CN101053044B - 特别是用于中压和高压的电绝缘体 - Google Patents

Abstract

一种电绝缘体(1c)包围一个内部空间(3c)。在内部空间(3c)内可设置电气活动的元件(2c)。为限制在所述内部空间(3c)和电绝缘体(1c)的外部环境之间的热传输，所述绝缘体(1c)具有热绝缘区域(7c，8c，9c)。

Description

特别是用于中压和高压的电绝缘体

技术领域

本发明涉及一种电绝缘体，特别是用于中和高电压的电绝缘体，其包围一个内部空间。

背景技术

一种这样的绝缘体例如在美国专利US 6,147,333中公开。那里的绝缘体是高压引线的一部分，用于电气连接导体穿过高压功率开关的金属封装外壳。在金属封装外壳的内部设置高压功率开关的切断单元。高压引线各具有一个绝缘体，它为延长漏电路径在其表面上设置加强筋。封装外壳用升高压力的状态下存在的绝缘气体填充。为避免在低的温度下绝缘气体液化，给高压线路开关的封装外壳装备一个电加热装置。为使热量损失保持尽可能小，该加热装置与一个热绝缘垫组合。在此已知，该垫要尽可能密集地围绕开关的封装外壳设置：高压引线不受绝缘垫的阻塞，以便不对它的电气绝缘特性产生负面影响。由于存在保留的区域，一部分热量可能通过绝缘体从封装外壳的内部向周围环境输出。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，这样构造在本文开始部分提到的类型的电绝缘体，使得它能够以改善的方式被包括在热绝缘中。

该技术问题是在开始时提到的类型的电绝缘体中按照本发明通过使绝缘体具有至少一个热绝缘区域解决的。

在封装的功率开关上使用热覆盖或者绝缘垫时总要注意，不通过封装外壳的外部轮廓的改变而影响围绕高压引线周围要保留的高压电路。因此在使用常规绝缘垫时，仅能保证高压功率开关有条件的热绝缘。通过使用电绝缘体和在该绝缘体内引进至少一个热绝缘的区域能够减少通过该电绝缘体自身的热的散逸。根据使用的电气绝缘材料，例如陶瓷或者塑料，可以以不同的形式实现该热绝缘区域。于是例如能够在制造电绝缘体时在基本材料中混入热绝缘的元素，例如具有气泡的颗粒。这样的结构具有热绝缘作用在绝缘体的所有分段中都均匀的优点。此外，电绝缘体自身的机械稳定性仅受很小的影响，因为在单个混入的元素之间提供了对于电绝缘材料足够的桥接宽度(Stegbreiten)。一种这样的结构导致一种具有大量热绝缘的区域的电绝缘体。

此外，有利的是使该热绝缘区域包围内部空间。

在围绕内部空间设置热绝缘区域时，内部空间特别有效地保护热能不通过电绝缘体的壁散逸。特别是在加热内部空间的情况下能够防止过分的热散逸。在此，可以使内部空间沿其整个延伸范围由热绝缘区域包围，或者也可以仅部分段由热绝缘区域包围。于是可能根据需要在电绝缘体上产生具有特别强的热绝缘区域的段。于是有目的地产生能够迅速冷却并且因此相对于强绝缘的区域具有温度差的区域。因此能够促进在电绝缘体的内部空间内产生对流。绝缘体的内部空间可以用不同的内装零件填充。这种内装例如是驱动元件、电缆和导线等。该绝缘体例如也可以作为所谓的支座绝缘体制造并且绝缘地承载组件。

根据另一种有利的结构，在该内部空间中设置一个电导体。

如引言中所述，在带有接地的封装外壳的高压功率开关上的引线装置构成了热绝缘中的弱点。通过在内部空间中设置电导体，在绝缘体和热绝缘的区域的相应的结构中也可以构造一个引线装置。在此有利的是可以使绝缘体是电气引线装置的一部分。

如果绝缘体和热绝缘的区域与电导体被同轴设置，则是特别有利。

同轴设置提供了关于绝缘体的介电结构的优点。特别是热绝缘区域作为同轴包围层的结构使得能够保持对于引线的绝缘体的已知的结构。通过热绝缘区域，仅改变绝缘体的围绕内部空间延伸的壁的强度。此外可以保持已知的引线的原理结构。

在此另外有利的是，可以使热绝缘区域作为在位于内部的管和外表面层之间的层设置。

特别是连接绝缘体的结构允许非常简单装入绝缘区域。通常，连接绝缘体具有一个机械稳定元件。该元件例如可以是一个位于内部的管。然后在该管上为保证足够的绝缘强度设置另外的层。这样的层例如是硅层，它在外表面上具有一个保护层。在此特别有利的是，在内管和各表面层之间设置热绝缘层。由此内部空间保持为不含热绝缘段，而可以以惯常的方式使用。外表面也保持它的结构，以便不会通过该绝缘区域对于它的电气以及机械特性发生影响。在此，热绝缘区域可以由位于内部的管和外表面层完全罩上。为此，表面层例如可以构造为硅保护层，其也在热绝缘层的端面侧末端完全包围它紧贴在内部的管上。这允许为热绝缘区域使用不同的材料，因为它在很大程度上被保护不受外部影响。于是例如允许使用泡沫塑料，像聚氨酯或者其他聚合物。在此，使用绝缘气体发泡允许介电稳定地产生在泡沫内存在的空腔。作为绝缘气体例如可以使用氮或者六氟化硫。

另外，有利的可以是，在两个彼此同轴的管之间设置热绝缘区域。

使用两个彼此同轴的管允许把管自身作为用于热绝缘区域的模板(Schalung)使用。由此，为把热绝缘区域设置在管之间构成的环缝中可以使用特别简单的方法。另外，可以这样选择绝缘材料，使得两个管通过热绝缘彼此固定在其位置。由此，产生分层的体，它通过管具有高的机械稳定性并通过在管之间的热绝缘段具有良好的热绝缘能力。在适当选择热绝缘材料的情况下，可以用很少的物质另外地提高被连接的管的机械稳定性。在这样的设置中对于迄今使用的对于绝缘体的加工方法几乎不产生限制。朝向内部空间另外给出固定的管状结构。对于外部要设置的表面区域同样存在固定的管状结构。

根据另一个有利的结构，内部空间至少部分地用流体填充。

为提高绝缘体的电气强度，内部空间可以用绝缘气体特别是用处于提高压力的状态下的绝缘气体例如六氟化硫或者氮气、或者电气绝缘的液体例如绝缘油填充。由此，在内部空间中设置的电气活动元件、例如电导体或者开关设备的切断单元被进一步绝缘。

在此，另外可以在内部空间内安装场控元件、例如多层控制电容器或者场控电极。

附图说明

下面根据一个实施例在附图中概略表示并在其后详细说明本发明。

图1表示绝缘体的第一结构方案。

图2表示绝缘体的第二结构方案。

图3表示用于引线装置的绝缘体的第三结构方案。

图4表示用于引线装置的绝缘体的第四结构方案。

图5表示用于引线装置的绝缘体的第五结构方案。

具体实施方式

图1表示电绝缘体1的第一结构方案的一段。电绝缘体1的第一结构方案具有基本为中空圆柱的结构。电绝缘体1的该第一结构方案以塑料连接绝缘体的形式构造。在承载管2上设置用热绝缘材料3形成的层。热绝缘材料3构成一个热绝缘区域，它在圆周表面侧围绕承载管2延伸。热绝缘区域作为通体层构造。作为外表面，在热绝缘材料3上设置由硅形成的保护层4。该保护层例如可以浇铸或者喷涂或者作为加工好的元件设置在用热绝缘材料3覆盖的承载管2上。在绝缘材料3内包含的气孔例如可以用一种绝缘气体填充。由此改进绝缘材料3的介电稳定性。热绝缘材料3在位于内部的承载管2和外保护层4之间设置。外保护层4构成外表面层。

图2表示电绝缘体1a的第二结构方案。电绝缘体1a具有一个基本上是中空圆柱的形状。在第一承载管2a和第二承载管2b之间设置热绝缘材料3a。通过热绝缘材料3a构成的热绝缘区域将两个承载管2a、2b相互连接。在与第一承载管2a同轴存在的第二承载管2b上设置由硅形成的保护层4a。热绝缘区域位于在内部存在的第一承载管2a和作为保护层4a构造的外表面层之间。

图3表示应用于高压引线装置中的电绝缘体1c的第三结构方案。电绝缘体1c基本构造为中空圆柱形，具有内部空间3c。也可以与此不同为电绝缘体使用例如桶形或者锥形的形状。与电绝缘体1c同轴在内部空间3c内设置电导体2c。在端侧给电绝缘体1c提供第一和第二封装配件4c，5c。电绝缘体1c例如可以由陶瓷材料形成。为控制电场，带有电绝缘体1c的引线装置具有一个场控制电极6c。借助第二封装配件5c，图3的引线装置例如可以被用法兰盘接在高压功率开关或者变压器上。内部空间3c可以与高压功率开关或者变压器的内部空间连通，并用例如绝缘气体或者绝缘油的流体填充。通过该流体连接内部空间3c也可被加热。为限制从内部空间3c散热，在电绝缘体1c内设置第一、第二和第三热绝缘区域7c，8c，9c。热绝缘区域7c，8c，9c在本实施例中分别完全例如由电绝缘体1c的陶瓷基本材料包围，并嵌入电绝缘体1c的壁内。此外，例如还可以把这些热绝缘区域设置在绝缘体基体的凹槽内(例如通过聚合物的发泡)。第一和第二热绝缘区域7c，8c分别作为具有不同环宽度的同轴圆环制造。第三热绝缘区域9c仅作为圆环的一段制造。由此能够有目的地调节引线装置的散热行为。于是例如可以在电绝缘体的一个区域实现加强的散热，以便例如加热相邻的组件。

图4表示电绝缘体1d的第四变体方案。其结构与图3所示引线装置相同。仅热绝缘区域具有另外的形状。电绝缘体1d装备杆状或者纵长延伸的板状热绝缘区域7d，8d，9d。热绝缘区域分别作为凸的矩形或者梯形板构造。在此可以使在第一封装配件4d的区域中的板具有比在第二封装配件5d的区域中的板较小的壁强度(或者反之)。

为图4中起相同作用的元件提供了图3的相应的参考符号，仅各字母下标不同。

图5表示电绝缘体1e的第五结构方案。按照原理结构该引线装置相应于在图3中所示引线装置的电绝缘体1c。因此为起相同作用的元件提供相应的参考符号，它们仅字母下标不同。在电绝缘体1e中插入大量热绝缘区域7e，8e，9e。这些热绝缘区域例如作为颗粒在电绝缘体1e的加工期间在其尚未成形的基本材料中混入。由此产生电绝缘体1e的非常均匀的结构，其中在所有的区段产生相同分布的热绝缘区域7e，8e，9e，并且热绝缘区域7e，8e，9e包围内部空间。此外，图5所示的引线装置装备了一个多层电容器卷芯6e，用于控制电场分布。

在图1至5中表示的绝缘体分别可用于引线装置或者可作为对于组件的电气绝缘保持的支座绝缘体使用。

超越在附图中表示的电绝缘体的热绝缘材料的设置的结构方案，还可以为绝缘体提供热绝缘区域的另外的结构方案。例如可以以螺旋形卷绕热绝缘纤维带，以及在附带给予相应的机械稳定的材料例如树脂的情况下构造耐用的电绝缘体，其在其壁内具有热绝缘区域并可提供一个其内可设置电气活动的元件的内部空间。

Claims (8)

1.一种电绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，用于中和高电压的电绝缘体，其包围一个内部空间(3c，3d，3e)，其特征在于，所述电绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)具有至少一个热绝缘区域(3，3a，7c，7d，7e，8c，8d，8e，9c，9d，9e)，所述热绝缘区域(3，3a，7c，7d，7e，8c，8d，8e，9c，9d，9e)被设置为在内部的管(2)和外部表面层(4)之间的层。

2.根据权利要求1的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述热绝缘区域(3，3a，7c，7d，7e，8c，8d，8e，9c，9d，9e)包围所述内部空间(3c，3d，3e)。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，在所述内部空间(3c，3d，3e)内设置一个电导体(2c，2d，2e)。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)是电气引线装置的一部分。

5.根据权利要求3所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)和及其热绝缘区域(3，3a，7c，7d，7e，8c，8d，8e，9c，9d，9e)都相对于电导体(2c，2d，2e)同轴设置。

6.根据权利要求1或2所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述热绝缘区域(3a)被设置在两个彼此同轴的管(2a，2b)之间。

7.根据权利要求1或2所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述内部空间(3c，3d，3e)被至少部分地用流体填充。

8.根据权利要求1或2所述的绝缘体(1，1a，1c，1d，1e)，其特征在于，所述热绝缘区域(3，3a，7c，7d，7e，8c，8d，8e，9c，9d，9e)包括具有泡沫气孔的材料。

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