CN113707494A - 带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置及方法，该真空度无线检测装置包含两部分，一部分置于真空灭弧室内部，包含内埋电极等，其中，内埋电极焊接于真空灭弧室的端部盖板上；另一部分为灭弧室加工完成后的外置检测装置，包含检测计算部件、无线发射装置、充电储能电池、无线充电线圈等。外置检测装置与内埋电极结构采用分离设计，内埋电极等内置结构可与真空灭弧室加工为一个整体，检测时将外置检测装置安装到内埋电极结构的上方。本发明具有实现高电压等级真空灭弧室的真空度在线监测功能，解决绝缘设计、在线监测、信号传输、电能储存等问题。可应用于真空灭弧室真空度在线监测领域。

Description

带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置及方法
技术领域
本发明属于真空灭弧室真空度在线检测领域，具体涉及一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置及方法。
背景技术
真空断路器具有体积小、重量轻、适用于频繁操作、灭弧不用检修的优点，目前已经得到广泛的应用。而真空断路器灭弧室中的真空度是保证真空断路器优良开断性能的重要保障。因此，如何实时检测真空灭弧室中的真空度成为了亟需解决的问题。
传统的真空度监测方法存在很多缺陷和不足。首先，真空度监测装置结构过于复杂，以至于影响到真空灭弧室本身的绝缘和开断性能。其次，传统的真空监测技术很难做到实时在线监测，在时间上通常存在滞后现象。其三，真空监测装置供电问题仍然没有得到很好的解决。最后，真空检测装置的数据传输问题同样在技术上存在瓶颈。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置及方法，在传统灭弧室结构的基础上，加装内置电极，内置电极的小型化保证其对于真空灭弧室本身的绝缘和开断性能不会造成影响，解决了传统绝缘设计中存在的问题。通过内置电极和外部检测装置的配合，实现了对真空灭弧室内部真空度的在线监测。通过充电储能电池解决了检测装置供电问题。利用无线发射装置解决了数据传输问题。本发明在理论研究和实验的基础上，提出了具有工业应用前景的置于真空灭弧室内部的内埋电极的真空度无线检测装置，可用于高电压等级真空灭弧室真空度在线监测领域。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，所述真空度检测装置位于真空灭弧室203的端面盖板上，包括内置电极结构202和外置检测装置201；
所述内置电极结构202包含陶瓷绝缘体107，贯穿并焊接在陶瓷绝缘体107上的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109；在内埋接收电极109端部焊接有接收电极栅片110；陶瓷绝缘体107的下方焊接有开孔结构的内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112；
所述外置检测装置201为真空灭弧室加工完成后再安装，包含外置检测壳体屏蔽结构104，固定在外置检测壳体屏蔽结构104顶部的无线发射装置101；焊接于外置检测壳体屏蔽结构104外壁上的无线充电线圈103；无线充电线圈103通过导线与外置检测壳体屏蔽结构104内部上侧的充电/储能电池102连接；充电/储能电池102通过导线为置于其下方的检测计算部件105供电；在检测计算部件105下部安装有电极连接端子106；
所述检测计算部件105包括振荡器、电桥、电流传感器、电压传感器、积分器、参考器、缓冲器和放大器和数据处理器；充电/储能电池102之后依次连接有振荡器和电桥，电桥一端连接内埋中心发射电极108，另一端连接内埋接收电极109，电桥与内置电极结构202形成回路，电流传感器串联在回路中，电压传感器并联连接在回路中；积分器连接电流传感器、电压传感器和参考器；参考器依次连接缓冲器和放大器、数据处理器；
外置检测装置201与内置电极结构202采用分离设计，内置电极结构202所包含的所有零部件与真空灭弧室加工为一个整体；应用检测时，将外置检测装置201中的检测计算部件105下方的电极连接端子106与内置电极结构202中的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109匹配安装。
内埋中心发射电极108端部带有轴对称的多极尖端结构，在真空度测量过程中作为电子的发射极；内埋接收电极109端部的接收电极栅片110为圆筒状结构，在内埋中心发射电极108端部的多极尖端结构外围布置，在测量过程中作为电子的接收极；内埋接收电极109的数量为2～6个；内埋中心发射电极108端部的多极尖端结构距离接收电极栅片110内壁的距离d为0.01mm～5mm。
内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112均带有孔状结构；内侧屏蔽罩111被外侧屏蔽罩112所包覆；内侧屏蔽罩111的开孔与外侧屏蔽罩112开孔位置交错布置，电子和微粒不能通过直线运动同时穿过内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112；
内侧屏蔽罩111的材料为导磁金属材料，而外侧屏蔽罩112为不导磁的金属材料；或者内侧屏蔽罩111的材料为不导磁金属材料，而外侧屏蔽罩112为导磁的金属材料。
无线充电线圈103为环形结构或圆形结构；无线充电线圈103的法线方向与真空灭弧室导电杆的同心圆相切。
所述内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112的形状为圆柱形、球形、矩形或者椭圆形。
内置电极结构202安装位置在真空灭弧室的静端盖板或者动端盖板上。
所述的带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置的检测方法，在真空度的测量过程中，由充电/储能电池102向检测计算部件105供电；充电/储能电池102经过调节电阻、振荡器和电桥的作用产生脉冲或者振荡电压波形，通过导线施加在内置电极结构202中的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109上；由检测计算部件105中的电压传感器和电流传感器对内埋中心发射电极108和内埋接收电极109之间的场致发射电压信号和电流信号进行测量；由积分器对于场致发射能量进行积分处理；由检测计算部件105中的参考器对场致发射的电流信号和电压信号以及场致发射单位时间能量进行模数转换，之后再由缓冲器和放大器对信号进行过滤和放大，最后由数据处理器信号进行对比分析，通过对比不同真空度下的标准电流波形和标准电压波形以及标准场致发射单位时间的能量，以此确定真空灭弧室内部的真空度；数据处理器产生的信号，通过无线发射装置101发出。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明实现了内置电极结构和外置检测装置分离。内置电极结构与真空灭弧室一体化加工，只在灭弧室的端面盖板留有一个接口。如果进行检测，加装外置检测装置。如果不进行检测，那么就与普通灭弧室无异，不会产生额外的影响。内置电极结构的小型化，确保加装结构对于灭弧室本身的绝缘和开断性能不造成影响。
2)本发明实现了无线充电储能测量，利用无线充电线圈和储能电池，以此提供定时测量需要的电力能量。一段时间的充电储能，使其能够完成一定时间内和次数内的测量工作。
3)本发明实现了无线真空度数据传输。测量完成之后，通过无线发射装置将测量结果发出，使得一、二次侧完全隔离。需要做好信号的屏蔽和抗干扰工作。
附图说明
图1是带有内埋电极的真空度无线检测装置及应用的真空灭弧室整体的剖视图。
图2是真空灭弧室内埋电极的剖视图。
图3是本发明的检测装置中内埋电极结构不同视角图。
图4是本发明的内置电极结构中的屏蔽罩结构和电极结构剖视图。
图5是本发明的外置检测装置中无线充电线圈与真空灭弧室相对位置图。
图6是本发明的检测装置中的检测计算部件组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
图1是带有内埋电极的真空度无线检测装置及应用的真空灭弧室整体的剖视图。如图1所示，所述真空度检测装置位于真空灭弧室203的端面盖板上，包括内置电极结构202和外置检测装置201，两个部分。
所述内置电极结构202包含陶瓷绝缘体107，贯穿并焊接在陶瓷绝缘体107上的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109；在内埋接收电极109端部焊接有接收电极栅片110；陶瓷绝缘体107的下方依次焊接有开孔结构的内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112。
另一部分为灭弧室加工完成后再安装的外置检测装置201，包含固定在外置检测壳体屏蔽结构104顶部的无线发射装置101；焊接于外置检测壳体屏蔽结构104外壁上的无线充电线圈103；无线充电线圈103通过导线与外置检测壳体屏蔽结构104内部上侧的充电/储能电池102连接；充电/储能电池102通过导线为置于其下方的检测计算部件105供电；在检测计算部件105安装有电极连接端子106。
如图6所示，所述检测计算部件105包括振荡器、电桥、电流传感器、电压传感器、积分器、参考器、缓冲器和放大器和数据处理器；充电/储能电池102之后依次连接有振荡器和电桥，电桥一端连接内埋中心发射电极108，另一端连接内埋接收电极109，电桥与内置电极结构202形成回路，电流传感器串联在回路中，电压传感器并联连接在回路中；积分器连接电流传感器、电压传感器和参考器；参考器依次连接缓冲器和放大器、数据处理器；
外置检测装置201与内置电极结构202采用分离设计，内置电极结构202所包含的所有零部件与真空灭弧室加工为一个整体；应用检测时，将外置检测装置201中的检测计算部件105下方的电极连接端子106与内置电极结构202中的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109匹配安装。
图2是真空灭弧室内埋电极的剖视图。图3是本发明的检测装置中内埋电极结构不同视角图。所述内埋中心发射电极108端部带有轴对称的多极尖端结构，在真空度测量过程中作为电子的发射极；内埋接收电极109端部焊接有接收电极栅片110；接收电极栅片110为圆筒状结构，在内埋中心发射电极108端部的多极尖端结构外围布置，在测量过程中作为电子的接收极；内埋接收电极109的数量为2～6个；内埋中心发射电极108端部的多极尖端距离接收电极栅片110内壁的距离d为0.01mm～5mm。
图4是本发明的内置电极结构中的屏蔽罩结构和电极结构剖视图。所述的内置电极结构202，其中的内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112均带有孔状结构；开孔的作用一方面屏蔽内埋电极107之间的放电过程对真空灭弧室功能的影响，另一方面通过开孔结构保持屏蔽罩内部与真空灭弧室的真空度一致。内侧屏蔽罩111体积较小，被外侧屏蔽罩112所包覆；内侧屏蔽罩111的开孔与外侧屏蔽罩112开孔位置交错布置，电子和微粒不能通过直线运动同时穿过内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112；内侧屏蔽罩111的材料为导磁金属材料，而外侧屏蔽罩112为不导磁的金属材料；或者内侧屏蔽罩111的材料为不导磁金属材料，而外侧屏蔽罩112为导磁的金属材料；这种设置条件下，两个屏蔽罩结构其中一个具有磁场屏蔽，另外一个则具有电场屏蔽效果。所述内侧屏蔽罩111和外侧屏蔽罩112的形状为圆柱形、球形、矩形或者椭圆形。
图5是本发明的外置检测装置中无线充电线圈与真空灭弧室相对位置图。无线充电线圈103为环形结构或圆形结构；无线充电线圈103的法线方向与真空灭弧室导电杆的同心圆相切，这样的位置匹配条件下，当真空灭弧室的导电杆通过电流时，所产生的变化的磁场将会使得无线充电线圈103产生最高的充电效能。。内置电极结构202安装位置在真空灭弧室的静端盖板或者动端盖板上。
如图6所示，本发明带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置的检测方法，在真空度的测量过程中，由充电/储能电池102向检测计算部件105供电；充电/储能电池102经过调节电阻、振荡器和电桥的作用产生脉冲或者振荡电压波形，通过导线施加在内置电极结构202中的内埋中心发射电极108和内埋接收电极109上；由检测计算部件105中的电流和电压传感器完成对于内埋中心发射电极108和内埋接收电极109之间的场致发射电压和电流信号进行测量；由积分器对于场致发射能量进行积分处理；由检测计算部件105中的参考器对场致发射的电流信号和电压信号以及场致发射单位时间能量进行模数转换，之后再由缓冲器和放大器对信号进行过滤和放大，最后由数据处理器信号进行对比分析，通过对比不同真空度下的标准电流波形和标准电压波形以及标准场致发射单位时间的能量，以此确定真空灭弧室内部的真空度；数据处理器产生的信号，通过无线发射装置101发出。
以上所述实施例仅说明本发明的实施方式，其描述较为具体，但并不因此而理解为对本发明的范围限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理和内涵的情况下可以据实施例进行多种变化、修改、替换和变形，这些范围都属本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：
所述真空度检测装置位于真空灭弧室(203)的端面盖板上，包括内置电极结构(202)和外置检测装置(201)；
所述内置电极结构(202)包含陶瓷绝缘体(107)，贯穿并焊接在陶瓷绝缘体(107)上的内埋中心发射电极(108)和内埋接收电极(109)；在内埋接收电极(109)端部焊接有接收电极栅片(110)；陶瓷绝缘体(107)的下方焊接有开孔结构的内侧屏蔽罩(111)和外侧屏蔽罩(112)；
所述外置检测装置(201)为真空灭弧室加工完成后再安装，包含外置检测壳体屏蔽结构(104)，固定在外置检测壳体屏蔽结构(104)顶部的无线发射装置(101)；焊接于外置检测壳体屏蔽结构(104)外壁上的无线充电线圈(103)；无线充电线圈(103)通过导线与外置检测壳体屏蔽结构(104)内部上侧的充电/储能电池(102)连接；充电/储能电池(102)通过导线为置于其下方的检测计算部件(105)供电；在检测计算部件(105)下部安装有电极连接端子(106)；
所述检测计算部件(105)包括振荡器、电桥、电流传感器、电压传感器、积分器、参考器、缓冲器和放大器和数据处理器；充电/储能电池(102)之后依次连接有振荡器和电桥，电桥一端连接内埋中心发射电极(108)，另一端连接内埋接收电极(109)，电桥与内置电极结构(202)形成回路，电流传感器串联在回路中，电压传感器并联连接在回路中；积分器连接电流传感器、电压传感器和参考器；参考器依次连接缓冲器和放大器、数据处理器；
外置检测装置(201)与内置电极结构(202)采用分离设计，内置电极结构(202)所包含的所有零部件与真空灭弧室加工为一个整体；应用检测时，将外置检测装置(201)中的检测计算部件(105)下方的电极连接端子(106)与内置电极结构(202)中的内埋中心发射电极(108)和内埋接收电极(109)匹配安装。
2.根据权利要求1所述的一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：内埋中心发射电极(108)端部带有轴对称的多极尖端结构，在真空度测量过程中作为电子的发射极；内埋接收电极(109)端部的接收电极栅片(110)为圆筒状结构，在内埋中心发射电极(108)端部的多极尖端结构外围布置，在测量过程中作为电子的接收极；内埋接收电极(109)的数量为2～6个；内埋中心发射电极(108)端部的多极尖端结构距离接收电极栅片(110)内壁的距离d为0.01mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：内侧屏蔽罩(111)和外侧屏蔽罩(112)均带有孔状结构；内侧屏蔽罩(111)被外侧屏蔽罩(112)所包覆；内侧屏蔽罩(111)的开孔与外侧屏蔽罩(112)开孔位置交错布置，电子和微粒不能通过直线运动同时穿过内侧屏蔽罩(111)和外侧屏蔽罩(112)；
内侧屏蔽罩(111)的材料为导磁金属材料，而外侧屏蔽罩(112)为不导磁的金属材料；或者内侧屏蔽罩(111)的材料为不导磁金属材料，而外侧屏蔽罩(112)为导磁的金属材料。
4.根据权利要求1所述的一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：无线充电线圈(103)为环形结构或圆形结构；无线充电线圈(103)的法线方向与真空灭弧室导电杆的同心圆相切。
5.根据权利要求1所述的一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：所述内侧屏蔽罩(111)和外侧屏蔽罩(112)的形状为圆柱形、球形、矩形或者椭圆形。
6.根据权利要求1所述的一种带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置，其特征在于：内置电极结构(202)安装位置在真空灭弧室的静端盖板或者动端盖板上。
7.权利要求1至6任一项所述的带有真空灭弧室内埋电极的真空度检测装置的检测方法，其特征在于：在真空度的测量过程中，由充电/储能电池(102)向检测计算部件(105)供电；充电/储能电池(102)经过调节电阻、振荡器和电桥的作用产生脉冲或者振荡电压波形，通过导线施加在内置电极结构(202)中的内埋中心发射电极(108)和内埋接收电极(109)上；由检测计算部件(105)中的电压传感器和电流传感器对内埋中心发射电极(108)和内埋接收电极(109)之间的场致发射电压信号和电流信号进行测量；由积分器对于场致发射能量进行积分处理；由检测计算部件(105)中的参考器对场致发射的电流信号和电压信号以及场致发射单位时间能量进行模数转换，之后再由缓冲器和放大器对信号进行过滤和放大，最后由数据处理器信号进行对比分析，通过对比不同真空度下的标准电流波形和标准电压波形以及标准场致发射单位时间的能量，以此确定真空灭弧室内部的真空度；数据处理器产生的信号，通过无线发射装置(101)发出。
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