CN101069331B - 导体支撑绝缘盘以及包括该盘的电组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及处于与壳体(1)的电势不同的电势的高或中压电导体(6，7)的支撑件，电导体(6，7)由采用热塑性聚酯制成的盘状部件(4，5)支撑，热塑性聚酯例如是聚乙烯对苯二酸酯。盘(4，5)提供了良好的绝缘性，由于它们相当低的介电常数而没有很大地干扰围绕导体的电场。此外，它们也可以在SF6的气体环境下兼容使用。

Description

导体支撑绝缘盘以及包括该盘的电组件
技术领域
本发明的一个方面涉及用于支撑中或高压电设备的电导体的绝缘盘，以及另一方面涉及包括该盘的电组件。
背景技术
各种高或中压电设备是已知的，例如电缆或隔离开关，其中具有特定电势的导体必须由设备的另一部分支撑，例如由于绝缘件的插入而具有不同电势的壳体。不同的形状和许多不同的材料已经用于产生这种绝缘件。所有公知的方案存在不适和缺点。一些材料不能被加工，因此绝缘支撑件必须利用诸如模制等昂贵的技术制造；在现有技术中提出的一些绝缘件的形状复杂，使得它们的制造成本更贵并且使它们的组装变得复杂；并且最后不是所有的材料都是气密性的，这意味着当绝缘件也需要分隔两个不同的腔室时它们不能被使用。
像隔离开关这样的开关装置对这个领域中遇到的电气绝缘和机械强度的持续需求加重，由于连续连接和断开而使得电气负载更加严重，其在80℃等级的高温下工作；以及特别是在诸如六氟化硫SF6的一些特定气体下，在这种类型的设备中产生电弧，分解生成腐蚀的产物，包括侵蚀一些绝缘件的氢氟酸。在工程学中，这种类型的设备通常被称为GIS(气体绝缘开关装置)，或气密性变电站。
所有的这些需求非常难以符合。因此，在此考虑的绝缘件的现有技术包括不同类型的盘，该盘由在同心层中包括不同材料的薄片结构组成，其提供一些电特性但不是气密性的，并且需要复杂且昂贵的制造过程。机械强度和抗腐蚀性需求也不总是得到满足。
文献EP0588359A和DE3906553A描述了环氧树脂或硅树脂盘。这些材料在高温下和在腐蚀气氛下保持良好的机械强度，但它们的模制所需的制造也是昂贵的，并且带来容易出现电弧的表面缺陷。因此，盘必须由实现绝缘的层或起相同作用的屏蔽件覆盖，这在它们不具备必要的抗腐蚀下甚至还是增加了制造成本。
热塑性聚合物也用于产生绝缘件：文献EP1039609A描述了一种设计用于电缆且没有任何开关装置的固体聚乙烯或聚丙烯绝缘盘，其中在没有任何开关电弧的情况下没有由SF6分解产物产生的腐蚀，以及其中比在隔离开关和类似的活动开关装置中更低的温度没有相应地降低绝缘件的机械强度。
发明内容
本发明涉及呈盘状的上述类型的绝缘设备，其安装在诸如壳体的部件上，同时用作处于与壳体的电势不同的电势的电导体的支撑，其特征在于它是由热塑性聚酯制成。这种材料显然从来没有用于在此涉及的绝缘件。它具有现有技术中使用的其他材料所没有的所有特性：它能够容易地由厚板开始加工，或它能够挤压成形而不是模制成形，从而经济地加工，它具有相对低的介电常数，它能够气密性组装并且抵制通常在隔离开关壳体中使用的气体的侵蚀。它的结构是均匀的，没有空隙和夹杂物，这使得它具有可靠性同时消除在一些环氧树脂情况下的局部放电和通常由模制缺陷导致的表面轨迹。因此，盘可以设置在壳体的开口上，而没有任何具体的预防措施以及没有由于干扰电场而影响开关装置的操作。它能够容易地利用传统的机床由厚板开始加工，并且它能够设置有具体的配置，例如便于其与支撑在其上的导体组装或连接。
聚酯已经公知了十来年。它们没有用于本申请的情况可以这样解释，热塑性聚合物的硬度不够，当它们被加热时过度热膨胀，以及它们对于氢氟酸的侵蚀可能敏感。事实上发现，在实际中遇到的化学腐蚀下聚酯保持完好，它们的热膨胀是可以接受的，并且即使在大约80℃它们也保持合适的机械强度：发现，本发明预计的聚酯的在20℃时等于85MPa的损坏阻力(resistance to failure)在80℃时仍然是45MPa，并且在20℃时等于3200MPa的弹性模量在80℃时减半，这高于该材料在75℃时的玻璃转变温度。注意，聚乙烯和聚丙烯的机械特性对于本申请是不够的。具体地，聚乙烯的弹性模量在20℃时是750MPa的等级，而聚丙烯是1000MPa，这导致电开关装置不可接受的厚度。进一步地，这些材料的线性膨胀系数接近聚酯的两倍，使得难以在气密性应用中使用它们。
最后，通过在3.5巴的压力下在包含0.1％(体积)气态氢氟酸的气体中人为的1000h老化试验，聚酯盘的每单元面积的电阻率、介电常数和介电强度没有改变。
存在几种类型的热塑性聚酯。例如，优选地，将使用具有小于4.0的相对介电常数的聚酯(在例如50Hz的考虑电流频率下)。优选的是半晶质热塑性聚酯。这种材料可以由无机填料加强，优选地从下列材料中选择：硅石，矾土，玻璃球，玻璃纤维，云母，滑石，硅酸盐类纳米填料，用于在玻璃转变温度之上的情况下使用。在所有方面都特别有利的一种聚酯是聚乙烯对苯二酸酯(PET-P)，化学结构式是(C8O4H8)n。结晶率在25％至60％范围内，玻璃转变温度在从70℃至100℃的范围内，晶相融化温度在230℃至270℃的范围内，是用于本申请的最好的PET-P材料的典型特性。使用的材料没有润滑剂。电气设备通常在高温下工作。必须采用预防措施防止聚酯的相对高的热膨胀的后果，尤其是实现良好的密封。在本发明的一个具体实施例中，盘包括外围钻孔，其中从盘伸出的金属管被压力装配的长度比盘的厚度大至少0.5％。将看到这种设置即使在高的且可变的温度下如何帮助保持密封。盘还可以设置有金属环，该金属环围绕盘并且以比盘的厚度大至少0.5％的宽度从盘突出。
为了降低热塑性聚酯的温度，或者为了增加导体的可允许温度，还可以将热屏蔽件增加到电导体和绝缘盘之间的接触面。围绕导体的热屏蔽件由在高温和低导热率下稳定的材料形成，并且能够根据导体的温度从陶瓷、热固性树脂或高温热塑性塑料和合成材料中选择。
热屏蔽件具有管状形状，并且热屏蔽件外侧上的粗糙度或图案可以适于增加热屏蔽件和盘之间的粘合，或者使组装方便，例如通过螺纹，花键，胶粘连接或其他的方式。例如，热屏蔽件可以被卡住，或者热屏蔽件和盘可以通过燕尾槽组装。热屏蔽环的厚度根据导体的温度和选择的热屏蔽材料的性质从1mm至30mm变化，并且它的长度与盘的厚度相同。
如果高机械应力施加到绝缘盘，例如如果跨过绝缘盘施加高压力差，则导体和绝缘盘之间的连接可以通过使用金属插入件加强，该插入件在导体和绝缘件之间形成牢固的连接。金属插入件是管状形状的，插入件外侧上的粗糙度或图案可以适于增加插入件和盘之间的粘合，或者使组装方便，例如通过螺纹，花键，胶粘连接或其他的方式。例如，金属插入件可以被卡住，或者金属插入件和盘可以通过燕尾槽组装。金属插入环的厚度根据选择的连接的几何结构从1mm至30mm变化，并且它的长度几乎等于盘的厚度。
为了增加绝缘盘对诸如SF6的腐蚀气体的分解产物的抵制力，合适的清漆可以应用到绝缘盘的表面；可以推荐接近30μm厚度涂层的脂族聚氨酯清漆。一个例子是FARBAV50，其可以由刷子或漆滚筒实施，或者它可以在压力下散布，并且干燥4个小时。
包括绝缘盘和导体的电组件包括设置在盘表面上以增加局部放电的点火电压的导体电极。推荐在电极和盘之间应该插入一装置，以增加与电极的距离，并且进一步地增加点火电压。电极由围绕导体的肩部支撑。
盘可以包括至少一个径向钻孔，其中导体设置在该钻孔内基本上与支撑部件或接地相同的电位。该导体可以是直接连接或通过测量装置连接的接地导体。
由于聚酯的良好的可加工性能，钻孔、槽等可以形成在盘中。
附图说明
本发明的这些方面和其他方面将参考下列附图进行更详细的描述：
-图1示出了根据本发明的包括两个盘的电气隔离开关的全视图；
-图2和3是图1的放大图；
-图4是所述盘的正视图；
-图5示出了所述盘的变形实施例；
-以及图6是图2的变形。
具体实施方式
我们将由描述图1开始，该图示出了主要由气密性金属壳体1限定的隔离开关，但是其中具有开口。上开口由法兰2限定，该隔离开关或具有盘5和与导体7接触的导体(在图1中未示出)的另一设备通过套管栓接在该法兰上。两个其他的开口由与本发明一致的盘4和5关闭，该盘4和5分别支撑导体6和7。盘4和5由具有相对介电常数的诸如聚乙烯对苯二酸酯块的聚酯块或其他聚酯加工形成，该介电常数优选地不超过4.0。盘4和5的直径-厚度比优选地是小于10。导体6和7是相互垂直的，并且可以通过隔离开关的套管8连接，其在驱动机构9的作用下沿着一个导体的端部滑动，驱动机构9仅示出一个端部，并且根据现有技术包括杠杆，连接棒，弹簧等。通常向前移动套管8直到其伸入与导体7相连的插座10中，建立起电连接-套管在导体6上保持局部滑动-或者形成隔离位置，其中通过进一步地围绕导体6推动套管使套管8从插座10退出。导体6然后如稍后所述可以接地。现在将描述盘4和5，首先描述具有与盘5相同的细节的盘4，以及其他特殊的细节。
盘4和5设置在壳体1的法兰11和12的平面表面上，并且关闭由这些法兰形成的开口。导体6和7在盘4和5的中间接合从而穿过它们，以致于如果需要，它们可以连接到在使用隔离开关的电路中的其他导体。
如图2所示，包括部分导体6的轴向钻孔13形成在盘4中。槽14形成在盘4的中间厚度处以保持O形环15，从而防止在壳体1中特定气体的泄漏。在盘4每侧上的电极16和17在导体6上滑动。它们防止在导体6的电势与保持在接地电位的壳体1的电势不同时的局部放电。电极的形状，特别是外侧半径，相应地调整。在壳体内侧上的电极16设置地与围绕导体6的肩部18接触。电极16和17的效果可以由设置在每个电极16和17与盘4之间的较小直径的垫片19的堆叠而加强，该垫片增加了盘4和电极16、17之间的距离。垫片19的这些堆叠是粘合的或者是自由的。它们由与盘4相同的材料形成。作为变形，通过围绕轴向钻孔13在盘4上产生凸纹(relief)从而支撑电极16和17使它们进一步移动远离盘4剩余部分的表面，可以更难形成放电。
在此实施例中，盘4在其两个表面上开槽有槽20和21，该槽围绕轴向钻孔13辐射。它们从壳体1腾空出诸如气体的内容物，由功能性气体填充，并且没有在垫片之间截留空气。
参考图3。盘4或5的预设材料的一个缺点是它们的热膨胀系数太大，这可能导致在隔离开关工作的高温下的过度变形。因此，推荐将盘4和5安装在法兰11和12上的特殊方法。用于盘4和5栓接的外围钻孔22将例如由铝形成的金属管23保持得比盘4和5的厚度稍长至少0.5％，以致于它们在盘4和5的两个表面上突出。当螺栓24紧固时，管23保持在法兰11和12以及诸如25的法兰上的适当位置，电气设备的诸如电缆槽的其他元件或壳体的其他部分连接到壳体1。在盘4、5与法兰之间存在间隙26和27，容纳盘4的膨胀。气密性由密封件28和29保持，该密封件保持在于盘4和5以及法兰11、12和25的表面上形成的槽中。
再次参考图1，能够看到，盘4与盘5的区别在于，盘4具有容纳接地导体31的径向钻孔30。导体31在按钮32处结束，按钮32穿过面对开关的插座33的内侧面从盘4突出。插座33与套管8相连，并且在开关接地位置覆盖它们。导体31的另一端在围绕法兰11的外围安装的连接棒34上结束，并且因此在图1的位置使导体6的电势和接地位置的电势相等。作为变形，在导体31和壳体1之间插入仪器，例如测量触头33的电流或者检测局部放电。
具有允许盘4和5热膨胀的金属管23的系统，能够由围绕盘的金属环35替代。此方案在图5中示出。金属环35的宽度比盘的厚度大至少0.5％，并且在两侧突出，类似于金属管23。
图4示出了盘4和5可以支撑几个导体6和7，该导体之后被并排设置。具体地，包括轴向钻孔13和电极16、17的导体支撑设备为每个导体设置有径向接地钻孔30。
如果盘4和5没有实施气密功能并且仅提供导体的电绝缘，则密封件是不必需的。盘4和5甚至可以设置在包含相同气体的两个壳体之间。然后，优选地，可以由通过盘4和5的钻孔在这些室之间建立连通。
在图6的变形实施例中，成套管形式的金属插入件40在导体6和盘4之间接合，代替它们之间的直接调节，这在图1和图2中的实施例中可以观察到。它实质上用于限制盘4的温度升高。金属插入件40在连接表面41处被压力安装在盘4中。在槽14中的密封件15设置在金属插入件40的两侧上，与盘4接触，并且与导体6接触。
金属插入件40可以由具有与图6所示的图案一致的相同形状和相同尺寸的热屏蔽件代替；压力安装调节通过在连接表面41上的粘合代替。
如果绝缘盘5不是平的，那么采用这种新的材料也是有好处的。如许多类型的现有设备一样，盘可以圆锥形的，它可以具有成同心圆形波形式的凸纹，但是它也可以是沿半径方向具有不同厚度的盘。这种类型的不平的盘可以通过热成型制造。

Claims (18)

1.一种由热塑性材料制成用于中或高压电气设备的电绝缘盘(4，5)，包括分配给支撑至少一个电导体(6，7)的区域，以及分配给支撑在所述电气设备的壳体上的区域，所述壳体处于与电导体的电势不同的电势，其特征在于，所述热塑性材料是相对介电常数小于4.0的聚乙烯对苯二酸酯。
2.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，所述聚乙烯对苯二酸酯是半晶质，没有润滑剂，结晶度在25％至50％的范围内。
3.根据权利要求1或2的绝缘盘，其特征在于，所述聚乙烯对苯二酸酯由无机填料加强。
4.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，其是平的。
5.根据权利要求4的绝缘盘，其特征在于，其具有小于10的直径-厚度比。
6.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，其包括外围钻孔(22)，伸出所述盘的金属管(23)被压力装配在所述钻孔中，金属管(23)的长度比盘的厚度大至少0.5％。
7.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，其与金属环(35)配合，该金属环围绕所述盘并且以比盘的厚度大至少0.5％的宽度从盘伸出。
8.根据权利要求3的绝缘盘，其特征在于，所述无机填料从下列材料中选择：硅石，矾土，玻璃球，玻璃纤维，云母，滑石，硅酸盐类纳米填料。
9.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，热屏蔽件或金属插入件(40)插入在盘(4)和电导体(6)之间。
10.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，清漆涂敷在盘上。
11.根据权利要求10的绝缘盘，其特征在于，清漆是脂族聚氨酯。
12.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，分配给支撑至少一个电导体的区域包括至少一个轴向钻孔(13)。
13.根据权利要求1的绝缘盘，其特征在于，其包括至少一个径向钻孔(30)，在该钻孔中布置有接地导体(31)，所述接地导体(31)处于与所述壳体相同的电势上。
14.一种用于中或高压电气设备的电组件，包括根据上述权利要求中任意一项的绝缘盘和电导体，至少一个电导体穿过所述盘，其特征在于，每个电导体包括靠近所述盘的两个环状电极(16，17)，并且电极的形状能够消除局部放电。
15.根据权利要求14的电组件，其特征在于，其包括在电极和盘之间插入的垫片(19)，并且该垫片的厚度能够消除放电。
16.根据权利要求14或15的电组件，其特征在于，所述盘设置在所述壳体的开口上，并且通过气密性密封件(28，29)固定到所述壳体。
17.包括根据权利要求1至13任意一项的电绝缘盘的气密性变电站。
18.包括根据权利要求14至16任意一项的电组件的气密性变电站。
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