CN101359814B - 电连接中高压机架的接电装置以及具有该装置的配电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于在彼此相邻的中高压机架间进行电连接的连接装置，其包括：由电绝缘和可弹性变形材料制成并且限定出纵向轴线(X’)的衬套(20)；在所述纵向轴线(X’)上设置在所述衬套(20)内的第一和第二连接夹具(24)，所述第一和第二夹具(24)被设置为分别连接第一机架(4)的接触部件(12)和第二机架(4’)的接触部件(12’)；以及分别围绕所述第一和第二连接夹具以施加径向力的第一和第二拆分管状弹簧(26)。

Description

电连接中高压机架的接电装置以及具有该装置的配电站

技术领域

本发明涉及用于在两个中高压机架(bay)之间进行电连接的接电装置，并且涉及用于以中高压分配电力的配电站，该配电站包括通过至少一个这种连接装置连接到一起的至少两个机架。

背景技术

建造中高压配电站是公知的，该配电站由多个被称为金属包覆机架的模块组成并且填充有诸如六氟化硫(SF₆)的介电气体。该配电站包括入口机架、出口机架以及插入在该入口机架和出口机架之间的互连机架。用于将相邻机架、特别是各机架的母线组连接到一起的装置被设置在相邻的机架之间。

例如，文献EP 0 891 013和EP 520 933中公开了上述类型的连接装置。这些连接装置包括细长的电绝缘衬套(sleeve)，该电绝缘衬套具有两个穿入安装在机架腔室壁中的截头圆锥形套管(bushing)中的截头圆锥形轴向端部，该电绝缘衬套具有构成穿孔管并且在所述衬套内纵向设置的连接夹具，各夹具与连接到母线并且设置在截头圆锥形套管中的接触部件相连接。

在按照该方式连接时，所述母线构成穿过整个配电站延伸的单一复合母线。

夹具由数个指部组成，并且为了确保指部与接触部件之间的接触，在各夹具的指部周围通常设置有螺旋状弹簧，以径向包围该指部。为了施加足够高的力，弹簧具有适合大直径的匝圈。

使用衬套的目的如下：首先，使通电的复合母线与机架的金属外壳电绝缘，该金属外壳接地；其次，在机架和外部环境之间提供密封，以避免由于大气环境影响造成的任何损害；最后，对复合母线提供机械支撑，特别是对于发生短路时产生的电动力。

该绝缘衬套由诸如弹性体的可变形弹性材料制成，该衬套的各端部被压入套筒中，以避免可能会导致局部放电的任何空气存在。

然而，由于弹簧匝圈的大直径，在连接夹具的外表面和绝缘衬套的内表面之间会存在大的空闲空间。在通过彼此相向地移动机架以将衬套的端部装配到套筒中时，衬套首先会径向变形，以填充夹具外表面和衬套内表面之间的环形空间，然后该衬套再朝向该套筒的基部轴向变形。因此，需要使每个衬套具有足以确保填充该环形体积的大量材料，并且同时，要获得足够好的接触，以排除套筒和衬套之间的空气。

因此，目前现有技术中的连接装置需要具有大的衬套，从而需要大量的材料，并且其制造成本也因此增加。大尺寸的连接装置还意味着各机架的整体尺寸更大，从而配电站本身也更大。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供用于在彼此相邻的中高压机架之间进行电连接的装置，其在减小尺寸和降低成本的同时提供高效的连接。

通过一种连接装置实现上述目的，其中通过拆分管状弹簧代替安装在夹具周围的螺旋弹簧。因而，为了施加给定的径向力，弹簧的厚度较小，其限制了绝缘衬套的内表面和连接夹具的外表面之间的间隙。通过这种方式，减少了填充该环形空间所需的材料量。该衬套的材料变形于是基本上是纵向的，并且施加在衬套和各套管之间的压缩力也因此变大，从而确保了衬套和套管之间的改善接触，并且因此避免了在装配操作期间混入空气。

由于在夹具和衬套内表面之间要填充的体积的减少，使用拆分管状弹簧(或管状环)还能够使衬套所需的材料量减少。衬套也可以做得更小。结果，减少了衬套的制造成本。套管的尺寸也得到减少，同样机架以及由这些机架构成的配电站的尺寸也得到减少，从而也降低了其自身的制造成本。

此外，由与拆分管状弹簧接触的衬套施加的径向压缩力使该管状弹簧被压缩，从而使夹具的指部与接触部件之间的接触压力增加。

因此，本发明的主要主题为用于在彼此相邻并且包括第一机架和第二机架的中高压机架之间进行电连接的连接装置，所述第一机架和第二机架包括填充有介电气体的气密腔室，该装置包括：

由电绝缘和可弹性变形的材料制成并且限定出一纵向轴线的衬套；

在所述纵向轴线上设置于所述衬套内侧的第一和第二连接夹具，所述第一和第二夹具被设置为分别连接第一机架的接触部件和第二机架的接触部件；以及

分别围绕所述第一和第二连接夹具的第一和第二弹性装置，所述第一和第二弹性装置被设置为施加径向力；

所述第一和第二弹性装置为拆分管状弹簧。

所述拆分管状弹簧由导电材料，例如钢，制成。

所述拆分管状弹簧的壳体具有在0.5毫米(mm)至2.5毫米范围内的厚度。

所述绝缘衬套的两个轴向端部例如为截头圆锥形，该绝缘衬套由弹性体制成。

所述夹具可以包括多个限定出管的纵向指部，所述指部形成有用于在其中安装所述拆分管状弹簧的槽口，从而能够减少所述弹簧相对于纵向指部的外侧表面径向突出的量。有利的是，在所述指部之间设置有圆柱形间隔体，以限定最小直径，该最小直径适于使得能够插入第一机架和第二机架的接触部件。

例如，对于24千伏(kV)的额定电压，本发明的连接装置具有小于或等于143mm的长度和不大于56.5mm的外径。

本发明的主题还涉及一种包括至少两个机架的配电站，每个机架包括至少一条母线，所述母线通过本发明的连接装置连接到一起。

对于三相配电站，每个机架包括三条母线构成的组，母线组中的每条母线通过本发明的连接装置连接到另一机架的母线组中的一条母线。

作为实例，每个机架包含填充有介电气体的气密腔室，每条母线在其纵向端部的至少一个处安装有适于穿入所述连接装置的连接夹具的接触部件，该接触部件容纳在套管中，该套管安装在与相邻腔室壁面对的所述腔室的壁上，所述套管具有与连接装置的纵向端部相对应的形状，该连接装置的各纵向端部被插入到一个套管中。

作为实例，对于24kV的额定电压，所述套管的长度为80mm，在连接装置将插入其中的一侧处的外径为84mm，而在通过其将插入连接装置的套管的一侧处的内径为57mm。

附图说明

参照下面的详细描述以及所附的附图可以更清楚地理解本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的连接装置在去除其连接夹具后的纵向截面图；

图2示出了通过图1的连接装置连接到一起的两个机架的局部纵向截面图；

图3是单独示出图1的连接装置的一部分的透视图；

图4示出了其中容纳有本发明的连接装置的套管的纵向截面图；以及

图5示出了在构造本发明的三相配电站的两个机架中的两组三条母线的连接。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的电连接装置2，其将两个机架4和4’连接到一起。

两个机架4和4’基本上彼此相同，这里仅描述机架4。

机架4包括填充有诸如六氟化硫(SF₆)的介电气体的气密腔室和一组母线(未示出)，该组母线被设置为连接到相邻机架12’的一组母线，以形成单组母线。按照这种方式连接到一起的机架构成中高压配电站。

在下面的说明中，仅描述了两个机架之间的连接，但是可以清楚地理解，本发明可用于具有至少两个机架的配电站，并且特别是在适当的时候具有入口机架、中间互接机架和出口机架的配电站。

该组母线包括用于传输三相电的三条母线(通常每一相由一条母线组成)。

所述腔室具有设置为面向机架4’的壁8’的壁8，并且壁8具有其中安装有套管10的开口9，该套管设置为容纳根据本发明的连接装置2的纵向端部。

在图4中单独示出并且具有轴线X的套管10在第一纵向端部处包括用于容纳连接装置2的一端的孔径13，而在其第二纵向端部处具有位于轴线X上的接触部件12，该接触部件12被电连接到母线(未示出)。该第二纵向端部由接触部件12封堵。

套管10以密封的方式安装到壁8上，从而防止介电气体逸出到外侧。在所示的实例中，密封件由安装在环形凹槽16中的O形环14构成，该环形凹槽16围绕套管10的外壁形成。

例如，套管10通过利用螺母18的螺旋紧固而固定到壁8上，该螺母18与形成在套管10的外壁上的螺纹相配合。该螺母接合在该壁8的外表面上。

有利地，套管10包括围绕接触部件12模制的壳体11，由此在接触部件12和套管10的壳体之间获得良好的密封，从而不需要提供附加的密封装置。

套管的壳体11在接触部件12和套管10的径向外壁之间限定出沿着轴线X纵向延伸的环形外壳15，并且该外壳15被设置为容纳本发明的连接装置2的一个纵向端部。环形外壳15具有适于容纳连接装置2的纵向端部的截头圆锥形状。

本发明的连接装置2包括位于轴线X’上的衬套20，其由诸如弹性体的电绝缘和可弹性变形材料制成，并且该衬套20具有设计为穿入套管10、特别是穿入环形外壳15中的第一纵向端部20.1，该衬套20还具有设计为穿入相邻机架4’的套管中的第二纵向端部20.2。

端部20.1和20.2也呈截头圆锥形，从而与通过套管10的各壳体11限定的外壳15相配合。

衬套20具有其中安装有两个连接夹具24的中心通道22，每个夹具被设置为容纳机架4和4’的各套管的接触部件12。

连接夹具24包括通过凹槽分开并适于径向移动的纵向指部。

根据本发明并且特别是从图3中可以看出，连接夹具由安装在该连接夹具24的外表面上的拆分管状弹簧(split tubular spring)26径向夹紧，以朝向轴线X’施加径向力。该拆分管状弹簧26例如由导电材料形成，该导电材料例如为钢。卷绕以形成拆分弹簧的钢板的厚度例如在0.5mm到2.5mm的范围内。

静止状态下管状弹簧26的内径使静止状态下连接夹具24的内径比接触部件12的外径稍小，因而能够在夹具和部件12之间确保良好的接触。

从图3中可以看出，两个连接夹具24的指部由具有圆弧截面的三个圆筒部分28形成，并且为了保持这些圆筒部分28之间的内径，提供有圆柱形间隔体30，该间隔体具有稍微小于接触部件12的外径的直径，以使得部件12可以没有任何困难地插入连接夹具。一旦两个机架4和4’已经被连接在一起，间隔体30就不再有进一步的作用。

可以看出，指部可以具有适于容纳弹簧的切口(cut-out)32。这些切口32用于定位管状弹簧26，并且使管状弹簧的径向压力以直角施加到该接触部件上。上述切口用作在水平轴线上对准弹簧26和三个指部的轴向端部止动件。此外，这些切口也能够使管状弹簧26容纳在由三个接触指部限定的空间内，从而尽可能地最小化管状弹簧26的径向突出，并因此尽可能地最小化绝缘衬套20的内径和连接夹具24的外径之间的空闲空间。

根据本发明，为了施加所需的机械应力，构成本发明的拆分管状弹簧26的管仅需要很小的厚度。因而，可以减小由圆筒部分28构成的组件的径向外表面与绝缘衬套20中的通道22的内壁之间的间隙e。由此限定的环形空间比当前现有技术中存在的环形空间小。

下面对如何通过本发明的连接装置2将机架4和4’连接到一起进行解释，并且尤其是对如何在母线(未示出)之间进行电连接进行解释，其中母线的端部由接触部件12和12’组成。

衬套20的端部20.1被引入套管10中，以使衬套20的轴线X’与套管的轴线X对准；然后，接触部件12的自由端穿入连接夹具24。将机架4’引向机架4，以使接触部件12’基本上与接触部件12对准，并且接着沿着轴线X在轴向上使机架4’更靠近机架4，从而使绝缘衬套20的端部20.2进入套管10’，并且使接触部件12’进入另一连接夹具24。

之后，通过将机架4和4’的两个腔室机械连接在一起的系统，两个机架的相对壁沿着轴线X彼此相向地靠近，从而压缩绝缘衬套20，其在套管10和10’内部发生变形。绝缘衬套20的变形使其朝向轴线X径向变形，从而其填充连接夹具的径向外壁与绝缘衬套20中的通道的内壁之间的环形空间。然后衬套20朝向套管10和10’的基部变得轴向变形。

优选地，在衬套20和端部和套管的基部之间提供间隙。该间隙用作储存器，以储存装配操作期间在绝缘衬套20的截头圆锥形端部和套管10和10’的座套之间排出的任何残留空气，从而确保绝缘衬套20和套管10和10’之间的良好接触，而且在装配期间有效地引导绝缘衬套20的塑性流动。该间隙使得避免使用静态不确定系统成为可能。此外，也降低了衬套变褶皱并且随之混入空气的风险。最后，该间隙能够使各种元件以更大的制造公差制造。

本发明的连接装置为单极形式，其能够使一个机架的接触部件连接到该机架的另一接触部件；然而，优选地，该连接装置适于将成组的三条母线连接到一起，从而可以制造三相配电站，如图5所示。图5示出了用于形成三相配电站的三对母线的连接。按照这种配置，三个衬套20位于机架4的三个接触部件12上，并且为了使三对母线同时连接，使机架4’朝向机架4移动。

根据本发明，由于与当前现有技术的装置相比，连接夹具和绝缘衬套中的通道的内表面之间的空间变小，减小了朝向轴线X的变形。因而绝缘衬套20的变形基本上朝向套管10和10’的基部发生在方向X上。

绝缘衬套抵靠套管10的壳体并且类似地抵靠套管10’的壳体的接触压力大于通过现有技术中的连接装置获得的压力，并且能够完全排尽可能位于套管和绝缘衬套20之间的空气，从而避免由于衬套和套管10和10’之间包含空气而引起的任何局部放电。此外，由于本发明可以控制衬套变形的优选方向，制造衬套所需的材料量减少。

而且，在绝缘衬套被压缩时，其所施加的径向压力使拆分管状弹簧被压缩，从而增加了各连接夹具24的指部与容纳在其中的接触部件12之间的接触压力。通过该连接，通过发生于拆分管状弹簧的外径上的径向膨胀，减小了由于纵向压缩而导致的衬套20的变形，该拆分管状弹簧能够利用其纵向槽收缩。各连接夹具24的指部与相关的接触部件12之间的接触压力的增加降低了接触部件12和夹具24的指部之间的传输电阻，这使得电连接中的热损耗减少。

结果，通过减少焦耳效能热，本发明的拆分管状弹簧(或拆分管状环)能够改进性能，而且由于在将衬套装配到各套管期间在通过确保空气的有效排尽而保证衬套和套管之间的更好接触的同时限制了局部放电，本发明的拆分管状弹簧也能够改善屏蔽性能。

因而，本发明可以减小衬套20的尺寸，进而也减小套管10和10’的尺寸，所以机架的尺寸和由通过本发明的连接装置连接在一起的这些机架所组成的配电站自身的尺寸也都减小。这种体积上的减小也伴随着各机架和各配电站连接装置成本的减少。

概括地说，与当前现有技术中的连接装置的尺寸相比，本发明的连接装置的长度和外径减小了20％。类似地，对于安装在机架上并且用来容纳本发明的装置的一端的套管，其尺寸、特别是其长度以及开口的内径和外径也可以减小大约20％。

作为例子，以下是本发明范围内的用于额定电压或指定电压24kV的连接装置和套管的一些尺寸，并且为了比较，以下也有一些在现有技术中用于同样额定电压的连接装置和套管的尺寸。

本发明的连接装置的长度L为143mm，外径D为56.5mm，而当前现有技术中的连接装置的长度为180mm，外径D为76mm。

因此可以看出，本发明使连接装置的长度减小大约20％，外径减小大约26％。

适于容纳本发明的连接装置的套管10的长度L₁₀为80mm，在通过其插入连接装置的端处的外径为84mm，并且在通过其插入连接装置的端部处的内径D_i为57mm。通过比较，当前现有技术中的套管的长度为95.5mm，在通过其插入连接装置的一侧处的外径为114mm，并且在通过其插入连接装置的一侧上的内径D_i为81mm。因此可以看出，通过本发明，套管的长度可以减小大约16％，其外径可以减小大约26％，并且其内径可以减小大约30％。

结果，由于本发明获得的空间和材料的节省是可观的。

如上所述，本发明提供的配电站可以包括通过根据本发明的装置连接到两个相邻机架的多个中间机架，然而，该配电站也包括通过本发明的连接装置仅连接到单个机架的输入机架和仅连接到单个机架的输出机架。

Claims (11)

1.一种用于在彼此相邻并且包括第一机架(4)和第二机架(4’)的中高压机架之间进行电连接的连接装置，所述第一机架(4)和第二机架(4’)包括填充有介电气体的气密腔室，所述装置包括：

由电绝缘和可弹性变形材料制成并且限定出纵向轴线(X’)的衬套(20)；

在所述纵向轴线(X’)上设置于所述衬套(20)内的第一和第二连接夹具(24)，所述第一和第二夹具(24)被设置为分别连接第一机架(4)的接触部件(12)和第二机架(4’)的接触部件(12’)；以及

分别围绕所述第一和第二连接夹具的第一和第二弹性装置(26)，所述第一和第二弹性装置(26)被设置为施加径向力；

其特征在于，所述第一和第二弹性装置(26)为拆分管状弹簧。

2.如权利要求1所述的连接装置，其特征在于，所述拆分管状弹簧(26)由钢制成。

3.如权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述拆分管状弹簧的壳体具有在0.5mm至2.5mm范围内的厚度。

4.如权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述绝缘衬套(20)由弹性体制成。

5.如权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述夹具(24)包括多个限定出管的纵向指部(28)，所述纵向指部具有用于在其中安装所述拆分管状弹簧(26)的槽口(34)。

6.如权利要求5所述的连接装置，其特征在于，在所述指部内侧设置有圆柱形间隔体(30)，以限定最小直径，该最小直径适于使得能够插入第一机架(4)和第二机架(4’)的接触部件(12，12’)。

7.如权利要求1或2所述的连接装置，其特征在于，所述连接装置对于24kV的额定电压具有小于或等于143mm的长度和小于或等于56.5mm的外径。

8.一种包括至少两个机架(4，4’)的配电站，每个机架包括至少一条母线，所述母线通过根据权利要求1或2所述的连接装置(2)连接到一起。

9.如权利要求8所述的配电站，其特征在于，每个机架(4，4’)包括三条母线构成的组，该母线组中的每条母线通过根据权利要求1或2所述的连接装置(2)连接到另一机架的母线组中的一条母线。

10.如权利要求8所述的配电站，其特征在于，每个机架(4，4’)包含填充有介电气体的气密腔室，每个母线在其纵向端部中的至少一个处安装有适于穿入所述连接装置(2)的连接夹具(24)的接触部件(12，12’)，所述接触部件(12，12’)容纳在套管(10，10’)中，该套管安装在与相邻腔室的壁(8’，8)面对的腔室的壁(8，8’)上，所述套管(10，10’)具有与所述连接装置(2)的纵向端部(20.1，20.2)相对应的形状，所述连接装置(2)的每个纵向端部(20.1，20.2)被插入到一个套管(10，10’)中。

11.如权利要求10所述的配电站，其特征在于，对于24kV的额定电压，所述连接装置的长度为143mm、外径为56.5mm，并且所述套管(10，10’)的长度为80mm以及所述套管中插入所述连接装置的端部处的外径为84mm和内径为57mm。

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