带有绝缘壳体的嵌入式极部件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带有绝缘壳体的嵌入式极部件，所述绝缘壳体通过注射的包埋材料容置真空灭弧室和电端子，其中所述注射的包埋材料填充有氧化铝或基于二氧化硅的硅土作为填充材料。
[0002]此外，本发明还涉及一种用于低压、中压或高压应用场合的真空断路器，所述真空断路器包括至少一个这样的嵌入式极部件。
【背景技术】
[0003]嵌入式极部件通常集成到中压至高压断路器中。特别地，中压断路器额定在IkV到72kV之间的高电流水平。这些特定断路器通过在真空容器中产生并熄灭电弧而中断电流。在真空容器内部容置有一对对应的电开关触头。现代真空断路器趋向于比以前的空气断路器具有更长的预期寿命。
[0004]尽管真空断路器替代了空气断路器，但是，本发明不仅能够应用于真空断路器，而且还能够应用于空气断路器或现代SF6断路器，所述现代SF6断路器具有填充有六氟化硫气体而不是真空的腔室。
[0005]文献EP 2 278 601 Al公开了一种嵌入式极部件，该嵌入式极部件带有由热塑性材料制成的绝缘壳体，所述绝缘壳体容置有真空灭弧室和电端子，其中，在绝缘壳体的外表面上，通过材料接合而连接在一起的水平和/或竖直定位的三维结构被施加到热塑性材料中，以使嵌入式极部件实现更高的机械刚度和更长的爬电距离。
[0006]真空灭弧室在环氧树脂材料中的嵌入是一种很好测试的技术，在这种技术中，填充压力低，不会导致真空灭弧室损坏。此外，作用于电端子上的力也是无关紧要的，而且不需要专门的固定，但填充时间和固化时间较长。在本技术领域中还使用了热塑性材料的注射模制。在注射模制工艺过程中，模具空腔中的压力在填充封装阶段期间非常高。代替环氧树脂材料，通过利用热塑性材料的注射模制方法将真空灭弧室嵌入到绝缘材料内部，不同的是施加于插件的压力值不同。一般而言，在反应型环氧树脂模制情形下，压力从几巴到最大20-30巴。
[0007]在用于真空灭弧室的注射模制中，最大压力可达到几百巴。如果考虑热塑性材料的长期稳定性，必须要注意热塑性材料的亲水性(吸水性)。
[0008]根据技术人员的常识，实际情况是，由环氧树脂材料制成的嵌入式极部件填充有氧化铝或基于二氧化硅的硅土作为填充材料，填充材料的重量百分比为50%到70%。注射的其余包埋材料为环氧树脂材料，以增湿填充材料。因为注射的包埋材料的粘度也增加了，使得注射的包埋材料不会流过泵送系统和管道系统，所以填充材料的量不会增大。因而，制造特别是用于嵌入式极部件的环氧树脂部分的模子不能充足填充。另一个方面是所制成的部分的机械性能。标准粉末，像硅土颗粒和熔融硅土颗粒，具有尖锐边缘，使得嵌入式极部件在机械负荷或介电负荷下的这两个方面的性能都受到限制。
[0009]对于嵌入式极部件来说，关键条件是机械增强极部件，使之强度大得足以承受短路电流。此外，其应当具有充足的机械承受力，以能够在开关情况下的机械应力期间将真空灭弧室固定在断路器中。在这些条件下，关注介电稳定性也很重要。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种具有改善的材料性能的嵌入式极部件。该目的是通过独立权利要求1的主题来实现的。进一步的示例性实施例在从属权利要求和下面的描述中明显得到。
[0011]依照本发明，用作用于填充包埋材料的填充材料的矾土或硅土为硅灰，所述硅灰由二氧化硅非晶态无孔球和这些球的团块构成。硅灰(也称为微硅粉)的使用改善了嵌入式极部件的机械性能，这是因为这些小的二氧化硅球没有尖锐边缘并且密集。带有尖锐边缘的嵌入颗粒的作用如同材料内部的凹口。另一个优点是在模具中更容易流动并更容易填充模具。此外，因为材料内部尖锐边缘的数量大大减少，所以介电性能得到改善。又一个效果是，复合材料的收缩量减少，使得在填充量可以增加至少高达5%或更多的情况下，部件固化之后材料内部的机械应力减小。
[0012]依照嵌入式极部件的优选实施例，注射的包埋材料为硬质塑料，优选为环氧树脂材料。环氧树脂的重要优点是可以使用低压注射。所以，复合材料的粘度必须要低。通过施加二氧化硅非晶态无孔球，改善了机械特性，通过用环氧树脂材料增湿二氧化硅非晶态无孔球，获得了良好的特性。
[0013]二氧化硅非晶态无孔球的平均粒度优选小于0.3微米，更优选小于0.2微米，最优选小于0.15微米。此外，二氧化硅非晶态无孔球的团块的平均粒度优选小于2微米，更优选小于1.5微米，最优选小于I微米。
[0014]由此改善了制造期间的材料性能。复合材料的粘度将减小，其中可以增大填充材料的百分比。复合材料的粘度减小是因为超细粉末包括了二氧化硅的亚微米球。二氧化硅非晶态无孔球的平均粒度越小，复合材料的粘度可以减小得越多。硅灰包括二氧化硅非晶态无孔球的两种团块。第一种团块是上面提到的，应当最优选小于I微米。第二种团块较大，典型为5-50微米。当硅灰与水混合时，第二种团块容易分解成第一种团块。
[0015]此外，娃灰的体积密度优选在100千克/立方米(kg/cbm)到1000千克/立方米之间，更优选在200千克/立方米到800千克/立方米之间，最优选在250千克/立方米到700千克/立方米之间。娃灰的比重优选在2.1吨/立方米(t/cbm)到2.4吨/立方米之间，更优选在2.2吨/立方米到2.3吨/立方米之间。体积密度与二氧化硅非晶态无孔球的平均粒度有关。而且，体积密度取决于粒级。二氧化硅非晶态无孔球的平均粒度越小，二氧化硅非晶态无孔球能够移动得越密集，使得体积密度减小。
[0016]填充材料的重量百分比优选超过60%，更优选超过70%，最优选超过80 %。通过较高的填充材料含量，可以提高阻燃等级，其中环氧树脂材料减少一定体积。此外，稍后在由二氧化硅非晶态无孔球的更大团块之间的间隙内部的小的二氧化硅非晶态无孔球产生的固化部件处，复合材料密度出现增大。环氧树脂材料的量减少，另外，由于环氧树脂的放热反应小，工艺循环时间也减少。此外，填充材料的热容量也同时增大，使得总体循环时间可以减少。除此之外，复合材料的粘度减小，填充材料的量可以增大，同时，昂贵的环氧树脂材料的量可以减少。此外，可以预期嵌入式极部件更容易制造，质量更高，而且重现性更好。
[0017]依照嵌入式极部件的又一优选实施例，注射的包埋材料为热塑性材料。热塑性材料的使用可以减少极部件的重量。此外，热塑性材料具有减小的密度。热塑性材料的使用需要利用高的注射压力。依照嵌入式极部件的又一优选实施例，注射的包埋材料为硅酮。
【附图说明】
[0018]当结合附图考虑时，本发明的前述及其它方面将从本发明的如下详细描述中变得显而易见。
[0019]图1显示了由单个电磁致动器经由中间轴装置操作的中压真空断路器的示意性纵向剖面，
[0020]图2是嵌入式极部件的透视图，
[0021]图3显示了熔融硅土的形态结构，和
[0022]图4显示了硅灰的形态结构。
[0023]附图中使用的参考标记以及它们的含义以概要形式列于参考标记列表中。
【具体实施方