CN109791858B - 高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备以及高压开关装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有真空室的高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备。此外本发明涉及带有真空室的高压开关装置的制造方法。高压开关装置具有由浇注树脂制成的注塑壳体(1)，所述注塑壳体(1)包围真空室(2)，所述真空室(2)具有固定触点(4A)和可动触点(5A)，其中在注塑壳体(1)的内壁和真空室(2)的壳体(3)的外壁之间设置中间层(3A)。高压开关装置的特征在于，此中间层是浇注树脂层(3A)，其中浇注树脂层的玻璃化转变温度在10℃和40℃之间。在此类结构中，在试验中在真空室的壳体的覆层或护套内不出现裂纹，且在壳体上不出现外部放电。

Description

高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备以及高压开关 装置的制造方法

技术领域

本发明涉及带有真空室的高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备。此外，本发明涉及带有真空室的高压开关装置的制造方法。

背景技术

在包括电流导线的电网中使用开关设备以用来分配电能。开关设备具有开关装置，所述开关装置在电触点之间形成或断开导电连接。在高压或中压电网中使用如下高压开关装置，即所述高压开关装置满足对于高压或中压电网内的高电压的电气要求。高压电网内的电压一般处在60kV和52kV之间，且中压电网内的电压通常处在1kV至52kV之间。

具有真空室的高压开关装置是已知的，电触点布置在所述真空室内。但也已知其中电触点处在包括例如SF₆的绝缘气体的气体环境中的开关装置。真空室的使用与填充以绝缘气体的室相比所提供的优点是可在相对小的体积内中断负载电流和短路电流，而不存在排放热开关气体的风险。在空气绝缘的开关装置中需要特别长的绝缘距离，因此此类开关装置需要特别大的空间。真空室使用在带有断路器、接地开关、隔离开关或负载隔离开关的开关装置中。

带有真空室的开关装置例如从DE 31 12 776 A1和DE 40 27 723 A1中已知。已知的真空室具有壳体，在所述壳体中布置了固定开关触点和可动开关触点。可动开关触点被促动单元促动。促动单元的驱动可使用电驱动单元进行。为降低高压开关装置的结构尺寸且因此降低具有开关装置的开关设备的结构尺寸，使用具有注塑形式的真空室，且因此所述真空室使用例如环氧树脂的注塑物浇注成，使得真空室在注塑物硬化之后被固态的注塑壳体包围。

如果高压开关装置在运行中被电流流过，则功率损失以热量的形式释放。由于该热量，真空室的壳体的可能由陶瓷或例如铜的金属材料制成的部件膨胀，所述膨胀可能强于固体的注塑壳体的膨胀。由此，出现机械应力，且因此伴随出现固体塑料注塑部内的微裂纹。开关装置的寿命可能因此明显缩短。此外，可能出现不希望的电弧。

由于此原因，在现有技术中，高压开关装置内的真空室设置有外部硅树脂层或与收缩软管焊接。由硅树脂制成的覆层或使用收缩软管不仅防止出现机械应力，而且附加地提供了如下优点，即在固定开关触点和可动开关触点之间沿真空室的外侧产生了足够的绝缘距离。因此，避免了在真空室上的外部电弧。

在实践中已显示真空室的覆层特别地在更高的电压的情况中，例如在从20kV起的对地电压的情况中或从36kV起的线电压的情况中，是开关装置的关键元件。试验已表明，即使在以硅树脂覆层的真空室的情况中在硅树脂覆层和真空室之间也可能出现电弧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，降低高压开关装置和带有高压开关装置的开关设备中的电弧的风险。本发明另外要解决的技术问题是，给出可用以制造带有改进的电气特性的高压开关装置的方法。

此技术问题的解决根据本发明以独立权利要求的特征实现。从属权利要求优选地涉及本发明的实施方式。

对于不同的高压开关装置的广泛的调查已显示出硅树脂层在真空室的壳体上的不充分的附着。已表明，不足分的附着是固定开关触点和可动开关触点之间沿真空室的壳体在硅树脂层和壳体之间产生电弧的原因。

根据本发明的高压开关装置具有由浇注树脂制成的注塑壳体，所述注塑壳体包围了真空室的壳体，所述真空室的壳体具有可作为开关触点或分离触点的固定触点以及可作为开关触点或分离触点的可动触点，其中在注塑壳体的内壁和真空室的壳体的外壁之间布置了中间层。高压开关装置的特征在于，此中间层是浇注树脂层，其中，浇注树脂层的玻璃化转变温度在10℃至40℃之间。优选地，浇注树脂层的玻璃化转变温度在20℃至30℃之间。玻璃化转变温度给出了关于塑料在热作用下形状稳定性的判据。玻璃化转变温度是如下温度，即在所述温度下塑料从液态或胶状弹性的柔性状态过渡到玻璃态或硬弹性的脆状态。真空室的覆层或护套具有比开关装置的固体注塑壳体更高的柔性。在此类结构的情况中，在试验中未显现在壳体的覆层或护套内的裂纹。此外，由于中间层与真空室的良好的附着，防止了在固定开关触点和可动开关触点之间沿真空室的电弧。

优选的实施方式建议，真空室的浇注树脂层的浇注树脂的弹性模量小于1000Mpa。优选地，浇注树脂层的弹性模量大于100MPa，特别地优选地大约500MPa。具有小于20MPa的抗拉强度的浇注树脂层被证明是特别有利的。浇注树脂优选是环氧树脂。

在特别优选的实施方式中，高压开关装置包括被注塑壳体包围的塑料体。在塑料体内布置用于真空室的可动触点的促动单元。真空室的壳体优选地布置在当开关装置处在安装位置中时注塑壳体的上半壳体内，且塑料体布置在注塑壳体的下半壳体内。

塑料体可由一个或多个相互连接的塑料元件组成。有利地，塑料体包括多个塑料元件，所述塑料元件在注塑过程中可简单且廉价地制造且然后相互连接。各个塑料元件可相互内外嵌套插接和/或相互粘合或焊接。通过塑料体的插入，不仅可改进开关装置的电气特性，而且可简化开关装置的制造。

在使用此类塑料体的高压开关装置中，中间层允许真空室相对于塑料体的可靠的密封，这对于高压开关装置的制造是有利的，因为在注塑时浇注树脂不会到达真空室和塑料体之间的间隙内。

为进行可靠的密封，在特别优选的实施方式中塑料体在上侧上具有突出部或切割边沿，所述突出部或切割边沿切入到真空室的下侧上的柔性的浇注树脂层内。

根据本发明的开关设备具有一个或多个根据本发明的开关装置。

用于制造根据本发明的高压开关装置的根据本发明的方法规定，在将浇注树脂层施加到真空室的壳体的外壁上之前对于真空室的壳体的表面进行加工以提高表面粗糙度。壳体的表面优选地被加工为，使得表面粗糙度大于20μm，优选地在20μm至40μm之间。由此，在浇注树脂和壳体之间提供最优的附着。以玻璃球珠进行的真空室的壳体的表面的加工被证明是特别有利的。壳体的表面也应被除脂。

浇注树脂可使用现有技术中已知的方法被施加到真空室的壳体上。优选地，浇注树脂层以压力凝胶方法或真空方法施加，使得可避免空气泡的形成。

在将浇注树脂层施加到真空室的壳体的外壁上之后对浇注树脂层的表面进行加工，以实现与注塑壳体的最优的附着。浇注树脂层的表面优选地被加工使其具有大于90μm的表面粗糙度，优选地具有90μm至120μm之间的表面粗糙度。被证明特别有利的是以刚玉束喷射方法加工浇注树脂层的表面。此类束喷射方法属于现有技术。浇注树脂层的表面也应被除脂。然后，将真空室插入到注塑模具中。为制造高压开关装置可提供注塑模具，所述注塑模具在形状和尺寸方面对应于开关装置的注塑壳体的轮廓。也可将塑料体插入到注塑模具内。然后，以浇注树脂浇注在注塑模具的内壁和真空室的外壁之间的中间空间。由此完成了注塑壳体。在塑料体内可设置中空空间以用于安装用于可动开关触点的促动单元。最后，也可将高压开关装置的其它组件或部件(例如促动单元或待与固定和可动开关触点连接的导体部)插入到注塑体或塑料体内。

附图说明

下文中通过参考附图详细解释本发明的实施例。

各图为：

图1在部分剖开的透视图中示出了根据本发明的高压开关装置的实施例，

图2示出了根据本发明的高压开关装置的真空室的部分剖开的透视图，和

图3示出了根据本发明的高压开关装置的其它部件的分解透视图。

具体实施方式

图1示出了对于本发明关键的高压开关装置的部件，而图2示出了开关装置的真空室。相互对应的部分在各图中提供以相同的附图标号。真空室可例如是断路器内的用于通断负载电流或短路电流的真空开关室，或可例如是用于隔离开关或接地开关或组合开关的真空隔离室。下文中通过参考断路器描述本发明。

高压开关装置具有注塑壳体1，所述注塑壳体具有在正常安装位置中的上半壳体1A和下半壳体1B。带有圆柱形壳体3的真空室2处在上半壳体1A内，所述壳体3容纳上部固定开关触点4A和下部可动开关触点5B。真空室2的壳体3可包括由金属或陶瓷材料制成的多个部件。通过触点4A、5A的闭合或断开可闭合或断开电流路径，即例如开闭负载电流。塑料体16安放在下半壳体1B内，在所述塑料体16内设计有室6，用于可动开关触点的促动单元布置在所述室6内。室6以绝缘液体填充。促动单元在后文中仍将详细描述。

在注塑方法中制造的高压开关装置的注塑壳体1可包括常规的浇注树脂。优选地，注塑壳体由环氧树脂制成。浇注树脂的玻璃化转变温度(Tg)处在80℃至120℃之间。浇注树脂的最大拉应力(抗拉强度)大于60Mpa，且浇注树脂的断裂应变(抗拉强度)小于3％。浇注树脂的弹性模量(E模量)大于8000MPa。注塑壳体是固体壳体。

由浇注树脂制成的中间层3A处在真空室2的外壁和固定注塑壳体1的内壁之间的中间空间内，所述中间层3A具有比注塑壳体1的浇注树脂更大的柔性。

柔性的浇注树脂的玻璃化转变温度(Tg)处在10℃至40℃之间。浇注树脂的最大拉应力(抗拉强度)小于20Mpa，且浇注树脂的断裂应变(抗拉强度)大于9％。浇注树脂的弹性模量(E模量)小于1000MPa。优选地，注塑壳体的弹性模量大于100MPa，特别地优选地大于500MPa，特别地大约为600MPa。作为浇注树脂，被证明特别有利的是以名称

(Huntsman Advanced Materials)已知的材料，特别是

S-HCEP或

CW1491/HW 1491。

为制造高压开关装置，将由上述材料制成的层施加到真空室2的壳体3上。浇注树脂层3A的施加可使用在现有技术中已知的方法进行。图2示出了带有外部浇注树脂层3A的真空室2的壳体3，所述浇注树脂层3A在真空室的壳体的圆柱形周面上且在真空室的壳体的在安装位置中的上侧和下侧上延伸。

下文通过参考图1至图3详细描述用于可动开关触点的促动单元以及高压开关装置的其它组件和部件。

可沿真空室2的方向移动的开关触点5A是开关触点元件5的组成部分，所述开关触点元件5具有柄5B，所述柄5B从真空室2延伸到以绝缘液体填充的室6内。可动开关接触元件5的柄5B相对于真空室2的壳体3以未示出的密封设备以真空密封的方式被密封。柄5B的下端通过绝缘体7与促动机构8连接，所述促动机构8从液体填充的室6延伸出。通过促动机构8的促动，可动开关触点元件5可轴向移动，使得触点4A、5A被闭合或断开。

促动机构8具有处在室6内的中空圆柱形的上子件8A，且具有销形的下子件8B，所述下子件8B在上子件的圆柱形空间内被以可纵向移动的方式引导，且从室6延伸出。在此，在上子件8A的圆柱形空间内下子件8B的上端件支承在压力弹簧9上。在下子件8B被移动时，上子件8A也移动，使得可动开关接触元件5轴向移动。压力弹簧9用于在促动机构8促动时阻尼冲击。促动机构8的驱动以未示出的驱动单元进行，所述驱动单元将下子件8B沿轴向方向移动。

促动机构8相对于注塑壳体1以密封设备10液密地密封。密封设备10具有波纹管11，所述波纹管11包围了促动机构8的上子件8A，其中，波纹管11的上端液密地与促动机构8的上子件8A连接。波纹管11的下端相对于注塑壳体1液密地密封。波纹管11和促动机构8被置于地电势。在下侧上，壳体1具有开口12，所述开口12被覆盖件13液密地封闭。

液体填充的室6具有在安装位置中的上半室6A和下半室6B。例如铜带的可动导体部12处在上半室6A内，所述导体部12连接到可动开关接触元件5的柄5B上。可动导体部12与形成电流路径的另外的导体部13电连接，所述导体部13仅部分地示出。固定开关接触元件4也与另外的仅部分地示出的导体部14连接，所述导体部14也安放到注塑壳体1内或安放到注塑壳体上。

注塑壳体1的下半壳体1B内的塑料体16由多个塑料元件16A、16B、16C组装而成。图3以分解透视图示出了塑料元件16A、16B、16C。塑料体16在上半室6A内具有壳状的上塑料元件16A，且具有包围了导体部12的壳状的下塑料元件16B，且在下半室16B内具有圆柱形的塑料元件16C，所述塑料元件16C包围了波纹管11。塑料元件16A、16B、16C设计为使它们可匹配地组装在一起。所述塑料元件16A、16B、16C紧密地相互内外嵌套插接和/或相互粘合或焊接。全部塑料元件16A、16B、16C具有倒圆的角部或边缘。

在上半室6A内两个塑料元件16A、16B由导电塑料制成，例如塑料可掺有导电的碳。因为此塑料元件16A、16B可处于与该室内的可动导体部12或另外的导体部相同的电势，所以电场也向外均匀。

并非由导电塑料制成的下半室6B内的塑料元件16C不可传导电势。此塑料元件16C用于将室6内的传导电压的部分相对于处于地电势的促动机构8可靠地绝缘。为增大爬电距离，塑料元件16C在外侧上具有翼片17。

封闭了填充液体的室6的注塑壳体1的覆盖件13相对于圆柱形塑料部分16C以位于覆盖件和塑料部分之间的密封圈18液密地密封。

下文中描述根据本发明的用于制造高压开关装置的方法。

真空室2的壳体1设置有以上所述的柔性浇注树脂层3A。为此，首先加工壳体3的表面，以实现与壳体2的最优附着。表面例如以玻璃球珠进行束喷射，使得表面粗糙度大于20μm，优选地处于20μm和40μm之间，且将表面进行除脂。

然后，将真空室2的壳体1插入到未示出的注塑模具内，所述注塑模具可由两个模具半体组成，且将浇注树脂填充到模具半体的内壁和壳体3的外壁之间的中间空间内。壳体3的护套或覆层可使用已知的压力凝胶方法实现。填充压力应超过1巴。典型的值在3巴至7巴之间。因此，可保证无气泡的注塑件。

在浇注树脂硬化且取出模具半体之后，将护套或覆层的表面进行加工，以实现与固定注塑壳体1的浇注树脂的最优附着。浇注树脂层的表面被加工为，使得表面粗糙度大于90μm，优选地处在90μm和120μm之间。表面加工可例如以刚玉束喷射方法进行。

为制造开关装置的注塑壳体1使用在附图中未示出的注塑模具，所述注塑模具设计为使其对应于注塑壳体1的形状和尺寸以及设置有浇注树脂层3A的真空室2以及开关装置的其余部件的形状和尺寸。将真空室2插入到注塑模具的上半体内，其中在注塑模具的内壁和真空室2的外壁之间留有中间空间19。将塑料体16插入到注塑模具的下半体内，其中在注塑模具的壁和塑料体16之间也留有中间空间20。然后，以具有以上所述材料特性的注塑材料浇注处在注塑模具和真空室或塑料体之间的中间空间19、20。

上半室6A内的上塑料元件16A在上边缘上优选地具有多个环形的突出部或切割边沿21，所述切割边沿21在部件受压时切入到真空室2的壳体3的覆层或护套3A内，使得用于注塑壳体的在液态下具有相对高的粘性的注塑物在压力下不会侵入到真空室2的壳体3和塑料体16之间的间隙内。

在注塑物硬化之后，将可动导体部12、促动机构8、绝缘体7以及密封设备10和必要时开关装置的其它部件插入到被塑料体16包围的中空空间内，且以绝缘液体填充中空空间。然后，通过安放覆盖件13液密地封闭所述中空空间。

Claims (18)

1.一种带有由浇注树脂制成的注塑壳体(1)的高压开关装置，所述注塑壳体(1)包围了真空室(2)，所述真空室(2)具有壳体(3)，在所述壳体(3)内布置了固定触点(4A)和可动触点(5A)，其中，在所述注塑壳体(1)的内壁和所述真空室(2)的壳体(3)的外壁之间设置了中间层(3A)，

其特征在于，

所述中间层是浇注树脂层，其中，所述浇注树脂层的玻璃化转变温度在10℃和40℃之间，并且

所述注塑壳体(1)包围了塑料体(16)，在所述塑料体内布置了用于可动触点的促动单元，其中，所述真空室(2)的壳体(3)布置在当所述开关装置处在安装位置中时所述注塑壳体(1)的上半壳体(1A)内，且所述塑料体(16)布置在所述注塑壳体(1)的下半壳体(1B)内，且所述塑料体(16)在上侧上具有突出部或切割边沿(21)，所述突出部或切割边沿切入到所述塑料体的下侧上的所述浇注树脂层(3A)内。

2.根据权利要求1所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂层(3A)的玻璃化转变温度在20℃和30℃之间。

3.根据权利要求1或2所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂层(3A)的弹性模量小于1000MPa。

4.根据权利要求1或2所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂层(3A)的弹性模量大于100MPa。

5.根据权利要求1或2所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂层(3A)的弹性模量大于500MPa。

6.根据权利要求1或2所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂层(3A)的抗拉强度小于20MPa。

7.根据权利要求1或2所述的高压开关装置，其特征在于，所述浇注树脂是环氧树脂。

8.一种开关设备，所述开关设备带有根据权利要求1至7中任一项所述的高压开关装置。

9.一种用于制造根据权利要求1所述的高压开关装置的方法，其特征在于，所述方法具有如下步骤：

对于所述真空室的所述壳体(3)的表面进行加工以提高表面粗糙度，

将浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的所述壳体(3)的外壁上，

将所述浇注树脂层(3A)的表面进行加工以提高表面粗糙度，

将所述真空室(2)插入到注塑模具内，

以所述浇注树脂浇处在所述注塑模具的内壁和所述真空室(2)的外壁之间的中间空间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将弹性模量小于1000MPa的浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将弹性模量大于100MPa的浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将弹性模量大于500MPa的浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将抗拉强度小于20MPa的浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将由环氧树脂制成的浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，以压力凝胶方法将所述浇注树脂层(3A)施加到所述真空室(2)的壳体(3)的外壁上。

16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将所述真空室(2)的壳体(3)的表面进行加工，使得表面粗糙度大于20μm，和/或将所述浇注树脂层(3A)的表面进行加工，使得表面粗糙度大于90μm。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述真空室(2)的壳体(3)的表面进行加工，使得表面粗糙度大于20μm且小于等于40μm。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将所述浇注树脂层(3A)的表面进行加工，使得表面粗糙度大于90μm且小于等于120μm。

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