專(zhuān)利名稱(chēng)：屏蔽式封裝真空斷續(xù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于配電系統(tǒng)的電流斷續(xù)裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于屏蔽式配電系統(tǒng)的封裝真空斷續(xù)器。
背景技術(shù)：
由于公眾關(guān)于空中(也就是地上)配電系統(tǒng)美學(xué)的呼吁，現(xiàn)在稱(chēng)為’Not In My Backyard’現(xiàn)象(NIMBY)，電業(yè)配電系統(tǒng)比以前更多地構(gòu)建在地下。為了暫時(shí)平息NIMBY，原來(lái)由電桿、電線、架空安裝開(kāi)關(guān)和變壓器構(gòu)成的配電系統(tǒng)正在被由管道、管道組、地下拱頂、電纜、地面或地下開(kāi)關(guān)設(shè)備以及變壓器構(gòu)成的地下系統(tǒng)接替并且甚至取代。由于很大程度上看不到，地下系統(tǒng)形成新的運(yùn)行與維護(hù)的挑戰(zhàn)?；貞?yīng)這些挑戰(zhàn)，例如電氣與電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)的組織實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)和編碼以確保操作人員安全和適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)性能。然而，有時(shí)人員安全與系統(tǒng)性能沖突。一種這樣的標(biāo)準(zhǔn)推薦各個(gè)地下配電系統(tǒng)元件在多個(gè)系統(tǒng)點(diǎn)(例如電纜接合，變壓器，開(kāi)關(guān))接地(也就是屏蔽)。通過(guò)接地系統(tǒng)元件(或它們的外殼)，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)者希望消除操作人員對(duì)于危險(xiǎn)電壓的接觸。
真空斷續(xù)開(kāi)關(guān)公知為在配電系統(tǒng)中使用，用于故障電流和負(fù)載斷裂的可靠中斷，并已成為填充空氣、油和SF6的開(kāi)關(guān)的有效替代物。當(dāng)使用于地下應(yīng)用中例如拱頂或開(kāi)關(guān)設(shè)備這些具有高淹沒(méi)可能性的地方時(shí)，真空斷續(xù)開(kāi)關(guān)被裝入或封裝在電力絕緣的材料中。為了保護(hù)個(gè)人免于危險(xiǎn)電壓而將能沉入水中的真空斷續(xù)開(kāi)關(guān)接地，整個(gè)開(kāi)關(guān)的外部必須為可傳導(dǎo)的。然而，如果開(kāi)關(guān)接地，該設(shè)備內(nèi)部的電場(chǎng)被扭曲并在開(kāi)關(guān)“短路”操作中降低斷開(kāi)間隙的絕緣耐受性能。此電場(chǎng)扭曲的減輕迄今為止對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是難以捉摸的。
Bohme等的第4,618,749號(hào)美國(guó)專(zhuān)利顯示了被插入絕緣材料例如環(huán)氧樹(shù)脂的真空開(kāi)關(guān)設(shè)備。Bohme等的開(kāi)關(guān)還具有為人員安全可以接地的金屬蓋子。其公開(kāi)的開(kāi)關(guān)設(shè)備不是與絕緣材料一體模壓，而是在該設(shè)備和絕緣材料之間存在空間。Bohme等認(rèn)為此空間易受由于絕緣材料的擊穿的電容性放電的影響(例如電暈效應(yīng))，尤其在開(kāi)關(guān)觸頭斷開(kāi)的時(shí)候。插入絕緣材料的控制電桿通過(guò)將電壓應(yīng)力放在絕緣材料中，嘗試最小化空間內(nèi)的電暈效應(yīng)。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員很明顯，Bohme等的設(shè)備依然遭受絕緣材料的擊穿。此外，因?yàn)樵撻_(kāi)關(guān)設(shè)備被插入預(yù)形成的絕緣殼體中，設(shè)備生產(chǎn)昂貴而且復(fù)雜。
Thomas & Betts ElastimoldMVI模壓真空故障斷續(xù)器試圖通過(guò)直接在模壓絕緣殼體中封裝真空開(kāi)關(guān)腔克服如上所述的Bohme等的專(zhuān)利的不足。電壓應(yīng)力現(xiàn)在出現(xiàn)在具有高得多的擊穿強(qiáng)度的絕緣殼體中。然而，由于MVI設(shè)備被屏蔽，接近真空腔的接地表面的存在引起該設(shè)備內(nèi)部的電場(chǎng)扭曲，該扭曲降低斷開(kāi)間隙的耐受性能。因此，阻止了該設(shè)備以其全部潛能運(yùn)行。
本發(fā)明提供一種設(shè)備，其克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)，以及另外的發(fā)明特征，將通過(guò)在這里提供的發(fā)明說(shuō)明更加清楚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種屏蔽式的封裝真空斷續(xù)器。陶瓷真空腔包括相對(duì)的導(dǎo)電端帽。一個(gè)端帽電氣連接到固定式觸頭，而相對(duì)的端帽連接到移動(dòng)式觸頭。該移動(dòng)式觸頭可與固定式觸頭同軸移動(dòng)，用于斷開(kāi)或者閉合電路。在真空腔中的浮動(dòng)保護(hù)罩，其連接到真空腔的陶瓷壁上，與固定式和移動(dòng)式觸頭隔開(kāi)，與觸頭和地隔離并具有浮動(dòng)的電勢(shì)。真空腔的外部陶瓷壁的一部分以半傳導(dǎo)材料涂覆。導(dǎo)電電壓屏電氣連接到真空腔的每個(gè)導(dǎo)電端帽，然后包括該腔室和連接的屏的整個(gè)真空斷續(xù)器被封裝到模壓的絕緣殼體中。


圖1為不具有電壓屏的示例封裝真空斷續(xù)器的剖視圖。
圖2為具有電壓屏的示例封裝真空斷續(xù)器的正視圖。
圖3為圖2的封裝真空斷續(xù)器的側(cè)視圖。
圖4為圖2的封裝真空斷續(xù)器的側(cè)視剖面圖，其顯示電壓屏和電流感應(yīng)設(shè)備。
圖5為圖2的封裝真空斷續(xù)器的側(cè)視剖面圖，其顯示電壓屏和涂覆到真空腔的半傳導(dǎo)性涂層。
圖6為圖2不具有電壓屏的封裝真空斷續(xù)器的有限元分析，其顯示高壓測(cè)試中的電壓應(yīng)力分布。
圖7為圖2具有電壓屏的封裝真空斷續(xù)器的有限元分析，其顯示高壓測(cè)試中的電壓應(yīng)力分布。
圖8為圖2具有電壓屏的封裝真空斷續(xù)器的有限元分析，其顯示反向高壓測(cè)試中的電壓應(yīng)力分布。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，圖1顯示示例真空斷續(xù)器100的內(nèi)部部件排列的剖視圖?？稍谂潆娤到y(tǒng)中使用真空斷續(xù)器100以斷開(kāi)或者閉合電路。通過(guò)斷續(xù)器100的電流可以使用真空腔110中斷或恢復(fù)。真空腔110包括通常的圓柱形陶瓷殼體以及兩個(gè)導(dǎo)電端帽，其密封真空腔并保持其中真空。參考圖1，該真空腔110具有“固定”端和“移動(dòng)”端。固定式觸頭120布置到真空腔110的固定端中，并且與導(dǎo)電固定端帽125接觸。移動(dòng)式觸頭130布置到真空腔110的移動(dòng)端中且與固定式觸頭120同軸排列。移動(dòng)式觸頭130與端帽135電氣接觸，同軸地嚙合和脫離固定式觸頭120以使得或中斷電流通過(guò)。導(dǎo)電移動(dòng)端帽135可以是金屬波紋管或類(lèi)似，其允許驅(qū)動(dòng)桿140在真空腔110中維持密封真空的同時(shí)沿著真空腔軸來(lái)回移動(dòng)移動(dòng)式觸頭130。驅(qū)動(dòng)桿140可通過(guò)連接到例如彈簧的操作機(jī)構(gòu)150的操作手柄160啟動(dòng)。斷續(xù)器100中還包括接觸位置指示器180，這樣操作者可以在視覺(jué)上檢查該斷續(xù)器以確定觸頭是否在斷開(kāi)或閉合位置。
真空腔110還包括浮動(dòng)屏蔽罩105，其通常為金屬圓柱形元件。在真空腔110中，浮動(dòng)屏蔽罩105在距離固定式觸頭120和移動(dòng)式觸頭130固定軸向距離處通過(guò)外露環(huán)115支撐。真空腔110的陶瓷殼體包括兩個(gè)通常的圓柱陶瓷元件，其將外露環(huán)115夾在中間，并在距離觸頭某間距處保持浮動(dòng)屏蔽罩105。由于浮動(dòng)屏蔽罩105保持在距離觸頭某間距處，其被電氣隔離并具有浮動(dòng)電位。在觸頭的開(kāi)關(guān)操作中，浮動(dòng)屏蔽罩105在發(fā)生放電時(shí)阻止觸頭釋放的金屬離子在該陶瓷殼體內(nèi)部聚集，從而防止斷續(xù)器100的性能退化。
電氣連接到導(dǎo)電端帽的導(dǎo)電引線作為例如連接斷續(xù)器100的地下電纜的配電導(dǎo)線的連接裝置。為了確保真空斷續(xù)器100在潮濕環(huán)境例如地下拱頂或易于浸水的開(kāi)關(guān)設(shè)備中安全可靠地運(yùn)行，將該斷續(xù)器封裝在模壓的絕緣材料例如環(huán)氧材料之類(lèi)中。如圖1所示，封裝190可以裝入斷續(xù)器的一部分例如引線和真空腔110。然而優(yōu)選地，如圖2-4所示將真空斷續(xù)器100完全封裝。為了確保操作人員的安全，通過(guò)使用在裝入屏蔽式配電系統(tǒng)中時(shí)處于地電位的半傳導(dǎo)層120對(duì)封裝190的外表面進(jìn)行涂覆，來(lái)屏蔽(也就是接地)真空斷續(xù)器。一種優(yōu)選的半傳導(dǎo)層200為Electrodag 213，其由Acheson Colloids Company of PortHuron，Michigan生產(chǎn)。Electrodag 213為環(huán)氧樹(shù)脂溶液中細(xì)分的石墨顏料的分散體，其具有對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂、塑料和陶瓷的優(yōu)秀粘著性能。
襯套170通過(guò)封裝絕緣封裝190中的導(dǎo)電引線形成。如圖4所示，電流感應(yīng)設(shè)備230，例如電流互感器(也就是CT)，可以被模壓至絕緣封裝中來(lái)感應(yīng)故障電流之類(lèi)，用來(lái)啟動(dòng)真空斷續(xù)器100。電流感應(yīng)設(shè)備230可以與電子控制系統(tǒng)或繼電器(未顯示)相通，其確認(rèn)電路中是否存在故障，且可以操作電機(jī)、螺線管等來(lái)啟動(dòng)操作手柄160來(lái)將移動(dòng)式觸頭130從固定式120中脫離，從而中斷通過(guò)真空斷續(xù)器100的電流。當(dāng)觸頭彼此脫離時(shí)，在斷開(kāi)間隙中存在電位差，其取決于配電系統(tǒng)的電壓水平，可以在從4kv到34kv的范圍內(nèi)變化。由于真空斷續(xù)器100的半傳導(dǎo)外層200在其布置入屏蔽式配電系統(tǒng)中時(shí)為地電位，相當(dāng)接近真空腔110的接地表面引起真空斷續(xù)器100內(nèi)的嚴(yán)重電場(chǎng)扭曲，其大大降低了斷開(kāi)間隙的耐受性能。參考圖6，顯示屏蔽式封裝真空斷續(xù)器的有限元分析。移動(dòng)式觸頭130從固定式觸頭120脫離并在這兩者之間存在斷開(kāi)間隙。真空斷續(xù)器100中的電場(chǎng)線300顯示其趨向地電位時(shí)的扭曲分布。
為了抵消電場(chǎng)扭曲，電壓屏被附著到真空腔110上，并嵌入絕緣封裝190中以在封裝中放置電壓應(yīng)力。固定電壓屏210(圖4)電氣連接到導(dǎo)電端帽125，而移動(dòng)電壓屏220附著到導(dǎo)電移動(dòng)端帽135。在一個(gè)示例實(shí)施例中，電壓屏優(yōu)選為導(dǎo)電碗狀元件，其為打孔的金屬片或金屬網(wǎng)格屏以便接合到絕緣封裝上。
兩個(gè)相對(duì)的電壓屏基本包圍真空腔110，但剩下中心部分外露。如圖5所示，真空腔110的中心外露部分包括支撐浮動(dòng)屏蔽罩105的外露環(huán)115。真空腔110的外露中心部分以半傳導(dǎo)材料240涂覆，其可以與半傳導(dǎo)外層200相同或不同。該半傳導(dǎo)材料240可以是具有電導(dǎo)特性的液態(tài)涂料、粘合劑、環(huán)氧樹(shù)脂等。優(yōu)選的半傳導(dǎo)材料為PalmyraWisconsin Epic Resins of Palmyra Wisconsin生產(chǎn)的Epic S7076。EpicS7076為碳填充的電導(dǎo)環(huán)氧樹(shù)脂體系，其可以通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)分配設(shè)備容易地施加。
半傳導(dǎo)材料240優(yōu)選地延伸到固定電壓屏210和移動(dòng)電壓屏220包圍的區(qū)域。這樣，每個(gè)電壓屏與施加的半傳導(dǎo)材料240的一部分重疊。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員了解真空腔外部的半傳導(dǎo)材料240會(huì)呈現(xiàn)與真空斷續(xù)器110內(nèi)部的浮動(dòng)屏蔽罩105相同的電位，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)外露環(huán)115連接。因此，當(dāng)觸頭分離時(shí)，半傳導(dǎo)材料240消除浮動(dòng)屏蔽罩105端部的電壓應(yīng)力。電氣連接到固定式觸頭120和移動(dòng)式觸頭130的電壓屏將半傳導(dǎo)涂層240上的電位推動(dòng)到真空腔110導(dǎo)電端帽之間差值的50％，從而達(dá)到平衡的電位分配。
現(xiàn)在參考圖7，具有固定電壓屏210、移動(dòng)電壓屏220和施加于真空腔110的半傳導(dǎo)材料240的真空斷續(xù)器的有限元分析，其顯示電場(chǎng)線300在斷開(kāi)間隙內(nèi)在真空腔內(nèi)部近似對(duì)稱(chēng)地分布。圖8顯示圖7同樣的真空斷續(xù)器，但具有翻轉(zhuǎn)的電壓極性。如顯示的，電場(chǎng)線300在斷開(kāi)間隙內(nèi)保持對(duì)稱(chēng)分布。
這里描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，包括實(shí)施該發(fā)明的發(fā)明者已知的最好模式。那些優(yōu)選實(shí)施例的變化對(duì)閱讀了前面說(shuō)明的本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員是清楚的。發(fā)明者希望技術(shù)人員采用合適的改變，且發(fā)明者期望以除了這里特定說(shuō)明的另外方式實(shí)施本發(fā)明。由此，本發(fā)明包括適用法律允許的附加的權(quán)利要求中引用的所有技術(shù)主題的改動(dòng)和等同。此外，在所有可能變化中的上述元件的任何組合包含于該發(fā)明中，除非文中特別指出或明顯的抵觸。
權(quán)利要求
1.一種真空斷續(xù)器，包括絕緣封裝；模壓到該絕緣封裝中的真空腔，該真空腔包括陶瓷殼體；密封該殼體的端帽；該殼體內(nèi)部的浮動(dòng)屏蔽罩；以及與殼體一體以及連接到該浮動(dòng)屏蔽罩的外露環(huán)；半傳導(dǎo)材料，其與該外露環(huán)接觸，并布置在真空腔陶瓷殼體的一部分上；以及連接到端帽上的電壓屏，所述電壓屏與該半傳導(dǎo)材料的一部分重疊。
2.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器，其中該絕緣封裝充分地封裝該真空斷續(xù)器。
3.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器，其中該絕緣封裝為環(huán)氧樹(shù)脂等。
4.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器，其中該電壓屏包括打孔的金屬片。
5.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器，其中電壓屏包括金屬網(wǎng)材料。
6.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器，其中電壓屏通常為碗狀。
7.權(quán)利要求1的真空斷續(xù)器進(jìn)一步包括第二端帽；與半傳導(dǎo)材料的第二部分重疊并連接到該第二端帽的第二電壓屏。
8.權(quán)利要求7的真空斷續(xù)器，其中電壓屏基本上包圍基本上包圍真空腔。
9.權(quán)利要求7的真空斷續(xù)器，其中電壓屏為各自的鏡像。
10.一種減輕屏蔽式封裝真空斷續(xù)器內(nèi)的電場(chǎng)扭曲的系統(tǒng)，其包括真空腔；施加于布置在屏蔽式封裝內(nèi)的真空腔的外面部分的半傳導(dǎo)材料；第一電壓屏，其電氣連接到該真空腔的第一端，并安置在屏蔽式封裝內(nèi)部，用以包圍該半傳導(dǎo)材料的第一部分；以及第二電壓屏，其電氣連接到該真空腔的第二端，并安置在屏蔽式封裝內(nèi)部，用以包圍該半傳導(dǎo)材料的第二部分。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第一和第二電壓屏包括打孔的金屬片。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第一和第二電壓屏包括金屬網(wǎng)材料。
13.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第一和第二電壓屏通常為碗狀。
14.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第一和第二電壓屏為各自的鏡像。
15.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中第一和第二電壓屏基本上包圍該真空腔的外部。
16.一種減輕屏蔽式封裝真空斷續(xù)器內(nèi)部的電場(chǎng)扭曲的方法，其包括提供真空腔，其包括第一電導(dǎo)端帽；第二電導(dǎo)端帽；以及布置在該真空腔外部的外露環(huán)；在真空腔的外部布置第一半傳導(dǎo)材料，其與外露環(huán)接觸；將第一電壓屏連接到第一電導(dǎo)端帽；將第二電壓屏連接到第二電導(dǎo)端帽；將真空腔和電壓屏封裝到模壓絕緣材料；以及將第二半傳導(dǎo)材料布置到模壓絕緣材料外部。
17.權(quán)利要求16的方法，其中第一和第二電壓屏包括打孔的金屬片，金屬網(wǎng)材料，或類(lèi)似材料。
18.權(quán)利要求16的方法，其中第一和第二電壓屏通常為碗狀。
19.權(quán)利要求16的方法，其中第一和第二電壓屏基本上包圍該真空腔和第一半傳導(dǎo)材料。
20.權(quán)利要求16的方法，其中第一和第二電壓屏為各自的鏡像。
21.權(quán)利要求16的方法，其中該第一半傳導(dǎo)材料和第二半傳導(dǎo)材料是一樣的。
22.權(quán)利要求16的方法，其中模壓絕緣材料為環(huán)氧樹(shù)脂等。
全文摘要
提供了一種具有陶瓷真空腔和相對(duì)導(dǎo)電端帽的屏蔽式封裝真空斷續(xù)器。一個(gè)端帽電氣連接到固定式觸頭，而相對(duì)的端帽連接到移動(dòng)式觸頭。移動(dòng)式觸頭可以用固定式觸頭啟動(dòng)用于打開(kāi)或者關(guān)閉電路。真空腔內(nèi)部的浮動(dòng)屏蔽罩，其連接到真空腔陶瓷壁，與固定和移動(dòng)式觸頭分離，被隔離且具有浮動(dòng)電位。真空腔外部陶瓷壁的部分以半傳導(dǎo)材料涂覆而導(dǎo)電電壓屏包圍真空腔外部的一部分并且電氣連接到真空腔的每個(gè)導(dǎo)電端帽。該腔和連接的屏被封裝在模壓絕緣殼體中。
文檔編號(hào)H01H33/66GK1868015SQ200480030252
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者唐納德·R·馬丁 申請(qǐng)人:G&W電氣公司