CN102714405A

CN102714405A - 用于气体绝缘开关设备的连接装置

Info

Publication number: CN102714405A
Application number: CN2010800586431A
Authority: CN
Inventors: 卢卡斯·特莱尔; 杰拉尔多·帕尔米耶里; 约翰内斯·布拉特尔
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: FR2954010B1; EP2514055B1; CN102714405B; FR2954010A1; EP2514055A1; WO2011073159A1

Abstract

本发明涉及一种新型的连接装置，用于将金属销连接到金属槽中的绝缘部分，所述金属槽中填充有用于高电压或中等电压电气开关设备的介电绝缘气体。

Description

用于气体绝缘开关设备的连接装置

技术领域

本发明涉及高电压电气开关设备,其包括用SF₆类型的介电绝缘气体填充的金属槽。

更特定来说，本发明涉及一种连接装置,其用于将金属销连接到槽中的介电绝缘部分。

一特定预期应用是结合可移动金属接触件来安装由绝缘材料制成的旋转驱动轴。

另一预期应用是将金属导体固定于绝缘支撑件。

在本发明的上下文中，“金属销”特指组成具有直的细长形状的元件并视情况用以传递机械力的一个或一个以上金属部分。

背景技术

在包括用SF₆类型的介电绝缘气体填充的金属槽的高电压或中等电压电气开关设备（例如，三相气体绝缘变电所（GIS））中，已知有许多装置能将金属销连接到绝缘部分。

除了其执行的机械功能之外，这些连接装置主要需要在高电压下呈现优良性能，并避免产生部分放电。

当槽内的绝缘气体呈现高介电强度时（也就是，当槽内的介电应力高时），情况尤其如此。

已知有许多种不同的解决方案能获得用于将金属销连接到绝缘部分，且在适当情况下具有上文期待的电特性的连接装置。

可参照文献WO 2006/037914，其中揭示了三个装置，用于将金属销连接到构成断路器的高电压或中等电压气体绝缘变电所的一部分中的绝缘部分：

·第一连接形成于导电体杆6与在界面处具有凹槽20、21的聚酯绝缘圆盘4之间以避免捕获空气，且因此避免部分放电（图6）；

·第二连接形成于导电接地销31与绝缘圆盘4中收纳着销的孔之间，销31连接到垂直布置的圆柱形按钮32；此第二连接也在较低介电应力带中实施；以及

·第三连接设置于金属管23与绝缘圆盘4中容纳着管的孔之间，金属管23环绕螺栓24，该螺栓24用于将绝缘圆盘4固定于两个金属凸缘11、25之间。

在图2的实施例中，文献DE 19727855公开了用于将导体材料的管12连接到收纳着管12的绝缘圆盘4的圆柱形盲孔10的装置。在圆柱形孔10的底部末端，提供与介电绝缘气体的连通，该介电绝缘气体位于绝缘圆盘4的两侧上的两个金属槽2、3中。所述连接装置形成于较低介电应力带中。

文献DE 2624908揭示了两个机械连接装置，用于将导电体杆3、13连接到高电压气体绝缘变电所（GIS）中的绝缘圆盘1：

·第一连接形成于导体杆3与绝缘圆盘1中容纳着杆3的开放孔之间，其中一件式模制衬里2插入于圆盘1内；此连接可通过将衬里2与绝缘圆盘3一起模制而形成；

·第二连接形成于导体杆13与绝缘圆盘1的开放孔12之间，杆13的圆柱形延伸部分11容纳于开放孔12中，且导电层沉积于开放孔12的表面，以避免孔12与导电延伸部分11之间的界面15处出现部分放电（见第9页上第1-2行的描述）；此连接装置需要形成恰好穿过绝缘圆盘1的圆柱形延伸部分11。

本发明的目的是提供一种用于将金属销连接到高电压或中等电压电气开关设备的用介电绝缘气体填充的金属槽中的绝缘部分的新颖连接装置，所述连接装置完全或部分减轻现有技术连接装置的缺点，且因此满足以下条件中的至少一些：

·耐受高电压而甚至在高介电应力下也不会产生部分放电的能力；

·实施简单；

·具有易于制造尤其不需要绝缘部分被模制的部分；以及

·不限于安装金属销以致其穿过绝缘部分。

本发明的另一目标是提议一种用于将金属销连接到高电压或中等电压电气开关设备的用介电绝缘气体填充的金属槽中的绝缘部分的新颖连接装置，所述连接装置能够相对于金属销径向地传递高水平的力，而且也沿着金属销的轴线传递至少低水平的力。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供一种连接装置，用于将金属销连接到高电压或中等电压电气开关设备的用介电绝缘气体填充的金属槽中的绝缘部分，

其中，所述金属销是绝缘部分中的紧密配合件，而金属销的至少一末端部分收纳于绝缘部分的孔中；

其中，在所述金属销的末端部分与孔之间的所界定的空间e足够大以避免所述孔中的部分放电；且

其中，最靠近所述孔的末端的销的末端部分与所述末端形成在60°到120°的范围中的角α。

有利地，所述连接装置使得：

·所述金属销具有圆柱形状的第一部分；第二部分在形状上为适合于均匀地分布与其接触的电场的半球形或半椭圆形，所述半球或半椭圆的大直径相对于第一部分的圆柱横向地延伸；

·所述绝缘部分具有孔，所述孔具有圆柱形第一部分和延伸所述第一部分的第二部分，所述第二部分大于所述第一部分且用介电绝缘气体填充。

根据本发明，所述金属销的圆柱形第一部分是所述绝缘部分中的孔的圆柱形第一部分中的紧密配合件，且界定于所述金属销的第一部分或第二部分的至少一小部分与所述孔的第二部分之间的空间足够大以避免部分放电发生于孔的所述第二部分中。

因此，通过此连接，确保以下现象组合地应用：

·在介电绝缘气体与绝缘部分的介电绝缘材料之间的阻挡层以一角度形成，该角度在60°到120°的范围中，优选为垂直于销的金属材料；

·在金属销与绝缘部分之间不存在足够小以产生部分放电的间隙；以及

·金属销耐受的径向负载不能引起第一销部分与孔之间的额外间隔，因为紧密配合引起弹性反应。

销的第一部分可包含肩部，且位于销的末端包括第二部分，第二部分的末端与第一部分相反，所述肩部则与孔的第一部分的外围邻接，所述孔的第一部分的末端相反于孔的第二部分。

有利地，所述绝缘部分包含在所述孔的第一部分的外围处的凹槽，形成于肩部与凹槽之间的角在60°到120°的范围中。所述凹槽具有有利地至少为2毫米（mm）的深度。

在有利变体中，金属销具有在第一部分与第二部分之间的第三部分，所述第三部分在形状上为截头圆锥形以在实现紧密配合之前方便将所述销插入于所述孔中。

优选地，界定于所述金属销的第一部分或第二部分的至少一小部分与所述孔的第二部分之间的空间具有至少等于2mm，且优选至少4mm的高度。

在本发明的第一实施例中，绝缘部分是静止绝缘圆盘，且所述金属销构成用于相对于绝缘圆盘定位金属部分的定位销。

在此第一实施例中，所述绝缘圆盘中的孔是盲孔；所述销包含用于将所述盲孔连接到槽内部的内部通道；且通过所述绝缘部分中的孔的第一部分的外围邻接的肩部形成的销的直径扩大部分同样与金属部分邻接，所述销的超过其直径扩大部分的部分固定于金属部分中。

在第二实施例中，所述绝缘部分是旋转驱动轴，且所述金属销构成具有驱动或从动元件的旋转连接构件的至少一部分。

在此第二实施例的第一变体中，所述连接构件包括通过螺旋到驱动元件中的金属螺钉固定于驱动元件中的金属衬套，和容纳所述螺钉的头部和所述衬套的至少一部分的螺帽，所述连接构件作为紧密配合件布置于驱动轴中。

优选地，所述销的直径扩大部分形成有邻接基台，销的直径扩大部分是由于所述肩部与所述绝缘部分中的孔的第一部分的外围邻接而形成的，所述邻接基台也与驱动元件邻接。

有利地，所述销上的邻接基台的宽度不小于1mm。

本发明还提供高电压或中等电压电气开关设备，其包含如上文所描述的至少一连接装置。

附图说明

在阅读参看以下图进行的本发明的详细描述后，其它优点和特性更好地呈现。

·图1是展示本发明的连接装置的一般构件的图解截面图；

·图2是本发明的第一实施例的图解截面图；

·图3是本发明的第二实施例的第一变体的图解截面图；以及

·图3A是图3的细节图。

具体实施方式

图1展示用于将金属销2连接到绝缘部分3的本发明的连接装置1。

装置1形成于高电压或中等电压电气开关设备的金属槽（未图示）中，该金属槽填充了高介电绝缘气体4（例如，SF₆）。

在此实施例中，金属销2由具有圆柱形状的第一部分21的单件构成，第一部分21具有肩部210。金属销2具有半球形状的第二部分22，适合于均匀地分布与其接触的电场。半球形部分22的直径相对于第一部分的圆柱横向地延伸。在图1中，半径R2稍小于半径R1。

绝缘部分3具有孔30，在此实施例中孔30向外开放到槽中，孔30具有圆柱形第一部分31，还有第二部分32，第二部分32大于第一部分，且，由于孔向外开放到槽中，该孔用介电绝缘气体填充。

连接由销的圆柱形第一部分21以机械方式形成，第一部分21是孔30的圆柱形第一部分31中的紧密配合件，且其中肩部210与孔的第一部分31的外围邻接。

紧密配合件的过盈尺寸取决于绝缘部分3的绝缘材料的伸长和弹性并取决于孔的圆柱形部分31的有限面积，而且也取决于高电压或中等电压电气开关设备的最小操作温度。注意提供使绝缘材料能够充分变形以避免可由表面的修整产生的任何空间或空隙的紧密配合。然而，应注意紧密配合不会引起绝缘部分3的破裂。通常，对于直径21约为20mm的金属销2所使用的过盈约为0.1mm到0.2mm。

连接形成后，金属销2与孔30的第二部分32之间存在空间，所述空间足够大以避免部分放电。更确切来说，且如图1中所展示，空间e界定于在配合销的第一部分21的，且突出超过孔30的圆柱形部分31的末端211，与其中收纳了末端211的孔30的圆柱形第二部分32之间。此空间e呈现不小于2mm，且优选不小于4mm的高度。

金属销2的第一部分21的末端211与其中收纳了末端211的孔30的第二部分32的底部形成在60°到120°的范围中的角α。

如图1中所展示，销2具有截头圆锥形状的第三部分23，其与第一部分21与第二部分22相互连接。构成部分23的被截圆锥的角优选在10°到15°的范围中。截头圆锥形状23使得销2能够作为紧密配合件插入于孔的部分31中而不产生任何切屑。

如所展示，销2具有经由肩部210而邻接的第四部分24。肩部210和凹槽311确保绝缘部分3与介电绝缘气体4之间的界面垂直于金属销2。在本发明的上下文中，此角度差可在60°到120°的范围中。凹槽311具有优选等于或大于2mm的深度。第四部分24提供与如下文解释的其它元件的连接，所述连接可能伴随有力的传递。

实施图2的实施例用于相对于绝缘圆盘3′成角度地定位金属部分5。此金属部分5以机械方式连接于静止导电杆6，导电杆6本身穿过支撑导电杆6的绝缘圆盘3'。金属部分5可为容纳开关（例如，断路器）的可移动接触件的至少部分的金属箱。举例来说，金属部分5可为如在申请人名下的国际专利申请案PCT/EP2009/063321中描述的金属箱。导电杆6系固到高电压或中等电压开关设备的金属槽（未图示）。

在此实施例中，金属销2通过成为盲孔30′中的紧密配合件和通过借助螺钉固定或作为紧密配合件而啮合于形成于金属部分5中的同样为盲孔50中来构成定位销。如由肩部210形成的销的直径扩大部分24与绝缘圆盘3'的孔30'的第一部分31'的外围邻接。此扩大部分24也与金属部分5邻接，销的超出扩大部分的部分240是通过螺钉固定于或作为紧密配合件啮合于孔50中的部分。校准扩大部分24限定了绝缘圆盘3'与金属部分5之间的校准空间e1，校准空间e1通常约为5mm，其使得消除部分放电为可能的。

出于介电理由，金属销2的扩大直径24的外围部分与金属杆5的外围边缘之间的距离h等于绝缘圆盘3′中的金属销2的贯穿深度i的至少两倍。

为了用介电绝缘气体填充盲孔30'，金属销2的内部由通风通道25刺穿，通风通道25与形成于金属部分中的孔50的末端处的通风通道51连通，所述通道51直接向外开放到用绝缘气体4填充的槽中。

图3和图3A中展示本发明的第二实施例。在此第二实施例中，绝缘部分是旋转驱动轴3"且金属销2构成旋转连接构件的至少部分，旋转连接构件连接金属销2与驱动元件7。

在图3中，电气开关设备的用SF₆类型的绝缘气体4填充的金属槽10展示成具有绝缘圆盘11。此开关设备具有以在上述专利申请案PCT/EP2009/063321中较详细描述的方式布置的三个断路器开关。展示了开关中的一者的仅一部分：所述部分为其金属箱5，金属箱5也在单点处固定到绝缘圆盘11且容纳移动接触件52的至少部分。金属箱5也在高电压下连接到导体（未图示）。可移动接触件52旋转地连接到驱动轴3"。

驱动元件7本身通过布置于槽10外部的致动器驱动作旋转且安装成借助滚珠轴承71在槽10中自由旋转。此外，驱动元件7在槽中的安装借助垫圈72和73密封。

驱动元件7通过本发明的三个金属销2旋转地连接到由绝缘材料制成的驱动轴3"。

驱动元件7与绝缘轴3"之间的旋转连接构件2.0包括构成本发明的金属销的衬套2.1、螺钉2.2和螺帽2，螺帽2。

衬套2.1通过螺钉2.2固于形成于驱动元件7中的孔70中，且突出到用以控制电场的驱动元件7的套环部分74中。

帽2为形成于轴3"的末端中的孔32"中的紧密配合件。孔32"具有与金属销2的截头圆锥部分23在一水平线上的空腔320"。如图3A中所展示，帽2具有圆柱形部分23a、圆锥形部分23b和半球形部分22。空腔320"足够大，且绝缘介电气体4的界面垂直地端连接到销2的表面：其防止部分放电在此位置发生。帽的部分22出于上述理由在形状上为半球形。孔32"包含用于用槽10内部存在的绝缘气体4填充孔的通风导管321"。

另外，扩大直径24邻接于驱动元件7和驱动轴3"。此实施例中的扩大部分具有同样经过校准的高度e2，高度e2通常等于至少1mm，且优选等于至少3mm以便避免两个旋转驱动部分7、3"之间的部分放电。

Claims

1.一种连接装置（1），用于将金属销（2）连接到高压或中压电气开关设备的由介电绝缘气体（4）填充的金属槽（10）中的绝缘部分（3、3'、3"），

其中，所述金属销（2）是所述绝缘部分（3）中的紧密配合件，而所述金属销的至少一末端部分（21、211、22、23）收纳于所述绝缘部分的孔（30、32）中；

其中，在所述金属销的所述末端部分与所述孔之间的所界定的空间e足够大以避免所述孔中的部分放电；且

其中，最靠近所述孔（30、32）的末端的所述销（2）的末端部分（21、211）与所述末端形成在60°到120°的范围中的角α。

2.根据权利要求1所述的连接装置（1），其中：

所述金属销（2）具有圆柱形状的第一部分（21）和第二部分（22），第二部分（22）位于与所述第一部分的肩部相反的端部；所述第二部分在形状上为适合于均匀地分布与其接触的介电场的半球形或半椭圆形，所述半球或半椭圆的大直径相对于所述第一部分的所述圆柱横向地延伸，所述绝缘部分（3）具有孔（30），所述孔（30）具有圆柱形第一部分（31）和延伸所述第一部分的第二部分（32），所述第二部分大于所述第一部分且用介电绝缘气体填充，且

其中，所述金属销的圆柱形第一部分与所述绝缘部分的孔的圆柱形第一部分紧密配合。

3.根据权利要求2所述的连接装置，其中，所述金属销（2）的所述第一部分（21）包含肩部（210），所述肩部与所述孔的所述第一部分（31）的外围邻接，孔的第一部分的末端与所述孔的第二部分相反。

4.根据权利要求3所述的连接装置（1），其中，所述绝缘部分包含在所述孔（31）的所述第一部分的所述外围处的凹槽（311），形成于所述肩部（210）与所述凹槽（311）之间的所述角在60°到120°的范围中。

5.根据权利要求4所述的连接装置（1），其中，所述凹槽具有至少2mm的深度。

6.根据权利要求2到5中任一权利要求所述的连接装置（1），其中，所述金属销（2）具有在所述第一部分与所述第二部分之间的第三部分（23），所述第三部分在形状上为截头圆锥形以便于将所述销插入于所述孔中。

7.根据权利要求2到6中任一权利要求所述的连接装置，其中，所述空间具有至少等于2mm，且优选至少4mm的高度，该空间界定于所述金属销的所述第一部分或所述第二部分的至少一小部分与所述孔的所述第二部分之间。

8.根据任一前述权利要求所述的连接装置（1），其中，所述绝缘部分为静止的绝缘圆盘（3'），且所述金属销构成用于相对于所述绝缘圆盘定位金属部分（5）的定位销。

9.根据权利要求8结合权利要求3所述的连接装置，其中：

所述绝缘圆盘中的所述孔是盲孔（30'）；

所述销（2）包含用于将所述盲孔连接到所述槽内部的内部通道（25）；且

通过所述肩部与所述绝缘部分中的所述孔的所述第一部分的所述外围邻接而形成的所述销的直径扩大部分（24）同样与所述金属部分邻接，所述销的超过其直径扩大部分的部分（240）固定于所述金属部分（5）中。

10.根据权利要求2到7中任一权利要求所述的连接装置（1），其中，所述绝缘部分是旋转驱动轴（3"），且所述金属销构成具有驱动或从动（7）元件的旋转连接构件的至少一部分。

11.根据权利要求10所述的连接装置，其中，所述连接构件（2.0）包括通过螺旋到所述驱动元件中的金属螺钉（2.2）固定于所述驱动元件中的金属衬套（2.1），和容纳所述螺钉的头部和所述衬套的至少一部分的螺帽（2），所述连接构件作为紧密配合件布置于所述驱动轴（3"）中。

12.根据权利要求10或11所述的连接装置（1），其中所述销的直径扩大部分形成有邻接基台（24），所述销的直径扩大部分是由位于所述绝缘部分中的所述孔的所述第一部分的外围的肩部形成的，所述邻接基台（24）也与所述驱动元件（7）邻接。

13.根据权利要求12所述的连接装置（1），其中，所述销上的所述邻接基台的宽度e2不小于1mm。

14.一种高电压或中等电压电气开关设备，其中，包含根据任一前述权利要求所述的至少一连接装置（1）。