一種帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于真空開(kāi)關(guān)技術(shù)，具體涉及一種帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，它包括鉬環(huán)、陶瓷套管、觸發(fā)極、觸發(fā)極凹槽、沿面絕緣層和觸發(fā)擋弧盤(pán)；觸發(fā)極軸對(duì)稱(chēng)形，其中部為圓臺(tái)形狀，上下兩端為圓柱體，陶瓷套管的軸向貫穿孔靠近主間隙一端設(shè)置有漸開(kāi)式斜槽，觸發(fā)極、陶瓷套管和鉬環(huán)由內(nèi)至外同軸布置，觸發(fā)極的圓臺(tái)的側(cè)面與陶瓷套管的貫穿孔漸開(kāi)式斜槽相配合，觸發(fā)極凹槽設(shè)置于鉬環(huán)外圍，形狀為漸開(kāi)式凹槽；沿面絕緣層設(shè)置于陶瓷套管位于觸發(fā)極凹槽內(nèi)的一端表面；觸發(fā)擋弧盤(pán)設(shè)置于觸發(fā)極位于主間隙一端的端面，以增大觸發(fā)極靠近主間隙一端端面的徑向面積。本發(fā)明增加了真空開(kāi)關(guān)的可靠性，提高了真空開(kāi)關(guān)的性能參數(shù)及使用壽命等。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及真空開(kāi)關(guān)技術(shù)，具體涉及一種帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]觸發(fā)真空開(kāi)關(guān)(后簡(jiǎn)稱(chēng)真空開(kāi)關(guān))屬于一種大功率的可控快速關(guān)合器件，主要由絕緣系統(tǒng)、主電極和觸發(fā)極三部份組成。若按照主電極結(jié)構(gòu)分類(lèi),真空開(kāi)關(guān)主要分為:平板電極型、運(yùn)動(dòng)電極型和多棒極型。真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)通常是由外部能量注入，引起整個(gè)間隙的擊穿。若按照觸發(fā)方式分類(lèi)，真空開(kāi)關(guān)主要分為:沿面擊穿型和場(chǎng)擊穿型。場(chǎng)擊穿型真空開(kāi)關(guān)對(duì)外觸發(fā)回路的要求較高，所需的觸發(fā)電壓有時(shí)高達(dá)幾十千伏，由此帶來(lái)的動(dòng)作時(shí)間的分散性較大，一般場(chǎng)擊穿型真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)精度在10 μ s (微秒)以?xún)?nèi)，有時(shí)可在上百微秒的范圍內(nèi)變動(dòng)，所以目前使用較多的還是為沿面擊穿型真空開(kāi)關(guān)。
[0003]目前沿面擊穿型真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電極存在以下問(wèn)題:1)傳統(tǒng)觸發(fā)極尖端曲率較小，一方面其對(duì)主間隙電場(chǎng)造成的畸變較大，難以避免會(huì)對(duì)真空開(kāi)關(guān)的耐壓及工作穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，容易造成自閃絡(luò)故障；另一方面，真空開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中很容易造成觸發(fā)極燒蝕退化，影響真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)性能；2)真空開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中，主間隙導(dǎo)通后，觸發(fā)沿面涂層缺少遮蔽，容易被噴濺在其表面的金屬蒸汽冷凝后覆蓋，從而導(dǎo)致觸發(fā)沿面耐壓下降，觸發(fā)電流減小，影響等離子的產(chǎn)生，進(jìn)而造成真空開(kāi)關(guān)無(wú)法正常觸發(fā)、觸發(fā)不穩(wěn)定、觸發(fā)時(shí)延增大等一系列問(wèn)題，縮短真空開(kāi)關(guān)的壽命。3)當(dāng)真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)沿面發(fā)生擊穿現(xiàn)象時(shí)，觸發(fā)沿面產(chǎn)生的初始等離子體能量較低，且向主間隙擴(kuò)散的橫截面有限，不能迅速進(jìn)入主間隙，從而影響真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于多種主電極形式的帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，旨在改進(jìn)上述缺陷，增加真空開(kāi)關(guān)的可靠性，提高真空開(kāi)關(guān)的性能參數(shù)及使用壽命等。
[0005]本發(fā)明提供的一種真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，它包括鑰環(huán)、陶瓷套管、觸發(fā)極、觸發(fā)極凹槽、沿面絕緣層和觸發(fā)擋弧盤(pán)；
[0006]鑰環(huán)和陶瓷套管均為帶軸向貫穿孔的圓柱體，陶瓷套管的軸向貫穿孔靠近主間隙一端設(shè)置有漸開(kāi)式斜槽，觸發(fā)極為軸對(duì)稱(chēng)形，其中部為圓臺(tái)形狀，上下兩端為圓柱體，圓柱體半徑與圓臺(tái)小端半徑相等，觸發(fā)極、陶瓷套管和鑰環(huán)由內(nèi)至外同軸布置，觸發(fā)極的圓臺(tái)的側(cè)面與陶瓷套管的貫穿孔漸開(kāi)式斜槽相配合；觸發(fā)極凹槽設(shè)置于鑰環(huán)、陶瓷套管及觸發(fā)極外圍，形狀設(shè)置為漸開(kāi)式凹槽；沿面絕緣層設(shè)置于陶瓷套管位于觸發(fā)極凹槽內(nèi)的一端表面；觸發(fā)擋弧盤(pán)設(shè)置于觸發(fā)極位于主間隙一端的端面，以增大觸發(fā)極靠近主間隙一端端面的徑向面積。
[0007]本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在以下優(yōu)點(diǎn):
[0008]1、觸發(fā)極頭部設(shè)有觸發(fā)擋弧盤(pán)，一方面增大了觸發(fā)極尖端的徑向面積，顯著減輕了觸發(fā)極的存在對(duì)主電場(chǎng)的畸變，從而提高了真空開(kāi)關(guān)的耐壓性能，降低了自閃概率，而且也減輕了真空開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中觸發(fā)極小曲率尖端的燒蝕退化現(xiàn)象，從而提高了真空開(kāi)關(guān)的可靠性和壽命；另一方面，避免了主間隙導(dǎo)通放電時(shí)金屬液滴噴濺冷凝覆蓋沿面絕緣層的可能性，從而增加真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)沿面的使用壽命。
[0009]2、觸發(fā)極與相鄰電極在觸發(fā)沿面附近形成軸對(duì)稱(chēng)的漸開(kāi)式凹槽(即觸發(fā)極凹槽)，觸發(fā)沿面位于凹槽底部，該設(shè)計(jì)在凹槽內(nèi)部構(gòu)造出一個(gè)由機(jī)械形狀改變導(dǎo)致的畸變的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，電力線(xiàn)分布由凹槽內(nèi)向外擴(kuò)散，觸發(fā)沿面產(chǎn)生的初始等離子體中的帶電粒子在這個(gè)畸變強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)獲得更好的加速，增大了初始等離子體向外擴(kuò)散的通道截面積，進(jìn)而使得觸發(fā)產(chǎn)生的初始等離子體能夠以更大的能量和數(shù)量進(jìn)入主間隙，最終形成放電通道和造成主間隙擊穿，減小了主間隙受觸發(fā)后的擊穿時(shí)延及抖動(dòng)，有利于改善觸發(fā)的可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)例提供的帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
[0011]圖中:1_低壓極；2_鑰環(huán)；3_陶瓷套管；4_觸發(fā)極；5_觸發(fā)極凹槽；6_沿面絕緣層；7-觸發(fā)擋弧盤(pán)；8-高壓極。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的帶擋弧盤(pán)的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，包括鑰環(huán)2、陶瓷套管3、觸發(fā)極4、觸發(fā)極凹槽5、沿面絕緣層6和觸發(fā)擋弧盤(pán)7。
[0014]真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電極在外形上采用同軸結(jié)構(gòu)，可以位于真空開(kāi)關(guān)的低壓極I，低壓極I采用耐燒蝕耐高溫金屬材料制成，如銅鉻合金，形狀設(shè)置為軸對(duì)稱(chēng)形，中心位置設(shè)置有軸向貫穿孔。鑰環(huán)2采用鑰棒制作，易加工、熱穩(wěn)定性好，形狀設(shè)置為圓柱體，中心位置設(shè)置有軸向貫穿孔，鑰環(huán)2從低壓極I貫穿孔伸入，設(shè)置于低壓極I中心位置。陶瓷套管3采用耐高溫陶瓷制成，形狀設(shè)置為圓柱體，中心位置設(shè)置有軸向貫穿孔，貫穿孔的一端設(shè)有軸向?qū)ΨQ(chēng)的漸開(kāi)式斜槽，陶瓷套管3從鑰環(huán)2貫穿孔伸入，設(shè)置于鑰環(huán)2中心位置。低壓極1、鑰環(huán)2及陶瓷套管3通過(guò)氬弧焊技術(shù)保證連接緊密可靠，同時(shí)保證低壓極I與鑰環(huán)2等電位。即陶瓷套管3隔離觸發(fā)極4與鑰環(huán)2，保證觸發(fā)極4和低壓極I在電氣上的絕緣。觸發(fā)極4采用無(wú)氧銅制作，易加工和定形、熱穩(wěn)定性好，形狀設(shè)置為軸對(duì)稱(chēng)形，其中部為圓臺(tái)形狀，圓臺(tái)直徑大的一端靠近電極主間隙，觸發(fā)極4上下兩端為圓柱體，圓柱體半徑與圓臺(tái)直徑小的一端半徑相等，觸發(fā)極4從陶瓷套管3貫穿孔伸入，設(shè)置于陶瓷套管3中心位置，其中，圓臺(tái)的側(cè)面與陶瓷套管3貫穿孔一端的漸開(kāi)式斜槽相配合，圓臺(tái)直徑大的一端底面與陶瓷套管3和鑰環(huán)2的底面相平齊。陶瓷套管3用于隔離低壓極I和觸發(fā)極4的電位，起著電氣絕緣的作用。觸發(fā)極凹槽5設(shè)置于鑰環(huán)2、陶瓷套管3及觸發(fā)極4外圍的低壓極I上，形狀設(shè)置為漸開(kāi)式凹槽，沿面觸發(fā)產(chǎn)生的等離子體通過(guò)此凹槽快速進(jìn)入讓間隙的真空介質(zhì)內(nèi)，降低擊穿電壓，保證觸發(fā)可靠性。沿面絕緣層6即觸發(fā)沿面，它采用半導(dǎo)體材料，沿面擊穿時(shí)能產(chǎn)生較多帶電粒子和電子，沿面絕緣層6設(shè)置于陶瓷套管3位于觸發(fā)極凹槽5內(nèi)的一端表面上，涂抹均勻且厚度較小，保證觸發(fā)極凹槽5內(nèi)的鑰環(huán)2表面、陶瓷套管3表面及觸發(fā)極4圓臺(tái)直徑大的一端底面相平齊。沿面絕緣層6也可以利用陶瓷套管3頂端的表面釉層即可。觸發(fā)擋弧盤(pán)7采用耐燒蝕耐高溫金屬材料制成，如銅鉻合金。為進(jìn)一步提高其技術(shù)效果，觸發(fā)擋弧盤(pán)7形狀最好為圓餅狀，邊緣倒圓角，半徑略大于陶瓷套管3的外半徑，設(shè)置于觸發(fā)極頭部，通過(guò)氬弧焊技術(shù)保證連接緊密可靠，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)極4與觸發(fā)擋弧盤(pán)7等電位，同時(shí)保證觸發(fā)擋弧盤(pán)7主間隙側(cè)表面與低壓極I主間隙側(cè)表面相平齊。
[0015]鑰環(huán)2與低壓極I及陶瓷套管3、觸發(fā)極4與陶瓷套管3及觸發(fā)擋弧盤(pán)7可以采用氬弧焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，保證相互間連接緊密，從而實(shí)現(xiàn)鑰環(huán)2與低壓極1、觸發(fā)極4與觸發(fā)擋弧盤(pán)7的電導(dǎo)通。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:真空開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電極工作過(guò)程中，鑰環(huán)2與觸發(fā)極4的圓臺(tái)直徑大的一端的沿面絕緣層6發(fā)生沿面放電，并產(chǎn)生較多的等離子體，等離子體中的帶電粒子經(jīng)由觸發(fā)極凹槽5可獲得更多動(dòng)能迅速地進(jìn)入間隙的真空介質(zhì)中，有利于觸發(fā)的穩(wěn)定可靠。觸發(fā)擋弧盤(pán)7增大了觸發(fā)極4尖端的徑向面積，一方面顯著弱化了觸發(fā)極的存在對(duì)主電場(chǎng)的畸變，也減輕了真空開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中觸發(fā)極4尖端的燒蝕，另一方面也遮蔽了金屬液滴噴濺，防止沿面涂覆層被金屬冷凝顆粒覆蓋，從而提高了真空開(kāi)關(guān)的使用壽命。
[0017]本發(fā)明中所述的高壓極I和低壓極8，在具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中也可認(rèn)為低壓極為接地電極(包括直接接地和通過(guò)其他電氣元件接地)。若本發(fā)明所述觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)在高壓極8中實(shí)現(xiàn)，也應(yīng)被視為本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式。
[0018]以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，它包括鑰環(huán)(2)、陶瓷套管(3)、觸發(fā)極(4)、觸發(fā)極凹槽(5)、沿面絕緣層(6)和觸發(fā)擋弧盤(pán)(7)； 鑰環(huán)(2)和陶瓷套管(3)均為帶軸向貫穿孔的圓柱體，陶瓷套管(3)的軸向貫穿孔靠近主間隙一端設(shè)置有漸開(kāi)式斜槽，觸發(fā)極(4)為軸對(duì)稱(chēng)形，其中部為圓臺(tái)形狀，上下兩端為圓柱體，圓柱體半徑與圓臺(tái)小端半徑相等，觸發(fā)極(4)、陶瓷套管(3)和鑰環(huán)(2)由內(nèi)至外同軸布置，觸發(fā)極(4)的圓臺(tái)的側(cè)面與陶瓷套管(3)的貫穿孔漸開(kāi)式斜槽相配合；觸發(fā)極凹槽(5)設(shè)置于鑰環(huán)(2)、陶瓷套管(3)及觸發(fā)極(4)外圍，形狀設(shè)置為漸開(kāi)式凹槽；沿面絕緣層(6)設(shè)置于陶瓷套管(3)位于觸發(fā)極凹槽(5)內(nèi)的一端表面；觸發(fā)擋弧盤(pán)(7)設(shè)置于觸發(fā)極(4)位于主間隙一端的端面，以增大觸發(fā)極(4)靠近主間隙一端端面的徑向面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，觸發(fā)擋弧盤(pán)(7)為圓餅狀，邊緣倒圓角，其半徑大于陶瓷套管(3)的外半徑，以減輕觸發(fā)極的存在對(duì)主電場(chǎng)的畸變，以及減輕真空開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中觸發(fā)極(4)小曲率尖端的燒蝕退化現(xiàn)象，并且避免主間隙導(dǎo)通放電時(shí)金屬液滴噴濺冷凝覆蓋沿面絕緣層的可能性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，低電極或高電極開(kāi)有且與鑰環(huán)(2)同軸的貫穿孔，觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)位于低電極或高電極該貫穿孔內(nèi)，所述觸發(fā)極凹槽(5)設(shè)置在所述低電極或高電極上，沿面觸發(fā)產(chǎn)生的等離子體通過(guò)觸發(fā)極凹槽(5)快速進(jìn)入主間隙的真空介質(zhì)內(nèi)，降低擊穿電壓，保證觸發(fā)可靠性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，觸發(fā)極(4)與觸發(fā)擋弧盤(pán)(7)之間緊密連接，保證觸發(fā)極(4)與觸發(fā)擋弧盤(pán)(7)的等電位。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鑰環(huán)(2)與陶瓷套管(3)、觸發(fā)極(4)與陶瓷套管(3)之間緊密連接，保證鑰環(huán)(2)與陶瓷套管(3)、觸發(fā)極(4)與陶瓷套管(3)之間的致密性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，沿面絕緣層(6)為半導(dǎo)體材料涂層，或者利用陶瓷套管(3)頂端的表面釉層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空開(kāi)關(guān)觸發(fā)電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，觸發(fā)極凹槽(5)內(nèi)的鑰環(huán)(2)表面、陶瓷套管(3)表面及觸發(fā)極(4)圓臺(tái)大端表面相平齊。
【文檔編號(hào)】H01H33/664GK103456555SQ201310329692
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】李黎, 謝龍君, 鮑超斌, 林福昌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)