CN101855804B - 穿通绝缘子 - Google Patents

Abstract

穿通绝缘子包括基本上盘形的绝缘体，该穿通绝缘子可能具有优选金属的固定法兰，并且具有至少一个轴向穿过绝缘体的优选旋转对称的电极，该电极的横截面在绝缘体的中心平面中比在绝缘体的相互对置的表面的区域中大。为了构成用于高的电功率的穿通绝缘子，使得它具有对于开关负载足够高的安全储备以及高的机械的耐压性和尽可能高的断裂压力，绝缘体的厚度从其中心在任何方向上向外减小。对于高的机械强度，穿通绝缘子构成有这样的电极，该电极在其位于绝缘体的中心平面的区域中的中央部段中具有最大的横截面，并且该电极的横截面在任何位置上都不小于在电极末端上的横截面。

Description

穿通绝缘子

技术领域

本发明涉及一种包括基本上盘形的绝缘体的穿通绝缘子(Schottisolator)，可能具有一个优选金属的固定法兰，并且具有至少一个轴向穿过绝缘体的、优选旋转对称的电极，该电极的横截面在绝缘体的中心平面中比在绝缘体的彼此对置的表面的区域中大。

背景技术

尤其在高压范围中的电的开关设备为了改善电的特性优选构成为气密的开关设备。在各开关室之间的空间上的分开通过穿通绝缘子实现，如在DE 10142856或JP 62-166719中描述。气密的穿通绝缘子允许开关设备的填充气体的区域与开关设备的相邻的区域气密地分开。从而一方面穿通绝缘子必须允许经由被浇注在内的电极和外部的导体的电连接，另一方面气密的穿通绝缘子必须经受住绝缘气体例如SF6气体的高压。

除了穿通绝缘子的结构和外形以及绝缘体的厚度之外，电极也具有对绝缘子的耐压性和密封性的决定性的影响。因此也建议用于改善在电极与绝缘体之间的形锁合的措施以及用于增大在电极与绝缘子之间的附着面的可能性，例如在DE 3308332中通过在导体上的环形凸肩和环形收缩部建议，但是这由于突然的横截面改变导致不利的场畸变。专利文件EP 1113550A1公开一种在穿通绝缘子的电极与绝缘体之间的形锁合的气密的连接，但是没有考虑整个绝缘子的强度通过电极外形影响。

在US 4480151中描述一种密封的导体套管，其中通过在浇注树脂区域中多个圆柱形地和圆锥形地成型的导体部段实现与绝缘子的形锁合。在此在具有比连接横截面小的横截面的导体部段中局部的电流密度过高是不利的。US 4037046描述一种具有圆柱形的和圆锥形的导体部段的导体套管，使得套管能从一侧经受住高压。但是因为在SF6开关设备中的压力载荷的方向在维修情况下在分离时不能预知，所以在气体绝缘的开关设备中广泛的使用是不可能的。

GB 840563最后显示一种包括多个不同形式地构成的部段的电极。电极的中央部段由一个具有比外部部段小的横截面的圆柱形部段构成，使得提高了在该区域中的电阻损耗。在该区域中产生的损耗热量由于包围的绝缘材料的小的导热性而很难被导走。另外电极显示锥形部段，其横截面在绝缘材料之外增大，因此至相邻电极的漏电行程或绝缘路程按不利的方式降低。

发明内容

本发明的目的是一种具有高的耐压强度的穿通绝缘子，以便具有尽可能高的断裂压力，该绝缘子适用于高的电功率并且具有对于开关加载足够高的安全储备。

为了解决该目的，本发明实现一种穿通绝缘子，其包括基本上盘形的绝缘体，该穿通绝缘子具有至少一个轴向穿过绝缘体的电极，该电极的横截面在绝缘体的中心平面中比在绝缘体的相互对置的表面的区域中大，每个电极在其位于绝缘体的中心平面的区域中的中央部段中具有最大的横截面，并且该电极的横截面在任何位置上都不小于在电极末端上的横截面，在电极末端上朝中心连接一个或多个部段，其特征在于，绝缘体的厚度从该绝缘体的中心在所有方向上向外减小连接在两个电极末端上的部段的圆周面朝外敞开地圆锥形地构成，并且电极的从相应邻接的部段出发至中央部段的过渡部构成有横截面近似半圆形的铣槽和横截面近似半圆形的凸形的隆起部，该隆起部轴向超过该中央部段的高度，使得构成突出的耳形或锚形。

按本发明的第一实施形式，绝缘体的表面从该绝缘体的中心出发凹形地弯曲。

但是有利地设定，盘形的绝缘体的表面凸形地弯曲。

在此可以选择这样的形状，其中绝缘体的横截面从中心朝边缘(关于绝缘体的对称平面)近似圆弧形地、指数地或双曲线地减小。

优选选择这样的形状用于穿通绝缘子，其中绝缘体的厚度从其中心直至优选两侧的径向的同心的用于密封元件的接纳部减小，所述密封元件在内侧位于固定法兰之前，其中绝缘体在接纳部的区域中又近似具有与在该绝缘体的中心一样的厚度。

按本发明的一种优选的实施形式，绝缘体的厚度在任何位置上都不超过固定法兰的厚度。

因为除了穿通绝缘子的结构和外形以及绝缘体的厚度和形状之外，电极也具有对耐压强度和密封性决定性的影响，所以另外按本发明的一种优选的实施形式设定，每个电极在其位于绝缘体的中心平面的区域中的中央部段中具有最大的横截面并且该电极的横截面在任何位置上都不小于在电极末端上的横截面。用这样的电极形状可以保证绝缘子高的强度并且从而高的工作压力和断裂压力。

这样的电极的第一实施形式特征在于，在电极末端上朝中心连接一个或多个凸形弯曲的部段。

在此处于绝缘体内部的电极末端具有构成圆柱形的、圆锥形的、截球形的或桶形的圆周面。

优选在这样的电极中，电极的从相应邻接的部段出发至中央部段的过渡部近似半圆形地构成。

按一种有利的实施形式设定，电极的从相应邻接的部段出发至中央部段的过渡部构成有近似半圆形的铣槽和近似半圆形的凸形的隆起部，该隆起部轴向超过部段的高度。

至中心的电极部段的过渡部也可以倒圆地构成。

按本发明的附加特征，电极由浇注树脂包封或者用塑料注塑包围。

另外可以设定，电极进行表面涂布。从而可以在接触侧上实现小的过渡阻力并且在圆周面上实现与绝缘体或可能的包封部的良好的连接和附着。

电极连接到绝缘体上也可以通过对电极喷砂处理进行改善。

按穿通绝缘子的一种有利的实施形式设定，每个电极具有螺纹孔或其它的装置用于连接导电体。

附图说明

在下面的描述中借助于附图详细解释本发明。

在此，图1示意地显示气体绝缘的开关设备，图2显示穿通绝缘子的原理结构，图3a显示具有圆柱形外形的电极的最简单的形状，图3b显示桶形的电极在接纳其的绝缘体中，图4a描述近似桶形状的电极，图4b显示构成有这样的电极的穿通绝缘子，图5显示具有按本发明的绝缘体的、作为其基本实施形式的穿通绝缘子，图6显示尤其有利地构成的电极的纵剖视图，图7显示按本发明的电极的另一种实施形式的纵剖视图。

具体实施方式

如图1示意描述的，穿通绝缘子2用于使开关室1气密和耐压地彼此分开。另外在图1中示意地描述可以构成为实芯导体或活动的分离电极的导电体3，电的能量通常经由其中一个开关室部段的导电体通过穿通绝缘子的电极流动到相邻的开关室部段中的导电体。对于确定的工作情况绝缘气体的压力仅由一侧产生，如这示意地通过在图1中的符号p表示。这要求穿通绝缘子2的高的机械强度。

图2显示穿通绝缘子2的原理结构。该穿通绝缘子包括例如由环氧树脂构成的绝缘体4，该绝缘体大部分情况下浇注在金属法兰5中。金属法兰允许开关设备的外壳无中断地接地和穿通绝缘子适宜地固定在开关设备中。另外，一个或多个电极6浇注在绝缘体4中。

通常的穿通绝缘子具有一个或三个电极6，所述电极浇注在穿通绝缘子的绝缘体中或者用该绝缘体注塑包围。为了实现小的过渡阻力，电极6在接触侧上必要时用尤其能导电的材料涂布。电极6的圆周面有时通过喷砂或涂布进行预处理，以便改善与包封的浇注树脂的连接和粘附，因此改善穿通绝缘子的强度并且穿通绝缘子可以承受较高的工作压力。

图3a显示具有圆柱形外形的电极6的最简单的形式。绝缘体4大部分情况下在浇注工艺中制造，在此浇注包围电极6。在轴向压力加载绝缘子2时在浇注树脂3与电极6之间的抗拉剪切强度限定绝缘子2的强度。浇注树脂体的强度本身明显受到其厚度影响，该厚度由技术和经济的情况限定。图3b显示桶形的电极6，该电极允许力较好地从电极6导入到绝缘体4。按图3b的电极6现在一方面形锁合地嵌入到绝缘体4中，另一方面通过较大的附着面与浇注树脂体连接。通过桶形状的轮廓限定表面增大和附着面增大。

按图4的电极6显示一种实施结构，该电极与绝缘体4一起满足最高的各向同性的压力负荷能力和气密性的要求，而不引起强烈的电场畸变和明显的局部的电流密度过高(尤其是在通过浇注树脂良好地热绝缘的中心平面中)。圆周面的几何外形提高穿通绝缘子2的机械强度。电极6具有多个几何的分部段，其中电极6优选由一个工件例如通过车削、热成型或浇注进行制造。

带有最大附着面7的对称的电极6在必要时突出的电极末端上具有圆柱形的圆周面a，所述电极末端紧接着过渡到桶形的或截球形的部段b中，另外的中心的桶形的电极部段c连接在该部段b上，该电极部段c具有比其它的部段都大的直径。因此一方面与绝缘体4的附着面最大，另一方面电极6形锁合地支承在浇注树脂体或绝缘体4中。不产生相对于连接横截面的电流密度过高。在各个几何的圆周部段之间的过渡部尽可能倒圆地构成并且下面称作为柔和的轮廓曲线。柔和的轮廓曲线在此允许在包围的绝缘体4中均匀的场强分布。当然可以替换电极部段的形状。例如可以用凹形的、圆锥形的或截球形的部段代替接近表面的桶形部段并且这些部段也可以通过圆柱形的或圆锥形的部段彼此分开或者彼此过渡。同样中心的桶形部段例如可以通过具有球形、圆柱形或截球形的外形的部段代替。

至少两个外电极部段和一个中心部段的结合是尤其有利的，该中心部段具有比外部段的直径大的直径。优选各电极部段在包围的绝缘材料的区域中具有圆锥形的、桶形的、凹形的或且截球形的外形。所述部段也可以由一个或多个圆柱形部段分开，这用于在与包围的绝缘体4的连接区域中的附着面增大、在包围的绝缘体4中的形锁合、绝缘子2的弯曲刚度的增强并且用于保证在包围的绝缘体4中的均匀的场分布。电极6为了连接导电体可以配备有孔或销。

为了提高形锁合或为了电极6与包围的浇注树脂较好地夹紧，如这在图4中可见的，具有较大的外径的中心的电极部段在端部或与外部段的过渡部上这样构成，使得在横截面中通过倒圆或根切(hinterschneidung)实现突出的锚形或耳形7，该锚形或耳形提高绝缘子2的整个强度。

在工作时绝缘气体的压力作用到绝缘子2上。因此绝缘子2旋转对称地通过弯曲加载，弯曲从边缘到中心逐渐增大。根据绝缘体4的产生的这个弯曲载荷，该绝缘体从径向的边缘到中心增长地对称地加强，如在图5中在基本的实施形式中示意描述的。

换言之，盘形的穿通绝缘子的层厚从外径直至中心增加。如果两侧的同心的密封元件(例如O形环)应由绝缘盘接纳，所述密封盘在内侧径向位于金属法兰之前，那么适宜地层厚从用于密封元件的接纳部到中心增加。由于结构的原因在接纳密封元件的圆环部段中力求最大的厚度。层厚可以从中心圆弧形地、成指数地或双曲线形地减小，绝缘体的在中心与边缘之间(例如在中心与在内侧位于法兰之前的同心的接纳部之间)的表面可以具有凹形或凸形外形。

优选绝缘体4的层厚不超过位于外部的装配法兰的厚度。浇注在这样构成的绝缘体4中的上述电极6导致整个穿通绝缘子2的高的强度提高。上述电极能适配绝缘体4的优化的横截面曲线，尤其是通过由于包围的绝缘体4的不同的材料厚度引起的在表面附近的电极部段中的旋转对称的偏差。

本发明不受限于在填充绝缘气体的开关室中的上述的应用并且不受限于在穿通绝缘子中的电极，而是可以在具有类似的任务要求的所有不同的范围中。

Claims (14)

1.穿通绝缘子，包括基本上盘形的绝缘体(4)，该穿通绝缘子具有至少一个轴向穿过绝缘体(4)的电极(6)，该电极的横截面在绝缘体(4)的中心平面中比在绝缘体(4)的相互对置的表面的区域中大，每个电极(6)在其位于绝缘体(4)的中心平面的区域中的中央部段中具有最大的横截面，并且该电极的横截面在任何位置上都不小于在电极末端上的横截面，在电极末端上朝中心连接一个或多个部段，其特征在于：绝缘体(4)的厚度从其中心在所有方向上向外减小，连接在两个电极末端上的部段的圆周面朝外敞开地圆锥形地构成，并且电极(6)的从相应邻接的部段出发至中央部段(c)的过渡部构成有横截面近似半圆形的铣槽(d)和横截面近似半圆形的凸形的隆起部(e)，该隆起部(e)轴向超过该中央部段(c)的高度，使得构成突出的耳形或锚形(7)。

2.按权利要求1所述的穿通绝缘子，其特征在于：所述穿通绝缘子具有固定法兰(5)。

3.按权利要求2所述的穿通绝缘子，其特征在于：所述固定法兰由金属制成。

4.按权利要求1所述的穿通绝缘子，其特征在于：所述电极(6)是旋转对称的。

5.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：所述过渡部倒圆地构成。

6.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：电极(6)由浇注树脂包封或者用塑料注塑包围。

7.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：电极(6)是喷砂处理的。

8.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：电极(6)进行表面涂布。

9.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：每个电极(6)具有螺纹孔或其它装置用于连接导电体。

10.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：绝缘体(4)的表面从该绝缘体的中心出发凹形地弯曲。

11.按权利要求1至4任一项所述的穿通绝缘子，其特征在于：盘形的绝缘体(4)的表面凸形地弯曲。

12.按权利要求11所述的穿通绝缘子，其特征在于：绝缘体(4)的横截面从中心朝边缘关于绝缘体(4)的对称平面近似圆弧形地、指数地或双曲线地减小。

13.按权利要求2或3所述的穿通绝缘子，其特征在于：绝缘体(4)的厚度从其中心直至两侧的径向的同心的用于密封元件的接纳部减小，所述密封元件在内侧位于固定法兰(5)之前，其中绝缘体(4)在接纳部的区域中又近似具有与在该绝缘体的中心一样的厚度。

14.按权利要求2或3所述的穿通绝缘子，其特征在于：绝缘体(4)的厚度在任何位置上都不超过固定法兰(5)的厚度。

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