CN117854982A - 复合击穿路径真空度检测电极结构及应用的真空灭弧室 - Google Patents
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Abstract
一种复合击穿路径真空度检测电极结构及应用的真空灭弧室，该复合击穿路径真空度检测电极结构包括多组电极，各组电极具有不同的形状及击穿条件；多组电极组合均匀分布于真空灭弧室端部盖板的陶瓷绝缘体底座上，以此产生的效果是在各组电极上施加独立的电压条件时，不同的电极间隙在相同的真空度和气压条件下，通过不同击穿路径下不同电极结构、不同真空间隙的击穿结果的组合，显示出对应的真空度或者气体压力范围；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，且复合击穿路径真空度检测电极结构避免了单电极检测结构不能辨别高真空与大气环境的缺陷，提高了真空度在线监测功能的精确度。
Description
技术领域
本发明属于大电流真空断路器技术领域，具体涉及一种复合击穿路径真空度检测电极结构及应用的真空灭弧室。
背景技术
真空灭弧室由于其优异的绝缘性能以及环保特性，受到了电力系统的青睐。为了将真空灭弧室推往更高的电压等级，对真空灭弧室电极进行了一系列设计与工艺处理。真空开关当前已经达到126kV电压等级，但是在高电压等级真空开关的应用和推广过程中，面临真空灭弧室真空度在线监测这一技术难题。
传统的真空度监测方法存在许多的不足之处，至今未能大规模应用到真空灭弧室的在线监测中。首先传统的真空度监测装置大多过于笨重且冗余，难以应用到现场；其次传统的真空度检测技术无法实现带电时在线监测真空度状况，不能实时反应当前真空开关的真空好坏，所以存在一定的安全隐患；其三，单电极的真空度监测技术无法很好的区分高真空度、低真空度、低气体压力、高气体压力等状况，真空度检测精度无法保障。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明针对高电压等级真空灭弧室真空度在线检测这一行业难题，提出复合击穿路径真空度检测电极结构及应用的真空灭弧室。针对高电压等级真空灭弧室的真空度测量需求特征，结合高真空度、低真空度、低气体压力、高气体压力条件下金属电极间隙的击穿电压存在较大的差异，综合大量的金属间隙击穿试验数据，提出复合击穿路径真空度检测电极结构设计，实现高电压等级真空灭弧室真空度的检测，并且基于复合击穿路径设计，提升真空度检测精度。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合击穿路径真空度检测电极结构，所述复合击穿路径真空度检测电极结构位于真空灭弧室端部盖板上；包括多组不同形状的电极，外部配套电压施加装置以及外置击穿电流检测装置；为防止击穿干扰，对各组电极分别独立施加电压，且外部击穿电流分别独立检测；由于不同的电极形状会引起电场强度的不同畸变，同时在电极间隙的调整下，不同的电极形状在特定电压下引发击穿的真空度范围会存在显著差异，通过实验标定多组电极在特定电压及真空间隙下击穿的真空度范围，不同的电极击穿结果组合代表当前真空度的不同状况；观测在相同的真空度和气压条件下，各电极独立施加电压后，不同击穿路径下不同电极结构、不同间隙的击穿结果的组合，显示出对应的真空度或者气体压力范围。
所述复合击穿路径真空度检测电极结构201的阴极发射电极为具有差异性击穿特征的针电极、球电极、棒电极、板电极或环形电极组合；所述复合击穿路径真空度检测电极结构201的阳极收集电极形状为勺状、盒状、球状或椭球状。
所述复合击穿路径真空度检测电极结构201包括三组电极；三组电极为针电极102和针电极收集电极101，球电极104和球电极收集电极103，棒电极106和棒电极收集电极105；所述针电极收集电极101整体呈勺状，其柄状处与针电极102平行，勺部将针电极102端部包裹，保证了电子的收集效果；所述球电极收集电极103整体呈勺状，其柄状处与球电极104平行，勺部将球电极104端部包裹，保证了电子的收集效果；所述棒电极收集电极105整体呈勺状，其柄状处与棒电极106平行，勺部将棒电极106端部包裹，保证了电子的收集效果；所述三组电极贯穿并焊接在位于真空灭弧室端部盖板上的陶瓷绝缘体底座107上，且均匀分布；
所述针电极102和针电极收集电极101分别作为电极阴极和电极阳极，所述球电极104和球电极收集电极103分别作为电极阴极和电极阳极，所述棒电极106和棒电极收集电极105分别作为电极阴极和电极阳极；所述针电极102、球电极104、棒电极106的外部端子均接地，所述针电极收集电极101、球电极收集电极103、棒电极收集电极105上分别施加独立的电压；所述三组电极均置于真空灭弧室202内部，即三组电极处于相同的真空度和气压条件下。
所述复合击穿路径真空度检测电极结构201的针电极102、球电极104、棒电极106作为阴极发射电极，针电极收集电极101、球电极收集电极103、棒电极收集电极105作为阳极收集电极，阴极发射电极和阳极收集电极材料均为铜Cu、铜铬合金CuCr、铁Fe、钨W、铝Al材料的组合；所选的阴极发射电极材料和阳极收集电极材料应使不同电极组合击穿路径在巴申曲线左右支即低气压、高真空和高气压、低真空环境下具有明显差异。
所述复合击穿路径真空度检测电极结构201的各组电极的真空间隙不一致，需要根据具体电极形状和所选取的材料采用实验获得的不同的电极形状在特定电压下引发击穿的真空度范围最大差异所对应的间隙，提升真空度检测精度。
所述复合击穿路径真空度检测电极结构201安装位置在真空灭弧室的静端端部盖板111或者动端端部盖板121上。
一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括所述的复合击穿路径真空度检测电极结构201、静端端部屏蔽罩112、中央主屏蔽罩116、动端端部屏蔽罩120，与静端端部屏蔽罩112相焊接的静端端部盖板111，与静端端部盖板111相焊接的静端瓷壳113，与动端端部屏蔽罩120相焊接的动端端部盖板121，与动端端部盖板121相焊接的动端瓷壳119，还包括静端导电杆114和静触头115，动端导电杆118和动触头117。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)本发明在将实现符合结构需求的复合击穿路径真空度检测电极结构添加在真空灭弧室中的同时，几乎没有破坏真空灭弧室内部结构设计，保障了原本真空灭弧室自身的绝缘以及开断性能，可实现带电真空灭弧室真空度在线监测功能。
2)本发明结合高真空度、低真空度、低气体压力、高气体压力条件下金属电极间隙的击穿电压存在较大的差异，综合大量的金属间隙击穿试验数据，提出复合击穿路径真空度检测电极结构设计，可以实现多路径金属间隙击穿，实现高电压等级真空灭弧室真空度的检测。
3)本发明提出复合击穿路径中各个电极的差异化结构设计，通过不同路径的电极结构的差异化设计，使得不同电极组合击穿路径在巴申曲线左右支即低气压、高真空和高气压、低真空环境下具有明显差异，避免了单电极检测结构不能辨别高真空与大气环境的缺陷，提升了真空度检测精度。
附图说明
图1是复合击穿路径真空度检测电极结构安装位置示意图。
图2(a)和图2(b)是复合击穿路径真空度检测电极结构的前视图和立体图。
图3(a)和图3(b)是针电极组合结构的立体图和剖面图。
图4(a)和图4(b)是球电极组合结构的立体图和剖面图。
图5(a)和图5(b)是棒电极组合结构的立体图和剖面图。
图6是实验标定的多组电极在特定电压及真空间隙下击穿的真空度范围图。
图7是带有复合击穿路径真空度检测电极结构的真空灭弧室剖视图。
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。
如图1所示，复合击穿路径真空度检测电极结构201整体位于真空灭弧室的静端端部盖板111或者动端端部盖板121上，其中发射电极与收集电极交替分布，两个电极为一组，均匀分布在静端端部盖板111或者动端端部盖板121的陶瓷绝缘底座107上。
如图2(a)和图2(b)所示，复合击穿路径真空度检测电极结构201包括针电极102和针电极收集电极101，球电极104和球电极收集电极103，棒电极106和棒电极收集电极105；所述针电极收集电极101整体呈勺状，其柄状处与针电极102平行，勺部将针电极102端部包裹，保证了电子的收集效果；所述球电极收集电极103整体呈勺状，其柄状处与球电极104平行，勺部将球电极104端部包裹，保证了电子的收集效果；所述棒电极收集电极105整体呈勺状，其柄状处与棒电极106平行，勺部将棒电极106端部包裹，保证了电子的收集效果。
如图3(a)和图3(b)所示，针电极组合结构包括针电极102和针电极收集电极101；其中针电极102为阴极接地，作为发射电极发射电子；针电极收集电极101为阳极接外部电源正极，作为收集电极收集电子。针电极102与针电极收集电极101的电极材料可从铜(Cu)、铜铬合金(CuCr)、铁(Fe)、钨(W)、铝(Al)等材料中选取，电极间隙由实验获得的针电极组合结构在特定电压下引发击穿的真空度范围与其他电极组合结构存在最大差异时所确定。
如图4(a)和图4(b)所示，球电极组合结构包括球电极104和球电极收集电极103；其中球电极104为阴极接地，作为发射电极发射电子；球电极收集电极103为阳极接外部电源正极，作为收集电极收集电子。球电极104与球电极收集电极103的电极材料可从铜(Cu)、铜铬合金(CuCr)、铁(Fe)、钨(W)、铝(Al)等材料中选取，电极间隙由实验获得的球电极组合结构在特定电压下引发击穿的真空度范围与其他电极组合结构存在最大差异时所确定。
如图5(a)和图5(b)所示，棒电极组合结构包括棒电极106和棒电极收集电极105；其中棒电极106为阴极接地，作为发射电极发射电子；棒电极收集电极105为阳极接外部电源正极，作为收集电极收集电子。棒电极106与棒电极收集电极105的电极材料可从铜(Cu)、铜铬合金(CuCr)、铁(Fe)、钨(W)、铝(Al)等材料中选取，电极间隙由实验获得的棒电极组合结构在特定电压下引发击穿的真空度范围与其他电极组合结构存在最大差异时所确定。
如图6所示，由于不同的电极形状会引起电场强度的不同畸变，同时在电极间隙的调整下，不同的电极形状在特定电压下引发击穿的真空度范围会存在显著差异；实验标定三种电极组合形状在不同电极间隙下击穿的真空度范围，根据不同击穿路径下不同电极结构金属间隙距离的击穿结果的组合，判断当前的漏真空灭弧室漏气情况以及漏气系数α；为方便统一标准，取当前确定真空度范围区间内的典型特征值代表当前漏气率和漏气系数；如若棒电极组合、针电极组合以及球电极组合分别施加特定的电压UA、UB、UC后，三组电极间隙均未发生击穿，则此时的真空灭弧室真空度正常，漏气系数α＝0；如果仅有针电极组合发生击穿，则此时的真空灭弧室漏气20％，漏气系数α＝0.2；如果棒电极组合和针电极组合发生击穿，球电极组合未发生击穿，则此时的真空灭弧室漏气30％，漏气系数α＝0.3；如果三组电极间隙均发生击穿，则此时的真空灭弧室漏气60％，漏气系数α＝0.6；如果棒电极组合和球电极组合发生击穿，针电极组合未发生击穿，则此时的真空灭弧室漏气80％，漏气系数α＝0.8；如果仅有球电极组合发生击穿，则此时的真空灭弧室完全漏气，漏气系数α＝1。
如图7所示，一种带有复合击穿路径真空度检测电极结构的真空灭弧室包括置于真空灭弧室的静端端部盖板111或者动端端部盖板121上的复合击穿路径真空度检测电极结构201，主体部分由上往下依次为静端端部屏蔽罩112、中央主屏蔽罩116、动端端部屏蔽罩120，与静端端部屏蔽罩112相焊接的静端端部盖板111，与静端端部盖板111相焊接的静端瓷壳113，与动端端部屏蔽罩120相焊接的动端端部盖板121，与动端端部盖板121相焊接的动端瓷壳119，还包括静端导电杆114和静触头115，动端导电杆118和动触头117。
本发明不局限于上述优选实施方式，本领域的技术人员可以根据本发明的教导对本发明的一种复合击穿路径真空度检测电极结构及应用的真空灭弧室做出修改和变化。所有这些修改和变化均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构位于真空灭弧室端部盖板上；
包括多组不同形状的电极，外部配套电压施加装置以及外置击穿电流检测装置；为防止击穿干扰，对各组电极分别独立施加电压，且外部击穿电流分别独立检测；由于不同的电极形状会引起电场强度的不同畸变，同时在电极间隙的调整下，不同的电极形状在特定电压下引发击穿的真空度范围会存在显著差异，通过实验标定多组电极在特定电压及真空间隙下击穿的真空度范围，不同的电极击穿结果组合代表当前真空度的不同状况；观测在相同的真空度和气压条件下，各电极独立施加电压后，不同击穿路径下不同电极结构、不同间隙的击穿结果的组合，显示出对应的真空度或者气体压力范围。
2.根据权利要求1所述的一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)的阴极发射电极为具有差异性击穿特征的针电极、球电极、棒电极、板电极或环形电极组合；所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)的阳极收集电极形状为勺状、盒状、球状或椭球状。
3.根据权利要求2所述的一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)包括三组电极；
三组电极为针电极(102)和针电极收集电极(101)，球电极(104)和球电极收集电极(103)，棒电极(106)和棒电极收集电极(105)；所述针电极收集电极(101)整体呈勺状，其柄状处与针电极(102)平行，勺部将针电极(102)端部包裹，保证了电子的收集效果；所述球电极收集电极(103)整体呈勺状，其柄状处与球电极(104)平行，勺部将球电极(104)端部包裹，保证了电子的收集效果；所述棒电极收集电极(105)整体呈勺状，其柄状处与棒电极(106)平行，勺部将棒电极(106)端部包裹，保证了电子的收集效果；所述三组电极贯穿并焊接在位于真空灭弧室端部盖板上的陶瓷绝缘体底座(107)上，且均匀分布；
所述针电极(102)和针电极收集电极(101)分别作为电极阴极和电极阳极，所述球电极(104)和球电极收集电极(103)分别作为电极阴极和电极阳极，所述棒电极(106)和棒电极收集电极(105)分别作为电极阴极和电极阳极；所述针电极(102)、球电极(104)、棒电极(106)的外部端子均接地，所述针电极收集电极(101)、球电极收集电极(103)、棒电极收集电极(105)上分别施加独立的电压；所述三组电极均置于真空灭弧室(202)内部，即三组电极处于相同的真空度和气压条件下。
4.根据权利要求3所述的一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)的针电极(102)、球电极(104)、棒电极(106)作为阴极发射电极，针电极收集电极(101)、球电极收集电极(103)、棒电极收集电极(105)作为阳极收集电极，阴极发射电极和阳极收集电极材料均为铜Cu、铜铬合金CuCr、铁Fe、钨W、铝Al材料的组合；所选的阴极发射电极材料和阳极收集电极材料应使不同电极组合击穿路径在巴申曲线左右支即低气压、高真空和高气压、低真空环境下具有明显差异。
5.根据权利要求1所述的一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)的各组电极的真空间隙不一致，需要根据具体电极形状和所选取的材料采用实验获得的不同的电极形状在特定电压下引发击穿的真空度范围最大差异所对应的间隙，提升真空度检测精度。
6.根据权利要求1所述的一种复合击穿路径真空度检测电极结构，其特征在于：所述复合击穿路径真空度检测电极结构(201)安装位置在真空灭弧室的静端端部盖板(111)或者动端端部盖板(121)上。
7.一种真空灭弧室，其特征在于：所述真空灭弧室包括权利要求1-6任一项所述的复合击穿路径真空度检测电极结构(201)、静端端部屏蔽罩(112)、中央主屏蔽罩(116)、动端端部屏蔽罩(120)，与静端端部屏蔽罩(112)相焊接的静端端部盖板(111)，与静端端部盖板(111)相焊接的静端瓷壳(113)，与动端端部屏蔽罩(120)相焊接的动端端部盖板(121)，与动端端部盖板(121)相焊接的动端瓷壳(119)，还包括静端导电杆(114)和静触头(115)，动端导电杆(118)和动触头(117)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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