ES2354242T3 - Interruptor de vacío. - Google Patents
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Abstract
Interruptor de vacío que comprende: una carcasa (301) aislante de material cerámico dotada de un conductor superior y un conductor inferior conectados con el exterior; una capa (303) de esmalte formada en la superficie exterior de la carcasa aislante; una capa (202) de agente de acoplamiento de silano formada recubriendo con un agente de acoplamiento de silano la superficie exterior de la capa de esmalte; y una capa (302) de aislamiento de resina epoxídica moldeada en la superficie exterior de la capa de agente de acoplamiento de silano, en el que la capa de agente de acoplamiento de silano está acoplada químicamente con la capa de esmalte y la capa de aislamiento de resina epoxídica.
Description
Interruptor de vacío.
La presente solicitud se basa en, y reivindica
prioridad sobre, la solicitud coreana número
10-2007-0037949 presentada el 18 de
abril de 2007, cuya descripción se incorpora en el presente
documento como referencia en su totalidad.
La siguiente descripción se refiere generalmente
a un interruptor de vacío.
En disyuntores de vacío se realizan una
conmutación de carga y una interrupción de la corriente por fallo
en un estado de vacío dentro de un interruptor de vacío, pero se
realiza un aislamiento externo para el interruptor de vacío en
diversos medios. El interruptor de vacío puede aislarse con aire
como en un disyuntor de vacío (VCB, vacuum circuit breaker),
puede aislarse con aceite que rodea el interruptor de vacío como en
un disyuntor en aceite (OCB oil circuit breaker) o puede
aislarse usando gas SF_{6} como en un conmutador de alta presión.
Sin embargo, estos métodos de aislamiento tienen diversas
deficiencias.
El método de aislamiento con aire como en el VCB
no puede usarse debido a la baja rigidez dieléctrica del aire,
cuando se requiere una alta tensión de salto. Recientemente, el
aceite tal como se usa en el OCB apenas se usa debido al peligro de
explosión del aceite. Mientras tanto, puede usarse el gas SF_{6}
tal como se usa en el conmutador de alta presión cuando se requiere
una alta tensión de salto y no tiene ningún peligro de explosión
del aceite, pero está sujeto a regulación en un aspecto
medioambiental.
Debido a los motivos anteriores, se usan
recientemente métodos de aislamiento sólido, particularmente un
método de aislamiento sólido integral en el que el interruptor de
vacío se inserta en una resina epoxídica cuando se moldea la resina
epoxídica.
Sin embargo, cuando el interruptor de vacío
aislado mediante el método de aislamiento sólido se moldea con la
resina epoxídica, se generan variaciones en las propiedades
mecánicas y eléctricas del interruptor de vacío mediante la
adhesividad de caras de unión entre la resina epoxídica y placas de
fijación superior e inferior o un material cerámico de una válvula
de vacío. Si las caras de unión son del mismo material, las
variaciones en las propiedades mecánicas y eléctricas pueden
resolverse maximizando un poder adhesivo en una fase inicial de la
fabricación del interruptor de vacío. Sin embargo, dado que el metal
o material cerámico para formar el interruptor de vacío y el epoxi
moldeado de modo que rodee al metal o material cerámico son
materiales diferentes, una superficie de contacto puede agrietarse
o separarse debido a una diferencia en el coeficiente de expansión
térmica provocada por propiedades físicas diferentes cuando se
fabrica y se usa el interruptor de vacío. Para complementar esta
deficiencia, se ha empleado una capa amortiguadora de caucho.
La figura 1 ilustra una vista en sección
vertical de una estructura interna de un interruptor de vacío
convencional moldeado con una resina epoxídica. Tal como se muestra
en la figura 1, un aislante 103 sólido tal como una resina
epoxídica se moldea en la parte exterior de un interruptor 101 de
vacío, y una capa 102 amortiguadora de material de caucho para
absorber la tensión térmica debido a la diferencia en el coeficiente
de expansión térmica entre un material 104 cerámico y el epoxi 103
se forma en la superficie exterior del interruptor 101 de vacío.
Sin embargo, la capa 102 amortiguadora puede aumentar una fuerza de
contacto mecánica entre la carcasa 104 aislante de material
cerámico y la capa 103 epoxídica ayudando a un contacto físico
estanco entre el material 104 cerámico y el epoxi 103, pero puede
existir, aunque mínimamente, una separación de superficies de
contacto entre la capa 104 de material cerámico y la capa 102
amortiguadora y la capa 103 epoxídica. Además, un defecto tal como
un hueco en la superficie de contacto debe eliminarse completamente
puesto que la capa 102 amortiguadora está en contacto completamente
estanco con la parte exterior del interruptor 101 de vacío en
correspondencia con la forma exterior del interruptor 101 de vacío,
pero existe una posibilidad de que, en el caso de aplicar la capa
102 amortiguadora en forma de tubo, puede generarse el defecto
puesto que la capa 102 amortiguadora puede no llenarse
completamente en las partes irregulares tales como una parte de
unión entre la parte metálica y el material cerámico. Y, cuando se
recubre el interruptor de vacío con material de caucho en fase
acuosa o de gel, también existe una posibilidad de que se genere el
hueco dentro de la capa 102 amortiguadora.
En el interruptor de vacío tal como se describió
anteriormente, puede generarse un defecto tal como un hueco en el
procedimiento de formación de la capa amortiguadora en la
fabricación inicial y también puede generarse este defecto por un
impacto de funcionamiento mecánico durante su uso o en el
procedimiento de expansión y contracción debido a la variación de
temperatura. En otras palabras, se requieren procedimientos
adicionales para formar la capa amortiguadora durante el
procedimiento de moldeado del interruptor de vacío con el epoxi, y
también se utiliza otro procedimiento adicional y se consumen costes
para fabricar la capa amortiguadora.
Tal separación entre las superficies de contacto
o el hueco dentro de la capa se convierte en un factor que
disminuye una propiedad de descarga parcial del interruptor de vacío
moldeado con epoxi y por tanto aumenta más la posibilidad de
generación de descarga parcial y arborescencia eléctrica en la
resina epoxídica. Por tanto, existe una deficiencia de que se
disminuye la fiabilidad para una propiedad de aislamiento de la
resina epoxídica en el uso a largo plazo del interruptor de
vacío.
El documento
EP-A-1 343 233 da a conocer un
interruptor de vacío similar, que sin embargo carece de una capa de
esmalte.
Un objeto de la presente descripción es
proporcionar un interruptor de vacío, que tiene propiedades
mecánicas y eléctricas superiores y puede reducir un coste de
fabricación aplicando un tratamiento de superficie de contacto
novedoso sin una capa amortiguadora de material de caucho en el
interruptor de vacío moldeado con resina
epoxídica.
epoxídica.
En un aspecto general, un interruptor de vacío
comprende: una carcasa aislante de material cerámico dotada de un
conductor superior y un conductor inferior conectados con el
exterior; una capa de esmalte formada en la superficie exterior de
la carcasa aislante; una capa de agente de acoplamiento de silano
formada recubriendo con un agente de acoplamiento de silano la
superficie exterior de la capa de esmalte; y una capa de aislamiento
de resina epoxídica moldeada en la superficie exterior de la capa
de agente de acoplamiento de silano, en el que la capa de agente de
acoplamiento de silano está acoplada químicamente con la capa de
esmalte y la capa de aislamiento de resina
epoxídica.
epoxídica.
En otro aspecto general, un interruptor de vacío
comprende: una carcasa aislante de material cerámico dotada de un
conductor superior y un conductor inferior conectados con el
exterior; una capa de esmalte formada en la superficie exterior de
la carcasa aislante; una capa en relieve formada tratando con chorro
de arena la superficie exterior de la capa de esmalte; una capa de
agente de acoplamiento de silano formada recubriendo con un agente
de acoplamiento de silano la superficie exterior de la capa en
relieve; y una capa de aislamiento de resina epoxídica moldeada en
la superficie exterior de la capa de agente de acoplamiento de
silano, en el que la capa de agente de acoplamiento de silano está
acoplada químicamente con la capa de esmalte y la capa de
aislamiento de resina epoxídica.
Preferiblemente, el agente de acoplamiento de
silano recubre las superficies exteriores del conductor superior y
el conductor inferior de la carcasa aislante de material
cerámico.
Preferiblemente, el agente de acoplamiento de
silano es un compuesto representado por la siguiente fórmula
química 1:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
en la que, R es un grupo de
reacción de hidrocarburo aromático o alifático C_{1} \sim
C_{15} que tiene un número de carbonos de 1 a 15, n es un número
entero de 1 \sim 10, X es grupo alcoxilo aromático o alifático
C_{1} \sim C_{15} que tiene un número de carbonos de 1 a
15.
Preferiblemente, la capa de aislamiento de
resina epoxídica incluye sílice como estabilizador dimensional.
Aún en otro aspecto general, un método para
fabricar un interruptor de vacío comprende: preparar una carcasa
aislante de material cerámico; tratar con un esmalte la superficie
exterior de la carcasa aislante de material cerámico para formar
una capa de esmalte; recubrir con un agente de acoplamiento de
silano la superficie exterior de la capa de esmalte para formar una
capa de agente de acoplamiento de silano; y moldear una capa de
aislamiento de resina epoxídica en la superficie exterior de la
capa de agente de acoplamiento de silano.
Todavía en otro aspecto general, un método para
fabricar un interruptor de vacío comprende: preparar una carcasa
aislante de material cerámico; tratar con un esmalte la superficie
exterior de la carcasa aislante de material cerámico para formar
una capa de esmalte; tratar con chorro de arena la parte exterior de
la capa de esmalte para formar una capa en relieve; recubrir con un
agente de acoplamiento de silano la superficie exterior de la capa
en relieve para formar una capa de agente de acoplamiento de silano;
y moldear una capa de aislamiento de resina epoxídica en la
superficie exterior de la capa de agente de acoplamiento de
silano.
La figura 1 ilustra una vista en sección
vertical de una estructura interna de un interruptor de vacío
convencional moldeado con una resina epoxídica.
La figura 2 ilustra una vista en sección
vertical de una estructura interna de un interruptor de vacío.
La figura 3 ilustra una vista estructural de una
estructura detallada entre una carcasa aislante de material
cerámico y una capa de aislamiento de resina epoxídica del
interruptor de vacío según una realización de la presente
invención.
invención.
La figura 4 ilustra una vista estructural de una
estructura detallada entre una carcasa aislante de material
cerámico y una capa de aislamiento de resina epoxídica del
interruptor de vacío según otra realización de la presente
invención.
invención.
Ahora se describirán en detalle implementaciones
a modo de ejemplo de la presente descripción inventiva con
referencia a los dibujos adjuntos. En esta solicitud, el uso del
singular incluye el plural a menos que se indique específicamente
lo contrario. Además, el uso de la expresión "que incluye", así
como otras formas, tales como "incluye" e "incluido", no
es limitativo. Siempre que sea posible, los mismos números de
referencia se usarán en todos los dibujos para hacer referencia a
partes similares o iguales.
La figura 2 ilustra una vista en sección
vertical de una estructura interna de un interruptor de vacío, que
no forma parte de la presente invención. Más específicamente, la
figura 2 ilustra una estructura en la que un agente de acoplamiento
de silano recubre las superficies de una carcasa 203 aislante de
material cerámico de un interruptor de vacío y después una resina
epoxídica se moldea sobre el mismo mediante un moldeo por
gelificación a presión. El interruptor de vacío de la figura 2
incluye estructuralmente el material 203 cerámico, una superficie
202 de recubrimiento de un agente de acoplamiento de silano y una
capa 201 de aislamiento de resina epoxídica. La fabricación del
interruptor de vacío moldeado con epoxi de la figura 2 se implementa
en secuencia de limpiar el interruptor de vacío, recubrir con el
agente de acoplamiento de silano la superficie exterior del
interruptor de vacío, precalentar el interruptor de vacío, colocar
el interruptor de vacío en un molde, moldear el interruptor de
vacío y endurecer posteriormente el interruptor de vacío moldeado.
En este momento, el recubrimiento del agente de acoplamiento de
silano puede implementarse antes o tras el precalentamiento. El
agente de acoplamiento de silano puede recubrirse mediante cualquier
método incluyendo pulverización, aplicación con brocha o
similares.
La adhesión mediante el agente 202 de
acoplamiento de silano no es un contacto físico existiendo una capa
amortiguadora de caucho, sino un acoplamiento químico entre el
epoxi, es decir una materia orgánica y un material cerámico o
metal, es decir una materia inorgánica. Por tanto, una diferencia en
la tasa de contracción generada por una diferencia en un
coeficiente de expansión térmica entre las caras de unión del epoxi
y el material cerámico o metal puede cancelarse considerablemente a
través de tal acoplamiento químico. Además, la capa de aislamiento
de resina epoxídica puede incluir material cerámico a base de sílice
como estabilizador dimensional, pudiendo de ese modo reducir más
las deficiencias provocadas por la diferencia en el coeficiente de
expansión térmica entre la carcasa aislante de material cerámico y
la capa de aislamiento de resina epoxídica.
Además, el agente de acoplamiento de silano
puede recubrir no sólo la parte de material cerámico del interruptor
de vacío sino también las partes 204 de conductor de las partes
superior e inferior del interruptor de vacío, pudiendo de ese modo
aumentar un poder adhesivo en las partes de conductor.
La figura 3 ilustra una vista estructural de una
capa 303 de esmalte tratada entre una carcasa 301 aislante de
material cerámico y una capa 302 de aislamiento de resina epoxídica
del interruptor de vacío según una realización de la presente
invención. La carcasa 203 aislante de material cerámico del
interruptor de vacío usada en la presente invención está tratada
preferiblemente con esmalte en la superficie. La capa 303 de esmalte
en la superficie de la carcasa aislante de material cerámico actúa
para impedir la contaminación tal como humedad, polvo y similares
en la superficie del material cerámico y actúa como un sello para
mantener un alto vacío, que es una de las funciones más importantes
del interruptor de vacío. El esmalte recubre preferiblemente, pero
no se limita particularmente a, en un espesor de 100 \mum la
superficie del material 301 cerámico. La carcasa aislante de
material cerámico recubierta con el esmalte se seca en estufa a de
1300 a 1400ºC de manera que el esmalte puede penetrar en la capa de
material cerámico. Por tanto, la capa 303 de esmalte formada
recubriendo con el esmalte tiene una capa que se impregna en el
interior del material cerámico. Como tal, mediante la capa 303 de
esmalte que recubre y que se impregna en la superficie del material
cerámico, la carcasa 301 aislante de material cerámico puede
mantenerse a alto vacío. Dado que el esmalte que recubre la parte
exterior de la carcasa 301 de material cerámico contiene
principalmente silicio como material cerámico, puede reaccionar
fácilmente con el grupo de reacción del agente de acoplamiento
de
silano.
silano.
En otras palabras, el interruptor de vacío de la
presente invención se forma completamente recubriendo con el agente
202 de acoplamiento de silano la capa 303 de esmalte tratada en la
superficie de material cerámico del interruptor de vacío y entonces
moldeando la resina 302 epoxídica sobre el mismo. Por tanto, el
agente 202 de acoplamiento de silano que tiene el grupo de reacción
que se acopla a la materia inorgánica a base de silicio también
reacciona fácilmente con la capa 303 de esmalte hialina en la parte
exterior de la carcasa 301 de material cerámico.
Tal como se describió anteriormente, a
diferencia de la capa amortiguadora convencional que usa el contacto
físico, el agente 202 de acoplamiento de silano entre el material
cerámico tratado con esmalte y la capa de resina epoxídica adhiere
dos materiales a través del acoplamiento químico entre los dos
materiales dado que el agente de acoplamiento de silano reacciona
químicamente, debido a su doble estructura de reacción, con la
resina epoxídica, el material cerámico y el esmalte en la superficie
de material cerámico para formar un anillo de unión. Éste no es el
simple contacto estanco mecánico en el caso de que se aplique la
capa amortiguadora existente, sino el acoplamiento químico. Por
tanto, no provoca deficiencias eléctricas tales como la generación
de una descarga parcial o destrucción de un aislamiento de
superficies de contacto debido a la separación de la parte de
unión.
El agente de acoplamiento de silano es
preferiblemente un compuesto de hidruro de silicio representado por
la siguiente fórmula química 1. El agente de acoplamiento de silano
representado por la fórmula química 1 tiene tanto el grupo
funcional orgánico que puede reaccionar con materias orgánicas como
un grupo alcoxilo hidrolizable que puede reaccionar con materias
inorgánicas en una sola molécula.
El agente de acoplamiento de silano con silicio
realiza dos reacciones simultáneamente dado que tiene, tal como
puede encontrarse en la fórmula química 1, más de dos grupos de
reacción diferentes en una sola molécula. Uno de los grupos de
reacción es el grupo de reacción orgánico (grupo vinilo, grupo
epóxido, grupo amino, grupo metacrílico, grupo mercapto, etc.) que
se une químicamente con materiales orgánicos (resinas sintéticas) y
el otro es el grupo alcoxilo hidrolizable (grupo metoxilo, grupo
etoxilo, etc.) que se une químicamente con materiales inorgánicos
(vidrio, metal, arena, etc.). Por tanto, puede usarse como un agente
de acoplamiento para conectar un material orgánico y un material
inorgánico que generalmente son difíciles de conectar entre sí.
Es posible cualquier método que incluya un
método de tratamiento previo (se trata previamente un agente de
relleno inorgánico), un método de combinación integral (añadido a la
estructura de resina) o similares cuando se usa el agente de
acoplamiento de silano en la fabricación del interruptor de vacío
moldeado con resina epoxídica. Sin embargo, en la presente
invención, la superficie del interruptor de vacío se trata con el
agente de acoplamiento de silano mediante el método de tratamiento
previo y la resina epoxídica se moldea directamente sobre el mismo.
Este método de moldeo directo mejora la adhesividad entre la
superficie del interruptor de vacío y la resina epoxídica sin la
formación de una capa amortiguadora convencional, pudiendo de ese
modo mejorar significativamente la resistencia mecánica y una
propiedad eléctrica tal como una prevención de descarga
parcial.
La figura 4 ilustra una vista estructural
detallada de una capa 400 en relieve formada entre la carcasa 301
aislante de material cerámico y la capa 302 de aislamiento de resina
epoxídica del interruptor de vacío según otra realización de la
presente invención. La capa 400 en relieve es para mejorar más el
poder adhesivo del agente de acoplamiento de silano en el
interruptor de vacío moldeado con epoxi que usa el agente de
acoplamiento de silano. En otras palabras, la parte exterior de la
carcasa 301 aislante de material cerámico cuya superficie se forma
con la capa 303 de esmalte sobre la misma, se trata con chorro de
arena para formar los relieves 400 en la superficie de la carcasa
301 aislante de material cerámico, maximizando de ese modo el área
de reacción del agente 202 de acoplamiento de silano.
El tratamiento con chorro de arena es un método
para tratar una superficie disparando partículas de sílice,
material cerámico, metal o similares. En el tratamiento con chorro
de arena de la presente invención, es preferible usar partículas de
material cerámico o sílice de 30 a 60 de malla. Además, aunque el
tiempo requerido para el tratamiento con chorro puede variar según
el tamaño de las partículas usadas, el tratamiento con chorro se
completa preferiblemente en aproximadamente tres minutos para cada
interruptor de vacío.
En la capa 400 en relieve formada en la
superficie de la carcasa aislante de material cerámico mediante el
tratamiento con chorro de arena, una estructura de superficie de
contacto entre los dos materiales hace que tenga diversas
directividades, pudiendo de ese modo mejorar significativamente el
poder adhesivo del interruptor de vacío moldeado con epoxi que usa
el agente de acoplamiento de silano.
Por tanto, la presente descripción novedosa
tiene una ventaja porque se mejora la adhesividad entre la
superficie del interruptor de vacío y la resina epoxídica sin la
capa amortiguadora convencional aplicando un moldeo directo de la
capa de aislamiento de epoxi y garantizando una propiedad adhesiva
superior, de ese modo mejorando significativamente la resistencia
mecánica y la propiedad eléctrica tal como la descarga parcial, etc.
Además, la presente descripción novedosa tiene una ventaja porque
se elimina el fenómeno de separación y se minimiza la generación de
un hueco mediante el aumento de la adhesividad de la superficie de
contacto, presentando de ese modo un aumento de la tensión de
extinción de la descarga parcial en más del 50% en comparación con
la capa amortiguadora de silicio existente de la fase de gel.
Aunque el presente concepto novedoso se ha
descrito con referencia a las implementaciones ilustrativas
particulares, no debe limitarse por esas implementaciones sino sólo
por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Interruptor de vacío que comprende: una
carcasa (301) aislante de material cerámico dotada de un conductor
superior y un conductor inferior conectados con el exterior; una
capa (303) de esmalte formada en la superficie exterior de la
carcasa aislante; una capa (202) de agente de acoplamiento de silano
formada recubriendo con un agente de acoplamiento de silano la
superficie exterior de la capa de esmalte; y una capa (302) de
aislamiento de resina epoxídica moldeada en la superficie exterior
de la capa de agente de acoplamiento de silano, en el que la capa
de agente de acoplamiento de silano está acoplada químicamente con
la capa de esmalte y la capa de aislamiento de resina
epoxídica.
2. Interruptor de vacío que comprende: una
carcasa (301) aislante de material cerámico dotada de un conductor
superior y un conductor inferior conectados con el exterior; una
capa (303) de esmalte formada en la superficie exterior de la
carcasa aislante; una capa (400) en relieve formada tratando con
chorro de arena la superficie exterior de la capa de esmalte; una
capa (202) de agente de acoplamiento de silano formada recubriendo
con un agente de acoplamiento de silano la superficie exterior de
la capa en relieve; y una capa (302) de aislamiento de resina
epoxídica moldeada en la superficie exterior de la capa de agente de
acoplamiento de silano, en el que la capa de agente de acoplamiento
de silano está acoplada químicamente con la capa de esmalte y la
capa de aislamiento de resina epoxídica.
3. Interruptor de vacío según la reivindicación
1, en el que el agente de acoplamiento de silano recubre las
superficies exteriores del conductor superior y el conductor
inferior de la carcasa aislante de material cerámico.
4. Interruptor de vacío según la reivindicación
1, en el que el agente de acoplamiento de silano es un compuesto
representado por la siguiente fórmula química 1:
en la que, en la fórmula química 1,
R es hidrocarburo aromático o alifático C_{1} \sim C_{15} que
incluye un grupo de reacción, n es un número entero de 1 \sim 10,
X es grupo alcoxilo aromático o alifático C_{1} \sim
C_{15}.
5. Interruptor de vacío según la reivindicación
1, en el que la capa de aislamiento de resina epoxídica incluye
sílice como estabilizador dimensional.
6. Método para fabricar un interruptor de vacío
según la reivindicación 1, que comprende: preparar una carcasa
(301) aislante de material cerámico, tratar con un esmalte la
superficie exterior de la carcasa aislante de material cerámico
para formar una capa (303) de esmalte; recubrir con un agente de
acoplamiento de silano la superficie exterior de la capa de esmalte
para formar una capa (202) de agente de acoplamiento de silano; y
moldear una capa (302) de aislamiento de resina epoxídica en la
superficie exterior de la capa de agente de acoplamiento de
silano.
7. Método para fabricar un interruptor de vacío
según la reivindicación 2, que comprende: preparar una carcasa
(301) aislante de material cerámico; tratar con un esmalte la
superficie exterior de la carcasa aislante de material cerámico
para formar una capa (303) de esmalte; tratar con chorro de arena la
parte exterior de la capa de esmalte para formar una capa (400) en
relieve; recubrir con un agente de acoplamiento de silano la
superficie exterior de la capa en relieve para formar una capa (202)
de agente de acoplamiento de silano; y moldear una capa (302) de
aislamiento de resina epoxídica en la superficie exterior de la capa
de agente de acoplamiento de silano.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Families Citing this family (7)
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