专利名称：气体断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体断路器的改进，特别是具有密封在金属容器中的绝缘气体和金属屏蔽罩的气体断路器。
这种通常用的气体断路器有一个中断部分，即，一个固定触头和一个密封有如SF6(六氟化硫)绝缘气体的金属容器中的移动触头。在这种气体断路器中，固定触头和移动触头通常封装在屏蔽罩中，屏蔽罩的表面覆盖有热阻保护层，例如，如在日本实用新型特许公开No.121651/1977中描述的那样。
热阻保护层的作用是保护屏蔽罩表面不因中断时产生的热气体而变粗糙，从而阻止气体断路器的介质强度降低。热阻保护镀层通常经如铝土之类的陶瓷的蒸发沉积形成，或铝屏蔽罩的阳极氧化形成，如日本专利特许公开No.141909/1987中描述的那样。
上述结构的现有气体断路器中，由于屏蔽罩表面上形成氧化层，保护屏蔽罩避免因热气体而变粗糙。但是，这里没有充分考虑断路器装配时的屏蔽罩表面的机械冲击或由大电流中断而产生的分解SF6造成的屏蔽罩表面的损坏。装配时施加至屏蔽罩表面的机械冲击容易使镀层剥落，而多年使用，在表面形成的细微划痕将恶化气体断路器的介质强度。
为解决这一问题，可想到减小屏蔽罩的电场，增加它的介质强度。但是减小屏蔽罩的电场，需要加大屏蔽罩的直径，而造成固定触头和移动触头的间距离变大，导致体积增大，成本提高。
本发明的目的是提供一种上述类型的气体断路器，它能保持高介质强度而不增加气体断路器的体积，即使屏蔽罩受到机械冲击也不剥落或损坏。
换一句话说，包括填有绝缘气体的金属容器的气体断路器中，第一和第二触头置于金属容器中，以便使它们能够互相接触或断开，而布置的金属屏蔽罩件封装两个触头；屏蔽罩件的表面部分或全部氧化并由氟树脂层覆盖，以达到上述目的。
氧化层通过阳极氧化形成。氟树脂层含氮化硼。氧化层厚度为10μm至100μm。
由于屏蔽罩表面经氧化并由氟树脂层覆盖，保护屏蔽罩表面免受细微划伤，否则往往会形成划痕，限制从屏蔽罩表面释放电子，以保持足够的介质强度。这样能使断路器保持高介质强度而不增加气体断路器的体积，并且即使屏蔽罩受到机械冲击也能防止屏蔽罩剥落或损坏。结果，可以减小气体断路器体积，降低成本。
图1是本发明气体断路器一个实施例的纵向截面部分；图2是沿图1线A-A’剖开的截面部分；图3是显示屏蔽罩氧化层厚度与屏蔽罩介质强度关系的特性图；图4是显示封装本发明断路器中断部分的屏蔽罩结构和屏蔽罩氧化层的截面部分；图5是显示封装本实施例的断路器中断部分的屏蔽罩结构和屏蔽罩氧化层的截面部分；图6是电容置于中断部分的极之间的一个实施例的截面部分；图7是沿图2线B-B’剖开的截面部分；图8是本发明气体断路器的另一实施例的横向截面部分；以及图9是沿线C-C’剖开的封装图8中断部分的屏蔽罩截面部分。
结合附图所示的优选实施例，将详细描述本发明。图1和图2以截面部分示出代表性的气体断路器。气体断路器有一个封闭的圆柱形金属容器10，在几乎其中心部设置一个中断部分，中断部分包括一个固定的第一触头1和可移动的第二触头2。金属容器10填有SF6气体，该气体具有良好的灭弧和绝缘特性。在下面，固定的第一触头称为固定触头1，可移动的第二触头称为移动触头2。
固定触头1包括弧触头1a和主触头1b。移动触头2也包括弧触头和主触头。在闭合状态，固定触头1的弧触头与移动触头2接触，而固定触头的主触头与移动触头2接触。固定触头1固定并电气连接至导体4a。移动触头2也电气连接至导体4b。由于可移动，经未示出绝缘操作棒，从金属容器10外侧施加一外力至移动触头2，以完成开和关操作。
本实施例中，屏蔽罩5a，6a封装固定触头1，而屏蔽罩5b，6b封装移动触头2。屏蔽罩6a，6b由铝制成，它们的表面完全或部分氧化，以此形成氧化层7a，7b。然后这些氧化层镀上氟树脂层17a，17b。
即使断路器使用了多年，屏蔽表面上形成的氧化层和氧化层上形成的氟树脂层也能改善固定触头1与移动触头2之间断开状态下的极对极介质强度，以及固定触头1与地之间和移动触头2与地之间的介质强度。这样又使气体断路器的体积得以减小。
现在，理论解释如何改善上述结构的屏蔽罩表面的介质强度。图3是显示氧化层厚度与铝屏蔽罩介质强度之间关系的特性图，铝屏蔽罩经过阳极氧化形成氧化层，氧化层又镀含氮化硼氟树脂层。铝由于其重量轻及易拉伸，适合于屏蔽材料。铝阳极氧化在建筑材料中广泛应用，通常叫氧化铝膜处理。
图3中，空心条表示断路器装配后的介质强度，而阴影条表示几次中断操作后的介质强度。当没有进行这种阳极氧化时，由于电流中断时屏蔽罩暴露在分解的SF6气体下，中断后介质强度降低。当形成这种表面层时，介质强度几乎不降低。此图显示氧化层越厚，绝缘电阻趋于变大，且当设置氧化层大于10μm时，介质强度比没有形成氧化层时高20％以上。但是，也要注意到，当氧化层超过10μm，介质强度几乎不显示对应的增加。
这是因为来自电极的电子释放受氧化层和氟树脂层抑制，及因为当氧化层为10μm或更厚时电子抑制效应变饱和。在正常的阳极氧化中，氧化层形成厚度小于100μm，以便于处理，因此适合设置氧化层厚度在10μm至100μm范围内。
氧化层和氟树脂层保护屏蔽罩表面在受到适度应力的外界冲击时不发生龟裂和剥落。覆盖有这种混合保护层的屏蔽罩表面即使在多年的开-关操作后也不易裂缝，这样不会有恶化气体断路器介质强度的可能性。因此，执行中断后，介质强度显示与装配后观测到的水平相比几乎不降低。
下面，参考图1来解释经改善屏蔽罩介质强度来达到减少气体断路器的体积。屏蔽罩6a，6b减小了四个触头-固定触头1的弧触头1a和主触头1b及移动触头2的弧触头和主触头-的电场，从而改善了断开电极间的介质强度。随着屏蔽罩6a和6b之间的距离减小，因此可以增大极对极距离与冲程之间的介质强度。
如果屏蔽罩6a和6b互相置于太近，屏蔽罩前端电场增大而降低屏蔽罩之间的介质强度，因此对于屏蔽罩6a和6b之问距离减小有一个限制。随着屏蔽罩的介质强度改善，屏蔽罩6a和6b之间距离可以缩短，从而能减小极对极距离和中断冲程。结果，中断部分可减小体积。进一步讲，减小冲程使操作装置体积减小，成本下降。
下面，参考图4和图5来解释经表面处理的屏蔽罩的部分。这些图显示封装该实施例断路器的中断部分的屏蔽罩的结构，以及在屏蔽罩上形成的层。图4表示由管材制成的屏蔽罩结构的一个例子，而图5表示经拉伸制成的结构例子。
图4和图5的屏蔽罩6a有两个电场高的区域。部件6c的电场与极对极介质强度有关，且这部分介质强度改善导致极对极介质强度改善。此机理的细节已在上面描述。部件6d的电场与触头和地之间的介质强度有关，且该介质强度的改善有助于改善屏蔽罩对地的介质强度，使金属容器10的直径减小。因此，形成氧化层7a的部分需要包括高电场部分6c，6d。
在图4和图5中，需要表面处理的部分6a与圆柱形屏蔽罩5a分离制成，且在装配前覆盖表面层。通过用此方法单独制成需要表面处理的该部分，减小用于表面处理的电解电池体积。装配期间，部件6a经螺栓6e固定到圆柱形屏蔽罩5a，而部件6a的固定部分6f需要电气连接至屏蔽罩5a，这样固定部分6f在氧化处理期间被罩住。
图6显示一个实施例，其中电容器平行插在中断部分的电极之间。图7是沿图6线B-B’剖开的气体断路器的截面部分。在图6气体断路器中，设置电容器屏蔽罩8a，8b，9a，9b以改善电容器的介质强度。屏蔽罩9a，9b通常分别固定到圆柱形屏蔽罩5a，5b。屏蔽罩8a，8b经支承件8c，8d固定到导体4a，4b。
这些电容器屏蔽罩8a，8b，9a，9b在它们的前端具有高电场，如屏蔽罩6a，6b一样。因此，上面描述的表面处理改善了介质强度并减小了断路器体积，降低了成本。
图8显示具有一个闭合电阻触头30的断路器的实施例。在图8的断路器中，B-B’截面部分相似于图6的结构，且也有参考图6描述的相似的表面处理。
由于设有闭合电阻触头30，变形大致环形屏蔽罩6a，6b，以封装闭合电阻触头30。屏蔽罩固定部分6g连接到圆柱形屏蔽罩5a，以支承屏蔽罩6a，6b。屏蔽罩6a的部分细节，例如，如图9所示。
此结构在完成中断部分其它部件装配后可容易固定屏蔽罩6a，6b。这样改善了屏蔽罩的可工作性，消除了装配期间屏蔽罩划痕的可能性，因此也改善了可靠性。
如上所述，上述结构的气体断路器能改善两个相对触头间的介质强度，以及触头与地之间的介质强度。这样又减小了极对极距离，因此减小了中断部分的体积。同时，由于移动触头2的冲程减小，操作装置也可做得小。因此可减小金属容器的体积。
本发明因此可提供这种气体断路器，它的屏蔽罩当受到机械冲击时受保护而不剥落和损伤，且能保持高介质强度而不增大断路器体积。
权利要求
1.一种气体断路器，包括填有绝缘气体的金属容器；在金属容器中置于互相相对位置的第一和第二触头，这样它们可互相接触和断开；以及布置于金属容器中封装两个触头的金属屏蔽罩；其特征在于，屏蔽罩的表面部分或全部被氧化并覆盖有氟树脂层。
2.一种气体断路器，包括填有绝缘气体的金属容器；在金属容器中置于互相相对位置的第一和第二触头，这样它们可互相接触和断开；以及布置于金属容器中封装两个触头的金属屏蔽罩件；其特征在于，屏蔽罩件全部或部分由铝制成，至少铝的一部分表面包括覆盖有氟树脂层的氧化层。
3.根据权利要求2的气体断路器，其特征在于铝表面上的氧化层经阳极氧化形成。
4.根据权利要求1，2或3的气体断路器，其特征在于氟树脂层含氮化硼。
5.根据权利要求1，2，3或4的气体断路器，其特征在于氧化层厚度为10μm至100μm。
6.一种气体断路器，包括填有绝缘气体的金属容器；在金属容器中置于互相相对位置的第一和第二触头，这样它们可互相接触和断开；布置在两个触头之间并与之平行的电容器；以及布置在金属容器中接近电容器以减小电容器电场的金属屏蔽罩；其特征在于，屏蔽罩的表面包括覆盖有氟树脂层的氧化层。
7.一种气体断路器，包括填有绝缘气体的金属容器；在金属容器中置于互相相对位置的第一和第二触头，这样它们可互相接触和断开；布置在两个触头之间并与之平行的电容器；以及布置在金属容器中接近电容器以减小电容器电场的金属屏蔽罩；其特征在于，氧化层设置到屏蔽罩的前端及其周围区域，而氧化层表面覆盖有含氮化硼的氟树脂层。
8.根据权利要求6或7的气体断路器，其中氧化层的厚度为10μm至100μm。
全文摘要
一种气体断路器，包括一个填有绝缘气体的金属容器；在金属容器中置于互相相对位置的第一和第二触头，这样它们可互相接触和断开；以及置于金属容器中封装两个触头的一个金属屏蔽罩。屏蔽罩的表面部分或全部氧化且覆盖有氟树脂层。具有此结构的气体断路器当受到机械冲击时可保护屏蔽罩表面不剥落和划伤，并保持高介质强度而不增大断路器体积。
文档编号H02B13/02GK1163497SQ97102369
公开日1997年10月29日 申请日期1997年1月30日 优先权日1996年2月9日
发明者内海知明, 额贺淳, 大下阳一, 大门五郎, 土屋贤治, 义本宽 申请人:株式会社日立制作所