Полюсна деталь розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги і спосіб її виготовлення (варіанти)

Реферат: Винахід належить до розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги згідно з преамбулою пунктів 1, 9 і 10 формули винаходу. Для гарантування кращого розсіяння тепла, яке генерується, назовні завдяки конвекції, у винаході запропоновано встановлювати теплопровідний елемент у формі циліндричного кожуха між вакуумною переривальною камерою, контактним тримачем і герметизуючим корпусом, при цьому внутрішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до вакуумної переривальної камери і контактного тримача, а зовнішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до внутрішньої поверхні герметизуючого корпуса. Окрім того, пропонується теплопровідний елемент, який може виготовлятися з теплопровідного пластику з використанням процесу лиття під тиском або формування компаунду. Потім він може кріпитися в наскрізних отворах полюсної деталі. Подальшим варіантом є кріплення цих теплопровідних елементів до герметизації пристрою герметизуючим компаундом, а потім також покривання їх ним. UA 100420 C2 (12) UA 100420 C2 UA 100420 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до полюсної деталі для розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги і до способу її виготовлення згідно з преамбулою пунктів 1, 9 і 10 формули винаходу. Полюсні деталі для розподільних пристроїв низької, середньої або високої напруги повинні мати високе допустиме навантаження по струму. У цьому випадку, контактні опори утримуються якомога нижчими. Високі струми, які протікають у з'єднаному стані (випадок навантаження), можуть, однак, виробляти значні кількості теплової енергії, навіть коли контактні опори є низькими. Вона повинна прийнятним чином розсіюватися. Документ US4618749 А (21.10.1986) описує вакуумний перемикальний пристрій, який має пару кінцевих елементів, які виходять з корпуса, виготовленого з повністю твердого ізоляційного матеріалу, такого як епоксидна смола, і формують зовнішній корпус для вакуумного перемикального пристрою, у який поміщають вакуумну перемикальну камеру, яка містить нерухомий і рухомий контакт, при цьому рухомий контакт проходить крізь металічні гофровані мембрани і входить в ковзний контакт та з'єднувальний кінець, причому пара контрольних електродів, кожен з яких електропровідно з'єднаний з іншим кінцевим елементом, поміщений в повністю твердий ізоляційний корпус і лежить на контактній ділянці відповідних кінцевих елементів, при цьому додатковий контрольний електрод поміщений в ізоляційний корпус і лежить на ділянці так, що буде допускати появу проміжного потенціалу між кінцевими потенціалами і масою, і при цьому додатковий заземлений зовнішній металічний корпус охоплює ізоляційний корпус. Документ WO 2004/038748 А (06.05.2004) описує спосіб виготовлення полюсної деталі переривника, яка ізольована твердим матеріалом і містить активувальний отвір, який виконаний для виконання активувального переміщення. Згідно із згаданим способом, перемикач, який містить перемикальну камеру, яка має привідну поверхню, крізь яку спрямовується привідний стрижень, і стабільний по розмірам кожух, який виконаний з ізоляційного матеріалу і має з'єднувальний елемент, виготовляються незалежно один від іншого, при цьому перемикач закріплений в кожусі у такий спосіб, що перемикальна камера, яка не має активувальної поверхні, та кожух, який має з'єднувальний елемент, обмежують зазор, який відкривається в напрямі до активувального отвору, при цьому зазор по суті заповнюють текучою компенсувальною масою і, нарешті, здійснюють тверднення згаданої маси. Тут також розкривається полюсна деталь переривника, яка містить ізоляційний канал для переривання подач електричного струму. Документ WO 2003/017306 А (27.02.2003) розкриває електричний перемикальний пристрій для середньої або високої напруги, у якому для забезпечення зовнішньої електричної міцності переривального блоку, цей переривальний блок поміщають всередину корпуса. Корпус заповнюють ізоляційним матеріалом. Ізоляційний матеріал є м'яким гелем, зокрема тіксотропним гелем. Документ JP2008010171 А (17.01.2008) описує вакуумний розподільний пристрій, придатний до запобігання пошкодженню ізоляції внаслідок розмазування випарами металу на внутрішній поверхні ізоляційної трубки вакуумного клапана і придатний до збереження достатнього опору ізоляції шляхом послаблення концентрування електричного поля на верхньому кінці екрану для буферизації електричного поля на стороні металевої торцевої пластини. У вакуумному розподільному пристрої, бічний екран нерухомого електрода встановлений в ізоляційній трубці так, що його верхній кінець може розташовуватися зовні діаметра дугогасника і вісь електроду може проходити крізь верхній кінець дугогасника, і вмонтований екран, один кінець якого виступає в напрямі осі електрода далі, ніж верхній кінець бічного екрану нерухомого електрода, встановлений на частині, яка відповідає з'єднувальній частині ізоляційної трубки, і на бічній торцевій пластині нерухомого електрода у фіксованому ізоляторі. З причин, які стосуються діелектричного герметичного покриття полюсної деталі, такого як це, вакуумні переривальні камери зазвичай виготовляються з кераміки, яка має досить низьку теплопровідність, і більшість теплової енергії розсіюється зовні камери лініями електроживлення (головним чином виготовлених з мідного матеріалу), і концентрується на цій ділянці. Вакуумна переривальна камера повністю поміщена в електроізоляційний корпус. Електроізоляційна характеристика герметизуючого корпусу також, зазвичай, знижує теплопередачу як таку. Тому, винахід базується на задачі вдосконалення полюсної деталі цього узагальненого типу і на способі її виготовлення так, що теплота, яка генерується, краще розсіюється зовні завдяки конвекції. У випадку полюсної деталі розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги, яка містить вакуумну переривальну камеру, яка поміщена в зовнішній герметизуючий корпус, 1 UA 100420 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виготовлена з композитного матеріалу і закрита на обох кінцях металічними закривальними елементами, та містить контактний тримач, теплопередавач і теплопровідний елемент, поставлена задача вирішується тим, що теплопровідний елемент у формі циліндричного кожуха з шорсткою зовнішньою поверхнею, розташований між вакуумною переривальної камерою, контактним тримачем і герметизуючим корпусом, при цьому внутрішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до або знаходиться поблизу зовнішньої поверхні вакуумної переривальної камери і контактного тримача, а зовнішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до внутрішньої поверхні герметизуючого корпуса або розташована в герметизуючому корпусі. Подальші переважні модифікації описуються в залежних пунктах 2-7 формули винаходу. Стосовно способу, поставлена задача згідно з винаходом вирішується тим, що вакуумну переривальну камеру оснащують теплопровідним елементом до герметизації в зовнішньому герметизуючому корпусі, при цьому теплопровідний елемент кріплять до зовнішньої поверхні вакуумної переривальної камери, а потім також оточують або покривають за допомогою екструзії герметизуючим покривним компаундом. Суть винаходу у цьому випадку полягає у тому, що електроізоляційний або інакше електропровідний і, тому, теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, встановлюється між вакуумною переривальною камерою і герметизуючим корпусом, при цьому внутрішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до контактного тримача, по якому проходить тепловий потік так, що завдяки його зовнішній поверхні тепло може передаватися по великій ділянці до внутрішньої поверхні герметизуючого корпуса. Цей контактний тримач розсіює тепловий потік від однієї з двох ліній електроживлення вакуумної переривальної камери назовні і пропускає номінальний струм крізь з'єднання та зовнішній стик до полюсної деталі, пропускає тепловий потік так, що завдяки своїй зовнішній поверхні тепло може передаватися по великій ділянці до внутрішньої поверхні герметизуючого корпуса. Це означає, що термоелемент розташований між металевою деталлю і ізолятором, який виготовлений з теплопровідного матеріалу. Теплопровідний елемент може також передбачатися для лиття під тиском і буде використовуватися в другому процесі формування. Порівняно з відомим типом, у якому вакуумну переривальну камеру безпосередньо поміщають в покривний компаунд або покривають компаундом для лиття під тиском, теплопровідний елемент у формі циліндричного кожуха буде тепер передавати тепло від контактного тримача, по якому переважно проходить струм і тепло від вакуумної переривальної камери, крізь свою зовнішню поверхню до полюсної деталі, та до герметизуючого корпуса. Цей захід створює більший і, зокрема, ефективний теплопровідний проміжний шар. Це ефективно збільшує теплову енергію, яка передається зсередини назовні і, подібним чином, збільшує площу теплопередачі на зовнішній стороні полюсної деталі. У подальшому переважному варіанті виконання, зовнішня поверхня теплопровідного елемента, який має форму циліндричного кожуха, є складчастою. Це значно збільшує ефективну площу для теплопередачі на стороні герметизуючого корпуса. Як альтернатива цьому, зовнішня поверхня теплопровідного елемента, який має форму циліндричного кожуха, може гофруватися або робитися шорсткою. В одному переважному варіанті виконання, теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, може виготовлятися з металу, переважно з міді або мідного сплаву або, альтернативно цьому, з алюмінію, або алюмінієвого сплаву, або з кераміки, яка є достатньо теплопровідною для цієї цілі. Подальший більш переважний варіант виконання полягає у тому, .що теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, виготовляється з електропровідної пластмаси (заповненої або інакше незаповненої). Часткові шари можуть бути електроізоляційними. Це робить можливим одержувати градієнт теплопровідності. В подальшому варіанті виконання, теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, формується в шарах з двокомпонентного матеріалу, у яких зовнішній матеріал має високу теплопровідність, а внутрішній матеріал має низьку теплопровідність. Стосовно способу виготовлення полюсної деталі такої як ця, суть винаходу полягає у тому, що вакуумна переривальна камера 10 і/або відповідний контактний тримач 12, 13 оснащується теплопровідним елементом 14 до поміщення в зовнішній герметизуючий корпус 20, при цьому теплопровідний елемент 14 має форму циліндричного кожуха, прикріплений до зовнішньої поверхні вакуумної переривальної камери 10, і потім також оточується або покривається екструзією герметизуючим покривним компаундом. 2 UA 100420 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Подальші переважні варіанти виконання описуються в інших залежних пунктах формули винаходу. Один ілюстративний варіант виконання винаходу буде описуватися більш детально в наступному тексті і ілюструватися на кресленні. Фігура зображає один ілюстративний варіант виконання винаходу, який показує полюсну деталь у тому вигляді, у якому вона використовується у розподільному пристрої середньої або високої напруги, який детально не зображений. Вакуумна переривальна камера 10, у якій розташований принаймні один рухомий контакт 11 і, тому в разі потреби, нерухомий контакт, розташований в полюсній деталі. Вакуумна переривальна камера 10 поміщається в герметичний корпус 20, який виготовляється або з епоксидної смоли, шляхом лиття пластмаси під тиском або пресуванням в прес-формі, або з герметизуючого компаунду (поліуретан, кремній...). Матеріал вакуумної переривальної камери 10 зазвичай є керамікою, і на кінцях встановлені металічні закривальні елементи 1. Для розсіювання тепла назовні, з одного боку, поверхня корпусу виготовляється з герметизуючого матеріалу, а, з іншого боку, передбачається теплопередавач 2 у формі радіатора, при цьому останній розташований, наприклад, на або поблизу полюсної деталі і встановлений зовні неї. Однак, тепловий потік, який надходить зсередини, повинен перш за все пропускатися назовні. Для цієї цілі може і використовується теплопровідний елемент 14 згідно з винаходом, який має форму циліндричного кожуха. Він також герметизується в полюсній деталі у формі теплопровідного металевого листа або плівки. Теплопровідний елемент 14 згідно з винаходом може виготовлятися з металу або інакше з пластичного матеріалу, який має адекватну теплопровідність для передбаченої цілі. Однак, теплопровідний елемент 14 може також виготовлятися з багатошарового композитного матеріалу, який сформований з електропровідного і електроізоляційного пластику або з пластику, покритого металічним покриттям. Теплопровідний елемент 14 може також виготовлятися з використанням процесу пресування у прес-формі або процесу лиття під тиском і може потім зазвичай вставлятися у відповідне місце. Подальшим варіантом є також поміщення теплопровідного елемента 14 безпосередньо в полюсну деталь (навіть без будь-якого зазору). У цьому випадку, фігура зображає процес виготовлення полюсної деталі з теплопровідним елементом 14, який переважно, проте не виключно, виготовлений з листової міді, таким чином створюючи можливість передачі тепла від контактної з'єднувальної деталі крізь компонент, наприклад, вакуумної переривальної камери 10 до керамічного матеріалу вакуумної переривальної камери. Ціллю є розподіл тепла по "великій площі", створеної в контактному з'єднанні з компонентом з литої смоли, для розсіяння тепла назовні завдяки конвекції. Окрім того, теплопровідність кераміки вакуумної перевальної камери (АІ 2О3) вища за теплопровідність (SiO2) (дешевий епоксидний наповнювач) і, подібним чином, переносить тепловий потік далі у належній формі, таким чином роблячи можливим передавати потік з більшою енергією від полюсної деталі в оточуючий простір. Загалом, перевагами, які випливають звідсіль, є: значне збільшення ділянки теплопередачі, а також покращення технології герметизації; повністю закрита полюсна деталь може виготовлятися з теплопровідними елементами за один етап. Це може здійснюватися з використанням або лиття і технології лиття смоли або інакше технології лиття під тиском. Це веде до значного зменшення вартості компонентів для теплопровідного елемента, оскільки його не потрібно виготовляти з "металевого блоку", який складається з міді або алюмінію, а з листового металу або плівки, або як компонент, одержаний литтям під тиском. Можна одержувати значно більш складні геометричні форми теплопровідного елемента, таким чином покращуючи теплопередачу завдяки конвекції. Теплопровідний елемент може виготовлятися з двох різних матеріалів, при цьому процес виробництва використовує дві стадії - двостадійний процес: у цьому випадку, пластик з відносно високою теплопровідністю (наприклад також електропровідний) спершу покривають екструзією матеріалом з нижчою теплопровідністю (також пластиком, наприклад, електронепровідним). Також можна одержувати матеріал з пластику, який має низьку електропровідність (незаповнений або заповнений) і матеріал з пластику, який має більшу електропровідність. Теплопровідний елемент може також мати пластичне покриття з діелектричних причин. Цього не вимагається для теплопровідних елементів,, які виконуються "електроізоляційними". (У цьому випадку, пластик може наповнюватися С, АІ2О3 або інакше AIN). 3 UA 100420 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Це дозволяє теплопровідним елементам кріпитися як до монтажної ділянки з фіксованим контактом так і на ділянці перемикання контактів полюсної деталі, потім нагвинчуватися і/або потім також повністю герметизуватися. Таким чином, можуть одержуватися порівняно компактні полюсні деталі з використанням технології герметизації, придатні до високого номінального струму. Якщо використовуються теплопровідні елементи, то маса усього компонента також може зменшуватися. Окрім того, теплопередавачі можуть також використовуватися на ділянках, розташованих поблизу гнучкої стрічки або рухомого струмопровідного поршня (або відповідного гнізда) з невеликим впливом на механічну поведінку компонента. Якщо в полюсну деталь вставляється електропровідна фольга або смуга (також виготовлена з двох або більшої кількості шарів), то тепло до полюсної деталі може передаватися "по більшій ділянці". Загалом, це дозволяє більшому потоку енергії передаватися назовні до оточуючого середовища. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Полюсна деталь розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги, яка містить вакуумну переривальну камеру, яка поміщена в зовнішній герметизуючий корпус, виготовлена з композитного матеріалу і закрита на обох кінцях металічними закривальними елементами, та містить контактний тримач, теплопередавач і теплопровідний елемент, яка відрізняється тим, що теплопровідний елемент виконаний у формі циліндричного кожуха з шорсткою зовнішньою поверхнею, розташований між вакуумною переривальної камерою, контактним тримачем і герметизуючим корпусом, при цьому внутрішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до або знаходиться поблизу зовнішньої поверхні вакуумної переривальної камери і контактного тримача, а зовнішня поверхня теплопровідного елемента прилягає до внутрішньої поверхні герметизуючого корпуса або розташована в герметизуючому корпусі. 2. Полюсна деталь за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня теплопровідного елемента, яка має форму циліндричного кожуха, є складчастою. 3. Полюсна деталь за п. 1, яка відрізняється тим, що зовнішня поверхня теплопровідного елемента, яка має форму циліндричного кожуха, гофрована. 4. Полюсна деталь за одним із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, виготовлений з металу, переважно з міді або мідного сплаву. 5. Полюсна деталь за одним із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, виготовлений з алюмінію або алюмінієвого сплаву. 6. Полюсна деталь за одним із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, виготовлений з теплопровідного пластику. 7. Полюсна деталь за одним із пп. 1-3, яка відрізняється тим, що теплопровідний елемент, який має форму циліндричного кожуха, сформований в шарах з двокомпонентного, трикомпонентного або багатокомпонентного матеріалу, у якому зовнішній матеріал має високу теплопровідність, а внутрішній матеріал має нижчу теплопровідність. 8. Спосіб виготовлення полюсної деталі розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги, яка містить вакуумну переривальну камеру, яка поміщена в зовнішній герметизуючий корпус, яку виготовляють з композитного матеріалу і закривають на обох кінцях металічними закривальними елементами, який відрізняється тим, що вакуумну переривальну камеру оснащують теплопровідним елементом до герметизації в зовнішньому герметизуючому корпусі, при цьому теплопровідний елемент кріплять до зовнішньої поверхні вакуумної переривальної камери, а потім також оточують або покривають за допомогою екструзії герметизуючим покривним компаундом. 9. Спосіб виготовлення полюсної деталі розподільного пристрою низької, середньої або високої напруги, яка має вакуумну переривальну камеру, оснащену керамічними або скляними ізоляторами і загерметизовану в зовнішньому герметизуючому корпусі, яку виготовляють з композитного матеріалу і закривають на обох кінцях металічними закривальними елементами, який відрізняється тим, що теплопередавач з теплопровідного пластику виготовляють з використанням процесу лиття під тиском, процесу лиття або формування компаунду, а потім також герметизують в герметизуючому корпусі з компаунду. 10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що після герметизації, теплопередавач вгвинчують в наскрізні отвори полюсної деталі, причому у цьому випадку цей пластиковий теплопередавач здатен наповнюватися наповнювачем. 4 UA 100420 C2 5 11. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що теплопередавач щільно з'єднують з полюсною деталлю за допомогою адгезиву з одержанням електропровідного з'єднання. 12. Спосіб за п. 9 і п. 11, який відрізняється тим, що теплопередавач з'єднують з полюсною деталлю за допомогою гвинтів з одним або більшою кількістю внутрішніх компонентів. 13. Спосіб за пп. 9-12, який відрізняється тим, що теплопередавач щільно з'єднують з полюсною деталлю за допомогою герметизуючої системи, такої як О-подібне кільце, плоске кільцеве ущільнення або подібне, з одержанням електропровідного з'єднання. 5 UA 100420 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6