CN101903965B - 通过插入模制对真空罐筒型开关设备进行绝缘 - Google Patents

Abstract

一种真空管腔(1)，在所述管腔(1)的腔体(2)的封壳上制造有弹性体制成的介电护套(22)。为了避免所述弹性体渗入所述管腔的所述腔体(2)和/或造成其封壳破裂，机械保护/介电偏转盖板(26)覆盖所述腔体(2)的端盖(6₁、6₂)以及它们铜焊到所述陶瓷管件(4)的点(8)。

Description

通过插入模制对真空罐筒型开关设备进行绝缘

技术领域

本发明涉及开关和开关设备单元，特别是操作在中高压的真空罐筒。本发明涉及通过涂覆适当材料对所述设备进行绝缘。

本发明涉及通过注入弹性体，将所述开关设备二次模制，从而对开关设备进行绝缘。为了缓解开关设备闭合件的破裂，或者弹性体有可能渗入开关设备的腔体，所述闭合件的接合区域受到机械加强件的保护，所述机械加强件也是介电偏转件。

背景技术

真空罐筒由灭弧腔形成，在灭弧腔中低压为主流，并且设置有一对触点，这一对触点能位于允许电流流过的闭合位置和两个触点分开而中断电流的打开位置。通常，一个触点是静止触点，以固紧的方式固定到闭合件的基板，而另一个触点是移动触点，波纹管包围该移动触点并允许所述腔体的内部机械绝缘。

真空罐筒腔体的闭合件包括绝缘壳体，有时也称为罐筒或罐体，以陶瓷或玻璃制成，包括大致管状的第一中央部分。所述管件的端部被端盖密封，所述端盖通常由金属制成，也称为碗形件或端帽，所述触点连接到所述端盖。

真空罐筒要求介电环境以抵消打开触点脱扣时发生放电。罐筒附近的自由空间足以满足需要。

但是，特别是在操作电压很高时，一种方案是将罐筒置于包含介电流体、真空或SF6气体的紧密密封的闭合件中。这种方案使得罐筒占据显著的体积，而后者实现起来笨重。

为了紧凑、成本和可靠性方面的原因，固体绝缘件已经研制出来以涂覆真空罐筒，特别利用环氧进行插入模制，正如文件EP0866481中所述。但是，虽然可延展的或弹性的料层能插置在涂层和罐筒之间，但是考虑到陶瓷主体、金属碗形件和环氧涂层的热膨胀系数差异，这种差异可能导致绝缘件出现裂纹、甚至发生断裂，所以这种类型的插入模制并未优化。

但是，一些热固性弹性体确实结合了非常优良的介电强度与适当的机械属性。但是，采用后者作为真空罐筒涂层因为它们的成形条件而受到限制。利用这种材料在高压下进行插入模制，容易损坏被涂覆的部件，特别是脆弱的元件诸如包括焊接件的真空开关或熔断器。例如，利用EPDM或硅酮型弹性体对真空罐筒进行直接插入模制，将使得后者的一些组成部件变形或损坏。正如文件US5,864,942所述，因此仅能使用热固性弹性体，用于具有由若干部件界定的真空腔体的设备，作为第一涂层的补充，使得在插入模制之前，刚性保护层设置在罐筒周围。

发明内容

在众多优势中，本发明的目的是缓解处于受控环境中的现有开关设备的绝缘方面的缺陷，并使得弹性体可以直接用于多部件密封闭合件上。

特别是，根据一项特征，本发明涉及用于绝缘具有腔体的开关设备的方法，所述腔体从涉及流体交换的角度来说是绝缘的，并且所述腔体由包括若干部件的闭合件即存在脆弱区域的紧密密封的闭合件来界定，并且所述闭合件特别包括通过铜焊件耦接的陶瓷部分和金属部分，所述铜焊件特别位于包括基板的端盖的壁部边缘上，所述基板延伸出金属侧壁，所述侧壁结合到陶瓷部分的侧壁周边。绝缘效果通过涉及被硫化的弹性体高压注入的插入模制步骤来实现。在开关设备置于注射模具中之前，所述设备与覆盖所述脆弱区域的保护性盖板组装在一起。特别是，对于真空罐筒型设备，即其中管状中央部分被导电端盖闭合的情况来说，所述盖板配装到所述端盖上并延伸地超过所述绝缘件和所述导体之间的接合区域。盖板的形状进一步优化，以便作为机械加强件。

在优选实施方式中，将与所述注射弹性体接触的所述开关设备的闭合件表面，即所述保护性盖板和/或所述中心管件的大部分，进行制备，例如以粘结剂涂覆，以改善弹性体的粘结效果。所述弹性体特别可以是EPDM或硅酮，并且所述方法优选接续有所述弹性体以导电颗粒掺杂的涂覆步骤或插入模制步骤，以便将所述开关设备静电屏蔽。

根据另一项特征，本发明涉及利用所述方法制造的开关设备。更一般地说，符合本发明的开关设备优选为轴对称设备，包括沿着纵轴线延伸的紧密密封的腔体。所述腔体由闭合件界定，所述闭合件包括优选以陶瓷制成的绝缘管状部分，所述管状部分端部开口并结合闭合所述管状部分的、具有优势的表现为金属单块体的导电端盖操作。特别是，所述闭合件的不同部件之间的固紧件限定接合区域，所述接合区域具有优势地作为所述管状部分的厚度与所述端盖的壁部的厚度之间的铜焊件，所述端盖成柱体形式，其一端由端板闭合。

所述密封腔体包括两个可以相对于彼此沿着其轴线移动的触点。优选所述两个触点其中之一为静止触点，而另一个是移动触点，两个触点都耦接到所述两个端盖其中之一。在优选实施方式中，在所述腔体中低压为主流，并且所述开关设备为真空罐筒。

符合本发明的开关设备进一步包括两个盖板，所述两个盖板覆盖每个端盖并保护它们与所述管状部分接合的接合区域。特别是，所述盖板成碗形件形式，具有基本上垂直于所述开关设备轴线的底壁；和周边壁，所述周边壁沿着所述轴线延伸足够长的距离，以覆盖所述端盖的侧壁以及所述绝缘管件的端部部分。所述端盖的厚度由其作为机械加强件以及消除方形边缘型脆弱点的作用来确定。设置例如直接接触装置，以防止两者之间产生电势差。导电间隔件可以将所述盖板的底部与所述端盖的底部沿着所述纵向分开，以便于连接所述开关设备的组装装置。

所述盖板刚性足以作为机械加强件，并且它们具有优势地设计作为介电偏转件——特别是它们在外表面上不存在任何方形边缘并且它们在绝缘件和导体之间的接合点的高度处存在凸起。此外，优选在所述绝缘管状部分和所述盖板之间存在密封件，从而通过将其置于洁净空间中而保护所述端盖和所述管状部分之间的接合区域。所述密封件可以由弹性体制成，并且具有优势地配装在所述盖板的适当凹槽中。因此，除了抵抗较高外部压力的机械保护之外，还保护所述铜焊件免受流体渗入。

符合本发明的开关设备最终包括优选以EPDM制作在所述腔体的所述闭合件周围的弹性体包覆件以及与其直接接触的保护性盖板。所述结合部“粘结”，就是说紧密密封，不存在空白空间。所述弹性体具有优势地以导电的静电屏蔽层例如同样的掺杂弹性体进行涂覆。所述弹性体可以用作所述接合密封件。

附图说明

从以下仅作为非限制性示例给出并表示在附图中的本发明特定实施方式的描述中，可以更为清楚地理解本发明的其他特征和优势。

图1表示符合本发明优选实施方式的真空罐筒；

图2示出了根据本发明优选实施方式，在插入模制之前的机械保护。

具体实施方式

在图1中示出了本发明的真空罐筒1，设计用在开关中，在电路中实施断开作用。本发明的罐筒1优选布置成操作在中高压，即工作在1和75kV或52kV之间，当然也可以用在低压场合。罐筒1包括密封腔，或封壳2，受控低压空气或其他介电流体优选成为主流，即真空。腔体2由沿着轴线AA延伸的纵向封闭件限定，为了制造和组装方便，所述纵向封闭件有利地为轴对称(回转对称)形状。

腔体2的封闭件包括第一绝缘中央主体部分4，所述主体部分4具有优势地以陶瓷制成，但是也可以选择使用玻璃。绝缘部分4为管状，优选为回转柱体，以优化其机械和介电强度，同时便于制造。在优选实施方式中，管件4的每个开口端由其壁部的正交截面来界定，从而形成两个可叠置的环圈。管件4的孔由导电端盖6₁、6₂局部闭合。在所示的范围内，端盖、或端帽6由金属制成，并且每一个包括垂直于轴线AA的基本上平整的基板，所述基板的周边上借助形状与管件4端部相同的正交侧壁7延伸。侧壁7₁、7₂的长短取决于用途，但是在所有情况下都延伸所述端板，以优化罐筒1的结构。为了优化它们的机械强度，端盖6具有优势地形成单一部件，在周边壁7和基板之间具有基本上恒定的厚度。

导电端盖6以紧密密封的方式固紧到绝缘管件4的接合区域8。虽然可以使用任何已知的技术，但是根据优选实施方式，接合区域8限制于与绝缘管状壁4上的端盖6的周边壁7的铜焊件对应的线条。具有优势的是，管件4的均匀厚度(例如对于操作在17.5kV的内径65mm的罐筒1来说，大约为6mm)大于端盖6的厚度(例如大约为1.5到2mm)，并且两端放置成边缘对边缘，并且在管件4的壁部的大致中部进行端盖6的真空铜焊。

由陶瓷管件4和端盖6界定的腔体2包括一对引弧触点10₁、10₂，它们可以沿着罐筒1的轴线AA相对于彼此移动。每个触点10包括以适当材料诸如CuCr制成的触点垫12，所述触点垫固定到纵向铜电极14。优选，如图所示，第一触点101为静止触点，例如利用焊接或机械组件牢固地固定到其中一个端盖6₁，它的电极14耦接地靠近后者。第二触点102安装成在罐筒2内轴向滑动，且其电极14能穿过另一个碗形件6₂移动。为了让移动触点102移动并保持受控环境，密封波纹管16配装在移动电极14和对应的端盖62之间，从而让腔体2的端盖6₂的开口绝缘，其中所述波纹管一端例如可以焊接到所述移动电极14。介电屏蔽件18可以配装在密封波纹管16周围，位于其耦接到电极14的端部高度，以保护后者不受电流中断导致的投射(projection)。

紧密密封的腔体2优选进一步包括位于触点垫12高度处任何位置的介电屏蔽件20，以便保护所述陶瓷件4不受可能发生的任何投射的影响。具有优势的是，所述内部介电屏蔽件20以固定方式固紧到其中一个端盖6₁，以简化制造过程并限制陶瓷管件4上的铜焊件数目。

符合本发明的罐筒1优选用在有限的空间中，此外可以更具有优势。为了让开关装置对环境(污染、灰尘、其他污染物)不敏感并减小尺寸，固体绝缘件22用来将介电应力聚集在绝缘件22内。可以为后者提供屏蔽件24，将它们约束在绝缘件内，消除周围空气中的任何电场。此外，符合本发明的罐筒1优选适合低至-40℃的存放条件，并且设计成容许操作中较大的温度范围，特别是从-25℃到55℃的环境温度，应该向其增加因操作而导致的局部热量升高(大约45℃)。用于真空罐筒1的从-40℃到+100℃的温度范围优选使得腔体2的金属元件6、10、16、18、20膨胀。

根据本发明，真空罐筒1的介电绝缘涂层22从弹性体中选择，所述弹性体可以充分延展以补偿所述涂层所固紧附连的罐筒1的闭合件的部件的不同膨胀，所述弹性体例如具有介于40和80之间的Shore A硬度。硅酮，特别是可注射硅酮、橡胶和其他热固性弹性体可以考虑。在本发明的优选实施方式中，所述介电涂层用可以充分延展而且具有足以保护罐筒1的强度的乙烯-丙烯-二烯共聚物或EPDM橡胶(代表乙烯-丙烯-二烯单体)制成，例如Shore A硬度为70。这种材料除了成本之外的优势在于，其介电质量可以从其他电气应用中获知。

传统上，对于属性适合本发明应用的弹性体诸如EPDM来说，所述材料在大约60到80℃的温度，即在粘性状态甚至液态下，注射到在100到150巴的压力下加热到140和170℃之间的模具中。重要的是特别保护闭合件的部件4、6之间的接合区域，以便特别消除铜焊件8的任何失效。根据本发明，配装适当的装置，使得封闭件上的保护性加强件26位于端盖6的高度处。存在这种主要目的是满足机械要求的附加元件，可以进一步具有减少电场的优势，并且根据本发明使用的机械加强件26具有优势地进行成形，作为介电偏转件。

加强盖板26的优选实施方式包括在所述盖板周边延伸出侧壁的端板，所述侧壁限定凹部，罐筒1的端盖6可以配装到所述凹部中。所述侧壁沿着轴线AA延续足够的长度，以覆盖接合区域8。为了防止电场应力影响以及保护机械方面脆弱的区域，虽然内部凹部可以包括方形边缘，但是盖板26的外表面光滑且带有圆整的钝边。盖板26具有优势地成轴对称形状，且其外部形状根据机械和介电应力来确定。特别是，配装在陶瓷壁4和/或导电铜焊件8的高度处，即电场应力最高的区域内的所述侧壁的端部部分，包括环形凸起28。例如，具有大约4mm的一般厚度，或者至少足以用于其所述承受的机械应力，所述介电盖板26包括厚度为8mm、沿着轴线AA的长度大约16mm的凸起端部部分28，所述凸起端部部分的长度基本上布置在铜焊件8的每一侧。

盖板26可以用导电热塑性或热固性材料制成。具有优势的是，盖板26利用具有经验证强度的金属例如钢制作成单块部件。其大致形状优选实行标准化，其壁部的柱状部分的尺寸适配成配合端盖6的尺寸，如图1所示。此外，加强盖板26包括用于穿过电极14的孔30和耦接触点10或更一般地说耦接罐筒1的装置32。

在图2所示的实施方式中，间隔件34承受端盖6和盖板26底部之间的机械应力30。间隔件34可以导电，并且保证端盖6和盖板26之间的电势相同。这样允许与罐筒1的耦接装置32组装在一起。本领域技术人员可以根据约束条件实现盖板26的其他几何结构。无论方案如何，保证在带电部件6、26之间接触，以防止电场线穿过剩余空间。

在实施插入模制时，通过将盖板26配装到其端盖6上而保护了真空罐筒1的端部，并且让连接装置32从端盖穿过。介电盖板26借助位于凸起28高度处的它们的周边壁覆盖接合区域8和陶瓷管件4的一部分。具有优势的是，盖板26的壁部的内部布置允许在接合铜焊件8的高度处适当定位足够的空间，从而在配装盖板26时，不会对弱点施加应力。

考虑注射压力，优选在盖板26和陶瓷管件4之间设置密封装置，以消除容易给铜焊件8施加应力的弹性体的渗入，从而防止开关设备1发生变形。可以考虑任何装置，但是例如盖板26的周边壁部的内表面设置有环形凹槽36，密封件38配装在该凹槽中。密封件38以绝缘或导电材料制成。密封件可以具有任何形状，例如超环面，但是其几何结构具有优势地与偏转件26的凹槽36的几何形状互补，从而在注入绝缘材料的时候将应力分布在陶瓷件4上。密封件38还可以允许起机械作用的盖板26在开关设备1上对中。

密封件38以与插入模制的绝缘件22具有良好相容性的弹性体制成，具有优势地与绝缘涂层22(这里是EPDM)具有相同的性质，以便保留相同的机械属性，并且其硬度与陶瓷件4的尺寸公差相容。根据凹槽36和密封件38的相对形状，后者可以插装或粘结到凸起28的周边壁部。

一旦罐筒1与盖板26和密封件38组装在一起，则将其放置于尺寸和形状适当、优选带有对中装置的模具中。EPDM注入剩余空间中，其二次模制的厚度根据雷击浪涌来确定，并进行硫化。然后将罐筒1从模具中取出。

优选，形成腔体2的闭合件与包覆件22之间的结合部的外表面，特别是陶瓷管件4与介电盖板26的外表面，进行制备，以优化弹性体22的结合效果，并保证紧密密封的直接粘结，而不会存在容易包含空气的剩余空间。特别是，可以使用粘结剂来优化所述结合部并抵消局部放电。

优选，介电二次模制件22本身被称为屏蔽层的导电或半导电的料层24覆盖，所述料层特别是掺杂成导电的EPDM的二次模制件，可以接地。因此，电场线保持在包覆件22内侧，允许其他电气设备靠近本发明的罐筒1定位，并且保证后者对环境不敏感。

应该注意，盖板26的机械保护角色是关键，因为注入弹性体22和腔体2内侧之间存在较大的压力差。但是，即使在压力差减小或者甚至消失时，盖板26也能保持介电作用，并且可以推荐保留盖板26也用于在环境压力下例如利用环氧进行插入模制。在后一种情况下，为了减轻热膨胀差异问题，介电盖板26具有优势地保持其机械角色，以具有延展性的材料例如以掺杂EPDM制成，从而吸收涂层22、端盖6(以及陶瓷件4)之间的不同应变。可以根据需要在其中制作诸如孔或间隙的结构，以用作压缩空间。

虽然已经参照真空罐筒描述了本发明，但是本发明并不限于此。本发明可以涉及其他元件。特别是，根据本发明实施的插入模制可以在具有处于受控环境下的封闭件的任何设备上实施，所述封闭件具有两种材料之间的“易损”接合部。特别是，本发明可应用于具有密封闭合件的熔断器型开关设备。

Claims (13)

1.一种开关设备(1)，包括密封腔体(2)，所述密封腔体沿着纵轴线(AA)延伸，其中所述密封腔体容纳两个能相对于彼此沿着所述轴线(AA)移动的触点(10)，所述腔体(2)的闭合件包括端部开口的管状部分(4)和借助接合区域(8)而固紧地附连到所述管状部分(4)的两个导电端盖(6)，所述开关设备(1)进一步包括所述腔体(2)的所述闭合件的弹性体绝缘包覆件(22)，其特征在于，

每个所述端盖(6)包括在其周边延伸出侧壁的端板；

两个导电盖板(26)包围所述端盖(6)，每个盖板(26)包括基板和周边侧壁，所述周边侧壁沿着所述轴线(AA)延伸，以便所述接合区域(8)和所述管状部分(4)的端部位于所述盖板(26)中；和

所述包覆件(22)和所述管状部分(4)、各盖板(26)之间的结合部紧密密封。

2.如权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述盖板(26)的外表面不存在方形边缘。

3.如权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于，所述盖板(26)的外表面设计用于介电偏转。

4.如权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于，所述管状部分(4)是以陶瓷制成的绝缘件，所述端盖(6)以金属制成，并铜焊到所述管状部分(4)的端部，所述接合区域(8)在所述管状部分(4)的壁部上限定线条。

5.如权利要求1或2所述的开关设备，进一步包括，位于所述管状部分(4)和所述盖板(26)的所述周边侧壁之间的至少一个密封件(38)，以便所述接合区域(8)以紧密密封的方式与所述包覆件(22)隔开。

6.如权利要求5所述的开关设备，其特征在于，所述密封件(38)以与所述包覆件(22)性质相同的弹性体制造。

7.如权利要求1或2所述的开关设备，进一步包括，位于所述绝缘包覆件(22)周围、作为静电屏蔽件的导电涂层(24)。

8.如权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于，所述绝缘包覆件(22)以EPDM或硅酮制成。

9.如权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备(1)的所述纵轴线(AA)是对称轴。

10.一种真空罐筒，包括如前述权利要求任一项所述的开关设备(1)，其中所述腔体(2)处于低于大气压的低压中，其中一个所述触点(101)为静止触点，固紧地附连到其中一个端盖(61)，而另一个所述触点(102)能通过另一个所述端盖(62)及其盖板(26)移动。

11.一种用于绝缘受控环境开关设备(1)的方法，所述开关设备包括由闭合件界定的紧密密封的腔体(2)，所述闭合件的管状中央部分(4)被两个导电端盖(6)在接合区域(8)的高度处闭合，每个所述端盖(6)包括端板，所述端板在其周边延伸出侧壁(7)，所述侧壁包括所述接合区域(8)，所述方法包括：

利用同样延伸到覆盖所述接合区域(8)的盖板(26)保护所述端盖(6)；

将固紧地连接到所述盖板(26)的所述开关设备(1)置于模具中；

向所述模具中注入弹性体并使其硫化。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括步骤：制备所述管状部分(4)和/或所述盖板(26)的外表面，以有利于所述弹性体(22)粘结。

13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包括步骤：利用导电料层(24)涂覆所述硫化的弹性体(22)。