传感器组件的小型断路器，包括小型断路器，小型断路器包括塑壳，塑壳中设有动静导电杆、储能弹性件、双金属片以及灭弧室，静导电杆的一端连接有进线端，静导电杆的另一端通过引弧板与灭弧室连接，储能弹性件的一端与动导电杆连接，储能弹性件的另一端通过软线与双金属片一端连接，双金属片的另一端连接有出线端，灭弧室中设有灭弧栅片，其特征在于：灭弧室中还安装有隔热霍尔传感器组件，所述隔热霍尔传感器组件包括外部包裹有隔热外壳的霍尔传感器。
上述结构中，该小型断路器的灭弧室中由于安装了隔热霍尔传感器组件，该小型断路器可以直接用于检测其灭弧室内磁场强度大小，减少了安装磁场强度检测装置的步骤，安装起来更方便，操作也更方便，该隔热霍尔传感器组件也可以拆卸下来。
作为本发明的进一步设置，所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
上述结构中，该霍尔传感器安装于隔热壳体中，隔热壳体中灌有隔热胶，使得霍尔传感器经过隔热胶和隔热壳体双层隔热对霍尔传感器起到耐热性的保护，使其可以在电弧发出的超高温条件下对小型断路器的灭弧室中的磁场强度进行直接测量，并保证检测结果的准确性。
作为本发明的进一步设置，所述灭弧室包括用于安装灭弧栅片的腔室，腔室由围边环绕而成，围边朝向所述引弧片的端面开设有与隔热壳体外形至少部分配合的卡槽，所述卡槽的上端面设有饶性折块，饶性折块与卡槽内壁之间形成定位槽，所述隔热壳体相对具有引脚的另一端面具有突出的边缘，所述边缘与所述定位槽形成定位配合。
上述结构中，隔热壳体呈圆柱体结构，卡槽截面可以呈半圆形结构，隔热壳体的局部位于卡槽中，卡槽截面也可以呈圆形结构，隔热壳体整个位于卡槽中，围边上端面的饶性折块与卡槽内壁之间形成的定位槽与隔热壳体底面的突出边缘配合对隔热霍尔传感器进行定位。
为了克服现有技术中不能对小型断路器中的灭弧室内的瞬时磁场进行直接测量的不足，本发明提供了一种对小型断路器灭弧室瞬态磁场进行直接测量的测量装置，该测量装置中的隔热霍尔传感器组件可以抵抗住电弧的瞬时高温而不影响传感器的特性，从而实现对灭弧室瞬态磁场强度的直接测量，并保证检测结果的准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种对小型断路器灭弧室瞬态磁场进行直接测量的测量装置，包括小型断路器，小型断路器包括塑壳，塑壳中设有动静导电杆、储能弹性件、双金属片以及灭弧室，静导电杆的一端连接有进线端，静导电杆的另一端通过引弧板与灭弧室连接，储能弹性件的一端与动导电杆连接，储能弹性件的另一端通过软导线与双金属片一端连接，双金属片另一端还连接有出线端，灭弧室中设有灭弧栅片，其特征在于：还包括提供分断电流的短路电流供电装置、触头电压检测装置、电流检测装置、磁场检测装置和数据采集装置，所述短路电流供电装置的输出端与所述静导电杆的进线端电连接，所述电流检测装置的输入端与所述短路电流供电装置的输出端连接，所述电流检测装置的输出端与所述数据采集装置连接，所述电压检测装置的输入端分别与所述动静导电杆连接，电压检测装置的输出端与所述数据采集装置连接，所述磁场检测装置包括安装在灭弧室中的隔热霍尔传感器组件，所述隔热霍尔传感器组件包括外部包裹有隔热外壳的霍尔传感器。
上述结构中，短路电流供电装置为小型断路器提供分断电流时，小型断路器的动静导电杆分离，电弧产生并且弧根沿着引弧板进入灭弧栅片，位于引弧板和灭弧室的栅片口处的隔热霍尔传感器组件可以抵抗住电弧的超高温而可以直接测量得到断路器分断时灭弧室内吹弧磁场的瞬态响应特性，并利用电流检测装置即电流钳对短路电流大小进行检测，利用电压检测装置即高压探头分别对动静导电杆之间的电压大小进行测量，将上述测量得到的磁场大小、电流大小、电压大小均通过示波器数据采集装置实时采集数据并将数据存储于存储卡中。对所存的数据进行分析处理，从而得到小型断路器分断时灭弧室内磁场的瞬态响应特性。
作为本发明的进一步设置，所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
上述结构中，该霍尔传感器安装于隔热壳体中，隔热壳体中灌有隔热胶，使得霍尔传感器经过隔热胶和隔热壳体双层隔热对霍尔传感器起到耐热性的保护，使其可以在电弧发出的瞬时高温条件下对小型断路器的灭弧室中的磁场强度进行直接测量从而能获得准确的检测数据。
作为本发明的进一步设置，所述灭弧室包括用于安装灭弧栅片的腔室，腔室由围边环绕而成，围边朝向所述引弧片的端面开设有与隔热壳体外形至少部分配合的卡槽，所述卡槽的上端面设有饶性折块，饶性折块与卡槽内壁之间形成定位槽，所述隔热壳体相对具有引脚的另一端面具有突出的边缘，所述边缘与所述定位槽形成定位配合。
上述结构中，隔热壳体呈圆柱体结构，卡槽截面可以呈半圆形结构，隔热壳体的局部位于卡槽中，卡槽截面也可以呈圆形结构，隔热壳体整个位于卡槽中，围边上端面的饶性折块与卡槽内壁之间形成的定位槽与隔热壳体底面的突出边缘配合对隔热霍尔传感器进行定位。
作为本发明的进一步设置，所述短路电流供电装置包括变压器、可调阻性电阻和可调感性电感线圈，变压器包括输出端以及与配电网连接的输入端，变压器的输出端通过可调阻性电阻与可调感性电感线圈的输入端连接，可调感性电感线圈的输出端通过真空开关与所述小型断路器中静导电杆的接线端电连接。
上述结构中，短路电流供电装置通过可调阻性电阻和可调感性电感线圈可以对该输出的电流大小进行调节，变压器具有匝数可调的输出端，其次级是可调的，也即匝数比可调，电阻和电感线圈也是可调的，电阻和电感线圈是作为阻抗使用的，通过调节他们的阻抗大小，从而来调节电流的输出大小，从而为小型断路器提供短路电流并且对小型断路器进行分断动作。
采用上述方案，可以测量小型断路器分段时刻灭弧室内的瞬态磁场，从而可以通过试验测试的方法，对小型断路器灭弧系统的优化设计与改进提供实际验证。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例隔热霍尔传感器组件的结构示意图；
附图2为本发明具体实施例隔热霍尔传感器组件的结构主视图；
附图3为本发明具体实施例隔热霍尔传感器组件的结构侧视图；
附图4为本发明具体实施例隔热霍尔传感器组件的结构俯视图；
附图5为本发明具体实施例隔热霍尔传感器组件的电路原理图；
附图6为本发明具体实施例带有隔热霍尔传感器组件的小型断路器的内部结构示意图；
附图7为本发明具体实施例带有隔热霍尔传感器组件的小型断路器的结构俯视图；
附图8为本发明具体实施例带有隔热霍尔传感器组件的小型断路器的结构示意图；
附图9为本发明具体实施例测量装置的测量原理框图；
附图10为本发明具体实施例测量装置的第一次测量结果波形图像；
附图11为本发明具体实施例测量装置的第二次测量结果波形图像；
附图12为本发明具体实施例测量装置的第三次测量结果波形图像；
附图13为本发明具体实施例测量装置的第四次测量结果波形图像；
附图14为本发明具体实施例测量装置的第五次测量结果波形图像。
具体实施方式
本发明的具体实施例如图1-14所示是对小型断路器灭弧室瞬态磁场进行直接测量的测量装置，包括小型断路器10，小型断路器10包括塑壳1，塑壳1中设有带有动触点的动导电杆2、带有静触点的静导电杆3、储能弹性件7、双金属片6以及内设有灭弧栅片4的灭弧室5，静导电杆3的一端连接有进线端31，该进线端31具有与短路电流供电装置连接的输入端33，静导电杆3的另一端通过引弧板32与灭弧室5连接，储能弹性件7的一端与动导电杆2联动连接，储能弹性件7的另一端通过软性与双金属片6一端连接，双金属片6另一端连接有出线端61，该储能弹性件7包括分别与双金属片6以及动导电杆2电连接的导电柱73，导电柱73外壁套设有弹簧71，弹簧71通过柱状弹簧座72固设在导电柱73上，上述进线端31和出线端61可以分别设有进线接线端子和出线接线端子以便于连接，本实施例中该出线端61接地62；该测量装置还包括短路电流供电装置、触头电压检测装置、电流检测装置、磁场检测装置和数据采集装置，短路电流供电装置的输出端与静导电杆3的进线端31电连接，电流检测装置的输入端与短路电流供电装置的输出端连接，电流检测装置即电流钳的输出端与示波器9连接，电压检测装置即高压探头的输入端分别与动导电杆2和静导电杆3连接，高压探头的输出端与示波器9连接，磁场检测装置包括安装在灭弧室5中的隔热霍尔传感器组件8，隔热霍尔传感器组件8包括外部包裹有隔热外壳82的霍尔传感器81。短路电流供电装置为小型断路器10提供短路电流时，小型断路器10的动导电杆2、和静导电杆3分离，电弧产生并且弧根沿着引弧板32进入灭弧栅片4，位于引弧板32和灭弧室5的栅片口处的隔热霍尔传感器组件8可以抵抗住电弧的超高温而可以直接测量得到断路器分断时灭弧室5内吹弧磁场的瞬态响应特性，并利用电流钳、高压探头分别对短路电流的大小以及对动导电杆2和静导电杆3之间的电压大小进行测量，将上述测量得到的磁场大小、电流大小、电压大小均通过示波器9数据采集装置实时采集数据，并将示波器9的输出端连接存储卡，将示波器9实时采集的数据通过存储卡存储。
上述隔热外壳82包括隔热壳体821和隔热封盖822，隔热壳体821中设有安装腔，霍尔传感器81安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶83，霍尔传感器81通过隔热胶83与隔热壳体82固定连接，隔热封盖822盖设于隔热壳体821设有开口的一端并与隔热壳体821密封连接，设置于霍尔传感器81上的引脚811穿过隔热封盖822显露在外。该霍尔传感器81安装于隔热壳体821中，隔热壳体821中灌有隔热胶83，使得霍尔传感器81经过隔热胶83和隔热壳体82双层隔热对霍尔传感器81起到耐热性的保护，使其可以在电弧发出的瞬时高温条件下对小型断路器10的灭弧室5中的磁场强度进行直接测量，从而得到准确的数据。
如图8所示，上述灭弧室5包括用于安装灭弧栅片4的腔室52，腔室52由围边51环绕而成，围边51朝向引弧片32的端面开设有与隔热壳体821外形至少部分配合的卡槽53，卡槽53的上端面设有饶性折块54，饶性折块54与卡槽53内壁之间形成定位槽55，隔热壳体821相对具有引脚811的另一端面具有突出的边缘812，边缘812与定位槽55形成定位配合。
上述隔热壳体821呈圆柱体结构，卡槽53截面可以呈半圆形结构，隔热壳体821的局部位于卡槽53中，卡槽53截面也可以呈圆形结构，隔热壳体821整个位于卡槽53中，围边51上端面的饶性折块54与卡槽53内壁之间形成的定位槽55与隔热壳体821底面的突出边缘812配合对隔热霍尔传感器81进行定位。
上述短路电流供电装置包括变压器S、可调阻性电阻R和可调感性电感线圈L1，变压器S包括匝数可调的输出端、以及与配电网连接的输入端，变压器S的输出端通过可调阻性电阻R与可调感性电感线圈L1的输入端连接，可调感性电感线圈L1的输出端通过真空开关K1与小型断路器10中静导电杆3的接线端电连接。短路电流供电装置通过可调阻性电阻R和可调感性电感线圈L1可以对该输出的电流大小进行调节，为小型断路器10提供短路电流并且对小型断路器10进行分断动作。
本发明采用的小型断路器10的额定电流为16A，短路电流供电装置给断路器提供11倍额定电流时，小型断路器10的动静导电杆分离，电弧产生并且弧根沿着引弧板32进入灭弧栅片4。安装在在引弧板32与栅片口处的带隔热保护外壳的霍尔传感器81可以测得断路器分断时灭弧室5内吹弧磁场的瞬态磁场响应特性，将该霍尔传感器81输出的瞬态磁场数据、短路电流大小数据以及动导电杆2和静导电杆3两端的电压信号均通过示波器9进行实时数据采集并将数据存储于存储卡中。对所存的数据进行分析处理，从而得到小型断路器分断时灭弧室内磁场的瞬态响应特性。
如图10、11、12、13、14在短路电流分别为 时测得吹弧磁场的瞬态响应过程。从五次的结果可以看出，霍尔传感器81的输出一致性较好，也能说明通过隔热保护后的霍尔传感器81能够经受住电弧的瞬时高温而其性能不受高温影响。
以图10为例可以看出，T0时刻，触头两端开始加载电流，而此时触头两端的电压为零，说明触头闭合。到T1时刻，霍尔传感器81测得磁场大小随着电流的增大而增大。在T2时刻，触头两端的电压开始增大，说明此时触头开始打开，电弧开始产生。在T3时刻，电弧弧根向灭弧栅片（霍尔传感器81）移动，由于弧根的靠近，此时霍尔传感器81测得的吹弧磁场开始增大。在T4时刻，电弧弧根距霍尔传感器81最近，此时磁场达到最大值。在时刻，电弧弧根进入灭弧栅片，电弧熄灭。霍尔传感器81测得吹弧磁场为零。此时触头两端的电压跳变为220V正弦波形变化。
本发明可以测量小型断路器分段时刻灭弧室内的瞬态磁场，从而可以通过试验测试的方法，对小型断路器灭弧系统的优化设计与改进提供实际验证。
Claims (9)
1.一种隔热霍尔传感器组件，包括霍尔传感器，其特征在于：还包括隔热外壳，所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
2.根据权利要求1所述的隔热霍尔传感器组件，其特征在于：所述隔热壳体由酚醛层压纸板制成圆柱状结构，所述隔热封盖由酚醛层压纸板制成，所述隔热封盖由酚醛层压纸板制成，隔热胶是一种由异氰酸酯组份和多元醇组份在室温下经高速混合而制成的隔热胶。
3.一种安装有隔热霍尔传感器组件的小型断路器，包括小型断路器，小型断路器包括塑壳，塑壳中设有动静导电杆、储能弹性件、双金属片以及灭弧室，静导电杆的一端连接有进线端，静导电杆的另一端通过引弧板与灭弧室连接，储能弹性件的一端与动导电杆连接，储能弹性件的另一端通过软线与双金属片一端连接，双金属片的另一端连接有出线端，灭弧室中设有灭弧栅片，其特征在于：灭弧室中还安装有隔热霍尔传感器组件，所述隔热霍尔传感器组件包括外部包裹有隔热外壳的霍尔传感器。
4.根据权利要求3所述的安装有隔热霍尔传感器组件的小型断路器，其特征在于：所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
5.根据权利要求3或4所述的安装有隔热霍尔传感器组件的小型断路器，其特征在于：所述灭弧室包括用于安装灭弧栅片的腔室，腔室由围边环绕而成，围边朝向所述引弧片的端面开设有与隔热壳体外形至少部分配合的卡槽，所述卡槽的上端面设有饶性折块，饶性折块与卡槽内壁之间形成定位槽，所述隔热壳体相对具有引脚的另一端面具有突出的边缘，所述边缘与所述定位槽形成定位配合。
6.一种小型断路器灭弧室瞬态磁场的测量装置，包括小型断路器，小型断路器包括塑壳，塑壳中设有动静导电杆、储能弹性件、双金属片以及灭弧室，静导电杆的一端连接有进线端，静导电杆的另一端通过引弧板与灭弧室连接，储能弹性件的一端与动导电杆连接，储能弹性件的另一端通过软导线与双金属片一端连接，双金属片另一端还连接有出线端，灭弧室中设有灭弧栅片，其特征在于：还包括提供分断电流的短路电流供电装置、触头电压检测装置、电流检测装置、磁场检测装置和数据采集装置，所述短路电流供电装置的输出端与所述静导电杆的进线端电连接，所述电流检测装置的输入端与所述短路电流供电装置的输出端连接，所述电流检测装置的输出端与所述数据采集装置连接，所述电压检测装置的输入端分别与所述动静导电杆连接，电压检测装置的输出端与所述数据采集装置连接，所述磁场检测装置包括安装在灭弧室中的隔热霍尔传感器组件，所述隔热霍尔传感器组件包括外部包裹有隔热外壳的霍尔传感器。
7.根据权利要求6所述的小型断路器灭弧室瞬态磁场的测量装置，其特征在于：所述隔热外壳包括隔热壳体和隔热封盖，隔热壳体中设有安装腔，所述霍尔传感器安置于安装腔中且安装腔中灌有隔热胶，霍尔传感器通过隔热胶与隔热壳体固定连接，隔热封盖盖设于隔热壳体设有开口的一端并与所述隔热壳体密封连接，设置于霍尔传感器上的引脚穿过隔热封盖显露在外。
8.根据权利要求6所述的小型断路器灭弧室瞬态磁场的测量装置，其特征在于：所述灭弧室包括用于安装灭弧栅片的腔室，腔室由围边环绕而成，围边朝向所述引弧片的端面开设有与隔热壳体外形至少部分配合的卡槽，所述卡槽的上端面设有饶性折块，饶性折块与卡槽内壁之间形成定位槽，所述隔热壳体相对具有引脚的另一端面具有突出的边缘，所述边缘与所述定位槽形成定位配合。
9.根据权利要求6所述的小型断路器灭弧室瞬态磁场的测量装置，其特征在于：所述短路电流供电装置包括变压器、可调阻性电阻和可调感性电感线圈，变压器包括输出端以及与配电网连接的输入端，变压器的输出端通过可调阻性电阻与可调感性电感线圈的输入端连接，可调感性电感线圈的输出端通过真空开关与所述小型断路器中静导电杆的接线端电连接。
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