CN101499632A - 支撑线性导体的绝缘盘,以及包括该盘的电组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支撑线性导体的绝缘盘，以及包括该盘的电组件。一种电绝缘盘，具有中部凹部(5)和外围凹部(6)，以使盘相对于在其间保持该盘的凸缘、以及相对于延伸通过该盘的线性导体能够被漂浮地安装。

Description

支撑线性导体的绝缘盘，以及包括该盘的电组件

技术领域

本发明的主题首先是一个电绝缘盘，该电绝缘盘用于支撑延伸通过该盘中的孔的线性导体，其次是包括这样一个盘的电组件。

背景技术

这种类型的盘主要用在中压或高压开关设备中，用于支撑气体绝缘开关设备或者金属包层(metalclad)变电站装置中的线缆导体。

有很多公开文献描述了这种盘的很多设计。本发明能够改进在现有申请的专利公开WO2006/7037914中描述的盘。该盘由热塑性聚合物制成，并且更精确地为涤纶树脂(PET)；其基本上是平的。如在下面可以见到的，虽然本发明明确地应用于那种类型的盘，但是也可以应用到其它形式的盘，以及应用到其它材料的盘。

在上面提及的开关设备中使用的盘要经受严峻的条件，具体地为强电场和高温度，因为电流通常流经腐蚀性的大气环境中，由于这个原因传统使用诸如六氟化硫(SF₆)的特殊气体以在导体周围创造一个绝缘环境。因此该盘易于随时间恶化，并且经受严峻的机械力和变形，所有这些变换由于盘在高温中工作而加重，并且由于热膨胀而畸变，特别是当与其他材料一起组装时。使用热塑性材料诸如PET(其膨胀大于更广泛地用于制作此类盘所用的热固性聚合物)，使这些问题变得更加尖锐。

发明内容

本发明的一个基本目的是优化由具有高热膨胀性的材料制成的盘的制造。该优化是关于电性能，诸如静电的局部放电和线电压，并涉及通过减轻由于工作中的热膨胀引起的压力来减少作用在盘或者相邻元件上的力。

基本上，本发明直接涉及特定的盘和与该盘相关的特定的装置，以满足多个目的(通常同时满足所有目的)的多种改进为特征。

根据本发明的一个方面，在其基本形式下，用于在中压或高压电装置中的支撑至少一个线性导体的绝缘盘，该中压或高压电装置还包括用于在其中保持该盘的腔，该盘具有用于线性导体的至少一个中部通孔，以及两个相对的主表面，其特征在于，该相对的表面基本上是平的，除了在通孔周围延伸的中部凹部，以及在盘的边缘部延伸的外围凹部。

上面提及的专利描述了具有完全光滑的两个主表面的盘，而文档DE 25 26 671描述了几乎在其整个表面上凹入的盘，并且其中，主表面因此基本上是不平的。那样的设计劣于本发明的设计，因为它包括一个通常很弱的盘。那样的设计还具有一个不同在于它缺乏安装盘的任意灵活性。

本发明的一个主要特征是将盘以这种方式安装在装置中：该盘没有任何压力地浮动，并且因此关于热膨胀是灵活的。

为了这个目的，本发明的盘被安装使得在其自身和紧固凸缘之间、以及在其自身和导体电极(在其间插入该盘)之间限定一个轴向间隙。当盘膨胀时，它能够变形以占据间隙，因此它的灵活性更大并且压力更小。

然而，该盘可以通过设置在外围凹部或中部凹部上的窄接箍部(collar portion)在其轴向位置被保持，并且该接箍部紧靠凸缘或者电极。

优选地，中部凹部具有一个圆锥形的外表面，平的底表面和圆柱形的内表面。圆锥形外表面有助于由局部放电引发的碎片的排除。

凹部通常很小，其大小仅为保证使用中所需的灵活性以及电场的减小而不使盘变弱太多即可。因此每个外围凹部可以具有小于盘半径25％的宽度，并且，在每个主表面上，中部凹部可以具有盘厚度10％到20％范围的深度。相似地，在每个主表面上，外围凹部可以具有盘厚度5％到10％范围的深度，并且在每个中部凹部的外表面和延伸通过中部孔的导体之间的距离小于盘半径的15％。

根据本发明的另一个方面，电组件包括至少一个线性导体，具有线性导体延伸通过的通孔的绝缘盘，以及一对与盘的边缘部一起组装的凸缘，其中边缘部被保持在凸缘之间，其特征在于，盘通过间隙与凸缘分离，并且在盘的两个主表面中的每一个上具有围绕通孔的中部凹部。

这个组件的盘可以根据上面阐述的本发明的特征配置。

如果设置在盘的主表面的前面的线性导体电极还在每个面上的中部凹部的一部分的前面延伸，则盘的介电性能被增强。

在出现内部接箍部的情况下，具有的优点是：如果电极接合在这些接箍部上，使得给盘一个轴向位置参考。之后还具有的优点是：如果弹性密封环压紧在一个接箍部和相应的电极之间，可以维持安装的灵活性。弹性密封环可以是环形的，电极压靠在其上，且具有向线性导体深入的圆锥形倒角，使得密封环被保持在三角部的位置并且还进一步压靠在线性导体上。

对于线性导体具有间隙延伸通过盘中的通孔还具有一个优点是，其保证了导体和盘之间的空间是通气的以避免包含空气。

在另一个改进中，电极具有向盘突出且围绕内部接箍部附近重叠至中部凹部中的外部。

该盘还可以被缓解，如果沿盘的中部通孔设置排气槽，并且如果排气槽通过在一个电极中确定的孔在长度上延伸，其被开为一个自由空间，使得周围气体(通常是绝缘气体)进入到线性导体和盘中的孔之间的间隙。

盘的边缘部可以形成有外围通孔，在该通孔中可以容纳支撑管以及延伸通过凸缘和支撑管的紧固螺栓。在本发明的设计组合特征中，对于外围通孔容纳突出的支撑管以保证轴向的灵活性是有优势的。因此，支撑管相应邻接在凸缘上，以限定凸缘之间的空间并维持盘的边缘部的轴向间隙。这个使得盘能够使盘发生厚度膨胀而对将凸缘紧固在一起的螺栓没有压力。

然而，外部接箍部可以与凸缘接合，以防止在该盘安装产生过度浮动。这些接箍部能够变形，以压紧组装期间的容差并且响应于热膨胀在服务中变形。接箍部的窄度导致变形力的减小，并且紧固螺栓没有过载。

外部接箍部可以围绕盘和凸缘之间的密封环。之后，在盘的主表面上形成在密封环的内部边缘下通过的径向槽，以在位于密封环和盘之间的空间通气。

附图说明

下面结合附图描述本发明，其示出了一个具体实施例。

在附图中：

图1是以纵向截面示出的盘的总体视图；

图2是盘的前视图；

图3示出了在支撑凸缘中和导体周围安装的盘；

图4示出了盘的中部；

图5和图6示出了盘的外围；以及

图7和图8示出了另外两个实施例。

具体实施方式

图1中示出了盘自身。该盘可以是以在之前的专利中描述的方式由涤纶树脂(PET)制成；这种材料具有高膨胀系数，其对本发明是尤其适用的。

该盘通过挤压和机械加工制成，并且其在两个平的、平行的主表面2和3之间通常为平面形状。然而，其具有中部通孔4以及在每一个主表面2和3上具有围绕中部通孔4的中部凹部5以及形成在盘1的边缘部7中的外围凹部6。凹部5和6是环形的。中部凹部5通过终止于主表面2和3(凹部5和6的外面)的窄内部接箍部8与中部通孔4分离。然而可能的是，内部接箍部8相对于相应的主表面的较大部分凹入几十毫米，使得接箍部在安装盘1之前被保护。相似地，外围凹部6具有终止于主表面2或3的较大部分中的外部接箍部9。盘1还形成有从外部接箍部9径向向外的外围通孔10，并且此外(在某些特定的实施例中，或者仅)在该盘的中部部分具有用于在盘的一侧和另一侧之间进行气体连通的导气孔11。此外，该盘可以具有褶皱的主表面或者形成有同心的环形台阶。

中部凹部5具有圆柱形内表面12(为内部接箍部8的一个侧面)，平的底表面13以及圆锥形外表面14。

在其他可能的方案中，如图7中所示的，内表面12’和底表面13’可以是至少部分半环形，并且外表面14’可以也为圆锥形的(其有助于捕获灰尘)。

凹部5和6与盘1的较大部分相比较小，这使得不损害刚性和固性。

图2示出了本发明可以包括多个同样的中部通孔4，在本实例中存在三个，其孔排列在直径上，还有多个导气孔11。然而，实际的数量并不是关键的。在存在多个中部通孔4的情况下，中部凹部5可以由一个公共的中部凹部5’代替，如图8所示，其包容所有的中部通孔4以及它们的接箍部8。

图3示意性地示出了电开关设备装置，其中使用了盘1，线性导体15以很小直径间隙(大约0.2毫米(mm))延伸通过每个中部通孔4，并且壳体16和17(或者一些其他类型的限定盘支撑腔的部件)具有凸缘18和19，凸缘18和19朝向彼此布置并且与由延伸通过外围孔10的螺栓20一起固定。该配置包括延伸通过外围孔10的支撑管21，并且螺栓20的杆部通过该支撑管被插入，使得这些支撑管限定凸缘18和19之间的间距。最后，电极22和23围绕导体安装在盘的两侧处，并从其突出。

具体地，通过下面的特征达到本发明的目的：

A)安装盘1使得其可以浮动：中部凹部5减少与电极22的接触量。电极22和23直接承受在接箍部8上，接箍部可变形并且能够补偿尺寸容差和热膨胀。在一个改动的方案中，描述电极23通过密封环28被固定到接箍部，这将在下面描述。以相同的方式，外围凹部6减少与凸缘18和19的接触量。外部接箍部9非常接近于与主表面2和3和支撑管21相同的程度而终止。外部接箍部9是可变形的使得其可以响应于施加的很小的力来补偿容差(tolerance)和热膨胀。

B)电场被限制，通过中部凹部5的表面与电极22和23之间的适当距离来减小电场。

C)通过避免在子组件中的气穴的发生来避免局部放电：导体和盘1之间的空间通过导体15和中部通孔4之间的0.2mm的间隙、并且通过电极22中的排气孔30(在接箍部8的一侧上具有1mm，45°的倒角以及排气槽29、并且进一步通过排气槽32到密封环31的内部唇34来通气(所有这些将在下面详细描述)。

现在参考图4和图5。导体15由两个部分24和25组成，第一部分具有通过中部孔4被插入的圆柱形塞26，而第二部分25通过接缝(焊合，seaming)连接至相应的电极22。通过将电极22紧固到塞26上的螺丝钉27来连接导体15，从而在导体15中建立机械和电接触。电极22和23接合到内部接箍部8上。该组件还包括在电极23和相应的内部接箍部8之间压紧的弹性环状密封环(O-ring)28。电极23具有限定了用于环28的三角截面座部的圆锥形倒角，该倒角还径向向内压靠在塞26上。避免了接箍部8相对电极22和23的过于僵硬的接合：密封环28补偿热膨胀并确保盘1的两侧之间的气体密封。最后，该配置包括沿中部通孔4的母线的轴向排气槽29，其从中部孔4的一端延伸到另一端，并且其长度通过排气孔30延伸通过电极22，而在排气槽29和排气孔30的结合处的内部接箍部8的内部半径形成有倒角40(1mm宽，45°)。

中部凹部5在电极22和23的前面延伸，并在径向方向上围绕它们，减少了在电极和盘1之间接触的表面面积、电场和火花危险。然而，没有任何缺陷地，电极22和23可以在其外围具有环形突出元件37，该突出元件插入到中部凹部5以改善组件的结合性并减少本地电场。中部凹部必须都较小使得不会使盘1变弱太多，并且足够大以减小电场。实践中，其宽度(盘1的径向方向)基本上大于其深度(盘1的厚度方向)，以注意这些冲突需求，电场主要在径向方向上、朝向凸缘16和17产生。

图5更详细地示出了盘1的外围紧固。具体地，其示出了在盘1的边缘和各个凸缘18和19之间压紧的密封环31。密封环31还具有的优势是，承受在围绕它们的外部接箍部上，并且这使得盘1的安装更容易。

外部接箍部的宽度(即，径向尺寸)可以被优化(在当前实践中为几毫米)，以这种方式使其足够大以使外部接箍部9承受由于导体或其他安装在盘1上的装置引起的施加的轴向力以及由于在回填气体期间盘的一侧上的气体压力引起的力(在那些方案中盘为连续形式)，但是也足够小以使所述接箍部9能够以一种方式变形使得其能够补偿工作中的热膨胀和制造容差，而没有在螺栓20上施加的过份的压力。之后外部接箍部9用于支撑盘1而不在紧固螺栓20上强加过多的反力。

在紧固过程中，组件中的变形基本上被传递到外部接箍部9上，并且在装置的工作温度下，如果外部接箍部过分宽，在盘1的严重热膨胀发生之后，在测试中就会注意到螺栓20的一些塑性变形。知道了外部接箍部与凸缘18和19接合的表面面积、螺栓20的总的横截面以及组成材料的各个强度，就可以简单地计算外部接箍部9的良好的宽度。当外部接箍部9的塑性变形几乎没有效果时，由于没有密封功能，螺栓20的塑性变形对于装置的质量将明确地为损坏性的。

因此，当外部接箍部9以正间隙按照与凸缘18和19具有朝向关系被放置时，螺栓20的初始紧固力通过凸缘18和19以及支撑管21传递；然而，当从开始存在负间隙时，或者在开始时热膨胀产生结果时，紧固力还被施加到外部接箍部9。然而，由于上面的描述所控制的宽度，这些力被限制在螺栓20的初始紧固力的10％到80％。

如图6所示，排气槽32可以在盘表面形成以提供与在盘1和密封环31之间限定的空间33的连通，并且还使密封环31的内部唇34和外部唇35(这些唇是同心的)通过在内部唇34下流通而与一个凸缘19的内部空间36连通。由环31提供的密封仍然由外部唇35和压靠在凸缘19上的其他唇保证。这种配置使空间36中的绝缘气体能够穿过密封环31下面。

与中部凹部5相似，外围凹部宽度大于其深度，以减小盘1的表面以及凸缘18和19之间的基本径向电场，而不过分削弱盘1。它们非常轻地朝向盘1的中部重叠在凸缘18和19上。

上述实施例包括环形的导体。通过修改中部通孔、中部凹部和内部接箍部的形状，将本发明应用于任意横截面的导体是可能的。

Claims (24)

1.一种绝缘盘(1)，用于在中压或高压电装置支撑至少一个线性导体(15)，所述中压或高压电装置还包括一个用于将所述盘保持于其中的腔(16，17)，所述盘具有至少一个用于所述线性导体的中部通孔(4)和两个相对的主表面(2，3)，并且其特征在于，所述相对的表面基本上是平的，除了在所述通孔周围延伸的中部凹部(5)，以及在所述盘的边缘部延伸的外围凹部(6)。

2.根据权利要求1所述的绝缘盘，其特征在于，所述盘包括设置在所述通孔和所述中部凹部之间的内部接箍部(8)。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘盘，其特征在于，所述盘包括设置在所述外围凹部上的外部接箍部(9)。

4.根据权利要求2所述的绝缘盘，其特征在于，所述中部凹部具有圆锥形外表面(14，14’)，底表面(13，13’)以及内表面(12，12’)。

5.根据权利要求4所述的绝缘盘，其特征在于，所述底表面(13)是平的。

6.根据权利要求1到5中任意一项所述的绝缘盘，其特征在于，延伸通过所述中部孔的导体和所述中部凹部的外表面(14)之间的距离小于所述盘的半径的15％。

7.根据前述任意一项权利要求所述的绝缘盘，其特征在于，所述盘具有多个中部通孔(4)但是仅有一个中部凹部(5’)，所述中部凹部包容所有的中部通孔。

8.根据前述任意一项至权利要求7所述的绝缘盘，其特征在于，所述外围凹部具有小于所述盘的半径的25％的宽度。

9.根据权利要求1到8中任意一项所述的绝缘盘，其特征在于，在每一个主表面上，所述中部凹部具有所述盘的厚度的10％到20％范围的深度。

10.根据权利要求1到9中任意一项所述的绝缘盘，其特征在于，在每一个主表面上，所述外围凹部(6)具有所述盘的厚度的5％到10％范围的深度。

11.一种电组件，包括至少一个线性导体(15)，具有使所述线性导体(15)延伸通过的通孔(4)的绝缘盘(1)，以及一对与所述盘的边缘部一起组装的凸缘(18，19)，所述边缘部被保持在所述凸缘之间，所述组件特征在于，所述盘与所述凸缘分开有间隙，并且在所述盘的两个主表面(2，3)中的每一个上具有围绕所述通孔的中部凹部(5)。

12.根据权利要求11所述的电组件，其特征在于，所述盘是根据权利要求1到10中的任意一项所述的盘。

13.根据权利要求11或12所述的电组件，其特征在于，所述线性导体(15)的电极(22，23)设置在所述盘的主表面的前面，并在所述中部凹部(5)的一部分的前面延伸。

14.根据权利要求11或12所述的电组件，其中，所述盘是根据权利要求2所述的盘，其特征在于，所述电极(22，23)接合在所述内部接箍部(8)上。

15.根据权利要求14所述的电组件，其特征在于，弹性密封环(28)在一个内部接箍部和一个电极之间被压紧。

16.根据权利要求15所述的电组件，其特征在于，所述弹性密封环压靠在其上的所述电极具有深入朝向所述线性导体的圆锥形倒角，使得所述密封环被保持在三角形截面的位置并且进一步压靠在所述线性导体上。

17.根据权利要求14或15所述的电组件，其特征在于，所述线性导体具有间隙地延伸通过所述盘中的所述通孔。

18.根据权利要求14到17中任意一项所述的电组件，其特征在于，所述电极具有朝向所述盘突出并且围绕所述内部接箍部重叠到所述中部凹部中的外部(37)。

19.根据权利要求11到18中任意一项所述的电组件，其特征在于，沿所述盘的中部通孔设置排气槽(29)，且排气槽通过孔(30)在长度上延伸以打开为一个自由空间，其中所述孔通过一个电极限定而成。

20.根据权利要求11到19中任意一项所述的电组件，其特征在于，所述盘的边缘部形成有外围通孔(10)，在所述外围通孔(10)中容纳支撑管(21)，所述支撑管邻接所述凸缘(18，19)，并且具有延伸通过所述凸缘和支撑管的紧固螺栓(20)。

21.根据权利要求20所述的电组件，其中所述盘根据权利要求3配置，其特征在于所述外部接箍部(9)邻接所述凸缘(18，19)。

22.根据权利要求21所述的电组件，其特征在于，所述外部接箍部(9)具有这样选择的径向宽度：所述外部接箍部(9)将承受施加在所述盘(1)上的轴向力，在使用中可变形而不引起所述紧固螺栓(20)的塑性变形。

23.根据权利要求22所述的电组件，其特征在于，所述外部接箍部围绕位于所述盘和所述凸缘之间的密封环(31)。

24.根据权利要求23所述的电组件，其特征在于，在所述盘的所述主表面上的径向槽(32)在所述密封环的内部唇下面延伸，因此对所述密封环和所述盘之间限定的空间通气。

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