DE2948304C2

DE2948304C2 - Vacuum switch

Info

Publication number: DE2948304C2
Application number: DE19792948304
Authority: DE
Inventors: Yoshito Hino Tokyo Kozu; Hisao Kawasaki Kanagawa Nishikawa; Kunihiko Tama Tokyo Takagi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-12-06
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1982-09-16
Also published as: GB2038559B; JPS5576523A; GB2038559A; DE2948304A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter, mit einem ein Vakuumgefäß bildenden Isolierzylinder, der relativ zueinander bewegbare Elektroden enthält, mit die obere crn4 die untere öffnung des Isolierzylinders schließenden meiaüflanschen, wobei die Außenflächen des Isolierzylinders und der Metallflansche mit einem Film aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoff beschichtet sind.The invention relates to a vacuum switch with an insulating cylinder forming a vacuum vessel, the Contains electrodes movable relative to one another, with the upper crn4 the lower opening of the insulating cylinder closing meiaüflanschen, the outer surfaces the insulating cylinder and the metal flanges with a film made of an electrically insulating, elastic Are plastic coated.

Durch die Erhöhung der Anforderungen an Vakuumschalter ist es erwünscht, einen kompakten Vakuumschalter herzustellen, der eine hohe Isolationsfestigkeit bei geringen Kosten besitzt, wobei der Anwendungsbereich von Vakuumschaltern für die Verwendung unter jo einer feuchten oder schmutzigen nachteiligen Bedingung erweite " worden istDue to the increasing demands on vacuum switches, it is desirable to produce a compact vacuum switch with high insulation strength at low cost, the scope of vacuum switches for use under jo a damp or dirty adverse condition

Jedoch führt die Verwendung von Vakuumschaltern unter solch ungünstigen Bedingungen zu verschiedenen Problemen, wie einer Verringerung der Isolationsfestigkeit auf der Kriechoberfläche eines Isolationszylinders des Vakuumschalters und einer Verschlechterung des Vakuums aufgrund der Korrosion der Metallteile des Vakuumschalters.However, the use of vacuum switches under such adverse conditions leads to various Problems such as a decrease in insulation strength on the creep surface of an insulation cylinder of the vacuum switch and a deterioration in the vacuum due to corrosion of the metal parts of the Vacuum switch.

F i g. 1 zeigt einen bekannten Vakuumschalter mit einem Isolationszylinder 1, der ein Vakuumgefäß bildet und der aus Keramik oder Glas besteht In dem Vakuumgefäß sind relativ zueinander bewegbare Elektroden angeordnet Der Kriechabstand eines Isolationszylinders mit glatter Oberfläche ist im allgemeinen kürzer als derjenige eines gerippten Isolationszylinders. Wenn infolgedessen der Vakuumschalter, wie er in F i g. 1 gezeigt ist, unter einer schädlichen Umgebung verwendet wird, tritt oft eine Leckentladung aufgrund des vergrößerten Spannungsgradienten auf, und es kann in einem besonderen Fall beim Schließen oder öffnen eines Kondensatorkreises die Spannung über den gegenüberliegenden Elektroden so ansteigen, daß in einem ungünstigen Falle entlang der Kriechoberfläche ein Überschlag auftrittF i g. 1 shows a known vacuum switch with an insulating cylinder 1, which forms a vacuum vessel and which consists of ceramic or glass Electrodes that can be moved relative to one another are arranged in a vacuum vessel Insulation cylinder with a smooth surface is generally shorter than that of a ribbed one Isolation cylinder. As a result, when the vacuum switch as shown in FIG. 1 is shown under a harmful environment is used, leakage discharge often occurs due to the increased voltage gradient, and it may in a special case when closing or opening a capacitor circuit, the voltage across the opposing electrodes increase so that in an unfavorable case a flashover occurs along the creep surface

Wenn zusätzlich der Vakuumschalter unter einer ungünstigen feuchten oder schmutzigen Bedingung verwendet wird, werden Metallteile des Vakuumschalter, wie z. B. ein Evakuierungsrohr 4, obere und untere Flansche 3 und Schweißmetalle 2 korrodiert Die Korrosion der Metallteile verringert das Vakuum und bewirkt im ungünstigen Falle eine nachteilige Beeinträchtigung des Vakuumschalters.In addition, when the vacuum switch is under an unfavorable damp or dirty condition is used, metal parts of the vacuum switch, such as. B. an evacuation tube 4, upper and lower Flanges 3 and weld metals 2 corroded. The corrosion of the metal parts reduces the vacuum and causes in the worst case a disadvantageous impairment of the vacuum switch.

Um solche Nachteile, wie sie oben beschrieben sind, auszuschalten, ist in einem bekannten Vakuumschalter ein äußerer gerippter Isolationszylinder 5 aus gepreßtem Harz vorgesehen, welcher den Isolationszylinder 1 (Fig. 1) umgibt. Der äußere Isolationszylinder S ist mitIn order to eliminate such disadvantages as described above, there is a known vacuum switch an outer ribbed insulating cylinder 5 made of molded resin is provided, which the insulating cylinder 1 (Fig. 1) surrounds. The outer insulation cylinder S is with einer gerippten Oberfläche versehen, um den Kriechabstand zu vergrößern. Der äußere Isolationszylinder 5 ist mit dem inneren Isolationszylinder 1 kombiniert, und zwar durch ein unmittelbares oder ein indirektes Formverfahren. Ein typisches Beispiel des indirekten Formverfahrens ist in Fig. 1 gezeigt, wo ein flexibles Isolationselement 6 zwischen beide Isolationszylinder 1 und 5 eingesetzt ista ribbed surface to increase the creeping distance. The outer insulation cylinder 5 is combined with the inner insulating cylinder 1, and through a direct or indirect molding process. A typical example of the indirect Molding process is shown in Fig. 1 where a flexible Isolation element 6 is inserted between the two isolation cylinders 1 and 5

Wenn der äußere Isolationszylinder 5 unmittelbar über den inneren Isolationszylinder 1 geformt wird, kann er durch thermische Spannungen aufgrund des Unterschiedes zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der beiden Isolationszylinder zu einer Zeit wenn diese geformt werden, zerbrechen. Um diese oben genannten nachteiligen Auswirkungen zu vermeiden, ist es erforderlich, das Material und die Form der Isolationszylinder 1 und 5 sorgfältig auszuwählen. Bei dem indirekten Formverfahren zur Vermeidung des Nachteiles des unmittelbaren Formverfahrens wird das flexible Isolationselement 6 zwischen beide Isolationszylinder 1 und 5 eingesetzt um die innere thermische Spannung zu mildern. Ein solches flexibles Element 6 ist aber mechanisch nicht fest und der gerippte Isolationszylinder S blättert leicht teilweise von dem dazwischenliegenden Isolationselement 6 ab, und zwar durch die impulsartig auftretenden Kräfte beim Schließen oder öffnen des Vakuumschalters.When the outer insulating cylinder 5 is molded directly over the inner insulating cylinder 1, it can be caused by thermal stresses due to the difference between the thermal expansion coefficients of the materials of the two insulating cylinders at a time when they are formed break. In order to avoid these adverse effects mentioned above, it is necessary that the Carefully select the material and shape of the insulation cylinders 1 and 5. In the indirect molding process to avoid the disadvantage of the direct molding process, the flexible insulation member becomes 6 inserted between the two insulating cylinders 1 and 5 in order to reduce the internal thermal stress. A However, such a flexible element 6 is not mechanically strong and the ribbed insulating cylinder S is easily peeled partially from the intervening insulation element 6, namely by the pulsating Forces when closing or opening the vacuum switch.

Es ist auch ein Vakuumschalter der eingangs genannten Art bekannt (DE-AS 12 18 583), bei welchem das Gehäuse mit einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Film aus einem Kunstharz, wie Polyvinylchlorid oder Buthylgummi, beschichtet ist. Es hat sich gezeigt daß eine solche Isolierung insbesondere bezüglich der Stehspannungsfestigkeit nicht optimal ist. Das gleiche gilt in bezug auf einen weiteren bekannten Vakuumschalter (DE-OS 2152 527), dessen äußere Beschichtung aus einem Fluorkohlenwasserstoff-Polymer oder einem Silikongummi bestehtThere is also a vacuum switch of the type mentioned (DE-AS 12 18 583), in which the case with a layer of an electrically insulating elastic film made of a synthetic resin such as Polyvinyl chloride or butyl rubber, is coated. It has been shown that such an insulation in particular is not optimal in terms of withstand voltage. The same applies to another known one Vacuum switch (DE-OS 2152 527), the outer coating of which consists of a fluorocarbon polymer or a silicone rubber

Der Erfindung liegt die Au'jabe zugrunde, einen Vakuumschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine verbessert? elektrische Isolierung, insbesondere eine verbesserte Stehspannungsfestigkeit aufweist Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der elektrisch isolierende, elastische Kunststoff ein Perfluoralkyl-Harz istThe invention is based on the Au'jabe, a To create a vacuum switch of the type mentioned at the beginning, which improves one? electrical insulation, in particular has an improved withstand voltage. This is achieved according to the invention by that the electrically insulating, elastic plastic is a perfluoroalkyl resin

Es hat sich gezeigt daß eine solche Beschichtung eine sehr gute elektrische Isolierung und insbesondere eine erheblich verbesserte Stehspannungs-Charakteristik aufweist Außerdem besitzt die erfindungsgemäße Beschichtung einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand gegen alle Chemikalien.It has been shown that such a coating has very good electrical insulation and, in particular, a has significantly improved withstand voltage characteristics Coating excellent corrosion resistance against all chemicals.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing of an exemplary embodiment Drawing shows

F i g. 1 eine Ansicht eines bekannten Vakuumschalters in einem Längsschnitt,F i g. 1 is a view of a known vacuum switch in a longitudinal section,

F i g. 2 einen erfindungsgemäßen Vakuumschalter in einem Längsschnitt undF i g. 2 shows a vacuum switch according to the invention in a longitudinal section and

F i g. 3 eine grafische Darstellung der Stehspannungs-Charakteristiken der in den F i g. 1 und 2 verwendeten Vakuumschalter, die in einer extrem ungünstigen Umgebung verwendet sind.F i g. 3 is a graph showing the withstand voltage characteristics of the in FIGS. 1 and 2 used Vacuum switches that are used in an extremely adverse environment.

Der Vakuumschalter nach Fig.2 enthält einen Isolationszylinder 1, der ein Vakuumgefäß bildet Er enthält Flansche 3, welche die obere öffnung und die untere öffnung des Isolationszylinders 1 abschließen. Ferner sind ringförmige Metallelemente 2 vorgesehen,The vacuum switch according to Figure 2 contains an insulating cylinder 1, which forms a vacuum vessel Er contains 3 flanges, which the upper opening and the Close the lower opening of the insulation cylinder 1. Furthermore, annular metal elements 2 are provided,

inin

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welche den Isolationszylinder 1 und die Flansche 3 hermetisch miteinander verbinden, 4 ist ein Evakuierungsrohr zar Evakuierung des Vakuumgefäßes, Die gesamten äußeren Flächen dieser Elemente, die der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt sind, sind mit einem RIm aus Perfluoralkyl-Harz (im folgenden PFA genannt) beschichtet Das PFA-Harz ist ein Copolymer von Äthylen-Tetrafluorid und Perfluoralkyl-Vinyl-Äther und hat folgende Strukturformen:which the insulating cylinder 1 and the flanges 3 hermetically connect to each other, 4 is an evacuation tube zar evacuation of the vacuum vessel, The entire outer surfaces of these elements, which are exposed to the surrounding atmosphere, are with a RIm made of perfluoroalkyl resin (hereinafter PFA called) coated The PFA resin is a copolymer of ethylene tetrafluoride and perfluoroalkyl vinyl ether and has the following structural forms:

PFA-HarzPFA resin

FFFFFFFFFFFF

I I I I I I —c—c—c—c—c—c—I I I I I I —C — c — c — c — c — c—

I I I I I II I I I I I

FFFOFFFFFOFF

I II I

F—C—FF-C-F

U-FU-F

In dem Copolymer sind hochstabile Fluoratome mit. Kohlenstoffatomen kombiniertThere are highly stable fluorine atoms in the copolymer. Carbon atoms combined

Das PFA-Harz hat eine ausgezeichnete thermische Stabilität, eine gute chemische Stabilität, und es besitzt auch einen hohen Widerstand gegen eine beeinträchtigende Umgebung und gegen Korrosion. Auch wenn Flussigkeitstropfen odur Feuchtigkeit an der Oberfläche des Isolationszylinders anhaften, die mit einem Film aus PFA-Harz beschichtet ist, werden die Tropfen durch den Film abgewiesen, und sie werden an einem Zusammenschließen gehindert, so daß sie keine zusammenhängende, elektrisch leitende Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche des PFA-Harz-Films bilden können. Deshalb ist die Stehspannungs-Charakteristik sehr stark verbessert, und zwar auch dann, wenn der Vakuumschalter gemäß der Erfindung unter ungünstigen Umgebungsbedingungen arbeitet.The PFA resin has excellent thermal stability, good chemical stability, and possesses also a high resistance to an adverse environment and to corrosion. Even if Drops of liquid or moisture on the surface Adhere to the insulating cylinder, which is coated with a film of PFA resin, the drops will through rejected the film and prevented them from joining together so they did not Form a coherent, electrically conductive liquid layer on the surface of the PFA resin film can. Therefore, the withstand voltage characteristic is very much improved, even if the Vacuum switch according to the invention works under adverse environmental conditions.

Fig.3 zeigt das Ergebnis von Versuchen zur Ermittlung der Stehspannungs-Charakteristiken der bekannten Vakuumschalter und des Vakuumschalters gemäß Fig.2, wenn sie unter extrem unsauberen Bedingungen verwendet werden. Die Kurve A zeigt die Stehspannungs-Charakteristik des bekannten Vakuumschalters, während die gerade Linie ßdie entsprechende Charakteristik des Schalters nach Fi g. 2 zeigt Wie sich aus dieser grafischen Darstellung ergibt, besitzt der Vakuumschalter nach F i g. 2 eine erheblich bessere Stehspannungs-Charakteristik als >;r bekannte Vakuumschalter. FIG. 3 shows the result of experiments to determine the withstand voltage characteristics of the known vacuum switch and the vacuum switch according to FIG. 2 when they are used under extremely unclean conditions. The curve A shows the withstand voltage characteristic of the known vacuum switch, while the straight line ß the corresponding characteristic of the switch according to Fi g. 2 shows As can be seen from this graphical representation, the vacuum switch according to FIG. 2 has a significantly better withstand voltage characteristic than>; r known vacuum switches.

Der Film aus dem PFA-Harz wird folgendermaßen aufgebracht: es wird die äußere Oberfläche des Vakuumschalters entfettet. Es wird diese Außenfläche gereir.-:gt, es wird eine Lösung aus PFA-Harz aufgesprüht, und es wird dann die beschichtete Oberfläche gehärtet Auf diese Weise wird ein kompakter Vakuumschalter mit einem Isolationszylinder mit einer Dicke von etwa einigen hundert μπι Dicke erhalten.The PFA resin film is applied as follows: it becomes the outer surface of the Degreased vacuum switch. This outer surface is cleaned -: gt, a solution of PFA resin is sprayed on, and then the coated surface is hardened. In this way a more compact one Vacuum switch obtained with an insulating cylinder with a thickness of about a few hundred μπι thickness.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch;Claim;

Vakuumschalter mit einem ein Vakuumgefäß bildenden Isolierzylinder, der relativ zueinander bewegbare Elektroden enthält, mit die obere und die untere öffnung des Isolierzylinders schließenden Metallflanschen, wobei die Außenflächen des Isolierzylinders und der Metallflansche mit einem Film aus einem elektrisch isolierenden, elastischen Kunststoff beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch isolierende, elastische Kunststoff ein Perfluoralkylharz istVacuum switch with an insulating cylinder which forms a vacuum vessel and which is positioned relative to one another Contains movable electrodes, with the upper and lower opening of the insulating cylinder closing Metal flanges, with the outer surfaces of the insulating cylinder and the metal flanges covered with a film are coated with an electrically insulating, elastic plastic, characterized in that that the electrically insulating, elastic plastic is a perfluoroalkyl resin