CN103081050B - 电隔离器 - Google Patents

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Abstract

一种电隔离器，其包括：本体，贯穿其中限定有孔穴；第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一触头或者与所述第一触头分离；和至少两个凹状电场控制屏蔽，在所述孔穴的相应端部处并围绕所述孔穴固定至所述本体，使得所述屏蔽相对于所述孔穴横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此。

Description

电隔离器
技术领域
本发明涉及电隔离器和相关联的电气开关。
背景技术
在本说明书中对任何在先出版物(或者从其得到的信息)或者对任何已知事项的提及并不是而且也不应该认为是承认或者认可或者以任何形式暗示所述在先出版物(或者从其得到的信息)或者已知事项形成本说明书所涉及的领域中的公知常识的一部分。
在电气工业中使用六氟化硫(SF6)气体作为用于高电压断路器、开关设备和其它电气设备的气态介电介质是已知的。然而，SF6气体绝缘的开关由于SF6的温室气体效应(大约是CO2的23,900倍)而不再是优选的。另外，并入有SF6气体的开关需要密封，而这种密封的开关通常招致较高的维修成本，以确保在开关的寿命期中的恰当操作。另一问题是最近引入的与这种开关相关联的报告要求，它要求开关装置每年接受检查以确定是否有任何泄露，并且必须报告泄露。这种报告给任何这种开关装置的操作员造成显著的负担。
通常有两种电气开关在中等电压下使用。第一种类型是故障接通和负载分断开关。这种开关的典型应用是架空线路负载分断开关和环网柜(RMU)中的负载分断开关。第二种类型是故障接通和故障分断开关。这些开关的典型应用是环网柜(RMU)电路分断器，例如室内金属封装开关设备，或者类似物。
电气隔离开关通常包括三个主要部件，即断续器、隔离器和用于致动断续器和隔离器的机构。真空断续器是一种广泛用于没有SF6的广范围电气开关中的断续器。它们的设计在本领域中是众所周知的，然而它们不适于用作隔离器，原因是存在于开放的触头之间的非常高的内部电场强度，以及以下事实，即，作为内部电场的形状的结果，最高电应力发生在导电的触头表面处。由其操作引起的表面不完整性和小粗糙性将导致所谓的“应力集中源”，其将导致这种真空断续器的隔离能力的退化，通常在比设计电压低的电压处导致闪络。
非持续性破坏性放电(NSDD)也是这种真空断续器的一个问题。NSDD的这种现象通常是部分地由真空开关触头材料中的杂质引起的。参考乌克兰99053，Sevastopol，VakulenchukaStr.，22，TavridaElectric公司的A.M.Chaly,L.V.Denisov,V.N.Poluyanov,I.N.Poluyanova的“Peculiaritiesofnon-sustaineddisruptivedischargesatinterruptionofcable/linechargingcurrent”。由于这些原因，通常有必要使用与真空断续器串联的隔离器来提供安全的隔离手段。
一些电气开关需要制作到故障线路上，然后分断短路故障电流，而另一些开关只需要分断负载电流。故障电流的接通和分断，或者负载电流的分断，可以通过任意适当的断续器来进行，比如真空断续器、固态电子断续器或者鼓风断续器。其它技术也可以是适当的。然而，所有这些已知断续器都需要附加的隔离器，其能够可靠地耐受可能在使用中出现的最大电压，以提供安全隔离。
存在若干与不同类型的隔离器有关的现有技术文献。例如，美国专利No.4,484,044教导了一种负载开关，其包括与空断开关串联的真空开关。真空开关包括固定电极、附接至沿轴向可移动的控制杆的一端的可动电极和对控制杆施加趋于分离电极的弹性作用力的保持弹簧。空断开关包括圆锥形的阳性触头和成形为允许阳性触头插入其中的相向阴性触头。阳性触头具有较大直径基部，其附接至控制杆的另一端，并与控制杆形成一台阶。阴性触头具有弹簧加载锁定突起和止动部，所述弹簧加载锁定突起用于可释放地接合阳性触头的台阶，所述止动部用于对控制杆施加作用力，其足以在阳性触头与阴性触头接合后抵靠止动部移动时闭合真空开关的电极。阴性触头的锁定突起的弹簧加载、阳性触头的形状以及保持弹簧的弹簧常数选择成使得在阳性和阴性触头接合期间对控制杆的作用力不足以闭合真空开关的电极，而在这些触头的分离期间对控制杆的作用力发挥作用以在阳性触头的释放前完全分离真空开关的电极。
这是现有技术隔离器的一种典型设计，如图1所示(美国专利No.4,484,044的图3)。它由移动触头12、固定触头7和隔离距离L构成。这种类型的隔离器使用在中等电压电气开关设备中，在空气中和在SF6中。SF6隔离器大大地小于空气绝缘装置，因为SF6气体具有空气的2.5倍的介电强度，因此SF6绝缘装置通常在每个线性维度上是空气绝缘装置的尺寸的40%，得到可能只占空气绝缘装置的体积的10-20%的装置。然而，这些隔离器具有在空气中需要大隔离距离的缺点，如从图2所附的电场图可以看出的。图2示出了图1的隔离器的电场图。可以看出，对于172mm的隔离距离L，推定的最大电应力将是2,800伏特/mm。因此，由于空气具有3,000伏特/mm的击穿应力，这意味着172mm是能够提供来使该配置用作隔离器的最小分离距离。
相似地，美国专利No.3,598,939涉及一种隔离开关，其具有提供面对彼此的大致光滑表面的大金属电极，并且电极中的至少一者借助于其固定至的移动托架是可移动的。处于开放间隙位置的电极在切换电压浪涌、脉冲电压时具有比较高的耐受或者绝缘强度，并且具有比较小的间隙空间。托架为接触两电极进行的移动对应于开关的闭合位置，而托架为分断电极之间的接触进行的移动对应于开放位置。在后一位置中，在电极之间的间隙中形成大致均匀的静电场。
美国专利No.3,624,322公开了一种隔离开关，其采用半球型电极屏蔽激励部分，这些部分安装在一对倾斜绝缘体支柱的顶部上。支柱借助于转子轴承安装至支承框架，所述转子轴承在被适当的机构旋转时，使绝缘体支柱的顶部在一圆形路径中移动。联接机构被采用并响应于支柱沿第一方向的旋转来使开关配置的叶片和钳口电接触，并响应于支柱沿第二方向的旋转撤回叶片和钳口来断开接触。所采用电极的光滑表面在该第二情况中彼此面对，并提供一开放间隙状态，其在相对表面之间形成大致均匀的静电场。
美国专利No.3,592,984描述了一种隔离开关，其具有球形、椭圆形、环形或者扁球形电极和可伸缩的开关叶片。处于开放间隙位置的电极在切换电压浪涌、脉冲电压时具有比较高的耐受强度，并且具有比较小的间隙空间。可伸缩开关叶片为接触两电极进行的伸展对应于开关的闭合位置，而开关叶片向电极之一中的回缩对应于开放位置。在后一位置中，开放间隙在电极之间形成，并且在该间隙中形成大致均匀的静电场。这具有的优点是，开关开放间隙能够做成大致短于从电极到地面的距离，并仍然确保任何闪络将处于电极与地面之间而不是横跨开关开放间隙。
美国专利No.5,237,137在用于金属包覆、压缩气体绝缘的高电压开关设备的隔离开关中教导了一种包含被可旋转地支承的操作杆配置的机械控制单元。操作杆配置自动地锁定在一中性位置中，并保持辅助接触销，直到它被连接至主接触销的引导表面释放为止。辅助接触销的配合触头也是弹簧加载的，并在最初被释放稍后跟随该辅助接触销，同时维持等电位连接。
美国专利No.4,591,680提供了一种隔离开关，其适合于电气地隔离和连接在多数情况下处于低负载状态下的气体绝缘封装交换站的部件，其中一固定接触构件设置有中心在后触头，其终止于一接触构件中。它被一圈额定电流指状物和一固定触头屏蔽电极同轴地包围。可移动接触构件的中心接触杆在一定距离处被也是可移动的屏蔽电极同轴地包围。为了防止不希望的闪络，特别是封装物处的闪络，额定电流指状物在被也是可移动的屏蔽电极包围的区域中与接触杆接触。它们被安装成可旋转，并且被施加有作用力以沿径向向内按压它们的端部构件。接触构件构造成一屏蔽状板，其具有向前朝可移动触头配置凸出的正面。当在后的触头被推回时，当在后触头被推向前方时位于正面后的额定电流指状物突出穿过接触构件中的开口。接触杆和随前者移动的屏蔽电极设置有周向沟槽。
上述现有技术开关通常集中在凸状电场控制电极形状。当前存在使紧凑和低成本空气绝缘未密封电隔离器单独地或者与断续器组合地使用以形成无SF6的电气隔离开关的需求。
发明内容
在第一广义形式中，本发明寻求提供一种电隔离器，其包括：
a)本体，贯穿其中限定有孔穴；
b)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
c)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一触头或者与所述第一触头分离；和
d)至少两个凹状电场控制屏蔽(electricalfieldcontrolscreens)，在所述孔穴的相应端部处并围绕所述孔穴固定至所述本体，使得所述屏蔽相对于所述孔穴横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此。
典型地，所述本体由实心介电绝缘材料制成。
典型地，所述孔穴是管状的。
典型地，所述电隔离器包括滑动触头，用于在所述孔穴中将所述第一触头连接至所述第二触头。
典型地，所述电隔离器包括构造成致动所述第二触头穿过所述孔穴与所述第一触头接触或者脱离接触的机构。
典型地，所述本体包括外部导电屏蔽。
典型地，所述外部导电屏蔽包括导电漆或者喷射的金属涂层。
典型地，所述外部导电屏蔽在使用中是接地的。
典型地，所述屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述触头之间维持期望的电应力分布。
在第二广义形式中，本发明寻求提供一种电隔离器，其包括：
a)本体，贯穿其中限定有孔穴；
b)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
c)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一触头或者与所述第一触头分离；和
d)至少两个电场控制屏蔽，从所述孔穴的相应端部向外延伸，所述屏蔽修改所述孔穴中的电场，以由此在所述触头之间维持期望的电应力分布。
典型地，所述本体由实心介电绝缘材料制成。
典型地，所述孔穴是管状的。
典型地，所述电隔离器包括滑动触头，用于在所述孔穴中将所述第一触头连接至所述第二触头。
典型地，所述电隔离器包括构造成致动所述第二触头穿过所述孔穴与所述第一触头接触或者脱离接触的机构。
典型地，所述电隔离器所述本体包括外部导电屏蔽。
典型地，所述电隔离器所述外部导电屏蔽包括导电漆或者喷射的金属涂层。
典型地，所述电隔离器所述外部导电屏蔽在使用中是接地的。
典型地，所述屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述触头之间维持期望的电应力分布。
在第三广义形式中，本发明寻求提供一种电气开关，其包括：
a)壳体；
b)断续器，位于所述壳体内，用于中断电流；
c)隔离器，位于所述壳体内，并配置成与所述断续器电连通，所述隔离器具有：
d)本体，贯穿其中限定有孔穴；
e)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
f)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一触头或者与所述第一触头分离；和
g)至少两个凹状电场控制屏蔽，在所述孔穴的相应端部处并围绕所述孔穴固定至所述本体，使得所述屏蔽相对于所述孔穴横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此；和
h)构造成用于致动所述断续器和所述隔离器的机构。
典型地，所述断续器包括真空断续器。
典型地，所述机构包括绝缘推杆，其进入所述壳体穿过所述壳体的一部分中的通道，所述壳体具有在所述通道的相应端部处并围绕所述通道固定至所述一部分的至少两个凹状电场控制屏蔽，使得所述屏蔽相对于所述通道横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此，所述屏蔽构造成将电场分布在所述通道中，以提供低电应力的区域。
典型地，所述屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述触头之间维持期望的电应力分布。
在第三广义形式中，本发明寻求提供一种电隔离室，用于电气地隔离第一和第二区域，所述隔离室包括：
a)通道，在所述第一和第二区域之间延伸；
b)延伸穿过所述通道的构件；
c)至少两个凹状电场控制屏蔽，围绕所述通道设置，使得所述屏蔽相对于所述室横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此，所述屏蔽构造成将电场分布在所述室中，以便提供低电应力的第三区域，所述构件延伸穿过所述第三区域。
典型地，所述第一和第二区域中的至少一者设置在用于电气设备的壳体内。
典型地，所述屏蔽构造成修改所述室中的电场，以由此沿所述构件维持期望的电应力分布。
典型地，所述构件包括以下中的至少一者：
a)机械致动器；
b)光学纤维；和
c)流体管子。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明的示例，附图中：
图1示出了在美国专利No.4,484,044中描述的一种现有技术隔离器；
图2a、2b示出了用于图1的现有技术隔离器的处于空气中的电场图；
图3a示出了具有两个扁平的平行板状电场控制屏蔽的隔离器的示例；
图3b、3c示出了两个扁平平行板状电场控制屏蔽的处于空气中的常规电场图；
图4a示出了根据当前配置的电隔离器的一个示例；
图4b、4c示出了没有外部导电屏蔽的、部分地嵌入实心介电层中的两个扁平平行板状电场控制屏蔽的典型电场图；
图5a、5b示出了没有外部导电屏蔽的、具有部分地嵌入实心介电层中的两个扁平平行板状电场控制屏蔽的图4所示隔离器的另一电场图；
图6a、6b示出了具有接地的外部导电屏蔽的、部分地嵌入实心介电层中的两个扁平平行板状电场控制屏蔽的典型电场图；
图7示出了没有外部导电屏蔽的、根据当前配置的电隔离器的一个示例；
图8示出了具有外部导电屏蔽的、根据当前配置的电隔离器的一个示例；
图9a、9b示出了图7所示电隔离器的电场图；
图10a、10b示出了图7所示电隔离器的另一电场图；
图11a、11b示出了图8所示电隔离器的电场图；
图12a、12b示出了具有接地的外部接地屏蔽的、图8所示电隔离器的电场图；
图13示出了根据当前配置的隔离开关的一个示例；而
图14示出了根据当前配置的隔离开关的另一示例。
具体实施方式
现在参考附图，经由背景技术，图3a示出了电隔离器9的一个示例，其具有第一电触头4和第二可移动电触头5，所述第二可移动电触头5大体构造成是可操作地移动的，以电连接至第一触头4或者与第一触头4分离。滑动触头6通常促进电触头4和5之间的接触。隔离器9还包括两个平行的电场控制屏蔽31、32，各自如图所示配置成邻近相应的电触头4、5。屏蔽31、32相对于触头4、5横向定位，并且屏蔽31、32构造成均匀地分布电场，以在触头4、5分离时降低所述屏蔽31、32之间的电应力。
图3b、3c示出了处于空气中彼此偏离68mm的距离的两个平行板状电场控制屏蔽31、32的另一示例的电场图。如图3c的曲线所示，该导体配置恰好在触头4(借助于滑动触头6)与触头5彼此电连接前，生成2,800V/mm的推定最大电应力。
根据当前配置的一个示例，图4a示出了具有本体1的电隔离器9，所述本体1贯穿其中限定出孔穴2，如图所示。该隔离器9还包括配置在孔穴2的第一端的第一电触头4和可移动地配置在孔穴2的第二端的第二电触头5。第二触头5大体构造成可操作地移动穿过孔穴2，以经由滑动触头6电连接至第一触头4或者与第一触头4分离。隔离器9还包括从孔穴2的相应端部向外延伸的至少两个电场控制屏蔽31、32，如图所示。这两个相向平行板状电场控制屏蔽31、32通常部分地嵌入实心介电层33中。屏蔽31、32构造成修改孔穴2中的电场，以由此在触头4、5之间维持期望的电应力分布。
孔穴或者中心孔2(优选为圆形的)提供一孔穴，以供第二或者移动触头5穿过其中。移动触头5通常从适当的机构得到驱动。它可以被本领域的技术人员熟悉的许多适当操作机制中的任一种手动地或者电气地操作。在一个示例中，移动触头5通常经由滑动触头6与第一或者固定触头4连接，以便建立电路。滑动触头6可以是“Multilam”或者相似的触头。
图4b、4c示出了部分地嵌入实心介电层33中的两个相向平行板状电场控制屏蔽31、32的电场图。如图所示，135kv的外加电压在内部空气与实心介电层的界面A-A处生成2800伏特/mm的推定最大电应力。注意，与作为图3c中屏蔽31、32之间的介电层的空气相关联的高应力区域现在被嵌入了实心介电层33中，并且屏蔽之间的间距可从最初的68mm降至47.5mm。图3c和图4c的电应力的倒置形状的对比显示了电场梯度在图4a的配置中在触头4(及相关联的滑动触头6)的区域中有降低，并且随着触头5接近触头4，与图3b、3c的配置相比，电应力会降低。
空气与介电层的界面处的电应力是重要的，以预测在产品的整个寿命中的可靠性。图5a、5b示出了部分地嵌入实心介电层33中的两个相向平行板状电场控制屏蔽31、32的另一电场图。135kv的外加电压在外部空气与实心介电层33的界面C-C处生成2,525伏特/mm的推定最大电应力，其小于3,000伏特/mm的空气击穿应力。
图6a、6b示出了部分地嵌入实心介电层中的两个相向平行板状电场控制屏蔽31、32的电场图，其中围绕介电层33添加有接地的外部导电屏蔽10，如图所示。135kv的外加电压在内部空气与实心介电层的界面A-A处生成3,000伏特/mm的推定最大电应力。
如电气工程领域中已知的，最均匀的电场分布是通过两个无穷大的平行板实现的。图3示出了实际上能够以在空气中分隔适当距离的小型平行控制屏蔽来实现相当均匀的电场分布。另外，通过如图4、5那样将这种屏蔽部分地嵌入实心介电层中，能够降低触头4、5之间的间隔。因为隔离器尺寸的小型化是普遍希望的，该方面是当前配置的重要特征。
在对电场没有任何外部影响的情况下，介电层33中的电场通常是均匀的。然而，该配置并不适于实践中的电隔离器设计，因为平行电场控制屏蔽31、32之间的均匀电场容易被相邻电场和接地结构干扰。当电场被干扰时，它一般变得不均匀，并且最大应力增加，这会导致介电性能的显著损失。
图6中的接地外部导电屏蔽10的施加避免了电场受到这种外部影响，然而它具有使A-A处的最大内部电应力增加的效果。进一步增加间距很少会降低最大内部电应力，因为它主要是受外部导电屏蔽10的设置的影响。因此可见虽然均匀电场能够通过平行板状电场控制屏蔽来实现，但是存在若干主要的缺点。
图7示出了根据当前配置的电隔离器9的一个示例。隔离器9通常包括本体1，该本体1限定出贯穿于其中的孔穴或者孔2。该隔离器9还包括配置在孔穴2的第一端的第一电触头4，以及可移动地配置在孔穴2的第二端的第二电触头5。第二触头5大体构造成可操作地移动穿过孔穴2，以经由滑动触头6电连接至第一触头4或者与第一触头4分离。
隔离器9还包括至少两个凹状电场控制屏蔽31、32，它们在孔穴2的相应端部处并围绕孔穴2固定至本体，使得屏蔽31、32相对于孔穴2横向定位，并且各凹状屏蔽31、32的开放端彼此相对，如图所示。屏蔽31、32构造成均匀地分布孔穴2中的电场，以在触头4、5分离时降低所述屏蔽31、32之间的电应力。所述屏蔽通常是凹状的，并且可以包括相似的碗状构造，或者类似构造。
图8的隔离器9的示例施加有外部导电屏蔽10，而图7中没有。在一些情形中，优选的是通过以作为电场控制措施的导电涂层涂覆本体1的外表面来施加外部导电屏蔽10。在一些情形中，可能优选的是在使用中将该导电屏蔽接地。外部导电屏蔽10优选是导电漆或者喷射的金属涂层。
当前配置的本体1优选是但并非必须是管状的或者圆形的，围绕着中心线并且由适当的实心介电绝缘材料比如聚合物制成。优选的聚合物是电工级环氧树脂，比如HuntsmanCW2229。如果要在户外环境中使用，则优选的是适当的环脂肪族环氧树脂，比如HuntsmanCY184或CY5622。这种聚合物的介电强度大致是20,000伏特/mm，而空气的介电强度大致是3,000伏特/mm。实心介电绝缘材料的优选介电常数在1-6范围内。
孔穴或者中心孔2(优选为圆形的)提供一孔穴，以供第二或者移动触头5穿过其中。移动触头5通常从适当的机构得到驱动。它可以被本领域的技术人员熟悉的许多适当操作机制中的任一种手动地或者电气地操作。在一个示例中，移动触头5通常经由滑动触头6与第一或者固定触头4连接，以便建立电路。滑动触头6可以是“Multilam”或者相似的触头。
如上所述，凹状电场控制屏蔽31、32以相向方式配置，并且通常嵌入本体1中。这些电场控制屏蔽31、32用于使电场成形为便于使等电位线最佳地成形，并且使它们均匀地分布，使得所得电应力尽可能均匀。这确保了可能达到的最紧凑设计。
图7、8的隔离器大体设计成用于12kV额定系统、630安培额定连续电流和110Kv雷电冲击耐受电压(LIWV)的应用。为了提供可靠的隔离器，并且允许测试结果在生产中的统计扩散，隔离器9通常设计成耐受135,000伏特的雷电冲击耐受电压。然而，应该理解的是，隔离器9的不同示例可以应用于任何额定电压或者电流。
图9示出了在中心孔2中实心介电层与空气的界面A-A中的最高电应力的位置34处、没有外部导电屏蔽的、图7所示隔离器9的电应力的预测。在电场控制屏蔽31、32的中间，最大电应力大致是2,800伏特/mm。这具有在被施加雷电冲击耐受电压时提供稳定隔离器性能的期望效果。
另外，图10预测在C-C处的本体1与空气的界面15处、没有外部导电屏蔽10的隔离器9的电应力。注意，最大电应力大致是4,800伏特/mm。这是不希望的，因为它将在绝缘体的表面上被施加雷电冲击耐受电压时使空气变得导电，这将导致在施加雷电冲击耐受电压时可能从外部发生电击穿。电应力在正常服务期间在额定电压时也将存在于15处，这可能导致实心介电体1的过早失效，原因是在比如灰尘、蛛丝或者其它异物等污染存在时由电应力产生的局部放电。
图11预测在中心孔2中最高电应力的位置处、外部导电屏蔽10未接地(或者处于浮动电位)的、图8所示隔离器9的电应力。在电场控制屏蔽31、32的中间，最大电应力大致是2,800伏特/mm。这也具有提供稳定隔离器性能的期望效果。
图12预测在中心孔2中实心介电层与空气的界面中的最高电应力的位置34处、外部导电屏蔽10已接地的、图8所示隔离器9的电应力。在电场控制屏蔽31、32的中间，最大电应力大致是2,800伏特/mm。
隔离器9通常通过两个作用来控制空气中的最大电应力，即通过电场控制屏蔽31、32的相向凹状形状，以及由于以下事实：电场控制屏蔽31、32被部分地封装在本体1中的高介电强度实心介电绝缘材料中，以便确保最大电应力的区域处于绝缘材料内。
如果最大电应力发生在导体与空气的界面8处，则金属电极表面中的表面不完整性或者不规则性、或者粗糙性、或者导体形状中的任何不稳定性都将导致隔离能力的退化。这种不规则性和表面不完整性可能由隔离器9的寿命期间的磨损产生。
通过比较图9、10、11、12，可以看出，无论外部导电屏蔽10存在与否，并且无论外部导电屏蔽10接地与否，对填充有空气的中心孔2中的电应力产生可忽略的差异。
然而，外部导电屏蔽10接地了的隔离器9是有利的，因为内部场不受比如其它电场或者其它接地物体等外部因素的影响；它消除了在表面上的任何电场应力，其可能由于局部放电的存在而导致长期的表面退化，所述局部放电可能随着灰尘和其它异物的存在而增加；它使电场成形为使得最大电应力发生在电场控制屏蔽之间的中间点处，这具有提供稳定隔离器性能的期望效果；并且它提供了可以安全接触的接地表面。
由于这些改进，可以看出，比起图1、2所示的现有技术隔离器，隔离器9通常小得多，因此制造起来更便宜。隔离器9与现有技术隔离器相比尺寸减小被认为是有利的。总的来说，隔离器9为具有相当电气性能的现有技术隔离器的大致35%-40%的线性尺寸或者10-25%的体积尺寸。隔离器9因此将具有适当的尺寸和成本来代替先前采用SF6气体作为绝缘介质的现有技术隔离器，然而隔离器9不会具有填充有SF6气体的装备的环境后果。
已知的是空气具有大约3000伏特/mm的介电强度。用于隔离器9的设计工作采取2,800伏特/mm，并且测试确认了该采取对于雷电冲击耐受电压的正极和负极两者都是可靠的。为了验证隔离器设计，有必要对于每个类型进行设计测试(类型测试)，并验证其隔离能力，而且需要满足雷电冲击耐受电压(LIWV)测试。这些测试在适用的适当国际标准中有明确说明。
图13示出了另一配置的示例，其中隔离器9应用于电气开关的一特定配置。该电气开关包括绝缘壳体21、位于壳体21内用于中断电流的断续器13和如上所述的隔离器9。该开关通常还包括构造成用于致动断续器13和隔离器9的机构16。
开关包括绝缘壳体21，并且隔离器9模制在该绝缘壳体中，如图所示。在该实施方式中，隔离器9与真空断续器13串联。真空断续器13具有移动触头17和固定触头12。隔离器9具有固定触头4和移动触头5。真空断续器17的移动触头通过柔性导体14电连接至当前配置的移动触头5。移动导体5、17两者都被机构16以机械方式驱动。该机构设计成以所需速度、所需时机和所需偏移量来驱动真空断续器的移动触头17和当前配置的移动触头5两者，以适应开关额定值。
绝缘推杆18穿过第二隔离器组件9。该第二隔离器9的目的是提供低电应力的区域，其允许使用比以其它方式所需的长度短的绝缘推杆18。该绝缘推杆18从机构11以机械方式得到驱动。机构11可以被本领域的技术人员熟悉的许多适当操作机制中的任一种电气地操作或者手动地操作。可以采用控制器10来通过本领域的技术人员熟悉的许多方式中的任一种自动地、远程地或者手动地控制机构11。
在一个特定示例中，第二隔离器9包括具有通道9.2的室9.1，所述通道9.2在第一与第二区域之间延伸。所述通道可以提供在如上所述的介电材料或者相似材料中，并且通常具有延伸贯穿其中的推杆或者其它构件。围绕所述通道设置有至少两个凹状电场控制屏蔽9.3、9.4，使得所述屏蔽相对于所述室横向定位，并且每个凹状屏蔽的开放端朝向彼此，所述屏蔽构造成将电场分布在所述室中，以在通道内提供低电应力的第三区域，以便所述构件延伸穿过第三区域。
应该理解的是，这种形式的隔离器可以用于电气地隔离任意两个区域，并且特别地可以用于隔离比起另一区域处于相当高电位的区域，比如电气开关设备的内部。尽管如此，隔离器允许绝缘构件在所述区域之间延伸，例如允许所述构件进入开关设备的壳体中。
这对于允许第一和第二区域比如高电压开关设备的内部和外部得到电隔离，是特别有利的。具体说，这允许一构件进入具有高电位的区域中，而仍然维持所需水平的绝缘。因此，隔离室以这样一种方式改变电场，以限制室中在空气上的最大应力(如前所述)，这允许需要进入开关设备的高电压区域中的任何绝缘构件显著地短于电应力不受控于隔离室的情况，从而得到比以其它方式可能得到的更紧凑的结构。这种构件的示例可以包括但不限于机械操作轴、光学纤维或者流体管子循环冷却剂。
图14示出了另一示例，其中隔离器9用作电气开关的一部分。开关组件被封装在绝缘壳体22中，并且隔离器9被模制到绝缘壳体22中。在该实施方式中，隔离器9与真空断续器13串联。真空断续器13具有移动触头17和固定触头12。隔离器9具有固定触头4和移动触头5。真空断续器17的移动触头通过柔性导体23电连接至开关组件19的端子。当前配置的移动触头5通过柔性导体24电连接至开关组件20的端子。移动导体5、17分别被机构25、26独立地以机械方式驱动。这些机构设计成以所需速度、所需时机和所需偏移量来驱动真空断续器的移动触头17和隔离器的移动触头5两者，以适应开关额定值。
这些绝缘推杆18以机械方式从机构25、26得到独立地驱动。这些机构可以被本领域的技术人员熟悉的许多适当操作机制中的任一种电气地操作或者手动地操作。可以采用控制器10来通过本领域的技术人员熟悉的许多方式中的任一种自动地、远程地或者手动地控制这些机构。
在不背离本发明的范围的情况下，许多变型或者变异对本领域的技术人员来说是清楚明了的。所有这类变更和变型应该被认为落于在本文广泛地出现和详细描述的发明的精神和范围内。
应该理解的是，言及本发明的“一个示例”或者“一示例”时不是以排他意义进行的。相应地，一个示例可以例示出本发明的某些方面，而其它方面在不同示例中例示出。这些示例旨在协助本领域的技术人员实施本发明，而并非旨在以任何方式限制本发明的整体范围，除非另有明确的相反说明。
本领域常见的特征未做详细说明，因为它们被视为容易被本领域的技术人员的理解。相似地，在整个本说明书中，术语“包括”及其语法等同物应理解为具有包含的意义，除非另有明确的相反说明。

Claims (27)

1.一种电隔离器，包括：
a)本体，限定有贯穿其中的孔穴；
b)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
c)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二电触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一电触头或者与所述第一电触头分离；和
d)至少两个凹状电场控制屏蔽，在所述孔穴的相应端部处并围绕所述孔穴固定至所述本体，使得所述凹状电场控制屏蔽相对于所述孔穴横向定位，并且每个凹状电场控制屏蔽的开放端朝向彼此。
2.如权利要求1所述的电隔离器，其中，所述本体由实心介电绝缘材料制成。
3.如权利要求1所述的电隔离器，其中，所述孔穴是管状的。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电隔离器，包括滑动触头，用于在所述孔穴中将所述第一电触头连接至所述第二电触头。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电隔离器，包括构造成致动所述第二电触头穿过所述孔穴与所述第一电触头接触或者脱离接触的机构。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电隔离器，其中，所述本体包括外部导电屏蔽。
7.如权利要求6所述的电隔离器，其中，所述外部导电屏蔽包括导电漆或者喷射的金属涂层。
8.如权利要求6所述的电隔离器，其中，所述外部导电屏蔽在使用中是接地的。
9.如权利要求1-3，7，8中任一项所述的电隔离器，其中，所述凹状电场控制屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述第一电触头和第二电触头之间维持期望的电应力分布。
10.一种电隔离器，包括：
a)本体，限定有贯穿其中的孔穴；
b)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
c)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二电触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一电触头或者与所述第一电触头分离；和
d)至少两个凹状电场控制屏蔽，从所述孔穴的相应端部向外延伸。
11.如权利要求10所述的电隔离器，其中，所述本体由实心介电绝缘材料制成。
12.如权利要求10-11中任一项所述的电隔离器，其中，所述孔穴是管状的。
13.如权利要求10-11中任一项所述的电隔离器，包括滑动触头，用于在所述孔穴中将所述第一电触头连接至所述第二电触头。
14.如权利要求10-11中任一项所述的电隔离器，包括构造成致动所述第二电触头穿过所述孔穴与所述第一电触头接触或者脱离接触的机构。
15.如权利要求10-11中任一项所述的电隔离器，其中，所述本体包括外部导电屏蔽。
16.如权利要求15所述的电隔离器，其中，所述外部导电屏蔽包括导电漆或者喷射的金属涂层。
17.如权利要求15所述的电隔离器，其中，所述外部导电屏蔽在使用中是接地的。
18.如权利要求10-11，16，17中任一项所述的电隔离器，其中，所述凹状电场控制屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述第一电触头和第二电触头之间维持期望的电应力分布。
19.一种电气开关，包括：
a)壳体；
b)断续器，位于所述壳体内，用于中断电流；
c)隔离器，位于所述壳体内，并配置成与所述断续器电连通，所述隔离器具有：
i)本体，限定有贯穿其中的孔穴；
ii)第一电触头，配置在所述孔穴的第一端处；
iii)第二电触头，可移动地配置在所述孔穴的第二端处，所述第二电触头构造成可操作地移动穿过所述孔穴，以电连接至所述第一电触头或者与所述第一电触头分离；和
iv)至少两个凹状电场控制屏蔽，在所述孔穴的相应端部处并围绕所述孔穴固定至所述本体，使得所述凹状电场控制屏蔽相对于所述孔穴横向定位，并且每个凹状电场控制屏蔽的开放端朝向彼此；和
v)构造成用于致动所述断续器和所述隔离器的机构。
20.如权利要求19所述的电气开关，其中，所述断续器包括真空断续器。
21.如权利要求19所述的电气开关，其中，所述机构包括绝缘推杆，其进入所述壳体穿过所述壳体的一部分中的通道，所述壳体具有在所述通道的相应端部处并围绕所述通道固定至所述壳体的一部分的至少两个凹状电场控制屏蔽，使得所述壳体的凹状电场控制屏蔽相对于所述通道横向定位，并且所述壳体的每个凹状电场控制屏蔽的开放端朝向彼此，所述壳体的凹状电场控制屏蔽构造成将电场分布在所述通道中，以提供低电应力的区域。
22.如权利要求19-21中任一项所述的电气开关，其中，所述本体内的凹状电场控制屏蔽构造成修改所述孔穴中的电场，以由此在所述第一电触头和第二电触头之间维持期望的电应力分布。
23.一种电气开关，包括断续器和如权利要求1-18中任一项所述的电隔离器。
24.一种电隔离室，用于电气地隔离第一和第二区域，所述电隔离室包括：
a)通道，在所述第一和第二区域之间延伸；
b)延伸穿过所述通道的构件；
c)至少两个凹状电场控制屏蔽，围绕所述通道设置，使得所述凹状电场控制屏蔽相对于所述电隔离室横向定位，并且每个凹状电场控制屏蔽的开放端朝向彼此，所述凹状电场控制屏蔽构造成将电场分布在所述电隔离室中，以便提供低电应力的第三区域，所述构件延伸穿过所述第三区域。
25.如权利要求24所述的电隔离室，其中，所述第一和第二区域中的至少一者设置在用于电气设备的壳体内。
26.如权利要求24所述的电隔离室，其中，所述凹状电场控制屏蔽构造成修改所述电隔离室中的电场，以由此沿所述构件维持期望的电应力分布。
27.如权利要求24-26中任一项所述的电隔离室，其中，所述构件包括以下中的至少一者：
a)机械致动器；
b)光学纤维；和
c)流体管子。
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