CN112786350A - 一种具有真空度检测功能的真空断路器及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有真空度检测功能的真空断路器及检测方法，包括具有动导电杆和静导电杆的真空灭弧室，还包括具有弹性的绝缘件、应变传感器和检测器，所述绝缘件同轴连接于动导电杆的自由端上，在真空灭弧室处于分闸状态下，该绝缘件受到使该动导电杆维持分闸的拉力，所述应变传感器安装于绝缘件上，并根据绝缘件的形变量输出信号，所述应变传感器的输出端连接检测器的输入端，检测器根据应变传感器输出的信号判断真空灭弧室的真空度，其通过机械力值的变化来判断真空灭弧室是否漏气以及漏气的程度，其简单有效且易于实施。
Description
技术领域
本发明涉及真空断路器领域，具体是涉及一种具有真空度监测的真空断路器及检测方法。
背景技术
真空断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。真空灭弧室作为真空断路器中重要组件，真空灭弧室内的真空度是保证真空开关绝缘性能和灭弧性能的重要技术指标，真空灭弧室的真空度若低于一定数量级，就可能导致真空开关不能正常开断电路，对电网安全运行构成重大安全威胁。
随着真空技术的进步，真空灭弧室在制造时可以实现良好的真空密封，达到了很高的成品率，但真空灭弧室在长期的运行过程中由于运行条件恶劣，导致真空密封的劣化或失效难以完全避免，虽然事故率已非常低，但真空度的劣化仍对真空开关的运行可靠性构成重大威胁，尤其在高电压等级的输变电系统难以接受。真空开关的真空度劣化是一个非常缓慢下降的过程，在线监测真空开关真空度的变化，及时预警真空开关的真空度故障，可以避免真空开关的开断事故，确保真空开关的短路、负荷电流开断能力，可以有效保障电网的安全运行，将解决真空开关的可靠性问题。
目前，使用真空开关进行真空度监测方法，主要包括实验室检测、现场检测和在线检测三种方法。其中实验室检测和现场检测都需要在真空开关从回路上断开后才能够进行检测，无法进行在线监控。而现有在线检测通常包括间接检测和直接检测。其中，间接检测通常是基于真空开关运行时，真空灭弧室真空度劣化导致的金属屏蔽罩电荷累积产生的电场变化、真空开关运行时导电杆与金属屏蔽罩之间的放电脉冲电流幅度和频度变化、以及真空开关开断时产生的放电声发射、电弧弧光颜色的变化实现。这些监测方法的共同的特点是只能在10-1Pa～1Pa低真空度范围内实现大致监测，无法实现对真空开关最为关键的10-3Pa～10-1Pa的高真空度范围进行监测，而且受外界干扰严重，稳定性差。
直接监测的方案：
1)在真空灭弧室外接入压力表测量真空度变化，但10-3Pa—10-1Pa的高真空无法通过压力表来测量，而且压力表接入真空灭弧室又增加了漏气的风险；
2)在真空灭弧室上预装真空传感器，如冷阴极潘宁放电真空测量规，真空规内部与真空灭弧室相通，它通过潘宁放电原理将真空压力信号转换为电信号输出，同样需要高压隔离和信号隔离，但其潘宁放电真空规、离子柱高压隔离、光电信号隔离导致其生产成本高，技术复杂，存在高压隔离隐患，其应用范围受到极大的限制。
因此需要提供一种简单易用、成本低廉的具有真空度检测功能的真空断路器。
发明内容
本发明旨在提供一种具有真空度监测的真空断路器，以解决现有的真空灭弧室的真空度在线检测装置成本高、技术复杂的问题。
具体方案如下：
一种具有真空度检测功能的真空断路器，包括具有动导电杆和静导电杆的真空灭弧室，包括具有弹性的绝缘件、应变传感器和检测器，所述绝缘件同轴连接于动导电杆的自由端上，在真空灭弧室处于分闸状态下，该绝缘件受到使该动导电杆维持分闸的拉力，所述应变传感器安装于绝缘件上，并根据绝缘件的形变量输出相应的信号，所述应变传感器的输出端连接检测器的输入端，检测器根据应变传感器输出信号的变化来判断真空灭弧室的真空度。
进一步的，所述应变传感器为电阻式应变片，该电阻式应变片直接贴设于绝缘件上，且该绝缘拉杆的弹性形变量小于其行程。
进一步的，所述电阻式应变片以1/4桥、半桥或者全桥的方式接入惠斯通电桥。
进一步的，所述绝缘件为连接于动导电杆的自由端上的一绝缘拉杆，所述电阻式应变片直接贴设于绝缘拉杆上。
进一步的，所述绝缘拉杆上具有沿动导电杆轴向设置安装面，所述电阻式应变片贴设于该安装面上。
进一步的，所述绝缘拉杆的中部具有一镂空部，该镂空部的一内壁为所述安装面。
进一步的，所述镂空部沿动导电杆径向方向贯穿绝缘拉杆。
进一步的，所述绝缘拉杆与动导电杆的自由端之间通过一弹簧座触头弹簧座实现连接。
进一步的，所述弹簧座触头弹簧座包括相互对拉设置的下座体和上座体以及以压缩的状态位于下座体和上座体之间的弹性件，所述动导电杆的自由端与下座体固接，所述绝缘拉杆朝向动导电杆的一端与上座体固接。
本发明还提供了一种真空断路器的真空度检测方法，该真空断路器具有真空灭弧室，真空灭弧室的动导电杆上同轴连接有一绝缘件，在真空灭弧室处于分闸状态下，该绝缘件受到使该动导电杆维持分闸的拉力，通过应变传感器检测该绝缘件沿动导电杆轴向方向上的形变量，并依据绝缘件形变量的大小变化来判断真空灭弧室的真空度。
本发明提供的真空断路器与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的真空断路器通过将应变传感器来安装于与动导电杆同轴连接的绝缘件上，通过检测该绝缘件的轴向形变量的变化，通过机械力值的变化来判断真空灭弧室是否漏气以及漏气的程度，该方案简单有效，且易于实施，当真空灭弧室漏气量到达设定阈值，控制系统发出警报并及时断开电路，可避免事故发生。
附图说明
图1示出了真空灭弧室的示意图。
图2示出了真空灭弧室在分闸状态下的剖视图。
图3示出了真空灭弧室在合闸状态下的剖视图。
图4示出了图1中A处的放大图。
图5示出了另一真空灭弧室的示意图。
图6示出了惠斯通电桥的连接关系图。
图7示出了真空断路器的示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1-图7所示的，本实施例提供了一种具有真空度监测的真空断路器，真空断路器包括有至少一组真空灭弧室1。
本实施例中的真空灭弧室1具有真空腔室10、分别与真空腔室10内的动、静触头连接的动导电杆11和静导电杆12，动导电杆11通过触头弹簧座13与绝缘拉杆14轴向连接。
由于真空灭弧室1的真空腔室10在正常状态下基本处于真空状态，因此在分闸的状态下，动导电杆11受到外界大气对该动导电杆11产生的轴向压力Fz，为维持动导电杆11的状态，该动导电杆11受到与轴向压力Fz相同的拉力F，即F＝Fz，在拉力F的作用下，动导电杆11会在轴向上发生形变。在分闸状态、且真空灭弧室1的真空度不变的情况下，动导电杆11在轴向上的形变量是恒定的。
当真空灭弧室1的真空腔室10出现漏气而导致真空度下降后，外界大气对该动导电杆11产生的轴向压力Fz减小，相应的拉力F也随着减小，因此动导电杆11在轴向上形变量也随着变化，因此通过检测动导电杆11的轴向形变量的变化可以判断出在分闸状态下真空腔室10的真空度。
但是由于动导电杆11作为导电件，现有的动导电杆11通常由铜制成，工作时动导电杆11上的电流会影响应变传感器2的正常工作，因此在本实施例中，在动导电杆11上同轴连接一具有弹性的绝缘件3，对动导电杆11产生的拉力F作用于绝缘件3上，以使该绝缘件3在沿动导电杆11的轴向上发生一定量的弹性形变，在绝缘件3上安装应变传感器2来检测该绝缘件3的轴向形变量，通过该绝缘件3的轴向形变量来判断出分闸状态下真空腔室10的真空度。
在本实施例中，由于绝缘拉杆14与动导电杆11连接且同轴设置，因此该绝缘拉杆14和动导电杆11受到相同的拉力F，因此可将该绝缘拉杆14直接作为绝缘件3。而且将该绝缘拉杆14作为绝缘件3，无需增加相应的机构，也无需改变相应的布局，因此可以直接应用于现有的真空断路器上。
本实施例中也均以绝缘件3为绝缘拉杆为例来进行说明。这里需说明的是，绝缘拉杆14通常是由纤维增强的环氧树脂材料制成，该绝缘拉杆14的弹性变形量应小于其行程，即该绝缘拉杆14首先应当满足其作为拉杆的特性，也即该绝缘拉杆14需具备符合其标准的抗拉强度，但其相对于铜制成的动导电杆11来说，绝缘拉杆14在相同作用力的情况下，该绝缘拉杆14会具有更大的轴向形变量，更易被应变传感器2测得，可提高检测精确度。
在本实施例中，绝缘拉杆14的中部具有一镂空部140，上述用于检测动导电杆11上的应变传感器2安装在该镂空部140内，从而使得安装和工作时外部的物体不易触碰到该应变传感器2，可以起到保护应变传感器2的目的，从而保证其检测的准确性。
优选的，该镂空部140沿动导电杆径向方向贯穿该绝缘拉杆14，并且在动导电杆11的轴向方向上的截面为矩形，具有沿动导电杆11轴向方向延伸的侧壁141。上述的应变传感器2为电阻式应变片，该侧壁141直接作为电阻式应变片的安装面，便于应变传感器2的安装。而且镂空部140使得绝缘拉杆14的中部由两相对设置的板体连接，使得该绝缘拉杆14在受压的情况下，两板体的形变量会变大，更容易被应变传感器2所检测到，可进一步提高检测的精度。
在现有技术中，为了保证动、静触头在合闸时出现持续拉弧现象，通常都会在动导电杆11和绝缘拉杆14之间增设一触头弹簧座，本实施例中的绝缘拉杆14与动导电杆11的自由端之间也通过一触头弹簧座13实现连接，该触头弹簧座13与现有技术中的触头弹簧座所起到的作用相同，可以在真空断路器本体1合闸的情况下维持其动、静触头之间的闭合，防止拉弧现象的发生。
具体的，触头弹簧座13包括本包括相互对拉设置的下座体130和上座体131以及以压缩的状态位于下座体130和上座体131之间的弹性件132，本实施例中以弹性体132为弹簧为例进行说明，动导电杆11的自由端与下座体130固接，绝缘拉杆14朝向动导电杆11的一端与上座体130固接，从而实现绝缘拉杆14和动导电杆11轴向连接。
在本实施例中，上述的应变传感器2为电阻式应变片，这里所说的电阻式应变片是会随压力变化使自身发生形变而产生电阻至变化的精密电阻。该电阻应变片直接贴设于绝缘拉杆14上，当真空灭弧室的真空度发生变化时，绝缘拉杆14受压产生的形变量也随着改变，因此电阻应变片内的敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，再由检测器测得其电阻变化大小，并转换为测点的应变值，从而达到判断真空灭弧室真空度是否改变的目的。
本实施例中的电阻式应变片的工作原理如图6所示。
电阻R1、R2、R3、R4按图6连接形成惠斯通电桥，输入电压为Us，输出电压为Uo。
其中
为了便于计算，电阻R1、R2、R3、R4的初始电阻值相等，即R1＝R2＝R3＝R4，那么Uo＝0，电桥平衡。当任何桥臂上的电阻发生变化时，Uo≠0。当用电阻式应变片替代惠斯通电桥上的一个或者多个桥臂电阻，那么惠斯通电桥可以分为1/4桥，半桥和全桥。本实施例中以全桥为例来进行说明。
当应变片受到力作用产生变形时，其电阻值也发生相应的变化Δ，此时
电桥平衡被打破，输出电压Uo也随着发生变化，因此可根据输出电压Uo的变化大小来计算作用在动导电杆11上力的变化，从而来检测真空灭弧室是否漏气，以及漏气的程度。
具体的，真空灭弧室在未漏气的情况下，由于受大气压差，产生使动、静触头闭合的作用力F。
在分闸状态下，动导电杆11受到压差产生的轴向压力Fz，应变片在作用力Fz的作用下产生形变，使电桥产生一输出电压U1。当真空灭弧室出现漏气时，真空灭弧室内外压差变小，因此作用力Fz也随着减小，应变片受力变形的形变量也变小，电桥趋于平衡，输出电压U2往0靠拢，因此可通过电桥输出电压的变化量来判断真空灭弧室的真空度，当真空灭弧室的真空度达到设定阀值时，控制系统可以发出警报并及时断开电路，从而避免事故发生。
因此本实施例中的真空断路器根据绝缘拉杆上贴设的应变片传感器，将真空灭弧室漏气时产生机械力值的变化转成电桥的输出电压的改变，并可以根据输出电压的变化量来判断真空灭弧室是否漏气以及漏气的程度，该方案简单有效、成本低廉且易于实施。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有真空度检测功能的真空断路器，包括具有动导电杆和静导电杆的真空灭弧室，其特征在于：包括具有弹性的绝缘件、应变传感器和检测器，所述绝缘件同轴连接于动导电杆的自由端上，在真空灭弧室处于分闸状态下，该绝缘件受到使该动导电杆维持分闸的拉力，所述应变传感器安装于绝缘件上，并根据绝缘件的形变量输出相应的信号，所述应变传感器的输出端连接检测器的输入端，所述检测器根据应变传感器输出信号的变化来判断真空灭弧室的真空度。
2.根据权利要求1所述的真空断路器，其特征在于：所述应变传感器为电阻式应变片，该电阻式应变片直接贴设于绝缘件上。
3.根据权利要求2所述的真空断路器，其特征在于：所述电阻式应变片以1/4桥、半桥或者全桥的方式接入惠斯通电桥。
4.根据权利要求2所述的真空断路器，其特征在于：所述绝缘件为连接于动导电杆的自由端上的一绝缘拉杆，所述电阻式应变片直接贴设于绝缘拉杆上，且该绝缘拉杆的弹性形变量小于其行程。
5.根据权利要求4所述的真空断路器，其特征在于：所述绝缘拉杆上具有沿动导电杆轴向设置安装面，所述电阻式应变片贴设于该安装面上。
6.根据权利要求5所述的真空断路器，其特征在于：所述绝缘拉杆的中部具有一镂空部，该镂空部的一内壁为所述安装面。
7.根据权利要求6所述的真空断路器，其特征在于：所述镂空部沿动导电杆径向方向贯穿绝缘拉杆。
8.根据权利要求4所述的真空断路器，其特征在于：所述绝缘拉杆与动导电杆的自由端之间通过一触头弹簧座实现连接。
9.根据权利要求8所述的真空断路器，其特征在于：所述触头弹簧座包括相互对拉设置的下座体和上座体以及以压缩的状态位于下座体和上座体之间的弹性件，所述动导电杆的自由端与下座体固接，所述绝缘拉杆朝向动导电杆的一端与上座体固接。
10.一种真空断路器的真空度检测方法，其特征在于：该真空断路器具有真空灭弧室，真空灭弧室的动导电杆上同轴连接有一绝缘件，在真空灭弧室处于分闸状态下，该绝缘件受到使该动导电杆维持分闸的拉力，通过应变传感器测量出该绝缘件沿动导电杆轴向方向上的形变量，并依据绝缘件形变量的大小变化来判断真空灭弧室的真空度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |