CN1156891A - 高压开关 - Google Patents

Abstract

一种密封式高压开关，它有用高绝缘强度弹性材料制成的壳体。一根管状加强构件压配合在上述壳体上。一有陶瓷真空瓶的触点组件设在加强构件内。在瓶的外壁与加强构件的内壁之间填入不同的填充材料。一带状机构从壳体外部延伸到其内部，并通过一空程联杆机构与协同工作的触点连接，以便使两个触点从闭合位置移动到断开位置，或相反。此外，还揭示了用于封装负压高压开关和保护开关组件的方法。

Description

高压开关

本发明一般涉及用于电源设备的封闭的开关。

用于电源电路和电源装置的带有负压式或真空式电路断路器的高压开关组件是公知的，例如，在美国专利文献4,568,804；3,955,167；和3,471,669中所公开的。封闭的真空式开关或电路断路器也是公知的，例如已经公开在美国专利文献3,812,314；和2,870,298中。

在这些开关组件和断路器中，设有一对用来控制和断开电流的协同工作的触点，其中的一个是固定的，另一个是可移动的。这两个触点都设置在受控气氛接触组件内，该组件还有一个比较脆的玻璃壳或陶瓷壳体，通常称之为“瓶”。两个触点都装在瓶里。一般，在瓶的一端设有一段金属波纹管，而移动触点与该波纹管的内部联结。当移动一根与波纹管外部连接的操作杆时，就能使瓶里的移动触点移动。上述瓶的内部保持一种受控气氛，例如低气压的空气或者其他气体，用以保护触点，使其不致因触点的开合所产生的电弧而烧坏。瓶的玻璃壁或陶瓷壁形成一种气密的封闭，以维持有利于该装置寿命的受控气氛。虽然在以上提到的专利文献中已经作出许多努力，使用硬绝缘材料包围所说的瓶来保护和加强接触组件，但仍有许多地方需要进一步改进。

特别是，对于利用受控气氛接触组件的合成橡胶绝缘开关还存在着大量尚未满足的需要，这种开关很适用于地下配电设备及其他一些电气设备。用于这种电气设备的开关必须满足一些特殊的要求。开关组件中那些在使用时与线电压连接的零件，包括上述接触组件和操作杆，必须封闭在绝缘强度足以承受施加在该装置上的最高电压的坚固的绝缘壳体里面，对于配电系统来说，上述最高电压能达到几万伏。为了安全起见，上述绝缘壳体应该涂覆一层能够接地的导电层。开关应该能在绝缘壳体的外面进行操作，而不必打开壳体。这种开关应该能在许多年里承受住各种极端的温度，雨水和环境的侵袭。这种开关还必须能连续地承受高电压，能够承受反复的操作。为了减少开关开合时的起弧，这种开关应该有一种快速移动触点的机构，同时又要限制触点开合时施加在触点和瓶上的力量。这种开关的成本还应该合理。

美国专利文献3,471,669试图提供这种用于地下的开关。按照这种专利的开关包括一个负压或真空式受控气氛的触点组件。这种具有协同工作的触点的触点组件在其外部具有隔开距离的加强杆，直接封装在一个普通的防水弹性外套内，上述外套用“适当的合成树脂材料，例如一种合成橡胶，硅橡胶或者环氧树脂橡胶”支承，并且包覆一层接地用的导电涂层。在外套里面设置一组突发作用的触发器，并且与接触组件的操作杆连接。一根绝缘材料制作的转轴从外套的外部延伸到上述触发器。转轴转动时驱动触发器，使触点移动，从而使电路断开或闭合。

但是，上述专利文献中所描述的开关迄今尚未广泛应用于该技术领域。正如奥德姆等在“地下配电系统用的封闭式真空分段开关”(IEEE出版，日期不详)一文中所提出的，经过在高温高压下硫化的合成橡胶不能直接用于按照上述专利文献中所公开的开关壳体的设计和制造过程。在模制这种合成橡胶时所受到的压力会使在该触点组件中使用的瓶破裂。这种合成橡胶会进入机构中，产生许多其他问题。

有一些经过高温高压硫化的合成橡胶对于地下电源设备是特别好的绝缘材料。诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)综合了高绝缘强度和抵抗臭氧与放电作用的优良性能。这些合成橡胶还有诸如耐磨之类的良好的物理性能，并且能以合理的成本模制出来。此外，还可以在模制这些合成橡胶时混入导电的添加剂，提供与绝缘外壳成为一体的导电的接地层。正因为以上和其他一些理由，在高温高压下硫化和模制的合成橡胶，例如EPDM，几乎成了用于其他地下配电装置的构件的通用材料。不能使用高温高压下硫化的合成橡胶，成了3,471,669号专利和奥德姆等的文章中所公开的开关和方法的严重缺点。

此外，奥德姆等的文章与3,471,669号专利中所示的穿过外套的转轴还存在着严重的可靠性问题。这种活动的界面对于污染和绝缘失效是很敏感的。

或许正是因为以上的原因，尽管长期以来存在着这种需要，但奥德姆等的文章与3,471,669号专利中所公开的开关和方法却未能在工业中广泛应用。确实，尽管长期以来需要一种合适的用于地下高压设备的聚合物绝缘开关，在此之前却未能找到满意的答案。

本发明的一个方面是提供一种用于高压电路的封闭的开关，它包括下列各部分：一个用弹性体材料制成的壳体；一个布置在壳体内，与壳体的弹性体材料紧密接触的空心的，通常是管状的绝缘加强构件；以及一个触点支承组件，该组件包括一个支承瓶，例如用陶瓷或玻璃制成的瓶，瓶内有受控气氛和与上述空心加强构件隔开距离的触点。按照本发明的这种开关最好还有一种与壳体的弹性体材料不同的填充材料。上述填充材料基本上充满上述支承瓶与上述空心加强构件之间的空间。上述触点组件通常有一个固定触点和一个安装在上述支承瓶上协同工作的移动触点，该移动触点能相对于上述固定触点运动。该开关还有处在上述触点组件外部用于操纵上述移动触点的致动装置，以及与上述触点电连接的第一和第二端子。

上述加强构件和填充材料有效地把易碎的触点组件与模制壳体时所遇到的外界条件隔离开来，同时又提供一种密实的绝缘构造。在按照本发明的另一个方面的优选的制造方法中，上面所说的波纹管可以直接模制在壳体上，或者压配在壳体内。上述触点组件放入加强构件内，然后将填充材料填满加强构件与壳体之间的空间。由于在模制过程中触点组件并不与壳体的弹性体接触，所以在模制这种材料时所施加的压力不会破坏触点组件。壳体的材料要选择那种具有结构所要求的性能的，例如机械强度，抗臭氧和化学侵蚀的性能，高绝缘性能和合理的成本。由于上述填充材料不会受到外来力量和化学物质的侵袭，所以可选择那种便于放置在触点组件周围的材料。

上述壳体的弹性体材料通常包括一种经过高温高压硫化的绝缘橡胶，例如一种具有EPDM的材料，或者基本上由EPDM组成的材料。上述填充材料可以从下面这一组材料中选择其组成分：在室温下硫化的合成橡胶、油脂、凝胶和未经硫化的合成橡胶材料。

上述触点组件一般具有在垂直方向形成断开和闭合的操作端和固定端，上述操作构件和操作触点能在上述垂直的闭合方向运动，使两个触点闭合。开关中还有一个在结构上将触点组件的固定端连接在加强构件上的固定端支墩。上述加强构件和支墩加强了上述接触组件中的瓶抵抗触点闭合时施加在上述触点之间的载荷的能力。

通常，上述致动装置包括一个与上述移动触点联结并且能从上述壳体外部操作的致动构件。因此，就能借助于上述致动构件使上述协同工作的两个触点断开和闭合。上述壳体最好有一块柔性的隔膜，而上述致动构件穿过上述柔性隔膜。上述致动构件可以是一根固定连接在上述隔膜中心的绝缘杆。上述隔膜的周边可以和壳体的其余部分做成一个整体，也可以固定在壳体上。这样，为操作开关所必须的致动构件的运动就能靠隔膜的挠曲来操纵，在壳体的各个构件与致动构件之间就不会有滑动接触或移动接触了。上述隔膜以及隔膜与致动构件之间的固定连接点提供了一种可靠而耐用的密封，并且具有充分的承受全电压的能力。

上述开关还可以有强迫上述致动构件运动，因而也就能使上述移动触点在上面提到的断开和闭合方向运动的驱动装置。通常，在驱动装置与触点组件的移动触点的中间设置一个弹簧，于是驱动装置向闭合方向的运动便能通过上述弹簧传递给移动触点。这有助于保护触点组件和壳体，避免让它们受到驱动装置所施加的机械冲击载荷。上述弹簧可以连接在致动构件与上述触点组件的操作构件之间。

为了进一步加强壳体抵抗驱动装置所施加的闭合时的载荷，可以在壳体上重叠一个外部支承构件。该外部支承构件可以安装在驱动机构的框架上。通常，壳体的弹性体材料嵌入上述外部支承构件与上述加强构件之间。

本发明的另一个方面是提供一种制造开关的方法。这种方法应该包括把具有一个瓶子和一对装在该瓶子里的触点组件封装在一个空心的加强构件里面的步骤，并且在上述瓶子和加强构件之间填入填充材料，使填充材料充满瓶子和加强构件之间的间隙。上述方法还包括形成一个弹性体壳体的步骤，该壳体有一种包围上述加强构件并与之紧密接触的，不同于上述填充材料的第一弹性体材料。

通常，把弹性体壳体包围上述加强构件的步骤在上述封装步骤之前，该步骤包括在上述加强构件周围模制一层合成橡胶，并在高温高压下硫化上述合成橡胶。或者，也可以用下列步骤形成弹性体壳体：把弹性体模制成上述壳体的步骤，然后在完成封装步骤之前或之后，把加强构件压配到壳体内。

在参照附图阅读了下面的说明书之后，本技术领域的技术人员将能更好的了解本发明的其他目的和优点。附图中：

图1是按照本发明一个实施例的开关的一部分的断面图；

图2是图1中所示机构的另一部分的局部示意平面图，为表示得清楚起见，省略了一部分；

图3是图2中的那一部分的示意正视图；

图4到图6是与图3相同的示意正视图，但所示的机构处在不同的工作位置；

图7是与图1相似的局部断面图，但它表示了本发明的另一个实施例；

图8是按照本发明的又一个实施例的开关的部分断面图。

按照本发明的一个实施例的开关是一个高压开关。在本发明所涉及的设备中，术语“高压开关”一词指的是在标称电压高于3kv的电力系统中使用的开关装置。因此，术语“高压开关”包括使用于例如标称电压在3kv到38kv左右，一般称为“配电系统”的供电部门的电气设备中的开关装置，以及在标称电压高于38kv下工作的“输电”系统的开关装置。这种开关包括一个用经过高温高压硫化的绝缘合成橡胶，例如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)合成橡胶制成的壳体10。这个壳体中有一个沿着端部方向与轴线14平行的长孔12。该壳体有一个固定端16和一个与其相对的第二端18，下面称第二端为操作端。为了便于下面的描述，下面将平行于轴线14朝向固定端16的方向称为闭合端方向，而将与之相反的朝向操作端18的方向称为断开端方向。上述壳体在固定端有一段锥形套筒20，还有一段与轴线垂直的锥形套筒22。套筒22上有一段沿着垂直于轴线14方向的，穿过套筒22伸到长孔12内的管状金属载流构件。位于锥形套筒20和操作端18之间的那一部分壳体10具有普通的圆筒形外表面，所以，这一段壳体的壁一般呈圆筒形的管状。

壳体10上还有一块与壳体的其他部分做成一体的隔膜26。隔膜26有一个与壳体的管状壁连接的周边部分，一个靠近壳体轴线14的中心部分30，以及在周边部分和中心部分之间的环形波纹形部分28。因此，虽然隔膜的周边部分是固定在壳体壁上的，但中心部分30却能靠波纹形部分28的挠曲相对于壳体的其余部分自由移动。

隔膜26的厚度足以使它具有承受全电压的能力。即，隔膜26的厚度是这样选择的，使得它能够承受通电时或故障状态下加在开关的载流构件与地面之间的最高电压。例如，在一个标称相电压为25kv下工作的开关中，上述隔膜与其他零件所能提供的承受全电压的能力，必须至少能连续地承受14.4kv的电压。

上述壳体上还有一层导电的衬垫32，这层衬垫可用与壳体其余部分相同的合成橡胶和一种诸如碳黑之类的导电材料的混合物制成。衬垫32覆盖了孔12的从隔膜26到孔24以外的那一点的内壁。衬垫32还沿着隔膜26的内表面的径向向内延伸一段短距离。上述隔膜还有一段沿着载流构件58的外部延伸的短的管状部分33。

一段刚性的管状加强构件36沿着壳体10和孔12的全长延伸。加强构件36用具有高机械强度的绝缘材料，诸如用纤维加强的热固性聚合物，用纤维加强的热塑性聚合物，以及高强度聚合物等制成。在上述这些材料中，可以使用的有：用玻璃纤维加强的环氧树脂；尼龙；聚氯乙烯以及超高分子重聚乙烯。上述加强构件上有一个面向固定端16的环形肩部38。加强构件36在稍稍凸出于在固定端16的锥形部分20的顶端。该加强构件在装置的固定端有内螺纹40。该加强构件还有和衬套24的孔对准的孔37。

一段管状外支承构件42在壳体靠近操作端18附近的区域紧贴在壳体10的外表面上。该外支承构件42在断开端方向还超出壳体的操作端18。上述外支承构件42用刚性的导电材料，诸如不锈钢或其他金属材料制成。套筒22从壳体穿过外支承构件的一个孔46。

外支承构件42紧密地与壳体10的外面接触，并且牢固地粘接在壳体的绝缘合成橡胶上。同样，半导电的衬垫32也紧密地粘接在该绝缘弹性体上。加强构件36在其长度上靠近操作端18的一部分与衬垫32紧密接触，其长度上的其余部分则与壳体的绝缘弹性体紧密接触。

这些构件都用镶嵌模制法制造。因此，加强构件36放在一根通常称为芯子的内部芯轴上。上述芯子和加强构件都放在一个模腔里。芯子有一个与波纹形部分28相适应的带槽的表面。另一个芯子穿过加强构件中的孔37。把一种合成橡胶与碳的混合物注射进模具内加强构件和芯子的周围，并在高温和压力下养护，以形成上述衬垫。然后，把该组件输送到具有壳体10的形状的另一个模具内。上述外支承构件也放入这个模具内，于是装入模具的衬垫、加强构件和芯子就都布置在上述外支承构件内部。载流构件58也放入该模具中。然后，将绝缘的弹性体喷入模具内加强构件和衬垫的周围，和外支承构件42的里面。然后，使绝缘弹性体保持在经常用于EPDM的固化的温度和压力下。为了促进粘接，外支承构件42的内表面和加强构件36的外表面可以用普通的粘性促进剂来处理。上述模制过程形成了一个由支承构件、衬垫、绝缘弹性体壳体和外支承构件组成的永久性的紧密接触的组件。然后，将这种半成品组件与下面将要说到的其他构件装配在一起。

上述开关还包括一个操作端支墩46。该操作端支墩是用导电的金属材料制成的，通常是铜或铜合金。该操作端支墩有一个朝向该装置的操作端并且与加强构件的肩部38接触的第一表面48。该操作端支墩还有一个朝向固定端16的第二表面50。一个与壳体和加强构件的轴线14同轴线的孔52穿过上述操作端支墩。孔52有一段加大的区段54，还有一个带螺纹的接头56。下面将进一步描述，这个操作端支墩是用来作为电流通过该开关的通路的端子的。螺钉57用于使载流构件58和支墩46之间保持电连通。

在该装置的操作端支墩46与固定端16之间有一个接触组件60。接触组件60包括一个管状陶瓷瓶62，在该瓶的一端有一个金属的固定端封盖64，在瓶的相对的另一端有一个操作端封盖66。操作端封盖66有一段柔性的可伸缩的金属波纹管。一个固定触点68安装在固定端封盖64上，并且突入瓶64内，而一个可移动的操作端触点70则安装在操作端封盖66的波纹管上。上述组件还包括一根位于波纹管66之外的杆状操作构件72，该构件形成移动触点的延伸部分。同样，一个带螺纹的固定端短柱触点74和固定端触点68做成一个整体，并凸出在固定端封盖64的外部。上述接触组件60还包括一个围绕着该触点部分的金属罩76，该金属罩用一个穿过瓶62的金属框架78支承在壳体内。为此目的，瓶62可以分段制造，而两段瓶子都与该金属框架连接。瓶62是气密密封的。因此，端部封盖之间，触点和瓶之间的接头都是不漏气的。

在瓶62的内部空间里，围绕着上述触点的是一种受控气氛。在本说明书中，“受控气氛”这个术语指的是在正常大气压下的空气以外的工程大气。大多数情况下，瓶62内部的工程大气的压力低于大气压力。这种工程大气的成分还与正常的空气不同，在瓶的内部可以加入抑制电弧的气体，例如SF6。上述整个接触组件60可以是各种市售的普通的受控气氛接触组件。其中的一种是纽约霍斯海兹的克特勒-哈默公司的WL-35590牌号的触点组件。

瓶62的外径稍小于加强构件36的内径，所以在瓶的外面与加强构件的里面之间有一个环形空隙。这个环形空隙里完全充满了绝缘填充材料80，以便在瓶的外面和加强构件的里面之间形成一个相当密实的界面。填料80是用不同于壳体10的绝缘材料制成的。最好，上述绝缘的填料80是一种不必施加额外的温度和压力便能达到其最后形态的材料。在使用时，这种绝缘填料并不受到多大的机械应力。因此，选择这种填料时基本上可以不考虑其承受机械应力、磨损之类的能力。这种填料应该具有良好的绝缘强度。常用的填料包括诸如石油基和硅基油脂之类的油脂，硅凝胶之类的凝胶，以及通常称为室温硫化合成橡胶或“RTV”合成橡胶的可硫化的合成橡胶。还应该考虑填料与壳体10的橡胶之间的可混溶性。石油基材料会使EPDM膨胀。因此，如果对于EPDM的壳体采用石油基填料，那么使用时应该将填料与壳体隔绝。上述绝缘加强构件便能提供这种隔绝。同样，硅基填料会使硅橡胶膨胀。所以，也可以用故意使橡胶或其他聚合物进行膨胀来形成填料。这样，就可以在瓶62的外面与加强构件36的里面之间的空隙中松散地填入能膨胀的聚合物，例如EPDM或硅橡胶。这种松散的填料可以是固体的管子或块；颗粒或小球；或者象泡沫材料或海绵之类的其他材料。然后，把一种能够使所用的特定的聚合物膨胀的液体(如果是EPDM就用矿物油，如果是硅橡胶就用硅油)注入该空隙内。这种液体使得聚合物膨胀并充满整个空隙，从而形成一个密实的界面。这种技术也可以用于填实其他的电气设备。

一个金属的固定端支墩82与加强构件36的螺纹40配合，也与触点组件的固定端封盖64啮合。上述固定端支墩有一个容纳短柱触点74的中心孔。在固定端支墩中还有在装配过程中使用的附加孔86，这一点下面还要描述。上述固定端支墩对着瓶62向着断开的方向向着操作端加力，并固定住瓶的操作端，并且使操作端封盖66的周缘与操作端支墩46的第二表面50牢固接触。这样，瓶62就保持在受压状态。一个金属的第二端子88固定在短柱端子74上，因而，也就固定在触点组件的固定端68上。该开关还包括一个用绝缘弹性体制成的固定端盖90，和一个用半导电的合成橡胶制成的固定端电应力释放构件92。上述固定端盖90装在壳体10上，因此，固定端盖的内锥体牢固地与壳体固定端的锥形座20啮合，并且上述固定端电应力释放构件包围了第二端子88，短柱端子74，固定端支墩40，以及触点组件的固定端封盖64。上述固定端盖上装有一个第二管状金属载流构件94。设置在该载流构件上的螺钉95拧入上述第二端子88内。

在操作端支墩46的孔52中装了一根能够滑动的联杆98。联杆98用螺纹与触点组件的操作构件72连接，而一根销子(图中未示出)穿过这两个用螺纹连接的构件，锁定上述螺纹连接，使它们之间在工作时不能相对移动。一个一般称为“防护”式触点的环形触点100包围着联杆98。触点100在其内表面和外表面上有若干凸起。这种触点100上的有弹性的凸起靠在支墩46的联杆上，从而在支墩和联杆之间建立了一种滑动电连接。于是，上述触点组件的可移动的触点70就和第一端子或支墩46在电气上连接起来。或者，也可以用一根诸如编织的铜带那样的有弹性的金属带子来连接联杆98和第一端部支墩或第一端子46。一个支架102与联杆98啮合，能够滑动。在支架102与联杆98的端部之间设置了一个螺旋压力弹簧104，所以上述支架向闭合方向运动，即向图1中的右面，向固定端16方向的运动就会传递给联杆98，然后再由一个弹簧传递给移动触点70。一个螺钉106拧入联杆和支架中，所以支架朝相反方向的运动，即朝着断开方向(图1的左面)的运动就能通过螺钉106传给联98和移动触点70。螺钉106必须给弹簧104施加一个预载荷，这样这个弹簧便能始终保持压缩状态。

一个用强度高的，刚性的绝缘材料，例如玻璃钢制成的致动构件108穿过隔膜26的中心30。致动构件108牢固地固定和粘接在隔膜30的中心。最好，在上述制作隔膜时的镶嵌模制过程中，把致动构件108放在模具里，并且在致动构件的表面上涂上化学粘接剂，把它镶嵌模制在隔膜中。化学粘接剂在模制橡胶的技术领域中是公知的。适当的化学粘接剂之一是市售的注册商标为切姆洛克(Chemlok)205的粘接剂。上述致动构件本身，以及致动构件与隔膜之间的粘接剂液压管路具有足够的承受电压的能力。

或者，如图8所示，上述致动构件可以装配在隔膜上。使用这种方式时，要在隔膜上模制一个直径小于致动构件的孔，然后把致动构件压配合进这个孔内，以便在致动构件的表面与隔膜的围绕着的部分之间形成紧密的连接。上述致动构件在隔膜的一侧可以设置一个肩部109，而在隔膜的另一侧设置紧固件111，例如螺母和垫圈。上述紧固件和肩部用压力夹住隔膜的中央部分，固定致动构件与隔膜之间的相对位置。这样一种压力连接在致动构件和隔膜之间形成了一个固定的和牢靠的界面。关于隔膜的更详细的描述和可替换的实施例，请参阅本申请人的名称为“高压开关设施用的隔膜密封件”的美国专利申请说明书，该申请与本申请是同一天提交的，可以作为本发明的参考文献。

致动构件108用一个快速连接装置连接在支架102上。因此支架102在其最靠近该装置的操作端的端部有一个孔，并且在该孔的孔壁上有一条槽110。致动构件108有一条环绕着它的圆周槽112。一个有弹性的弹性挡环114嵌入这两条槽内，把致动构件与联杆连接在一起，使它们能一起向端头方向运动。

按照本发明的优选的组件制作过程，包括壳体10、加强构件36、衬垫32和外部支承构件42在内的模制的分部件，都是用上面所述的方式模制的。致动构件108装在隔膜上。上述触点组件60，第一端部支墩46，联杆98和支架102都互相连接，形成一个分组件。这个分组件还包括连接在这些构件之间的其他构件，例如支架106，弹簧104和弹性连接器100。弹性挡环114放入支架的槽110内。然后，把这个分组件插进处在该装置固定端16的加强构件的开口端内。这个分组件以滑动的方式在加强构件的孔内移动，而上述致动构件108则由一个设置在壳体外部的夹具(图中未示出)固定在其位置上。当支架102到达致动构件108的末端时，该致动构件便进入该支架的孔内，而弹性挡环114啮合在槽112和槽110中。支墩46的第一表面48与加强构件的凸脊38接触。上述载流构件中的螺钉57拧入螺纹孔56内，并且拧紧。

在触点组件60的瓶62外部的四周注入填充材料80。固定端支墩82用螺纹与加强构件连接，从而迫使上述瓶的操作端，以及操作端封盖66的周缘部分与上述第一端部支墩的第二表面50紧密接触。这种紧密接触在第一端部支墩的四周形成了密封，防止了填充材料80流入第一端部支墩的孔50，和流入围绕着联杆98和支架102的空隙内。同时，上述第一端部支墩将压缩瓶和加强构件之间的空隙中的填充材料80。过剩的填料可以通过固定端支墩上的孔86流出来，然后用手工清除。当填料是一种可硫化的材料时，就可以硫化成固体或半固体。

固定端盖90和第二端子88组装在其他构件上。载流构件94用拧紧螺钉95和端子88连接。一个驱动组件120固定在开关的其他一些构件上。该驱动组件120包括一个安装在开关的壳体10上的驱动器框架122；一个连接在致动构件108上的可移动的构件124，以及一个用于使可移动构件向断开和闭合方向移动的机构126，以便使致动构件，因而也就是使移动触点70(图1)移动，从而断开和闭合这个开关。

驱动器框架122可以用不锈钢或者其他适当的防锈材料或其他材料制成。该驱动器框架在有一个在前端形成的环形卡箍128和另一个卡箍129。卡箍128的尺寸使它能装配在管状外支承构件42内部(图1)。机制螺钉130固定住卡箍128，因而也就把驱动器框架122固定在外支承构件，也就是弹性体壳体10的装配位置上。另一个套筒形壳体131(图2)套在卡箍129上，并且套住驱动器机构。图2中只表示了一小部分壳体131；为了清楚地表示，其余的壳体131都省略掉了。另外，在图3-6中省略了壳体131。

上述驱动器框架122和卡箍128都布置在壳体10的操作端18附近。致动构件108的外端穿过卡箍128进入驱动器框架122，在驱动器框架中致动构件由一个设有销子或其他适当的用于锁定调整位置的锁定装置的可调整的连接器，例如带螺纹的连接器，与驱动器的可移动构件124连接。

驱动器框架122有一对板130和132(图2)。一对曲拐构件134a和134b安装在穿过上述两块板之间的一根曲拐轴138上。曲拐构件138用一块跨在这两个构件之间的板139刚性地互相连接。一根断开侧销子135和一根闭合侧销子137在该机构的前端附近的相对两侧穿过这两个曲拐构件134。在图3-6中看得最清楚，每一个曲拐构件都有一个带缺口140的整体呈弧形的表面。

一根操作轴142穿过板130和132中的轴承(图中未示出)，所以该操作轴能相对于驱动器框架转动。操作轴142在其一端有一个多角形的头144，用于与一根操作手把145连接。一对凸轮板146固定安装在操作轴142上。每一块凸轮板有一对在向前的方向上向着卡箍128凸出的主要突出部分148和150(图4)，和一对朝向后方向延伸的制动表面152和154(图3和4)。在图2和3中看得最清楚，当上述机构处在图2和3所示的闭合位置时，凸轮板146的断开侧的突出部分148横在两个曲拐构件134之间。同样，当上述机构处在图5所示的断开位置时，闭合侧的突出部分150也横在两个曲拐构件之间。一根断开侧销子153在靠近断开侧的突出部分附近穿过两块凸轮板146。一根闭合侧销子155在靠近闭合侧的突出部分150附近穿过两块凸轮板。

在曲拐构件的断开侧销子135与凸轮146的断开侧销子153之间有一个断开侧主弹簧156。从图2中看得最清楚，断开侧弹簧156是一个很大的强有力的弹簧，这个弹簧基本上占据了曲拐构件之间的空间和凸轮板的突出部分之间的空间。在凸轮146的闭合侧销子154和155与曲拐构件的闭合侧销子137之间有一个同样的闭合侧弹簧158。虽然只在图3-6中示意地表示了闭合侧弹簧158，但应该理解，这个闭合侧弹簧也是一个很大的强有力的弹簧，它占据了曲拐构件之间和凸轮板的闭合侧突出部分150之间的大部分空间。

一对导向连接板160在靠近板130和132处用销子162安装在驱动器框架上(图3和4)。一对驱动连接板166在框架板130和132附近延伸。一个主销168把导向连接板160和驱动连接板166连接在一起，并且也把这些连接板连接在驱动机构的可移动构件124上。驱动连接板166还用另外的销子171与曲拐构件连接。上述驱动器框架122，导向连接板160，驱动连接板166和曲拐构件134组成了一种通常称为“四元杆络”的机构。

一个断开掣子170(图3和4)安装在操作轴142上，能够转动。断开掣子170设置在该机构的一侧靠近凸轮板146和曲拐板146a的空间173内。为了表示得更清楚，在图2、5、6中省掉了掣子172。断开掣子170有一个带卡箍的端头174，还有一个钩爪176和一个弹簧支架178。一个掣子弹簧182连接在弹簧支架178和驱动器框架的盖子129之间。如图3和4所示，弹簧182将断开掣子170向顺时针方向推压，因而也就是将掣子的端头174压向与曲拐构件134b的弧形表面啮合。

一个同样的闭合掣子186(图5和6)安装在靠近曲拐134a的空间188(图2)中的操作轴142上。为了表示得清楚起见，在图2、3、4中省掉了闭合掣子186。闭合掣子186有与断开掣子上相当的各种构件：带辊子的端头190，弹簧臂192和钩爪194。掣子弹簧196连接闭合掣子的弹簧臂192和框架的封盖129，因而使闭合掣子绕着周142向逆时针方向推压，从而将端头190压到与曲拐板134a啮合。具有一对突出部分198a和198b(图2)的挡板196安装在驱动器框架中在框架板130与132之间延伸的轴200上，能够转动。板的转动被挡块202所限制(图3-6)。所有的轴200、142和138都互相平行，并且在同一平面上。所有这些轴都与开关的轴线14垂直交叉。关于驱动器或致动器机构的更详细的描述请见与史密斯B.劳义德共同申请的美国专利申请“开关致动器”，该申请与本申请在同一天提交，其内容可作为本发明的参考。

工作时，上述开关通过载流构件58和94，因而也就是通过端子46和88连接在电路中。衬垫32与第一端子在电气上连接。因此，该衬垫与第一端子或支墩46保持同样的电位。联杆98和支架102处于同样的电位，所以在衬垫32所包围的空间内没有电位差。同样，电应力释放构件92也使开关的固定端上的所有部件保持在第二端子88的电位上。

在图1-3所示的位置上，开关是闭合的。销子171位于轴线14上，并且与曲拐轴138和销子168处在同一直线上。断开掣子的端头174啮合在曲拐构件138b的槽140中。要断开上述开关，线路工握住把手145(图2)，并转动把手，使凸轮板146向逆时针方向转动，如图3和4所示。当线路工转动凸轮板时，断开弹簧156在销子153和135之间被拉长，而闭合弹簧158被放松。随着凸轮的继续运动，上述机构便到达图4所示的位置。在该位置上，凸轮板的闭合侧的突出部分150嵌在两个曲拐134之间。于是，上述凸轮板和曲拐便形成一条基本上连续的沟槽，沟槽的壁将闭合弹簧158限制在它的相对的两侧。

当凸轮板从图3的位置运动到图4的挡住的位置时，凸轮板上的表面154便与挡板196接触，并使它朝顺时针方向绕着轴200转动。板196上的一个突出部分与断开掣子的钩爪176接触，从而迫使断开掣子向反时针方向克服弹簧182的压力。上述掣子的辊子端头174抬高，高出曲拐134b中的槽140。应该理解，在凸轮146几乎要向反时针方向转动到终端之前，上述掣子表面154并不与挡板接触，而上述挡板不与钩爪176接触。使辊子端头174抬高到高出槽140的整个动作在凸轮146一段很短的旋转运动的时间内完成。

当上述辊子端头174越过槽140时，断开弹簧便驱动曲拐134向闭合方向(图3和4中的反时针方向)转动，直到曲拐构件到达图5所示的位置。曲拐上的销子171拉动驱动连接板166，从而使驱动机构的可移动构件124向断开方向(从图中看是向左)运动。这样，上述可移动构件便拉动致动构件108、支架102(图1)、螺钉106、联杆98和操作构件72都向断开方向运动。于是，上述移动触点70便移动到它的断开位置。这种运动是突然发生的，因而将触点之间起弧的可能性降低到最小。当曲拐运动到图5中的位置时，闭合掣子186的端头190便在弹簧196的作用下，啮合在曲拐构件134a的槽140中。这样就把该机构锁定在图5所示的断开位置。

闭合动作的工作过程的方式也一样，但是是向相反的方向转动。这样，线路工搬动把手，使操作轴和凸轮146向着闭合或顺时针方向转动，松开断开弹簧156，而拉紧闭合弹簧158。当该机构接近图6的位置时，凸轮上的掣子表面152与挡板196啮合，于是板的一个突出部分198a与上述闭合掣子的钩爪194啮合，从而把辊子端头196抬高，使它与曲拐134a中的槽140脱离接触。而这又使得闭合弹簧158驱动曲拐134a向闭合方向(图中的顺时针方向)转动，直到曲拐到达图3中所示的闭合位置。当曲拐转动到闭合位置时，它朝着闭合方向对销子171施加力量，因而也就对驱动联杆166和可移动构件124施加力量，从而迫使开关的所有其他构件，最终迫使移动触点70向闭合方向移动到图1所示的闭合位置。

凸轮板40的向关闭方向的转动被挡块202和挡板196所阻挡。上述曲拐向闭合方向的运动(从图6的位置到图3的位置)使销子171与销子138和168成一条直线。当销子171接近该位置时，上述联杆机构提供了实质上的机械利益，所以上述可移动构件124被很大的力量向闭合方向驱动。可移动构件124与致动构件108之间的连接是经过调节的，所以，在上述驱动机构完成闭合运动之前，移动触点70就稍稍与固定触点接触上了。在触点接触之后，驱动机构最后的运动是由支架102(图1)克服了弹簧104的弹力之后，相对于联杆98的滑动来完成的。这种运动使施加在触点上的机械冲击载荷减到最小。

在闭合运动中施加在触点组件上的载荷通过固定触点68，端部封盖64和固定端支墩82，再通过用螺纹连接的连接件传给加强构件36。这些载荷基本上都不加在瓶62上。施加在加强构件36上的载荷要使它相对于驱动器框架向闭合方向(图1中的右面)运动。但是，外部加强构件42是用箍圈128固定在驱动器框架上的。这个外部加强构件限制了壳体10，而壳体10又限制了加强构件。上述内部和外部加强构件36和42是套在一起的，并且在很大的表面积上与壳体10接触，只有很薄的一层壳体的弹性体的环形部分夹在它们之间。这样就形成了能够坚固地支承加强构件36抵抗运动的刚性的，并能抵抗应力的接头。

以上所说的驱动器机构具有显著的优点。这种驱动器机构使触点在断开和闭合位置之间快速移动，从而最大限度减少了起弧。这种驱动器机构非常紧凑。整个机构都容纳在一个管状壳体内，壳体的直径基本上与开关的外部加强构件的直径相同。在驱动器管状壳体131，卡箍128和129之间可以设置一个O形密封圈或者其他常用的密封件(图中未示出)，从而为保护驱动器机构的构件提供了全天候的密封。上述驱动器壳体131上还有一个用于通过把手145用的孔(图中未示出)。这个孔也可以设置适当的密封件。

虽然上面所说的机构是特别优选出来的，但，根据本发明所包罗的广泛的范围，任何其他各种各样在本技术领域公知的用于移动开关触点的驱动机构都可以用于这种开关。例如，气动操作的装置，电磁线圈驱动的装置，弹簧操作的装置，以及其他公知的机构，都可以使用。这些装置可以或者用手动致动，或者借助于控制装置或设置在开关中的用于检测电路的状态的传感器进行自动致动。例如，一个按照本发明的开关可以设置一个由电流传感器致动的驱动器机构，以形成一个电流敏感的电路断路器。

另一个按照本发明的实施例的开关包括：一个弹性体的绝缘壳体10’，以及和以上所说的那些构件相同的内部构件。但是，管状的内部加强构件36’做成互相用相配的螺纹39’连接起来的两个零件35’和37’。靠近壳体操作端18’的零件35’的内径稍稍小于零件37’的内径，所以零件35’形成了一个朝向壳体固定端16的凸脊38’。在以上所说的实施例中，凸脊38’与与第一端部支墩46’接触。在按照本发明的，壳体10上模制出一个内孔，其直径稍小于加强构件的外径。然后，用压配合将加强构件36’压入壳体内。可以将压缩空气通入上述孔内，使壳体拉伸，以便于压配合的操作过程。同时，外部加强构件42’做成一对半圆筒形的金属薄壳，在每一半上都带有固定凸缘43’。在加强构件36’插入之后把这两半金属薄壳装配在壳体10上。然后，用螺钉45’、铆钉、夹子或其他机械装置把这两半固定在一起，使壳体10上的弹性体压住加强构件36’的周围。也可以在壳体和上述加强构件的两半上涂覆适当的粘接剂。

上述外部加强构件42’还有一条环绕着壳体10的固定端16’和固定端封盖90的金属带49’。金属带49’用穿过卡箍128’的螺钉固定在驱动器框架122’上。在金属带49’上设有用于张紧金属带的螺旋机构51’。一当金属带49’张紧时，它能有助于使触点组件保持在其位置上，并有助于承受驱动器通过触点所施加的闭合载荷。在另一个可替换的，省略了上述金属外部加强构件42’的管状部分，于是上述金属带49’便成了唯一的外部加强构件。在这种情况下，壳体10必须有一层模制在上面的半导电的外部覆盖层。

如所周知，可以对以上所揭示的特征作各种各样的变化和组合，但却不会脱离由权利要求书所界定的本发明的范围。例如在固定端支墩82与加强构件36之间的螺纹连接器40(图1)可以用一个用销子的连接件来代替。同样，外部支承构件可以做成一组从驱动器框架向壳体的固定端延伸的杆件来代替。因此，以上对于优选实施例的描述只是为了说明本发明，而不是用来限制本发明。

Claims (40)

1.一种用于高压配电电路的密封的高压开关，它包括：

a.一个用弹性体材料支承的壳体；

b.一个设置在壳体内，并且与壳体的弹性体材料紧密接触的空心加强构件；

c.一个触点支承组件，该组件有一个把触点装在里面，并且里面充满可控气氛的瓶，并且该瓶与上述空心加强构件之间有空隙；以及

d.一层与上述弹性体材料不同的，基本上充满上述瓶与空心加强构件之间的空隙的填充材料。

2.如权利要求1所述的密封的高压开关，其特征在于，上述触点包括一个固定触点和一个安装在上述瓶里的协同工作的移动触点，上述移动触点能相对于上述固定触点运动，该开关还包括在上述低于大气压的触点支承组件外部的，用于操作上述移动触点的致动装置。

3.如权利要求2所述的密封的高压开关，其特征在于，上述致动装置包括：一个能从上述壳体外部操作的，与上述移动触点联结的致动构件，从而使上述两个协同工作的触点通过上述致动构件的运动而能断开和闭合。

4.如权利要求3所述的密封的高压开关，其特征在于，上述壳体有一块柔性的隔膜，并且上述致动构件穿过上述柔性的隔膜。

5.如权利要求3或4所述的密封的高压开关，其特征在于，上述致动构件包括一个连接在上述致动构件与移动触点之间的无效运动连接器。

6.一种高压开关，它包括：

(a)一个触点组件，该组件包括：一个固定触点和一个设置成能与上述固定触点协同工作的移动触点，以及一个围绕着这两个触点，并且在上述两个触点周围保持可控气氛的瓶，上述移动触点可在上述瓶内相对于上述固定触点运动，上述组件有一个能从瓶的外面操作，并与上述移动触点连接，以便使它相对于上述固定触点运动的操作构件；

(b)一个围绕着上述瓶的空心加强构件；

(c)一层设置在上述瓶与上述加强构件之间，并且基本上充满上述瓶与加强构件之间的任何空隙的填充材料；

(d)一个围绕着上述加强构件并与其紧密接触的弹性体壳体；

(e)与上述两个触点连接，并且能从上述壳体的外部操作的第一和第二端子；以及

(f)一个能从上述壳体外部进行操作，并且与上述组件的操作构件连接的致动构件，它能使上述两个触点通过移动上述致动构件，从而移动上述触点组件的操作构件和上述移动触点而断开或闭合。

7.如权利要求6所述的高压开关，其特征在于，上述壳体有一层包围着上述加强构件的第一弹性体材料，上述第一弹性体材料的组成分与上述填充材料的组成分不同。

8.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述第一弹性体材料是在高温高压下硫化的橡胶材料。

9.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述第一弹性体材料是EPDM。

10.如权利要求9所述的高压开关，其特征在于，上述第一弹性体材料主要由EPDM组成。

11.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述第一弹性体材料是一种绝缘的合成橡胶，上述壳体还具有一层至少部分包围着第一弹性体材料的半导电的第二弹性体。

12.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述填充材料是从由下列这一组材料组成的材料中选择的：室温下硫化的合成橡胶、油脂、凝胶、以及未硫化的合成橡胶材料。

13.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述瓶有一层用陶瓷材料制成的壁。

14.如权利要求7所述的高压开关，其特征在于，上述触点组件有操作端和固定端，它们确定了一个朝向上述固定触点的闭合端方向，和一个朝向上述操作端的断开端方向，上述操作构件和上述操作触点能沿着上述闭合端方向移动，使两个触点闭合，该组件还包括一个在结构上把上述触点组件的固定端与上述加强构件连接，并且加强了上述瓶抵抗触点闭合时施加在上述触点之间的载荷的固定端支墩。

15.如权利要求14所述的高压开关，其特征在于，上述加强构件包括一根长管子，这根长管子整体沿着上述端部方向延伸，并且有位置分别靠近上述触点组件的操作端和固定端的操作端和固定端。

16.如权利要求15所述的高压开关，其特征在于，上述固定端支墩固定在上述管子的固定端上，该组件还包括一个与上述管子连接和与上述瓶的操作端连接的操作端支墩。

17.如权利要求16所述的高压开关，其特征在于，上述操作端支墩是导电的，上述触点组件的操作构件与上述操作端支墩电连接，并能相对于它移动。

18.如权利要求17所述的高压开关，其特征在于，上述操作端支墩组成上述第一端子。

19.如权利要求16所述的高压开关，其特征在于，上述致动构件能沿着上述断开和闭合方向运动，该高压开关还包括一个介于上述致动构件和上述触点组件的操作杆之间的弹簧，所以上述致动构件向闭合方向的运动会通过上述弹簧传递给上述操作杆。

20.如权利要求19所述的高压开关，其特征在于，它还包括一根安装在上述操作端支墩上能够滑动的联杆，以便在上述断开和闭合方向运动，上述联杆与上述触点组件的操作杆和上述弹簧连接。

21.如权利要求14所述的高压开关，其特征在于，上述致动构件安装在上述瓶上，以便沿上述断开和闭合方向运动，该开关还包括一驱动器组件，该组件有一个驱动器框架，一可移动的构件，和用于有选择地沿上述断开和闭合方向推动上述可移动构件相对于上述框架运动的移动装置，上述驱动器框架与上述壳体连接，上述可移动构件与上述致动构件连接，使得上述移动装置能断开和闭合上述两个触点。

22.如权利要求21所述的高压开关，其特征在于，上述壳体有一个操作端和一个固定端，上述触点组件的操作端和固定端的位置分别靠近上述壳体的操作端和固定端，并且其中，上述驱动器框架设置在壳体的操作端，该开关还包括一个从上述驱动器框架向上述壳体的固定端延伸，并且固定在上述壳体上的外部支承构件。

23.如权利要求22所述的高压开关，其特征在于，上述外部支承构件至少包围一部分上述驱动器组件。

24.如权利要求22所述的高压开关，其特征在于，上述加强构件具有布置在靠近上述壳体的操作端和固定端的操作端和固定端，上述外部支承构件重叠在上述加强构件上，所以上述弹性体壳体的一部分处于上述加强构件和上述外部支承构件之间。

25.如权利要求24所述的高压开关，其特征在于，上述外部支承构件和上述加强构件粘接在上述壳体上。

26.如权利要求24所述的高压开关，其特征在于，上述加强构件具有一根管子，并且上述外部支承构件也具有一根与上述加强构件的管子同轴线的管子，上述这两根管子是能伸缩地套在一起的，而且上述壳体的那一部分有一层管状的合成橡胶层。

27.如权利要求22所述的高压开关，其特征在于，上述外部支承构件从上述驱动器框架延伸出去，包围着上述壳体的固定端。

28.如权利要求6所述的高压开关，其特征在于，上述触点组件有相对的断开方向和闭合方向，上述操作杆能在上述断开方向和闭合方向上运动，并且，上述弹性体壳体包括一块柔性的隔膜和一个中心部分，该隔膜与壳体的其余部分连接，该中心部分能沿着断开和闭合方向相对与周缘部分移动，上述致动构件固定安装在上述隔膜的中心部分，并且能借助于上述隔膜的柔性相对于上述瓶沿属断开和闭合方向移动。

29.如权利要求6所述的高压开关，其特征在于，由上述瓶维持的可控气氛为负压。

30.一种制造开关的方法，它包括下列步骤：

(a)把包括一个瓶和在瓶内有一对触点的触点组件封装在一个空心的加强构件内部，其方法是在瓶与加强构件之间填入一种填充材料，使得上述填充材料填满上述瓶与加强构件之间的空隙；以及

(b)把一个具有不同于上述填充材料的第一弹性体材料的壳体包围上述加强构件，并与其紧密接触。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，上述把弹性体壳体包围上述加强构件的步骤在上述封装步骤之前完成。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，上述装设弹性体壳体的步骤包括把一层合成橡胶包围在上述加强构件上的步骤，和在高温高压下硫化上述合成橡胶的步骤。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，上述装设弹性体壳体的步骤包括模制一种合成橡胶形成上述壳体的步骤，以及然后把上述加强构件压配合进上述壳体的步骤。

34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，上述壳体有一个闭合操作端和一个断开固定端，并且上述加强构件具有一根带有操作端和固定端的长形管子，上述装设弹性体壳体的步骤是这样进行的，使得上述管子的操作端布置在上述壳体的操作端附近，而上述管子的固定端布置在上述壳体的固定端附近。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤：在完成把壳体包围在加强构件上，并且将上述触点组件的一个操作杆联结在穿过壳体的操作端的一根致动构件上的步骤之后，将上述触点组件通过上述管子的固定端嵌入上述管子的步骤。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，上述将操作杆联结在致动构件上的步骤包括这样的步骤：设置一对与上述操作构件及上述致动构件连接的快速连接接头，并借助于使上述致动杆和触点组件相向的移动连接上述接头，从而使上述接头互相连接。

37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤：设置一个与上述管子在离开上述壳体的操作端的位置上连接的操作端支墩，使得上述操作端支墩和上述壳体在它们之间形成一连接空隙，上述操作端支墩还与上述瓶连接，上述封装步骤包括将填充材料注入上述瓶和上述管子之间的步骤，上述操作端支墩限制上述填充材料，防止它进入上述连接空隙内。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，它还包括下列步骤：在注入上述填充材料之后把一个固定端支墩装在上述管子上，使得上述两个支墩和管子用压力夹持住上述瓶。

39.如权利要求30所述的方法，其特征在于，上述封装步骤在上述包围弹性体壳体步骤之间完成，以便形成一个包括上述触点组件和加强构件的分组件。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，上述包围弹性体壳体的步骤包括把上述分组件压配合进壳体的步骤，使得上述加强构件与壳体的壁接触。

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