CN112014728B - 一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置，包括装置主体，所述装置主体的外壁底侧设有进‑出气阀门；上电极与连接法兰通过螺纹连接，并通过固定于装置主体上盖板的上绝缘子贯穿于所述装置主体；上电极的上端与进线端子和上电极旋转盘相连，下端通过联轴器与静触头相连；下电极与波纹管套接，并通过固定于装置主体下盖板的下绝缘子贯穿于所述装置主体，下电极的上端通过联轴器与动触头连接，下端与出线端子和活塞杆相连；气缸内置活塞杆，气缸一侧设置有电磁阀和气源，其中，所述气缸、活塞杆和电磁阀构成气动执行机构。本发明可同时满足真空环境和不同气体介质条件下利用气动机构带动闭合电极打开从而产生电弧的要求。

Description

一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置

技术领域

本发明涉及电弧试验技术领域，具体涉及一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置。

背景技术

断路器是保证电力系统安全、可靠运行的重要开关设备，在规定的使用条件下，能够关合正常运行设备的负荷电流；在短路故障情况下，能自动切断短路电流，具有控制与保护双重作用。断路器在开断短路电流时，原本处于闭合状态的负责导通电流的动、静触头分开，电极间产生电弧等离子体。电弧的产生和熄灭过程一方面决定了断路器能否成功开断短路电流，另一方面电弧对于断路器触头的烧蚀作用也大大影响了断路器的使用寿命。因此，研究电弧的燃弧机理、宏观和微观特性、动态行为，能够为断路器的设计提供理论上的指导。

为了通过实验手段定性和定量地探究电弧在燃烧过程中的各种影响因素，包括气体介质的压强、触头的打开速度、触头开距和电弧的功率等，大量的实验数据必不可少。但现有实验装置调节精度低，而且可靠性和可重复性差，操作效率低。因此，有必要设计研发一种新型电弧实验装置，以提高调节精度和操作效率。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的在于提供一种既能用于真空环境又能用于不同压强和不同气体介质的实验装置，以提高调节精度和操作效率。

为实现以上目的，本发明提供一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置，包括：

装置主体，所述装置主体的外壁底侧设有进-出气阀门；

上电极，所述上电极与连接法兰通过螺纹连接，并通过固定于装置主体上盖板的上绝缘子贯穿于所述装置主体，所述上电极的上端分别与进线端子、上电极旋转盘相连，所述上电极的下端通过联轴器与静触头相连；

下电极，所述下电极贯穿所述装置主体，并通过下绝缘子与固定于装置主体下盖板的波纹管套接，所述下电极的上端通过联轴器与动触头连接，所述下电极的下端分别与出线端子和活塞杆相连；

气缸，所述气缸内置有活塞杆，所述气缸一侧通过电磁阀与气源相连，其中，所述气缸、活塞杆和电磁阀构成气动执行机构。

优选的，所述实验装置还包括观察窗和操作窗，所述观察窗和操作窗置于所述装置主体的外壁。

优选的，所述实验装置还包括限位块，所述限位块设置于所述气缸的台面上。

优选的，所述限位块的高度可调节。

优选的，所述通过切换电磁阀内的阀门使气源内气压分别通入气缸的上腔室或下腔室，进而控制活塞杆带动下电极向上缓慢运动或向下快速运动。

优选的，所述电磁阀为三位五通电磁阀。

一种利用开关电器电弧实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

S100：检查实验装置气密性；

S200：连接进线端子、出线端子与外接电源，依次连接气缸、电磁阀和气源；

S300：安装限位块，打开操作窗，将静触头、动触头分别安装到上电极和下电极，关闭操作窗；

S400：打开进-出气阀的出气阀，抽取空气至真空状态；当待做实验所需环境为真空，则关闭出气阀；当待做实验所需环境需要气体介质，则关闭出气阀，同时打开进-出气阀门的进气阀充入气体；

S500打开气源，通过气源出口处的减压阀调节气压，切换电磁阀内部阀位，使气源气压进入气缸下腔室，控制活塞杆带动下电极及动触头沿轴线向上缓慢运动，直至动触头与静触头闭合；手动旋转上电极旋转盘控制上电极沿轴线向下缓慢运动，并透过观察窗进行观察，精确调整静触头在轴线上的位置，确保在电弧燃弧之前动触头和静触头紧密贴合并处于最佳观测位置；

S600：切换电磁阀内部阀位，使气源气压进入气缸上腔室，控制活塞杆带动下电极及动触头沿轴线向下快速运动，此时在动触头与静触头之间形成电弧；当下电极与限位块发生撞击，活塞杆运动停止，此时动触头与静触头之间达到预设开距。

优选的，所述气源的出气口通过减压阀和电磁阀的进气口相连，所述电磁阀的出气口分别和气缸的上、下腔室的进气口相连。

优选的，通过调节所述限位块的高度实现动触头与静触头的触头开距。

优选的，所述气体介质包括二氧化碳、氮气、氢气、六氟化硫、氩气或者按照一定比例混合的混合气体。

与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：

1、可以满足真空环境和不同气体介质条件下利用气动机构带动闭合电极打开从而产生电弧的要求；

2、通过螺纹对上电极进行微调从而实现动触头与静触头的紧密贴合；

3、通过控制气体的压强达到控制触头分断速度的目的，且可靠性高，重复性好，操作效率高。

附图说明

图1为本发明示出的一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置结构示意图，其中，图中标记表示如下：

连接法兰-1，装置主体-2，上电极-3，进线端子-4，上绝缘子-5，上电极旋转盘-6，下电极-7，动触头-8，联轴器-9，限位块-10，静触头-11，气缸-12，电磁阀-13，波纹管-14，观察窗-15，出线端子-16，操作窗-17，进-出气阀门-18，下绝缘子-19，活塞杆-20；

图2为本发明示出的气动执行机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至图2和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置，包括装置主体2，所述装置主体2的外壁设有1个观察窗15和2个操作窗17，所述装置主体2的外壁底部一侧设有进-出气阀门18；上电极3与连接法兰1通过螺纹连接，并通过固定于装置主体2上盖板的上绝缘子5贯穿于装置主体2，上电极3的上端分别与进线端子4、上电极旋转盘6相连，上电极3下端通过联轴器9与静触头11相连；下电极7贯穿于装置主体2，并通过下绝缘子19与固定于装置主体2下盖板的波纹管14套接,下电极7的上端通过联轴器9与动触头8连接，下电极7下端分别与出线端子16和活塞杆20相连；所述活塞杆20内置与气缸12中，所述气缸12一侧设置有电磁阀13，所述电磁阀13与气源通过气源出口处的减压阀(图中未示出)相连，本实施例优选使用三位五通电磁阀，气缸12的上腔室通过通气管与电磁阀13的一侧的气口A相连，下腔室通过通气管与电磁阀13一侧的气口B相连；气缸12台面上设置有用于控制行程的可调节限位块10。

在本实施例中，所述气缸12、活塞杆20和电磁阀13构成气动执行机构，如图2所示。

在本实施例中，为避免所述限位块10表面划伤，通常在限位块10的表面镀锌、铬等。

利用上述实施例所述实验装置能够进行不同工况下的电弧燃弧实验，在具体实验过程中，可依照以下步骤进行操作：

1)检查实验装置的气密性，如果气密性完好，则进行下一步；

2)将进线端子4、出线端子16分别与外接电源相连；将气源的出气口通过减压阀(图中未示出)和电磁阀13的进气口相连，将电磁阀13的出气口分别和气缸12的上、下进气口相连；

3)安装高度可调节限位块10，打开操作窗17，将静触头11安装到上电极3，将动触头8安装到下电极7，安装完毕后，关闭操作窗17；

4)打开设置于装置主体2外壁底部一侧的进-出气阀18的出气阀，抽取空气至真空状态，如果待做实验为真空环境下的燃弧实验，则关闭出气阀；如果待做实验为气体介质环境下的燃弧实验，则关闭出气阀，并同时打开进-出气阀18中的进气阀，向装置主体2内充入气体介质至实验所需压强，然后关闭进气阀；

所述气体介质通常包括二氧化碳、氮气、氢气、六氟化硫、氩气或者按照一定比例混合的混合气体。

5)打开与电磁阀13一侧连接的气源，利用气源出口处的减压阀对气压进行调节，通过对电磁阀13内部阀位进行切换，电磁阀13的进气口与另一侧的B气口连通，进而与气缸12的下腔室导通，经过减压之后的气体由电磁阀13进入气缸12下腔室；同时，电磁阀13的A气口与外界空气连通，进而使气缸12的上腔室与外界空气连通。此时，气缸12下腔室由于进气使得气压变大而高于上腔室气压(大气压)，在压力差的作用下，气缸12内的活塞杆20带动下电极7及动触头8沿轴线缓慢向上运动，直至动触头8与静触头11接触闭合为止。由于上电极3与连接法兰1以螺纹方式连接，因此，可通过手动旋转上电极旋转盘6控制上电极3沿轴线向下缓慢运动，并透过观察窗15进行观察，精确调整静触头11在轴线上的位置，确保在电弧燃弧之前动触头8和静触头11紧密贴合并处于最佳观测位置。

6)利用气源出口处的减压阀对气压进行调节，通过对电磁阀13内部阀位进行切换，电磁阀13的进气口与另一侧的A气口连通，进而与气缸12的上腔室导通，经过减压之后的气体由电磁阀13进入气缸12上腔室；同时，电磁阀13的B气口与外界空气连通，进而使气缸12的下腔室与外界空气连通。此时，气缸12上腔室由于进气使得气压变大而高于下腔室气压(大气压)，在压力差的作用下，气缸12内的活塞杆20带动下电极7及动触头8沿轴线快速向下运动，此时在动触头8与静触头11之间形成电弧。当下电极7与限位块10发生撞击，活塞杆20运动停止，此时动触头8与静触头11之间达到预设开距，本实施例中，通过调节限位块10的高度实现动触头8和静触头11的触头开距。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于气动执行机构的开关电器电弧实验装置，包括：

装置主体，所述装置主体的外壁底侧设有进-出气阀门；

上电极，所述上电极与连接法兰通过螺纹连接，并通过固定于装置主体上盖板的上绝缘子贯穿于所述装置主体，所述上电极的上端分别与进线端子、上电极旋转盘相连，所述上电极旋转盘用于对触头进行精确调节，所述上电极的下端通过联轴器与静触头相连；

下电极，所述下电极贯穿所述装置主体，并通过下绝缘子与固定于装置主体下盖板的波纹管套接，所述下电极的上端通过联轴器与动触头连接，所述下电极的下端分别与出线端子和活塞杆相连；

气缸，所述气缸内置有活塞杆，所述气缸一侧通过电磁阀与气源相连，其中，所述气缸、活塞杆和电磁阀构成气动执行机构；

所述装置还包括观察窗，通过观察窗调整静触头在轴线上的位置，使得动触头和精触头紧密贴合并处于最佳观测位置。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括操作窗，所述操作窗置于所述装置主体的外壁。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述实验装置还包括限位块，所述限位块设置于所述气缸的台面上。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于，所述限位块的高度可调节。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述电磁阀通过切换电磁阀内的阀门使气源内气压分别通入气缸的上腔室或下腔室，进而控制活塞杆带动下电极向上缓慢运动或向下快速运动。

6.根据权利要求5所述的实验装置，其特征在于，所述电磁阀为三位五通电磁阀。

7.一种根据权利要求1-6任意一项所述实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

S100：检查实验装置气密性；

S200：连接进线端子、出线端子与外接电源，依次连接气缸、电磁阀和气源；

S300：安装限位块，打开操作窗，将静触头、动触头分别安装到上电极和下电极，关闭操作窗；

S400：打开进-出气阀的出气阀，抽取空气至真空状态；当待做实验所需环境为真空，则关闭出气阀；当待做实验所需环境需要气体介质，则关闭出气阀，同时打开进-出气阀门的进气阀充入气体介质；

S500：打开气源，通过气源出口处的减压阀调节气压，切换电磁阀内部阀位，使气源气压进入气缸下腔室，控制活塞杆带动下电极及动触头沿轴线向上缓慢运动，直至动触头与静触头闭合；手动旋转上电极旋转盘控制上电极沿轴线向下缓慢运动，并透过观察窗进行观察，精确调整静触头在轴线上的位置，确保在电弧燃弧之前动触头和静触头紧密贴合并处于最佳观测位置；

S600：切换电磁阀内部阀位，使气源气压进入气缸上腔室，控制活塞杆带动下电极及动触头沿轴线向下快速运动，此时在动触头与静触头之间形成电弧；当下电极与限位块发生撞击，活塞杆运动停止，此时动触头与静触头之间达到预设开距。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S200中，所述气源的出气口通过减压阀和电磁阀的进气口相连，所述电磁阀的出气口分别和气缸的上、下腔室的进气口相连。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过调节所述限位块的高度实现动触头与静触头的触头开距。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述气体介质包括二氧化碳、氮气、氢气、六氟化硫、氩气或者按照一定比例混合的混合气体。

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