CN107293442A - 一种具备集成化功能的绝缘外壳及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具备集成化功能的绝缘外壳，包括筒状壳体，筒状壳体的内壁设有用于增加筒状壳体轴向两端之间爬电距离的凸起或凹陷的不平整纹路，该凸起或凹陷的不平整纹路所形成的爬电距离路径上具有两个以上翻越或绕行式的子路径使爬电距离得以增加，增加耐电压性，同时采用增爬环的构造，不仅使爬电距离有大的提高，而且避免了金属蒸汽蒸散对筒状壳体的全内壁的污染，从而在较大爬距和具有较大未受污染面积比例的双重效果下，使具备集成化功能的绝缘外壳的耐电压性以及弧后绝缘水平有极大的提高，真空灭弧室的弧后电气绝缘指标不下降，使具备集成化功能的绝缘外壳以及真空灭弧室向着高压及超高压的方向发展。

Description

一种具备集成化功能的绝缘外壳及其制造方法

技术领域

本发明涉及真空断路器领域，特别涉及真空断路器中真空灭弧室的绝缘外壳及其制造方法。

背景技术

真空灭弧室是真空断路器的核心部件，如图1所示，它包括由陶瓷或玻璃等无机绝缘材料制成的大体呈筒状的绝缘外壳51，绝缘外壳51的两端用金属盖板52封接组成一个密闭容器，密闭容器的内部设有固定在静导电杆53上的静触头54，以及固定在动导电杆55上的动触头56，动导电杆55和金属盖板52之间密封有波纹管57，动导电杆55沿其轴向运动从而带动动触头56，与静触头54完成分闸、合闸动作，为均匀内部电场分布以及减少金属蒸汽的蒸散污染，在触头和波纹管57周围都设有屏蔽罩58。

在触头分闸过程中，触头间产生真空电弧，真空电弧靠触头上蒸发出来的金属等离子体维持，当工频电流过零时，金属蒸汽将停止蒸发，同时由于真空电弧的等离子体快速向四周扩散，电弧被熄灭，触头间隙很快变为绝缘体，于是电流被分断，燃弧过程中产生的金属蒸汽被屏蔽罩58表面冷凝。但是现有的真空灭弧室由于其自身构造的限制，难以在高压以及超高压的环境下仍然保持较好的耐电压性，使其在往高压以及超高压方向发展中受到制碍。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具备集成化功能的绝缘外壳，具有提高其内部耐电压性的优点。

本发明的上述第一目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种具备集成化功能的绝缘外壳，包括筒状壳体，筒状壳体的内壁设有用于增加筒状壳体轴向两端之间爬电距离的凸起或凹陷的不平整纹路，该凸起或凹陷的不平整纹路所形成的爬电距离路径上具有两个以上翻越式或绕行式子路径。

真空灭弧室在向高压及超高压方向发展的过程中，对真空灭弧室内部的耐电压性提出了更高的要求，其主要体现在，对封接在绝缘外壳轴向两端的金属盖板之间于真空灭弧室内侧的绝缘性要求，通过在筒状壳体的内壁设置凸起或凹陷的不平整纹路，该凸起或凹陷的不平整纹路所形成的爬电距离路径上具有两个以上翻越或绕行式的子路径，使得绝缘外壳两开口端的金属盖板沿绝缘外壳内壁的最短距离增加，即爬电距离的增加，使由该绝缘外壳构成的真空灭弧室的室内绝缘性提高，使其拥有更高的耐电压性，为真空灭弧室往高压以及超高压方向发展提供了指引，使真空灭弧室适用于高压以及超高压的环境需求。

进一步，所述凸起或凹陷的不平整纹路包括与筒状壳体同心设置的多个增爬环，所述增爬环呈自筒状壳体的内壁向中心凸起的圆环，相邻的增爬环沿筒状壳体的轴向间隙设置，增爬环的横断面轮廓除去与筒状壳体相交部分之外的部分构成所述翻越式子路径。

通过采用上述技术方案，由于每一增爬环均为向内凸起的圆环，因此使得绝缘外壳内部的爬电距离为筒状壳体纵切面的内侧边，该内侧边由原沿筒状壳体内壁的直线型路径以及翻越式子路径的组合路径，整体呈翻越式的曲折路径，大大增加爬电距离，从而提高绝缘外壳的耐电压性。

进一步，以筒状壳体轴向的中点所在的横断面为基准面，位于所述基准面两侧的增爬环背向基准面的一侧面均形成有环槽，所述环槽沿筒状壳体的轴向向基准面方向凹陷。

通过采用上述技术方案，真空灭弧室中触头合闸、分闸产生真空电弧，此时伴随着触头间金属桥融化并蒸发出来的大量金属蒸汽，金属蒸汽自触头之间位置产生并向四周扩散，在绝缘外壳的内壁冷凝导致绝缘外壳内的耐电压性下降，但金属蒸汽的扩散的方向为自绝缘外壳的中心向周壁以及扩散向绝缘外壳的两端，具有方向性，因此，虽然增爬环面朝金属蒸汽的扩散方向的迎面侧仍旧受到污染，但是其背侧不受直接蒸散污染而保持相对的清洁，使绝缘外壳的内壁自封接金属盖板的一端到另一端形成多个环状耐电压区域，对耐电压性的提高有巨大帮助，在该侧设置向中心凹陷的环槽，使增爬环呈伞裙状，不仅能进一步增大爬电距离，同时扩大了不受直接蒸散污染的面积比例，使绝缘外壳的耐电压性以及弧后绝缘水平大大提高，真空灭弧室在弧后电气绝缘指标不下降，远高于行业75%的弧后绝缘水平。

进一步，相邻的增爬环之间均设有增爬内环，所述增爬内环沿筒状壳体径向的凸起高度低于增爬环的凸起高度。

通过采用上述技术方案，由于金属蒸汽蒸散的方向性，在相邻增爬环之间设置凸起高度低于增爬环高度的增爬内环，不仅增大爬电距离，同时增爬内环的表面受增爬环的遮挡，使得不受蒸散污染的面积倍数增长，进一步扩大了不受蒸散污染的面积比例，使绝缘外壳的耐电压性和弧后绝缘水平进一步提高。

进一步，相邻增爬环之间形成的凹陷构造构成用于供吸气剂附着的安装位。

通过采用上述技术方案，燃弧过程中真空灭弧室内产生少量气体，其中一部分被凝聚的金属蒸汽所吸收，另一部分则有设置于真空灭弧室内的吸气剂吸收，以维持真空灭弧室内的真空度，现有技术中的绝缘外壳的内壁多为平整光滑的壁面，吸气剂没有较好的放置位，因此往往将吸气剂制成带状并设置在金属盖板或波纹管的内壁上，实现安装的同时避免对耐电压性造成影响，但带状吸气剂的购买成本较高，同时其安装方式也相当繁琐，而在设置增爬环之后，相邻增爬环之间自然形成凹陷构造，该凹陷构造构成供吸气剂附着的良好安装位，在该安装位中可设置多种状态的吸气剂，如浆状等，将吸气剂的设置集成在真空灭弧室的生产过程中，避免单独购买市面上的带状吸气剂带来的成本的增加，同时改变了传统的吸气剂和绝缘外壳相互独立的思维，为现代的绝缘外壳具备集成化功能提供了引导，同时在增爬环的遮蔽下，吸气剂对真空灭弧室的耐电压性基本不造成影响，具有极高的技术价值。

进一步，筒状壳体处于触头开距范围内的内壁设有用于吸引触头间电弧的引弧环。

通过采用上述技术方案，触头分闸过程中产生的电弧被吸引并扩散至周向布置的引弧环上，由此不仅触头与触头之间产生金属等离子体，触头和引弧环之间也产生金属等离子体，由此得到更多的金属等离子体以维系电弧电流，大大提高了真空灭弧室的短路电流分断能力。

本发明的第二目的在于提供一种真空灭弧室，有提高其内部耐电压性的优点。

本发明的上述第二目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种真空灭弧室，包括上述的具备集成化功能的绝缘外壳。

通过采用上述技术方案，现有技术中的真空灭弧室一直在往高压以及超高压的方向研究，但是一直仍处于摸索阶段，未有突破，一方面受带有金属屏蔽罩的现有真空灭弧室构造的思维局限，另一方面也受现有的制造工艺限制，使超高压的真空灭弧室，如72KV、126KV、252KV……等更高耐压等级的真空灭弧室的梦想一直难以实现，然而采用上述的绝缘外壳的真空灭弧室，打破了现有思维的局限，使得真空灭弧室不仅在体积上能够得到控制，而且集成化诸如高耐电压性、高弧后绝缘指标、高真空度可靠性、高短路电流开断能力等多项优势，为真空灭弧室的发展带来巨大的推动作用，是真空灭弧室发展必经的技术道路。

本发明的第三目的在于提供一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法。

本发明的上述第三目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

建模：对欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳进行建模得到3D模型；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为40-150的粉末聚乙烯蜡、质量份数为25-100的粉末状无机硅酸盐混合均匀得到原料；

制坯：将上述3D模型导入3D打印设备，根据该3D模型并采用上述原料制得坯体；

烧结：将上述坯体烧结成品。

通过采用上述技术方案，现有的真空灭弧室一直难以做到高压以及超高压的水平，很大一方面受制于现有的绝缘外壳的制造方式，因为现有的绝缘外壳加工方式如热压铸、等静压等，因为脱模限制等原因，难以制造出复杂的三维构造的绝缘外壳，它限制了本领域技术人员的创造力，让本领域的技术人员不向对绝缘外壳的结构本身优化上进行改进，而转向诸如屏蔽罩等方向，然而3D打印技术的诞生很好地解决了这点，应用3D打印技术制造具有复杂三维构造的绝缘外壳，使绝缘外壳的耐电压性有了质的提成，推动了真空灭弧室往更高尖的方向前进。

本发明的第四目的在于提供另一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法。

本发明的上述第四目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃，质量份数为3-30的MnO₂，质量份数为2-20的SiO₂混合均匀得到粉料；

制浆：将上述粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀得到料浆；

成型：将上述料浆注入上述模具中，以热压铸的形式成型得到若干个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

脱蜡冷却：将若干个部件坯体埋入吸附剂中，升温至900℃-1100℃，使若干个部件坯体排除石蜡后冷却；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。

通过采用上述技术方案，以微积分的思维，将具有复杂的三维构造的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，在通过热压铸单独成型各部件坯体之后，将其相互粘合组装成完整的绝缘外壳坯体，烧结得到成品，克服了现有技术中普遍认为无法通过热压铸制造复杂构造的绝缘外壳的技术难题，开阔了绝缘外壳制造领域的思维，同时为真空灭弧室往高尖的高压、超高压方向发展提供了重要帮助。

本发明的第五目的在于提供另一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法。

本发明的上述第五目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种制造上述具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为9-15的粘结剂混合均匀得到粉料；

填充配料：将上述粉料倒入上述各个模具中，并抽出空气；

等静压：将填充有配料的各个模具置于加压容器内，以热或冷或温等静压技术，成型得到各个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。

通过采用上述技术方案，采用等静压技术对绝缘外壳进行生产制造的领域中，同样受限于通常的模具只能加工较为简单的三维构造的绝缘外壳，而遇复杂的三维构造则难以加工，以微积分的思维，将具有复杂的三维构造的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，在通过等静压技术单独成型各部件坯体之后，将其相互粘合组装成完整的绝缘外壳坯体，烧结得到成品，克服了现有技术中普遍认为无法通过等静压制造复杂构造的绝缘外壳的技术难题，开阔了绝缘外壳制造领域的思维，同时为真空灭弧室往高尖的高压、超高压方向发展提供了重要帮助。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

筒状壳体内部增设不平整纹路使爬电距离得以增加，增加耐电压性，同时采用增爬环的构造，不仅使爬电距离有大的提高，而且避免了金属蒸汽蒸散对筒状壳体全内壁的污染，从而在较大爬距和具有较大未受污染面积比例的双重效果下，使绝缘外壳的耐电压性以及弧后绝缘水平有极大的提高，真空灭弧室在弧后电气绝缘指标不下降，在设置引弧环的前提下，为维系电弧提供了更多的金属等离子体，增大短路分断能力，再者改变以往的吸气剂安装方式，能够吸气剂集成在真空灭弧室的生产过程中，提高了真空度可靠性指标。

由此使绝缘外壳具备了集成化功能：一、具有吸气剂效果；二、具有中间屏蔽罩效果；三、具有强大的屏蔽蒸散金属蒸汽的效果等；从而使用本发明的绝缘外壳具有真空度可靠性高，弧后耐压水平不下降，短路分断能力强，极高的内部耐压性能等优点，成为在超高压领域真空灭弧室产品和具有弧后绝缘水平不下降的真空灭弧室产品必需使用的技术路线。

附图说明

图1是现有技术中真空灭弧室的剖视图；

图2是实施例一的立体结构半剖后内部结构示意图；

图3为实施例一的球状触点与安装环结构示意图；

图4为实施例一的绝缘外壳在弧后内壁展开示意图；

图5是实施例二立体结构半剖后内部结构示意图；

图6为实施例三的立体结构半剖后内部结构示意图；

图7是实施例四的立体结构半剖后内部结构示意图；

图8是实施例五的立体结构半剖后内部结构示意图；

图9是实施例五的绝缘外壳在弧后内壁展开示意图；

图10是实施例六的立体结构半剖后内部结构示意图；

图11为实施例七的立体结构半剖后内部结构示意图；

图12是实施例八的立体结构半剖后内部结构示意图；

图13为实施例九的立体结构半剖后内部结构示意图；

图14是实施例十的立体结构半剖后内部结构示意图；

图15为实施例十一的立体结构半剖后内部结构示意图；

图16是实施例十二的立体结构半剖后内部结构示意图；

图17是实施例十三的立体结构半剖后内部结构示意图；

图18是实施例十四的立体结构半剖后内部结构示意图；

图19是实施例十五的立体结构半剖后内部结构示意图；

图20是实施例十六的立体结构半剖后内部结构示意图；

图21是实施例十六的A部分放大图；

图22是实施例十七的剖视图；

图23是实施例二十中绝缘外壳坯体的剖视图。

图中，1、筒状壳体；2、引弧环；21、安装环；211、嵌合槽；22、球状触点；23、柱状触点；24、环形触点；3、增爬环；30、安装位；31、环槽；32、增爬内环；33、嵌槽；34、环切槽；35、环片；36、间隙片；41、螺旋型凸纹；42、迷宫型凸纹一；43、迷宫型凸纹二；51、绝缘外壳；52、金属盖板；53、静导电杆；54、静触头；55、动导电杆；56、动触头；57、波纹管；58、屏蔽罩；a、清洁带；b、污染带；c、安装带；d、直线型路径；e、翻越式子路径；f、绕行式子路径；0E、绝缘外壳坯体； 1E、筒状壳体坯体; 3E、增爬环坯体；21E、安装环坯体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

参照图2和图3，一种具备集成化功能的绝缘外壳，包括筒状壳体1，此处的“筒状”应包括但不仅限于圆柱体、球体、椭球体、纺锤体等立体形状，实施例一以圆柱体的筒状壳体1示例，筒状壳体1可采用玻璃、陶瓷、微晶玻璃或塑料制成，实施例一以陶瓷材料示例，筒状壳体1的两端开口用于封接金属盖板，以构成密闭的真空灭弧室，图1中可见位于筒状壳体1轴向的中间位置的引弧环2，引弧环2包括环形的安装环21，安装环21的内圆周形成一环形的嵌合槽211，嵌合槽211用以嵌合并连接球状触点22，多个球状触点22在嵌合槽211中均匀分布，球状触点22由铜铬合金（CuCr）制成，球状触点22与嵌合槽211采用陶瓷与金属焊接技术实现连接，如图2所示，将嵌合槽211内壁的内部陶瓷金属化，以镍为焊料，将球状触点22与嵌合槽211焊接。

高压及超高压输配电线路中，需要将电流降至很低以降低损耗，由此当真空断路器开断小电流时，容易引起截流过电压现象，这主要由于分断时的电弧电流较小，触头的阴极斑点提供的金属蒸气（金属等离子体）不够充分和稳定，难以维持电弧电流，造成电流到达零点之前的某一瞬时值时发生强制熄弧而形成截流，对线路和电气设备的绝缘造成危害。

引弧环2位于筒状壳体1轴向的中间位置，该中间位置位于触头的开距范围内，当触头间产生电弧时，引弧环2将分布在触头表面的电弧吸引至其本身，由此不仅触头与触头之间产生金属等离子体，触头和引弧环2之间也产生金属等离子体，由此得到更多的金属等离子体以维系电弧电流，使电弧电流在达到接近过零点的一个较小值时才熄灭，大大提高了真空灭弧室的短路分断能力。

引弧环2的沿轴向的两侧均设置有五个同心的增爬环3，增爬环3之间相隔一定间隙，使得筒状壳体1两端沿内壁的最短路径整体呈翻越式的曲折路径（如图1、2中剖面的内侧边示意），其包含了沿筒状壳体1内壁且平行于轴线的直线型路径d和翻过增爬环3的翻越式子路径e，翻越式子路径e的起点和终点分别为离开和到达筒状壳体1内壁的临界点，多个翻越式子路径e增加筒状壳体1的两端沿内壁的爬电距离，同时在金属蒸汽蒸散时，每一增爬环3背向引弧环2的一侧面均构成不受金属蒸汽直接蒸散污染的清洁带a（见图4），由于增爬环3为圆环，该清洁带a也为圆环，若将弧后的绝缘外壳的内壁展开，则如图4所示，其中示意了清洁带a、污染带b以及安装球状触点的安装带c（即嵌合槽211的内壁面），绝缘外壳内壁的污浊程度是决定真空灭弧室内部耐电压性以及弧后绝缘水平的关键要素之一，清洁带a未受金属蒸汽直接蒸散污染，使筒状壳体1的内壁免受全壁面的污染，以多个环形的耐电压区域（即清洁带a）间隔式地对污染带b进行隔断，使绝缘外壳的耐电压性以及弧后绝缘性得到质的提高，同时图4中示出的长度L代表了筒状壳体1内壁的爬电距离，多个增爬环3的间隔设置形成多个翻越式子路径e，大大提升了单位轴向长度内的爬电距离，同时起到增加爬电距离和遮挡金属蒸汽对筒状壳体1的内壁的污染的作用，使绝缘外壳适用于高压以及超高压的应用环境。

再参见图2、图3，相邻增爬环3之间自然形成凹陷构造，该凹陷构造构成供吸气剂附着的良好安装位30，在该安装位30中可设置多种状态的吸气剂，例如涂覆浆状的吸气剂，吸气剂采用诸如锆铝合金16（ZrAl（16））、钛粉（Ti）、锆粉（Zr）、钽粉（Ta）、铌粉（Nb）等，混合香蕉水、硝化纤维后制成浆状，采用一次封排技术（one shot brazing），将吸气剂的设置集成在真空灭弧室的生产过程中，避免单独购买市面上的带状吸气剂带来的成本的增加，同时改变了传统的吸气剂和绝缘外壳相互独立的思维，为现代的绝缘外壳具备集成化功能提供了引导，同时在增爬环3的遮蔽下，吸气剂对真空灭弧室的耐电压性基本不造成影响，具有极高的技术价值。

实施例二

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图5，其和实施例一的区别在于，将球状触点22替换为柱状触点23，在引弧环2上的用于吸引触头间电弧的触点的形状选择上，应尽量避免带有尖锐的毛刺或棱角，以减少触点对真空灭弧室内的磁场造成影响，提高真空灭弧室的耐电压性，图中示意的柱状触点23在筒状壳体1的轴向具有更长的长度，适应于具有较大的触头间开距的更高电压的真空断路器中。

实施例三

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图6，其和实施例二的区别在于，将柱状触点23替换为环形触点24，由于环形触点24的外径与嵌合槽211的直径相适配，完整的圆环难以安装进嵌合槽211内，因此将环形触点24分割成三等分或更多等分的多个圆弧，逐个安装并焊接在嵌合槽211内，形成完整的圆环。

实施例四

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图7，其和实施例一的区别在于，筒状壳体1的中部同心设置有三层引弧环2，真空灭弧室在向高压以及超高压方向发展的同时，随着电压等级的提高，触头间的开距也逐级增加，而引弧环2作用在于吸引触头间的电弧以产生更多的金属等离子体，因此在触头的开距范围内，尽可能多地布置引弧环2，以产生充足的金属等离子体，具有三层及以上引弧环2的筒状壳体1，适应于超高压等级，具有更大触头开距的真空灭弧室。

实施例五

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图8，其和实施例一的区别在于，增爬环3背向引弧环2的一侧均设有沿筒状壳体1的轴向向引弧环2方向凹陷的环槽31，环槽31的横断面靠近引弧环2一侧的边线呈弧形曲线，使增爬环3的该侧面整体呈凹曲面，相应的增爬环3的另一侧面也以凸曲面圆润过渡，由此不仅能进一步增大爬电距离，同时扩大了不受蒸散污染的面积比例。

以弧后的绝缘外壳的内壁展开图示意，如图9所示，首先绝缘外壳内壁的爬电距离L相较实施例一得到了进一步的增加，同时，图中可见清洁带a的所占面积比例也有所提高，这代表了受增爬环3遮挡的不受金属蒸汽直接蒸散污染的面积的进一步扩大，使绝缘外壳的耐电压性以及弧后绝缘水平大大提高，真空灭弧室的弧后电气绝缘指标不下降，远高于国标允许的弧后电气绝缘指标下降75%的水平。

实施例六

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图10，其和实施例四的区别在于，环槽31的横断面大体为矩形，实施例六能取得较高的耐电压性能和弧后绝缘性能的提升。

实施例七

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图11，其与实施例一的区别在于，相邻的增爬环3之间设有增爬内环32，增爬内环32沿筒状壳体1径向的凸起高度低于增爬环3的凸起高度，由此不仅增大爬电距离，同时增爬内环32的表面受增爬环3的遮挡，进一步扩大了不受金属蒸汽直接蒸散污染的面积比例（即增大清洁带a面积），使绝缘外壳的耐电压性和弧后绝缘性能进一步提高。

实施例八

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图12，其与实施例五的区别是，相邻的增爬环3之间设有增爬内环32，增爬内环32沿筒状壳体1径向的凸起高度低于增爬环3的凸起高度，增爬内环32置于环槽31内，增爬内环32的表面受增爬环3的遮挡而不受金属蒸汽的蒸散污染，由此既增大爬电距离，又扩大了不受蒸散污染的面积比例，使绝缘外壳的耐电压性和弧后绝缘性能进一步提高。

实施例九

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图13，其与实施例六的区别是，相邻的增爬环3之间设有增爬内环32，增爬内环32沿筒状壳体1径向的凸起高度低于增爬环3的凸起高度，增爬内环32置于环槽31内，增爬内环32的表面受增爬环3的遮挡而不受金属蒸汽的蒸散污染，由此既增大爬电距离，又扩大了不受蒸散污染的面积比例，使绝缘外壳的耐电压性和弧后绝缘性能进一步提高。

实施例十

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图14，其与实施例一的区别在于，筒状壳体1的内壁设有向中心凸起的螺旋型凸纹41以代替实施例一中的增爬环3，由此增大爬电距离，螺旋型凸纹41类似于三角形内螺纹结构，其背向引弧环2的部分表面不受金属蒸汽的直接蒸散污染，具有较高的耐电压性和弧后绝缘性能，螺纹型凸纹41相邻螺牙之间的凹陷构造同样构成吸气剂设置的良好安装位30。

实施例十一

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图15，其与实施例一的区别在于，筒状壳体1的内壁设有向中心凸起的迷宫型凸纹一42以代替实施例一中的增爬环3，此时的爬电距离路径为穿过迷宫型凸纹一42的直线型路径d、翻越式子路径e与绕行式子路径f混合的曲折路径（图15中虚线示意），此处的“绕行”指的是在筒状壳体1的内壁的展开平面上的绕行，绕行式子路径f的起点为偏离筒状壳体1的轴线方向的直线型路径d的临界点，终点为回归直线型路径d的临界点，多个绕行式子路径f以及翻越式子路径e增大爬电距离，迷宫型凸纹一42背向引弧环2的部分表面不受金属蒸汽的直接蒸散污染，同时具备较高的耐电压性和弧后绝缘性能。

实施例十二

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图16，其与实施例一的区别在于，筒状壳体1的内壁设有向中心凸起的迷宫型凸纹二43以代替实施例一中的增爬环3，此时的爬电距离为穿过迷宫型凸纹二43的绕行或翻越式路径，由此增大爬电距离，迷宫型凸纹二43背向引弧环2的部分表面不受金属蒸汽的直接蒸散污染，具有较高的耐电压性和弧后绝缘性能。

实施例十三

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图17，其与实施例五的区别在于，增爬环3的凹曲面和凸曲面均设有环形的嵌槽33，使爬电距离和不受金属蒸汽的直接蒸散污染的面积进一步提高。

实施例十四

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图17，其与实施例五的区别在于，增爬环3自其内径边缘位置向外径方向嵌入有环切槽34，使爬电距离和不受金属蒸汽直接蒸散污染的面积进一步提高。

实施例十五

一种具备集成化功能的绝缘外壳，参见图19，其与实施例一的区别在于，增爬环3均背向引弧环2略微倾斜一定角度（5-15度），并且增爬环3的上端面及下端面均设有环片35，相邻环片35之间的径向间距在8-15mm之间，使爬电距离和不受金属蒸汽的直接蒸散污染的面积进一步提高。

实施例十六

一种具备集成化功能的绝缘外壳，其与实施例一的区别在于，参见图20，增爬环3均背向引弧环2略微倾斜一定角度（5-15度），并且增爬环3背向引弧环的一侧端面均设有环状的间隙片36。

参见图21相邻的间隙片36的径向间隙在0.8-1.0mm之间，多个间隙片36致密排列使增爬环3与间隙片36的共同截面呈梳子形；

小间隙耐压对耐电压性有巨大的提高，以10mm间隔的两片绝缘材料之间的耐压等级能达到10KV为例，对于同样为10mm的间距，而通过间隙片36将10mm分隔成每相邻的间隙片36之间距离为1mm的小等分，则耐压等级能达到40KV至80KV及以上，在相同大小的空间或间距内，其耐电压性有倍数的提高，极大地提高真空灭弧室的耐电压性。

实施例十七

一种真空灭弧室，参见图22，包括实施例十六中所述的绝缘外壳，图中可见，真空灭弧室内部未设置中间屏蔽罩系统，而以多个增爬环3取而代之，既在筒状壳体1的内壁形成多个翻越式路径e，增加了爬电距离，提高真空灭弧室的耐电压性，又使增爬环3对筒状壳体1的内壁起到了遮蔽作用，减少了金属蒸汽的直接蒸散污染，使弧后绝缘指标不下降；相邻的增爬环3之间的凹陷构造构成的安装位30涂覆浆状的吸气剂，使得绝缘外壳具备了吸气剂的功能；同时在筒状壳体1处于触头开距范围之内的内壁设置引弧环2，使真空灭弧室的短路开断能力有质的提升。

综上的真空灭弧室，在绝缘外壳上将提高耐电压性、提高弧后绝缘指标、提高短路分断能力、提高真空度可靠性等多种功能集成化，一改现有的传统思维，成为在超高压领域真空灭弧室产品和具有弧后绝缘水平不下降的真空灭弧室产品必需使用的技术路线。

实施例十八

一种制造实施例一到十六任意一种具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

建模：对欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳进行建模得到3D模型；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为40-150的粉末聚乙烯蜡、质量份数为25-100的粉末状无机硅酸盐混合均匀得到原料；

制坯：将上述3D模型导入3D打印设备，根据该3D模型并采用上述原料制得坯体；

烧结：将上述坯体烧结成品。

现有的真空灭弧室一直难以做到高压以及超高压的水平，很大一方面受制于现有的绝缘外壳的制造方式，因为现有的绝缘外壳加工方式如热压铸、等静压等，因为脱模限制等原因，难以制造出复杂的三维构造的绝缘外壳，它限制了本领域技术人员的创造力，让本领域的技术人员不向对绝缘外壳的结构本身优化上进行改进，而转向诸如屏蔽罩等方向，然而3D打印技术的诞生很好地解决了这点，应用3D打印技术制造具有复杂三维构造的绝缘外壳，使绝缘外壳的耐电压性有了质的提成，推动了真空灭弧室往更高尖的方向前进。

实施例十九

一种制造实施例一到十六任意一种具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃，质量份数为3-30的MnO₂，质量份数为2-20的SiO₂混合均匀得到粉料；

制浆：将上述粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀得到料浆；

成型：将上述料浆注入上述模具中，以热压铸的形式成型得到若干个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

脱蜡冷却：将若干个部件坯体埋入吸附剂中，升温至900℃-1100℃，使若干个部件坯体排除石蜡后冷却；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。

以微积分的思维，将具有复杂的三维构造的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，在通过热压铸单独成型各部件坯体之后，将其相互粘合组装成完整的绝缘外壳坯体，烧结得到成品，克服了现有技术中普遍认为无法通过热压铸制造复杂构造的绝缘外壳的技术难题，开阔了绝缘外壳制造领域的思维，同时为真空灭弧室往高尖的高压、超高压方向发展提供了重要帮助。

实施例二十

参见图23，一种制造实施例四所示的具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

配置模具：虚拟实施例四的模型并将其分割为筒状壳体1、增爬环3、安装环21三类部件，依据该三类部件分别配置

模具一，具有用于成型筒状壳体1的型腔；

模具二，具有用于成型增爬环3的型腔；

模具三，具有用于成型安装环21的型腔；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃，质量份数为3-30的MnO₂，质量份数为2-20的SiO₂混合均匀得到粉料；

制浆：将上述粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀得到料浆；

成型：将上述料浆分别注入模具一、模具二、模具三中，以热压铸的形式成型得到筒状壳体坯体1E、增爬环坯体3E、安装环坯体21E；

脱模：将筒状壳体坯体1E、增爬环坯体3E、安装环坯体21E分别脱模；

脱蜡冷却：将筒状壳体坯体1E、增爬环坯体3E、安装环坯体21E埋入吸附剂中，升温至900℃-1100℃，使其排除石蜡后冷却；

修整：对筒状壳体坯体1E、增爬环坯体3E、安装环坯体21E作修整得到理想的形状；

组装：将筒状壳体坯体1E、增爬环坯体3E、安装环坯体21E粘合成完整的如图4所示的绝缘外壳坯体0E；

烧结：将上述绝缘外壳坯体0E放入烧结炉中烧结成品。

实施例二十一

一种制造实施例一到十六任意一种具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为9-15的粘结剂混合均匀得到粉料；

填充配料：将上述粉料倒入上述各个模具中，并抽出空气；

等静压：将填充有配料的各个模具置于加压容器内，以热或冷或温等静压技术，成型得到各个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。

采用等静压技术对绝缘外壳进行生产制造的领域中，同样受限于通常的模具只能加工较为简单的三维构造的绝缘外壳，而遇复杂的三维构造则难以加工，以微积分的思维，将具有复杂的三维构造的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，在通过等静压技术单独成型各部件坯体之后，将其相互粘合组装成完整的绝缘外壳坯体，烧结得到成品，克服了现有技术中普遍认为无法通过等静压制造复杂构造的绝缘外壳的技术难题，开阔了绝缘外壳制造领域的思维，同时为真空灭弧室往高尖的高压、超高压方向发展提供了重要帮助。

上述实施例十九至二十一中所提及的“分割”为虚拟化概念，诸如采用图纸或三维软件构筑欲制造的绝缘外壳的模型，虚拟地分割为多个部件；“修整”为机械加工，因为成型后的坯体具有一定硬度，能够采用机床，对成型的部件坯体或绝缘外壳坯体进行机械加工，以得到理想的形状，得以制造出各种具有复杂三维构造的绝缘外壳；引弧环2上的触点，则在烧结成品之后安装并采用陶瓷与金属焊接技术实现连接。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种具备集成化功能的绝缘外壳，包括筒状壳体(1)，其特征是：筒状壳体(1)的内壁设有用于增加筒状壳体(1)轴向两端之间爬电距离的凸起或凹陷的不平整纹路,该凸起或凹陷的不平整纹路所形成的爬电距离路径上具有两个以上翻越式或绕行式子路径（e、f）。

2.根据权利要求1所述的具备集成化功能的绝缘外壳，其特征是：所述凸起或凹陷的不平整纹路包括与筒状壳体(1)同心设置的多个增爬环(3)，所述增爬环(3)呈自筒状壳体（1）的内壁向中心凸起的圆环，相邻的增爬环(3)沿筒状壳体(1)的轴向间隙设置，增爬环（3）的横断面轮廓除去与筒状壳体（1）相交部分之外的部分构成所述翻越式子路径（e）。

3.根据权利要求2所述的具备集成化功能的绝缘外壳，其特征是：以筒状壳体(1)轴向的中点所在的横断面为基准面，位于所述基准面两侧的增爬环(3)背向基准面的一侧面均形成有环槽(31)，所述环槽(31)沿筒状壳体(1)的轴向向基准面方向凹陷。

4.根据权利要求2所述的具备集成化功能的绝缘外壳，其特征是：相邻的增爬环(3)之间均设有增爬内环(32)，所述增爬内环(32)沿筒状壳体(1)径向的凸起高度低于增爬环(3)的凸起高度。

5.根据权利要求2或3或4所述的具备集成化功能的绝缘外壳，其特征是：相邻增爬环(3)之间形成的凹陷构造构成用于供吸气剂附着的安装位（30）。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的具备集成化功能的绝缘外壳，其特征是：筒状壳体(1)处于触头开距范围内的内壁设有用于吸引触头间电弧的引弧环(2)。

7. 一种真空灭弧室，包括如权利要求1至6任意一项所述的绝缘外壳。

8.一种制造如权利要求1至6任意一项所述的具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

建模：对欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳进行建模得到3D模型；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为40-150的粉末聚乙烯蜡、质量份数为25-100的粉末状无机硅酸盐混合均匀得到原料；

制坯：将上述3D模型导入3D打印设备，根据该3D模型并采用上述原料制得坯体；

烧结：将上述坯体烧结成品。

9.一种制造如权利要求1至6任意一项所述的具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃，质量份数为3-30的MnO₂，质量份数为2-20的SiO₂混合均匀得到粉料；

制浆：将上述粉料加入熔化的石蜡中搅拌混合至均匀得到料浆；

成型：将上述料浆注入上述模具中，以热压铸的形式成型得到若干个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

脱蜡冷却：将若干个部件坯体埋入吸附剂中，升温至900℃-1100℃，使若干个部件坯体排除石蜡后冷却；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。

10.一种制造如权利要求1至6任意一项所述的具备集成化功能的绝缘外壳的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

配置模具：将欲制造的具备集成化功能的绝缘外壳分割成若干个可脱模的部件，针对每一部件或每一类部件分别制造模具；

配料：将质量份数为60-99的Al₂O₃、质量份数为3-30的MnO₂、质量份数为2-20的SiO₂、质量份数为9-15的粘结剂混合均匀得到粉料；

填充配料：将上述粉料倒入上述各个模具中，并抽出空气；

等静压：将填充有配料的各个模具置于加压容器内，以热或冷或温等静压技术，成型得到各个部件坯体；

脱模：将若干个部件坯体脱模；

修整：对若干个部件坯体作修整得到理想的形状；

组装：将若干个部件坯体粘合成完整的欲制造的绝缘外壳坯体；

烧结：将上述绝缘外壳坯体放入烧结炉中烧结成品。