CN111696821B - 一种真空灭弧室及柱上开关 - Google Patents

Abstract

本申请涉及配电系统的真空开关领域，尤其涉及一种真空灭弧室及柱上开关。本申请中提供了一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括壳体、第一电杆和第二电杆，在正常情况下所述第一电杆的和第二电杆的第一端相接触，在切断端电源的时候，第一电杆的和第二电杆的第一端迅速分开，并产生电弧，光敏元件对电弧产生的光进行采集和记录光持续时间，并将光信号转化为电信号，由于真空灭弧室内的真空度的高低，会影响到电弧的强度和持续时间，通过分析采集到光敏元件的电信号的强弱以及记录的光持续的时间，获知电弧的强度和持续时间，从而可以间接判断壳体内的真空度。

Description

一种真空灭弧室及柱上开关

技术领域

本申请涉及配电系统的真空开关领域，尤其涉及一种真空灭弧室及柱上开关。

背景技术

真空灭弧室是真空开关的核心部件，采用真空钎焊工艺将相应的零部件封接成密闭的真空腔室，借助真空优良的绝缘性能与熄弧性能，在切断电源后能迅速熄弧并抑制电流。

真空灭弧室内的真空度是确保两个电极间的绝缘性，真空度下降，绝缘性变差，电极间会更容易拉弧，导致难以有效切断电力。检测灭弧室内真空度可以有效的判断真空开关的使用状态，预测使用寿命。目前并没有很好的在线检测真空的方案，现有技术方案是在屏蔽筒内设置一个测试电极，测试电极间的真空度低于设定阈值时就会产生拉弧放电，从而为外界提供“真空度降低至阈值以下”的信号，但是这种方法对测试电极的制作要求非常高，其制作的成本也非常高，不利于推广应用。

因此，现有技术中存在对真空灭弧室内的真空度进行检测的方案成本较高，不利于推广应用的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种真空灭弧室，用于解决现有技术中存在对真空灭弧室内的真空度进行检测的方案成本较高，不利于推广应用的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括壳体、第一电杆和第二电杆，所述第一电杆的和第二电杆的第一端均置于壳体内，所述第一电杆的和第二电杆的第一端可相对移动接触或反向移动脱离，所述壳体内设有光敏元件，所述光敏元件用于采集第一电杆与第二电杆脱离产生电弧时屏蔽筒内的光信号。

优选地，所述第一电杆的第一端设有第一触头盘，第二电杆的第一端设有第二触头盘，所述第一电杆和第二电杆之间通过第一触头盘和第二触头盘相接触。

优选地，所述第一次触头的和第二触头的端面上均设有若干个凹槽和若干个凸起，所述第一电杆上的凹槽与所述第二电杆上的凸起相适配，所述第一电杆上的凸起与所述第二电杆上的凹槽相适配。

优选地，所述第一触头盘的和所述第二触头盘的凸起为同心圆环状的凸起，所述第一触头盘的和所述第二触头盘的凹槽均形成于相邻两个凸起之间，所述第一触头盘的和第二触头盘的凹槽第一触头盘的和第二触头盘的凹槽沿轴向剖面轮廓呈凹弧形，第一触头盘的和第二触头盘的凸起沿轴向剖面轮廓呈凸弧形。

优选地，所述壳体包括绝缘外壳和屏蔽筒，所述光敏元件设置在屏蔽筒内，所述屏蔽筒内还设有图像采集装置，所述图像采集装置用于采集第一触头盘和第二触头盘的图像。

优选地，所述图像采集装置和光敏元件均设在屏蔽筒的端部，所述屏蔽筒的内壁为镜面。

优选地，真空灭弧室还包括弹簧安装架，所述弹簧安装架安装在绝缘外壳上，所述第一电杆和第二电杆的第一端设在所述屏蔽筒的内部，所述第二电杆的第二端穿过绝缘外壳位于弹簧安装架外，所述第二电杆的第二端上设有凸台，所述凸台与弹簧安装架之间设有弹簧，所述弹簧套设在第二电杆上。

优选地，所述绝缘外壳上设有限位块，所述弹簧安装架上设有限位凸起，所述限位块与所述限位凸起适配，所述弹簧安装架通过所述限位块与所述限位凸起安装在绝缘外壳上。

优选地，所第一触头盘和所述第二触头盘上相邻所述凹槽或凸起的高差为0.5毫米至5毫米。

本申请第二方面提供了一种柱上开关，包括如上述的真空灭弧室，第一电杆连接有绝缘操作拉杆，绝缘操作拉杆用于操作真空灭弧室内的第一接触盘和第二接触盘的接通或断开。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括壳体、第一电杆和第二电杆，在正常情况下所述第一电杆的和第二电杆的第一端相接触，在切断端电源的时候，第一电杆的和第二电杆的第一端迅速分开，并产生电弧，光敏元件对电弧产生的光进行采集和记录光持续时间，并将光信号转化为电信号，由于真空灭弧室内的真空度的高低，会影响到电弧的强度和持续时间，通过分析采集到光敏元件的电信号的强弱以及记录的光持续的时间，获知电弧的强度和持续时间，从而可以间接判断壳体内的真空度。本实施例中使用光敏元件对真空灭弧室内的真空度进行检测，能够有效地降低检测成本，便于推广应用，而且，采用测试电极极性测试的时候，只有在真空度低于设定阈值时才会发出发光信号，本实施例提供的光敏元件，能够在第一电杆的和第二电杆的第一端产生电弧的时候，通过测得的光信号强度能够在线检测壳体内的真空度。解决了现有技术中存在对真空灭弧室内的真空度进行检测的方案成本较高，不利于推广应用的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例1的一种真空灭弧室的结构示意图；

图2为实施例1中第二触头盘的三维结构示意图；

图3为实施例1中第二触头盘的顶视图；

图4为图3的A-A面剖视图；

图5为两个触头盘分离状态示意图；

图6为两个触头盘接触状态示意图；

图7为实施例1中近似计算触头表面积示意图；

图8为实施例2中触头的结构示意图；

图9为实施例3的柱上开关示意图。

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1、绝缘外壳；1-1、限位块；2、屏蔽筒；2-1、光敏元件；2-2、图像采集装置；3-1、第一电杆；3-1-1、第一触头盘；3-2、第二电杆；3-2-1、第二触头盘；3-2-2、凸台；4-1、第一波纹管；4-2、第二波纹管；5-1、第一导向套；5-2、第二导向套；6、弹簧；7、弹簧安装架；7-1、限位凸起；A、真空灭弧室；B、绝缘操作拉杆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1-7，本申请提供的一种真空灭弧室的实施例1。

请参照图1所示，为实施例1的一种真空灭弧室的结构示意图；

本申请实施例1提供了一种真空灭弧室，包括绝缘外壳1、屏蔽筒2、光敏元件2-1、图像采集装置2-2和弹簧安装架7；所述弹簧安装架7安装在绝缘外壳1上，第一电杆3-1、第二电杆3-2和所述屏蔽筒2均置于所述绝缘外壳1内，所述第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端均置于所述屏蔽筒2内，所述屏蔽筒内侧端部设有光敏元件2-1，所述光敏元件2-1用于采集第一电杆3-1与第二电杆3-2脱离产生电弧时屏蔽筒2内的光强度和持续时间信息；所述绝缘外壳1和屏蔽筒2可以为一体的壳体。所述屏蔽筒2置于所述绝缘外壳1内。

所述第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端可相对移动接触或反向移动脱离，第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第二端均分别连接外部设备，第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端相接触的时候，电流可以在第一电杆3-1和第二电杆3-2上流过，当发生故障需要跳闸的时候，第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端相对反向移动，使得第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端分开，分开的过程中会产生电弧，由于屏蔽筒2内是真空的，能够迅速熄弧并抑制电流，电弧产生的时候，同时会产生光，电弧灭的时候，光也同样消失，光敏元件2-1对电弧产生的光进行采集和记录光持续时间，由于真空灭弧室内的真空度的高低，会影响到电弧的强度和持续时间，通过分析采集到光敏元件2-1的电信号的强弱以及记录的光持续的时间，获知电弧的强度和持续时间，从而可以间接判断壳体内的真空度。通常是将光敏元件2-1连接外部处理器上进行处理，通常该外部处理器可以为单片机等，能够迅速等到壳体内的真空度。而且，采用测试电极极性测试的时候，只有在真空度低于设定阈值时才会发出发光信号，本实施例中使用光敏元件对真空灭弧室内的真空度进行检测，能够有效地降低检测成本，便于推广应用。本实施例提供的光敏元件2-1，能够在第一电杆3-1的和第二电杆3-2的第一端产生电弧的时候，通过测得的光信号强度能够在线检测壳体内的真空度。解决了现有技术中存在对真空灭弧室内的真空度进行检测的方案成本较高，不利于推广应用的技术问题。

请参照图2-图6所示，所述第一电杆3-1的端部设有第一触头盘3-1-1，第二电杆3-2的端部设有第二触头盘3-2-1，所述第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1上设有若干同心的凹槽和凸起，所述凹槽和凸起的横截面轮廓均为圆弧形，所述凹槽和凸起交替布局、圆滑过渡，所述第一电杆3-1上的凹槽与所述第二电杆3-2上的凸起相适配，所述第一电杆3-1上的凸起与所述第二电杆上的凹槽相适配，所述第一电杆3-1和第二电杆3-2之间通过第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1相接触。

其中，所述第一触头盘3-1-1的和第二触头盘3-2-1的凸起为同心圆环状的凸起，所述第一触头盘3-1-1的和第二触头盘3-2-1的凹槽均形成于相邻两个凸起之间，所述第一触头盘3-1-1的和第二触头盘3-2-1的凹槽沿轴向剖面轮廓呈凹弧形，所述第一触头盘3-1-1的和第二触头盘3-2-1凸起沿轴向剖面轮廓呈凸弧形。

真空开关的触头通常承载着很大的电流，理论上讲触头的接触面积越大，接触面上接触电阻越小，越有利于降低接触温度，进而提高触头寿命，但实际上受空间等影响，触头的接触面总是承载着较大的电流密度，在有限的空间和通过改变触头直径增大接触面积并不是提高真空开关寿命的一个很好途径。

在本实施例中一是在第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1通过相适配的凹槽和凸起相接触，使得接触面积增大，有利于减小接触电阻，进而降低接触部位的温度；二是当第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1通过相适配的凹槽和凸起相接触，使得接触面积增大时，对于同样的合闸冲击力而言，降低了单位接触面积的冲击力，进而提高了寿命，并降低了噪音。三是相互适配的凹槽与凸起的设置使得第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1在接触之后具有自动导向功能，确保了第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的同心性，另外相互适配的凹槽和凸起也增加了第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的接触面积，提高了触头承接大电流的能力。

其中，如图6所示，设有2圈凹槽和2圈凸起，凹槽和凸起的数量不能设置过多，要确保相邻凹槽和凸起的螺距大于第一电杆3-1和第二电杆3-2的最大偏心量，避免造成电杆接触时凸起对凸起的情况发生。

所述屏蔽筒2的内壁为镜面，还设有图像采集装置2-2，所述图像采集装置2-2设于所述屏蔽筒2内的端部，朝向所述屏蔽筒2的内侧面，所述图像采集装置用于采集第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的图像。即可以采集屏蔽筒2的内侧面的影像及第一触头盘3-1-1、第二触头盘3-2-1经屏蔽筒2的内侧反射的影像。

随着真空开关的多次运作，电极间不断的产生电弧，即便当前电极触头是特殊加工的，但仍然会在电极触头上形成很多被电弧的痕迹，若能观测到第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1上被电弧烧灼痕迹的情况，也可以有效的判断当前真空开关的工作状态，预判其工作寿命。

由于屏蔽筒内空间有限，若将图像采集装置2-2设于第一触头盘3-1-1或第二触头盘3-2-1附近，会影响第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1之间切断电源的能力，也容易使图像采集装置2-2本身被高能电弧击毁，而将图像采集装置2-2设于屏蔽筒内部的端部，远离触头盘的位置，将屏蔽筒的内壁设置为镜面，则第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的情况可以通过屏蔽筒的侧壁反射到达图像采集装置2-2处，从而可以在第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1分离的状态下，采集第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的影像信息，为判断真空开关的工作状态提供依据。当然，由于屏蔽筒为全封闭状态，为了采集到第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的图像信息，图像采集装置2-2本身需要自带光源。另外随着真空开关的动作，电弧不断的烧灼第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1，第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1上的金属材料会有一部分蒸发成金属蒸汽，然后吸附在屏蔽筒内壁上，这会影响屏蔽筒内壁的镜面效果，由于图像采集装置2-2是朝向屏蔽筒内壁采集，所以当屏蔽筒内壁被金属蒸汽污染后，将难以采集到第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的影像，然而，屏蔽筒内壁被污染的程度也变相的反映了第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1被烧灼的情况，所以采集到的图像仍然可以用来为判断真空开关工作状态提供数据支撑。所述图像采集装置2-2可为摄像头。

所述第一电杆3-1和第二电杆3-2均为动电杆，所述第一电杆3-1套设在第一波纹管4-1内，第二电杆3-2套设在第二波纹管4-2内，所述第一电杆3-1还套设在第一导向套5-1内，所述第二电杆3-2套设在第二导向杆5-2内。

所述第二电杆3-2的第二端穿过绝缘外壳1位于弹簧安装架7外，所述第二电杆3-2位于绝缘外壳1位于弹簧安装架7之间的位置上设有凸台3-2-2，所述凸台3-2-2与弹簧安装架7之间设有弹簧6，所述弹簧6套设在第二电杆3-2上。所述弹簧6设于绝缘弹簧安装架7内，弹簧6一端抵在凸台3-2-2上，另一端抵在弹簧安装架室7的壳体上，弹簧安装架7上设有限位凸起7-1，绝缘外壳1与所述弹簧安装架7适配的位置设有限位块1-1，所述限位块1-1与所述限位凸起7-1适配，所述弹簧安装架7通过所述限位块1-1与所述限位凸起7-1安装在绝缘外壳上。

在执行接通工作时，第一电杆3-1和第二电杆3-2相撞瞬间，弹簧可以延长冲击的吸收时间，降低了第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1瞬间承受的冲击力，降低了冲击导致的真空开关整体的振动，同时，延长对冲击的吸收时间，可以适当加大第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1之间稳定后的静压力，提高第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的接触质量。

如图7所示，第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1上相邻所述凹槽或凸起的高差为0.5毫米至5毫米。在第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1均为直径D＝100mm的圆盘、相邻凸起与凹槽的高差h为5mm的情况下，现有技术的一触头盘3-1-1的和第二触头盘的面积均为πr2＝7850mm²，将凸起和凹槽近似看成三角形进行计算，即将弧线ab、bc、cd、de近似看成直线段ab、bc、cd、de，对直线段bc、cd、de进行平移和/或镜像后，获得等效的直线段ae’，故在第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1上设凸起和凹槽后，第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1表面积近似为一个高度为4h，底部直径为100mm的圆锥体的侧面积，其具体面积经计算为8454mm²，相比于平面触头相接触，接触面积增大了7.8％，如果环槽增多则面积增加率更高。

根据不同容量和尺度的电杆选取较适合凹凸差，除过上述效果外，还具有接触中自动导向作用，可以有效确保第一电杆3-1和第二电杆3-2的同心性。

实施例2：

如图8所示，是本发明中第二种第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1结构示意图，第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1沿轴向剖面轮廓整体上分别呈凹弧形和凸弧形。这种结构相对于实施例1而言，可以进一步增大第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的接触面积。

实施例3

请参照图9所示，其为本发明的柱上开关，包括三套前述真空灭弧室A、绝缘操作拉杆B和绝缘弹力拉杆，第一电杆3-1通过杠杆结构连接绝缘操作拉杆B，第二电杆3-2通过杠杆结构连接绝缘弹力拉杆，绝缘操作拉杆B用于操作真空灭弧室内的第一触头盘3-1-1和第二触头盘3-2-1的接通或断开，所述绝缘弹力拉杆用于限定第二电杆3-2的位置，同时吸收第一电杆3-1与第二电杆3-2碰撞时的冲击力。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种真空灭弧室，其特征在于，所述真空灭弧室包括壳体、第一电杆和第二电杆，所述第一电杆的和第二电杆的第一端均置于壳体内，所述第一电杆的和第二电杆的第一端可相对移动接触或反向移动脱离，所述壳体包括绝缘外壳和屏蔽筒，所述壳体内设有光敏元件，所述光敏元件设置在屏蔽筒内，所述光敏元件用于采集第一电杆与第二电杆脱离产生电弧时壳体内的光信号和记录光持续时间；

所述第一电杆的第一端设有第一触头盘，第二电杆的第一端设有第二触头盘，所述第一电杆和第二电杆之间通过第一触头盘和第二触头盘相接触；所述屏蔽筒内还设有图像采集装置，所述图像采集装置用于采集第一触头盘和第二触头盘的图像。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室，其特征在于，所述第一触头盘和第二触头盘的端面上均设有若干个凹槽和若干个凸起，所述第一触头盘端面上的凹槽与所述第二触头盘端面上的凸起相适配，所述第一触头盘端面上的凸起与所述第二触头盘端面上的凹槽相适配。

3.根据权利要求2所述的真空灭弧室，其特征在于，所述第一触头盘的和所述第二触头盘的凸起为同心圆环状的凸起，所述第一触头盘的和所述第二触头盘的凹槽均形成于相邻两个凸起之间，第一触头盘的和第二触头盘的凹槽沿轴向剖面轮廓呈凹弧形，第一触头盘的和第二触头盘的凸起沿轴向剖面轮廓呈凸弧形。

4.根据权利要求3所述的真空灭弧室，其特征在于，所述图像采集装置和光敏元件均设在屏蔽筒的端部，所述屏蔽筒的内壁为镜面。

5.根据权利要求4所述的真空灭弧室，其特征在于，真空灭弧室还包括弹簧安装架，所述弹簧安装架安装在绝缘外壳上，所述第一电杆的和第二电杆的第一端设在所述屏蔽筒的内部，所述第二电杆的第二端穿过绝缘外壳位于弹簧安装架外，所述第二电杆位于绝缘外壳和弹簧安装架之间的位置上设有凸台，所述凸台与弹簧安装架之间设有弹簧，所述弹簧套设在第二电杆上。

6.根据权利要求5所述的真空灭弧室，其特征在于，所述绝缘外壳上设有限位块，所述弹簧安装架上设有限位凸起，所述限位块与所述限位凸起适配，所述弹簧安装架通过所述限位块与所述限位凸起安装在绝缘外壳上。

7.根据权利要求6所述的真空灭弧室，其特征在于，所述第一触头盘和所述第二触头盘上相邻的凹槽和凸起的高差为0.5毫米至5毫米。

8.一种柱上开关，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的真空灭弧室，第一电杆连接有绝缘操作拉杆，绝缘操作拉杆用于操作真空灭弧室内的第一接触盘和第二接触盘的接通或断开。

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