断路设备的制作方法

真空断续器通常包括灭弧室，其中低压为主导。腔室由有时也被称为壳体或瓶的一个绝缘外壳形成，绝缘外壳通常由一个或多个圆柱体制成，圆柱体由陶瓷或玻璃陶瓷制成，构成通常管状的第一中心部分。用于真空断续器的一般陶瓷主要由氧化铝(Al₂O₃)和高达大约6％的小百分比的二氧化硅(SiO₂)制造。这个绝缘外壳在其端部处由盖密封，盖通常由金属制成。金属盖通常被铜焊到陶瓷绝缘外壳以使用活性黄铜材料或在陶瓷部分的端表面上的良好地控制的金属化步骤之后形成真空紧密接合密封。

一对触头位于灭弧室中。这些触头能够在闭合位置和断开位置之间移动，在闭合位置上电流可流动，而在断开位置上，这两个触头分离以便中断电流。通常，一个触头是静止的，以牢固的方式固定到密封腔室的一个盖，而另一触头在腔室内是可移动的。波纹管围绕可移动触头并使腔室的内部能够被机械地密封且是气密的，以便保持在低压力下。

用于绝缘外壳的陶瓷或玻璃陶瓷的使用对真空断续器是理想的，由于它的机械强度、它的低多孔性、它的低除气作用、它形成真空气密密封的能力以及它的优良的抗高电压特征。而且，陶瓷(或玻璃陶瓷)也呈现对环境条件例如污染或O₃腐蚀的高抵抗性。

在真空断续器的内部设计(触头的形状、几何结构和材料、护罩、绝缘圆柱体)上完成了很多工作，以便在触头分离以在切换或中断电流时达到足够的性能时确保所述断续器的适当的介电特征。

真空断续器也必须在外部展示足够高的介电强度以禁受施加在断续器开路触头(端子)之间的高电压。在断续器周围的自由空气空间可以不是足够的，特别是当操作电压是中或高时。为了达到在常规高电压测试(BIL和功率频率测试)中的介电要求，一个选择是在介电环境中定位真空断路器，该介电环境如包含诸如SF₆或油或甚至加压空气的介电流体的紧密密封的外壳。然而，这些解决方案当在使用中时实现和管理起来麻烦。特别是，虽然绝缘气体可适合于用在固定的户内变电站中，它在户外机车车辆上不是那么适合，其中对严酷的环境条件的暴露可导致密封外壳的破坏和气体的泄漏。

另一选择是确保真空断续器的适当的外部绝缘可通过使用适当的封装材料例如硅橡胶、环氧树脂或其它适当的聚合物铸造或涂覆真空断续器来实现。可在断续器的主要部分的陶瓷和绝缘材料之间使用粘结剂用于适当的粘附。然而一方面，陶瓷部分、金属盖和聚合物涂层每个呈现不同的热膨胀系数，可引起绝缘外壳的开裂或甚至断裂。另一方面，环氧树脂和其它聚合物也不很好地老化且对严酷的环境条件例如污染或O₃腐蚀是敏感的。

US 8,178,812公开了一种真空断续器，其中外部绝缘由涉及被硫化的弹性体的高压注入的插入成型工艺实现。在放置到注入模具中之前，由覆盖易碎区域的保护性盖板装配该设备。特别是，由导电性的热塑性或热固性材料制成的盖板安装到断续器的盖上并在绝缘(陶瓷部分)和导电元件(金属部分)之间的连接区域之外延伸。进一步优化盖板的形状以充当机械增强物。这个解决方案不是非常紧凑的，且在用刚性弹性体外壳覆盖断续器之前需要预先组装盖板。此外，它仍然呈现上面提到的使用敏感弹性体的缺点。

为了提供更紧凑的解决方案，WO 2012/042294公开了具有选择性外部封装的真空断续器：为从对应的触头的金属端盖开始延伸并覆盖陶瓷部分的交叠的距离(大约12到18mm)的至少一个触头端子或电极提供了外部封装。封装材料是固体绝缘体，例如硅橡胶。虽然这个解决方案是紧凑的、更容易实现、更通用且更不昂贵，但是由于上面提到的关于对聚合物的极端大气条件的抵抗性原因，它对一些户外应用效率较低。

类似地，WO 2010/000769公开了一种真空开关管，包括具有至少一个陶瓷壳体部和金属壳体部分的一个壳体，其中在至少一个陶瓷壳体部和金属壳体部分之间的过渡区域通过绝缘材料覆盖。绝缘层由诸如聚合物树脂或热塑性的绝缘材料以及影响绝缘材料的绝缘特性的添加剂制成。JP 2003 031090公开了真空开关管的另一例，包括在绝缘圆柱与管的短板的连接处的橡胶层。如同WO 2012/042294的解决方案一样，由于聚合物或橡胶的使用，真空开关断续器的这两个例子并未被制造以禁受户外大气条件。

由于上述原因，对具有更好的外部介电强度而没有额外的笨重的不可靠封装的真空断续器是有必要的。因此，本发明的目标是提供紧凑的、可靠的并可在户内或在大气和环境条件恶劣的户外环境中使用的真空断续器。

本发明的目的是根据权利要求1和权利要求10的真空断续器。

从仅作为非限制性例子给出的和在附图中表示的本发明的特定实施方式的下列描述中，本发明的其它优点和特征将变得更加清楚明显。

图1a示出了不具有外部封装的常规真空断续器。

图1b和1c是图1a示出的真空断续器的横截面。

图2a示出了根据本发明的第一实施方式的真空断续器。

图2b和2c是图2a示出的真空断续器的横截面。

图2d和2e是图2a至2c示出的真空断续器的一部分的放大视图。

图3a和3b示出了根据本发明的第一实施方式的第一变形的真空断续器。

图4a和4b示出了根据本发明的第一实施方式的第二变形的真空断续器。

图5a示出了根据本发明的第二实施方式的真空断续器。

图5b和5c是图5a示出的真空断续器的横截面。

图6a和6b示出了根据本发明的第二实施方式的变形的真空断续器。

虽然本发明的基本特征涉及真空断续器的外部设计，但是为了清楚和完整起见，首先简要地描述该断续器。

根据本发明的真空断续器1被设计用于在电路断路设备中使用以执行在电路中的切换和/或中断。根据本发明的真空断续器1优选地布置成在高或中电压下操作。

真空断续器1通常包括密封的灭弧室2，其中受控低压空气或另一介电流体优选地占主导，即真空。腔室2由管状绝缘外壳界定。在所示真空断续器1中，管状绝缘外壳优选地由两个陶瓷或玻璃陶瓷制成的绝缘圆柱体3、4形成。

导电盖51、52封闭腔室2的每个开口端。优选地，盖51、52由金属制成，且每个包括实质上扁平的底板，其基本上垂直于断续器1的纵轴AA并在其周边上由基本上正交的侧壁61、62延伸。

导电盖51、52以紧密密封的方式和与其相应的陶瓷圆柱体3、4固定于密封区域7。密封区域7被限制到对应盖51、52的周壁61、62的铜焊的线，该线位于与盖51、52相应的陶瓷圆柱体3、4上。显然，任何其它已知的技术可用于有效地将盖51、52密封到与其相应陶瓷圆柱体3、4。

由陶瓷圆柱体3、4和盖51、52所限定的腔室2包括沿着真空断续器1的纵轴AA相对于彼此可移动的一对活动触头101、102。每个触头101、102包括固定到纵向电极141、142上的由适当的材料制成的接触垫121、122。

优选地，如所示，第一触头101是静止的，并例如通过焊接、铜焊或机械组装牢固地固定到其所在电极141耦合的一个端盖51。第二触头102安装在具有电极142的腔室2内，以便能够穿过另一盖52移动。为了使可移动触头102能够移动并维持腔在室2内部的受控真空，在可移动电极142和相应的盖52之间安装密封金属波纹管16，例如可以焊接在可移动电极142的一端，从而密封腔室2的盖52的开口。在密封波纹管16周围，在耦合到电极142的其端部的水平处可以安装金属波纹管护罩18，以保护所述波纹管16免受由在电流中断过程期间的电弧引起的投影。

紧密密封的腔室2优选地还包括位于接触垫121、122的水平处的金属护罩20，不管是什么位置，以便保护绝缘陶瓷圆柱体3、4免受金属蒸汽或可能在电弧放电期间出现的任何投影。在所示实施方式中，金属护罩20被保持在两个陶瓷圆柱体3、4之间并通过铜焊或确保正确密封的任何其它适当的手段固定到所述圆柱体。可选地，如果管状绝缘外壳例如成整块地被制成，则金属护罩20可以用固定的方式固定到盖51、52之一。

如上所述的真空断续器1例如在图1a至1c中所描绘。它是本领域普通技术人员所公知的，且仅作为例子被描述。断续器的内部部件(触头101、102、圆柱体3、4、盖51、52、护罩18、20)设计成优化断续器1的热和介电特性及机械强度。对于本领域普通技术人员来说，这些内部设计特征是公知的，且后续不再更详细地描述。

在没有真空断续器的任何进一步的外部额外绝缘或封装的情况下，当所述断续器由高电压浪涌加压且触头101、102断开时，位于断续器的外部的盖51、52之间可能出现电击穿。

为了防止这样的介电故障，已知将断续器封装在包含介电流体/气体的密封外壳中或将它的全部或部分涂覆(嵌入)在适当的聚合物如硅橡胶或环氧树脂中。如前面提到的，那些解决方案呈现一些缺点。

根据本发明，管状绝缘外壳在其外部分上延伸，以便围绕并围住盖51、52而不改变真空断续器的尺寸和部件。因此，真空断续器的外部介电性能提高了。

通常，根据本发明的真空断续器1的绝缘管状外壳设计成围绕并围住盖51、52。特别是，管状绝缘外壳沿着所述导电盖51、52的侧壁61、62延伸。因此，由于陶瓷或玻璃陶瓷是绝缘材料，在盖51、52之间的外部绝缘距离增大，且因此断续器的介电性能增强。

在图2a和2b所示的第一实施方式中，形成管状绝缘外壳的陶瓷圆柱体3’、4’每个被整块地制成，使得它们每个在它们的相应盖51、52之外且特别是沿着所述盖的侧壁61、62延伸。所述盖51、52然后完全由所述圆柱体3’、4’(图2b)围住。在这个第一实施方式中，围绕盖51、52的侧壁61、62的圆柱体3’、4’的延伸部分31、41具有比圆柱体3’、4’的其余部分小的厚度。圆柱体3’、4’还包括相应于密封区域7的内凸缘30、40，且盖51、52的壁61、62在内凸缘30、40上被铜焊或适当地密封。延伸部分31、41可从这个凸缘30、40延伸以围绕盖51、52。

图2d是在金属盖51、52和圆柱体3’、4’的延伸部分31、41之间的间隙8的放大视图。在图2e中所示的变形中，在金属盖51、52和圆柱体3’、4’的延伸部分31、41之间的间隙8可被填充有适当的填充树脂9以抑制尖锐的角并减小电场增强。优选地，所述填充树脂9是环氧树脂或橡胶(硅橡胶、聚氨基甲酸酯…)或适当的半导电树脂。更优选地，为了电位线的更好分布，所述填充树脂9是填充金属或陶瓷(微或纳粉)的环氧树脂(例如填充Al₂O₃的环氧树脂、填充TiO₂的环氧树脂或填充SiO₂的环氧树脂复合物)。

优选地，在间隙8的底部处的角81，定义为在内凸缘30、40和延伸部分3、41的内壁之间的角，不是尖锐的，相反是如在图2d和2e中所示的圆形的。这是为了减小电场增强。

在图2a至2d所示的第一实施方式中，圆柱体3’、4’沿着其长度方向呈现相同的外径。图3a和3b示出一种变形，其中圆柱体3’、4’每个呈现具有较大外径的部分，该部分在密封区域7和凸缘30、40附近形成凸起33、43。这对靠近密封(铜焊)区域7(金属陶瓷边缘)的电位线更远地发散有效果。

在图4a至4b所示的另一变形中，围绕盖51、52的圆柱体3’、4’的延伸部分31、41呈现的厚度基本上等于圆柱体3’、4’的其余部分的厚度。所述部分31’、41’具有大于圆柱体3’、4’的其余部分的内径和外径，这导致在与内凸缘30、40和密封区域7相对的圆柱体3’、4’的外部分上形成肩部33’、43’。这个特定的变形呈现的效果与由凸起33、43得到的相同，且此外将额外的机械强度带到延伸部分31’、41’。

图5a至6b示出根据本发明的真空断续器的第二实施方式。这个特定的实施方式旨在将本发明的基本原理应用于现有的标准陶瓷或玻璃陶瓷真空断续器(即例如在图1a至1c中所示的)。

根据这个第二实施方式，延伸管状绝缘外壳以通过将延伸部分35、45固定到圆柱体3、4来围绕盖51、52。所述延伸部分35、45在形状上基本上是管状的并由陶瓷或玻璃陶瓷制成。延伸部分35、45紧贴与它们的相应圆柱体3、4，以与圆柱体3、4的部分重叠，以全部围住盖51、52并沿着所述盖51、52的侧壁61、62延伸。延伸部分35、45通过任何适当的手段紧密地固定或粘贴到它们的相应圆柱体3、4。胶粘材料可以是用于陶瓷粘合的环氧树脂或填充金属的环氧树脂粘合剂。对于高电压应用(需要高介电强度)，粘合剂优选地是聚合物复合粘合剂，例如填充陶瓷微或纳粉的环氧树脂(例如填充Al₂O₃的环氧树脂、填充TiO₂的环氧树脂或填充SiO₂的环氧树脂合成物)。这些填充环氧树脂的复合物的优点是它们的比环氧树脂(对于合成物的e_r～6而不是对于环氧树脂的e_r～3,5)更高的介电常数e_r(相对电容率)。

像对于第一实施方式一样，在图6a和6b中所示的变形中，延伸部分35、45每个呈现较大厚度的部分，该部分在盖51、52被铜焊到圆柱体3、4上的密封区域7附近形成凸起33、43。

以类似的方式，在金属盖51、52和圆柱体3、4的延伸部分35、45之间的间隙可被填充有例如上面关于第一实施方式所述的适当的填充树脂。

因此，使用这个第二实施方式，不修改现有技术真空断续器的已有设计配备现有技术真空断续器是有可能的，而先前现有技术真空断续器必须被封装以确保外部介电性能。

本发明呈现下面的优点：

·真空断续器的外部绝缘和介电性能提高了，而不需要对它的标准公知的设计做出大改变；特别是不需要修改真空断续器的内部尺寸和设置。

·不需要将真空断续器密封在外部封装介质如SF₆、油或加压空气中，封装会导致笨重的设备且对户外使用是不实际的；

·不需要使用固态绝缘体进行整体或部分的额外封装，固态绝缘体如环氧树脂、硅橡胶或在严酷的大气条件中不很好地老化的任何其它适当的聚合物；

·陶瓷部件提供良好的绝缘并具有对环境条件、特别是对臭氧形成的良好抵抗性，确保整体断续器的长寿命。

上面的实施方式以示例进行了描述。在本发明中的一些修改或变形被解释为是在本发明的范围之内。