一种密封电极及其应用的制作方法

1.本发明涉及防爆电器技术领域及高压电力领域，特别是一种密封电极及其应用。


背景技术：

2.防爆电气设备是按防爆标准设计制造的，在规定条件下不会引起周围爆炸性环境爆炸的电气设备，在易燃易爆环境中，一方面要限制它们在空气中的含量，另一方面要杜绝能够点燃可燃气体的温度，电气设备正常运行或事故状态下可能出现火花、电弧、热表面和热颗粒等，它们都可能成为点燃可燃气体的点火源。
3.电气设备中一般包含电极触点用于电流的通、断，如开关电极、继电器电极、电力通断电极等，然而在电流通、断时会产生电火花。


技术实现要素：

4.本质安全源于按gb3836.4—201标准，防爆电器分为隔爆型、增安型、本质安全型等种类，本质安全型电器设备的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。也就是说该类电器不是靠外壳防爆和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mj， 即瓦斯浓度为8.5%（最易爆炸的浓度）最小点燃能量。
5.本发明的目的是隔绝电器中电极通、断时产生的电火花，实现电器防爆效果。
6.本发明的另一目的是在密封腔体中对电极进行灭弧。
7.本发明的又一目的是在密封腔中注入绝缘耐压油制成浸油密封腔电极，用于高电压的通、断，有益于高压电力开关的小型化。
8.本发明的技术方案是：一种密封电极，其特征是：包括包括密封腔、电极触头1、电极触头2，电极触头1和电极触头2位于所述密封腔内，电极触头1和电极触头2在所述密封腔内相对移动形成闭合或开路。
9.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔中充满绝缘耐压油构成浸油密封电极。
10.所述的一种密封电极，其特征是：所述密封腔为柔性密封腔，所述柔性密封腔内有绝缘耐压油。
11.所述的一种密封电极，其特征是：在绝缘耐压油体积不变的约束条件下选取柔性密封腔的构造或形状使柔性密封腔拉伸状态的表面积/压缩状态的表面积符合两个电极触头间的行程要求。
12.所述的一种密封电极，其特征是：所述柔性密封腔为弹性密封腔。
13.所述的一种密封电极，其特征是：柔性密封腔为橄榄球状，并在球体上设置圆周折纹或波纹以便于拉伸和压缩。
14.所述的一种密封电极，其特征是：所述折纹或波纹由加强筋或结构筋定形。
15.所述的一种密封电极，其特征是：设置有储油囊和柔性密封腔相连通，柔性密封腔
被压缩时储油囊储存柔性密封腔内多余的绝缘耐压油，柔性密封腔被拉伸时储油囊排出绝缘耐压油至柔性密封腔。
16.所述的一种密封电极，其特征是：绝缘耐压油为变压器油。
17.所述的一种密封电极，其特征是：还包括驱动装置，用于驱动电极触头的接触和分离。
18.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔采用产气灭弧材料制成，在电极发生电火花时产生灭弧气体实现灭弧。
19.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔内保持真空实现真空灭弧。
20.进一步，密封腔内有吸气剂用于吸收密封腔内的气体是之保持真空。
21.进一步，吸气剂包裹在电极触头部分外围，当电极接触或分离时产生的电火花热量对吸气剂加热实现吸气剂的吸气功效。
22.再进一步，所述吸气剂为如下之一或其合金：锆、锂、钛。
23.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔由亚导体弹性材料制成。
24.进一步，亚导体弹性材料密封腔中充满绝缘耐压油构成浸油密封电极。
25.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔由绝缘弹性材料制成。
26.进一步，绝缘弹性材料密封腔中充满绝缘耐压油构成浸油密封电极。
27.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔中设置加强筋。
28.所述的一种密封电极，其特征是：密封腔由弹性件和密封套构成。
29.所述的一种密封电极，其特征是：密封套由硬质亚导体材料制成。
30.所述的一种密封电极，其特征是：密封套由硬质绝缘材料制成。
31.所述的一种密封电极，其特征是：弹性件为弹簧。
32.所述的一种密封电极，其特征是：所述亚导体材料的电阻值为1 0兆欧姆~1000兆欧姆。
33.所述的一种密封电极的应用，其特征是：所述密封电极应用于电力隔离搭桥、或负载开关、或隔离开关、或断路器、或继电器、或静电接地钳。
34.所述的一种密封电极应用于机电接地钳，其特征是：钳臂上还设置电极触头1、亚导体弹性密封腔、电极触头2、手触电极、弹性件，手触电极连接电极触头1，电极触头2连接地线，手触电极通过弹性件联接在钳臂上，电极触头1由弹性件的弹力f和电极触头2保持分离，弹力f 亚导体弹性密封腔的弹力之和小于钳体弹簧的弹力f，当手握动静电接地钳的钳臂直至钳口张开时电极触头1必然已经克服弹力f而压缩亚导体弹性密封腔，压缩过程中，人体静电通过手触电极、亚导体弹性密封腔的电阻对人体静电进行预释放，进一步压缩亚导体弹性密封腔使电极触头1和电极触头2接触导地，实现手触电极接地而完全释放人体静电。
35.进一步，亚导体弹性密封腔的电阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆。
36.本发明的有益效果是：隔离电气设备中电极触点通、断时产生的电火花，实现防爆效果。本发明的第二有益效果是在密封腔体中对电极进行灭弧。本发明的第三有益效果是在柔性密封腔体中注油构成浸油密封电极用于高压电力开关。
附图说明
37.图1为本发明装置原理图。
38.图2为本发明电极接通后的示意图。
39.图3为本发明密封腔中设置加强筋的实施方案。
40.图4为本发明应用于静电消除的电极触点。
41.图5为本发明应用于电磁开关结构及原理图。
42.图6为图5电磁开关增加释放电磁铁的实施方案。
43.图7为本发明密封腔由弹性件和密封套构成的实施方案。
44.图8为电极触头外围包裹吸气剂（吸气材料）的实施方案。
45.图9为本发明电极应用于一种安全释放人体静电的静电接地钳。
46.图10为浸油密封电极示意图。
47.图11为浸油密封电极密封腔设置折纹或波纹的示意图。
48.图12为浸油密封电极密封腔设置储油囊的示意图。
49.图13为本发明采用旋转电极触头的实施方案。
50.具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
51.图1为本发明装置原理图，本发明密封电极1000包括电极触头101、电极触头103，极触头101和电极触头103包裹在密封腔102中，电极触头101和电极触头103在密封腔102内相对移动形成闭合或开路，此时电火花被封闭在密封腔内实现防爆效果。密封腔102可以由绝缘弹性材料制成，如橡胶、软塑料等。图2为本发明电极接通后的示意图。
52.图3为本发明密封腔中设置加强筋的实施方案，在密封腔102的结构层中布置加强筋1021，目的是为了增加密封腔的强度以抵抗罩内电火花的烈度。
53.图4为本发明应用于静电消除的电极触点，基于专利申请2020100939195一种人体静电释放器，401为手触电极，402为接地导体，当手按动401手触电极时带动密封电极1000导通后通过接地导体402释放人体静电，同时将电火花封闭在密封腔内。在此应用中，密封腔可以由亚导体弹性材料制成用于人体静电预释放（避免静电释放时对人体产生的电击感），亚导体弹性材料的电阻值为1 0兆欧姆~1000兆欧姆。
54.图5为本发明应用于电磁开关结构及原理图，501电磁铁，502常开静触头，503常闭静触头，504为衔铁。驱动模块的电流通过电磁铁501使衔铁504发生吸合动作，产生各个触头的通断效果。
55.图6为图5电磁开关增加释放电磁铁的实施方案，增加释放电磁铁601，其作用是可以更加快速地使衔铁504复位。
56.本发明所述的电磁开关包括：电磁式电力隔离搭桥、电磁式负载开关、电磁式隔离开关、电磁式断路器、电磁式继电器。
57.图7为本发明密封腔由弹性件和密封套构成的实施方案，密封腔由弹性件701和密封套702构成，密封套可以由硬质绝缘材料制成，弹性件可以为弹簧。或作为另一种实施方案，密封套由硬质亚导体材料制成。
58.另外，密封腔可以采用产气灭弧材料制成，在电极发生电火花时产生灭弧气体实现灭弧，产气灭弧材料如：聚酰胺灭弧复合材料、氨基塑料、缩醛树脂、有机玻璃、红钢纸、反
白纸等。
59.图8为电极触头外围包裹吸气剂（吸气材料）的实施方案，该实施方案采用真空灭弧，密封腔内保持真空实现真空灭弧。进一步，密封腔内有吸气剂用于吸收密封腔内的气体是之保持真空。进一步，吸气剂801包裹在电极触头部分外围，当电极接触或分离时产生的电火花热量对吸气剂加热实现吸气剂的吸气功效。锆和锂及钛能强烈地吸收氮、氢、氧等气体，如将锆粉涂在电极产热部件的表面上，吸收真空管中的残余气体。
60.图9为本发明电极应用于一种安全释放人体静电的静电接地钳，考虑到人体本身会带有静电，即使接地钳是本质安全的，在防爆环境中人员操作仍然会产生电火花而产生不安全隐患。静电接地钳包括钳臂901、钳臂908、钳体弹簧902、钳口包括钳口夹唇903、905，钳口中有接地齿904，钳臂上设置电极触头101、电极触头103、亚导体弹性密封腔102、手触电极907、弹性件906，手触电极907连接电极触头101，电极触头103连接在地线上，手触电极907通过弹性件906联接在钳臂908上，电极触头101由弹性件906的弹力f和电极触头103保持分离，弹力f 亚导体弹性密封腔102的弹力之和小于钳体弹簧902的弹力f，当手握动静电接地钳的钳臂直至钳口张开时电极触头101必然已经克服弹力f而压缩亚导体弹性密封腔102，压缩过程中，人体静电通过手触电极907、亚导体弹性密封腔102的电阻进行人体静电预释放，进一步通过压缩亚导体弹性密封腔102使电极触头101和电极触头103接触，实现手触电极907接地而完全释放人体静电。进一步，亚导体弹性密封腔102的电阻值为10兆欧姆~1000兆欧姆。
61.人体电容一般为200pf，取人体电阻为10千欧姆，取亚导体弹性密封腔102的电阻值为330兆欧姆，根据rc曲线3秒后基本完成静电预释放，同时对人体也不产生触电感，残留电压小于100伏特，残留电压很低，当手触电极接地时不会对人产生触电感，同时低残留电压释放是本质安全的（能量小于0.28mj）。
62.另外，由于空气的击穿电压约3kv/mm，所以设计电极触头101和电极触头103的间距大于3mm即可满足大部分情况要求。
63.另外，做为另一种方案可以在密封腔中充满绝缘耐压油构成浸油密封电极，如采用变压器油，变压器油的耐电强度可达4000kv/cm以上，变压器油的成份主要是由环烷烃、烷烃和芳香烃构成，变压器油的相对介电常数ε在2.2-2.4之间。采用绝缘弹性材料制成的密封腔注入变压器油，利用弹性材料的弹性，两个电极触头可以在变压器油中移动，该浸油密封电极的优势是制造简单，使用方便，易于形成标准件。
64.浸油密封电极的密封腔由弹性材料制成，进一步可以理解为柔性浸油密封电极。
65.图10为浸油密封电极示意图，1001为电极驱动装置，如电磁铁、电机等，其作用是驱动电极触头101和电极触头103的接触和分离，1002为绝缘耐压油，如变压器油，1003为柔性密封腔体，柔性密封腔体的概念是基于电极可以相向运动，柔性的概念大于弹性，所以进一步可以为弹性密封腔体，在柔性密封腔体1003中注入的绝缘耐压油1002的体积应小于等于柔性密封腔体1003的最大容量，如果采用弹性材料则有较大的冗余度，具体形状可以制成橄榄球状，并在球体上设置圆周波纹以便于拉伸和压缩。
66.图11为浸油密封电极密封腔设置折纹或波纹的示意图，柔性密封腔体1003在拉伸时呈橄榄球状，压缩时向球形接近，在柔性密封腔体1003中注入绝缘耐压油1002，由于绝缘耐压油1002的体积不会随拉伸或压缩而改变，但绝缘耐压油1002的表面积会随着拉伸而变
大（相同体积的物质球形的表面积最小），绝缘耐压油1002的表面积即柔性密封腔体1003能够提供的内表面的面积，如果拉伸后柔性密封腔体1003能够提供的表面积不变则会导致无法拉伸（表面紧绷，即表面积不变导致的张力），所以设置折纹或波纹1101，压缩时，空隙1102被封闭或部分封闭后不提供表面积，拉伸时，空隙1102提供额外的表面积延伸，如此可以实现注油后的柔性密封腔体的拉伸和压缩，具体设计时计算折纹或波纹的数量和面积满足压缩和拉伸后两种状态导致的表面积变化（绝缘耐压油的体积不变）而产生的表面张力为零（理想状态），当然，可以采用弹性材料制作柔性密封腔做为张力调节。当然，可以采用弹性材料制作柔性密封腔体可以实现注油后的柔性密封腔体的拉伸和压缩。当然，可以在柔性密封腔体的横切圆周设置加强筋或加强箍。
67.图12为浸油密封电极密封腔设置储油囊的示意图，考虑到具体设计可能要考虑两个电极触头的拉伸距离比较远，柔性密封腔会发生体积变化，由于液体是不可压缩的，所以可以设置储油囊1201，储油囊1201的内腔和柔性密封腔1003的内腔连通，这样在压缩时储油囊1201吸收绝缘耐压油而膨胀，拉伸时储油囊1201排出绝缘耐压油而塌陷，这样可实现两个电极触头的移动。当然，可以结合图11方案同时设置折纹或波纹，进一步折纹或波纹由加强筋（或结构筋）支撑。
68.另外做为一种实施方案，在绝缘耐压油体积不变的约束下要求两个电极触头间的行程要大，所以表面积变化要大，采用球形为最小表面积的计算模型，柔性密封腔可采用正三棱锥形状，次之可以采用正方体（正方体表面积大约是球的1.24倍），柔性密封腔可以由弹性材料制造以便可以暂时固定所需要的形状（可以制造时定形，也可以采用弹性筋定形），由于表面积的冗余度大，所以两个电极触头间的移动空间也大。
69.图13为本发明采用旋转电极触头的实施方案，考虑到液体的不可压缩性，可以采用不改变液体容器形状的实施方案，设置旋转电极触头1301及旋转驱动装置1302，在旋转驱动装置1302的驱动下使旋转电极触头1301和电极触头101进行接触或分离。
70.浸油密封电极的特征是：包括包括柔性密封腔、电极触头1、电极触头2，电极触头1和电极触头2位于所述柔性密封腔内，所述柔性密封腔内有绝缘耐压油，电极触头1和电极触头2在所述柔性密封腔内相对移动形成闭合或开路。
71.所述的浸油密封电极，其特征：在绝缘耐压油体积不变的约束条件下选取柔性密封腔的构造或形状使柔性密封腔拉伸状态的表面积/压缩状态的表面积符合两个电极触头间的行程要求。
72.所述的浸油密封电极，其特征：柔性密封腔为橄榄球状，并在球体上设置圆周折纹或波纹以便于拉伸和压缩。
73.所述的浸油密封电极，其特征：所述折纹或波纹由加强筋定形。
74.所述的浸油密封电极，其特征：设置有储油囊和柔性密封腔相连通，柔性密封腔被压缩时储油囊储存柔性密封腔内多余的绝缘耐压油，柔性密封腔被拉伸时储油囊排出绝缘耐压油至柔性密封腔。
75.所述的浸油密封电极，其特征：还包括驱动装置，用于驱动电极触头的接触和分离。
76.所述的浸油密封电极，其特征：柔性密封腔为弹性密封腔。
77.所述的浸油密封电极，其特征：绝缘耐压油为变压器油。
78.浸油密封电极的电极引线可以覆盖耐压绝缘材料以避免两极间的空气击穿，这样浸油密封电极可以将高压电力开关小型化。
79.上述应用模式及规则均不限定本发明的方法及系统的基本特征，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。