CN100449902C - 插接式的电气装置、高压设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

特别是设计成过电压放电器(A)的插接式电气装置具有一个外壳轴线(7)沿插接方向延伸的轴对称的外壳(1)、一个用来把该装置外壳(1)固定到高压设备(H)的外壳(30)上的法兰(5)和一个轴对称的带电部分(6)。为了将该装置(A)便捷地装入高压设备(H)中，法兰(5)与装置外壳(1)一体成型，且装在外壳(1)中的带电部分(6)可在轴向内移动，并在形成插塞连接之前，用预张力固定在装置外壳(1)上。

Description

插接式的电气装置、高压设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种插接式的电气装置，特别是一种过电压放电器。该装置具有一个外壳轴线沿插接方向延伸的、轴对称的外壳，以及一个用来把该装置外壳固定到一个高压设备的外壳上的固定机构。此外，该电气装置具有一个轴对称的带电部分，这个导电部分包括一个轴向导向的电路，该电路含有一个插塞接点、一个地线接头和一个连接于其间的非线性电阻元件。此外，该带电部分还有一个轴对称的绝缘体，该绝缘体构成一个绝缘锥体并包围该非线性电阻元件和到插塞接点的电连接。所谓高电压是指高于1千伏和一般达到72千伏的额定电压。

在上述电气装置装入高压设备时，带电部分插入高压设备的一个套筒中，并用固定机构把该电气装置外壳固定到高压设备外壳上。在插接时，该电气装置的电路与高压设备的一个导体导电连接，并同时将绝缘锥体与高压设备的对应绝缘锥体无间隙地相互压紧。这样就可达到一个具有介质高度绝缘的、可承受大负荷的插塞连接。这种电气装置通常为一种过电压放电器并具有一个非线性的、与电压无关的电阻元件，例如一个可变电阻和/或一个火花间隙。但它也可设计成接地开关，并具有一个开关点作为非线性电阻元件。

本发明也涉及一种具有一个上述电气装置的高压设备以及一种制造该高压设备的方法。

背景技术

本发明前序部分所述的电气装置参考了一种先有技术，该装置例如在EP 1 083 579 A2中进行了描述。在该专利文献中描述的一种插接式的过电压放电器包括一个筒状的金属外壳，该金属外壳具有一个与其纵轴对准的、基本上轴对称的带电部分。这个带电部分具有一个轴向导向的电路，该电路具有一个可变电阻和两个电流接线头。这个电路通过一个绝缘体电绝缘地固定在该金属外壳中。该电路的两个电流接线头从该外壳中引出。其中的一个电流接线头可引到高电压，而另一个电流接线头则可引到地电位。这种过电压放电器可通过插接装入一个高压设备中。插接时插塞接点和高压设备的对应插塞接点插接在一起，并由此在该电路和高压设备的一个可加高压的导体之间建立导电连接。然后把一个通过一压力弹簧支撑在该外壳上的并作为法兰构成的固定机构用螺栓拧紧在高压设备外壳上。通过在螺栓拧紧时预张的压力弹簧使该放电器以一定的力和弹性的方式固定在高压设备上。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种上述的电气装置来实现的，该装置可按特别简单的方式装入高压设备中。

根据本发明的第一方面，提供了一种插接式的电气装置，其具有：一个外壳轴线沿插接方向延伸的、轴对称的装置外壳；一个用来把装置外壳固定在一个高压设备的设备外壳上的固定机构；一个具有轴向导向的电路的轴对称的带电部分，该电路包括一个插塞接点、一个地线接头和一个连接于其间的非线性电阻元件；以及一个轴对称的绝缘体，该绝缘体构成一个绝缘锥体，并包围了非线性电阻元件和将非线性电阻元件电连接到插塞接点的导电螺栓。其特征为，该固定机构与装置外壳一体成型，以及带电部分以能够轴向移动的方式装在装置外壳中，并且在形成插塞连接之前用预张力固定在装置外壳上。

根据本发明的第二方面，提供了一种高压设备，其具有一个如上所述的电气装置、一个设置在设备外壳上的用于电气装置的固定机构、一个对应插塞接点和一个对应绝缘锥体。其中，设备外壳的固定机构和电气装置的固定机构刚性连接，并且绝缘锥体和对应绝缘锥体无间隙地叠压在一起。

根据本发明的第三方面，提供了一种如上所述的高压设备的制造方法。其中，将电气装置的固定机构固定在高压设备的固定机构上，然后在减小预张力、插塞接点和对应插塞接点形成电插塞连接以及绝缘锥体和对应绝缘锥体形成无间隙压紧的情况下，将电气装置的带电部分引入到设备外壳中。

所以，该装置外壳实际上不需要费力气就可固定在高压设备上。本发明装置的电路和高压设备的一个可加高压的导体之间的电连接可按简单的方式通过减小预张力来实现。在这种情况下，该装置的带电部分在轴向内移动，直至插塞接点与高压设备的对应插塞接点形成插塞连接为止，而且带电部分的绝缘锥体以预定的力无间隙地贴合在高压设备的对应绝缘锥体上。所以可很精确地确定支撑力，并由此避免在绝缘锥体的界面上导致局部放电的间隙。由于该支撑力易于保持恒定并可作用在装置外壳的内部，所以保证了一个恒定的压紧力，并可靠地防止了从外部例如一定的机械力作用到装置外壳上而引起该压紧力发生变化。

为了有效地减少绝缘体表面和装置外壳之间的局部放电，该绝缘体最好设置一层导电层。在高压设备运行过程中经受高电场强度的绝缘锥体没有该导电层。绝缘锥体背离插塞接点的一端最好设置有侧凹部并带有向里延伸的导电层的圆形的区段。通过这些措施，有效地减轻了高压设备运行过程中绝缘锥体经受高介质作用的端部的负荷。

如果在装置电路中设置的非线性电阻元件在插塞接点侧作成圆形和在装置电路中设置的从该电阻元件到插塞接点的导电连接也做成圆形，则对该电气装置或高压设备的介电性能将产生有利的影响。如果该绝缘体至少在经受高电场强度的插塞接点侧的区域内做成圆形，则可进一步改善介电强度。

为了将该电装置方便装入高压设备中，建议在该装置外壳的表面设置一个孔。在安装过程中，可通过该孔观察该绝缘体的打标记的位置。装配工人通过这一信息就可轻易地检查该装置的带电部分是否已移动足够远。同时，在带电部分产生故障电弧和局部放电时，这个孔还对该装置起卸压作用。由于这种不希望的放电过程在高电场强度的区域内特别有影响，所以建议把该孔设置在该绝缘体包括非线性元件插塞接点侧的一端的区域的对面。在该装置外壳设计成圆筒时，最好在圆筒圆周方向内至少设置两个相互错开布置的孔，因为这样不仅仅可从一个方向观察到标记，而是在由位错角给定的整个角度范围内部可观察到该标记。

在该装置用一个地线接头固定在带电部分的接地端并通过装置外壳的底部向外引出的地线接头的情况下，所需的预张力最好通过一个预张的压力弹簧来实现，该弹簧布置在带电部分的接地端和装置外壳的底部之间。为了便于和精确地改变预张力，在从装置外壳引出的地线接头的一端上设置有螺纹，以便装一个锁紧螺母。该螺纹后面最好紧接一段从装置外壳引出的无螺纹的区段，该区段用来安装一个设置在该锁紧螺母和装置外壳底部之间的保护套。当该保护套在该装置安装后取掉时，操作锁紧螺母就不再有力传递到该装置的带电部分，这样就避免了由于未经许可造成的该装置的拆卸和维护。这个锁紧螺母可作为防松螺母使用，以保证地线接头与接地导体的连接。

在本发明装置的一种容易实现的牢固的结构型式中，与装置外壳底部一体成型了一个轴向的并包住地线接头的套筒，该套筒带有一个作为该压力弹簧导向用的圆周面。

为了补偿装置外壳和设备外壳的固定机构的不同尺寸，建议在安装该装置时用一个适配法兰，该适配法兰设置在该电气装置的固定机构的一个法兰和高压设备外壳的一个对应法兰之间，并把一个法兰的尺寸减少到另一个法兰的尺寸。

该装置外壳和高压设备外壳最好都做成导电的，这样，在该装置安装后，装置外壳就可通过法兰和设备外壳接地，而无需附加的连接，并保证了接触保护。

附图说明

下面结合附图来详细说明本发明的一个优选实施例和由此可达到的其他优点。

图1沿本发明作为过电压放电器构成的插接式电气装置的一种结构型式的一根轴线剖开的俯视图；

图2图1用剖面示出的过电压放电器在装入一个高压设备时的三个连续的时间阶段a)、b)和c)；

图3在按图2装配时图1(不用剖面示出的)过电压放电器三个连续时间阶段a)、b)和c)的侧视图。

具体实施方式

在所有的图中，作用相同的件都用相同的参考符号表示。图1所示的过电压放电器A作为接触保护和作为防止外部影响的保护具有一个主要呈圆筒状的导电的外壳1，该外壳特别是用金属例如铝、用导电的聚合材料例如用导电炭黑填充的聚乙烯或一种设有导电包皮的聚合材料例如聚乙烯制成。外壳1包括一个套管2。该管的下端有一个底部3，而其上端则设有一个固定机构，该固定机构是一个径向向外延伸的法兰5。在该装置外壳1中设置了一个带电部分6，该装置外壳的内直径比该带电部分大得多，所以该带电部分可沿外壳的圆筒轴线7移动。该带电部分包括一个轴向导向的电路，该电路具有一个插塞接点8、一个地线接头9和一个非线性电阻元件10。电阻元件10引到高压电位的一端通过一个导电螺栓11与插塞接点8连接。元件10的另一端则与螺栓状的地线接头9连接。非线性电阻元件10可象先有技术EP 1 083 579 A2描述的那样。用非线性电阻材料例如金属氧化物特别是氧化锌制成一个或多个圆筒状的可变电阻元件。插塞接点8固定在一个场控制的圆盘12上，该圆盘在过电压放电器A插到图2和图3所示高压设备H上时作为定位块与该设备H的对应定位块进行固定，该设备H例如为额定电压42千伏的全封闭组合电器。

非线性电阻元件10和导电螺栓11被一个轴对称的绝缘体13包围，该绝缘体用弹性绝缘材料例如最好用硅制成。绝缘体13在其上端伸出一个同轴包围该电路导电螺栓11上段的绝缘锥体14中。绝缘锥体14背离插塞接点8的一端过渡到一个向内的圆形侧凹部15。绝缘体13的表面一直到绝缘锥体14的锥面涂覆了一层例如用导电聚脂或金属制成的电位控制的导电层16，通过一个接触盘17使导电层16与地电位连接，该接触盘把带电部分6向下连接在地线接头9上。

在接触盘17和装置外壳1的底部3之间设置了一个预张压力弹簧18。该弹簧在装置外壳1底部3内构成的一个轴向的支承套筒19的圆周面上进行导向运动。地线接头9装在套筒19中而可进行轴向移动。地线接头9从装置外壳1引出的一端设置有螺纹20，在该螺纹上拧上一个设计为防松螺母的锁紧螺母21。在螺纹20上，紧接一段同样从装置外壳1引出的无螺纹段22，以便安装一个设置在锁紧螺母21和装置外壳1的底部3之间的保护套筒23。

从图2可以看出，在装入高压设备H时，过电压放电器A首先(阶段a)在一个未标出箭头的方向内垂直向上引导。带电部分6的上端通过高压设备H的导电的、接地的外壳30的一个未示出的孔移入一个连接套筒31，该套筒具有一个屏蔽的U形的对应插塞接点32和一个绝缘锥体33。

当法兰5紧贴到设备外壳30的一个合适的对应法兰上时(阶段b)，两个法兰用未示出的螺栓相互连接，这样，装置外壳1就刚性固定到设备外壳30上。如果法兰5和设备H的对应法兰具有不同的尺寸，则在两个法兰之间设置一个适配法兰34，如图2所示。

然后用锁紧螺母21松开预张的压缩弹簧18。该锁紧螺母用其上侧通过垫片支撑在保护套23的下端。在旋转锁紧螺母时，带电部分在放松的弹簧18的作用下插入连接套从套筒31中直至顶着对应插塞接点32上的圆盘12为止(阶段c)。于是，插塞接点8和对应插塞接点32形成一个插塞连接。并把过电压放电器的电路与设备H的一个可加高压的导体35连接起来。压力弹簧18只放松到这样的程度，即其剩余的弹力还能足够地把锥体14、33压叠在一起，使其间不留空气隙。这样就保证了装入高压设备H的过电压放电器的足够高的介电强度。由于弹簧18总是作用相同的力并布置在装置外壳1的内部，所以保证了恒定的压紧力，并可靠地防止了该压紧力从外部例如通过装置外壳1作用一个机械力而发生变化。

导电层16也有助于介电强度的改善，通过该层可避免绝缘体13的表面和装置外壳1之间的局部放电以及绝缘体13的不均匀性。通过绝缘锥体14背离插塞接点8的一端做成向下的和圆形的侧凹部15并在这个侧凹部15的表面设置一段导电层16，可使装置外壳或设备外壳、绝缘锥体14或对应绝缘锥体33和空气的介质临界的三部区域内的电场均匀化。过电压放电器A或高压设备H的介电性能的其他改善措施还在于，把非线性电阻元件10和/或绝缘体13至少在插塞接点侧做成圆形。

从图3可看出，在过电压放电器安装的过程中，带电部分6在连接套筒中的位置可用一个设置在该带电部分或导电层16上的标记36进行检验。为此，在装置外壳1的表面设置一个窄的、主要在轴向内延伸的孔37。在阶段a)和b)，标记36在孔37内的位置没有变化，因为在预张的压力弹簧时，该带电部分相对于装置外壳1没有移动。只有在阶段c)，在该弹簧放松时，标记36才相对于装置外壳1向上移动并在带电部分完全插入连接套筒内以后，它才位于从阶段c)看出的位置。

孔37位于绝缘体13对面的一个包括非线性电阻元件10插塞接点侧一端的区域，这样的优点是，在带电部分6上产生故障电弧和局部放电时，孔37同时还对过电压放电器A起卸压作用。由于这种不希望的放电过程在高电场强度的区域内特别有影响，所以该孔位于非线性电阻元件10的插塞接点侧的一端上。

最好在圆周方向内设置两个相互错开布置的孔。这样就可确保不仅仅从一个方向观察到标记36的位置，而是在由位错角确定的整个角度范围内都可观察到它的位置。通过在整个圆周上设置两个以上的适当分布的孔，实际上就可从任意的方向进行观察。

在过电压放电器A装配好后，从螺纹20拧下锁紧螺母21，并取掉保护套23，防止无关人员操动。重新将锁紧螺母21拧到螺纹20上。因为该锁紧螺母做成防松螺母，所以它对接地导体38(图2)同时起固定作用。这样，过电压放电器的电路一方面连接到引到高压设备H的高压，另一方面与接地连接。装置外壳1通过适配法兰34和设备外壳30接地。过电压放电器A在装入高压设备H后，带电部分6的未经许可的移动是这样避免的，即在取掉保护套时，锁紧螺母21只能旋转到无螺纹的区段22，所以没有保护套23，带电部分就不可能产生移动。

Claims (17)

1.插接式的电气装置，具有：

一个外壳轴线(7)沿插接方向延伸的、轴对称的装置外壳(1)，

一个用来把装置外壳(1)固定在一个高压设备(H)的设备外壳(30)上的固定机构，

一个具有轴向导向的电路的轴对称的带电部分(6)，该电路包括一个插塞接点(8)、一个地线接头(9)和一个连接于其间的非线性电阻元件(10)，以及

一个轴对称的绝缘体(13)，该绝缘体构成一个绝缘锥体(14)，并包围了非线性电阻元件(10)和将非线性电阻元件(10)电连接到插塞接点(8)的导电螺栓(11)，

其特征为，

该固定机构与装置外壳(1)一体成型，以及

带电部分(6)以能够轴向移动的方式装在装置外壳(1)中，并且在形成插塞连接之前用预张力固定在装置外壳(1)上。

2.按权利要求1所述的装置，其特征为，绝缘体(13)的表面设有一层导电层(16)。

3.按权利要求2所述的装置，其特征为，绝缘锥体(14)的背离插塞接点(8)的一端做成侧凹部(15)，并带有导电层(16)的向里延伸的圆形区段。

4.按权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征为，非线性电阻元件(10)在靠近插塞接点的一侧做成圆形。

5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，绝缘体(13)的内表面至少在靠近插塞接点的一侧做成圆形。

6.按权利要求1所述的装置，其特征为，在装置外壳(1)的表面设置了一个孔(37)。

7.按权利要求6所述的装置，其特征为，孔(37)位于绝缘体(13)的一个包括非线性电阻元件(10)的靠近插塞接点侧的一端的区域的对面。

8.按权利要求6或7所述的装置，其特征为，在装置外壳(1)设计成圆筒时，在该圆筒的圆周方向上至少设置了两个相互错开布置的孔。

9.按权利要求1所述的装置，其特征为，地线接头(9)固定在带电部分(6)的一个接地端上并穿过装置外壳(1)的底部(3)而引出，在带电部分(6)的接地端和装置外壳(1)的底部(3)之间布置了一个预张紧的压力弹簧(18)。

10.按权利要求9所述的装置，其特征为，从装置外壳(1)中引出的地线接头(9)的一端设置有螺纹(20)，该螺纹(20)用来安装一个锁紧螺母(21)，并且地线接头(9)具有一个从装置外壳(1)中引出的无螺纹区段(22)，该无螺纹区段用于安装一个设置在锁紧螺母(21)和装置外壳(1)的底部(3)之间的保护套(23)。

11.按权利要求9或10所述的装置，其特征为，与装置外壳(11)的底部(3)一体成型了一个轴向的并包围了地线接头(9)的支承套筒(19)，该套筒带有一个用于引导压力弹簧(18)的圆周面。

12.高压设备(H)，具有一个按权利要求1所述的电气装置、一个设置在设备外壳(30)上的用于电气装置的固定机构、一个对应插塞接点(32)和一个对应绝缘锥体(33)，其中，设备外壳(30)的固定机构和电气装置的固定机构刚性连接，并且绝缘锥体(14)和对应绝缘锥体(33)无间隙地叠压在一起。

13.按权利要求12所述的设备，其特征为，在电气装置的一个做成法兰(5)的固定机构和设备外壳(30)的一个对应法兰之间布置了一个适配法兰(34)。

14.按权利要求12所述的设备，其特征为，装置外壳(1)和设备外壳(30)做成导电的，且装置外壳(1)通过固定机构和设备外壳(30)接地。

15.按权利要求12至14中任一项所述的高压设备(H)的制造方法，其特征为，将电气装置的固定机构固定在高压设备(H)的固定机构上，然后在减小预张力、插塞接点(8)和对应插塞接点(32)形成电插塞连接以及绝缘锥体(14)和对应绝缘锥体(33)形成无间隙压紧的情况下，将电气装置的带电部分(6)引入到设备外壳(30)中。

16.按权利要求15所述的方法，其特征为，在预张力减小的过程中或减小以后，检查带电部分(6)的标记(36)的位置。

17.按权利要求15所述的方法，其特征为，通过旋转一个支撑在保护套(23)上的锁紧螺母(21)来改变预张力，并在两个锥体(14，33)形成插塞连接和压紧后取掉保护套(23)。

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