CN1311491C - 用于真空断路器的陶瓷管 - Google Patents

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Abstract

用于一真空断路器的陶瓷管，该陶瓷管(10)为具有一确定长度和一确定内径的圆柱形。并且，该陶瓷管在该圆柱形的各端部有一圆柱体端面(11)，一金属端盖(4、6)可以真空密封的方式固定在各圆柱体端面(11)上以形成一真空腔(8)。该圆柱体端面(11)的形状使得在装配状态中，该端面至少在该陶瓷管(10)的内径的范围上与该金属端盖(4、6)相接触。

Description

用于真空断路器的陶瓷管
技术领域
本发明涉及一种用在一真空开关或断路器中的陶瓷管，该陶瓷管为具有一固定长度和一固定内径的圆柱形，且在该圆柱形各端部有一圆柱体端面，一金属端盖可以真空密封方式，例如焊接固定到该每个圆柱体端面上以形成一真空腔。在该真空腔中有两个可被分离以断开电路的触点。
背景技术
由于其适宜的材料特性(绝缘，可耐高温高压等)，这种类型的陶瓷管用于电气装置的真空开关的真空断路器中。
对于用于真空断路器的已知的广泛应用的陶瓷管(通常采取细长套管的形式)，其端面在两侧被切成斜面。这是因为要用尽可能经济的方法生产陶瓷管。该目的就是在继续确保其操作的可靠性的同时把真空断路器做得尽量小。一个较小的陶瓷管意味着不仅真空开关的结构可以更紧凑，而且需要的陶瓷材料也更少，从而最终使得真空断路器更便宜。
陶瓷管的长度很大程度上取决于对其抵抗火花放电和/或击穿的能力的要求。虽然真空中大约10毫米的触点间距就足以防止在一真空断路器的触点之间发生击穿，但包围该真空腔的陶瓷管还是必须要比10毫米长以确保其介电强度。如果陶瓷管的尺寸太小，火花放电仍然会经由该陶瓷管而发生。
当真空断路器制成后，就形成一个由具有不同介电特性的真空、金属和陶瓷相互邻接的接合点，这在专业领域被称为三接合点(triplejunction)。由于陶瓷管圆柱体端面具有斜面形状，在真空内形成一锐角。已经发现，由于集合在该接合点的三种材料的不同介电特性，场线连续穿过该锐角处的真空，而且电场强度集中在该处并可能增加到能引起击穿的程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于真空断路器的陶瓷管，该真空断路器中不会发生上述现象。
本发明的目的用一本文开头定义的类型的陶瓷管实现，该陶瓷管的圆柱体端面形状使得在装配状态中，该端面至少在该陶瓷管的内径的范围上与金属端盖相接触。这使得在三种材料会合位置的场线的局部集中较少，从而减少了局部场强，结果发生击穿的危险较小。利用特定情况进行的模拟显示，与标准陶瓷管相比(用本陶瓷管)场强减少了七倍。因此，介电强度增加，使得可将陶瓷管做得较短，这进一步节省了成本，或者如果陶瓷管保持相同的长度则可用于电压更高的场合。
在本发明的一个实施例中，该圆柱体端面在陶瓷管的一内侧上与陶瓷管的内表面形成一基本上至多为九十度的角。如果具有一小于九十度的角(这样该陶瓷管的圆柱体端面进一步沿端盖的金属朝真空断路器内侧延伸)，则(该处的)场强在理论上还会进一步减小。然而，生产这种类型的陶瓷管不太容易，因而成本较高，这使得此类实施例在经济上的吸引力较小。由于这些原因，因此优选具有九十度的角的实施例。
在另一实施例中，该圆柱体端面在陶瓷管的外侧上与陶瓷管的一外表面形成一至少九十度的角。在真空断路器的生产过程中，端盖通常焊接在陶瓷管上。如果该圆柱体端面是直的，则焊料可能会溢出该陶瓷管的边缘，结果经由陶瓷管的外侧发生火花放电的危险增加。如果仅在外侧上将圆柱体端面切成斜面，则焊料就会不容易流到陶瓷管的外径以外，从而发生火花放电的危险将减小。
在另一方面，本发明涉及一种配备有一根据本发明的陶瓷管的真空断路器或开关。
附图说明
现在将根据几个示例性的实施例并结合附图对本发明进行详细说明，其中：
图1示意性地表示根据现有技术的一真空断路器的剖视图；
图2为图1所示剖视图的局部放大图；
图3所示为根据本发明一实施例的具有陶瓷管的真空断路器的局部放大图。
具体实施方式
图1所示为用于电气装置的真空开关的一真空断路器10的简化剖视图。该真空断路器10包括形成一电路的一部分的一活动触点1和一固定触点2。把触点1、2分离就会使电路断开。触点1、2位于一真空腔8内，从而任何在电路断开时形成的电弧都会立即消失。该真空腔8由一陶瓷管3和两个用金属制成的端盖4、6形成。该端盖4、6通常通过焊接与陶瓷管8连接。此外，该真空断路器10可配备一同样用金属制成并与端盖4连接的屏板(screen)5，以及一与端盖6连接并使得活动触点1能移入真空腔8内的波纹管14。
该陶瓷管3通过在一模具中烧结陶瓷粉末而制成。这是一种广泛应用的生产技术，因为该技术相对简单，从而成本低廉，具有经济上的吸引力，但它的结果是该陶瓷管3的圆柱体端面11是斜面状的，如图1中的参考标号7所示。
图2所示为端盖6与该陶瓷管3连接的位置的细节放大图。该细节放大图显示出通过例如一焊接接头固定在该陶瓷管3的圆柱体端面11上的端盖6的一部分。由于该陶瓷管3的圆柱体端面11的斜面12(对应于图1中参考标号7)，在真空腔8内的真空内部8、陶瓷管3和端盖6的金属会合的位置(一三接合点，由参考标号9表示)形成一锐角。该陶瓷管3的内壁13上的斜面12和陶瓷管3的圆柱体端面11形成一钝角，即一大于九十度的角。
已经发现，当真空断路器10被切断时，在真空内部8内发生一个涉及相当大的电位差的操作，在三种材料(真空、金属和陶瓷)会合的三接合点9处会形成主要集中在该三接合点9内的非常高的电场。这种电场的集中增加了在该位置发生击穿或火花放电的危险。
通过以图3中放大的剖视图所示的方式来形成该陶瓷管3的圆柱体端面形状就可以改善这一情况。这里，陶瓷管3的圆柱体端面11与内壁13之间形成一直角。根据其它条件，这种结构可使该三种材料会合的三接合点9处的场强减少七倍。结果，发生击穿或火花放电的危险就比上述情况大大降低。
换句话说，陶瓷管3的圆柱体端面11向(真空断路器)内侧延伸，并至少在该陶瓷管3的内径范围上与端盖6的金属相接触。如果陶瓷管3的圆柱体端面11仍进一步向内延伸：随后圆柱体端面11与陶瓷管内表面13的斜面12(以虚线表示)之间形成一小于九十度的角，则电场分布在理论上还会更好。但是，这种形状的陶瓷管3在真空断路器10的制造中较难于生产和加工，从而成本较高。出于经济原因，这种类型的陶瓷管没有吸引力。
尽管与传统的具有斜圆柱体端面的陶瓷管相比，生产具有直圆柱体端面11的陶瓷管3成本更高，但是这样的管具有重要的技术上的优点。结果，人们可以使用成本降低的较短的陶瓷管3，或者把相同的陶瓷管3用在电压较高的场合。
但是，根据本发明，优选使用如图1所示的在该陶瓷管3的外侧面为斜圆柱体端面11的陶瓷管。由于端盖4、6通过一焊接接头固定在陶瓷管3上，因此采用直圆柱体端面11可能会在该陶瓷管3的边缘有少量的焊料溢出。在陶瓷管3的两端的外部边缘的这种焊料珠可成为在该陶瓷管3外侧发生击穿的地方(可以说焊接边缘沿电感知方向〔electrical sense〕伸出)。由于具有斜面边界7，任何可能流出的焊料都很难流到陶瓷管3的外径之外，结果提交了对击穿的抵抗力。这还产生了一个技术上的优点，即既可减少陶瓷管3的长度从而降低真空断路器10的生产成本，又可把相同的管用在电压较高的场合。

Claims (4)

1.一种用于一真空断路器的陶瓷管，该陶瓷管(3)为具有一固定长度和一固定内径的圆柱形，且在该圆柱形各端部具有一圆柱体端面(11)，一金属端盖(4、6)可以真空密封的方式固定到每个圆柱体端面(11)上以形成一真空腔(8)，其特征在于，该圆柱体端面(11)的形状使得在装配状态中，该端面至少在该陶瓷管(3)的内径的范围上与该金属端盖(4、6)相接触，以防止在操作真空断路器时在金属端盖(4、6)、陶瓷管(3)和真空腔(8)的三接合点处形成电场集中。
2.根据权利要求1的陶瓷管，其特征在于，所述圆柱体端面(11)在陶瓷管(3)的内侧上与该陶瓷管(3)的一内表面(13)形成一至多为90°的角。
3.根据权利要求1或2的陶瓷管，其特征在于，所述圆柱体端面(11)在陶瓷管(3)的外侧上与该陶瓷管(3)的一外表面形成一至少为90°的角。
4.配备有根据权利要求1至3之一的一陶瓷管(3)的真空断路器(10)。
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