專(zhuān)利名稱(chēng)：用于真空斷路器的陶瓷管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在一真空開(kāi)關(guān)或斷路器中的陶瓷管，該陶瓷管為具有一固定長(zhǎng)度和一固定內(nèi)徑的圓柱形，且在該圓柱形各端部有一圓柱體端面，一金屬端蓋可以真空密封方式，例如焊接固定到該每個(gè)圓柱體端面上以形成一真空腔。在該真空腔中有兩個(gè)可被分離以斷開(kāi)電路的觸點(diǎn)。
背景技術(shù)：
由于其適宜的材料特性(絕緣，可耐高溫高壓等)，這種類(lèi)型的陶瓷管用于電氣裝置的真空開(kāi)關(guān)的真空斷路器中。
對(duì)于用于真空斷路器的已知的廣泛應(yīng)用的陶瓷管(通常采取細(xì)長(zhǎng)套管的形式)，其端面在兩側(cè)被切成斜面。這是因?yàn)橐帽M可能經(jīng)濟(jì)的方法生產(chǎn)陶瓷管。該目的就是在繼續(xù)確保其操作的可靠性的同時(shí)把真空斷路器做得盡量小。一個(gè)較小的陶瓷管意味著不僅真空開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)可以更緊湊，而且需要的陶瓷材料也更少，從而最終使得真空斷路器更便宜。
陶瓷管的長(zhǎng)度很大程度上取決于對(duì)其抵抗火花放電和/或擊穿的能力的要求。雖然真空中大約10毫米的觸點(diǎn)間距就足以防止在一真空斷路器的觸點(diǎn)之間發(fā)生擊穿，但包圍該真空腔的陶瓷管還是必須要比10毫米長(zhǎng)以確保其介電強(qiáng)度。如果陶瓷管的尺寸太小，火花放電仍然會(huì)經(jīng)由該陶瓷管而發(fā)生。
當(dāng)真空斷路器制成后，就形成一個(gè)由具有不同介電特性的真空、金屬和陶瓷相互鄰接的接合點(diǎn)，這在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域被稱(chēng)為三接合點(diǎn)(triplejunction)。由于陶瓷管圓柱體端面具有斜面形狀，在真空內(nèi)形成一銳角。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于集合在該接合點(diǎn)的三種材料的不同介電特性，場(chǎng)線連續(xù)穿過(guò)該銳角處的真空，而且電場(chǎng)強(qiáng)度集中在該處并可能增加到能引起擊穿的程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于真空斷路器的陶瓷管，該真空斷路器中不會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的用一本文開(kāi)頭定義的類(lèi)型的陶瓷管實(shí)現(xiàn)，該陶瓷管的圓柱體端面形狀使得在裝配狀態(tài)中，該端面至少在該陶瓷管的內(nèi)徑的范圍上與金屬端蓋相接觸。這使得在三種材料會(huì)合位置的場(chǎng)線的局部集中較少，從而減少了局部場(chǎng)強(qiáng)，結(jié)果發(fā)生擊穿的危險(xiǎn)較小。利用特定情況進(jìn)行的模擬顯示，與標(biāo)準(zhǔn)陶瓷管相比(用本陶瓷管)場(chǎng)強(qiáng)減少了七倍。因此，介電強(qiáng)度增加，使得可將陶瓷管做得較短，這進(jìn)一步節(jié)省了成本，或者如果陶瓷管保持相同的長(zhǎng)度則可用于電壓更高的場(chǎng)合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該圓柱體端面在陶瓷管的一內(nèi)側(cè)上與陶瓷管的內(nèi)表面形成一基本上至多為九十度的角。如果具有一小于九十度的角(這樣該陶瓷管的圓柱體端面進(jìn)一步沿端蓋的金屬朝真空斷路器內(nèi)側(cè)延伸)，則(該處的)場(chǎng)強(qiáng)在理論上還會(huì)進(jìn)一步減小。然而，生產(chǎn)這種類(lèi)型的陶瓷管不太容易，因而成本較高，這使得此類(lèi)實(shí)施例在經(jīng)濟(jì)上的吸引力較小。由于這些原因，因此優(yōu)選具有九十度的角的實(shí)施例。
在另一實(shí)施例中，該圓柱體端面在陶瓷管的外側(cè)上與陶瓷管的一外表面形成一至少九十度的角。在真空斷路器的生產(chǎn)過(guò)程中，端蓋通常焊接在陶瓷管上。如果該圓柱體端面是直的，則焊料可能會(huì)溢出該陶瓷管的邊緣，結(jié)果經(jīng)由陶瓷管的外側(cè)發(fā)生火花放電的危險(xiǎn)增加。如果僅在外側(cè)上將圓柱體端面切成斜面，則焊料就會(huì)不容易流到陶瓷管的外徑以外，從而發(fā)生火花放電的危險(xiǎn)將減小。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種配備有一根據(jù)本發(fā)明的陶瓷管的真空斷路器或開(kāi)關(guān)。


現(xiàn)在將根據(jù)幾個(gè)示例性的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1示意性地表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一真空斷路器的剖視圖；圖2為圖1所示剖視圖的局部放大圖；圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的具有陶瓷管的真空斷路器的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為用于電氣裝置的真空開(kāi)關(guān)的一真空斷路器10的簡(jiǎn)化剖視圖。該真空斷路器10包括形成一電路的一部分的一活動(dòng)觸點(diǎn)1和一固定觸點(diǎn)2。把觸點(diǎn)1、2分離就會(huì)使電路斷開(kāi)。觸點(diǎn)1、2位于一真空腔8內(nèi)，從而任何在電路斷開(kāi)時(shí)形成的電弧都會(huì)立即消失。該真空腔8由一陶瓷管3和兩個(gè)用金屬制成的端蓋4、6形成。該端蓋4、6通常通過(guò)焊接與陶瓷管8連接。此外，該真空斷路器10可配備一同樣用金屬制成并與端蓋4連接的屏板(screen)5，以及一與端蓋6連接并使得活動(dòng)觸點(diǎn)1能移入真空腔8內(nèi)的波紋管14。
該陶瓷管3通過(guò)在一模具中燒結(jié)陶瓷粉末而制成。這是一種廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，從而成本低廉，具有經(jīng)濟(jì)上的吸引力，但它的結(jié)果是該陶瓷管3的圓柱體端面11是斜面狀的，如圖1中的參考標(biāo)號(hào)7所示。
圖2所示為端蓋6與該陶瓷管3連接的位置的細(xì)節(jié)放大圖。該細(xì)節(jié)放大圖顯示出通過(guò)例如一焊接接頭固定在該陶瓷管3的圓柱體端面11上的端蓋6的一部分。由于該陶瓷管3的圓柱體端面11的斜面12(對(duì)應(yīng)于圖1中參考標(biāo)號(hào)7)，在真空腔8內(nèi)的真空內(nèi)部8、陶瓷管3和端蓋6的金屬會(huì)合的位置(一三接合點(diǎn)，由參考標(biāo)號(hào)9表示)形成一銳角。該陶瓷管3的內(nèi)壁13上的斜面12和陶瓷管3的圓柱體端面11形成一鈍角，即一大于九十度的角。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)真空斷路器10被切斷時(shí)，在真空內(nèi)部8內(nèi)發(fā)生一個(gè)涉及相當(dāng)大的電位差的操作，在三種材料(真空、金屬和陶瓷)會(huì)合的三接合點(diǎn)9處會(huì)形成主要集中在該三接合點(diǎn)9內(nèi)的非常高的電場(chǎng)。這種電場(chǎng)的集中增加了在該位置發(fā)生擊穿或火花放電的危險(xiǎn)。
通過(guò)以圖3中放大的剖視圖所示的方式來(lái)形成該陶瓷管3的圓柱體端面形狀就可以改善這一情況。這里，陶瓷管3的圓柱體端面11與內(nèi)壁13之間形成一直角。根據(jù)其它條件，這種結(jié)構(gòu)可使該三種材料會(huì)合的三接合點(diǎn)9處的場(chǎng)強(qiáng)減少七倍。結(jié)果，發(fā)生擊穿或火花放電的危險(xiǎn)就比上述情況大大降低。
換句話說(shuō)，陶瓷管3的圓柱體端面11向(真空斷路器)內(nèi)側(cè)延伸，并至少在該陶瓷管3的內(nèi)徑范圍上與端蓋6的金屬相接觸。如果陶瓷管3的圓柱體端面11仍進(jìn)一步向內(nèi)延伸隨后圓柱體端面11與陶瓷管內(nèi)表面13的斜面12(以虛線表示)之間形成一小于九十度的角，則電場(chǎng)分布在理論上還會(huì)更好。但是，這種形狀的陶瓷管3在真空斷路器10的制造中較難于生產(chǎn)和加工，從而成本較高。出于經(jīng)濟(jì)原因，這種類(lèi)型的陶瓷管沒(méi)有吸引力。
盡管與傳統(tǒng)的具有斜圓柱體端面的陶瓷管相比，生產(chǎn)具有直圓柱體端面11的陶瓷管3成本更高，但是這樣的管具有重要的技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，人們可以使用成本降低的較短的陶瓷管3，或者把相同的陶瓷管3用在電壓較高的場(chǎng)合。
但是，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用如圖1所示的在該陶瓷管3的外側(cè)面為斜圓柱體端面11的陶瓷管。由于端蓋4、6通過(guò)一焊接接頭固定在陶瓷管3上，因此采用直圓柱體端面11可能會(huì)在該陶瓷管3的邊緣有少量的焊料溢出。在陶瓷管3的兩端的外部邊緣的這種焊料珠可成為在該陶瓷管3外側(cè)發(fā)生擊穿的地方(可以說(shuō)焊接邊緣沿電感知方向〔electrical sense〕伸出)。由于具有斜面邊界7，任何可能流出的焊料都很難流到陶瓷管3的外徑之外，結(jié)果提交了對(duì)擊穿的抵抗力。這還產(chǎn)生了一個(gè)技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)，即既可減少陶瓷管3的長(zhǎng)度從而降低真空斷路器10的生產(chǎn)成本，又可把相同的管用在電壓較高的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.用于一真空斷路器的陶瓷管，該陶瓷管(10)為具有一固定長(zhǎng)度和一固定內(nèi)徑的圓柱形，且在該圓柱形各端部具有一圓柱體端面(11)，一金屬端蓋(4、6)可以真空密封的方式固定到每個(gè)圓柱體端面(11)上以形成一真空腔(8)，其特征在于，該圓柱體端面(11)的形狀使得在裝配狀態(tài)中，該端面至少在該陶瓷管(10)的內(nèi)徑的范圍上與該金屬端蓋(4、6)相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的陶瓷管，其特征在于，所述圓柱體端面(11)在陶瓷管(10)的內(nèi)側(cè)上與該陶瓷管(10)的一內(nèi)表面(13)形成一基本上至多為90°的角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的陶瓷管，其特征在于，所述圓柱體端面(11)在陶瓷管(10)的外側(cè)上與該陶瓷管(10)的一外表面形成一至少為90°的角。
4.配備有根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的一陶瓷管(10)的真空斷路器。
全文摘要
用于一真空斷路器的陶瓷管，該陶瓷管(10)為具有一確定長(zhǎng)度和一確定內(nèi)徑的圓柱形。并且，該陶瓷管在該圓柱形的各端部有一圓柱體端面(11)，一金屬端蓋(4、6)可以真空密封的方式固定在各圓柱體端面(11)上以形成一真空腔(8)。該圓柱體端面(11)的形狀使得在裝配狀態(tài)中，該端面至少在該陶瓷管(10)的內(nèi)徑的范圍上與該金屬端蓋(4、6)相接觸。
文檔編號(hào)H01H33/66GK1647222SQ03807865
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月9日
發(fā)明者M·B·J·洛伊森坎普, J·H·L·A·希爾德林克 申請(qǐng)人:伊頓電氣公司