[发明专利]高压开关

说明书

本发明一般涉及用于电源设备的封闭的开关。

用于电源电路和电源装置的带有负压式或真空式电路断路器的高压开关组件是公知的，例如，在美国专利文献4,568,804；3,955,167；和3,471,669中所公开的。封闭的真空式开关或电路断路器也是公知的，例如已经公开在美国专利文献3,812,314；和2,870,298中。

在这些开关组件和断路器中，设有一对用来控制和断开电流的协同工作的触点，其中的一个是固定的，另一个是可移动的。这两个触点都设置在受控气氛接触组件内，该组件还有一个比较脆的玻璃壳或陶瓷壳体，通常称之为“瓶”。两个触点都装在瓶里。一般，在瓶的一端设有一段金属波纹管，而移动触点与该波纹管的内部联结。当移动一根与波纹管外部连接的操作杆时，就能使瓶里的移动触点移动。上述瓶的内部保持一种受控气氛，例如低气压的空气或者其他气体，用以保护触点，使其不致因触点的开合所产生的电弧而烧坏。瓶的玻璃壁或陶瓷壁形成一种气密的封闭，以维持有利于该装置寿命的受控气氛。虽然在以上提到的专利文献中已经作出许多努力，使用硬绝缘材料包围所说的瓶来保护和加强接触组件，但仍有许多地方需要进一步改进。

特别是，对于利用受控气氛接触组件的合成橡胶绝缘开关还存在着大量尚未满足的需要，这种开关很适用于地下配电设备及其他一些电气设备。用于这种电气设备的开关必须满足一些特殊的要求。开关组件中那些在使用时与线电压连接的零件，包括上述接触组件和操作杆，必须封闭在绝缘强度足以承受施加在该装置上的最高电压的坚固的绝缘壳体里面，对于配电系统来说，上述最高电压能达到几万伏。为了安全起见，上述绝缘壳体应该涂覆一层能够接地的导电层。开关应该能在绝缘壳体的外面进行操作，而不必打开壳体。这种开关应该能在许多年里承受住各种极端的温度，雨水和环境的侵袭。这种开关还必须能连续地承受高电压，能够承受反复的操作。为了减少开关开合时的起弧，这种开关应该有一种快速移动触点的机构，同时又要限制触点开合时施加在触点和瓶上的力量。这种开关的成本还应该合理。

美国专利文献3,471,669试图提供这种用于地下的开关。按照这种专利的开关包括一个负压或真空式受控气氛的触点组件。这种具有协同工作的触点的触点组件在其外部具有隔开距离的加强杆，直接封装在一个普通的防水弹性外套内，上述外套用“适当的合成树脂材料，例如一种合成橡胶，硅橡胶或者环氧树脂橡胶”支承，并且包覆一层接地用的导电涂层。在外套里面设置一组突发作用的触发器，并且与接触组件的操作杆连接。一根绝缘材料制作的转轴从外套的外部延伸到上述触发器。转轴转动时驱动触发器，使触点移动，从而使电路断开或闭合。

但是，上述专利文献中所描述的开关迄今尚未广泛应用于该技术领域。正如奥德姆等在“地下配电系统用的封闭式真空分段开关”(IEEE出版，日期不详)一文中所提出的，经过在高温高压下硫化的合成橡胶不能直接用于按照上述专利文献中所公开的开关壳体的设计和制造过程。在模制这种合成橡胶时所受到的压力会使在该触点组件中使用的瓶破裂。这种合成橡胶会进入机构中，产生许多其他问题。

有一些经过高温高压硫化的合成橡胶对于地下电源设备是特别好的绝缘材料。诸如EPDM(乙烯丙烯二烯单体)综合了高绝缘强度和抵抗臭氧与放电作用的优良性能。这些合成橡胶还有诸如耐磨之类的良好的物理性能，并且能以合理的成本模制出来。此外，还可以在模制这些合成橡胶时混入导电的添加剂，提供与绝缘外壳成为一体的导电的接地层。正因为以上和其他一些理由，在高温高压下硫化和模制的合成橡胶，例如EPDM，几乎成了用于其他地下配电装置的构件的通用材料。不能使用高温高压下硫化的合成橡胶，成了3,471,669号专利和奥德姆等的文章中所公开的开关和方法的严重缺点。

此外，奥德姆等的文章与3,471,669号专利中所示的穿过外套的转轴还存在着严重的可靠性问题。这种活动的界面对于污染和绝缘失效是很敏感的。

或许正是因为以上的原因，尽管长期以来存在着这种需要，但奥德姆等的文章与3,471,669号专利中所公开的开关和方法却未能在工业中广泛应用。确实，尽管长期以来需要一种合适的用于地下高压设备的聚合物绝缘开关，在此之前却未能找到满意的答案。