專利名稱：氣體斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體斷路器的改進(jìn)，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(gè)中斷部分，即，一個(gè)固定觸頭和一個(gè)密封有如SF6(六氟化硫)絕緣氣體的金屬容器中的移動(dòng)觸頭。在這種氣體斷路器中，固定觸頭和移動(dòng)觸頭通常封裝在屏蔽罩中，屏蔽罩的表面覆蓋有熱阻保護(hù)層，例如，如在日本實(shí)用新型特許公開No.121651/1977中描述的那樣。
熱阻保護(hù)層的作用是保護(hù)屏蔽罩表面不因中斷時(shí)產(chǎn)生的熱氣體而變粗糙，從而阻止氣體斷路器的介質(zhì)強(qiáng)度降低。熱阻保護(hù)鍍層通常經(jīng)如鋁土之類的陶瓷的蒸發(fā)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(jié)構(gòu)的現(xiàn)有氣體斷路器中，由于屏蔽罩表面上形成氧化層，保護(hù)屏蔽罩避免因熱氣體而變粗糙。但是，這里沒有充分考慮斷路器裝配時(shí)的屏蔽罩表面的機(jī)械沖擊或由大電流中斷而產(chǎn)生的分解SF6造成的屏蔽罩表面的損壞。裝配時(shí)施加至屏蔽罩表面的機(jī)械沖擊容易使鍍層剝落，而多年使用，在表面形成的細(xì)微劃痕將惡化氣體斷路器的介質(zhì)強(qiáng)度。
為解決這一問題，可想到減小屏蔽罩的電場(chǎng)，增加它的介質(zhì)強(qiáng)度。但是減小屏蔽罩的電場(chǎng)，需要加大屏蔽罩的直徑，而造成固定觸頭和移動(dòng)觸頭的間距離變大，導(dǎo)致體積增大，成本提高。
本發(fā)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(zhì)強(qiáng)度而不增加氣體斷路器的體積，即使屏蔽罩受到機(jī)械沖擊也不剝落或損壞。
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，第一和第二觸頭置于金屬容器中，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(gè)觸頭；屏蔽罩件的表面部分或全部氧化并由氟樹脂層覆蓋，以達(dá)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。
由于屏蔽罩表面經(jīng)氧化并由氟樹脂層覆蓋，保護(hù)屏蔽罩表面免受細(xì)微劃傷，否則往往會(huì)形成劃痕，限制從屏蔽罩表面釋放電子，以保持足夠的介質(zhì)強(qiáng)度。這樣能使斷路器保持高介質(zhì)強(qiáng)度而不增加氣體斷路器的體積，并且即使屏蔽罩受到機(jī)械沖擊也能防止屏蔽罩剝落或損壞。結(jié)果，可以減小氣體斷路器體積，降低成本。


圖1是本發(fā)明氣體斷路器一個(gè)實(shí)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(zhì)強(qiáng)度關(guān)系的特性圖；圖4是顯示封裝本發(fā)明斷路器中斷部分的屏蔽罩結(jié)構(gòu)和屏蔽罩氧化層的截面部分；圖5是顯示封裝本實(shí)施例的斷路器中斷部分的屏蔽罩結(jié)構(gòu)和屏蔽罩氧化層的截面部分；圖6是電容置于中斷部分的極之間的一個(gè)實(shí)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(fā)明氣體斷路器的另一實(shí)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(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施例，將詳細(xì)描述本發(fā)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(gè)封閉的圓柱形金屬容器10，在幾乎其中心部設(shè)置一個(gè)中斷部分，中斷部分包括一個(gè)固定的第一觸頭1和可移動(dòng)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(dòng)的第二觸頭稱為移動(dòng)觸頭2。
固定觸頭1包括弧觸頭1a和主觸頭1b。移動(dòng)觸頭2也包括弧觸頭和主觸頭。在閉合狀態(tài)，固定觸頭1的弧觸頭與移動(dòng)觸頭2接觸，而固定觸頭的主觸頭與移動(dòng)觸頭2接觸。固定觸頭1固定并電氣連接至導(dǎo)體4a。移動(dòng)觸頭2也電氣連接至導(dǎo)體4b。由于可移動(dòng)，經(jīng)未示出絕緣操作棒，從金屬容器10外側(cè)施加一外力至移動(dòng)觸頭2，以完成開和關(guān)操作。
本實(shí)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(dòng)觸頭2。屏蔽罩6a，6b由鋁制成，它們的表面完全或部分氧化，以此形成氧化層7a，7b。然后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(dòng)觸頭2之間斷開狀態(tài)下的極對(duì)極介質(zhì)強(qiáng)度，以及固定觸頭1與地之間和移動(dòng)觸頭2與地之間的介質(zhì)強(qiáng)度。這樣又使氣體斷路器的體積得以減小。
現(xiàn)在，理論解釋如何改善上述結(jié)構(gòu)的屏蔽罩表面的介質(zhì)強(qiáng)度。圖3是顯示氧化層厚度與鋁屏蔽罩介質(zhì)強(qiáng)度之間關(guān)系的特性圖，鋁屏蔽罩經(jīng)過陽極氧化形成氧化層，氧化層又鍍含氮化硼氟樹脂層。鋁由于其重量輕及易拉伸，適合于屏蔽材料。鋁陽極氧化在建筑材料中廣泛應(yīng)用，通常叫氧化鋁膜處理。
圖3中，空心條表示斷路器裝配后的介質(zhì)強(qiáng)度，而陰影條表示幾次中斷操作后的介質(zhì)強(qiáng)度。當(dāng)沒有進(jìn)行這種陽極氧化時(shí)，由于電流中斷時(shí)屏蔽罩暴露在分解的SF6氣體下，中斷后介質(zhì)強(qiáng)度降低。當(dāng)形成這種表面層時(shí)，介質(zhì)強(qiáng)度幾乎不降低。此圖顯示氧化層越厚，絕緣電阻趨于變大，且當(dāng)設(shè)置氧化層大于10μm時(shí)，介質(zhì)強(qiáng)度比沒有形成氧化層時(shí)高20％以上。但是，也要注意到，當(dāng)氧化層超過10μm，介質(zhì)強(qiáng)度幾乎不顯示對(duì)應(yīng)的增加。
這是因?yàn)閬碜噪姌O的電子釋放受氧化層和氟樹脂層抑制，及因?yàn)楫?dāng)氧化層為10μm或更厚時(shí)電子抑制效應(yīng)變飽和。在正常的陽極氧化中，氧化層形成厚度小于100μm，以便于處理，因此適合設(shè)置氧化層厚度在10μm至100μm范圍內(nèi)。
氧化層和氟樹脂層保護(hù)屏蔽罩表面在受到適度應(yīng)力的外界沖擊時(shí)不發(fā)生龜裂和剝落。覆蓋有這種混合保護(hù)層的屏蔽罩表面即使在多年的開-關(guān)操作后也不易裂縫，這樣不會(huì)有惡化氣體斷路器介質(zhì)強(qiáng)度的可能性。因此，執(zhí)行中斷后，介質(zhì)強(qiáng)度顯示與裝配后觀測(cè)到的水平相比幾乎不降低。
下面，參考圖1來解釋經(jīng)改善屏蔽罩介質(zhì)強(qiáng)度來達(dá)到減少氣體斷路器的體積。屏蔽罩6a，6b減小了四個(gè)觸頭-固定觸頭1的弧觸頭1a和主觸頭1b及移動(dòng)觸頭2的弧觸頭和主觸頭-的電場(chǎng)，從而改善了斷開電極間的介質(zhì)強(qiáng)度。隨著屏蔽罩6a和6b之間的距離減小，因此可以增大極對(duì)極距離與沖程之間的介質(zhì)強(qiáng)度。
如果屏蔽罩6a和6b互相置于太近，屏蔽罩前端電場(chǎng)增大而降低屏蔽罩之間的介質(zhì)強(qiáng)度，因此對(duì)于屏蔽罩6a和6b之問距離減小有一個(gè)限制。隨著屏蔽罩的介質(zhì)強(qiáng)度改善，屏蔽罩6a和6b之間距離可以縮短，從而能減小極對(duì)極距離和中斷沖程。結(jié)果，中斷部分可減小體積。進(jìn)一步講，減小沖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(jīng)表面處理的屏蔽罩的部分。這些圖顯示封裝該實(shí)施例斷路器的中斷部分的屏蔽罩的結(jié)構(gòu)，以及在屏蔽罩上形成的層。圖4表示由管材制成的屏蔽罩結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，而圖5表示經(jīng)拉伸制成的結(jié)構(gòu)例子。
圖4和圖5的屏蔽罩6a有兩個(gè)電場(chǎng)高的區(qū)域。部件6c的電場(chǎng)與極對(duì)極介質(zhì)強(qiáng)度有關(guān)，且這部分介質(zhì)強(qiáng)度改善導(dǎo)致極對(duì)極介質(zhì)強(qiáng)度改善。此機(jī)理的細(xì)節(jié)已在上面描述。部件6d的電場(chǎng)與觸頭和地之間的介質(zhì)強(qiáng)度有關(guān)，且該介質(zhì)強(qiáng)度的改善有助于改善屏蔽罩對(duì)地的介質(zhì)強(qiáng)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(chǎng)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分離制成，且在裝配前覆蓋表面層。通過用此方法單獨(dú)制成需要表面處理的該部分，減小用于表面處理的電解電池體積。裝配期間，部件6a經(jīng)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(gè)實(shí)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(shè)置電容器屏蔽罩8a，8b，9a，9b以改善電容器的介質(zhì)強(qiáng)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(jīng)支承件8c，8d固定到導(dǎo)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(chǎng)，如屏蔽罩6a，6b一樣。因此，上面描述的表面處理改善了介質(zhì)強(qiáng)度并減小了斷路器體積，降低了成本。
圖8顯示具有一個(gè)閉合電阻觸頭30的斷路器的實(shí)施例。在圖8的斷路器中，B-B’截面部分相似于圖6的結(jié)構(gòu)，且也有參考圖6描述的相似的表面處理。
由于設(shè)有閉合電阻觸頭30，變形大致環(huán)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(xì)節(jié)，例如，如圖9所示。
此結(jié)構(gòu)在完成中斷部分其它部件裝配后可容易固定屏蔽罩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(jié)構(gòu)的氣體斷路器能改善兩個(gè)相對(duì)觸頭間的介質(zhì)強(qiáng)度，以及觸頭與地之間的介質(zhì)強(qiáng)度。這樣又減小了極對(duì)極距離，因此減小了中斷部分的體積。同時(shí)，由于移動(dòng)觸頭2的沖程減小，操作裝置也可做得小。因此可減小金屬容器的體積。
本發(fā)明因此可提供這種氣體斷路器，它的屏蔽罩當(dāng)受到機(jī)械沖擊時(shí)受保護(hù)而不剝落和損傷，且能保持高介質(zhì)強(qiáng)度而不增大斷路器體積。
權(quán)利要求
1.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置于互相相對(duì)位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及布置于金屬容器中封裝兩個(gè)觸頭的金屬屏蔽罩；其特征在于，屏蔽罩的表面部分或全部被氧化并覆蓋有氟樹脂層。
2.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置于互相相對(duì)位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及布置于金屬容器中封裝兩個(gè)觸頭的金屬屏蔽罩件；其特征在于，屏蔽罩件全部或部分由鋁制成，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(jù)權(quán)利要求2的氣體斷路器，其特征在于鋁表面上的氧化層經(jīng)陽極氧化形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的氣體斷路器，其特征在于氟樹脂層含氮化硼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4的氣體斷路器，其特征在于氧化層厚度為10μm至100μm。
6.一種氣體斷路器，包括填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置于互相相對(duì)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(gè)觸頭之間并與之平行的電容器；以及布置在金屬容器中接近電容器以減小電容器電場(chǎng)的金屬屏蔽罩；其特征在于，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；在金屬容器中置于互相相對(duì)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(gè)觸頭之間并與之平行的電容器；以及布置在金屬容器中接近電容器以減小電容器電場(chǎng)的金屬屏蔽罩；其特征在于，氧化層設(shè)置到屏蔽罩的前端及其周圍區(qū)域，而氧化層表面覆蓋有含氮化硼的氟樹脂層。
8.根據(jù)權(quán)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(gè)填有絕緣氣體的金屬容器；在金屬容器中置于互相相對(duì)位置的第一和第二觸頭，這樣它們可互相接觸和斷開；以及置于金屬容器中封裝兩個(gè)觸頭的一個(gè)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(jié)構(gòu)的氣體斷路器當(dāng)受到機(jī)械沖擊時(shí)可保護(hù)屏蔽罩表面不剝落和劃傷，并保持高介質(zhì)強(qiáng)度而不增大斷路器體積。
文檔編號(hào)H02B13/02GK1163497SQ97102369
公開日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1997年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月9日
發(fā)明者內(nèi)海知明, 額賀淳, 大下陽一, 大門五郎, 土屋賢治, 義本寬 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所