CN113436929A - 一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置，属于中高压真空开关技术领域。该真空灭弧室包括静导电杆、动导电杆和电极结构，电极结构包括第一电极和第二电极，静导电杆靠近动导电杆的端面设置有第一电极，动导电杆靠近静导电杆的端面设置有第二电极；第一电极包括第一触发阴极和第一横向磁场触头片，第一横向磁场触头片设置于静导电杆，第一触发阴极设置于第一横向磁场触头片的燃弧面；第二电极包括第二触发阴极和第二横向磁场触头片，第二横向磁场触头片设置于动导电杆，第二触发阴极设置于第二横向磁场触头片的燃弧面；第一触发阴极与第二触发阴极一一对应设置，显著提高了真空灭弧室预击穿触头间隙开距的稳定性。

Description

一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置

技术领域

本发明涉及中高压真空开关技术领域，尤其涉及一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置。

背景技术

由于具有绝缘性能高、开断能力强、长寿命、免维护、环境友好等特点，在全世界范围内，真空灭弧室和真空断路器作为控制和保护开关广泛的应用于中压输配电领域。同时，在大电流试验站，真空灭弧室和真空断路器也可以作为合闸触发开关使用。但是，由于真空击穿的不确定性，真空灭弧室和真空断路器作为合闸触发开关时，真空灭弧室出现预击穿时的触头之间的间隙开距差异较大，这会影响大电流试验过程施加在试品上的燃弧时间，影响试验的准确性。

为此，亟需提供一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有触发阴极的真空灭弧室和真空断路器装置，真空灭弧室作为合闸触发开关时，提高真空灭弧室的合闸触头间隙的预击穿间隙开距的稳定性。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种带有触发阴极的真空灭弧室，包括静导电杆和动导电杆，还包括：

电极结构，包括第一电极和第二电极，所述静导电杆靠近所述动导电杆的一端面设置有所述第一电极，所述动导电杆靠近所述静导电杆的一端面设置有所述第二电极；

所述第一电极包括第一触发阴极和第一横向磁场触头片，所述第一横向磁场触头片设置于所述静导电杆，所述第一触发阴极设置于所述第一横向磁场触头片的燃弧面；

所述第二电极包括第二触发阴极和第二横向磁场触头片，所述第二横向磁场触头片设置于所述动导电杆，所述第二触发阴极设置于所述第二横向磁场触头片的燃弧面；

所述第一触发阴极与所述第二触发阴极一一对应设置。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一触发阴极和所述第二触发阴极均为圆环状结构，且与所述静导电杆和所述动导电杆同轴向设置。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一触发阴极上凹设有第一环形放电槽，所述第二触发阴极上凹设有第二环形放电槽，所述第一环形放电槽与所述第二环形放电槽一一对应设置。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一环形放电槽和所述第二环形放电槽的纵截面均为矩形。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一环形放电槽和所述第二环形放电槽的纵截面均为圆弧形。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一横向磁场触头片的燃弧面凹设有第一安装槽，所述第一触发阴极通过钎焊固定于所述第一安装槽内。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第二横向磁场触头片的燃弧面凹设有第二安装槽，所述第二触发阴极通过钎焊固定于所述第二安装槽内。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一横向磁场触头片和所述第二横向磁场触头片均设置有卐字型触头通槽。

作为带有触发阴极的真空灭弧室的可选方案，所述第一横向磁场触头片和所述第二横向磁场触头片均设置有阿基米德螺线式的触头通槽。

一种真空断路器装置，包括如上所述的任一项带有触发阴极的真空灭弧室的技术方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所提供的带有触发阴极的真空灭弧室，在静导电杆上安装第一横向磁场触头片，并在第一横向磁场触头片的燃弧面上设置第一触发阴极，在动导电杆上安装第二横向磁场触头片，并在第二横向磁场触头片的燃弧面上设置第二触发阴极，第一触发阴极与第二触发阴极一一对应设置，即在合闸的过程中，动导电杆移动至距离静导电杆设定距离，第二横向磁场触头片与第一横向磁场触头片间隙的强电场使第一触发阴极和第二触发阴极释放出大量场致发射电子，导致触头间隙击穿，每次发生预击穿时触头间隙距离始终保持不变，显著提高了真空灭弧室触头预击穿间隙开距的稳定性；而且，触头间隙被击穿后出现的真空电弧将在横向磁场触头片产生的横向磁场的驱动下，在触头表面运动，避免真空电弧对触发阴极的过度烧蚀，保证了触发阴极具有较高的电寿命，提高了真空灭弧室作为合闸触发开关使用时的电气性能。

本发明所提供的真空断路器装置，采用上述的真空灭弧室作为合闸开关，每次发生预击穿时触头间隙距离始终保持不变，显著提高了真空灭弧室预击穿触头间隙距离的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中带有触发阴极的真空灭弧室的装配示意图；

图2为本发明实施例一中第一横向磁场触头片的俯视图；

图3为本发明实施例一中静导电杆的结构示意图；

图4为本发明实施例一中第二横向磁场触头片的俯视图；

图5为本发明实施例一中动导电杆的结构示意图；

图6为本发明实施例一中第一触发阴极的俯视图；

图7为本发明实施例一中第一环形放电槽的剖视图；

图8为本发明实施例二中第一环形放电槽的剖视图。

附图标记：

1、静导电杆；2、动导电杆；3、电极结构；4、不锈钢波纹管；5、卐字型触头通槽；

31、第一电极；311、第一触发阴极；312、第一横向磁场触头片；313、第一环形放电槽；314、第一安装槽；315、第一连接孔；32、第二电极；321、第二触发阴极；322、第二横向磁场触头片；323、第二环形放电槽；324、第二安装槽；325、第二连接孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了真空灭弧室作为合闸触发开关时，提高真空灭弧室的合闸触头间隙预击穿间隙开距的稳定性，本实施例提供一种真空灭弧室，以下结合图1至图8对本实施例的具体内容进行详细描述。

如图1所示，真空灭弧室包括静导电杆1、动导电杆2和电极结构3，电极结构3包括第一电极31和第二电极32，静导电杆1靠近动导电杆2的一端面设置有第一电极31，动导电杆2靠近静导电杆1的一端面设置有第二电极32；

其中，第一电极31包括第一触发阴极311和第一横向磁场触头片312，第一横向磁场触头片312设置于静导电杆1，第一触发阴极311设置于第一横向磁场触头片312的燃弧面。第二电极32包括第二触发阴极321和第二横向磁场触头片322，第二横向磁场触头片322设置于动导电杆2，第二触发阴极321设置于第二横向磁场触头片322的燃弧面。第一触发阴极311与第二触发阴极321一一对应设置。

简而言之，本发明所提供的真空灭弧室，在静导电杆1上安装第一横向磁场触头片312，并在第一横向磁场触头片312的燃弧面上设置第一触发阴极311，在动导电杆2上安装第二横向磁场触头片322，并在第二横向磁场触头片322的燃弧面上设置第二触发阴极321，第一触发阴极311与第二触发阴极321一一对应设置，即在合闸的过程中，动导电杆2移动至距离静导电杆1设定距离，第二横向磁场触头片322与第一横向磁场触头片312间隙的强电场使第一触发阴极311和第二触发阴极321释放出大量场致发射电子，导致触头间隙击穿，每次发生预击穿时触头间隙距离始终保持不变，显著提高了真空灭弧室触头的预击穿间隙开距的稳定性；而且，触头间隙被击穿后出现的真空电弧将在横向磁场触头片产生的横向磁场的驱动下，在触头表面运动，避免真空电弧对触发阴极的过度烧蚀，保证了触发阴极具有较高的电寿命，提高了真空灭弧室作为合闸触发开关使用时的电气性能。

本实施例的真空灭弧室由玻璃或陶瓷制成的气密绝缘外壳、动端盖板、定端盖板和不锈钢波纹管4组成了气密绝缘系统。为了保证玻璃、陶瓷与金属之间有良好的气密性，除了封接时要有严格的操作工艺外，还要求材料本身的透气性尽量小和内部放气量限制到极小值。不锈钢波纹管4的作用不仅能将真空灭弧室内部的真空状态与外部的大气状态隔离开来，而且能使动触头连同动导电杆2在规定的范围内运动，以完成真空开关的闭合与分断操作。

具体地，本实施例中的第一触发阴极311和第二触发阴极321的材料为金属钼、金属钛等阴极材料。第二横向磁场触头片322与第一横向磁场触头片312的材料可以为铜铬或铜钨等合金制成触头材料。

进一步地，如图1和图6所示，第一触发阴极311和第二触发阴极321均为圆环状结构，且与静导电杆1和动导电杆2同轴向设置。

进一步地，第一触发阴极311上凹设有第一环形放电槽313，第二触发阴极321上凹设有第二环形放电槽323，第一环形放电槽313与第二环形放电槽323一一对应设置。第一环形放电槽313与第二环形放电槽323相对设置，便于释放电子并促进预击穿。

进一步地，如图7所示，第一环形放电槽313和第二环形放电槽323的纵截面均为矩形。扩大触发阴极释放的电子的放射面积，保证预击穿效果。

进一步地，如图2所示，第一横向磁场触头片312的燃弧面凹设有第一安装槽314，第一触发阴极311通过钎焊固定于第一安装槽314内。保证第一触发阴极311牢固的安装在第一安装槽314内。更进一步地，第二横向磁场触头片322的燃弧面凹设有第二安装槽324，第二触发阴极322通过钎焊固定于第二安装槽324内。保证第二触发阴极322牢固的安装在第二安装槽324内。

目前，真空断路器在电流的开断过程中主要是通过触头结构产生的磁场实现对于真空电弧的控制。根据磁场方向的不同，主要分为了横向磁场触头结构和纵向磁场触头结构，这两种主要的磁场作用类型。其中横向磁场触头结构主要是利用触头开槽结构控制电流的流通路径，以此产生与触头表面平行相切方向的横向磁场来驱动电弧在触头表面运动。在横向磁场的作用下，可以较大程度地减轻触头的烧蚀，并且横向磁场作用下，真空电弧具有较高的电弧电压。

进一步地，如图2和图4所示，第一横向磁场触头片312和第二横向磁场触头片322均设置有卐字型触头通槽5。

如图4和图5所示，第二横向磁场触头片322上设置有第二连接孔325，动导电杆2插接在第二连接孔325内，保证第二横向磁场触头片322与动导电杆2稳定牢固的装配。

如图2和图3所示，第一横向磁场触头片312上设置有第一连接孔315，静导电杆1插接在第一连接孔315内，保证第一横向磁场触头片312与静导电杆1稳定牢固的装配。

本实施例还提供一种真空断路器装置，真空断路器装置包括上面的带有触发阴极的真空灭弧室。

实施例二

本实施例提供了一种真空灭弧室，与实施例一相比，本实施例提供的真空灭弧室的基本结构与实施例一相同，仅环形放电槽和触头通槽的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构进行赘述。

如图8所示，进一步地，第一环形放电槽313和第二环形放电槽323的纵截面均为圆弧形，有利于扩大第一触发阴极和第二触发阴极释放电子的放射面积。

进一步地，第一横向磁场触头片312和第二横向磁场触头片322可以设置有阿基米德螺线式的触头通槽。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种带有触发阴极的真空灭弧室，包括静导电杆(1)和动导电杆(2)，其特征在于，还包括：

电极结构(3)，包括第一电极(31)和第二电极(32)，所述静导电杆(1)靠近所述动导电杆(2)的一端面设置有所述第一电极(31)，所述动导电杆(2)靠近所述静导电杆(1)的一端面设置有所述第二电极(32)；

所述第一电极(31)包括第一触发阴极(311)和第一横向磁场触头片(312)，所述第一横向磁场触头片(312)设置于所述静导电杆(1)，所述第一触发阴极(311)设置于所述第一横向磁场触头片(312)的燃弧面；

所述第二电极(32)包括第二触发阴极(321)和第二横向磁场触头片(322)，所述第二横向磁场触头片(322)设置于所述动导电杆(2)，所述第二触发阴极(321)设置于所述第二横向磁场触头片(322)的燃弧面；

所述第一触发阴极(311)与所述第二触发阴极(321)一一对应设置。

2.根据权利要求1所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一触发阴极(311)和所述第二触发阴极(321)均为圆环状结构，且与所述静导电杆(1)和所述动导电杆(2)同轴向设置。

3.根据权利要求2所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一触发阴极(311)上凹设有第一环形放电槽(313)，所述第二触发阴极(321)上凹设有第二环形放电槽(323)，所述第一环形放电槽(313)与所述第二环形放电槽(323)一一对应设置。

4.根据权利要求3所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一环形放电槽(313)和所述第二环形放电槽(323)的纵截面均为矩形。

5.根据权利要求3所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一环形放电槽(313)和所述第二环形放电槽(323)的纵截面均为圆弧形。

6.根据权利要求1所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一横向磁场触头片(312)的燃弧面凹设有第一安装槽(314)，所述第一触发阴极(311)通过钎焊固定于所述第一安装槽(314)内。

7.根据权利要求1所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第二横向磁场触头片(322)的燃弧面凹设有第二安装槽(324)，所述第二触发阴极(322)通过钎焊固定于所述第二安装槽(324)内。

8.根据权利要求1-7任一项所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一横向磁场触头片(312)和所述第二横向磁场触头片(322)均设置有卐字型触头通槽(5)。

9.根据权利要求1-7任一项所述的带有触发阴极的真空灭弧室，其特征在于，所述第一横向磁场触头片(312)和所述第二横向磁场触头片(322)均设置有阿基米德螺线式的触头通槽。

10.一种真空断路器装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的带有触发阴极的真空灭弧室。

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