本發(fā)明及電氣用品領(lǐng)域，尤其涉及一種固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜及其制造方法。

背景技術(shù)：

環(huán)網(wǎng)是指環(huán)形配電網(wǎng)，即供電干線形成一個閉合的環(huán)形，供電電源向這個環(huán)形干線供電，從干線上再一路一路地通過高壓開關(guān)向外配電。這樣的好處是，每一個配電支路既可以從它的左側(cè)干線取電源，又可以從它右側(cè)干線取電源。當(dāng)左側(cè)干線出了故障，它就從右側(cè)干線繼續(xù)得到供電，而當(dāng)右側(cè)干線出了故障，它就從左側(cè)干線繼續(xù)得到供電，這樣一來，盡管總電源是單路供電的，但從每一個配電支路來說卻得到類似于雙路供電的實(shí)惠，從而提高了供電的可靠性。環(huán)網(wǎng)柜（Ring Main Unit）是對應(yīng)這種輸電結(jié)構(gòu)的輸配電氣設(shè)備（高壓開關(guān)設(shè)備），為裝在金屬或非金屬絕緣柜體內(nèi)或做成拼裝間隔式環(huán)網(wǎng)供電單元的電氣設(shè)備，其核心部分采用負(fù)荷開關(guān)和熔斷器，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、可提高供電參數(shù)和性能以及供電安全等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛使用于城市住宅小區(qū)、高層建筑、大型公共建筑、工廠企業(yè)等負(fù)荷中心的配電站以及箱式變電站中。

由于常用的氣體絕緣環(huán)網(wǎng)柜多采用SF₆作為滅弧氣體，該氣體嚴(yán)重危害環(huán)境，由此發(fā)展出親的更環(huán)保的方向，即固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜，這種環(huán)網(wǎng)柜全部采用能夠被自然環(huán)境所接受的材料制造，不含SF₆氣體。其中又以固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜的滅弧效果最好，安全性最高。

現(xiàn)有技術(shù)，包括所有現(xiàn)有專利中的固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，均采用金屬屏蔽、機(jī)械隔離、真空滅弧的結(jié)構(gòu)形式。但一方面，由于現(xiàn)有技術(shù)中均采用金屬結(jié)構(gòu)作為真空滅弧負(fù)荷開關(guān)的外殼，除了真空環(huán)境外沒有其它滅弧能力，且金屬質(zhì)結(jié)構(gòu)易變形、銹蝕，熱脹冷縮，真空密閉性不好，且常規(guī)技術(shù)中真空室密封均采用環(huán)氧樹脂，不可否認(rèn)其絕緣性好，但其軟易老化且相對較脆，易受振動損壞；另一方面真空均源于真空滅弧結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)開、合操作，不能實(shí)現(xiàn)隔離操作，因此還需另設(shè)隔離結(jié)構(gòu)，操作麻煩還無法實(shí)現(xiàn)聯(lián)動操作，容錯性低；最后，由于金屬材料在高溫下易相變（生弧時的瞬間溫度極高），機(jī)械性能降低，同時若以漆面防腐則漆面老化脫落，若以鎘鋅鍍層防腐則易鎘脆鋅脆，使用壽命短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在提供一種帶有不易變形、不生銹、膨脹系數(shù)低的真空滅弧負(fù)荷開關(guān)外殼的，優(yōu)選結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)斷路、滅弧、隔離操作聯(lián)動的，使用壽命長、可戶外長時使用的固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜及其制造方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，包括機(jī)殼、真空滅弧負(fù)荷開關(guān)、隔離器、三組熔斷器、接地裝置、與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)和隔離器連接的機(jī)械傳動裝置、連接所有熔斷器兩端、真空滅弧負(fù)荷開關(guān)兩端及隔離器三接頭中兩接頭的母線；所述真空滅弧負(fù)荷開關(guān)由采用滅弧阻燃陶瓷制做的外殼、固定在外殼內(nèi)部一端的固定接電單元、設(shè)置在外殼內(nèi)部另一端與外殼內(nèi)徑相匹配并與絕緣彈性構(gòu)件連接的移動接電單元、設(shè)置在移動接電單元和固定接電單元工作截面邊沿的硫化硅橡膠構(gòu)成；所述滅弧阻燃陶瓷具體為采用納米氧化鋁纖維混合一定比例的二氧化硅纖維、二氧化鋯粉末通過工藝控制高壓致密燒結(jié)而成；所述絕緣彈性構(gòu)件具體為端頭接連有鋼化玻璃接頭的彈性元件，所述鋼化玻璃接頭與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)移動接電單元連接；所述采用滅弧阻燃陶瓷制做的外殼與母線連接的間隙處采用甲酸乙脂樹脂絕緣固封；所述隔離器為三接頭結(jié)構(gòu)，兩接頭與母線連接，第三接頭與接地裝置連接，其內(nèi)設(shè)有開關(guān)，該開關(guān)關(guān)合則連接母線的兩個接頭連通，開斷則母線進(jìn)線接頭與接地裝置連通。

上述固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，所述機(jī)殼除底面外的五個面及各面接縫、機(jī)械結(jié)構(gòu)間隙處均采用甲酸乙脂樹脂密封。

上述固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，所述隔離器與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)集成為一體，固定接電單元和移動接電單元即為連接母線的兩個接頭，另在移動接電單元下方、絕緣彈性構(gòu)件旁設(shè)置有接地線接頭，接地線接頭固定在機(jī)械傳動裝置上。

一種制造固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜用真空滅弧負(fù)荷開關(guān)陶瓷外殼的方法，包括以下步驟：

1）納米氧化鋁纖維的制備

①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比58%-65%的氯化鋁溶液；

②將步驟①獲得的盛有氯化鋁溶液的容器進(jìn)行高頻振動，再將氨水霧化后均勻緩慢地通入步驟①制備的氯化鋁溶液中，獲得待處理溶液；

③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動30min-40min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于25℃-30℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌30min-40min，獲得預(yù)制溶液；

④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值4.8-5.2，獲得原始溶膠液；

⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于70℃-80℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；

⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加3-5%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；

⑦采用無水乙醇對步驟⑥獲得的待處理溶膠進(jìn)行反復(fù)沖洗至洗凈；

⑧將步驟⑦獲得的溶膠紡成絲狀，即獲得所需待用溶膠；

2）氧化鋁基陶瓷殼體的制備

①將1）中步驟⑧獲得的待用溶膠與按其重量10%-15%的二氧化硅纖維、按其重量5%-8%的二氧化鋯粉末混合并按圓周形運(yùn)動攪拌均勻，裝入較最終需求產(chǎn)品輪廓尺寸外徑大1%-1.5%、內(nèi)徑小1%-1.5%的預(yù)燒結(jié)模具，放置于1000℃-1050℃真空環(huán)境下進(jìn)行一次預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)時間30min-40min，獲得預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體；

②將步驟①獲得的預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體放入熱等靜壓爐，采用機(jī)械加壓向預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體施加150MPa-160MPa的各向同等壓力，抽真空至真空度不高于1×10^-3Pa，1350℃-1380℃溫度下進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)時間4h-5h；

③燒結(jié)完成后，爐溫T不低于1000℃時隨爐冷卻；爐溫T處于600℃≤T＜1000℃半開爐門冷卻；爐溫T＜600℃出爐空冷；空冷至T＜150℃后即獲得所需氧化鋁基陶瓷殼體。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：核心的真空滅弧負(fù)荷開關(guān)用陶瓷結(jié)構(gòu)外殼，包括納米氧化鋁纖維、二氧化硅纖維和二氧化鋯粉末，其中氧化鋁難溶于水、無臭、無味、絕緣性高（α-氧化鋁電阻率約10¹³Ω·m-10¹⁴Ω·m）、質(zhì)極硬、不潮解，且燒結(jié)結(jié)構(gòu)較致密，韌性相對較好，尤其是以納米纖維形式參與燒結(jié)，其結(jié)構(gòu)韌性更是高于一般的金屬結(jié)構(gòu)，二氧化硅纖維對氧化鋁有明顯的韌化作用，同時其自身具有極高的絕緣性（二氧化硅電阻率約10¹⁶Ω·m-10¹⁷Ω·m）使陶瓷外殼的絕緣性和滅弧性能明顯提高，二氧化鋯是氧化鋁燒結(jié)中最佳的致密劑，有它的參與，即使按常規(guī)方式燒結(jié)的氧化鋁基陶瓷也能達(dá)到98%-99%的致密度；本發(fā)明采用的特殊燒結(jié)方式（真空燒結(jié)+熱等靜壓高真空燒結(jié)）能在本就良好的致密度上更深一層，使本發(fā)明使用的陶瓷結(jié)構(gòu)外殼致密度絕對達(dá)100%，保證了真空環(huán)境的穩(wěn)定性；甲酸乙脂樹脂是一種優(yōu)良的長效耐高溫防水絕緣膠合劑，其粘度適中且粘效持久，膠凍狀的形態(tài)更適于微小間隙的填充，可耐受-10℃-300℃的長時溫度，且其在間隙中仍保留一定的流通性，能保證密閉結(jié)構(gòu)動配合間隙即使在運(yùn)動時也不會馬上脫開，更加保證了真空環(huán)境的穩(wěn)定性；硫化硅橡膠耐高溫、彈性高，當(dāng)關(guān)合電路時，其能保證提供一定的抗阻力，使兩個接電單元不發(fā)生粘接，開斷電路時，其能使兩個接電單元更迅速地脫開并提供高阻抗，防止電弧四周逸散，進(jìn)一步提升了滅弧性能（硫化硅橡膠的電阻率也很高，約10¹²Ω·m-10¹³Ω·m）。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 為真空滅弧負(fù)荷開關(guān)的局部放大圖；

圖3 為本發(fā)明優(yōu)選結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖中：機(jī)殼1、熔斷器2、母線3、真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4、硫化硅橡膠5、固定接電單元6、移動接電單元7、甲酸乙脂樹脂8、絕緣彈性構(gòu)件9、機(jī)械傳動裝置10、隔離器11。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖3所示的一種固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，包括機(jī)殼1、真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4、隔離器11、三組熔斷器2、接地裝置、與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4和隔離器11連接的機(jī)械傳動裝置10、連接所有熔斷器2兩端、真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4兩端及隔離器11三接頭中兩接頭的母線3；所述真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4由采用滅弧阻燃陶瓷制做的外殼、固定在外殼內(nèi)部一端的固定接電單元6、設(shè)置在外殼內(nèi)部另一端與外殼內(nèi)徑相匹配并與絕緣彈性構(gòu)件9連接的移動接電單元7、設(shè)置在移動接電單元7和固定接電單元6工作截面邊沿的硫化硅橡膠5構(gòu)成；所述滅弧阻燃陶瓷具體為采用納米氧化鋁纖維混合一定比例的二氧化硅纖維、二氧化鋯粉末通過工藝控制高壓致密燒結(jié)而成；所述絕緣彈性構(gòu)件9具體為端頭接連有鋼化玻璃接頭的彈性元件，所述鋼化玻璃接頭與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4移動接電單元7連接；所述采用滅弧阻燃陶瓷制做的外殼與母線3連接的間隙處采用甲酸乙脂樹脂8絕緣固封；所述隔離器11與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4集成為一體，固定接電單元6和移動接電單元7即為連接母線3的兩個接頭，另在移動接電單元7下方、絕緣彈性構(gòu)件9旁設(shè)置有接地線接頭，接地線接頭固定在機(jī)械傳動裝置10上；所述機(jī)殼1除底面外的五個面及各面接縫、機(jī)械結(jié)構(gòu)間隙處均采用甲酸乙脂樹脂8密封。

一種制造固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜用真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4陶瓷外殼的方法，包括以下步驟：

1）納米氧化鋁纖維的制備

①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比60%的氯化鋁溶液；

②將步驟①獲得的盛有氯化鋁溶液的容器進(jìn)行高頻振動，再將氨水霧化后均勻緩慢地通入步驟①制備的氯化鋁溶液中，獲得待處理溶液；

③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動35min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于28℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌35min，獲得預(yù)制溶液；

④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值5.0，獲得原始溶膠液；

⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于75℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；

⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加4%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；

⑦采用無水乙醇對步驟⑥獲得的待處理溶膠進(jìn)行反復(fù)沖洗至洗凈；

⑧將步驟⑦獲得的溶膠紡成絲狀，即獲得所需待用溶膠；

2）氧化鋁基陶瓷殼體的制備

①將1）中步驟⑧獲得的待用溶膠與按其重量12%的二氧化硅纖維、按其重量6%的二氧化鋯粉末混合并按圓周形運(yùn)動攪拌均勻，裝入較最終需求產(chǎn)品輪廓尺寸外徑大1.2%、內(nèi)徑小1.1%的預(yù)燒結(jié)模具，放置于1020℃真空環(huán)境下進(jìn)行一次預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)時間35min，獲得預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體；

②將步驟①獲得的預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體放入熱等靜壓爐，采用機(jī)械加壓向預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體施加160MPa的各向同等壓力，抽真空至真空度1×10^-5Pa，1380℃溫度下進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)時間4.5h；

③燒結(jié)完成后，爐溫T不低于1000℃時隨爐冷卻；爐溫T處于600℃≤T＜1000℃半開爐門冷卻；爐溫T＜600℃出爐空冷；空冷至T＜150℃后即獲得所需氧化鋁基陶瓷殼體。

實(shí)施例2

整體與實(shí)施例1相同，其差異之處在于：

如圖1所示的一種固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜：

不對機(jī)殼1額外進(jìn)行密封處理。

隔離器11與真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4分別設(shè)置，隔離器11為三接頭結(jié)構(gòu)，兩接頭與母線3連接，第三接頭與接地裝置連接，其內(nèi)設(shè)有開關(guān)，該開關(guān)關(guān)合則連接母線3的兩個接頭連通，開斷則母線3進(jìn)線接頭與接地裝置連通。

一種制造固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜用真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4陶瓷外殼的方法，包括以下步驟：

1）納米氧化鋁纖維的制備

①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比58%的氯化鋁溶液；

③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動30min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于25℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌30min，獲得預(yù)制溶液；

④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值4.8，獲得原始溶膠液；

⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于70℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；

⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加3%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；

2）氧化鋁基陶瓷殼體的制備

①將1）中步驟⑧獲得的待用溶膠與按其重量10%的二氧化硅纖維、按其重量5%的二氧化鋯粉末混合并按圓周形運(yùn)動攪拌均勻，裝入較最終需求產(chǎn)品輪廓尺寸外徑大1%、內(nèi)徑小1%的預(yù)燒結(jié)模具，放置于1000℃真空環(huán)境下進(jìn)行一次預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)時間30min，獲得預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體；

②將步驟①獲得的預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體放入熱等靜壓爐，采用機(jī)械加壓向預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體施加150MPa的各向同等壓力，抽真空至真空度1×10^-3Pa，1350℃溫度下進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)時間4h。

實(shí)施例3：

整體與實(shí)施例1相同，其差異之處在于：

一種制造固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜用真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4陶瓷外殼的方法，包括以下步驟：

1）納米氧化鋁纖維的制備

①將六水氯化鋁與適量純凈水混合，攪拌并過濾雜質(zhì)，調(diào)配至獲得質(zhì)量百分比65%的氯化鋁溶液；

③步驟②完成后繼續(xù)高頻振動40min，然后將步驟②獲得的待處理溶液置于30℃的恒溫環(huán)境下，并機(jī)械攪拌40min，獲得預(yù)制溶液；

④在步驟③獲得的預(yù)制溶液內(nèi)緩慢滴加稀鹽酸溶液并攪拌，至溶液的PH值5.2，獲得原始溶膠液；

⑤將步驟④獲得的原始溶膠液置于80℃溫度下，回流8h，獲得預(yù)制溶膠液；

⑥在步驟⑤獲得的預(yù)制溶膠液內(nèi)緩慢添加5%濃度的聚乙烯醇溶液，獲得待處理溶膠；

2）氧化鋁基陶瓷殼體的制備

①將1）中步驟⑧獲得的待用溶膠與按其重量15%的二氧化硅纖維、按其重量8%的二氧化鋯粉末混合并按圓周形運(yùn)動攪拌均勻，裝入較最終需求產(chǎn)品輪廓尺寸外徑大1.5%、內(nèi)徑小1.5%的預(yù)燒結(jié)模具，放置于1050℃真空環(huán)境下進(jìn)行一次預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)時間40min，獲得預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體；

②將步驟①獲得的預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體放入熱等靜壓爐，采用機(jī)械加壓向預(yù)燒結(jié)陶瓷坯體施加160MPa的各向同等壓力，抽真空至真空度1×10^-4Pa，1380℃溫度下進(jìn)行二次燒結(jié)，燒結(jié)時間5h。

本發(fā)明的固體真空絕緣環(huán)網(wǎng)柜，能耐受不高于300℃的長時工作溫度，防水、抗大氣和鹽水腐蝕，具有優(yōu)良的滅弧效果和更好的安全性，其核心的真空滅弧負(fù)荷開關(guān)外殼不易變形、不生銹、膨脹系數(shù)低其體積電阻率約達(dá)（10¹⁵Ω·m-10¹⁶Ω·m）。

本發(fā)明的工作原理具體為：真空滅弧負(fù)荷開關(guān)4內(nèi)為真空密閉結(jié)構(gòu)，當(dāng)正常工作時，固定接電單元6與移動接電單元7貼合，正常轉(zhuǎn)輸電流，此時隔離器處于連接母線的兩個接口聯(lián)通的狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生過載或其它需斷路的情況時，熔斷器2熔斷，機(jī)械傳動裝置10同時啟動，固定接電單元6與移動接電單元7在絕緣彈性構(gòu)件9和硫化硅橡膠5的共同作用下斷開，真空室內(nèi)滅弧，隔離器11在機(jī)械傳動裝置(10)的聯(lián)動操作下?lián)芷Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到將母線接入接口與接地裝置接口連接，完成過載電流入地工作（優(yōu)化結(jié)構(gòu)中沒有單獨(dú)設(shè)立的隔離器11，而是當(dāng)移動接電單元7在機(jī)械傳動裝置10作用下位移時，其導(dǎo)電部分移動至與連接接地裝置的接地線接頭連接，完成過載電流入地工作，原理與初始方案一致）。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，僅為了使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。