中压和/或高压应用的电开关设备制造技术

一种电开关设备(1,1’)，其具有至少两个能够通过致动装置(9)隔开的、可触点接通的导体元件(6)和一个限定了开关腔室(5)的由绝缘体(2)构成的壳体(3)，所述绝缘体至少部分地包围导体元件(6)，其中壳体(3)在至少一侧具有电阻性涂层(15)，该涂层由填加了填料的基质材料构成，其中，涂层(15)的表面电阻在工作场强的情况中介于108Ω至1012Ω之间并且所述涂层与导体元件(6)导电地相连。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种电开关设备、尤其用于中压和/或高压应用，其具有至少两个能够通过运动设备间隔的、可触点接通的导体元件和由绝缘体构成的、定义开关腔室的壳体，所述壳体至少部分地包围导体元件。对于中压和/或高压应用、通常来讲是大于1kV的电压，由于电压很高而需要复杂的开关设备，所述开关设备能够承受所出现电场，尽可能耐受退化效果并且还应该避免在实际开关腔之外的电弧放电过程。对此的经典的实施例是真空断路器(vacuumcircuitbreakers-VCB)，其是能量传递和分布中的核心部件、尤其在其开关系统中。其覆盖了中压开关应用的大部分，也就是例如在1kV至52kV范围中的开关应用，以及覆盖了低压系统的相当的部分。其在高压传输系统、例如大于52kV的电压中的应用也在增加。当VCB大部分时间是闭合的时，因而存在导体元件的触点接通，则其主要任务是在交流电系统中在额定条件下断开电流，尤其还用于接通和断开额定电流，或者优选用于在故障条件下断开电流，尤其断开短路并且保护系统。其他的应用包含在使用触点接通的导体元件时纯粹的接通负载电流，这大多应用在低压和中压系统中。真空中断器(VI，也称为真空开关管)是VCB的核心元件。真空开关管大多具有一对触头，它们通过相应的导体元件构成，其中至少一个能够借助致动装置移动，用于产生开关设备的打开和闭合状态。在此，一个导体元件通常相对另外的固定的导体元件轴向移动。所述触头可以在导电的、尤其由金属构成的销柱上制成，其既可以导电也可以导热，以及具有机械器件用于保持和/或移动所述触头。VI还包含真空密封的壳体和前述的致动装置，并且此外包含金属波纹管，其在一侧与壳体相连并且在另一侧与可移动的导体元件、尤其是可移动的销柱相连。所述壳体基本上通过绝缘的构件、也即绝缘体构成，例如是陶瓷的管，其通过连接元件与导体元件相连，其中，例如使用金属罩或类此器件，其为了构成开关腔室在轴向上封闭绝缘的构件。在开关腔室内产生小于10-8pa的恒定的高真空，其例如对于至少30年的工作周期而言通过壳体和罩盖的相应构造来保证。所述真空是必须的，用于确保“切断动作”并且保证开关设备在打开状态中的绝缘属性。当开关设备在打开的状态中时，一方面系统的额定电压必须被隔绝，另一方面高振幅的冲击电压也要被隔绝，所述冲击电压例如是由击中系统的闪电引发的。当开关设备从闭合状态过渡至打开状态中时，因此导电元件的触点接通被隔开，则额定电流或者短路电流必须被切断，它们导致在VI上突然出现的电压峰值，其明显比系统的额定交流电压更高。当电场强度足够高时，在真空系统中的高电压通常通过场放射过程产生自由的电子。电子在高电场中的加速提高了所述电子的动能，例如直至超过几十或甚至几百KeV的能量。所述高能电子与壳体结构的相互作用导致了高能伦琴射线的产生，所述伦琴射线能够离开真空开关管。当在通常条件下真空开关管内的故障电流是最小的并且没有产生值得注意的伦琴射线成分时，能够出现这些情况，例如出现高振幅的瞬时的电压峰值，其中形成的伦琴射线在绝缘体的外表面上和/或附近产生自由的电子。所述电子可以通过在绝缘体表面上的电场加速并且在其附近加速，其在敏感区域中影响电场分布并且导致气体击穿，这导致在真空开关管的运行中的故障。在这些情况中，即其中不存在可发现的伦琴射线，例如在低压和中压应用中，高电场也可以在真空开关管的临界区域中、例如在绝缘子和金属罩盖的通过钎焊(硬焊)产生的连接处导致电子的射出，这导致了显著的数量的场放射。这些电子也会局部地干扰电场并且导致另外的场增强和/或通过电子堆积导致电荷加倍，其又导致绝缘强度和/或真空开关管的电压阻力的损失。在真空开关管的内表面上存在相似的挑战，而附加的问题必须被解决。通过电流的断开(额定电流以及短路电流)触点接通材料的一部分被汽化蒸发并且作为热的金属蒸汽分布在开关腔室内。所述金属蒸汽可沉积在绝缘体表面上并且随着时间流逝构成导电的金属层。尽管金属层仅可很弱地导电，金属层同样会干扰在真空开关管外部和内部的电场并且仅此在一段时间后损害真空开关管的电压阻抗性能。虽然在这种背景中推荐，在导电元件的触点接通区域中设置同样由金属构成的屏蔽元件用于拦截导体元件的自由的金属颗粒，但是屏蔽元件仍还是对开关腔室内的以及绝缘体上的场分布产生影响。出于所述原因，大多由陶瓷实现的绝缘体必须能够在表面上承受高电压，即使存在伦琴射线和自由电子时，或者在一些情况中甚至当绝缘体通过灰尘颗粒污染时，所述灰尘颗粒静电地吸附在绝缘体的外表面上。既然绝缘体会明显有助于真空开关管(或其他开关设备)的成本，并且会负面地影响真空开关管(或其他开关设备)的其他结构元件，那么就需要在最小尺寸时在最大介电强度方面优化绝缘体。这个技术问题当前这样解决，即真空开关管的内部和外部几何形状这样选择，使得期待的电场强度不超过用于真空开关管的特定几何形状的以经验推测的极限。在这种限定不能准确地预测时，尤其对于三相点区域和尖锐的金属棱边，真空开关管的设计不仅取决于在研发过程中对电场的计算，而且还需要大量的经验式的优化。这还涉及来自绝缘体的内表面的金属涂层的结构，所述涂层如前所述地通常通过在开关腔室内使用屏蔽结构(屏蔽元件)被避免。尽管如此，当前金属蒸汽的沉积和其对真空开关管介电强度的影响不能量化地以足够精确的方式被预测。此外需要注意的是，所述设计过程总体上导致了真空开关管的外侧结构的绝缘属性降低成明显低于空气或(包围真空开关管的)其他气体，则需要在成本和结构空间方面没有优化的绝缘体尺寸(长度、直径)。屏蔽元件的加入在金属蒸汽方面导致了在运行中在绝缘体上出现的电场的畸变，这在特定位置上导致更强的电场并因此导致绝缘体的超载，其通过在那构成的电荷产生。如已经所述的其他的原因还会导致这种在真空开关管的壳体的绝缘体上局部较高的电场，其中在此提出的问题在除了示范性描述的真空开关管之外的其他开关设备中也适用。因此本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种具有包含绝缘体的壳体的开关设备，所述装置尽管可实现性更简单、但仍能降低在开关设备的区域中由于表面电荷导致的电场的畸变。为了解决所述技术问题，提供一种前言所述类型的电开关设备，所述装置的特征在于，所述壳体至少在一侧上、优选在外侧上具有由以填料填加的基底材料构成的电阻性涂层，其中所述涂层的表面电阻在工作场强中处于108Ω至1012Ω之间，并且所述涂层导电地与导体元件相连、尤其通过在端侧封闭壳体的、固持导体元件的、导电的罩盖与导体元件相连。在此涂层的属性谱优选还这样改进，即描述在涂层的电流-电压特征曲线中的斜率的非线性的指数小于6。在此提供的专利技术基于一种特殊涂层，其优选设置在绝缘体外部并且在壳体的制造过程之前或过程中被施加，例如作为由陶瓷构成的壳体的涂漆过程，或者在制造过程结束时通过浸润处理、喷洒或其他适用的涂覆过程，因此形成明确规定的涂层。所述涂层优选尽可能均匀地构成，这意味着，沿着壳体出现表面电阻的尽可能少的不期望的波动。在此材料组合是已知的，其属性可以这样适配，使得能够调节涂层的特定的表面电阻。在这例如通过填料的浓度发生之后，则可以考虑相宜的技术方案，其中填料的浓度这样调整，使得实现这样一个区域，在该区域中表面电阻不再明显地取决于填料的浓度，因此形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电开关设备(1,1’)，其具有至少两个能够通过致动装置(9)隔开的、可触点接通的导体元件(6)和一个限定了开关腔室(5)的由绝缘体(2)构成的壳体(3)，所述绝缘体至少部分地包围导体元件(6)，其特征在于，壳体(3)在至少一个侧具有电阻性涂层(15)，该涂层由填加了填料的基质材料构成，其中，涂层(15)的面电阻在工作场强的情况中介于108Ω至1012Ω之间并且所述涂层与导体元件(6)导电地相连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.17 DE 102014213944.91.一种电开关设备(1,1’)，其具有至少两个能够通过致动装置(9)隔开的、可触点接通的导体元件(6)和一个限定了开关腔室(5)的由绝缘体(2)构成的壳体(3)，所述绝缘体至少部分地包围导体元件(6)，其特征在于，壳体(3)在至少一个侧具有电阻性涂层(15)，该涂层由填加了填料的基质材料构成，其中，涂层(15)的面电阻在工作场强的情况中介于108Ω至1012Ω之间并且所述涂层与导体元件(6)导电地相连。2.按照权利要求1所述的开关设备，其特征在于，描述在涂层(15)的电流-电压特征曲线中的斜率的非线性的指数小于6。3.按照权利要求1或2所述的开关设备，其特征在于，填料是氧化锌SnO2或碳化硅SiC或者包含氧化锌SnO2或碳化硅SiC。4.按照权利要求3所述的开关设备，其特征在于，填料是掺杂了锑的氧化锌和/或掺杂了铝的碳化硅或者包含掺杂了锑的氧化锌和/或掺杂了铝的碳化硅。5.按照前述权利要求之一所述的开关设备，其特征在于，基质材料从包含弹性体、热固性塑料、热塑性塑料和玻璃的组中选出和/或填料浓度为10％至90％重量百分比、尤其为40％至60％重量百分比。6.按照前述权利要求之一所述的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：W哈特曼，S兰，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE