CN104183413A - 用于高压连接器的凝胶状电介质材料 - Google Patents

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Abstract

一种连接器装置，所述连接器装置包括装置本体和针组件。连接器装置包括：套管部，该套管部具有有第一孔的导电总线；导电壳体，该导电壳体具有与第一孔轴向对准的第二孔；内部腔室，该内部腔室将第一孔和第二孔分开；以及封围在内部腔室内的凝胶状硅材料。针组件包括非导电末端和固定到非导电末端的导电针。针组件构造成在闭合位置与打开位置之间在第一和第二孔内轴向移动，闭合位置提供导电总线与导电壳体之间的电连接，打开位置不提供导电总线与导电壳体之间的电连接。当针组件处于打开位置时，凝胶状硅材料抑制电压弧跨非导电末端的表面。

Description

用于高压连接器的凝胶状电介质材料
背景技术
本发明涉及高压电连接器，诸如高压断路器、开关设备以及其它电气设备。用在高压应用中的典型电介质材料包括空气、油和六氟化硫(SF6)气体。空气要求触头之间的较长距离以在高压(例如5+kV)环境下降低产生电弧的可能性。与空气相比，油要求的触头之间距离较短，但当发生故障时油会点燃并可能含有有害的多氯联二苯(PCBs)。像油一样，SF6气体要求触头之间的距离相对较短，但是出于环境保护原因，使用SF6气体是不理想的。
附图说明
图1是示出根据本文描述各实施方式处于打开位置的连接器组件的示意性剖视图；
图2是示出图1的连接器组件处于闭合位置的示意性剖视图；
图3是图1的连接器组件的连接器本体的示意性剖视图；以及
图4是图1的连接器组件的针组件的放大示意图。
具体实施方式
以下详细描述参照附图。不同附图中的相同附图标记标示相同或类似构件。
根据本文明所述的各实施方式，填充有硅胶的腔室用作电介质材料以隔离高压电连接器中的触针组件。硅胶用作可塑性绝缘化合物，其能够粘结、分离并重新粘结到触针组件。硅胶防止电压沿针组件的绝缘表面滞后和/或防止向高压电连接器的导电部件产生飞弧或放电弧。
如本公开中使用的，术语“高压”是指构造成在高于5千伏(kV)的标称系统电压下运行的设备。因此，术语“高压”是指适用于电力公用服务事业的设备，诸如在约5kV至约38kV的标称电压下运行的、通常称为“配电”系统的系统中，以及用于在高于约38kV的标称电压下运行的“传输”系统中使用的设备。适用的设备可包括断路器、接地装置、开关设备或其它高压设备。
图1是示出根据本文描述各实施方式处于打开位置的连接器组件10的示意性剖视图。图2是示出处于闭合位置的连接器组件的示意性剖视图。连接器组件10可通常包括装置本体100和针组件200，针组件在图1的打开位置与图2的闭合位置之间在装置本体100内轴向移动。图3是装置本体100的示意性剖视图，而图4是针组件200的放大示意图。
共同参照图1-4，装置本体100可包括连接到总线106的连接器102。在一实施方式中，连接器102可包括如图所示的螺纹连接。在其它各实施方式中，连接器102可包括与总线106一体形成的铲形连接器或其它类型连接器。连接器102和总线106可由诸如铜的导电材料制成。连接器102和/或总线106可延伸穿过装置本体100的套管部104。套管部104可形成围绕总线106的绝缘外层，连接器102从总线106延伸。套管部104可由例如绝缘橡胶或环氧树脂材料制成。在一实施方式中，套管部104尺寸可做成ANSI标准高电流接口。
例如如图3所示，总线106可包括同心地形成在其中的轴向孔108和一组百叶触头110。孔108可构造成接纳针组件200，使得针组件200可抵靠百叶状触头110滑动，如下文进一步描述的。例如如图3所示，孔108可向套管部104的较大开口109敞开。
装置本体100还可包括导电壳体112。导电壳体112可由诸如铜的导电材料制成。导电壳体112可包括连接其它电气设备或接地的端子连接部或其它接口(未示出)。
图3所示，导电壳体112可包括同心地形成在其中的轴向中心孔118和一组百叶状触头120。尽管本文描述各实施方式使用百叶状触头110/120，但在其它实施方式中，孔108或孔118中可使用不同类型的触头。在其它实施方式中，孔108和孔118可简单地包括接触区域来代替百叶状触头110/120。中心孔118可构造成接纳针组件200，使得针组件200可抵靠百叶状触头120滑动，如下文进一步描述的。例如图3所示，中心孔118可连接导电壳体112的较大开口119。
如图1和4所示，针组件200可包括非导电(例如绝缘)末端202和导电针204。在一实施方式中，非导电末端202可由塑料材料制成，且导电针204可由铜制成。非导电末端202可包括螺柱206，且导电针204可包括相应的螺纹阴开口208(或相反)以将非导电末端202固定到导电针204。在其它实施例中，非导电末端202可用诸如环氧树脂或其它粘合剂化学结合或粘结到导电针。非导电末端210可包括通道210，该通道210构造成与导电针204内的相应通道212对准，以允许在针组件200行进到孔108内期间空气从孔108逸出。导电针204还可包括用于O形环216的座214以密封非导电末端202与导电针204之间的接口。
针组件200可在孔108/118和开口109/119内轴向移动。针组件200可借助于例如电动机(未示出)或其它机械力在图1所示的打开位置与图2所示的闭合位置之间被驱动。在一实施方式中，例如连接器装置10可与控制器通信，控制器启动电动机以在图1的打开位置与图2的闭合位置之间选择性地驱动针组件200。
在一实施方式中，装置本体100和针组件200构造成当连接器组件10处于打开/未接地位置时提供总线106与导电针204之间约2英寸(例如±8英寸)的轴向距离(图1中的“D”)。因此，针组件200的轴向行进距离可在约2至3英寸之间以确保当连接器组件10处于闭合/接地位置时导电针204与百叶状触头110之间良好接触。
通常，在一实施方式中，针组件200可构造成使得，当连接器组件10处于图1的打开位置时非导电末端202至少部分地在孔108内(例如与下述O形环134接触)，且当连接器组件10处于图2的闭合位置时完全在孔108内(例如插入穿过O形环134)。此外，当连接器组件10处于图1的打开位置或图2的闭合位置时导电针204可至少部分地在孔118内(例如与下述O形环136接触)。因此，针组件200可总是保持锚固在孔108和118内，无论连接器装置处于特定的打开/闭合位置。
开口109和开口119共同形成装置本体100内的腔室130。根据本文所述的各方面，腔室130填充有固体或半固体电介质材料。具体地，在本文所述的各实施方式中，硅胶132可用作电介质绝缘材料。可使用几个O形环134、136和138来将硅胶132密封在腔室130内并提供水密密封。更具体地，O形环134可靠近孔108的入口相邻针组件200沿孔108安置。类似地，O形环136可靠近孔118的入口相邻针组件200沿孔118安置。可在套管部104与导电壳体112之间的接口处包括附加的O形环138。在一实施方式中，O形环134、136和138中的每个可由相同的弹性材料制成以密封相应接口。在其它实施方式中，O形环134、136和138中的一个或多个可由不同材料制成。
在套管部104和导电壳体112连接之后，硅胶132可经由端口140插入腔室130(图3所示)。端口140例如可被包括为通过套管部104和导电壳体112(如图3所示)的任一个。在一示例实施方式中，端口140可包括插入硅胶132之后可塞住的部分螺纹开口。
在一实施方式中，硅胶132可以是具有相对低粘度的透明的、两部分(例如包括基部和交联剂)硅胶。在一示例实施方式中，硅胶132可使用例如热或其它催化工艺在腔室130内固化。在其它实施方式中，硅胶132可在插入腔室130之前固化。硅胶132也可是自恢复的，即在针组件200的各部分滑过O形环134/136并滑出腔室136时，硅胶132从针组件200的表面分开。当针组件200的各部分滑过O形环134/136并回到腔室130内时，硅胶132可重新粘结到针组件200的表面。
腔室130内的硅胶132可沿非导电末端202用作总线106/百叶状触头110与针组件200之间的绝缘介质。硅胶132可阻挡电压以免横跨非导电末端202的表面(例如在图1所示的距离D上)产生电弧。此外，硅胶132允许导电针204和非导电末端202移入和移出孔108，以便与总线106/百叶状触头110交替接触。
当导电针204与总线106/百叶状触头110接触时，连接器组件10可处于闭合位置，使得导电壳体112处的高压与连接器102处的电压相同(例如如图2所示的“X”伏AC)。当非导电末端202与总线106/百叶状触头110接触时，非导电末端202和硅胶可将导电针204与总线106分开从而消除到导电针204和/或导电壳体的电弧。因此，当连接器组件10打开时，导电壳体112处的高压(例如图1所示的“X”伏特AC)可能未传导到连接器102(例如如图1所示的0伏特AC)。在一个25,000安培接口的示例构造中，使用硅胶132作为电介质绝缘体使得在针组件200处于打开位置时在导电针204与总线106之间使用相对小的距离D(图1)。例如，距离D可大致小于3英寸，且更具体地约2英寸。相反，在类似条件下使用空气作为绝缘介质所需的距离超过10英寸。
根据本文所述的实施方式，连接器组件10可通过提供具有第一孔的导电总线的套管部(例如套管部104)并提供包括第二孔的导电壳体(例如导电壳体112)而组装。针组件(例如针组件200)可插入第一孔和第二孔。针组件可包括固定到非导电末端的导电针，使得针组件可在闭合位置与打开位置之间在第一和第二孔内轴向移动，闭合位置提供导电总线与导电壳体之间的电连接，打开位置不提供导电总线与导电壳体之间的电连接(例如将导电总线与导电壳体绝缘)。套管部和导电壳体可连接成将第一孔和第二孔轴向对准，并围绕针组件的一部分形成内部腔室(例如内部腔室130)，使得内部腔室将第一孔和第二孔分开。凝胶状硅材料(例如硅胶132)可经由端口插入内部腔室，从而防止或显著降低当针组件处于打开位置时电压横跨非导电末端的表面产生电弧的可能性。
在本文所述的各实施方式中，提供包括装置本体和针组件的高压连接器装置。连接器装置可包括：套管部，该套管部具有带有第一孔的导电总线；导电壳体，该导电壳体具有与第一孔轴向对准的第二孔；内部腔室，该内部腔室将第一孔和第二孔分开；以及封围在内部腔室内的凝胶状硅材料。针组件可包括非导电末端和固定到非导电末端的导电针。针组件可构造成在闭合位置(即提供导电总线与导电壳体之间的电连接的位置)与打开位置(即不提供导电总线与导电壳体之间的电连接的位置)之间在第一和第二孔内轴向移动。当针组件处于打开位置时，凝胶状硅材料抑制电压横跨非导电末端的表面产生电弧。
前述示例性实施方式的描述提供了说明和描述，但不旨在是排他性或将本文所述的实施例限制到所公开的精确形式。根据上面的教导，各种修改和变型是可能的或者可从各实施例的实践来获取。例如，本文所述的各实施方式可与诸如中压或低压设备的其它装置结合使用。
虽然上面已经详细描述了本发明，但清楚地理解的是对于相关技术领域的技术人员明显的是可修改本发明而不脱离本发明的精神。可对本发明进行形式、设计或布置的各种变化而不脱离本发明的精神和范围。因此，上述的描述被认为是示例性的，而不是限制性的，本发明的真实范围由下面的权利要求书限定。
本申请的描述中使用的元件、动作或指导不应被认为对本发明是苛求或必不可少的，除非清楚地如此描述。而且，如本文所使用的，术语“一”旨在包括一个或更多个。另外，术语“基于”意指“至少部分基于”，除非另有清楚陈述。

Claims (11)

1.一种连接器装置，包括：
装置本体，所述装置本体包括：
套管部，所述套管部包括具有第一孔的导电总线；
导电壳体，所述导电壳体包括与所述第一孔轴向对准的第二孔；
内部腔室，所述内部腔室将所述第一孔和所述第二孔分开；以及
凝胶状硅材料，所述凝胶状硅材料封围在所述内部腔室内；以及
针组件，所述针组件包括：
非导电末端；以及
导电针，所述导电针固定到所述非导电末端，其中所述针组件构造成在闭合位置与打开位置之间在所述第一和第二孔内轴向移动，所述闭合位置提供所述导电总线与所述导电壳体之间的电连接，所述打开位置不提供所述导电总线与所述导电壳体之间的电连接；
其中当所述针组件处于打开位置时，所述凝胶状硅材料抑制电压横跨所述非导电末端的表面产生电弧。
2.如权利要求1所述的连接器装置，其特征在于，所述连接器装置构造成在高于5千伏的标称系统电压下运行，且其中当所述针组件处于所述打开位置时所述导电针与所述总线之间的距离小于3英寸。
3.如权利要求1或2所述的连接器装置，其特征在于，所述套管部还包括定位在所述第一孔与所述针组件之间的第一O形环，且其中所述导电壳体还包括定位在所述第二孔与所述针组件之间的第二O形环。
4.如权利要求3所述的连接器装置，其特征在于，所述凝胶状硅材料构造成当所述针组件的各部分穿过所述第一O形环或所述第二O形环之后滑入所述内部腔室时重新粘结到所述针组件的表面。
5.如权利要求1至4中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述装置本体还包括：
沿所述第一孔的一部分的第一组百叶状触头，以在所述针组件处于所述闭合位置时提供所述导电针与所述总线之间的电接触；以及
沿所述第二孔的一部分的第二组百叶状触头，以在所述导电针与所述导电壳体之间提供电接触。
6.如权利要求5所述的连接器装置，其特征在于，所述连接器装置还构造成在所述内部腔室内包含所述凝胶状硅材料并将所述第一孔的所述部分与所述第一组百叶触头分开。
7.如权利要求1至6中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述针组件还包括：
所述非导电末端内的第一轴向通道，以及
所述导电针内的第二轴向通道，其中所述第一轴向通道和所述第二轴向通道对准,以允许在所述针组件行进到所述第一孔内期间空气从所述第一孔逸出。
8.如权利要求1至7中任一项所述的连接器装置，其特征在于，所述连接器装置还包括用于在形成腔室之后且在所述针组件定位在所述腔室、所述第一孔、以及所述第二孔之后将所述凝胶状硅材料添加到所述内部腔室的插入端口。
9.一种连接器装置本体，包括：
套管，所述套管包括第一触头；
壳体，所述壳体包括第二触头，其中所述第一触头与所述第二触头之间的高压电路构造成经由导电件组件选择性地与所述第一和第二触头配合而闭合和打开；
内部腔室，所述内部腔室将所述第一导电部分和所述第二导电部分分开；以及
凝胶状硅材料，所述凝胶状硅材料封围在所述内部腔室内，其中所述凝胶状硅材料构造成允许所述导电件在所述内部腔室内运动，并在所述电路打开时提供所述第一触头与所述第二触头或所述导电件之间的电介质屏障。
10.如权利要求9所述的连接器装置本体，其特征在于，还包括：
在形成所述内部腔室之后将所述凝胶状硅材料添加到所述内部腔室的插入端口。
11.一种组装连接器装置的方法，所述方法包括：
提供套管部，所述套管部包括具有第一孔的导电总线；
提供导电壳体，所述导电壳体包括第二孔；
将针组件插入所述第一孔和所述第二孔，所述针组件包括固定到非导电末端的导电针，其中所述针组件构造成在闭合位置与打开位置之间在所述第一和第二孔内轴向移动，所述闭合位置提供所述导电总线与所述导电壳体之间的电连接，所述打开位置不提供所述导电总线与所述导电壳体之间的电连接；
将所述套管部和所述导电壳体连接以使所述第一孔和所述第二孔轴向对准，并围绕所述针组件的一部分形成内部腔室，其中所述内部腔室将第一孔和所述第二孔分开；以及
将凝胶状硅材料经由端口插入内部腔室，其中所述凝胶状硅材料当所述针组件处于所述打开位置时防止电压横跨所述非导电末端产生电弧。
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