CN101290846A - 真空灭弧室 - Google Patents

Abstract

本发明可以提供一种真空灭弧室，在环氧树脂被浇注的真空灭弧室中，通过提高环氧树脂和陶瓷真空灭弧室之间的粘合力，可使制造过程中减少产生断裂，并可使机械的耐冲击性以及部分放电特性得到改善。

Description

真空灭弧室

技术领域

本发明涉及真空灭弧室。

背景技术

在真空断路器中，对负载的断路以及故障电流的断开是在真空灭弧室内的真空状态下进行，但真空灭弧室(Vacuum Interrupter)的外部绝缘是在各种介质内进行的。比如真空断路器(VCB：Vacuum CircuitBreaker)的真空灭弧室是在空气中进行绝缘，而油绝缘断路器(OCB：Oil Circuit Breaker)的真空灭弧室是用油覆盖断路器进行绝缘。而且，高压开关断路器使用SF₆气体进行绝缘。但是，这些绝缘方式有许多问题。

由于空气的绝缘能力低，在需要较高的雷电冲击耐受电压的地方，不能使用类似VCB的空气绝缘方式。而且，由于油***的危险性，最近几乎不再使用OCB的油绝缘断路器。而高压开关断路器使用SF₆气体时，在需要较高的雷电冲击耐受电压的地方也能使用且没有***的危险性，但其使用在环境保护方面受到限制。

根据这些趋势，最近开始采用固体绝缘方式中在环氧树脂成形时***真空灭弧室而成的整体式固体绝缘方式。

但是，使用上述固体绝缘方式的真空灭弧室，在用环氧树脂进行浇注时，随着环氧树脂和真空管的上、下固定板或陶瓷之间的接合面的粘合性不同，会产生真空灭弧室的电、机械特性的差异。上述接合面由相同材料构成时，在真空灭弧室的初期制作时通过极力增大粘合力，能够解决上述电、机械特性的差异，但在制造以及使用环氧树脂整体式真空灭弧室时，由于构成真空灭弧室的金属或陶瓷与成形在外部用于覆盖该金属或陶瓷的环氧树脂的材料不同，所以由于该物性差异引起的热膨胀系数的差异会产生界面的剥离或断裂，为克服该缺陷使用橡胶材质的缓冲层。

图1为表示现有的环氧树脂浇注真空灭弧室的内部构造的纵向剖面图。如图1所示，真空灭弧室101的外侧是用环氧树脂等固体绝缘物103注塑成形，在真空灭弧室101的外面形成有橡胶材质的缓冲层102，用于吸收因陶瓷104和环氧树脂103的热膨胀系数差异所引起的热应力。但是，上述橡胶材质的缓冲层102，通过辅助陶瓷104和环氧树脂103之间的物理性附着，可以增大陶瓷绝缘外壳104和环氧树脂层103之间的机械性接触强度，但在陶瓷层104、缓冲层102和环氧树脂层103之间将会存在微小的界面之间的剥离。而且，缓冲层102应根据真空灭弧室101的外部形状与真空灭弧室的外部完全粘接，从而彻底去除界面内的类似空隙(void)的缺陷，但使用管状的缓冲层102时，真空灭弧室101的金属部分和陶瓷之间的接合部的凹凸部分没有被缓冲层102完全填充，会有产生缺陷的可能性。而且，在涂布液状或凝胶状的橡胶材料时在缓冲层的内部也有产生空隙的可能性。

如上所述，真空灭弧室在初期的形成缓冲层的过程中会产生空隙等缺陷，所述缺陷在使用中的机械性动作冲击或温度变化引起的收缩膨胀过程中也会产生。即、在真空灭弧室的环氧树脂成形工序中还需要用于形成缓冲层的追加工序，为了制造所述缓冲层也需要追加工序和成本。

此类界面之间的剥离或层内的空隙，是使环氧树脂成形真空灭弧室的部分放电特性大幅度下降的主要原因，在界面以及环氧树脂内，部分放电的产生和电树枝产生的可能性会变得更高。因此，在长期使用真空灭弧室时，可使环氧树脂的绝缘特性的可靠度下降。

发明内容

因此，本发明旨在解决上述问题，其目的在于，通过在环氧树脂浇注的真空灭弧室中应用无橡胶材质缓冲层的新界面处理方式，从而提供具有优良的电、机械特性，而且能够降低成本的真空灭弧室。

为了达到上述目的，本发明提供一种真空灭弧室，其包括：具备与外侧相连的上部导体和下部导体的陶瓷绝缘外壳、在上述绝缘外壳的外表面成形的釉层、在上述釉层的外表面涂布硅烷偶联剂所形成的硅烷偶联剂层、以及在上述硅烷偶联剂层的外表面成形的环氧树脂绝缘层，并且，上述硅烷偶联剂层与上述釉层以及上述环氧树脂绝缘层进行化学结合。

另外，本发明也提供一种真空灭弧室。该真空灭弧室包括：具备与外侧相连的上部导体和下部导体的陶瓷绝缘外壳、在上述绝缘外壳的外表面成形的釉层、对上述釉层的外表面进行喷砂处理而形成的突起层、在上述突起层的外表面涂布硅烷偶联剂所形成的硅烷偶联剂层、以及在上述硅烷偶联剂层的外表面成形的环氧树脂绝缘层，并且，上述硅烷偶联剂层与上述釉层以及上述环氧树脂绝缘层进行化学结合。

而且，本发明也提供一种真空灭弧室，其特征在于，在上述陶瓷绝缘外壳的上部导体和下部导体的外表面上涂布上述硅烷偶联剂。

而且，本发明也提供一种真空灭弧室，其特征在于，上述硅烷偶联剂是用以下的化学式1所表示的化合物。

[化学式1]

在上述化学式1中，R是具有反应基的、碳数为1～15的脂肪族或芳香族碳氢化合物，n是1～10的整数，X是碳数为1～15的脂肪族或芳香族的烷氧基。

而且，本发明也提供一种真空灭弧室，其特征在于，上述环氧树脂绝缘层含有作为尺寸稳定剂的二氧化硅。

而且，本发明提供一种真空灭弧室的制造方法，其特征在于，包括：准备陶瓷绝缘外壳的工序；在上述陶瓷绝缘外壳的外表面上进行釉处理形成釉层的工序；在上述釉层的外表面上涂布硅烷偶联剂形成硅烷偶联剂层的工序；以及在上述硅烷偶联剂层的外表面上成形环氧树脂绝缘层的工序。

并且，本发明还提供一种真空灭弧室的制造方法，其特征在于，包括：准备陶瓷绝缘外壳的工序；在上述陶瓷绝缘外壳的外表面上进行釉处理形成釉层的工序；对上述釉层的外表面进行喷砂处理形成突起层的工序；在上述突起层的外表面上涂布硅烷偶联剂形成硅烷偶联剂层的工序；以及在上述硅烷偶联剂层的外表面上成形为环氧树脂绝缘层的工序。

如上所述，本发明的真空灭弧室通过应用环氧树脂绝缘层的直接成形方式而确保优良的粘合特性，即使没有现有的缓冲层也能够使真空灭弧室表面和环氧树脂的粘合性提高，从而能够大大提高机械强度以及部分放电等电特性。而且，本发明的真空灭弧室通过增大界面粘合性而去除剥离现象、并使空隙的产生变得最少，与现存的凝胶状硅缓冲层方式相比、其具有大约50％以上的部分放电熄灭电压的上升效果。

附图说明

图1为表示现有的环氧树脂浇注真空灭弧室的内部构造的纵向剖面图。

图2为表示本发明的一种实施方式的真空灭弧室内部构造的纵向剖面图。

图3为表示本发明的一种实施方式的真空灭弧室的陶瓷绝缘外壳和环氧树脂绝缘层之间的详细构造图。

图4为表示本发明另一实施方式的真空灭弧室的陶瓷绝缘外壳和环氧树脂绝缘层之间的详细构造图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一种实施方式的真空灭弧室进行详细说明。

图2为表示本发明的一种实施方式的真空灭弧室内部构造的纵向剖面图。具体而言，图2表示，在真空灭弧室的陶瓷绝缘外壳104、203的表面上涂布硅烷偶联剂后，在其外部通过加压凝胶化成形法对环氧树脂进行成形获取整体式的构造。图2的真空灭弧室，具有由陶瓷203、硅烷偶联剂涂布面202以及环氧树脂绝缘层201所构成的构造。制造图2的环氧树脂成形真空灭弧室的过程为，对真空灭弧室进行清洗、在其外表面涂布硅烷偶联剂后，通过进行预热安装金属模以及成形的过程并使其后固化。此时，硅烷偶联剂的涂布可在预热前或预热后进行。作为上述硅烷偶联剂的涂布方法，可以使用喷射的方法或使用笔的方法等任何一种。

上述硅烷偶联剂202，并非像现有的橡胶系列缓冲层的物理接触，而是一种通过有机物的环氧树脂和无机物的陶瓷或金属之间进行化学结合而粘合的方式。因此，由于环氧树脂和陶瓷或金属之间接合面的热膨胀系数的差异而产生的收缩率差异，能够被此类化学结合抵销。而且，上述环氧树脂绝缘层通过含有作为尺寸稳定剂的陶瓷系列的二氧化硅，能够进一步减少由于与陶瓷绝缘外壳的热膨胀系数差异产生的问题。

另外，不仅将上述硅烷偶联剂涂布在真空灭弧室的陶瓷部分、而且也涂布在上、下部的导体部分204上，从而能使导体部分的粘合力增大。

图3为，表示在本发明中使用硅烷偶联剂的真空灭弧室的陶瓷绝缘外壳301与环氧树脂绝缘层302之间的釉层303的构造图。在本发明中，真空灭弧室的陶瓷绝缘外壳301，优选在陶瓷的外表面进行釉处理。上述陶瓷绝缘外壳表面的釉层303，可以发挥防止陶瓷表面受潮气、灰尘等污染的作用、以及保持真空灭弧室的最重要功能之一的高真空的作用。对此类陶瓷表面301的釉处理没有特别限制，但优选以大约100μm左右的厚度来涂布釉。被釉涂布的陶瓷绝缘容器在1300至1400℃进行烧制并使上述釉渗入陶瓷层。因此，被上述釉涂布所形成的釉层303具有浸入在陶瓷内部的层。通过涂布及浸入于陶瓷表面的釉层303，可使上述陶瓷绝缘外壳301维持高真空。涂布在上述陶瓷绝缘外壳301外部的釉以陶瓷类的硅为主要成分，所以与硅烷偶联剂的反应基也能够容易地进行反应。

即本发明的真空灭弧室，是在真空灭弧室的陶瓷表面被处理的釉层303之上涂布硅烷偶联剂202后，对环氧树脂302进行成形所构成。因此，具有与硅系列无机质结合的反应基的上述硅烷偶联剂202，也容易与玻璃材质的陶瓷外壳301外部的釉层303进行反应。

在被釉处理的陶瓷和环氧树脂层之间的硅烷偶联剂202，与应用缓冲层时使用的物理接触方式不同，因为通过硅烷偶联剂的双重反应结构而环氧树脂和陶瓷以及陶瓷表面的釉进行化学反应形成结合环，所以通过两种材料之间的化学结合可使两种材料粘合。其并非应用现有缓冲层时的单纯机械粘接构造，而是化学结合构造，所以不发生由于粘合部分剥离引起的部分放电产生和界面绝缘被破坏的电方面问题。

优选上述硅烷偶联剂是用以下化学式1所表示的氢化系列的化合物。用上述化学式1所表示的硅烷偶联剂，具有在一个分子中能与有机物反应的有机作用基团以及能与无机物反应的水解性烷氧基。

[化学式1]

从上述化学式1可看出，硅烷偶联剂由于在一个分子中具有两个以上的不同反应基，因此可同时进行两种反应。其中上述一个反应基是与有机质材料(各种合成树脂)进行化学结合的有机反应基团(乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯基、巯基等)，另一个反应基是与无机质材料(玻璃、金属、沙等)进行化学结合的水解性烷氧基(甲氧基、乙氧基等)。因此，可以作为连接一般最难连接的有机质材料和无机质材料的粘合剂使用。

将涉及的硅烷偶联剂用于环氧树脂成形真空灭弧室的制造时，可以应用前处理法(优先处理无机填充材料)或整体掺混(integral blend)法(添加树脂构成物)等任何一种，但在本发明中作为前处理法，利用了在真空灭弧室表面对硅烷偶联剂进行处理、直接成形环氧树脂的方式。该直接成形方式，即使不形成现有的缓冲层也可使真空灭弧室表面和环氧树脂的粘合性提高、从而能够大大提高机械强度以及部分放电等电特性。

图4为表示本发明另一实施方式的真空灭弧室，在陶瓷绝缘外壳301和环氧树脂绝缘层302之间形成的突起层400的详细构造图。上述突起层400是在使用硅烷偶联剂的环氧树脂成形真空灭弧室中、为使上述硅烷偶联剂的粘合力进一步提高而设置的，通过对表面形成有釉层303的陶瓷绝缘外壳301的外部进行喷砂处理，在陶瓷绝缘外壳301的表面形成了突起400，从而极力增大了上述硅烷偶联剂202的反应面积。

上述喷砂处理是用空气喷射硅砂、陶瓷、金属等粒子对表面进行加工的方法。在本发明的喷砂处理中，优选使用30～60筛目的硅砂或陶瓷粒子。而且，根据使用粒子的大小而改变所需的时间，但优选以每个为3分钟左右的时间进行处理。

通过上述喷砂处理，形成在陶瓷绝缘外壳表面的突起层400，由于两种材料之间的界面构造具有微细的多方向性，因此能够大幅度提高使用硅烷偶联剂的环氧树脂成形真空灭弧室的粘合力。

Claims (7)

1、一种真空灭弧室，其特征在于，

包括，具备与外侧相连的上部导体以及下部导体的陶瓷绝缘外壳；在所述绝缘外壳的外表面成形的釉层；在所述釉层的外表面涂布硅烷偶联剂而形成的硅烷偶联剂层；在所述硅烷偶联剂层的外表面成形的环氧树脂绝缘层，

所述硅烷偶联剂层与所述釉层以及所述环氧树脂绝缘层进行化学结合。

2、一种真空灭弧室，其特征在于，

包括，具备与外侧相连的上部导体以及下部导体的陶瓷绝缘外壳；在所述绝缘外壳的外表面成形的釉层；对所述釉层的外表面进行喷砂处理而形成的突起层；在所述突起层的外表面涂布硅烷偶联剂而形成的硅烷偶联剂层；在所述硅烷偶联剂层的外表面成形的环氧树脂绝缘层，

所述硅烷偶联剂层与所述釉层以及所述环氧树脂绝缘层进行化学结合。

3、根据权利要求1或2所述的真空灭弧室，其特征在于，在所述陶瓷绝缘外壳的所述上部导体以及下部导体的外表面上，涂布所述硅烷偶联剂。

4、根据权利要求1或2所述的真空灭弧室，其特征在于，所述硅烷偶联剂是用以下的化学式1表示的化合物，

[化学式1]

在所述化学式1中，R为具有反应基的、碳数为1～15的脂肪族或芳香族的碳氢化合物；n是1～10的整数；X是碳数为1～15的脂肪族或芳香族的烷氧基。

5、根据权利要求1或2所述的真空灭弧室，其特征在于，所述环氧树脂绝缘层含有作为尺寸稳定剂的二氧化硅。

6、一种真空灭弧室的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

准备陶瓷绝缘外壳的工序；

在所述陶瓷绝缘外壳的外表面进行釉处理，从而形成釉层的工序；

在所述釉层的外表面上涂布硅烷偶联剂，从而形成硅烷偶联剂层的工序；

在所述硅烷偶联剂层的外表面上，成形环氧树脂绝缘层的工序。

7、一种真空灭弧室的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

准备陶瓷绝缘外壳的工序；

在所述陶瓷绝缘外壳的外表面进行釉处理，从而形成釉层的工序；

对所述釉层的外表面进行喷砂处理，从而形成突起层的工序；

在所述突起层的外表面上涂布硅烷偶联剂，从而形成硅烷偶联剂层的工序；

在所述硅烷偶联剂层的外表面上，成形环氧树脂绝缘层的工序。

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