用于真空断续器的复合式电弧屏蔽件及其形成方法
【技术领域】
[0001]所公开的构思一般地涉及真空断路器以及其它类型的真空开关设备和相关构件，例如真空断续器(vacuum interrupter)和防电弧屏蔽件(屏蔽装置)。特别地，所公开的构思涉及一种包含防电弧材料的屏蔽结构，该屏蔽结构被密闭地(气密地)密封于例如用在真空断路器中的真空断续器的陶瓷基底。
【背景技术】
[0002]真空断续器通常用于中断高电压交流电流。断续器包括包围具有对向的接触面的一对共轴地对准的可分离接触组件的大体圆筒形的真空封壳。接触面在闭合电路位置彼此靠接且为了断开电路而分离。每个电极组件都与伸出到真空封壳外部且与交流电路连接的带电接线柱连接。
[0003]电弧通常在触头向电路断开位置移动分开时在接触面之间形成。起弧(电弧形成)持续到电流被中断为止。被电弧气化的来自触头的金属在起弧期间形成中性等离子体并且在电流熄灭之后凝结回到触头上而且还凝结到安置在触头组件和真空封壳之间的蒸气凝结屏蔽件上。
[0004]断续器的真空封壳一般包括具有覆盖每一端的金属端帽或密封件的陶瓷管状绝缘外壳。真空断续器的电极穿过端帽进入真空封壳中。其中至少一个端帽与电极刚性连接且必须能够承受断续器工作期间的较高动态力。
[0005]断续器的各种设计在本领域中是已知的。存在全陶瓷设计，其中管状绝缘外壳完全由陶瓷材料构成。还已知一种设计，其包括由金属屏蔽件构成的中央部，陶瓷部位于金属屏蔽件的两端上。该设计通称为“腹带”式断续器。
[0006]真空断续器是真空型开关设备的关键构件。使用横向磁场触头的用于真空型断路器的断续器通常包括蒸气屏蔽件，例如，内部电弧屏蔽件或防电弧屏蔽件，其抵抗大的起弧以限制电弧的向外传播并保持断续器在阻断故障电流之后的高电压耐受性。
[0007]该屏蔽件通常由铜、不锈钢、铜-铬合金或其组合构成。在一些情况下，该屏蔽件可在起弧区域中由一种材料构成且可对屏蔽件的其余部分使用第二种材料。铜-铬合金材料可由于其耐电弧破坏性能和其在发生起弧之后抵挡高电压的能力而用于最高的故障电流等级。铜-络合金通常包括按重量计约10%至25%的络和余量的铜。
[0008]所公开的构思的一个目的是研发新的电弧屏蔽件设计，例如，该设计可容纳用于中断大电流的大型触头。此外，本发明的一个目的是设计一种电弧屏蔽件，该电弧屏蔽件能够密闭地密封于定位在真空断续器的两端处的陶瓷绝缘体。可认为屏蔽件的这种定位与完全安装在真空断续器的全陶瓷绝缘外壳内侧的电弧屏蔽件相比提供了用于使用大型触头的可用空间。
【发明内容】
[0009]这些和其它需求通过所公开的构思的实施例来满足，这些实施例提供了防电弧屏蔽件、制造屏蔽件的方法和包括屏蔽件的真空断续器。在一方面，所公开的构思提供了一种用于真空断续器的防电弧屏蔽件。该防电弧屏蔽件包括具有第一端部、相对的第二端部、内表面和外表面的屏蔽结构；以及设置在屏蔽结构的内表面上的防电弧材料。该防电弧屏蔽件定位在第一陶瓷绝缘体和第二陶瓷绝缘体之间。屏蔽结构的第一端部被密闭地密封于第一陶瓷绝缘体且屏蔽结构的相对的第二端部被密闭地密封于第二陶瓷绝缘体。该防电弧屏蔽件限定有内腔。第一和第二电极组件配置在所述腔中且可分离以确立起弧。
[0010]第一和第二陶瓷绝缘体以及防电弧屏蔽件可呈圆筒形成形以形成管状结构。
[0011]该真空断续器还可包括与第一陶瓷绝缘体连接的第一端部密封件和与第二陶瓷绝缘体连接的第二端部密封件。
[0012]第一陶瓷绝缘体可具有第一端部和第二端部，第一陶瓷绝缘体的第一端部定位在屏蔽结构的第一端部上，且第一陶瓷绝缘体的第二端部定位在真空断续器的第一端部密封件上。第二陶瓷绝缘体可具有第一端部和第二端部，第二陶瓷绝缘体的第一端部定位在屏蔽结构的相对的第二端部上，且第二陶瓷绝缘体的第二端部定位在真空断续器的第二端部密封件上。屏蔽结构的第一端部被密闭地密封于第一陶瓷绝缘体的第一端部，且屏蔽结构的第二端部被密闭地密封于第二陶瓷绝缘体的第一端部。
[0013]防电弧材料可包括铜-铬合金。铜-铬合金基于合金的总重量可包括约10至约60重量％的络和余量的铜。
[0014]该屏蔽结构可由从包括不锈钢、铜、钢、镍-铁(合金)、白铜及它们的混合物的组中选择的材料构成。
[0015]在某些实施例中，防电弧材料在屏蔽结构内共同形成(一起形成，co-form)。在其它实施例中，防电弧材料呈涂层形式且沉积在屏蔽结构的内表面上以在其上形成一层。
[0016]在另一方面，所公开的构思提供了一种真空断续器，该真空断续器包括由第一陶瓷部、与第一陶瓷部连接的第一端部密封件、第二陶瓷部、与第二陶瓷部连接的第二端部密封件以及定位在第一和第二陶瓷部之间的防电弧屏蔽件限定出的管状腔。防电弧屏蔽件包括具有内表面、外表面、第一端部和相对的第二端部的屏蔽结构；以及设置在屏蔽结构的至少一部分上的防电弧材料。屏蔽结构的第一端部被密闭地密封于第一陶瓷部且屏蔽结构的相对的第二端部被密闭地密封于第二陶瓷部。真空断续器还包括第一电极组件和第二电极组件。第一和第二电极组件配置在所述腔的由防电弧屏蔽件限定出的一部分内，所述第一和第二电极组件可分离以确立起弧。
[0017]在又一方面，所公开的构思提供了一种用于制作真空断续器的方法。该方法包括形成包括第一陶瓷部、第二陶瓷部和防电弧屏蔽件的管状真空腔。该防电弧屏蔽件包括具有内表面、外表面、第一端部和相对的第二端部的屏蔽结构；以及设置在屏蔽结构的内表面的至少一部分上的防电弧材料。该管状真空腔还包括第一电极组件和第二电极组件。该方法还包括:将防电弧屏蔽件定位在第一和第二陶瓷部之间；将屏蔽结构的第一端部密闭地密封于第一陶瓷部；将屏蔽结构的相对的第二端部密闭地密封于第二陶瓷部；以及将第一和第二电极组件定位在所述腔的由防电弧屏蔽件限定出的一部分内。第一和第二电极组件可分离以建立起弧。
[0018]所述密闭地密封可包括硬焊或恪焊(焊接，welding)。
[0019]在某些实施例中，防电弧材料与屏蔽结构共同形成。例如，防电弧材料和屏蔽结构可利用选自等静压机(isostatic press)和单轴压机的压机靠着心轴共同形成。
[0020]在其它实施例中，防电弧材料施加于屏蔽结构的内表面以在其上形成一层。例如，防电弧材料可呈粉末合金形式，与适当的粘合剂混合以形成涂层，并且涂层施加于屏蔽结构的内表面，或者呈粉末合金形式的防电弧材料可与适当的粘合剂混合以形成条带且条带施加于屏蔽结构的内表面。
【附图说明】
[0021]当结合附图阅读时可从下文对优选实施例的描述充分理解所公开的构思，在附图中:
[0022]图1是根据所公开的构思的特定实施例的包括防电弧屏蔽结构的真空断续器的剖视图；以及
[0023]图2是根据所公开的构思的特定实施例的防电弧屏蔽结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0024]所公开的构思包括防电弧屏蔽件、用于制作屏蔽件的方法和包含屏蔽件的真空断续器。真空断路器是诸如真空断路器的真空开关设备的关键内部构件。真空断续器通常包括由适当绝缘材料的外壳形成的高真空封壳，和用于封闭外壳端部的一对金属端帽。一对可相对移动的触头或电极位于封壳内。当触头分离时，存在位于其间的起弧间隙。当电极断开时，以及当它们闭合时，跨电极之间的间隙形成电弧。电弧使一部分触头材料气化且蒸气从起弧间隙朝向封壳散开。防电弧屏蔽件通常定位在真空断续器内并用于拦截和凝结电弧产生的蒸气。
[0025]真空断续器的各种设计在本领域中是已知的。为方便说明，所公开的构思被描述为用于通常称为“腹带”的设计。术语“腹带”指的是具有由陶瓷绝缘材料形成的外壳、防电弧屏蔽件和端帽的真空断续器。陶瓷绝缘材料可包括由防电弧屏蔽件分开的两个陶瓷部。亦即，防电弧屏蔽件定位在第一陶瓷部和第二陶瓷部之间。屏蔽件和陶瓷部被密闭地密封。在该设计中，防电弧屏蔽件不定位在真空断续器的封壳的内侧。而是，防电弧屏蔽件构成外壳或真空断续器的外表面的一部分。腹带式断续器通常是具有圆筒形的陶瓷管部和圆筒形的防电弧屏蔽管的管状结构。然而，应理解，所公开的构思不限于该类型的真空断续器设计。
[0026]陶瓷绝缘材料由陶瓷或含陶瓷材料如氧化铝、氧化锆或其它陶瓷氧化物构成，但也可以是玻璃。
[0027]防电弧屏蔽件包括屏蔽结构和防电弧材料。屏蔽结构可由本领域中已知的用于构建用于真空断续器的屏蔽结构的材料或材料组合构成，并且能够与陶瓷绝缘体材料形成密闭的密封。适当的材料包括但不限于不锈钢、铜、钢、镍-铁、白铜及其混合物。优选但非必要地，屏蔽结构的形式为单个连续的板片。
[0028]防电弧材料包括本领域中已知的用于形成防电弧材料的化合物或化合物的组合。一般而言，防