氣體斷路器的製作方法
2023-06-30 22:25:51 1
專利名稱：氣體斷路器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體斷路器的改進，特別是具有密封在金屬容器中的絕緣氣體和金屬屏蔽罩的氣體斷路器。
這種通常用的氣體斷路器有一個中斷部分，即，一個固定觸頭和一個密封有如SF6(六氟化硫)絕緣氣體的金屬容器中的移動觸頭。在這種氣體斷路器中，固定觸頭和移動觸頭通常封裝在屏蔽罩中，屏蔽罩的表面覆蓋有熱阻保護層，例如，如在日本實用新型特許公開No.121651/1977中描述的那樣。
熱阻保護層的作用是保護屏蔽罩表面不因中斷時產生的熱氣體而變粗糙，從而阻止氣體斷路器的介質強度降低。熱阻保護鍍層通常經如鋁土之類的陶瓷的蒸發沉積形成，或鋁屏蔽罩的陽極氧化形成，如日本專利特許公開No.141909/1987中描述的那樣。
上述結構的現有氣體斷路器中，由於屏蔽罩表面上形成氧化層，保護屏蔽罩避免因熱氣體而變粗糙。但是，這裡沒有充分考慮斷路器裝配時的屏蔽罩表面的機械衝擊或由大電流中斷而產生的分解SF6造成的屏蔽罩表面的損壞。裝配時施加至屏蔽罩表面的機械衝擊容易使鍍層剝落，而多年使用，在表面形成的細微劃痕將惡化氣體斷路器的介質強度。
為解決這一問題，可想到減小屏蔽罩的電場，增加它的介質強度。但是減小屏蔽罩的電場，需要加大屏蔽罩的直徑，而造成固定觸頭和移動觸頭的間距離變大，導致體積增大，成本提高。
本發明的目的是提供一種上述類型的氣體斷路器，它能保持高介質強度而不增加氣體斷路器的體積，即使屏蔽罩受到機械衝擊也不剝落或損壞。
換一句話說，包括填有絕緣氣體的金屬容器的氣體斷路器中，第一和第二觸頭置於金屬容器中，以便使它們能夠互相接觸或斷開，而布置的金屬屏蔽罩件封裝兩個觸頭；屏蔽罩件的表面部分或全部氧化並由氟樹脂層覆蓋，以達到上述目的。
氧化層通過陽極氧化形成。氟樹脂層含氮化硼。氧化層厚度為10μm至100μm。
由於屏蔽罩表面經氧化並由氟樹脂層覆蓋，保護屏蔽罩表面免受細微劃傷，否則往往會形成劃痕，限制從屏蔽罩表面釋放電子，以保持足夠的介質強度。這樣能使斷路器保持高介質強度而不增加氣體斷路器的體積，並且即使屏蔽罩受到機械衝擊也能防止屏蔽罩剝落或損壞。結果，可以減小氣體斷路器體積，降低成本。
圖1是本發明氣體斷路器一個實施例的縱向截面部分；圖2是沿圖1線A-A』剖開的截面部分；圖3是顯示屏蔽罩氧化層厚度與屏蔽罩介質強度關係的特性圖；圖4是顯示封裝本發明斷路器中斷部分的屏蔽罩結構和屏蔽罩氧化層的截面部分；圖5是顯示封裝本實施例的斷路器中斷部分的屏蔽罩結構和屏蔽罩氧化層的截面部分；圖6是電容置於中斷部分的極之間的一個實施例的截面部分；圖7是沿圖2線B-B』剖開的截面部分；圖8是本發明氣體斷路器的另一實施例的橫向截面部分；以及圖9是沿線C-C』剖開的封裝圖8中斷部分的屏蔽罩截面部分。
結合附圖所示的優選實施例，將詳細描述本發明。圖1和圖2以截面部分示出代表性的氣體斷路器。氣體斷路器有一個封閉的圓柱形金屬容器10，在幾乎其中心部設置一個中斷部分，中斷部分包括一個固定的第一觸頭1和可移動的第二觸頭2。金屬容器10填有SF6氣體，該氣體具有良好的滅弧和絕緣特性。在下面，固定的第一觸頭稱為固定觸頭1，可移動的第二觸頭稱為移動觸頭2。
固定觸頭1包括弧觸頭1a和主觸頭1b。移動觸頭2也包括弧觸頭和主觸頭。在閉合狀態，固定觸頭1的弧觸頭與移動觸頭2接觸，而固定觸頭的主觸頭與移動觸頭2接觸。固定觸頭1固定並電氣連接至導體4a。移動觸頭2也電氣連接至導體4b。由於可移動，經未示出絕緣操作棒，從金屬容器10外側施加一外力至移動觸頭2，以完成開和關操作。
本實施例中，屏蔽罩5a，6a封裝固定觸頭1，而屏蔽罩5b，6b封裝移動觸頭2。屏蔽罩6a，6b由鋁製成，它們的表面完全或部分氧化，以此形成氧化層7a，7b。然後這些氧化層鍍上氟樹脂層17a，17b。
即使斷路器使用了多年，屏蔽表面上形成的氧化層和氧化層上形成的氟樹脂層也能改善固定觸頭1與移動觸頭2之間斷開狀態下的極對極介質強度，以及固定觸頭1與地之間和移動觸頭2與地之間的介質強度。這樣又使氣體斷路器的體積得以減小。
現在，理論解釋如何改善上述結構的屏蔽罩表面的介質強度。圖3是顯示氧化層厚度與鋁屏蔽罩介質強度之間關係的特性圖，鋁屏蔽罩經過陽極氧化形成氧化層，氧化層又鍍含氮化硼氟樹脂層。鋁由於其重量輕及易拉伸，適合於屏蔽材料。鋁陽極氧化在建築材料中廣泛應用，通常叫氧化鋁膜處理。
圖3中，空心條表示斷路器裝配後的介質強度，而陰影條表示幾次中斷操作後的介質強度。當沒有進行這種陽極氧化時，由於電流中斷時屏蔽罩暴露在分解的SF6氣體下，中斷後介質強度降低。當形成這種表面層時，介質強度幾乎不降低。此圖顯示氧化層越厚，絕緣電阻趨於變大，且當設置氧化層大於10μm時，介質強度比沒有形成氧化層時高20％以上。但是，也要注意到，當氧化層超過10μm，介質強度幾乎不顯示對應的增加。
這是因為來自電極的電子釋放受氧化層和氟樹脂層抑制，及因為當氧化層為10μm或更厚時電子抑制效應變飽和。在正常的陽極氧化中，氧化層形成厚度小於100μm，以便於處理，因此適合設置氧化層厚度在10μm至100μm範圍內。
氧化層和氟樹脂層保護屏蔽罩表面在受到適度應力的外界衝擊時不發生龜裂和剝落。覆蓋有這種混合保護層的屏蔽罩表面即使在多年的開-關操作後也不易裂縫，這樣不會有惡化氣體斷路器介質強度的可能性。因此，執行中斷後，介質強度顯示與裝配後觀測到的水平相比幾乎不降低。
下面，參考圖1來解釋經改善屏蔽罩介質強度來達到減少氣體斷路器的體積。屏蔽罩6a，6b減小了四個觸頭-固定觸頭1的弧觸頭1a和主觸頭1b及移動觸頭2的弧觸頭和主觸頭-的電場，從而改善了斷開電極間的介質強度。隨著屏蔽罩6a和6b之間的距離減小，因此可以增大極對極距離與衝程之間的介質強度。
如果屏蔽罩6a和6b互相置於太近，屏蔽罩前端電場增大而降低屏蔽罩之間的介質強度，因此對於屏蔽罩6a和6b之問距離減小有一個限制。隨著屏蔽罩的介質強度改善，屏蔽罩6a和6b之間距離可以縮短，從而能減小極對極距離和中斷衝程。結果，中斷部分可減小體積。進一步講，減小衝程使操作裝置體積減小，成本下降。
下面，參考圖4和圖5來解釋經表面處理的屏蔽罩的部分。這些圖顯示封裝該實施例斷路器的中斷部分的屏蔽罩的結構，以及在屏蔽罩上形成的層。圖4表示由管材製成的屏蔽罩結構的一個例子，而圖5表示經拉伸製成的結構例子。
圖4和圖5的屏蔽罩6a有兩個電場高的區域。部件6c的電場與極對極介質強度有關，且這部分介質強度改善導致極對極介質強度改善。此機理的細節已在上面描述。部件6d的電場與觸頭和地之間的介質強度有關，且該介質強度的改善有助於改善屏蔽罩對地的介質強度，使金屬容器10的直徑減小。因此，形成氧化層7a的部分需要包括高電場部分6c，6d。
在圖4和圖5中，需要表面處理的部分6a與圓柱形屏蔽罩5a分離製成，且在裝配前覆蓋表面層。通過用此方法單獨製成需要表面處理的該部分，減小用於表面處理的電解電池體積。裝配期間，部件6a經螺栓6e固定到圓柱形屏蔽罩5a，而部件6a的固定部分6f需要電氣連接至屏蔽罩5a，這樣固定部分6f在氧化處理期間被罩住。
圖6顯示一個實施例，其中電容器平行插在中斷部分的電極之間。圖7是沿圖6線B-B』剖開的氣體斷路器的截面部分。在圖6氣體斷路器中，設置電容器屏蔽罩8a，8b，9a，9b以改善電容器的介質強度。屏蔽罩9a，9b通常分別固定到圓柱形屏蔽罩5a，5b。屏蔽罩8a，8b經支承件8c，8d固定到導體4a，4b。
這些電容器屏蔽罩8a，8b，9a，9b在它們的前端具有高電場，如屏蔽罩6a，6b一樣。因此，上面描述的表面處理改善了介質強度並減小了斷路器體積，降低了成本。
圖8顯示具有一個閉合電阻觸頭30的斷路器的實施例。在圖8的斷路器中，B-B』截面部分相似於圖6的結構，且也有參考圖6描述的相似的表面處理。
由於設有閉合電阻觸頭30，變形大致環形屏蔽罩6a，6b，以封裝閉合電阻觸頭30。屏蔽罩固定部分6g連接到圓柱形屏蔽罩5a，以支承屏蔽罩6a，6b。屏蔽罩6a的部分細節，例如，如圖9所示。
此結構在完成中斷部分其它部件裝配後可容易固定屏蔽罩6a，6b。這樣改善了屏蔽罩的可工作性，消除了裝配期間屏蔽罩劃痕的可能性，因此也改善了可靠性。
如上所述，上述結構的氣體斷路器能改善兩個相對觸頭間的介質強度，以及觸頭與地之間的介質強度。這樣又減小了極對極距離，因此減小了中斷部分的體積。同時，由於移動觸頭2的衝程減小，操作裝置也可做得小。因此可減小金屬容器的體積。
本發明因此可提供這種氣體斷路器，它的屏蔽罩當受到機械衝擊時受保護而不剝落和損傷，且能保持高介質強度而不增大斷路器體積。
權利要求
1.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置於互相相對位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及布置於金屬容器中封裝兩個觸頭的金屬屏蔽罩；其特徵在於，屏蔽罩的表面部分或全部被氧化並覆蓋有氟樹脂層。
2.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置於互相相對位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及布置於金屬容器中封裝兩個觸頭的金屬屏蔽罩件；其特徵在於，屏蔽罩件全部或部分由鋁製成，至少鋁的一部分表面包括覆蓋有氟樹脂層的氧化層。
3.根據權利要求2的氣體斷路器，其特徵在於鋁表面上的氧化層經陽極氧化形成。
4.根據權利要求1，2或3的氣體斷路器，其特徵在於氟樹脂層含氮化硼。
5.根據權利要求1，2，3或4的氣體斷路器，其特徵在於氧化層厚度為10μm至100μm。
6.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置於互相相對位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；布置在兩個觸頭之間並與之平行的電容器；以及布置在金屬容器中接近電容器以減小電容器電場的金屬屏蔽罩；其特徵在於，屏蔽罩的表面包括覆蓋有氟樹脂層的氧化層。
7.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置於互相相對位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；布置在兩個觸頭之間並與之平行的電容器；以及布置在金屬容器中接近電容器以減小電容器電場的金屬屏蔽罩；其特徵在於，氧化層設置到屏蔽罩的前端及其周圍區域，而氧化層表面覆蓋有含氮化硼的氟樹脂層。
8.根據權利要求6或7的氣體斷路器，其中氧化層的厚度為10μm至100μm。
全文摘要
一種氣體斷路器，包括一個填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置於互相相對位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及置於金屬容器中封裝兩個觸頭的一個金屬屏蔽罩。屏蔽罩的表面部分或全部氧化且覆蓋有氟樹脂層。具有此結構的氣體斷路器當受到機械衝擊時可保護屏蔽罩表面不剝落和劃傷，並保持高介質強度而不增大斷路器體積。
文檔編號H02B13/02GK1163497SQ97102369
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月30日 優先權日1996年2月9日
發明者內海知明, 額賀淳, 大下陽一, 大門五郎, 土屋賢治, 義本寬 申請人:株式會社日立製作所