一种智能化小型开关设备的制作方法

本发明涉及真空断路器领域，具体涉及一种智能化小型开关设备。

背景技术：

开关柜(switchgear cabinet)是一种电气设备，开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。开关柜(switchgear)的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关柜，中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。

开关柜在长期工作过程中，由于内部电气元件非常多，而内部操作空间又很小，因此这些电气元件在通电时产生的大量热量，会导致开关柜内温度急剧升高、气压增大，而当气压无法及时释放时，就会导致开关柜爆炸，带来具有的安全隐患和经济损失。现有技术中，开关柜防爆都是采用外排压力的方式，如泄压阀、防爆膜等，当气压上升较快时，这类结构无法快速释放柜内压力，依然会产生爆炸。

对于内部设置有真空断路器的开关柜而言，需要保持内部干燥。在空气潮湿的地区，开关柜内部容易受潮，不利于安全稳定的运行。对此，现有技术中的解决方式是在开关柜内部增设发热装置，加速进入开关柜柜体内部水分的蒸发速率，再借由开关柜所具有的换气通风孔等排出。然而这种方式的除湿效率低下，且容易导致柜体内部空气湿度很大，在电气安全性上也存在隐患。

真空断路器是在低压及中压领域极有前途的电力开断器件，它是以真空为绝缘和熄弧介质的开关电器。真空中气体分子极为稀少，电子与分子相碰撞的机会极少，故真空断路器的绝缘强度很高。真空断路器与其他类型断路器相比，具有安全可靠、寿命长、维修工作量小、不会污染环境等优点。断路器本体及车架固定在底盘车上，形成断路器手车。由于手车柜有很好的互换性，因此可以大大提高供电的可靠性。其具体工作原理为：断路器手车被推至工作位置后，操作机构通过绝缘拉杆及其他装置驱动真空灭弧室合闸，电流经上梅花触头引入，流经上出线座、上触臂、真空灭弧室内腔的动、静触头，通过下触臂、下梅花触头馈出至线路或设备，当遭遇故障跳闸或需停电检修设备时，操作机构接收到跳闸命令后动作，通过绝缘拉杆及其它装置带动真空灭弧室分闸，从而可解除对断路器手车的锁定，断路器手车可退至试验位置完成后续工作。

真空灭弧室是真空断路器的核心部分。为了实现电流的分断与灭弧，真空灭弧室内的压强一般不高于10^-2Pa。因此，真空度是决定真空灭弧室的开断性能的主要因素之一，真空度的降低将直接影响真空断路器的开断能力，严重时将导致其开断完全失效。因此，在实际应用领域迫切需要测量和记录运行中真空灭弧室的真空度。

实际应用中，真空灭弧室真空度的测试方法主要有以下几种：

(1)工频耐压法：对于不拆卸灭弧室的测试，真空断路器的真空灭弧室真空度检测现场一般采用工频耐压发，就是将真空断路器两触头拉至额定开距，逐渐增大触头间的工频电压至规定值，若能耐受电压1min，即可认为真空度合格，否则即为不合格。实践表明，采用工频耐压法检测严重劣质的真空灭弧室的真空度是一种简便有效的方法，但对处于临界状态的灭弧室则无能为力。对于两个或两个以上串联使用的真空灭弧室，工频耐压法不适用于同时检查串联灭弧室的真空度。此外，用于耐压实验的工频试验变压器体积大、笨重、操作不便，而且价格贵，不是每个输变电单位都有能力配置的。

(2)观察法：由于真空灭弧室内部真空度降低时常常伴随着电弧颜色改变及内部零件氧化，所以对玻璃外壳的真空灭弧室可以定期观察。正常时内部的屏蔽罩等部件表面颜色应该很明亮，在开断电流时发出的是蓝色弧光；当真空度严重降低时，内部颜色就会变得灰暗，在开断电流时将发现暗红色弧光。该方法只适用于对玻璃外壳真空灭弧室偶尔的定性检查。

(3)火红计法：采用火花探漏仪检测，检测时将火花探漏仪沿灭弧室表面移动，在其高频电场作用下内部有不同的发光情况。根据发光的颜色来鉴定真空灭弧室的真空度。这种方法操作简单，但只能进行定性的判断，适用于玻璃管真空灭弧室，且容易受人为因素影响。

(4)吸气剂颜色变化判定：在真空灭弧室制造时将玻璃管内壁蒸散一层吸气剂。该吸气剂一方面可以吸附管内残余气体维持高真空，另一方面吸气剂本身可以指示真空度。维护人员可以用肉眼根据吸气剂颜色变化来判断真空度好坏。同样的，该方法只适用于对玻璃外壳真空灭弧室偶尔的定性检查。

(5)磁控放电法：对于在制造过程中的真空灭弧室，其真空压力通常是用电离真空计来测定。当灭弧室制造完成后，其上带有的真空电离计规管便被摘下，此后灭弧室内的真空度常用含圆柱形励磁线圈的磁控放电法来测定。磁控放电法是测量成品灭弧室真空度的较好方法之一，也是目前唯一的重复性较好的定量测量方法。其原理是将真空灭弧室的触头拉开一定距离，在触头间施加一脉冲电压，以便在其间产生一强电场，同时在灭弧室触头间又施加一轴向强磁场。此时灭弧室内的电子在强电场和磁场的共同作用下做螺旋运动，并与灭弧室内残余气体分子发生碰撞电离，电离出来的离子在电场内形成离子电流。此离子电流与残余气体密度近似成正比。因此通过测定离子电流，便可知道灭弧室内的真空度。但是磁控放电法无法实现在线监测。

除了上述常见方法外，现有技术中对于真空灭弧室真空度的检测还有如下方法：高频放电法、高频电流法、耦合电容法、电光变换法、射线法等等。然而这些现有的真空灭弧室真空度测量方法均是需要检修人员在检修时才进行操作，都无法实现自动化的在线监测。现有技术中，也有人尝试在真空灭弧室内设置压力传感装置，但是，若压力传感装置使用有线方式传输信号，信号线穿过真空灭弧室时十分容易影响真空灭弧室的气密性，若压力传感装置使用无线监测(非接触式)方式，又会存在测量不准的问题。

此外，断路器工作过程中，若主回路温度过高，会加快加热和氧化，导致诸如触指融化脱落、触头烧毁、绝缘材料失效等现象，严重时甚至引起燃烧、爆炸。现有技术中对断路器触臂的监测方式都只能单一的对温度进行测量，无法与具体电流大小联动，导致测量结果只具有参考性，无法直接利用测量结果进行准确分析。

并且，现有的真空断路器一般有三个及以上的接地触头，相邻两个接地触头之间用绝缘板隔开以避免短路，绝缘板单独的或固连或铰接于开关设备内壁，接地位置与开关设备(真空断路器)的内壁之间仍然具有导通风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能化小型开关设备，以解决现有技术中开关柜防爆、除湿的效果较差，接地开关的绝缘板存在安全隐患，且真空灭弧室的真空度监测、触臂的电流与温度监测均难度较大的问题，实现提高防爆与除湿效果，使得设备能够小型化，并且简单、精确的对真空灭弧室的真空度进行在线监测，稳定的获取断路器触臂实时监测数据，便于将温度与电流信息联动处理的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种智能化小型开关设备，包括低压室、手车室、母线室、电缆室，所述母线室内设置上触头盒，所述手车室内设置有断路器手车、吸能装置，所述电缆室内设置有一体式互感器触头盒、接地开关；所述断路器手车包括与上出线座相连的上触臂，与下出线座相连的下触臂，所述上触臂用于与上触头盒相连，所述下触臂用于与一体式互感器触头盒相连，所述上出线座与下出线座之间连接真空灭弧室：

所述断路器手车还包括监测系统、触臂测量环形装置：

所述监测系统包括真空平衡腔、光纤，所述真空平衡腔与真空灭弧室之间通过平衡金属膜隔开，所述光纤的一端位于真空平衡腔内、另一端与监测单元相连，所述监测单元用于监测光纤传来的光强；

所述触臂测量环形装置套设在上触臂和/或下触臂上，包括感应电环、电流检测环，所述感应电环、电流检测环相互正对，感应电环与电流检测环之间连接中控系统，还包括固定在中控系统朝向感应电环或电流检测环圆心所在方向一侧的温度传感器；所述中控系统包括电源模块、无线通讯模块、处理模块；所述电源模块用于接收感应电环产生的电能并向无线通讯模块、处理模块、温度传感器供电；所述处理模块的输入端与电流检测环、温度传感器相连，所述处理模块的输出端与无线通讯模块相连；

所述手车室的内壁还设置吸能装置，所述吸能装置包括框架、隔板、发泡铝，所述框架固定在手车室内壁上，所述发泡铝的外廓与框架的内廓相匹配，所述发泡铝填塞至框架内，其中所述发泡铝的厚度大于框架的厚度；所述隔板固定在发泡铝朝向手车室内部的一侧表面；

所述接地开关位于绝缘板组件内，所述绝缘板组件包括固定在电缆室侧壁的背板、固定在背板左右两侧的侧板，所述侧板垂直于背板；背板、侧板均由绝缘材料制作而成；所述侧板包括从上往下依次分布的第一直板段、弧形板段、第二直板段，所述弧形板段的凹面朝向另一块侧板所在方向；所述背板上设置接地触头安装板，所述接地触头安装板用于安装接地触头，还包括从背板底部开设的第四凹槽，所述第四凹槽位于接地触头安装板的正下方；

还包括位于电缆室内的除湿系统，所述除湿系统包括加热装置、除湿装置，所述除湿装置的底部设置喇叭口，除湿装置的内部设置吸风器、冷凝仓，所述吸风器分别与喇叭口、冷凝仓连通，吸风器用于将空气从喇叭口吸至冷凝仓内；所述冷凝仓顶部设置排气口，冷凝仓底部连接排水管，所述排水管自上而下朝柜体外侧倾斜，且排水管伸出至开关设备外。

针对现有技术中高压真空断路器内真空灭弧室的真空度监测操作复杂、难以实时监测，且触臂的监测方式单一，温度测量结果无法与电流大小联动的问题，本发明中的监测系统用于监测真空灭弧室的真空度，触臂测量环形装置用于监测触臂的电流与温度信息：

所述监测系统包括真空平衡腔，真空平衡腔与真空灭弧室之间为平衡金属膜，光纤的一端位于真空平衡腔内、另一端与监测单元相连，所述监测单元用于监测光纤传来的光强，因此当真空灭弧室内真空度保持稳定时，平衡金属膜保持不动，通过光纤传至监测单元的光强保持不变，即能够判断真空灭弧室内真空度良好。当真空灭弧室泄露、真空度降低时，平衡金属膜两侧压差改变，平衡金属膜在压差作用下产生形变，其对光线的反射必然发生变化，此时通过光纤传至监测单元的光强则发生变化，即能够判断真空灭弧室可能泄露，监测单元即可发出警报提示工作人员进行检查确认。本申请的监测系统结构简单，通过平衡金属膜的弹性变形、借用光强变化来实现间接的对真空灭弧室内情况的实时监测，克服了现有技术中都需要工作人员在定期检修时才能对真空灭弧室的真空度进行检查的问题。此外，由于光纤是穿过的真空平衡腔，不会与真空灭弧室发生任何直接接触，因此相较于现有技术中需在真空灭弧室的内壁开孔穿线传输信号的方式，避免了对真空灭弧室气密性的干扰，并且光纤短距离传输光线的稳定性极高，能够保证十分优良的测量精度。此外，若真空平衡腔内光线先天不足，本领域技术人员还可根据需要灵活的设置光源为真空平衡腔提供稳定的光线。

所述触臂测量环形装置套设在上触臂和/或下触臂上，其中的感应电环、电流检测环均呈环状，便于直接套设在触臂上。其中感应电环用于得到感应电流，电流检测环用于实时监测断路器触臂内的电流大小，感应电环与电流检测环之间连接中控系统，中控系统首先起到连接作用，使得感应电环与电流检测环连接成整体。中控系统朝向感应电环或电流检测环圆心所在方向一侧的固定温度传感器，即是温度传感器是朝向断路器触臂所在方向的，并且中控系统内包括电源模块、无线通讯模块、处理模块，电源模块用于接收感应电环产生的感应电流并进行储存，这些储存起来的电能用于向无线通讯模块、处理模块、温度传感器供电，使得本申请能够稳定的保持自动工作，无需额外提供电力供给。处理模块的输入端与电流检测环、温度传感器相连，处理模块的输出端与无线通讯模块相连，因此电流检测环、温度传感器所实时监测的电流、温度信息首先传输至处理模块进行处理，之后传输至无线通讯模块，由无线通讯模块向外发送即可。本申请通过无线通讯模块来进行信号的发送，即可实现实时监测、保护断路器及开关设备的效果。本申请通过触臂测量环形装置，解决了现有技术中断路器触臂的监测方式单一，温度测量结果无法与电流大小联动的问题，实现了稳定的获取断路器触臂实时监测数据，能够将温度与电流信息联动处理的目的。

现有技术中，由于开关柜内具有大量的电气元件，一旦将设备小型化，就会导致狭小的空间内放热极快、无论是热量还是湿气都无法快速排出，导致爆炸风险极大。而本申请中，

在手车室内壁内部固定吸能装置，吸能装置包括框架、隔板、发泡铝，其中框架用于与手车室内壁固定，同时为发泡铝提供安装位置。由于发泡铝的外廓与框架的内廓相匹配，因此发泡铝能够直接填塞在框架内，框架也能够对发泡铝进行限位，使得发泡铝相对稳定。其中发泡铝的厚度大于框架的厚度，即是发泡铝靠近手车室的内壁中心的部分是伸出在框架外的。发泡铝朝向手车室内部的一侧表面固定隔板，从而通过隔板将发泡铝与手车室内部的断路器手车相隔开。本发明平时正常使用时，吸能装置不会对手车室内部的断路器手车带来任何干扰，当手车室内部温度攀升、压力快速升高时，升高的气压作用在发泡铝上，发泡铝在持续受压下开始逐渐变形挤压内部孔隙，根据能量守恒定律不断消耗高温高压气体的能量，进而避免手车室的内壁内部压力的进一步升高，减缓手车室的内壁内部气压升高速率，在压力达到极限之前为手车室内本就具有的各种泄压口或换气口提供出更多的泄压时间，从而显著降低手车室内部的气压上升速率。此外，当爆炸无法避免的发生时，爆炸冲击波瞬间作用在隔板与发泡铝上，发泡铝被瞬间压缩，由于框架的限位与阻挡，发泡铝位于框架外的部分会被压至向框架侧方展开，此过程中该部分发泡铝发生完全的形变，耗能极大，因此会吸收大量的冲击波动能；而位于框架内部的部分发泡铝无法向侧方展开，因此会朝向手车室内壁方向坍塌，能量穿过该部分发泡铝后冲击在手车室的内壁实现外排。本申请中借由框架、隔板、发泡铝的相互配合，能够在爆炸瞬间吸收大量能量，对爆炸冲击波采用吸收与外排相结合的方式来进行泄压，显著降低爆炸规模。本申请相较于现有技术中仅仅只通过泄压阀、防爆膜等外排能量的防爆方式而言，防爆能力、防爆效果都有显著提升。需要注意的是，本申请中发泡铝无法用现有技术中的其余吸能孔洞材料代替，因为只有发泡铝这种高强度的结构，才能够在被压缩、变形、坍塌的过程中吸收大量能量；并且现有技术中也没有发泡铝在本领域内用于吸能防爆的运用。

针对现有技术中真空断路器内的接地开关绝缘板存在安全隐患的问题，本申请对绝缘板进行改进，设置了专门的绝缘板组件，背板用于固定在电缆室的内壁，其上连接接地触头安装板，用于与接地开关的接地触头进行安装连接，其中接地触头安装板与接地触头之间的连接方式使用现有任意连接方式即可，如螺栓连接、卡接、夹持等均可。背板的左右两侧均设置侧板，因此通过两侧的侧板来从左右两侧包覆接地触头，确保相邻接地触头之间的充分隔离。由于每个接地触头都位于一个本申请内，因此对于相邻的两个接地触头而言，会有两块侧板在其间进行阻隔，相较于传统的单块绝缘方式明显具有更好的防窜防短路效果。本方案由于有背板与接地触头安装板的存在，接地触头与电缆室内壁之间也有双层隔离，因此接地触头与断路器内壁之间的导通风险显著降低，接地触头的绝缘安全性有显著提高。其中，侧板包括从上往下依次分布的第一直板段、弧形板段、第二直板段，所述弧形板段的凹面朝向另一块侧板所在方向，因此两块侧板上的弧形板段分别向外侧扩张，此区域两块侧板之间的空间明显增大，这种设置是为了给连接在接地触头安装板上的接地触头更宽阔的安装空间，便于工人安装与拆卸操作，同时此种设置也能够进一步的提高接地触头与侧板之间的安全距离，降低安全隐患。此外，本申请中在背板底部开设凹槽，凹槽位于接地触头安装板的正下方，该凹槽首先能够用于提高散热，使得接地检修过程中更多的热量能够向外散溢；并且接地触头所连接的接地导线能够通过所述凹槽卡在断路器内壁，如在电缆室内壁设置常见的线缆卡扣等结构，而本申请的凹槽能够使得接地导线在较短距离内就能够到达电缆室的内壁进行卡设，从而避免了接地导线在背板、侧板所围绕形成的空间内杂乱堆放缠绕的问题，确保接地导线能够尽快引至电缆室内壁进行规整。

此外，现有技术中开关柜除湿效率低下，一旦将开关柜小型化后，内部空气湿度极大，安全性较低，为此本申请提出的除湿系统，包括了加热装置和除湿装置，除湿装置通过吸风器从喇叭口将潮湿的空气吸入其中，并输送至冷凝仓内。由于空气被加热装置加热，空气中水分含量本就很高，因此潮湿的空气在冷凝仓内得以冷凝，冷凝出的液态水从底部的排水管处排走，而经过冷凝除湿后的空气从顶部的排气口处排走回到柜体内即可。水滴汇聚到排水管内，沿着排水管、在重力作用下排出至开关设备的外部。本申请将除湿装置与加热装置结合，加热装置负责将进入柜体的水分加速蒸发，在此基础之上，富含水蒸气的空气快速的被除湿装置吸走并进行处理，将水分排出柜体外，因此本申请相较于传统的仅仅依靠加热方式除湿的开关柜而言，除湿效率有显著提升；并且在除湿装置的作用下，能够保持柜体内部空气湿度处于较低水平，因此能够降低安全隐患，提高柜体内部的电气安全性，更加有利于开关柜的小型化。此外，由于本申请中除湿装置不断的吸入与排出空气，能够显著加剧开关柜内的空气流动速率，有利于提高内部水分的蒸发效率，还有利于提高内部与外界进行空气交换的效率。

所述真空灭弧室外侧设置传感仓，所述平衡金属膜将传感仓内部分为传压腔、真空平衡腔，所述传压腔与真空灭弧室连通。所述传感仓优选的与真空灭弧室的壳体一体成型。

所述监测单元能够发出激光，激光通过光纤传输至真空平衡腔内。监测单元通过光纤将激光稳定的传输到真空平衡腔内进而形成稳定的光源，本方案中光纤同时作为发射光源与反馈光线的通道，监测单元可以连续发射激光，也可优选的间断性的发射激光。

所述平衡金属膜为表面涂覆白漆的铝箔。表面涂覆白漆能够提高表面平整度，利于对光线的反射，降低对光线的吸收。

所述白漆包括以下重量份数的组分：醇酸树脂45～50份，分散剂4～6份，消泡剂0.2～0.5份，硫化锌10～15份，硫酸钡10～15份，二氧化钛25～30份，溶剂30～40份。本配方中二氧化钛作为最主要的增白剂，硫化锌与硫酸钡作为辅助增白剂，能够使得得到的油漆保证纯白，进一步降低对光线的吸收，从而反射更多的光线。此外，本方案中大量二氧化钛的加入，二氧化钛始终以固体微粒的形式存在在白漆中，涂覆在铝箔表面后，能够有利于铝箔表面形成漫反射，而在漫反射条件下，平衡金属膜发生形变时能够更加稳定的确保光纤接收到不同强度的光线，从而避免平衡金属膜发生镜面反射条件下，平衡金属膜形变前后光纤处光照强度变化不大的情况出现。

所述真空平衡腔的侧壁开设第一凹槽，所述第一凹槽与真空平衡腔之间由透明件隔开，第一凹槽内设置光源。本方案为另一种为真空平衡腔提供光源的方式。

优选的，所述透明件为真空玻璃。真空玻璃具有优良的隔热能力，能够避免光源发出的热量进入真空平衡腔内。

一种高压真空断路器真空度的在线监测方法，包括以下步骤：

(a)设置气密的真空平衡腔，使真空平衡腔与真空灭弧室之间通过平衡金属膜隔开；

(b)监测真空平衡腔内的光强：若真空平衡腔内的光强保持不变，判断真空灭弧室正常；若真空平衡腔内的光强发生变化，判断真空灭弧室泄露。

若真空灭弧室出现泄漏，真空平衡腔与真空灭弧室的压强不平衡，造成平衡金属膜变形，变形前后，平衡金属膜的反射光强不同，进而可实现实时监测灭弧室真空是否泄漏。

真空平衡腔内的光强通过插入至真空平衡腔内的光纤监测。光纤具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；且具有绝缘、无感应的电气性能和耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，能够耐受真空灭弧室的极端条件。

监测过程中向真空平衡腔提供光源。所述光源为通过光纤向真空平衡腔内传输的激光。

进一步的，所述感应电环与电流检测环同轴，且都套在触臂外；所述中控系统连接在感应电环、电流检测环的顶部，所述温度传感器设置在中控系统的下表面，且温度传感器与断路器触臂相接触。感应电环与电流检测环同轴，便于确保两者同时稳定的套在触臂上，中控系统连接在感应电环、电流检测环的顶部，而温度传感器设置在中控系统的下表面，此种结构能够使得在本装置整体的重力作用下，位触臂上方的温度传感器自然的与触臂稳定接触。

所述感应电环为电流互感器。所述电流检测环为罗氏线圈。所述处理模块为模数转换器。

所述感应电环或电流检测环的底端固定承托板，所述承托板的上表面设置与断路器触臂底部相匹配的凹槽。凹槽与断路器触臂的底部相匹配，从而通过凹槽为断路器触臂提供容置槽，使得断路器触臂的底部由凹槽进行包覆，由承托板来托住触臂测量环形装置，提高触臂测量环形装置的工作稳定性。

所述承托板的相对两侧均通过合页铰接夹持板，所述夹持板与承托板外壁之间通过拉簧连接。当断路器触臂放置在凹槽内时，两侧的夹持板由拉簧向内侧拉动，进而夹持板卡在断路器触臂的两侧，由夹持板从两侧将断路器触臂紧紧夹住，从而使得触臂测量环形装置与触臂之间的静摩擦力极大，提供本申请与触臂之间的相对连接稳定性，避免本申请沿着触臂的轴向轻易产生滑动位移，显著提高本申请在线监测过程中的稳定性。所述夹持板的内侧表面设置若干凸齿。通过凸齿来提高夹持板与触臂之间的摩擦阻力，进一步保证本申请的使用稳定性。

所述发泡铝的一侧表面与手车室内壁相贴、另一侧表面与隔板相贴；发泡铝在隔板表面的投影，完全落入隔板所处区域内；所述发泡铝朝向柜体内部的一侧表面设置若干相互平行的第三凹槽。发泡铝与柜体、内壁之间充分贴合，提高压力传递的效率。隔板表面积大于发泡铝朝向手车室内部一侧的面积，确保隔板对发泡铝的充分遮挡，同时使得柜体内部的高压能够更多的通过隔板间接作用在发泡铝上，提高对发泡铝的使用效率，更加充分的利用发泡铝的吸能效果。当爆炸发生时，冲击波瞬间抵达发泡铝表面，发泡铝会从第三凹槽周围向第三凹槽内部凹陷围拢。又由于第三凹槽是位于发泡铝朝向手车室内部的一侧表面，即是位于框架外的部分，所以根据前述记载该部分发泡铝本会被压至向框架侧方展开。所以本方案中，发泡铝边缘部分向框架侧方展开，而中心部分又向各第三凹槽内部聚集收拢，此时的发泡铝内部同时受到两种反向的作用力牵引，发泡铝的内摩擦效应极大，因此通过第三凹槽的设置能够更加显著的增大发泡铝的吸能耗能效果，进一步提高吸能防爆的效果。

所述隔板为镀锌钢板；所述发泡铝的密度为金属铝的0.1～0.4倍、弯比刚度为钢的1.5倍、阻尼性能为金属铝的5～10倍、声波频率800～4000HZ、电磁波频率2.6～18GHz、孔隙率80～90％。

所述发泡铝与隔板之间钎焊连接或通过粘接剂粘接；所述钎焊连接过程中，需要使用真空焊接工艺或氮气保护工艺，并使用Al-Si钎料作为中间层，焊接完成后在585～600℃温度下保温5～15min。发泡铝与钢之间存在诸多物理性能差异，使得二者难以焊接。传统的焊接方法存在易烧穿、易形成脆弱的铁、铅金属间化合物的问题，很难得到良好接头；而若采用摩擦焊、超声波焊、冷压焊等方式，又会受到焊件形状的限制不便施工。因此本方案中采用Al-Si钎料作为中间层进行钎焊，具有加热温度低、焊接稳定、变形小、焊缝很小的优点。焊接完成后的保温时间和温度能够相互互补，有利于得到较好的钎焊接头。

所述接地触头安装板通过螺栓固定在背板上；所述第一直板段、第二直板段均为波纹板；所述背板、侧板一体成型。螺栓还可以向电缆室的侧壁延伸，进而通过该螺栓将本申请中的接地触头安装板、背板同时固定在电缆室内壁上。优选的，还可以利用该螺栓来同时连接接地触头。波纹板作为第一直板段、第二直板段能够显著增大第一直板段、第二直板段的两侧的表面积，从而提高第一直板段、第二直板段的散热效果；其次还能够提高第一直板段、第二直板段抗外力冲击与破坏的能力，延长本申请的防爆寿命。

所述第四凹槽呈方形，第四凹槽的相对两侧壁之间固定若干相互平行的连杆，所述连杆也由绝缘材料制作而成；若干连杆等间距分布；所述连杆上沿自身轴线方向均匀分布若干向上凸起的圆柱。当接地导线长度过长时，能够将其在连杆上缠绕若干圈后再穿过第四凹槽，或依次绕过若干根连杆来实现对导线长度的消耗，从而进一步避免接地导线杂乱堆放缠绕的问题。圆柱能够对穿过或缠绕在连杆上的接地导线进行限位，使得一根接地导线稳定的分布在相邻两个圆柱之间，避免水平滑移，从而进一步提高对接地导线的稳定效果。

所述冷凝仓的侧壁固定若干冷凝金属片，所述冷凝金属片分为高、低两排，且两排冷凝金属片交错排布；所述冷凝仓的底面为两侧高、中间低的斜面，所述排水管连接在冷凝仓底面的最低位置；所述除湿装置与加热装置之间设置有挡板，所述喇叭口在挡板顶面的投影，完全位于挡板顶面的区域内。潮湿的水蒸气冲击在冷凝金属片上，水蒸气能够快速的在冷凝金属片表面凝结。两排冷凝金属片交错排布，即是指对于相邻两块冷凝金属片而言，一块位于上排、另一块位于下排。这种布置能够使得空气在冷凝仓内流动的过程中，能够与更多、更大面积的冷凝金属片相接触，从而充分的进行除湿。此外交错排布的冷凝金属片还能够提高空气在冷凝仓内的行程长度，使得空气内的水蒸气更加充分被冷凝。冷凝仓的底面为两侧高、中间低的斜面，便于冷凝水在重力作用下向中间低位汇聚，进而流入排水管中，避免冷凝水在冷凝仓内的堆积，确保冷凝水能够及时排出。通过挡板的阻隔，避免经加热装置加热的空气直接被除湿装置吸收，使得热空气能够充分散溢到柜体内部各种进行热交换，提高柜内各处水分的蒸发效率。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种智能化小型开关设备，监测系统的结构与操作均极其简单，通过平衡金属膜的弹性变形、借用光强变化来实现间接的对真空灭弧室内情况的实时监测，克服了现有技术中都需要工作人员在定期检修时才能对真空灭弧室的真空度进行检查、无线实时在线监测的问题。

2、本发明一种智能化小型开关设备，由于光纤是穿过的真空平衡腔，不会与真空灭弧室发生任何直接接触，因此相较于现有技术中需在真空灭弧室的内壁开孔穿线传输信号的方式，避免了对真空灭弧室气密性的干扰，并且光纤短距离传输光线的稳定性极高，能够保证十分优良的测量精度。

3、本发明一种智能化小型开关设备，触臂测量环形装置能够稳定的保持自动工作，无需额外提供电力供给。处理模块的输入端与电流检测环、温度传感器相连，处理模块的输出端与无线通讯模块相连，因此电流检测环、温度传感器所实时监测的电流、温度信息首先传输至处理模块进行处理，之后传输至无线通讯模块，由无线通讯模块向外发送即可。通过无线通讯模块来进行信号的发送，即可实现实时监测、保护断路器及开关设备的效果。触臂测量环形装置解决了现有技术中断路器触臂的监测方式单一，温度测量结果无法与电流大小联动的问题，实现了稳定的获取断路器触臂实时监测数据，能够将温度与电流信息联动处理的目的。

4、本发明一种智能化小型开关设备，当内部温度攀升、压力快速升高时，升高的气压作用在发泡铝上，发泡铝在持续受压下开始逐渐变形挤压内部孔隙，根据能量守恒定律不断消耗高温高压气体的能量，进而避免柜体内部压力的进一步升高，减缓柜体内部气压升高速率，在压力达到极限之前为柜体本就具有的各种泄压口或换气口提供出更多的泄压时间，从而显著降低柜体内部的气压上升速率。当爆炸无法避免的发生时，爆炸冲击波瞬间作用在隔板与发泡铝上，发泡铝被瞬间压缩，由于框架的限位与阻挡，发泡铝位于框架外的部分会被压至向框架侧方展开，此过程中该部分发泡铝发生完全的形变，耗能极大，因此会吸收大量的冲击波动能；而位于框架内部的部分发泡铝无法向侧方展开，因此会朝向手车室内壁方向坍塌，能量穿过该部分发泡铝后冲击在柜体侧壁实现外排。

5、本发明一种智能化小型开关设备，通过两侧的侧板来从左右两侧包覆接地触头，确保相邻接地触头之间的充分隔离。由于每个接地触头都位于一个本申请内，因此对于相邻的两个接地触头而言，会有两块侧板在其间进行阻隔，相较于传统的单块绝缘方式明显具有更好的防窜防短路效果。由于有背板与接地触头安装板的存在，接地触头与真空断路器内壁之间也有双层隔离，因此接地触头与断路器内壁之间的导通风险显著降低，接地触头的绝缘安全性有显著提高。两块侧板上的弧形板段分别向外侧扩张，此区域两块侧板之间的空间明显增大，便于工人安装与拆卸操作，同时也能够进一步的提高接地触头与侧板之间的安全距离，降低安全隐患。

6、本发明一种智能化小型开关设备，将除湿装置与加热装置结合，加热装置负责将进入柜内的水分加速蒸发，在此基础之上，富含水蒸气的空气快速的被除湿装置吸走并进行处理，将水分排出柜体外，因此本申请相较于传统的仅仅依靠加热方式除湿的开关柜而言，除湿效率有显著提升；并且在除湿装置的作用下，能够保持柜体内部空气湿度处于较低水平，因此能够降低安全隐患，提高柜体内部的电气安全性。此外，由于本申请中除湿装置不断的吸入与排出空气，能够显著加剧柜体内的空气流动速率，有利于提高柜体内部水分的蒸发效率，还有利于提高柜体内部与外界进行空气交换的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中断路器手车的剖视图；

图2为本发明具体实施例中监测系统的示意图；

图3为本发明具体实施例中传压腔的示意图；

图4为本发明具体实施例中触臂测量环形装置的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中触臂测量环形装置的侧视图；

图6为本发明具体实施例触臂测量环形装置的中控系统连接示意图；

图7为本发明具体实施例中触臂测量环形装置的结构示意图；

图8为本发明具体实施例中承托板的局部示意图；

图9为本发明具体实施例中吸能装置的结构示意图；

图10为本发明具体实施例中吸能装置的侧视图；

图11为本发明具体实施例中发泡铝的示意图；

图12为本发明具体实施例中绝缘板组件的结构示意图；

图13为本发明具体实施例中绝缘板组件的结构示意图；

图14为本发明具体实施例中除湿系统的示意图；

图15为本发明具体实施例中冷凝仓的透视图；

图16为本发明具体实施例的整体剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-断路器操动机构，2-真空灭弧室，3-传感仓，301-平衡金属膜，302-真空平衡腔，303-光纤，304-传压腔，4-监测单元，5-第一凹槽，6-透明件，7-光源，8-固封极柱，9-绝缘拉杆，10-断路器触头，11-触臂测量环形装置，111-感应电环，112-中控系统，113-温度传感器，114-电流检测环，115-承托板，116-第二凹槽，117-夹持板，118-拉簧，12-底盘车，13-车架，14-上出线座，15-上触臂，16-上梅花触头，17-下出线座，18-下触臂，19-下梅花触头，20-低压室，21-手车室，22-母线室，23-电缆室，24-母线套管，25-一体式互感器触头盒，26-吸能装置，27-接地开关，28-加热装置，29-智能除湿装置，30-避雷器，31-断路器手车，32-框架，33-隔板，34-发泡铝，35-第三凹槽，36-背板，37-第一直板段，38-弧形板段，39-第二直板段，40-接地触头安装板，41-第四凹槽，42-螺栓，43-连杆，44-圆柱，45-喇叭口，46-吸风器，47-冷凝仓，48-排气口，49-排水管，50-冷凝金属片，51-陶瓷挂钩，52-挡板，53-上触头盒。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种智能化小型开关设备，如图16、图1所示，包括低压室20、手车室21、母线室22、电缆室23，所述母线室22内设置上触头盒53，所述手车室21内设置有断路器手车31、吸能装置26，所述电缆室23内设置有一体式互感器触头盒25、接地开关27；所述断路器手车31包括与上出线座14相连的上触臂15，与下出线座17相连的下触臂18，所述上触臂15用于与上触头盒53相连，所述下触臂18用于与一体式互感器触头盒25相连，所述上出线座14与下出线座17之间连接真空灭弧室2：所述断路器手车31还包括监测系统、触臂测量环形装置11：

所述监测系统如图2所示，包括真空平衡腔302、光纤303，所述真空平衡腔302与真空灭弧室2之间通过平衡金属膜301隔开，所述光纤303的一端位于真空平衡腔302内、另一端与监测单元4相连，所述监测单元4用于监测光纤303传来的光强；

所述触臂测量环形装置11如图4至图6所示，套设在上触臂15和下触臂18上，包括感应电环111、电流检测环114，所述感应电环111、电流检测环114相互正对，感应电环111与电流检测环114之间连接中控系统112，还包括固定在中控系统112朝向感应电环111或电流检测环114圆心所在方向一侧的温度传感器113；所述中控系统112包括电源模块、无线通讯模块、处理模块；所述电源模块用于接收感应电环111产生的电能并向无线通讯模块、处理模块、温度传感器113供电；所述处理模块的输入端与电流检测环114、温度传感器113相连，所述处理模块的输出端与无线通讯模块相连；

所述手车室21的内壁还设置如图9至11所示的吸能装置26，所述吸能装置26包括框架32、隔板33、发泡铝34，所述框架32固定在手车室21内壁上，所述发泡铝34的外廓与框架32的内廓相匹配，所述发泡铝34填塞至框架32内，其中所述发泡铝34的厚度大于框架32的厚度；所述隔板33固定在发泡铝34朝向手车室21内部的一侧表面；

优选的，如图16所示，吸能装置26不仅设置在手车室21内，还设置在电缆室23内。

所述接地开关27位于如图12所示的绝缘板组件内，所述绝缘板组件包括固定在电缆室23侧壁的背板36、固定在背板36左右两侧的侧板，所述侧板垂直于背板36；背板36、侧板均由绝缘材料制作而成；所述侧板包括从上往下依次分布的第一直板段37、弧形板段38、第二直板段39，所述弧形板段38的凹面朝向另一块侧板所在方向；所述背板36上设置接地触头安装板40，所述接地触头安装板40用于安装接地触头，还包括从背板36底部开设的第四凹槽41，所述第四凹槽41位于接地触头安装板40的正下方；

还包括位于电缆室23内的除湿系统，如图14与图15所示，除湿系统包括加热装置28、除湿装置29，所述除湿装置29的底部设置喇叭口45，除湿装置29的内部设置吸风器46、冷凝仓47，所述吸风器46分别与喇叭口45、冷凝仓47连通，吸风器46用于将空气从喇叭口45吸至冷凝仓47内；所述冷凝仓47顶部设置排气口48，冷凝仓47底部连接排水管49，所述排水管49自上而下朝柜体外侧倾斜，且排水管49伸出至开关设备外。

本实施例中，真空灭弧室2外侧设置传感仓3，所述平衡金属膜301将传感仓3内部分为传压腔304、真空平衡腔302，所述传压腔304与真空灭弧室2连通。所述监测单元4能够发出激光，激光通过光纤303传输至真空平衡腔302内。监测单元4与光纤303连接，光纤303与真空平衡腔302连接，平衡金属膜301设在真空灭弧室2内，真空平衡腔302与真空灭弧室2为一体化结构。监测单元4通过光纤303将激光传输到真空平衡腔302内，平衡金属模301能够反射光。当断路器真空灭弧室2的真空度出现泄漏后，真空灭弧室2的压强大于真空平衡腔302内的压强，造成平衡金属膜301的变形和光的反射变化，光纤303再将光传输到监测单元4，可根据光强曲线判断真空灭弧室是否出现真空泄漏。

本实施例结构紧凑，利用吸能装置与除湿系统的共同作用，并配合触臂测量环形装置11来进行实时监控，有效实现了设备的小型化。

实施例2：

如图3所示，本实施例与实施例1的区别是：所述真空平衡腔302的侧壁开设第一凹槽5，所述第一凹槽5与真空平衡腔302之间由透明件6隔开，所述第一凹槽5内设置光源7。所述透明件6为真空玻璃。

优选的，平衡金属膜301为表面涂覆白漆的铝箔。所述白漆包括以下重量份数的组分：醇酸树脂45～50份，分散剂4～6份，消泡剂0.2～0.5份，硫化锌10～15份，硫酸钡10～15份，二氧化钛25～30份，溶剂30～40份。

实施例3：

如图7与图8所示的用于真空断路器的触臂测量环形装置，在实施例1的基础上，所述感应电环111与电流检测环114同轴，且都套在上触臂15、下触臂18外；所述中控系统112连接在感应电环111、电流检测环114的顶部，所述温度传感器113设置在中控系统112的下表面，且温度传感器113与上触臂15、下触臂18相接触。所述感应电环111或电流检测环114的底端固定承托板115，所述承托板115的上表面设置与上触臂15、下触臂18底部相匹配的第二凹槽116。所述承托板115的相对两侧均通过合页铰接夹持板117，所述夹持板117与承托板115外壁之间通过拉簧118连接；所述夹持板117的内侧表面设置若干凸齿。

其中，所述感应电环111为电流互感器；所述电流检测环114为罗氏线圈；所述处理模块为模数转换器。

实施例4：

在实施例1的基础上，所述发泡铝34的一侧表面与手车室21内壁相贴、另一侧表面与隔板33相贴；发泡铝34在隔板33表面的投影，完全落入隔板33所处区域内。所述隔板33为镀锌钢板。所述发泡铝34与隔板33之间钎焊连接或通过粘接剂粘接。所述钎焊连接过程中，需要使用真空焊接工艺或氮气保护工艺，并使用Al-Si钎料作为中间层，焊接完成后在585～600℃温度下保温5～15min。本实施例中框架32与手车室21内壁之间通过螺栓固定连接。

本实施例中所使用的发泡铝性能如下：

轻质：密度为金属铝的0.1～0.4倍；

高比刚度：其抗弯比刚度为钢的1.5倍；

高阻尼减震性能及冲击能量吸收率：阻尼性能为金属铝的5～10倍。孔隙率为84％，发生50％变型时，可吸收2.5MJ/cm3以上的能量。

良好的声学功能：声波频率800～4000HZ之间时，闭孔发泡铝的隔声系数达0.9以上。

优良的电磁屏蔽性能：电磁波频率在2.6～18GHZ之间时，发泡铝的电磁屏蔽量可达60～90dB。

良好的热学性能：孔隙率为80～90％的闭孔发泡铝，导热系数为0.3～1W/m·K。

优选的，如图11所示，所述发泡铝34朝向手车室21内部的一侧表面设置若干相互平行的第三凹槽35。

作为本申请更进一步的实施方式，本申请中隔板33可以延伸为罩在手车室21内壁上的罩子。

实施例5：

在实施例1的基础上，如图13所示，接地触头安装板40通过螺栓42固定在背板36上；所述第一直板段37、第二直板段39均为波纹板；所述背板36、侧板一体成型。所述第四凹槽41呈方形，第四凹槽41的相对两侧壁之间固定若干相互平行的连杆43，所述连杆43也由绝缘材料制作而成；若干连杆43等间距分布；所述连杆43上沿自身轴线方向均匀分布若干向上凸起的圆柱44。

实施例6：

在实施例1的基础上，所述冷凝仓47的侧壁固定若干冷凝金属片50，所述冷凝金属片50分为高、低两排，且两排冷凝金属片50交错排布；所述冷凝仓47的底面为两侧高、中间低的斜面，所述排水管49连接在冷凝仓47底面的最低位置；所述除湿装置29与加热装置28之间设置有挡板52，所述喇叭口45在挡板52顶面的投影，完全位于挡板52顶面的区域内。

优选的，所述吸风器为风扇。所述加热装置为发热电阻丝。所述电缆室侧壁设置两个等高的陶瓷挂钩51，所述发热电阻丝挂在两个陶瓷挂钩51上。所述除湿装置29位于加热装置28的上方。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。