CN115188624A - 真空度检测装置、监测系统及真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空灭弧室的真空度检测装置、监测系统及真空灭弧室，真空灭弧室的真空度检测装置中，陶瓷绝缘外壳密封地固定于真空灭弧室的端面盖板上，所述陶瓷绝缘外壳为与所述端面盖板上的导电杆同轴心的圆环形结构，所述端面盖板和所述陶瓷绝缘外壳形成的密封区域开设与真空灭弧室连通的通孔；热电式真空传感器设于所述陶瓷绝缘外壳内部以检测真空灭弧室真空度，冷端固定于所述端面盖板，电极支承于所述冷端上，热电臂支承于所述电极上，热端层叠于所述热电臂上，热阻块层叠于所述热端上，加热装置层叠于所述热阻块上。

Description

真空度检测装置、监测系统及真空灭弧室

技术领域

本发明属于真空灭弧室真空度在线检测技术领域，特别是一种真空灭弧室的真空度检测装置、监测系统及真空灭弧室。

背景技术

真空断路器以真空为灭弧和绝缘介质，具有燃弧时间短，燃弧能量低，对触头的磨损少，允许开断次数多，适宜频繁操作、寿命长等优点。真空断路器不断向小型化和高电压等级发展，在电力领域的应用也越来越广泛。而真空断路器灭弧室中高真空环境是保证真空断路器优良性能的前提，因此，在真空断路器运行过程中，实现对真空灭弧室内真空度的实时监测就成为了真空断路器领域的重要研究内容。

对于真空灭弧室的制作采用的一次封排工艺，即先将真空灭弧室钎焊成几个部件，再在真空炉内完成排气、烘烤、钎焊封口的过程，在此工艺生产过程中，真空灭弧室的烘烤温度可高达800-900℃。对于传统的真空度检测方法，检测器件难以耐受高温，无法在真空灭弧室出厂时实现植入。在高温环境中，检测装置的寿命也很难得到保证。对于离线检测装置需要在真空灭弧室退出运行后再进行真空度的检测，对于缓慢漏气等问题无法实现实时的监测。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种真空灭弧室的真空度检测装置、监测系统及真空灭弧室，采用热电式真空传感器实现对真空灭弧室真空度的测量，热电式真空传感器各个部分均采用耐高温材料，解决了传统检测装置不耐高温、高温下检测精度降低等情况，可实现在真空灭弧室出厂时植入。真空度检测装置主体采用圆环形结构，占用空间小，应用范围广，可满足12kV及以上电压等级的中高压真空灭弧室真空度检测需求。该装置具有在线检测、实现简单、耐高温、寿命长的优点，具有工业应用的前景。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种真空灭弧室的真空度检测装置包括：

陶瓷绝缘外壳，其密封地固定于真空灭弧室的端面盖板上，所述陶瓷绝缘外壳为与所述端面盖板上的导电杆同轴心的圆环形结构，所述端面盖板和所述陶瓷绝缘外壳形成的密封区域开设与真空灭弧室连通的通孔；

热电式真空传感器，其设于所述陶瓷绝缘外壳内部以检测真空灭弧室真空度，所述热电式真空传感器包括，

冷端，其固定于所述端面盖板，通过所述端面盖板与导电杆进行传热，以保持传感器冷端温度相对稳定；

电极，其支承于所述冷端上；

热电臂，其支承于所述电极上；

热端，其层叠于所述热电臂上；

热阻块，其层叠于所述热端上；

加热装置，其层叠于所述热阻块上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置中，还包括，

导电片，其导电连接所述热电式真空传感器；

导线，其贯穿并焊接在陶瓷绝缘外壳上，所述导线导电连接所述导电片。

所述导线为连接热电式真空传感器的圆柱形导线，从陶瓷绝缘外壳处以及端面盖板处通过陶瓷嵌件引出，陶瓷嵌件焊接在所述端面盖板上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置中，所述热电式真空传感器为设在陶瓷绝缘外壳内的圆环形结构，其与所述端面盖板上的导电杆同轴心。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置中，陶瓷绝缘外壳密封地固定于端面盖板远离真空灭弧室的外侧，所述通孔设在端面盖板上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置中，陶瓷绝缘外壳密封地固定于端面盖板靠近真空灭弧室的内侧，所述通孔设在陶瓷绝缘外壳上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置中，所述端面盖板为真空灭弧室的静盖板或动盖板。

一种真空灭弧室监测系统包括，

所述的真空灭弧室的真空度检测装置；

温度传感器，其设在所述热阻块和加热装置之间以生成温度数据；

传感器接收模块，其接收所述真空度检测装置的检测信号和温度数据；

数据处理模块，并连接所述传感器接收模块以基于所述检测信号生成真空度数据以及基于所述温度数据调节所述加热装置的加热温度；

数据存储模块，其连接所述数据处理模块以接收和存储所述真空度数据；

数据监测模块，其连接所述数据处理模块，所述真空度数据超出预定阈值时，数据监测模块进行报警。

所述的真空灭弧室监测系统中，所述数据监测模块包括蜂鸣器或LED灯。

一种真空灭弧室包括，

陶瓷外壳，其为中空筒状结构；

静盖板，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳一端；

静导电杆，其穿设于所述静盖板的中心位置；

动盖板，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳另一端；

动导电杆，其穿设于所述动盖板的中心位置；

所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其设于所述动盖板或静盖板的上表面或者下表面且与所述导电杆同轴布置；

屏蔽罩，其设于所述陶瓷外壳内部。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明真空检测装置安装在与导电杆同轴心的端面盖板处，占用空间小，可满足检测装置小型化的需求，应用范围广，且对真空灭弧室的绝缘性能和工作性能不会造成影响，适用于12kV及以上电压等级的中高压真空灭弧室真空度检测需求；热电式真空传感器能够耐受真空灭弧室制作烘烤时的高温，实现在真空灭弧室出厂时就将检测装置植入真空灭弧室，不需要后期安装。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的真空度检测装置的局部放大示意图；

图3是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的真空度检测装置的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的真空度检测装置的热电式真空传感器结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的真空灭弧室的真空度检测装置的安装示意图；

图7是根据本发明一个实施例的监测系统的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图图1至图7更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图7所示，真空灭弧室的真空度检测装置包括，

陶瓷绝缘外壳11，其密封地固定于真空灭弧室的端面盖板上，所述陶瓷绝缘外壳11为与所述端面盖板上的导电杆同轴心的圆环形结构，所述端面盖板和所述陶瓷绝缘外壳11形成的密封区域开设与真空灭弧室连通的通孔；

热电式真空传感器13，其设于所述陶瓷绝缘外壳11内部以检测真空灭弧室真空度，所述热电式真空传感器13包括，

冷端131，其固定于所述端面盖板，通过端面盖板与导电杆进行传热，以保持传感器冷端温度相对稳定；

电极132，其支承于所述冷端131上；

热电臂133，其支承于所述电极132上；

热端134，其层叠于所述热电臂133上；

热阻块135，其层叠于所述热端134上；

加热装置136，其层叠于所述热阻块135上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，还包括，导电片，其导电连接所述热电式真空传感器13；

导线12，其贯穿并焊接在所述陶瓷绝缘外壳11上，所述导线12导电连接所述导电片。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，所述导线12为设在陶瓷绝缘壳体上表面的圆柱形导线12。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，所述热电式真空传感器13为设在陶瓷绝缘外壳11内的圆环形结构，其与所述端面盖板上的导电杆同轴心。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，陶瓷绝缘外壳11密封地固定于端面盖板远离真空灭弧室的外侧，所述通孔设在端面盖板上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，陶瓷绝缘外壳11密封地固定于端面盖板靠近真空灭弧室的内侧，所述通孔设在陶瓷绝缘外壳11上。

所述的真空灭弧室的真空度检测装置的优选实施例中，所述端面盖板为真空灭弧室的静盖板2或动盖板5。

在一个实施例中，由于热电式真空传感器中温差发电器件包括多对热电臂，其整体热阻由热电臂热阻和间隙所填充的空气部分热阻并联构成，当温差发电器件所处位置的真空度改变，导致间隙所填充的空气部分热阻改变，从而引起温差发电器件热阻改变，温差发电器件整体热阻改变会改变温度热电式真空传感器的分布，使得温差发电器件热端温度产生变化，并导致温差发电器件的输出电压发生变化。当热电式真空传感器两端温度恒定时，真空度改变是引起温差发电器件整体热阻改变的唯一因素，并由此引起温差发电器件输出电压变化以生成反映真空度的检测数据，由此实现对真空度的识别。基于此原理的热电式真空传感器，当其中的热阻组块满足热阻匹配原则即热阻块热阻与温差发电器件热阻相同和温差发电器件满足设计原则即热电臂对数尽可能多，保证传感器在200摄氏度温差下温差发电器件的输出电压大于500mV；占空比尽可能低，不超过10％；热电材料塞贝克系数尽可能大，需要达到200μV/K；热电臂部分热阻尽可能大，单个热电臂热阻至少需要达到400K/W时，可以实现对1e5Pa～1e-2Pa真空度范围的连续测量，能够很好的实现真空灭弧室中真空度的测量。

在一个实施例中，真空度检测装置安装在真空灭弧室端面盖板处，包括热电式真空传感器13、陶瓷绝缘体和贯穿并焊接在陶瓷绝缘体上的圆柱形导线12。热电式真空传感器13制作成圆环形安装在与导电杆同轴心位置，并通过导电片与陶磁绝缘体上导线12连接。陶瓷绝缘体焊接在真空灭弧室的端面盖板上，实现真空环境的密封。

所述热电式真空检测装置采用热电式真空传感器13检测真空灭弧室真空度。热电式真空传感器13包括冷端131、热端134、电极132、热电臂133、热阻块135、温度测量装置、加热装置136组成。热电式真空传感器13各组成部分均采用耐高温材料，可以耐受在真空灭弧室制造过程中装配、烘烤、钎焊时的高温。由于热电式真空传感器的耐温特性，所以热电式真空传感器可以与真空灭弧室其他部件组装成整体后在真空炉中完成排气、烘烤去气和钎焊封口的过程，这个过程的温度往往能达到900摄氏度，很大程度的限制了其他真空传感器的出厂植入。热电式真空传感器作为真空灭弧室的一个部件，不需要对真空灭弧室现有的工艺流程进行改变，可以实现出厂植入，便于实现真空灭弧室真空检测装置的推广使用。

所述热电式真空检测装置陶瓷绝缘体制作为圆环形作为热电式真空检测装置的绝缘外壳。陶瓷绝缘外壳11焊接在真空灭弧室的端面盖板上，热电式真空传感器13安装在陶瓷绝缘外壳11内部。陶瓷绝缘外壳11底部端面盖板处开有小孔和真空灭弧室连通，一方面使得热电式真空传感器13和真空灭弧室内真空度相同；另一方面，最小程度的减少了对原有真空灭弧室结构的破坏。

所述热电式真空传感器13冷端131焊接在真空灭弧室的端面盖板处，真空灭弧室端面盖板多为金属材质，有良好的导热性能。将热电式真空传感器的冷端焊接在端面盖板处，从而通过端面盖板直接对冷端131进行散热或者可以在端面盖板加装散热装置从而实现冷端131散热，以保持冷端温度的相对稳定。

所述热电式真空度检测装置真空度检测信号可以通过陶瓷绝缘体上导线12引出或者通过内置无线发射装置将检测信号发送给外部监测系统。

所述热电式真空度检测装置可以通过蓄电池、市电、电磁感应取能方式进行供电。

作为第二种实施方案，所述真空检测装置的结构还可以为：将真空检测装置安装于真空灭弧室端面盖板内侧，即位于真空灭弧室内部。其中，热电式真空传感器13的冷端131紧贴真空灭弧室的端面盖板，通过端面盖板直接对冷端131进行散热或在端面盖板加装散热装置从而实现冷端131散热，以保持冷端温度的相对稳定。端面盖板处开有槽口用来引出导线12，槽口处采用陶瓷绝缘体进行密封。导线12贯穿并焊接在陶瓷绝缘体上，实现导线12和端面盖板的绝缘。

一种真空灭弧室监测系统包括，

所述的真空灭弧室的真空度检测装置1；

温度传感器，其设在所述热阻块135和加热装置136之间以生成温度数据；

传感器接收模块，其接收所述真空度检测装置的检测信号和温度数据；

数据处理模块，并连接所述传感器接收模块以基于所述检测信号生成真空度数据以及基于所述温度数据调节所述加热装置136的加热温度；

数据存储模块，其连接所述数据处理模块以接收和存储所述真空度数据；

数据监测模块，其连接所述数据处理模块，所述真空度数据超出预定阈值时，数据监测模块进行报警。

在一个实施例中，监测系统包括传感器接收模块、数据处理模块、数据存储模块和数据监测模块。传感器接收模块接收真空度检测装置传输的检测信号，并将检测信号发送给数据处理模块，数据处理模块将接收的检测信号进行处理分析以后，得到对应的真空度。数据处理模块将真空度数据传送给数据存储模块和数据监测模块，数据监测模块控制显示真空度和对真空度下降进行报警。数据存储模块用于保存历史数据。数据处理模块还要处理来自温度测量装置传出的温度信号，并控制加热装置136对热电式真空传感器热端134进行加热。

参照图2至图3，所述的陶瓷绝缘外壳11钎焊于真空灭弧室端面盖板2上，陶瓷绝缘外壳内的端面盖板处开有与真空灭弧室连通的小孔，使得陶瓷绝缘外壳内部与真空灭弧室内部真空度一致。陶瓷绝缘外壳内部有同圆环形的热电式真空传感器。陶瓷绝缘外壳上有焊接贯穿绝缘外壳的导线，检测信号、温度数据等可以通过导线传送给外部监测系统。图4是热电式真空传感器的结构示意图，热电式真空传感器包括冷端131、电极132、热电臂133、热端134、热阻块135、加热装置136组成，并按照图示结构同样制作为圆环形安装在陶瓷绝缘外壳11内部。温度测量装置可以使用测温探头或安装在热阻块和加热装置之间用来测量加热的温度。热电式真空传感器的冷端焊接在真空灭弧室静端盖板2上，通过端面盖板对冷端进行散热。热电式真空传感器通过陶瓷绝缘外壳上的导线进行信号的传输和提供能量。热电式真空传感器各部分均采用耐高温材料，可以耐受在真空灭弧室制造过程中装配、烘烤、钎焊时的高温。实现出厂植入。

参照图5至图6，所述真空检测装置的结构还可以为：热电式真空传感器13制作为圆环形安装于真空灭弧室静盖板2或动盖板5内侧，即位于真空灭弧室内部。端面盖板处采用陶瓷嵌件11对真空灭弧室进行密封。陶瓷嵌件均匀开有圆孔用来引出导线12，导线从圆孔穿过并和封接陶瓷针式封接。热电式真空传感器直接安装于灭弧室内，可以不使用陶瓷绝缘外壳进行密封。真空检测装置的热电式真空传感器的冷端紧贴真空灭弧室的端面盖板，用以对冷端进行散热。检测信号可通过陶瓷嵌件上电极引出或通过无线传输的方式传送给外部监测系统。

真空灭弧室监测系统的一个实施例中，所述数据监测模块包括蜂鸣器或LED灯。

一种真空灭弧室包括，

陶瓷外壳4，其为中空筒状结构；

静盖板2，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳4一端；

静导电杆3，其穿设于所述静盖板2的中心位置；

动盖板5，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳4另一端；

动导电杆6，其穿设于所述动盖板5的中心位置；

所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其设于所述动盖板或静盖板的上表面或者下表面且与所述导电杆同轴布置；

屏蔽罩7，其设于所述陶瓷外壳4内部。

在一个实施例中，如图1所示，真空灭弧室包括有真空检测装置1、静盖板2、静导电杆3、陶瓷外壳4、动盖板5、动导电杆6、屏蔽罩7。静盖板2和动盖板5钎焊在陶瓷外壳4上。真空检测装置1安装在静端盖板2或动盖板5上。

本发明的热电式真空传感器与真空灭弧室连通，使测量得到的真空度为灭弧室内真空度的反映。真空检测信号可通过陶瓷绝缘体上导线引出或通过无线发射的方式发送给外部监测系统。外部监测系统通过对信号的分析处理得到灭弧室内真空度，实现对真空灭弧室真空度的实时监测。真空灭弧室的封装工艺需要在800-900℃的真空炉内完成排气、烘烤和器件的封口。本发明采用耐高温的热电式真空传感器用于真空度的检测，可以实现灭弧室出厂时完成植入。可用于真空灭弧室真空度的在线监测领域。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种真空灭弧室的真空度检测装置，其包括，

陶瓷绝缘外壳，其密封地固定于真空灭弧室的端面盖板上，所述陶瓷绝缘外壳为与所述端面盖板上的导电杆同轴心的圆环形结构，所述端面盖板和所述陶瓷绝缘外壳形成的密封区域开设与真空灭弧室连通的通孔；

热电式真空传感器，其设于所述陶瓷绝缘外壳内部以检测真空灭弧室真空度，所述热电式真空传感器包括，

冷端，其固定于所述端面盖板，通过所述端面盖板与导电杆进行传热；

电极，其支承于所述冷端上；

热电臂，其支承于所述电极上；

热端，其层叠于所述热电臂上；

热阻块，其层叠于所述热端上；

加热装置，其层叠于所述热阻块上。

2.根据权利要求1所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，优选的，还包括，

导电片，其导电连接所述热电式真空传感器；

导线，其贯穿并焊接在陶瓷绝缘外壳上，所述导线导电连接所述导电片。

3.根据权利要求2所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，所述导线为连接热电式真空传感器的圆柱形导线，从陶瓷绝缘外壳处以及端面盖板处通过陶瓷嵌件引出，陶瓷嵌件焊接在所述端面盖板上。

4.根据权利要求1所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，所述热电式真空传感器为设在陶瓷绝缘外壳内的圆环形结构，其与所述端面盖板上的导电杆同轴心。

5.根据权利要求1所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，陶瓷绝缘外壳密封地固定于端面盖板远离真空灭弧室的外侧，所述通孔设在端面盖板上。

6.根据权利要求1所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，陶瓷绝缘外壳密封地固定于端面盖板靠近真空灭弧室的内侧，所述通孔设在陶瓷绝缘外壳上。

7.根据权利要求1所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其中，所述端面盖板为真空灭弧室的静盖板或动盖板。

8.一种真空灭弧室监测系统，其特征在于，其包括，

根据权利要求1-7中任一项所述的真空灭弧室的真空度检测装置；

温度传感器，其设在所述热阻块和加热装置之间以生成温度数据；

传感器接收模块，其接收所述真空度检测装置的检测信号和温度数据；

数据处理模块，并连接所述传感器接收模块以基于所述检测信号生成真空度数据以及基于所述温度数据调节所述加热装置的加热温度；

数据存储模块，其连接所述数据处理模块以接收和存储所述真空度数据；

数据监测模块，其连接所述数据处理模块，所述真空度数据超出预定阈值时，数据监测模块进行报警。

9.根据权利要求8所述的真空灭弧室监测系统，其中，所述数据监测模块包括蜂鸣器或LED灯。

10.一种真空灭弧室，其特征在于，其包括，

陶瓷外壳，其为中空筒状结构；

静盖板，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳一端；

静导电杆，其穿设于所述静盖板的中心位置；

动盖板，其密封地钎焊于所述陶瓷外壳另一端；

动导电杆，其穿设于所述动盖板的中心位置；

根据权利要求1-7中任一项所述的真空灭弧室的真空度检测装置，其设于所述端面盖板上表面或者下表面且与所述导电杆同轴布置；

屏蔽罩，其设于所述陶瓷外壳内部。

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