CN105838064A - 一种固封极柱用绝缘材料、断路器用固封极柱及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固封极柱用绝缘材料、断路器用固封极柱及其制备方法，属于真空断路器技术领域。本发明的固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙55％‑60％、玻璃纤维30％‑35％、助剂10％‑12％；所述助剂为抗氧剂和硅酮，抗氧剂和硅酮的质量比为1：1‑2。本发明的绝缘材料的膨胀系数更接近于真空灭弧室的陶瓷壳，彻底解决了在冷热交替环境下因膨胀系数差距过大造成的绝缘壳体开裂问题，提高了产品的表面质量，也提高了产品的生产效率。

Description

一种固封极柱用绝缘材料、断路器用固封极柱及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种固封极柱用绝缘材料、断路器用固封极柱及其制备方法，属于真空断路器技术领域。

背景技术

在中压输电领域，特别是在12kV级，真空断路器的应用非常广泛。真空断路器的广泛应用跟真空断路器技术的不断进步分不开，其中最重要的是固封极柱的技术进步。真空断路器的极柱绝缘经历了空气绝缘、复合绝缘、固封绝缘三个阶段，也分别对应三代真空断路器。固封极柱属于第三代极柱绝缘产品，它通过自动压力凝胶成型工艺(APG)，利用环氧树脂将灭弧室及上下出线端全部包封。这样不仅缩小了灭弧室尺寸，而且彻底不受外界环境(灰尘、潮气等)的影响，提高了耐候性，此时环氧树脂不仅作为绝缘体，而且还能起到机械支撑作用，其电场分布和应力分布优于其他各种形状的绝缘隔板结构。

但是，目前市场上使用的固封极柱存在较多的问题：温升高，由于极柱被环氧树脂固封且包覆厚度较大，散热性相对差，易出现温升问题；易开裂，真空灭弧室的陶瓷壳与环氧树脂的膨胀系数差别过大，会引起开裂问题，另外，操作振动、撞击、动热稳定或环境温度变化也会导致环氧树脂壳体产生开裂；难降解，产品报废后，废料不能重复利用，且降解周期长，不能满足环境友好的要求；质量大，由于环氧树脂材质特性的限制，材料用量大，从而造成产品的质量大。

为了解决上述问题，现有技术中出现了利用热塑性塑料代替环氧树脂作为固封极柱的绝缘壳体的技术方案。授权公告号为CN202855616U的中国实用新型专利(授权公告日为2013年4月3日)公开了一种热塑材料固封极柱真空断路器，采用添加有短玻璃纤维的聚酰胺工程塑料作为固封极柱的浇注材料，与传统的环氧树脂固封极柱相比较，可以减少极柱重量约35％，绝缘强度提高约50％，机械强度提高300％-400％。由于聚酰胺具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性和耐化学药品性及自润滑性，大大提高了固封极柱的产品性能。但是，上述固封极柱的绝缘材料在浇注时的流动性较差且绝缘材料与真空灭弧室的陶瓷壳体的膨胀系数相差较大，仍然会导致绝缘壳体表面开裂，不利于在固封极柱的绝缘壳体外表面形成良好的表面质量，而且加工效率也较低，导致固封极柱的生产效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高固封极柱表面质量及生产效率的固封极柱用绝缘材料。本发明的目的还在于提供一种断路器用固封极柱及其制备方法。

为了实现以上目的，本发明的固封极柱用绝缘材料的技术方案如下：

一种固封极柱用绝缘材料，由如下重量百分比的组分组成：尼龙55％-60％、玻璃纤维30％-35％、助剂10％-12％；所述助剂为抗氧剂和硅酮，抗氧剂和硅酮的质量比为1：1-2。

所述硅酮为聚硅氧烷。优选的，聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷。其硅原子上连接的有机基团为1-3。

本发明的固封极柱用绝缘材料采用的尼龙材料可以降解，有利于产品的回收利用，减少对环境的污染；尼龙材料中按比例添加玻纤、助剂，有助于增加绝缘材料的强度和注塑时的流动性，而且具有密度小、质量轻的特点，相对常规固封极柱具有包覆厚度小、耗材少、质量轻等优点，从而在保证强度的前提下，减少了重量，也降低了回路温升；本发明的绝缘材料的膨胀系数更接近于真空灭弧室的陶瓷壳，彻底解决在冷热交替环境下因膨胀系数差距过大造成的开裂问题。

所述尼龙为PA66或者PA6。玻璃纤维长径比为20～40。

所述抗氧化剂为氨丙基三乙氧基硅烷KH550。

本发明的断路器用固封极柱的技术方案如下：

一种断路器用固封极柱，包括绝缘壳体，所述绝缘壳体由如上所述的固封极柱用绝缘材料制成。

本发明的断路器用固封极柱还包括设置在绝缘壳体中的上导电体、真空灭弧室、下导电体、嵌件，采用上述绝缘材料，把上导电体、真空灭弧室、下导电体、嵌件等固定封装为一个整体，既保证各零部件之间回路的导通性，又稳定、可靠地固定在既定位置，避免了绝缘外壳的开裂现象，提高了固封极柱的表面质量。

所述上导电体上设置有用来将上导电体与成型模具固定连接的锁止结构。该锁止结构可以保证上导电体和成型模具之间的位置固定。

所述上导电体下端与真空灭弧室上端固定连接，上导电体下端设置有阶梯状沉孔，真空灭弧室上端设置有与所述阶梯状沉孔配合的阶梯状凸起，所述阶梯状沉孔与阶梯状凸起之间在上下方向上具有间隙。该间隙的设置能够在保证导电可靠性的同时，有效减少注塑时的压力对上导电体造成的影响。具体的，阶梯状沉孔包括从上到下依次设置且外径逐渐增大的三个圆环形平面：第一平面、第二平面、第三平面，真空灭弧室的上端设置有与上导电体下端的阶梯状沉孔形状匹配的阶梯状凸起，该阶梯状凸起具有与阶梯状沉孔的三个圆环形平面分别对应的三个上端面：第一上端面、第二上端面、第三上端面，第二平面与第二上端面之间具有间隙，第三平面与第三上端面之间具有间隙。

本发明的断路器用固封极柱的制备方法的技术方案如下：

上述的断路器用固封极柱的制备方法，包括如下步骤：

1)将上导电体与真空灭弧室固定连接，置于成型模具中，然后将下导电体和嵌件也固定在成型模具中的相应位置；

将尼龙、玻璃纤维、助剂混合均匀，加热至尼龙熔化，得到注塑料；

2)将注塑料在加压条件下注入成型模具的空腔中，脱模，即得。

本发明的断路器用固封极柱的制备方法具有操作简便的特点，而且由于尼龙具有热塑成型快的特点，本发明的固封极柱生产周期也被大大降低，提高了生产效率。

所述上导电体和成型模具上设置有用来将上导电体与成型模具固定连接的锁止结构，步骤1)中上导电体和真空灭弧室置于成型模具后，将上导电体与成型模具通过锁止结构固定连接。浇注时，能够保证上导电体与成型模具之间的位置关系，又能减少真空灭弧室所承受的压力。上导电体与成型模具通过锁止结构固定连接也可以在上导电体、真空灭弧室、下导电体、嵌件都安装在模具中之后。

步骤1)中上导电体和真空灭弧室置于成型模具前，在真空灭弧室的陶瓷外壳外表面涂抹耦合剂。耦合剂能偶增加尼龙材料与陶瓷的粘接强度，避免在绝缘壳体与真空灭弧室的结合处产生气隙。

所述耦合剂为超声波探伤耦合剂。

步骤1)中加热是加热至温度为290℃～300℃。

所述加压条件的压力为60MPa～70MPa。

附图说明

图1为本发明的实施例1中的固封极柱的结构示意图；

图2为图1的在竖直方向上的剖视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图1中的上导电体的剖视图；

图5为图1中的上导电体的俯视图；

图6为图1中的下导电体的结构示意图；

图7为图1中的真空灭弧室的结构示意图；

图8为图1中上导电体和真空灭弧室连接后的结构示意图；

图9为图1中的嵌件的结构示意图；

图10为密封圈的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。

下面各实施例中，聚二甲基硅氧烷为市售的常规聚二甲基硅氧烷，其聚合度、粘度等均为常规水平。

实施例1

本实施例的固封极柱用绝缘材料由如下重量百分比的组分组成：尼龙55％、玻璃纤维35％、助剂10％；尼龙为PA66，玻璃纤维采用巨石玻纤，助剂为抗氧剂氨丙基三乙氧基硅烷和聚二甲基硅氧烷，抗氧剂与聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1；玻璃纤维长径比为20，具有良好的抗拉强度。

本实施例的断路器用固封极柱，包括绝缘壳体4以及设置在绝缘壳体中的上导电体1、真空灭弧室3、下导电体6、嵌件7，绝缘壳体采用上述固封极柱用绝缘材料制成。

绝缘壳体将上导电体、真空灭弧室、下导电体、嵌件固封为一个整体，绝缘壳体整体上呈现上圆下方的形状，厚度均匀，连接处过渡圆滑。所述上导电体包括水平段和竖直段，竖直段的下端为近似圆柱体，竖直段的下端面上设置有开口朝下的圆形阶梯状沉孔，阶梯状沉孔包括从上到下依次设置且外径逐渐增大的三个圆环形平面：第一平面9、第二平面10、第三平面11，真空灭弧室的上端设置有与上导电体下端的阶梯状沉孔形状匹配的阶梯状凸起，该阶梯状凸起具有与阶梯状沉孔的三个圆环形平面分别对应的三个上端面：第一上端面12、第二上端面13、第三上端面14，其中第一上端面上具有螺纹孔，上导电体的竖直段上端设置有沿竖直方向延伸的螺钉槽，螺钉槽的槽底与上导电体下端的第一平面之间由螺钉孔8连通，内六角螺钉2穿过螺钉孔并与真空灭弧室第一上端面上的螺纹孔螺纹连接，从而将上导电体与真空灭弧室固定连接在一起，第一平面与第一上端面紧密贴合。通过设置阶梯状沉孔第一平面与第二平面之间的高度小于真空灭弧室阶梯状凸起的第一上端面和第二上端面之间的高度，使得第二平面与第二上端面之间具有一定间隙，采用相似的设置，使第三平面与第三上端面之间也具有一定间隙。

真空灭弧室包括圆筒形的金属壳体17以及套设在金属壳体外部的圆筒形的陶瓷壳体15，陶瓷壳体的外径大于金属壳体的外径，金属壳体的下端从陶瓷壳体的下端开口伸出，使陶瓷壳体的下端端面沿金属壳体的外周形成了一个环形的下端面16。金属壳体的外周上套设有密封圈5，密封圈的上表面19与环形下端面的形状匹配，保证密封圈的上表面与环形下端面紧密贴合。上导电体、真空灭弧室、密封圈组成的整体固定在固封极柱的上端，下导电体固定在固封极柱的中间部位，嵌件为四个，分别固定在固封极柱下端的四周，绝缘壳体中在真空灭弧室以下的部分构成了型腔，绝缘壳体的型腔下端具有方形的开口，四个嵌件设置在近似方形的开口的四个角的位置，绝缘壳体下端靠近嵌件的位置向内凹陷，由一体设置在绝缘壳体内表面的凸起构成增加强度的筋21，绝缘壳体下部的内外表面上均设置有伞裙22，用来增大爬电距离，伞裙的尺寸和位置由具体的成型模具来决定。伞裙在水平方向上的截面为底部大、顶部小的梯形结构，且顶部加工有圆角。嵌件为近似圆柱体，分别嵌设在绝缘壳体下端面上，嵌件外表面上设置有防脱凹槽18，能够保证嵌件与绝缘壳体牢固结合。

上导电体上设置有用来将上导电体与成型模具固定连接的锁止结构20，锁止结构为设置在上导电体竖直段上端的螺钉槽内壁的锁止螺纹，在成型模具内壁设置有对应的锁止螺栓，锁止螺栓与锁止螺纹配合能够将上导电体与成型模具固定连接。

本实施例的断路器用固封极柱的制备方法包括如下步骤：

1)先将上导电体与真空灭弧室通过内六角螺钉进行固定连接，置于成型模具中，然后将下导电体和嵌件固定在成型模具中的对应位置，将上导电体上端的锁止螺纹与成型模具内壁上的锁止螺栓进行螺纹连接，使上导电体与成型模具固定连接，在真空灭弧室的陶瓷壳外表面涂抹耦合剂；

将尼龙、玻璃纤维、助剂混合均匀，由固封注塑机加热至300℃，使尼龙熔化，得到注塑料；

2)在60MPa的压力下将注塑料注入成型模具的空腔内，脱模，自然冷却至常温，即得。

实施例2

本实施例的固封极柱用绝缘材料由如下重量百分比的组分组成：尼龙60％、玻璃纤维30％、助剂10％；尼龙为PA66，玻璃纤维采用巨石玻纤，助剂为抗氧剂氨丙基三乙氧基硅烷和聚二甲基硅氧烷，抗氧剂与聚二甲基硅氧烷的重量比为1：2；玻璃纤维长径比为40，具有良好的抗拉强度。

本实施例的断路器用固封极柱的结构同实施例1。

本实施例的断路器用固封极柱的制备方法包括如下步骤：

1)先将上导电体与真空灭弧室通过内六角螺钉进行固定连接，置于成型模具中，将上导电体上端的锁止螺纹与成型模具内壁上的锁止螺栓进行螺纹连接，将上导电体与成型模具固定连接，在真空灭弧室的陶瓷壳外表面涂抹耦合剂，然后将下导电体和嵌件固定在成型模具中的对应位置；

将尼龙、玻璃纤维、助剂混合均匀，由固封注塑机加热至290℃，使尼龙熔化，得到注塑料；

2)在65MPa的压力下将注塑料注入成型模具的空腔内，脱模，自然冷却至常温，即得。

实施例3

本实施例的固封极柱用绝缘材料由如下重量百分比的组分组成：尼龙58％、玻璃纤维30％、助剂12％；尼龙为PA6，玻璃纤维采用巨石玻纤，助剂为抗氧剂氨丙基三乙氧基硅烷和聚二甲基硅氧烷，具体使用硅酮母粉，抗氧剂与聚二甲基硅氧烷的重量比为1：1.5；玻璃纤维长径比为30，具有良好的抗拉强度。

本实施例的断路器用固封极柱的结构同实施例1。

本实施例的断路器用固封极柱的制备方法包括如下步骤：

1)先将上导电体与真空灭弧室通过内六角螺钉进行固定连接，置于成型模具中，将上导电体上端的锁止螺纹与成型模具内壁上的锁止螺栓进行螺纹连接，将上导电体与成型模具固定连接，在真空灭弧室的陶瓷壳外表面涂抹耦合剂，然后将下导电体和嵌件固定在成型模具中的对应位置；

将尼龙、玻璃纤维、助剂混合均匀，由固封注塑机加热至290℃，使尼龙熔化，得到注塑料；

2)在70MPa的压力下将注塑料注入成型模具的空腔内，脱模，自然冷却至常温，即得。

实施例4

本实施例的断路器用固封极柱与实施例1中的断路器用固封极柱的结构不同之处在于，阶梯状沉孔与阶梯状凸起之间不具有间隙，第一平面、第二平面、第三平面与对应的第一上端面、第二上端面、第三上端面之间均为紧密贴合。其他的均与实施例1中的相同。

实施例5

本实施例的断路器用固封极柱与实施例1中的断路器用固封极柱的结构不同之处在于，上导电体的竖直段上端不设置锁止结构，而是采用现有技术中的方法对上导电体与成型模具之间进行固定连接，如通过上导电体的出线端与成型模具进行固定连接。其他的均与实施例1中的相同。

实验例

对实施例1-5中的断路器用固封极柱按照如下步骤进行外观、内部气孔、材料固化效果、回路电阻等方面的测试：

1)把成品放在实验平台上目测外观进行比较；

2)采用红外实验装置对成品进行透视、拍照进行比较；

3)把成品放在实验平台上，使用测试工装使上导电体经过真空灭弧室与下导电体形成回路，进行回路电阻测量。

测试结果如表1所示。

由测试结果可以看出，本发明的断路器用固封极柱具有外观好、材料固化程度好、回路电阻小的特点，稳定可靠。

Claims (10)

1.一种固封极柱用绝缘材料，其特征在于，由如下重量百分比的组分组成：尼龙55％-60％、玻璃纤维30％-35％、助剂10％-12％；所述助剂为抗氧剂和硅酮，抗氧剂和硅酮的质量比为1：1-2。

2.如权利要求1所述的固封极柱用绝缘材料，其特征在于，所述尼龙为PA66或者PA6。

3.如权利要求1所述的固封极柱用绝缘材料，其特征在于，所述抗氧剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

4.一种断路器用固封极柱，包括绝缘壳体，其特征在于，所述绝缘壳体由如权利要求1所述的固封极柱用绝缘材料制成。

5.如权利要求4所述的断路器用固封极柱，其特征在于，还包括上导电体，所述上导电体上设置有用来将上导电体与成型模具固定连接的锁止结构。

6.如权利要求4或5所述的断路器用固封极柱，其特征在于，还包括真空灭弧室，所述上导电体下端与真空灭弧室上端固定连接，上导电体下端设置有阶梯状沉孔，真空灭弧室上端设置有与所述阶梯状沉孔配合的阶梯状凸起，所述阶梯状沉孔与阶梯状凸起之间在上下方向上具有间隙。

7.如权利要求4所述的断路器用固封极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将上导电体与真空灭弧室固定连接，置于成型模具中，然后将下导电体和嵌件也固定在成型模具中的相应位置；

将尼龙、玻璃纤维、助剂混合均匀，加热至尼龙熔化，得到注塑料；

2)将注塑料在加压条件下注入成型模具的空腔中，脱模，即得。

8.如权利要求7所述的断路器用固封极柱的制备方法，其特征在于，步骤1)中上导电体和真空灭弧室置于成型模具后，在真空灭弧室的外表面涂抹耦合剂。

9.如权利要求7所述的断路器用固封极柱的制备方法，其特征在于，所述加压条件的压力为60MPa-70MPa。

10.如权利要求7-9任意一项所述的断路器用固封极柱的制备方法，其特征在于，步骤1)中上导电体和真空灭弧室置于成型模具后，将上导电体与成型模具固定连接。