Патент на изобретение №2355063

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЮСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ДЛЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ, А ТАКЖЕ ПОЛЮСНАЯ ДЕТАЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу изготовления полюсных деталей выключателя или блоков конструктивных элементов из полимеров для низковольтных распределительных устройств, распределительных устройств среднего напряжения и высоковольтных распределительных устройств, а также к самой полюсной детали выключателя вакуумной дугогасительной камеры с внешней изоляционной оболочкой. Чтобы получить упрощенную технологию изготовления с более высокой вариативностью в свойствах материала, в соответствии с изобретением предложено внешнюю изоляционную оболочку изготавливать способом заливки полимера под давлением, а вакуумную камеру облицовывать методом экструзии при давлении Р80 бар. Техническим результатом изобретения является предотвращение возможного образования трещин облицовки из эпоксидной смолы после заливки или при знакопеременной термической нагрузке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу изготовления полюсных деталей выключателя для низковольтных выключателей и распределительных устройств, выключателей и распределительных устройств среднего напряжения и высоковольтных выключателей и распределительных устройств, а также к самой полюсной детали выключателя в соответствии с ограничительной частью пунктов 1 и 11 формулы изобретения.

Полюсные детали выключателей или блоки конструктивных элементов из полимеров ранее описанного типа включают в себя вакуумные дугогасительные камеры, которые заделываются в изоляционный материал или же заливаются им. Сами вакуумные дугогасительные камеры (VK) состоят, в основном, из керамического материала (изолятора), который, как правило, выполнен цилиндрическим и на концах в большинстве случаев закрыт металлическими крышками. На подвижной стороне или на подвижных сторонах на крышке расположен сильфон, который делает возможным движение одного или же обоих контактов через токоподвод внутри вакуумной дугогасительной камеры. Токоподвод через тягу привода направляется таким образом, что контакты внутри вакуума вакуумной дугогасительной камеры VK могут открываться или закрываться. Как уже сказано, внутри вакуумных дугогасительных камер находится вакуумная среда для обеспечения максимально быстрого гашения возникающей при включении и выключении электрической дуги.

Из DE 102004060274, DE 10249615 и US 3955167 известны выключатели с вакуумными дугогасительными камерами, снабженные изолирующей заливкой, в частности заливкой из эпоксидной смолы. Заливка осуществляется, как известно, при давлении максимум 6 бар, однако этот вид заливки с последующим залечиванием эпоксидной смолы длится несколько часов и тем самым является весьма трудоемким.

Эти вакуумные дугогасительные камеры обычно заливаются термореактивной смесью эпоксидных смол (соответственно при меньшем внешнем давлении), которая способствует повышению диэлектрического внешнего сопротивления вакуумной дугогасительной камеры и берет на себя механические функции. Далее, вакуумная дугогасительная камера может покрываться обладающим эластичностью резины материалом также для повышения диэлектрического внешнего сопротивления.

Керамический изолятор вакуумной дугогасительной камеры, а также залитая эпоксидная смола имеют, однако, явно различные коэффициенты теплового расширения, следствием чего является то обстоятельство, что если вакуумные дугогасительные камеры заливаются непосредственно в эпоксидную смолу, то эта оболочка из эпоксидной смолы при соответствующей термической знакопеременной нагрузке останется склонной к образованию трещин. К тому же процесс изготовления согласован с заливаемым материалом литьевой смолы. Время изготовления (цикл) каждого конструктивного элемента, изготовленного, к примеру, способом вакуумной заливки или способом гелеобразования под давлением, длится достаточно долго, до отверждения конструктивного элемента и его выемки.

Для устранения возможного образования трещин в уровне техники предусмотрено вводить так называемый демпфирующий слой или компенсационный слой для уравнивания этих различных коэффициентов теплового расширения между поверхностью вакуумной дугогасительной камеры и оболочкой из эпоксидной смолы. Для этого, чаще всего, используются такие эластомеры, как резина или эбонитовые материалы, которые выполнены в виде манжет или заливаются заранее и помещаются поверх вакуумных дугогасительных камер, прежде чем последние будут поданы в соответствующую литейную форму и залиты эпоксидной смолой (в большинстве случаев с наполнителем). Упомянутый выше компенсационный слой заливается при этом совместно в образующееся соединение.

Этот, в сущности, предпочтительный способ изготовления предотвращает возможное образование трещин облицовки из эпоксидной смолы после заливки или при знакопеременной термической нагрузке.

Изготовление облицовки из эпоксидной смолы как таковой остается, однако, крайне дорогостоящим.

Поэтому в основе изобретения лежит задача усовершенствовать способ изготовления полюсных деталей вакуумной дугогасительной камеры в том отношении, чтобы способ изготовления, в сущности, стал проще и чтобы изготовленная таким образом полюсная деталь выключателя отвечала всем техническим требованиям, и чтобы в распоряжение предоставлялась надлежащая полюсная деталь выключателя.

Поставленная задача решается способом согласно пункта 1 формулы изобретения.

Другие предпочтительные варианты осуществления указаны в зависимых пунктах 2-10 формулы изобретения.

Применительно к полюсной детали выключателя поставленная задача решается в соответствии с изобретением посредством пункта 11 формулы изобретения.

Другие предпочтительные варианты осуществления указаны в остальных зависимых пунктах формулы изобретения.

Суть изобретения в соответствии со способом состоит в том, что внешняя изоляционная оболочка изготавливается способом заливки полимера под давлением, а вакуумная камера облицовывается экструзией. При этом особенность заключается в применении технологии заливки под давлением. При этом она основательно разграничивается с технологией заливки под давлением эпоксидной смолы. При заливке полимера под давлением обычно используются давления порядка величин свыше 80 бар. Температуры процесса составляют примерно 160°С. При таких условиях, в частности при таких давлениях, до сих пор избегали производить заливку вакуумной дугогасительной камеры из-за того, что, во-первых, состоящая, в основном, из керамического материала вакуумная дугогасительная камера не смогла бы выдержать такого давления, а во-вторых, по меньшей мере, одна вакуумная дугогасительная камера после этого не могла бы более иметь достаточную вакуумную среду. Первые рассуждения на этот счет и, в особенности, практические опыты показали, однако, что это возможно вопреки техническим ожиданиям.

Тем самым открываются многогранные возможности технологии изготовления. Среди прочего также и то, что достигаемые, в целом, посредством использования полимера изоляционные и диэлектрические свойства оптимальны. Особенно предпочтительным является, однако, поведение при тепловом расширении таким образом обрабатываемых и используемых полимеров. Таким образом, изготовленная в процессе заливки полимера под давлением оболочка вакуумной дугогасительной камеры кумулятивно выполняет все требования, и, сверх того, регулируемые теперь параметры материала предельно разнообразны и соответствуют техническим требованиями.

За счет применения предлагаемой в изобретении технологии открываются, сверх того, некоторые возможности и при вариации используемых материалов.

При этом теперь может использоваться множество известных термопластов. В этом отношении имеют место значительные отличия от заливки под давлением эпоксидной смолы, так как это специальный дуропласт.

Под термопластами понимается большинство современных способных подвергаться процессу заливки под давлением полимеров. За счет привлечения в соответствии с изобретением теперь и термопластов, изоляционные оболочки для вакуумных дугогасительных камер могут теперь технически индивидуально соответствовать всем возможным условиями. Это невозможно при использовании эпоксидных смол или же возможно лишь в ограниченных пределах.

Далее посредством указанного способа могут обрабатываться дуропласты. При этом акцент делается в соответствии с изобретением на технологии заливки под давлением. Эти технологии отличаются от традиционной заливки эпоксидной смолы.

Посредством способа в соответствии с изобретением с указанной целью могут также обрабатываться материалы, обладающие эластичностью резины.

При способе в соответствии с изобретением также может быть предусмотрено наслаивание полимера на конструктивную деталь или блок, которое покрывает их компенсационным слоем.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения указано, что для достижения хороших адгезионных свойств в зоне одного или нескольких пограничных слоев помещается промотор адгезии. За счет последнего обеспечивается длительное сцепление поверхностей друг с другом, что особенно важно при изоляции с точки зрения диэлектрики.

Хорошая адгезия может быть достигнута также за счет того, что, к примеру, посредством метода погружения, напыления, лакирования или плазменной обработки граничные поверхности могут быть легированы, так что создается достаточно хорошая адгезия на граничных поверхностях.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения указано, что изоляционная оболочка конструктивного элемента выключателя состоит, по меньшей мере, из двух полимерных слоев, которые наносятся один за другим. Тем самым образуется композиционный материал, который подходящим образом может быть приведен в соответствие с особыми требованиями. У полюсных деталей выключателя это возможно осуществить теперь особо простым способом посредством использования в соответствии с изобретением технологии заливки полимера под давлением.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения указано, что сначала на конструктивный элемент и, соответственно, вакуумную камеру, на которые разбрызгивается полимер, наносится эластичный слой и далее наносятся другие слои из полимера.

В следующем предпочтительном варианте осуществления изобретения указано, что для уравнивания коэффициентов расширения изоляционной оболочки и материала вакуумной дугогасительной камеры перед подачей на заливку под давлением полимер смешивается с присадками, такими как частицы, шарики, полые шарики или волокна из керамических материалов или стекла. Посредством данных присадок очень простым способом могут придаваться индивидуальные свойства материалам.

Технологически особенно прогрессивно то, что полюсные детали выключателя теперь заливаются способным подвергаться заливке под давлением термореактивным полимером. Если выбираются соответствующие полимеры (также и с наполнителями: частицами и/или волокнами), то они также могут иметь коэффициент теплового расширения, сравнимый с коэффициентом теплового расширения используемого металла или керамического материала. К полимерам, обрабатываемым посредством технологии заливки под давлением, относятся: сыпучие материалы, влажные прессовочные массы и проч.

При этом особенно удивительным в соответствии с изобретением является вообще возможность покрытия вакуумной дугогасительной камеры, которая, в основном, состоит из керамического материала, в условиях заливки полимера под давлением. Возникающие в процессе заливки полимера под давлением параметры показывают чрезмерно повышенное нагружение вакуумной дугогасительной камеры. При этом работа производится совсем по-другому, чем при заливке под давлением эпоксидной смолы, с нагружением давлением более чем в 100 бар.

Длительные опыты показали, однако, что это возможно без повреждения вакуумной дугогасительной камеры.

При использовании такого рода масс выявляется, что в отличие от эпоксидной смолы, из-за подобия коэффициентов теплового расширения теперь дополнительно также может быть подобран очень тонкий компенсационный слой (к примеру, промотор) для обеспечения диэлектрически непроницаемой дуги. В простейшем случае, однако, компенсационный слой не подбирается.

Знакопеременные термические нагрузки более не приводят теперь к растрескиванию оболочки заливки. Заливочные массы из вышеуказанных термореактивных материалов для заливки под давлением могут разбрызгиваться непосредственно на вакуумную дугогасительную камеру или же на очень тонкий компенсационный слой, который находится на поверхности заливаемого блока.

Наряду с известными способами заливки под давлением равным образом имеются в виду также и специальные способы заливки под давлением, такие как способ прессования, способ литьевого прессования или способ заливки под давлением. Поддающиеся обработке материалы могут быть представлены в виде гранулятов, прутиков, тестообразных или же текучих масс. Наряду с «однослойной» может производиться также и «многослойная» облицовка экструзией или заливка для изготовления конструктивного элемента. Полимеры могут иметь к тому же коэффициент термического расширения, сравнимый с коэффициентом термического расширения используемого металла или керамического материала, также с применением наполнителей, к примеру частиц, шариков, полых шариков и/или волокон.

При заливке вакуумной дугогасительной камеры материалом, обладающим эластичностью резины, процесс изготовления согласован с соответствующим материалом. Время изготовления (цикл) каждого конструктивного элемента, к примеру, изготовленного посредством способа ручной заливки, вакуумной заливки или при низком давлении, длится соответственно достаточно долго, до момента отверждения конструктивного элемента и его выемки.

Использование материалов, обладающих эластичностью резины, при непосредственном способе заливки под давлением также является предпочтительным. Если выбираются соответствующие материалы (также и с наполнителями: частицами, шариками, полыми шариками и/или волокнами), то они, наряду с повышением диэлектрического внешнего сопротивления блока, могут брать на себя и механические функции. К обрабатываемым по технологии заливки под давлением материалам относятся, к примеру, силиконовые материалы и проч.

Для достижения хороших адгезионных свойств могут использоваться вышеупомянутые промоторы.

Возможности этого заключаются в том, чтобы легировать граничные поверхности посредством способа погружения с образованием на граничных поверхностях достаточно хорошей адгезии. Тем самым процесс изготовления явно упрощается. Это становится ясно тогда, когда сравнивают предложенные на рассмотрение в соответствии с изобретением этапы изготовления с этапами изготовления, известными из уровня техники.

При способе в соответствии с изобретением соответствующим образом подготовленная вакуумная дугогасительная камера помещается в форму для заливки под давлением, и затем непосредственно на соответствующий блок наносится термореактивный полимер или полимер, обладающий эластичностью резины. Время отверждения изготавливаемого таким способом конструктивного элемента меньше, чем продолжительность реакции изготавливаемого с помощью эпоксидной смолы конструктивного элемента. При работе с эпоксидной смолой следует добавлять большее количество базовых компонентов (а именно смола, отвердитель, наполнитель, ускоритель, стабилизатор пластичности и краситель), которые сначала в общем и целом представляют собой литейную смолу и в обогреваемой форме вступают в реакцию друг с другом (по меньшей мере, часть из них). Необходимо, чтобы смола, отвердитель, наполнитель, который может быть органическим или неорганическим, в условиях вакуума и при соответствующей температуре, подаче ускорителя и, при необходимости, присадок, переводились в реактивную смесь. Для полного структурирования конструктивный элемент должен претерпеть доотверждение, которое может длиться несколько часов.

В противоположность этому, термореактивная техника заливки под давлением или же с использованием материала, имеющего эластичность резины, делает этот этап способа, известный из уровня техники, абсолютно устаревшим, и в результате получается полюсная деталь, которая обладает вышеуказанными свойствами и к тому же устойчива к температурным изменениям так же, как и покрытая эпоксидной смолой полюсная деталь с компенсационным слоем.

В совокупности, при способе в соответствии с изобретением преимущества состоят в том, что можно работать с меньшими толщинами стенок, предоставлены большие степени свободы при формообразовании конструктивных элементов и при выбранных соответствующим образом малых толщинах стенок можно достичь меньшего веса конструктивного элемента, так что, в общем и целом, необходимы также меньшие затраты материала.

При технике заливки полимера под давлением точность размеров и высокий стандарт в области мероприятий по обеспечению качества при производстве конструктивных элементов явно выше, чем при заливке эпоксидной смолы. В процессе изготовления можно использовать короткие временные циклы, которые ведут к повышению производственной мощности (производительности). Тем самым достигаются меньшие издержки в расчете на единицу продукции при изготовлении блоков конструктивных элементов из полимеров. К тому же этот процесс можно легко автоматизировать с помощью имеющихся в распоряжении стандартных компонентов.

Указанные преимущества воплощены в полюсной детали выключателя в соответствии с изобретением.

Изобретение представлено на чертеже и далее описывается более подробно. Показано:

фиг.1 – полюсная деталь с вакуумной дугогасительной камерой, в разрезе,

фиг.2 – с компенсационным слоем,

фиг.3 – с многослойным полимерным покрытием,

фиг.4 – с градиентной зоной.

Фиг.1 схематично представляет вакуумную дугогасительную камеру. Контакты и приводные конструктивные элементы, как и тяги привода, не изображены. Вакуумная дугогасительная камера и соединительные контакты помещаются в форму для заливки под давлением, закрепляются и после этого облицовываются экструзией. При этом для легирования граничных поверхностей и для лучшей адгезии вакуумная дугогасительная камера может быть снабжена промотором адгезии, материалами-посредниками или легирующими материалами, которые через глубину проникновения в граничную поверхность вакуумной дугогасительной камеры и в полимер создают соответствующее механическое и адгезионное соединение.

В конце процесса заливки под давлением форма открывается, и готовая полюсная деталь выключателя вынимается.

На фиг.1 представлен поэтому чертеж полюсной детали, состоящей из вакуумной дугогасительной камеры (1) и заливки (2). Заливка (2) демонстрирует в поперечном сечении термореактивный или обладающий эластичностью резины полимер, который разбрызгивается в форму на конструктивный элемент (1).

Фиг.2 демонстрирует на представленной здесь вакуумной дугогасительной камере (1) компенсационный слой, который, как описано ранее, наносится на заливаемый конструктивный элемент. На компенсационный слой (3) разбрызгивается термореактивный или обладающий эластичностью резины полимер.

На фиг.3 представлена полюсная деталь, которая наряду с вакуумной дугогасительной камерой (1) покрыта несколькими слоями полимера. Вакуумная дугогасительная камера может быть покрыта одним компенсационным слоем (3). Имеется, однако, также возможность для того, чтобы конструктивный элемент в соответствии с фиг.1 не был снабжен покрытием. Это означает, что многослойность образуется за счет слоев полимера (2, 4 и 5).

Также может иметь место градиентная зона, как представлено на фиг.4.

Формула изобретения

1. Способ изготовления полюсных деталей выключателя с вакуумной дугогасительной камерой и внешней изоляционной оболочкой для выключателя среднего напряжения и высоковольтного выключателя, отличающийся тем, что внешнюю изоляционную оболочку изготавливают способом заливки полимера под давлением, а вакуумную камеру облицовывают методом экструзии при давлении свыше 80 бар.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изоляционную оболочку изготавливают из термопласта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изоляционную оболочку изготавливают из дуропласта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изоляционную оболочку изготавливают из обладающего эластичностью резины полимера.

5. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что перед наслаиванием полимера на конструктивную деталь или блок, они могут быть покрыты компенсационным слоем.

6. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что для достижения хороших адгезионных свойств в зоне одного или нескольких пограничных слоев помещают промотор адгезии.

7. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что посредством метода погружения, напыления, лакирования или плазменной обработки граничные поверхности могут быть легированы, так что создают соответствующую адгезию на граничных поверхностях.

8. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что изоляционная оболочка конструктивного элемента выключателя состоит, по меньшей мере, из двух полимерных слоев, которые наносят один за другим.

9. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что сначала на конструктивный элемент и соответственно вакуумную камеру, на которые разбрызгивается полимер, наносят обладающий эластичностью резины слой, и далее наносят другие слои из полимера.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что для уравнивания коэффициентов расширения изоляционной оболочки и материала вакуумной дугогасительной камеры перед подачей на заливку под давлением полимер смешивают с присадками, такими как частицы, шарики, полые шарики или волокна из керамических материалов или стекла.

11. Полюсная деталь выключателя с вакуумной дугогасительной камерой и изоляционной оболочкой для выключателя среднего напряжения и высоковольтного выключателя, отличающаяся тем, что внешняя изоляционная оболочка состоит из слоя, нанесенного на вакуумную камеру способом заливки полимера под давлением Р80 бар.

12. Полюсная деталь выключателя по п.11, отличающаяся тем, что изоляционная оболочка, по меньшей мере, в одном слое состоит из термопласта.

13. Полюсная деталь выключателя по п.11, отличающаяся тем, что изоляционная оболочка, по меньшей мере, в одном слое состоит из дуропласта.

14. Полюсная деталь выключателя по п.11, отличающаяся тем, что изоляционная оболочка, по меньшей мере, в одном слое состоит из обладающего эластичностью резины материала.

15. Полюсная деталь выключателя по одному из пп.11-14, отличающаяся тем, что изоляционная оболочка конструктивного элемента выключателя состоит, по меньшей мере, из двух наложенных друг на друга полимерных слоев.

РИСУНКИ