CN104347308B - 真空管、包括这样的真空管的断路器极、及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空管(1)，其包括密封室(4)和相对彼此移动的两个电触头(7、7')，其中所述室(4)包括筒状体(5)，其由介电材料制成并且通过两个金属盖(6、6')在其端部封闭，其中这些盖(6、6')中的每个连接至电触头(7、7')之一，其中所述真空管(1)还包括覆盖所述室(4)外表面的介电涂层(12)，其中该涂层(12)包括至少两层，即包覆成型层和中间层(13)，中间层(13)是不连续的，并且定位于所述室(4)的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分(6、6')的外表面，其中所述中间层(13)的硅树脂包括空心体，其中这些空心体是可压缩的，并且具有由热塑性材料制成的外层。

Description

真空管、包括这样的真空管的断路器极、及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种真空管(vacuum bulb)，其旨在用于开关设备中。
本发明还涉及一种包括至少一个这样的真空管的开关设备，其中该装置可以特别是断路器极或开关，并且其中该装置特别是在中压下运行。
最后，本发明涉及一种用于制造这样的真空管的方法，并且还涉及一种用于制造这样的断路器极的方法。
背景技术
真空管是用于装备及设施中的开关设备的元件，其特别是在中等电压下且特别是在1与75kV之间运行。
真空管通常包括密封室、相对彼此移动的两个电触头，以及至少一个保护性金属屏罩(screen)(如果适用的话)。真空管的密封室包括筒状体，其通过两个金属盖在其端部封闭，其中这些盖中的每个连接至真空管的电触头之一。
真空室的筒状体由介电材料(以前是玻璃)制成，且目前由陶瓷材料特别是氧化铝制成，而金属盖通常由铜或不锈钢制成。
真空管还包括介电涂层，其覆盖该室的外表面，以便电绝缘。
该介电涂层可以包括称为包覆成型层的层，其由电绝缘合成材料制成。所以常用的术语是“过模制的真空管”。
此介电合成材料可以是弹性体材料，而且还可以是热固性聚合物或热塑性聚合物类型的聚合物材料。因此，当包覆成型层由热固性或热塑性聚合物制成时，除了将真空管电绝缘之外，其机械地保持同时处于运行中的真空管。
然而，可以观察到的是，用于制作真空管的密封室和包覆成型层的材料具有很不同的热膨胀系数。因此，当这些不同的材料接触时，并且当真空管受到热应力时(例如由于周围温度或由于导电元件特别是金属盖的加热)，裂纹出现在构成过模制的真空管的一些材料中，特别是在所述室的金属元件与包覆成型层之间的界面。
为了限制这样的裂纹的形成，众所周知的是将中间层置于所述密封室的外表面与包覆成型层之间，其中中间层的目的是为了补偿包覆成型层及构成真空管的室的元件的热膨胀差异，特别是当存在所述真空管的温度变化时。
因此，文件EP0866481(在本说明书结尾的参考文献[1])描述了一种包括真空室的真空管，该真空室覆盖有由环氧聚合物制成的包覆成型层和介于所述室的外表面与该包覆成型层之间的连续中间层。该中间层具有管的形式，并通过滑动所述管(其直径被保持成大于筒状体的外径)而被安装到该真空管的室的外表面上。该中间层由弹性材料制成，其可以是乙烯-丙烯共聚物(EPM)或乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)型的弹性体材料。该弹性材料还可以是硅橡胶。然而，该连续中间层没有被包覆成型层完全并入或覆盖，以使得其能够在真空管的温度上升的影响之下膨胀。文献[1]规定，在使用硅橡胶的特定情况下，该材料要么不完全填充对于中间层可用的体积，要么完全填充该体积，但是有必要在该室的一端部做孔，以允许在温度上升的影响之下膨胀时，在这两种情况下，材料的膨胀。
因此，文献[1]中所述的真空管具有必须被考虑以允许中间层膨胀的结构约束。对于所考虑的每个真空管结构来说，由于有必要包括这些结构约束中的一个或另一个，使得相关的制造方法复杂化。
此外，如果孔被制作在真空管室中以允许材料膨胀，则该材料与真空管的外部环境接触，因此受到由存在于该环境中的污染物比如水分、粉尘或气体(比如六氟化硫SF6或二氧化硫SO2)所带来的污染。这样的污染可能会导致中间层的材料过早老化，特别是可能会导致其丧失其介电性能和/或其机械性能(丧失弹性和粘附性，特别是与包覆成型层的弹性和粘附性)。
文件US5917167(参考文献[2])描述了一种用于制造真空管的方法，其包括通过在制造环氧聚合物包覆成型层之前形成中间层的硅橡胶套筒来封装真空管的室。这种处理实施的步骤是在此期间，套筒被定位在真空歧管中，以在其内进行所述套筒的至少两倍的初始内径的径向变形，从而允许随后将真空管的室插入被拉伸套筒的内部空间中。压力被重新建立在真空歧管中之后，被拉伸的硅橡胶套筒覆盖真空管的该室。然后，环氧聚合物包覆成型层制作成使得被拉伸的硅橡胶套筒由所述包覆成型层压缩。然而，套筒的压缩受到允许套筒膨胀的被制造在真空管的室中的孔的存在的限制。
除了在真空管的室中制造孔以允许中间硅橡胶层的膨胀之外，该文献[2]描述了一种方法，其在工业上是比较麻烦的，因为需要使用真空歧管来安装此中间层。另外，该中间层采取预定尺寸的套筒的形式，当然，其必须适于旨在接收如本文献[2]中所述的涂层的真空管的室的直径。这种约束因此不与合理化生产相兼容。
此外，将包覆成型层压缩在硅橡胶套筒上不会允许足够紧密的界面产生于这两个层之间。这是特别不利的，如果真空管的介电涂层本身涂覆有导电层(称为屏蔽层)，允许真空管的外部接地。
因此，本发明者将他们自己设定的目标是设计真空管，特别是过模制的真空管，其包括介电涂层并且具有改进的热机械性能和耐老化性能，从而允许延长这种真空管的使用时间，其中在包覆成型层中而且在该真空管的筒状体本身中开裂的风险与真空损失的相关风险，在热变化的影响之下大幅减少甚至消除。特别是，真空管必须能够被制造，而没有任何需要设置硅树脂的体积的或多或少的任意限制，其用于相对中间层能够占用的整个体积制造中间层或者用于在真空管的室中制造孔，其构成真正的工业和技术约束，并且如果确实制造孔的情况下，其此外关于由真空管的外部环境所带来的污染的风险是不令人满意的，如上面所提到。
用于制造真空管的另一当前解决方案包括以下连续步骤：
-将筒状体与配备有电触头的两个盖中的每个进行组装，以形成真空管的室，
-可能的话，在真空管的室的整个外表面上施加底涂层，
-注射成型液体硅橡胶(LSR)，以在真空管的室的整个外表面上形成硅树脂层，如果适用的话涂覆有底涂层，
-通过在硅树脂层上的环氧聚合物的自动压力凝胶化(APG)的过程通过注射成型。
然而，通过注射液体硅橡胶成型的步骤(其需要使用高压力来获得所用的硅树脂的最佳特征)不能在所有类型的真空管室上被实施。这种情况是特别当所述室包括由软金属材料(铜型)制成的盖时，且其具有在该高压注射步骤过程中变形的实质的表面。
本发明人还将他们自己设定的目标是设计用于制造真空管特别是过模制的真空管的方法，其能够用于任何类型的真空管，无论是其形状还是尺寸，并且无论构成所述室的其元件中一些的材料，特别是所述室的金属盖的形状、尺寸及材料。
发明内容
首先，通过上述类型的真空管实现上文所述的目的及其他，该真空管包括密封室和相对彼此移动的两个电触头，其中所述室包括筒状体，其由介电材料制成并且通过两个金属盖在其端部封闭，其中这些盖中的每个连接至电触头之一，其中所述真空管还包括覆盖所述室外表面的介电涂层，其中该涂层包括至少两层，即由合成材料制成的称为包覆成型层的第一层和由硅树脂制成的称为中间层的第二层，其中所述中间层介于所述室的外表面与包覆成型层之间。
根据本发明，所述中间层是不连续的，并且定位于所述室的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分的外表面，在这种情况下是金属盖的外表面，特别是包括其边缘，或界面区域，在所述金属部分与所述筒状体的介电材料之间，其中所述中间层的硅树脂包括空心体，并且其中这些空心体是可压缩的且具有由热塑性材料制成的外层。
通过这种方式，在构成真空管的元件的特别是中间层的温度上升的影响之下，当所述中间层被困在封闭空间中时，存在于所述中间层的硅树脂中的空心体被压缩来抵抗由发生在中间层中的热膨胀所引起的影响。
因此，没有必要再人为地限制相对中间层可以占据的总体积的硅树脂的体积或者制造孔(例如在所述室的其中一个端部)来允许中间层的膨胀。这样具有的好处在于，其可以防止中间层材料的任何过早的退化，由于该材料不与真空管的外部环境及其可能包含的任何污染接触，因此具有的好处在于使根据本发明的真空管具有改进的热机械及老化性能。
所述中间层最好定位于室的金属部分上，以便至少覆盖从这些金属部分突出的元件的整个外表面。
该中间层优先地定位于这些金属部分上，以便至少覆盖所述金属部分的整个外表面。
中间层定位成使得其至少覆盖从金属部分突出的元件的整个外表面或者真空管的密封室的这些金属部分的整个外表面，从而具有这样的效果是这些金属部分不再与包覆成型层完全直接接触。当温度变化正发生在真空管中时，中间层的这些定位从而限制或防止裂纹形成在该包覆成型层中。
虽然中间层的膨胀促使热机械应力于包覆成型层上以及于现有技术的真空管的室的筒状体上，但是存在于中间层的硅树脂中的空心体吸收该膨胀，因此，该热机械应力从而限制其在包覆成型层上及在根据本发明的真空管的筒状体上的影响。
当然，定位于所述室的金属部分上的不连续中间层的尺寸可以根据真空管的结构特征以及根据该真空管包括的不同元件而被修改，使得无论是在包覆成型层中还是在所述室的筒状体中都没有裂纹形成，并且使得没有撕裂发生在所述中间层中。
在本发明的变型中，除了覆盖金属部分的外表面之外，中间层覆盖所述室的筒状体的外表面的一部分，至少在其接合至介电材料的边缘的区域中。通过适当确定中间层的尺寸，这样的热机械应力的减少因此大大减少或甚至消除在包覆成型层中以及在真空管的室的筒状体中开裂的风险。
发生在包覆成型层中的而且在真空管的室的筒状体中的开裂的风险与真空损失的相关风险由于根据本发明的真空管因而极其有限，或者得以消除。
使用这样的不连续中间层还使得能够限制真空管的制造成本，因为对于用来制作该中间层的特定硅树脂来说可以仅定位于所述室的金属部分的外表面上，因为这些部分导致在包覆成型层中形成裂纹，特别是当所述室的这些金属部分具有突出部分，即从这些金属部分突出的元件时。
然而，完全可以设想的是，该中间层还可以覆盖所述密封室的外表面的一部分，特别是位于与这些金属元件的外表面齐平的筒状体的外表面的一部分，然而明显出于成本相关的原因考虑，不覆盖所述密封室的整个外表面。
这样的可压缩硅树脂已经特别地描述在文献US5750581和EP0971369(分别为参考文献[3]和[4])中，它们各自的全部内容通过引用并入本文。
在本发明的有利变形中，所述空心体是微球体，例如具有的平均直径在1μm与800μm之间，并且最好介于10μm与80μm之间。
所述空心体的外层的热塑性材料选择成其使得气泡能够被捕获。
这样的空心体或微球体可特别从AkzoNobel公司获得，商业名称为DE。特别地，可以使用商业参考920 DET 40 d25的微球体。
可获得的若干可压缩硅树脂之一特别由Wacker公司出售，商业名称为RT 713。
在本发明的特别有利的变形中，所述介电涂层与所述室的外表面之间的界面被密封。因此，在所述室的外表面与中间层之间、在所述中间层与包覆成型层之间没有空闲空间，以及在与包覆成型层接触的所述室的外表面之间没有空闲空间，因为其不与不连续的中间层接触。
这样的界面特别具有在介电涂层与所述室的外表面之间的良好的粘附性，从而导致在该涂层与该外表面之间没有剩余空间，可能含有空气。这样的密封界面有助于改善根据本发明的真空管的热机械性能。
所述真空管包括密封室和相对彼此移动的两个电触头。真空管的密封室(其被维持在低压力)包括由介电材料制成的筒状体和在筒状体端部封闭该筒状体的两个金属盖。所述金属盖与筒状体之间的连接最好通过焊接或钎焊制成。所述室的每个盖连接至上面提到的电触头之一。两个触头之一优选的是静止的，而另外一个是移动的。此电触头的移动是由金属波纹管提供的，其还确保密封室保持紧密。
所述真空管还可以包括至少一个保护性金属屏罩，其定位在所述密封室内并连接至该室。该屏罩的主要作用是保护筒状体的内表面免受液体金属蒸气且免受由当电流被关断时在这两个电触头之间所产生的电弧所造成的金属突起。
该屏罩可以机械地且电连接至静电触头所连接的金属盖。
该屏罩还可以在筒状体的中间点机械地连接，而不与任一金属盖进行任何电连接。
在本发明的有利的变形中，所述筒状体包括至少一个第一部分和一个第二部分，并且所述保护性金属屏罩通过介于这些第一和第二部分之间的连接装置而连接至所述室。
这些连接装置可以由例如通过机械加工或通过冲压在所述保护性金属屏罩上所产生的回转台肩形成。这些连接装置还可以由筒状金属部件比如圆环形成，其中该部件被钎焊或焊接到筒状体的第一部分和第二部分上。还可以参照文献EP1571685(参考文献[5])，其描述了在真空管的室的筒状体的第一部分与第二部分之间的这样的保护性金属屏罩的其他连接装置。
由于保护性金属屏罩的连接装置在真空管的室的筒状体的外表面上创建不连续的区域，所以涂层的中间层也定位于所述连接装置上，以便至少覆盖所述连接装置的整个外表面。
因此，如果没有真空管的任何金属元件(即所述盖和所述屏罩的连接装置(如果适用的话))与包覆成型层直接接触，则在该包覆成型层中形成裂纹或断裂的风险被消除。
所述真空管的室的筒状体由介电材料制成。介电材料最好是陶瓷材料，特别是氧化铝，该陶瓷材料可能被漆包。
所述真空管的室的金属盖可以特别由铜或不锈钢制成。
这些盖可能被成形为使得它们具有光滑的外表面，带有在所述室的外表面的方向上呈钝形或圆形的拐角。
这些盖还可以包括从这些盖突出的一个或多个元件，比如肩部，其在所述室的外表面的方向上或多或少地突出，其中这样的肩部通常被认为构成在包覆成型层中引起开裂的脆弱的边缘或区域。实际上，由于介电涂层的中间层定位于所述室的金属部分上以便至少部分地覆盖这些金属部分的且特别是这些金属盖的外表面，最好是从这些金属部分突出的元件的至少整个外表面，并且优选的是这些金属部分的至少整个外表面，所以这些突起部分或肩部不会产生开裂的额外风险。因此，没有必要在根据本发明的真空管的结构中添加保护帽，其安装到所述金属盖上并保护它们被接合至筒状体的区域，如在文献WO2009/106731(参考文献[6])中所述。
根据本发明的真空管的涂层的包覆成型层(对于其部分来说)由热固性聚合物且优选的是环氧聚合物制成。
所述真空管还可以包括定位在介电涂层上的屏蔽层。该屏蔽层(其使得真空管的外部能够接地)是由根据已知的方法和装置的导电材料制成的层。
第二，本发明涉及一种中压开关设备。
根据本发明，该开关设备包括如上面定义的至少一个真空管，特别是过模制的真空管，其中其有利的特征可被单独或组合考虑。该管通过其两个电触头而连接至所述开关设备的电气连接。
特别地，此开关设备可以是中压断路器极或开关。
第三，本发明涉及一种断路器极，其包括由如上所定义的真空管特别是过模制的真空管(其中其有利的特征可被单独或组合考虑)及两个导电连接形成的组件，其中所述组件覆盖有包覆成型层，并且如果适用的话覆盖有屏蔽层。
第四，本发明涉及一种用于制造如上所定义的真空管的方法，其中其有利的特征可被单独或组合考虑。
特别地，本发明涉及一种用于制造真空管的方法，该真空管包括密封室和相对彼此移动的两个电触头，以及可能位于所述室内并连接至其的至少一个保护性金属屏罩，其中所述室包括筒状体，其由介电材料制成并且通过两个金属盖在其端部封闭，其中这些盖中的每个连接至电触头之一，其中所述真空管还包括覆盖所述室外表面的介电涂层。
根据本发明，此方法包括以下连续步骤：
(a)组装所述密封室和两个电触头，
(b)包括空心体的硅橡胶的组合物的沉积、不连续及定位于所述室的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分的外表面，其中这些空心体是可压缩的并且具有由热塑性材料制成的外层，随后交联该组合物，以便在所述室的外表面上形成中间硅树脂层，以及
(c)合成材料的注射成型，特别是通过自动压力凝胶化方法，其中所述合成材料是环氧聚合物，从而形成包覆成型层，其中中间层和包覆成型层形成真空管的介电涂层。
根据本发明的方法的一个有利的实施例，所述硅橡胶组合物还包括交联剂，其中步骤(b)的交联通过热硫化、通过加热所述硅橡胶组合物而获得。
根据本发明的方法的另一实施例，步骤(b)的交联通过冷硫化、通过使硅橡胶组合物在环境温度下与交联剂(如果适用的话存在催化剂)接触而获得。
因此，与目前制造真空管的方法不同，根据本发明的方法没有实施注射成型液体硅橡胶来制作中间硅树脂层的步骤。由于制作中间层不涉及施加高压(其有损于真空管的室的金属盖的某些配置)，所以根据本发明的方法可被设想用于制造任何类型的真空管，不管构成该真空管的密封室的盖的形状、尺寸和/或金属。
例如，所述硅橡胶组合物可以通过喷镀器(pistol)来沉积。
该沉积还定位在所述密封室的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分的外表面。
该沉积最好被定位成以便至少覆盖从这些金属部分突出的元件的整个外表面，优选地，以便至少覆盖所述金属部分的整个外表面。
因此，硅橡胶组合物的量一定小于以当前制造真空管的方法来制作连续中间层所需的量。
完全可以设想的是，在步骤(a)之后且在步骤(b)之前，将底涂层施加到真空管的室的外表面上来改善(如果需要的话)中间层和/或包覆成型层至该外表面的粘附性。
根据一变形，用于制造根据本发明的真空管的方法还包括在步骤(a)中将至少一个保护性金属屏罩安装在该室中，其中该屏罩通过连接装置而被连接至所述室，其中步骤(b)还包括将所述硅橡胶组合物沉积在连接装置上，优选的是以便至少覆盖所述连接装置的整个外表面。
第五，本发明涉及一种用于制造如上所述的断路器极的方法，其中该断路器极包括由如上所定义的真空管(其中其有利的特征可被单独或组合考虑)及两个导电连接形成的组件，其中所述组件覆盖有包覆成型层。
根据本发明，用于制造断路器极的该方法包括以下连续步骤：
(a)组装包括密封室和两个电触头的真空管，
(b)包括空心体的硅橡胶的组合物的沉积、不连续及定位于所述室的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分的外表面，其中这些空心体是可压缩的并且具有由热塑性材料制成的外层，随后交联该组合物，以便在所述室的外表面上形成中间硅树脂层，以及
(c)将合成材料注射成型于所述组件及两个导电连接的外表面上，特别是通过自动压力凝胶化方法，其中所述合成材料是环氧聚合物，从而形成包覆成型层，
其中所述方法还包括组装真空管和两个导电连接的步骤，其中该步骤实施
-或在步骤(a)中，
-或在步骤(b)和(c)之间。
如上所述结合用于制造真空管的方法，根据用于制造根据本发明的断路器极的方法一个有利实施例，所述硅橡胶组合物还包括交联剂，其中步骤(b)的交联通过热硫化、通过加热所述硅橡胶组合物而获得。
根据本发明的方法的另一实施例，步骤(b)的交联通过冷硫化、通过使硅橡胶组合物在环境温度下与交联剂(如果适用的话存在催化剂)接触而被获得。
同样如上所述，步骤(b)的沉积最好被定位成以便至少覆盖从这些金属部分突出的元件的整个外表面，优选地，以便至少覆盖所述金属部分的整个外表面。
组装真空管及两个导电连接来形成断路器极强加拐角和截面的大变化于构成该极的不同元件之间，特别是在连接至真空管的静触头的导电连接的区域中。并且这样的拐角和截面的大变化可能对以这种方式构成的断路器极的热机械性能有直接的影响。
用于制造根据本发明的断路器极的方法使得断路器极能够被制造，由其最终形状所强加的其中的结构约束被考虑在内。
在组装构成包括过模制的真空管(特征在于其特定的中间不连续局部层(由包括如上所定义的可压缩的空心体的硅树脂制成))的断路器极的不同元件之后，作为最终阶段的制作包覆成型层使得由断路器极的制造所造成的热机械约束以及由其使用(特别是在其受到充分的热应力时)所造成的约束能够得以解决。
根据一变形，制造根据本发明的断路器极的方法还包括在步骤(a)中将至少一个保护性金属屏罩安装在该室中，其中该屏罩通过连接装置而被连接至该室，其中步骤(b)还包括将所述硅橡胶组合物沉积在连接装置上，优选的是以便至少覆盖所述连接装置的整个外表面。
通过阅读涉及两个开关设备(在这种情况下是断路器极，其中之一包括根据本发明的真空管)的下面的详细说明书，本发明的其它优点和特征将更加显而易见。
该详细说明书还提及一种用于制造根据本发明的过模制的真空管的方法。
本说明书还包括三个过模制的真空管(其中之一是根据本发明的)在热应力前后的抗开裂性及介电性能的评估。
该详细说明书(其特别参照所附的图1至4)仅示例性给出，且在任何情况下都不被视为限制。
附图说明
图1表示的是包括根据本发明的真空管的开关(在此情况下是断路器极)的纵向剖视图的示意图。
图2示出了被评估的真空管所受到的热的热循环。
图3示出了被评估的真空管所受到的冷的热循环。
图4示出了被评估的真空管所受到的交替的热循环。
具体实施方式
开关设备
在图1中，已经表示了断路器极1。
此断路器极1由真空管2及两个导电连接(一个下连接3和一个上连接3')的组件形成。
真空管2包括密封室4，其中有受控的低压空气或另一介电流体，也被称为“真空”。
密封室4包括由两个部分5a和5b形成的筒状体5，这两个部分由介电材料最好是陶瓷材料特别是氧化铝制成，该陶瓷材料可能被漆包。这种材料的筒状体5还可以由玻璃制成。
筒状体5通过金属盖6、6'而封闭在其端部，所述金属盖以密封的方式连接至筒状体5，例如通过钎焊或通过焊接。
金属盖6、6'可以具有从相应外表面延伸的突出边缘6a、6'a。
室4还包括两个电触头7、7'，它们沿着真空管1的轴线相对彼此移动。在传统的方式中，电触头7'是静止的且固定至金属盖6'，而电触头7轴向移动并连接至金属盖6。为了允许动电触头7能够移动同时又能保存密封室4的气密性，安装波纹管密封件8。
密封室4还包括保护性金属屏罩9，其位于密封室4内并连接至该室4。该保护性金属屏罩9的功能是保护筒状体5免受液体金属蒸气且免受来自当电流被关断时在电触头7、7'之间所产生的电弧相的金属突起。保护性金属屏罩9由例如通过钎焊而连接于筒状体5的部分5a与5b之间的圆环10支承。
根据本发明，断路器极1由包括两层(中间层13和由合成材料制成的包覆成型层14)的介电涂层12覆盖。包覆成型层14定位在中间层13上，使得在该中间层13与该包覆成型层14之间没有空闲空间。也就是说，介电涂层12与室4的外表面之间的界面被密封。
中间层13是连续层，其定位在密封室4的金属部分上，以便至少部分地覆盖这些金属部分的外表面。至少所述金属部分的突出部分连同结合至筒状体5的介电材料的所述金属部分的边缘一起最好被完全覆盖。
在图1中，中间层13至少部分地覆盖金属部分6、6'和10的外表面。中间层13从而定位于金属盖6、6'的外表面上并且在保护性金属屏罩9的圆环10的外表面上，即在对开裂敏感的包覆成型层14的表面或区域上。
实际上，由于密封室4的金属外表面特别是金属盖6、6'的突出部分6a、6'a的外表面被中间层13覆盖，所以它们不再与包覆成型层14直接接触。包覆成型层14的开裂的风险因此通过这些外金属表面(包括突出部分6a、6'a的外表面)而得以消除。
同样要指出的是，该中间层13由特定的硅树脂制成。实际上，该硅树脂包括可压缩的空心体，并且该空心体包括由热塑性材料制成的外层。
因此，使用这样的硅树脂(其可被定性为“可压缩的”)使得介电涂层12能够被形成，其中的中间层13可以吸收密封室4的金属元件(盖6、6'和圆环10)与包覆成型层14之间的热膨胀变化，该中间层13在介电涂层12内占有的体积没有任何膨胀。实际上，中间层13的膨胀在某种意义上由存在于该硅树脂中的空心体“吸收”。因此，在断路器极1可能受到的热应力的影响之下，观察到在包覆成型层14中没有形成裂纹。
相反，如在文献[1]和[2]中所述，在这样的中间介电涂层中使用本质上不可压缩的硅树脂不能使得在这样涂层的包覆成型层中开裂的风险能够被消除。实际上，在相同热应力的影响之下，当中间层膨胀时，其导致热机械应力不仅在包覆成型层上，而且还在筒状体上，从而引起密封室的包覆成型层的及陶瓷材料的开裂或断裂与真空固有地损耗的双重风险。
介电涂层12本身可被称为“屏蔽层”(未示出)的导电层覆盖。
用于制造根据本发明的真空管的方法
下面将对一种用于制造真空管的方法进行说明，其中该方法是根据本发明的。
使用的是参考Schneider Electric VG3-I的预组装真空管，其可商购。
这样的真空管包括密封室、两个电触头及保护性金属屏罩，但是没有介电涂层。该真空管的密封室由包括由陶瓷材料制成的两个部分的筒状体形成，并且由带有突出边缘的两个金属盖封闭。该密封室还包括与由陶瓷材料制成的这两个部分相连接的筒状金属环，其中该环构成保护性金属屏罩的托架。
在可能事先清洗真空管例如使用异丙醇以消除异物(油腻物质、灰尘等)的每个残余痕迹之后，由Wacker公司出售的商业名称为RT 713的称为“高压缩性硅橡胶”的硅橡胶的珠或条沉积在该室的金属盖的外表面上以及在构成保护性金属屏罩的托架的筒状金属环的外表面上。此沉积被实现，以使得金属盖的整个外表面连同筒状金属环的整个外表面一起被硅橡胶覆盖。这些硅树脂珠具有截圆环的形式，其半径大于或等于3毫米。
这种在密封室的金属表面上的沉积使得该密封室的外表面的所有金属区域或部分能够被覆盖，并且通过这样做，使得能够实现金属盖的以及陶瓷材料的“三相点”的任何突出边缘的涂覆，其中所述三相点是由筒状体的陶瓷材料制成的两个部分与筒状金属环之间的接合区域。
完全可以设想的是，金属部分可以仅由中间层部分地覆盖。特别是，在没有突出拐角被涂覆的情况下，对于金属区域或部分没有必要的要求。
通过这样的局部沉积，包覆成型层中可能由所述室的金属元件特别是由所述盖的任何突出边缘所施加的应力而引起的任何早期破裂得以阻止，前提是如果这些金属元件与环氧聚合物直接包覆成型，或者如果使用的是非可压缩的硅树脂。
沉积可最好被实现成使得相邻由金属盖及由金属筒状环所形成的这些金属表面的筒状体的外表面的区域或部分也被该硅橡胶覆盖。虽然这样的假设是可以想象的，然而在将连续的中间层沉积在筒状体的整个外表面上方面没有优势，特别是出于经济原因。
然后，涂覆有硅橡胶珠的真空管被再次清洗，例如使用异丙醇，以消除异物，并且通过这种方法来提高包覆成型层的随后的粘附性。然后在160℃与170℃之间的温度下将其置于炉中达2小时，从而允许硅橡胶的交联。
在将其从炉中取出之后，涂覆有硅珠或条的真空管被放置在模具中，模具然后被封闭，并且其温度在整个模塑循环升高至且然后保持在150℃；所述模具的尺寸使得采用所选择的材料来填充真空管与模具之间的剩余空间能够获得所需厚度的紧凑的包覆成型层。
然后进行注射成型，最好使用自动压力凝胶化，以形成包覆成型层。
要做到这一点，包括环氧化物单体、固化剂和无机填料的混合物(该混合物由Huntsman公司销售，商业名称为CY 225/HY 225(固化剂)/二氧化硅粉，并且其中化合物按重量计的各自比例为100/80/270)在介于约1bar和1.5bar之间的注射压力下被注射。然后，在模具被打开且真空管被提取之前，施加所谓的6bar最大值的“凝胶化”压力的压力达22分钟的循环时间。包括所述室、电触头以及由中间层和包覆成型层形成的介电涂层的包覆成型的真空管的后固化通过在145℃下加热模具达220分钟、然后在130℃下达44分钟、以及最终在80℃下达44分钟而得以完成。
真空管在热应力前后的抗开裂性及介电性能的评估
所进行的测试的目的是在不同热循环完成前后评估包覆成型层的及三个真空管(其中之一是根据本发明的)的密封室的抗开裂性以及连同这些真空管的介电性能。
为了评估由环氧聚合物制成的包覆成型层的及这三个真空管的密封室的抗开裂性，使用市售的参考Schneider Electric VG2的预先组装的真空管。
这些真空管具有两个金属盖，其上连续沉积的是根据本发明的特征所定位的不连续的中间层，之后是由环氧聚合物制成的相同包覆成型层。虽然对于这三个真空管来说包覆成型层在组分及厚度两方面而言是相同的，但是相同厚度的中间层(对于其部分来说)是由三个不同的硅树脂制成的。
用于制作中间及包覆成型层的材料如下：
中间层
-来自Wacker公司的参考RT 713的可压缩硅树脂，具有下表中的参考硅树脂-1，用于制作根据本发明的真空管，
-来自Rhodia公司的参考RTV 3428的非可压缩硅树脂，该硅树脂具有下表中的参考硅树脂-2，用于制作根据现有技术的真空管，
-来自Henkel公司的参考AS 310的非可压缩硅树脂，该硅树脂具有下表中的参考硅树脂-3，用于制作根据现有技术的真空管。
包覆成型层
使用的是由Huntsman Advanced Materials公司出售的100pp的CY5824-CI树脂、同样由Huntsman Advanced Materials公司出售的80pp的硬化剂HY5924-CI、以及由Quartzwerke Gruppe公司出售的300pp的W12EST二氧化硅所形成的混合物。
开展的测量及相关的设置如下，其中这些参数是以IEC标准定义的：
-以50Hz的频率施加44kV的电压达60秒，该频率对应于的值称为“功率频率耐受”值，在下面的表3至5中表示为“PFW”；
-在44kV下降时以20kVrms测量局部放电电平，在下面的表3至5中表示为“PD”：以pC(pico Coulombs)所获得的值示于表1中；以及
-接地的金属板与所述极的轴线之间的距离为110mm。
开展了各种热循环。以每分钟2℃的速率所施加的作为时间(t)函数的温度(T)的变化列于下面的表1和2中并且分别示于图2和3中，其中环境温度(Tamb)也在这些图中被规定。
热循环 持续时间(h) 观察
在50℃的循环 8 OK
在70℃的循环 16 OK
在90℃的循环 8 OK
在110℃的循环 16 OK
表1
在“观察”栏中，表述“OK”指的是没有任何被测试的真空管在称为“热”的热循环的热循环的影响之下退化，该热循环对应于根据上面表1的周围温度的上升并示于图2中。
冷循环 持续时间(h) 观察
在-10℃的循环 8 除硅树脂-3之外均OK
在-20℃的循环 16 OK
在-30℃的循环 8 OK
在-40℃的循环 16 OK
表2
可以观察到，除了其中中间层是由硅树脂-3(其在-10℃的第一循环过程中开裂)制作的真空管之外，包括硅树脂-1和硅树脂-2的真空管没有在称为“冷”的热循环的影响之下退化，该热循环对应于根据上面表2的周围温度的下降并示于图3中。
还开展了“交替”的热循环。-40℃与90℃之间的温度变化示于图4中。
值得指出的是，由4个连续的交替循环得出的结论是，其中中间层是由硅树脂-2制作的真空管具有裂纹，这不是根据本发明的真空管(其具有硅树脂-1的中间层)的情况。
在施加不同的热循环之前，所采取的PFW(功率频率耐受)、SA(点火阈值)、SE(熄灭阈值)以及PD(局部放电)测量示出在下面的表3中，测量条件如下：温度23.6℃、压力1024mbar以及相对湿度32.7％：
表3
(*)在此位置，用于包括由硅树脂-3制成的中间层的真空管的PFW测量可以是41kVrms最大值。高于此值引发作用(initiation)发生在不损害包覆成型层的电绝缘性的真空管中。
在施加根据图2和3中所表示的曲线的热的且然后冷的热循环(即在50℃的8h、在70℃的16h、在90℃的8h、在110℃的16h，并且然后在-10℃的8h、在-20℃的16h、在-30℃的8h、在-40℃的16h)之后，所开展的PFW、SA、SE及PD测量示于下面的表4中，测量条件如下：温度22.6℃、压力9996mbar以及相对湿度319％：
表4
可以观察到，仅包括由硅树脂-1和硅树脂-2制成的中间层的真空管抵抗开裂，并且在进行热的以及然后冷的热循环之后具有令人满意的介电性能。
在施加根据图4中所表示的曲线的交替的热循环之后，所开展的PFW、SA、SE及PD测量示于下面的表5中，测量条件如下：温度23.7℃、压力1019.2mbar以及相对湿度35.8％：
表5
可以观察到，仅包括由硅树脂-1制成的中间层的根据本发明的真空管抵抗开裂，并且在进行交替的热循环之后具有令人满意的介电性能。
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Claims (19)

1.一种真空管(1)，其包括密封室(4)和相对彼此移动的两个电触头(7、7')，其中所述室(4)包括筒状体(5)，其由介电材料制成并且通过两个金属盖(6、6')在其端部封闭，其中这些盖(6、6')中的每个连接至电触头(7、7')之一，其中所述真空管(1)还包括覆盖所述室(4)外表面的介电涂层(12)，其中该涂层(12)包括至少两层，即由合成材料制成的称为包覆成型层(14)的第一层和由硅树脂制成的称为中间层(13)的第二层，其中所述中间层(13)介于所述室(4)的外表面与包覆成型层(14)之间，其特征在于，中间层(13)是不连续的，并且定位于所述室(4)的金属盖(6、6')上并且与所述金属盖(6、6')直接接触，以便至少部分地覆盖这些金属盖(6、6')的外表面，其中所述中间层(13)的硅树脂包括空心体，其中这些空心体是可压缩的，并且具有由热塑性材料制成的外层。
2.根据权利要求1所述的真空管(1)，其中，所述空心体是微球体，具有的平均直径在1μm与800μm之间。
3.根据权利要求1所述的真空管(1)，其中，所述空心体是微球体，具有的平均直径在10μm与80μm之间。
4.根据权利要求1所述的真空管(1)，其中，所述介电涂层(12)与所述室(4)的外表面之间的界面被密封。
5.根据权利要求1所述的真空管(1)，还包括至少一个保护性金属屏罩(9)，其位于所述室(4)内并连接至该室。
6.根据权利要求5所述的真空管(1)，其中，所述筒状体(5)包括至少一个第一部分和一个第二部分(5a、5b)，并且所述保护性金属屏罩(9)通过介于这些第一和第二部分(5a、5b)之间的连接装置(10)而连接至所述室(4)，其中中间层(13)还定位于所述连接装置(10)上，以便至少覆盖所述连接装置(10)的整个外表面。
7.根据权利要求1所述的真空管(1)，其中，所述筒状体(5)由陶瓷材料制成。
8.根据权利要求7所述的真空管(1)，其中，所述陶瓷材料是氧化铝。
9.根据权利要求7所述的真空管(1)，其中，所述陶瓷材料被漆包。
10.根据权利要求1所述的真空管(1)，其中，所述包覆成型层(14)由热固性聚合物制成。
11.根据权利要求10所述的真空管(1)，其中，所述热固性聚合物是环氧聚合物。
12.根据权利要求1所述的真空管(1)，还包括定位在所述介电涂层(12)上的屏蔽层。
13.一种中压开关设备，包括根据权利要求1至12中任一项所述的至少一个真空管(1)。
14.一种断路器极，包括由根据权利要求1至12中任一项所述的真空管(1)及两个导电连接形成的组件，其中所述组件涂覆有包覆成型层，并且如果适用的话涂覆有屏蔽层。
15.一种制造根据权利要求1至12中任一项所述的真空管(1)的方法，包括以下连续步骤：
(a)组装所述密封室(4)和两个电触头(7、7')，
(b)包括空心体的硅橡胶的组合物的沉积、不连续及定位于所述室(4)的金属盖(6、6')上，以便至少部分地覆盖这些金属盖(6、6')的外表面，其中这些空心体是可压缩的并且具有由热塑性材料制成的外层，随后交联该组合物，以便在所述室(4)的外表面上形成中间硅树脂层，
(c)合成材料的注射成型，其中所述合成材料是环氧聚合物，从而形成包覆成型层(14)，其中中间层(13)和包覆成型层(14)形成真空管(1)的介电涂层(12)。
16.一种用于制造根据权利要求14所述的断路器极的方法，包括以下连续步骤：
(a)组装包括密封室(4)和两个电触头(7、7')的真空管(1)，
(b)包括空心体的硅橡胶的组合物的沉积、不连续及定位于所述室(4)的金属盖(6、6')上，以便至少部分地覆盖这些金属盖(6、6')的外表面，其中这些空心体是可压缩的并且具有由热塑性材料制成的外层，随后交联该组合物，以便在所述室(4)的外表面上形成中间硅树脂层，
(c)将合成材料注射成型于所述组件及两个导电连接的外表面上，其中所述合成材料是环氧聚合物，从而形成包覆成型层，
其中所述方法还包括组装真空管(1)和两个导电连接的步骤，其中该步骤实施
-或在步骤(a)中，
-或在步骤(b)和(c)之间。
17.根据权利要求15所述的制造真空管(1)的方法或根据权利要求16所述的用于制造断路器极的方法，其中，注射成型步骤(c)通过自动压力凝胶化方法执行。
18.根据权利要求15所述的制造真空管(1)的方法或根据权利要求16所述的用于制造断路器极的方法，还包括在步骤(a)中将由连接装置(10)所连接的至少一个保护性金属屏罩(9)安装在室(4)中，其中步骤(b)还包括将所述硅橡胶组合物沉积在连接装置(10)上。
19.一种根据权利要求15或16所述的制造方法，其中，所述硅橡胶组合物还包括交联剂，其中步骤(b)的交联通过热硫化、通过加热所述硅橡胶组合物获得。
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