CN108010807B - 衬套组件和有衬套组件的断路器和保护隔离器本体的方法 - Google Patents
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Abstract
提出用于匹配断路器(300)中的管状隔离器本体(201)的衬套组件(100)。衬套组件包括平坦的、耐电弧的且耐热的衬套层(105)，衬套层包括第一边缘部分(101)和与第一边缘部分相对而定位的第二边缘部分(102)，其中，第一边缘部分(101)具有在横向于由平坦的衬套层(105)限定的平面的方向上延伸的第一轮廓(103)。第二边缘部分具有第二轮廓(104)，第二轮廓具有与第一轮廓(103)互补的几何形状，使得一旦平坦的衬套层(105)弯曲成管状形状，第一边缘部分(101)可通过形状匹配而附接到第二边缘部分(102)。另外，描述了包括衬套组件和隔离器的断路器。还描述了用于保护用于断路器的加热室隔离器(200)的隔离器本体(201)的方法。
Description
技术领域
本公开涉及用于断路器中的隔离器本体的衬套组件、用于断路器的加热室的隔离器本体和具有加热室隔离器的断路器的领域。本公开尤其涉及用于发电机断路器中的隔离器本体的衬套组件、用于发电机断路器的加热室的隔离器本体和具有加热室隔离器的发电机断路器。本公开进一步涉及用于通过衬套组件保护用于断路器的加热室隔离器的隔离器本体免于热的影响的方法。
背景技术
一般而言，断路器为设计成保护电路免于由过电流、过负载或短路导致的损坏的自动操作的电气开关。断路器的基本功能是在保护装置(如继电器)检测到故障后中断电流。与操作一次并然后必须被更换的保险丝不同，断路器可被复位以恢复正常的操作。断路器被制成不同的大小，从保护单独的家用电器的小装置到设计成保护供给整个城市的高压电路的大型开关装置。
断路器可应用于多种应用中。例如，断路器被用于发电站中，以确保遍及发电站的整个寿命期间可靠的操作和电流平滑的传输。而且中压产品在功率价值链的分配部分和嵌入式发电系统中起关键作用，有利于将电带给用户的“最后一英里”连接。断路器以可靠的、高效的、安全的和可保持的技术服务用户，该技术允许价值高得多的一揽子解决方案用于特定用户需求。
CN205542211U涉及具有固定在缠绕管的外表面上的硅橡胶基的抗风化的护套的隔离器和制造隔离器的方法。在管状的缠绕管的内侧上存在附接的内衬。在一个实施例中，内衬由多个相邻的带元件如含氟聚合物带制成。
US1549551A涉及用于紧固适合于弯成管状形式而用于开关箱的衬套的柔韧的片材隔离材料的重叠边缘。其包括平行于其边缘设置的隔离材料条，隔离材料条具有许多成排布置的接合片材的边缘的错开的突缘。
断路器提供用于在断路器中帮助消灭电弧的加热室。例如，加热室可为断路器的灭弧室的一部分。在加热室中，气体可由电弧加热。气体熄灭电弧，从而避免对断路器为其一部分的电气系统的损坏。然而，在具有高强度的电弧的情况下，加热室中的温度可升高至高的度数，如达2000K (达一短的时间段)。压力上升可达5巴/毫秒。因此，加热室由加热室隔离器保护。例如，加热室隔离器可另外包括用于保护加热室的PTFE层。
隔离器本体的PTFE层有益地履行良好的隔离性质并经得住高的机械应力。具有这些要求的PTFE层的制造是具有挑战性的。在已知的系统中，PTFE层可例如由于高应力在连接焊缝处被损坏。而且，提高PTFE层的稳定性伴随另外的成本。
鉴于以上，提供用于断路器中的隔离器本体的衬套组件、用于断路器的加热室隔离器和用于保护用于断路器的加热室隔离器的隔离器本体的方法，从而克服在该领域中的至少一些问题。
发明内容
鉴于以上，提供根据权利要求1的用于断路器中的隔离器本体的衬套组件、根据权利要求9的断路器和根据权利要求14的用于保护用于断路器的加热室隔离器的隔离器本体的方法。在下文中用语“衬套组件”被理解为适合用于将管状隔离器本体连结到断路器的其余部分的机械件。根据从属权利要求、描述和附图，本发明的其它方面、优势和特征是显而易见的。
根据本发明的一个方面，提供用于匹配断路器中的管状隔离器本体的衬套组件。衬套组件包括平坦的、耐电弧且耐热的衬套层，衬套层包括第一边缘部分和与第一边缘部分相对而定位的第二边缘部分。第一边缘部分和第二边缘部分在平坦的衬套层的纵向方向上延伸。特别地，第一边缘部分具有特别地(即在需要的地方)在横向于由平坦的衬套层限定的方向上延伸的第一轮廓。第二边缘部分具有第二轮廓，其具有与第一轮廓互补的几何形状，使得一旦平坦的衬套层弯曲成管状的总体形状，第一边缘部分可经由形状匹配而附接到第二边缘部分。
根据本发明的另一方面，提供包括包含管状隔离器本体的加热室隔离器的断路器。断路器进一步包括根据本文描述的实施例的衬套组件，其中衬套组件附接到隔离器本体。
典型地，用于断路器中的加热室的衬套组件在短时间段内经受高的温度和压力升高。根据本文描述的实施例的衬套组件允许衬套组件保护加热室免于短暂且高的温度和压力升高的影响。另外，根据本文描述的实施例的衬套组件对在加热室中的机械和热环境更有耐受力。例如，根据本文描述的实施例的衬套组件的结构比已知的加热室的隔离器系统更不易于受到破裂焊缝或倒流(blow back)的损坏。根据一些实施例，如本文描述的衬套组件扩大在隔离器本体中的蠕变特征(由于较好的窜电强度)并从而提供高的介电强度。
大体上，根据本文描述的实施例的衬套组件提供用于断路器的更可靠的解决方案，同时保持低的制造成本。例如，通过使用用于将平坦的衬套材料形成管状形状的形状匹配，过程步骤的数量少，这以有益的方式影响制造成本。因此，还简化了衬套材料的采购且衬套材料的采购比已知的方案更便宜。此外，根据本文描述的实施例的衬套组件可被制造成使得衬套的仅一侧被加工(如被蚀刻)用于提供粘合性质(例如，用于提供对隔离器本体的粘合性质)。一侧的加工简化了衬套材料的处理和加热室的制造。
根据本发明的另一方面，提供了通过衬套组件用于保护用于断路器的加热室隔离器的管状隔离器本体免于热的影响的方法。方法包括通过对衬套层的具有第一轮廓的第一边缘部分和衬套层的具有第二轮廓的第二边缘部分进行形状匹配以形成大致管状和圆柱形的衬套组件而连接第一边缘部分和第二边缘部分。衬套层包括能够保护隔离器本体免于由在管状隔离器本体的腔体中的电弧可产生的热的影响的材料。方法进一步包括在管状衬套组件的周围提供用于断路器的隔离器本体。
本文描述的实施例允许为断路器的加热室提供介电的弹性衬套组件。同时，保持低的制造成本并提高断路器的可靠性。已知的系统比根据本文描述的实施例的衬套组件使用更多的制造步骤并提供更差的质量。
附图说明
将在下文中参照在附图中示出的优选的示范性实施例更详细地解释本发明的主题，其中：
图1为根据本文描述的实施例的隔离器本体的衬套组件的呈俯视图的示意图；
图2为根据本文描述的实施例的隔离器本体的衬套组件的呈俯视图的示意图；
图3和4为根据本文描述的实施例的隔离器本体的衬套组件的实施例的示意性侧视图；
图5a以透视图示出根据本文描述的实施例的具有处于闭合状态的大致圆柱形形状的衬套组件的示意图；
图5b示出图5a的衬套组件在纵向方向上的截面图的示意图；
图6示出根据本文描述的实施例的衬套组件在纵向方向上的截面图的示意图；
图7示出根据本文描述的实施例的处于闭合状态的隔离器本体的衬套组件的示意性部分侧视图；
图8示出根据本文描述的实施例的具有衬套组件的加热室隔离器的截面图；
图9示出根据本文描述的实施例的具有加热室隔离器和衬套组件的断路器的截面图；和
图10示出根据本文描述的实施例的用于保护加热室隔离器的隔离器本体的方法的流程图。
在附图中使用的参考符号和它们的含义以概括的形式列举在参考符号列表中。原则上，相同的部件在附图中设置有相同的参考符号。
参考标号
100衬套组件
101第一边缘部分
102第二边缘部分
103第一边缘部分的结构型式
104第二边缘部分的结构型式
105衬套层
110衬套组件的周向方向
111衬套组件的纵向方向
112、113边缘部分的倾斜的表面
114、115边缘部分的阶梯
120衬套组件的厚度
200加热室隔离器
201隔离器本体
300断路器
400流程图
401、402流程图的模块。
具体实施方式
根据本文描述的实施例，提供衬套组件和隔离器，其尤其可用于断路器如(但不限于)发电机断路器中。
图1示出根据本文描述的实施例的衬套组件的衬套层105的示例。衬套层包括第一边缘部分101和第二边缘部分102。根据一些实施例，第一边缘部分101和第二边缘部分102可为形成衬套层的衬套材料的一个片材的边缘部分。第一边缘部分101包括第一轮廓103且第二边缘部分102包括第二轮廓104。根据本文描述的实施例，第二轮廓的几何形状与第一轮廓的几何形状互补。第一边缘部分101和第二边缘部分102在平坦的衬套层105的纵向方向111上延伸。
根据本文描述的一些实施例，两个轮廓彼此互补可被理解为第一边缘部分的第一轮廓和第二边缘部分的第二轮廓彼此互补。例如，第一轮廓和第二轮廓的型式彼此配对。在一些实施例中，第二边缘部分的第二轮廓设计成或适于填满或配齐第一轮廓，特别地以形成大致闭合的表面。
示范性地示于图1中的第一边缘部分101的第一轮廓103和第二边缘部分102的第二轮廓104各自分别设置有型式，如结构型式。根据一些实施例，第一轮廓103和第二轮廓104的型式形成为彼此匹配或配合。由第一边缘部分和第二边缘部分提供的型式可描述为提供形状匹配。
根据本文描述的实施例，本文所指的形状匹配可被理解为两个部件(或一个部件的两个边缘部分，如在本文的一些实施例中描述的)通过两个部件(或边缘部分)的形状而匹配。尤其，两个部件(或两个边缘部分)的形状适于彼此配合和/或接合。两个部件(或边缘部分)的形状相应地取决于另一部件(或边缘部分)的形状而被设计。根据一些实施例，选择彼此形状匹配的两个部件(或两个边缘部分)的形状而甚至在缺乏或中断的负载传输的情况下不至于分离。换句话说，在一些实施例中，在形状匹配的情况下，一个部件(边缘部分)阻止另一个部件(边缘部分)脱离匹配。根据一些实施例，例如相比于强制匹配或粘合结合，形状匹配由于部件(或边缘部分)的几何形状而阻止脱离匹配。
如可在图1中看到的，衬套层105的第一边缘101和第二边缘102示出用于提供形状匹配的接合结构型式。根据一些实施例，结构型式可具有滴状形状(或蜿蜓状形状)。在一些实施例中，衬套层的第一边缘和第二边缘的结构型式可包括底切。结构型式的形状也可如蘑菇头、钩环状形状、楔形榫状形状或相似的设计。根据一些实施例，第一轮廓和第二轮廓可被选择为能够在配合的第一轮廓和第二轮廓的接口(或邻接边缘)上传递牵引力的配合的几何形状。在一些实施例中，结构型式可包括阶梯或倾斜的表面，如将在下面详细地解释的。
在一些实施例中，第一轮廓和第二轮廓的连接可为永久性的。例如，在不破坏管状衬套组件的情况下，第一轮廓和第二轮廓的连接是不可解开的。根据一些实施例，可实现第一轮廓和第二轮廓的连接，而无需任何添加物(如胶等)，或可通过使用胶或粘合剂增强其连接。例如，可使用包括1K和/或2K粘合剂的胶。尤其，可选择适合的且能够经受住存在的温度的胶或粘合剂。
根据一些实施例，如在图1中示范性示出的第一轮廓和/或第二轮廓的滴状或液滴状具有若干有益的效果。例如，滴状(具有例如连续形成的圆形形状)容易制造且减少制造成本。另外，滴状减少或甚至防止在衬套层中或在管状衬套组件中的缺口效应。根据一些实施例，可尽可能大的选择如示范性地示于图1中的滴状形状的半径，特别地用于减少或防止缺口效应。例如，可相对应地选择例如具有下面详细描述的尺寸的长度和宽度。根据一些实施例，鉴于优化的轮廓长度，如用于避免在第一轮廓和第二轮廓之间的接口的不必要的长度的最小的轮廓长度，滴状形状也是有益的。
包括第一边缘部分和第二边缘部分的衬套层105可为平坦的衬套层。尤其，衬套层105可被提供为衬套材料片材。平坦的衬套层105可适合并适于形成管状(或圆柱形)形状，例如，通过弯曲和/或合并第一轮廓和第二轮廓。典型地，衬套层的第二边缘部分可与衬套层的第一边缘部分相对而定位。换句话说，第一边缘部分和第二边缘部分定位在平坦的衬套层的相对侧处。特别地，第一边缘部分和第二边缘部分在衬套层的长度或宽度方向上彼此相对而定位。在图1中，第一边缘部分101被示出与第二边缘部分102相对。第一边缘部分101和第二边缘部分102在平坦的衬套层105的纵向方向111上延伸。
在一些实施例中，第一边缘部分和第一边缘部分可彼此相对但不必彼此平行而延伸。在一个示例中，当平坦的衬套层弯曲成管状形状时，彼此不平行的第一边缘部分和第二边缘部分可形成圆锥状形状或截锥形状。
根据实施例，第一边缘部分的第一轮廓在横向于由平坦的衬套层限定的平面的方向上延伸。例如，由平坦的衬套层限定的平面可由平坦的衬套层的长度/纵向和宽度方向跨越。在图1中，纵向方向用参考标记111指示且宽度方向用参考标记112指示。纵向方向为由其管状总体形状限定的衬套组件的纵向轴线的方向。根据一些实施例，平坦的衬套层的轮廓可被描述为沿着衬套层的边缘部分的纵向方向111延伸。根据一些实施例，第一边缘部分的第一轮廓和第二边缘部分的第二轮廓可以与衬套层的宽度或纵向方向成直角的角度延伸。在一些实施例中，第一轮廓和第二轮廓可以与衬套层的长度/纵向或宽度方向成倾斜的角度(例如不同于直角的角度)延伸(只要第一轮廓和第二轮廓仍然是互补的)。
根据一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例，互补的或配合的第一和第二轮廓形成大致闭合的热隔离层，如保护加热室免于电弧的影响的隔离层。
根据一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例，如本文所指的结构型式可包括形成结构型式的若干个(重复的)型式部分。各个型式部分可包括具有较小直径(或宽度)的区段和具有较大直径(或宽度)的区段。一个型式部分的较小区段和较大区段的直径可在如图1和5a中示出的沿着衬套层的宽度延伸的方向上或大致圆柱形衬套组件的纵向方向上被测量，或还可在一些实施例中沿着周向方向(如例如示于图7中)被测量。在一些实施例中，型式部分的较小区段的直径和较大区段的直径的关系可典型地在大约0.5和大约0.95之间、更典型地在0.6和0.95之间且甚至更典型地在大约0.7和0.95之间。根据一些实施例，具有较小直径的区段可比具有较大直径的区段更接近于衬套层的其余部分(其余部分不包括边缘部分)而定位。在一个示例中，第一边缘部分和第二边缘部分可具有相同的但呈配合的构造(例如，呈互补的构造)的结构型式形状。例如，第一边缘部分的较小的直径区段可配合在第二边缘部分的两个较大的直径区段之间(并且反之亦然)。
大体上，衬套层的边缘部分可包括包围衬套层的限定区域的衬套层的边缘部分。例如，边缘部分可包括达衬套层的20%的区域。
示于图1中的结构型式的示例示出第一边缘部分101和第二边缘部分102的接合型式的滴状形状(或蜿蜓状形状)。在滴状形状中头(或型式部分)的数量可作为示例被理解。在图1的示例中，型式部分的数量为六。根据本文描述的实施例的衬套组件的结构型式的型式部分的数量可少于六，诸如四。三或二，或多于示出的数量，诸如七、十或甚至多于十。
在图的示例中，结构型式以大致规则的方式在第一边缘部分和第二边缘部分的长度(在纵向方向111上)上分布。根据一些实施例，结构型式(诸如滴状型式、角形型式或任何其它轮廓形状)可以不规则的方式在第一边缘部分和第二边缘部分的长度上分布。例如，型式的分布可在第一区域中较窄而在第二区域中较宽(例如，取决于在相应的区域中的负载)。另外或备选地，型式的形状和大小可在边缘部分的长度上改变。例如，滴状型式的头的大小或和/或轴可根据在限定区域中预期的负载而改变。
根据一些实施例，结构型式的几何形状可根据稳定性标准、制造标准、刚度标准、负载标准、材料标准、由负载影响的弯曲效果等被选择。例如，示于图1中的滴状型式的头可如所示出的那样被选择为较大或较小，这取决于预期的应用、衬套材料、在边缘之间出现的力、在负载影响下型式部分的弯曲等。在一些实施例中，图1的示例(即，型式部分的较大的直径区段)的滴状形状的头典型地可具有在大约2mm和大约15mm之间、更典型地在大约3 mm和大约10 mm之间和甚至更典型地在大约5 mm和大约10 mm之间的半径。滴状形状(即，型式部分的较小直径区段)的轴可具有典型地在大约2 mm和大约15 mm之间、更典型地在大约3mm和大约10 mm之间和甚至更典型地在大约5 mm和大约10 mm之间的长度。滴状形状的轴的直径(或宽度)可典型地在大约4 mm和大约25 mm之间、更典型地在大约10 mm和大约25 mm之间和甚至更典型地在大约10 mm和大约20 mm之间。
图2示出衬套组件的衬套层105的实施例，衬套层105具有设置有接合结构型式的第一边缘部分101和第二边缘部分102。与图1的结构型式相比，图2中的结构型式包括呈角形形状、尤其是呈大致三角形形状的底切。而且关于图2，可根据预期的应用、衬套材料、材料厚度等选择结构型式的头的数量和几何形状的细节。
在图3中，示出根据实施例的衬套层105。衬套层105包括两个边缘部分，即第一边缘部分101和第二边缘部分102。第一边缘部分具有第一倾斜的表面112且第二边缘部分102具有与第一倾斜的表面112配合的第二倾斜的表面113。典型地，倾斜的表面112、113相对于衬套层的其余部分(其余部分没有边缘部分)的表面是倾斜的。在图4中，通过第一边缘部分101和第二边缘部分102提供阶梯状结构。阶梯114和115彼此配合。
根据一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例，倾斜的表面或阶梯可包括在倾斜的表面或阶梯上的另外的细节，用于改进在第一边缘部分和第二边缘部分之间的匹配。例如，相应的配合表面可包括钩和环(例如，如钩环紧固件)，用于提供第一边缘部分和第二边缘部分的可靠的形状匹配。在另一示例中，相应的配合表面可包括适合的表面构造，用于改进形状匹配。例如，相应的配合表面可具有提供或改进形状匹配的限定的粗糙部或结构(例如，具有凸山和凹谷)。在图3和4中示出的实施例中，第一轮廓和第二轮廓可被理解为在衬套层的平面内的轮廓。
图5a示出根据本文描述的实施例的大致管状(例如圆柱状)衬套组件100。在图5a中示出的示例中，衬套层包括具有第一边缘部分101和第二边缘部分102的单个衬套层片材。如可在图5a的示例中看到的，第一边缘部分101和第二边缘部分102(沿着衬套层和管状衬套组件的纵向方向111延伸)的结构型式在衬套组件100的周向方向110上彼此接合。换句话说，第一边缘部分101和第二边缘部分102闭合衬套组件的管状形状。根据一些实施例，第一边缘部分101和第二边缘部分102可被描述为在圆柱状形状的周向方向110上闭合衬套组件的圆柱状形状的外外壳表面。第一边缘部分101和第二边缘部分102的接合方向为周向方向110。
如本文描述的管状元件可被理解为在纵向方向上(如在图5a中的纵向方向111)延伸的中空物体。根据一些实施例，管状元件也可被描述为在两端尤其具有开口的管道。根据一些实施例，管状衬套组件可通过使平坦的衬套组件的两个边缘部分彼此附接(例如，通过如上面描述的形状匹配)而由大致平坦的衬套层形成。管状形状可提供任何适合的外部形状(或在纵向方向111上在某个位置处交叉的任何适合的截面的形状)，诸如圆弧形形状、角形形状、多边形形状、圆形形状、椭圆形形状等。在一些实施例中，管状衬套组件可具有大致圆柱形形状或圆柱状形状。
如本文描述的圆柱状形状可被理解为具有两个切口区域和一个外壳表面的几何本体。尤其，两个切口区域具有大致相同的形状。在一个实施例中，形状组件的圆柱状组件可能具有大致圆形的切口区域，从而形成圆形圆柱。在其它实施例中，切口区域的其它形状可被考虑为如椭圆形形状、角形形状、多边形形状等。尽管附图的实施例示出圆形圆柱，但是实施例不限于圆形圆柱。根据本文描述的实施例，如本文使用的和由如根据本文描述的实施例的衬套组件提供的大致圆柱形形状可为包括外壳表面而在外壳表面的端部处没有材料切口区域的开口的圆柱。
如本文使用的用语“大致”可表示可相对于以“大致”指示的特征存在一定的偏差。例如，用语“大致圆形”指相对于严格意义上的圆形形状可具有一定偏差的形状，如在一个方向上的大体延伸的大约1%-10%的偏差。根据另一示例，用语“大致圆柱形”可指相对于严格意义上的圆柱形形状可包括偏差的组件，诸如关于对称性、两个缺口区域的相似性、缺口区域和/或外壳表面的尺寸等的偏差。根据一些实施例，偏差可包括达相对应尺寸的10%的偏差。
图5b示出在图5a中示出的衬套组件100的示意性截面图。截面图沿着纵向方向111延伸，如可在图5a中看到的。图5a的衬套组件100具有管状的、大致圆柱形的形状。在图5a中，在结构型式103、104之间的接口(即，轮廓的邻近边缘)以规则的距离被示出，规则的距离指沿着衬套层的边缘部分的轮廓的滴状形状的规则分布(如例如在图1中所示出的)。
图6示出根据本文描述的实施例的衬套组件100的另一实施例。在图6中，示出类似于图5b的在纵向方向111上的衬套组件100的示意性截面图。在图6的管状衬套组件100的示意性截面图中，可看到结构型式103、104的接口(或邻近边缘)。管状衬套组件具有圆锥形形状，例如，沿着衬套组件100的纵向方向111的略圆锥形或锥形的形状。根据一些实施例，管状衬套组件的圆锥形形状可提供沿着衬套组件的长度的几度的倾斜，诸如典型地在大约0.1°-大约5°之间、更典型地在大约0.1°和大约3°之间和甚至更典型地在大约0.1°和大约2°之间。例如，圆锥形形状的倾斜可适合用于将衬套组件(一旦弯成管状形状)从芯轴移除。根据一些实施例，圆锥形形状的倾斜可适合用于在衬套组件已围绕芯轴形成并且最后在衬套组件上已执行进一步的过程步骤(如围绕芯轴上的衬套组件形成隔离器材料，如关于根据本文描述的实施例的方法在下面详细描述的)之后将衬套组件从芯轴移除。
图7以侧视图示出衬套组件的另一实施例。在图7中示出的衬套组件100示出第一管状衬套层106和第二管状衬套层107。第一管状衬套层106可通过第一边缘部分的第一轮廓103和第二边缘部分的第二轮廓104的形状匹配而形成为管状形状。第二管状衬套层107可通过第一边缘部分的第一轮廓108和第二边缘部分的第二轮廓109的形状匹配而形成为管状形状。根据一些实施例，衬套层106和107可为如上面描述的衬套层，如关于图1-6所描述的衬套层。例如，第一衬套层106和第二衬套层107可如上面解释的那样分别各自具有结构型式。由第一管状衬套组件106和第二管状衬套组件107中的各个提供的结构型式在图7的示例(由于在图7中的侧视图，仅部分地被示出)中被示出为滴状形状，但不限于滴状形状。如可在图7的示例中所看到的，第一衬套层106的结构型式103、104以及第二衬套层的结构型式108、109沿着衬套组件的纵向方向111延伸并在衬套组件100的周向方向110上彼此接合。
根据本文描述的一些实施例，第一衬套层106和第二衬套层107被弯成管状形状以形成第一管状衬套组件和第二管状衬套组件。在图7中的示出的示例中，第一管状衬套组件和第二管状衬套组件通过形状匹配彼此附接。尤其，第一管状衬套组件和第二管状衬套组件沿着衬套组件100的纵向方向111被装配在一起。例如，第一管状衬套组件和第二管状衬套组件可被提供为两个圆柱状衬套层片材的形状，在边缘部分处其各自具有结构型式，用于在两个管状衬套组件之间提供形状匹配。根据一些实施例，如在图7中示出的被提供用于在周向方向110上和在纵向方向111上的形状匹配的衬套层可具有在衬套层的相邻边缘部分上的轮廓或结构型式。
在任何情况下，衬套组件可包括不止一个具有第一轮廓的第一边缘部分和不止一个具有第二轮廓的第二边缘部分，例如，它们通过形状匹配成对地连接。例如，衬套组件可包括在衬套组件的周向方向或纵向方向上连接的不止一个第一边缘部分和不止一个第二边缘部分。在一些实施例中，仅仅第一边缘部分中的一个和第二边缘部分中的一个可通过形状匹配连接，而其它边缘部分可以另一方式(例如，通过粘合剂、焊接、熔融、蚀刻等)被连接。
根据一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例，衬套组件可具有典型地在大约1 mm和大约10 mm之间、更典型地在大约2 mm和大约8 mm之间和甚至更典型地在大约2mm至大约5 mm之间的壁厚。衬套组件的壁厚(尤其是在管状衬套组件的径向方向上测量的)在图5a中示范性地被示出为壁厚120。在一些实施例中，根据本文描述的实施例的衬套组件可具有典型地在大约200 mm和大约2000 mm之间、更典型地在大约300 mm和大约1800 mm之间和甚至更典型地在大约300 mm和大约1600 mm之间的外圆周。管状衬套组件的内径可典型地在大约50 mm和大约800 mm之间、更典型地在大约100 mm和大约600 mm之间和甚至更典型地在大约100 mm和大约550 mm之间。根据一些实施例，管状衬套组件的内径可在大约280mm和大约380 mm之间。
根据一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例，第一边缘部分和第二边缘部分的结构型式适于并设计成当配合时具有超尺寸。第一边缘部分和第二边缘部分在配合时在它们之间可基本没有间隙或在它们之间(例如在结构型式的型式部分之间)具有0mm或更小的间隙或可在它们之间甚至具有压入匹配。尤其，在第一边缘部分和第二边缘部分之间为0 mm的间隙或在第一边缘部分和第二边缘部分之间的压入匹配可提供大致闭合的隔离层和/或可防止在电弧出现期间衬套组件的损坏，并可保护加热室隔离器。在第一边缘部分和第二边缘部分之间的间隙可提供衬套组件失效的起点。通过避免在第一边缘部分和第二边缘部分之间并尤其在第一边缘部分和第二边缘部分的结构型式之间的间隙，在衬套组件中不产生缺口效应。相比之下，被焊接的已知的衬套常常遭受衬套组件的缺口效应和产生的损坏和破坏。例如，使用另外的焊接材料(例如PFA-全氟烷氧基聚合物)焊接已知的衬套。另外的焊接材料常常具有比衬套材料(为例如PTFE)更差的机械和热性质。
在一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例中，衬套组件可包括用于胶粘到隔离器本体的粘合表面。例如，根据本文描述的实施例的衬套组件可具有用于附接到断路器的隔离器本体的粘合表面。衬套组件的粘合表面可根据隔离器本体的材料、表面结构、预期的应用等而被应用和/或选择。在一些实施例中，大致圆柱形衬套组件的外表面可被处理以用于提供粘合性质。例如，衬套组件的外表面可在图5a中被视为大致圆柱形衬套组件100的外表面。在一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例中，用于提供粘合性质的衬套组件的外表面(并尤其是仅外表面)的处理可包括蚀刻外表面。
根据可与本文描述的其它实施例组合的实施例，衬套组件的(或衬套层或衬套层片材的)材料可能够保护(例如用于断路器的隔离器本体的)隔离器本体免于在隔离器本体中电弧产生的热的影响。如上面解释的，在断路器的隔离器本体中，电弧可出现并可被熄灭以不损坏断路器。在隔离器本体中的电弧可达到达4000°C或更高的温度。例如，衬套材料可耐热达260°C。在一些实施例中，衬套材料可为非传导性的(特别是耐电弧的)和耐热的材料。
根据一些实施例，用语“耐电弧的”材料可被理解为能够经受住高温变化和/或高压变化的材料。例如，大约2000K的(短期的)温度变化和/或达5巴/毫秒的压力变化可发生在根据本文描述的实施例的加热室隔离器中。
根据一些实施例，衬套层的材料可为高温聚合物材料，如PES(聚砜)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE的所有变型(PFA、FEP等)和/或它们的混合物。根据一些实施例，衬套层的材料可包括另外的构件，用于改进或优化衬套层的材料的有益性质。例如，衬套层的材料可包括填充物材料，如MoS2或Al2O3。
根据一些实施例，提供用于断路器尤其是发电机断路器的加热室隔离器。图8示出根据本文描述的实施例的加热室隔离器200的示例。加热室隔离器200 包括根据本文描述的实施例的隔离器本体201和衬套组件100。例如，衬套组件可附接到管状隔离器本体201的内壁，如尤其通过衬套组件的粘合表面(其可通过蚀刻获得)胶粘到隔离器本体201。
在一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例中，隔离器本体可形成在衬套组件上面，这将关于根据本文描述的实施例的用于保护具有衬套组件的隔离器本体的方法而在下面详细地被解释。隔离器本体可包括隔离器本体材料，诸如聚合材料、环氧树脂、聚酯、氰酯(例如，呈纤维增强的材料或没有纤维的形式)。在一些实施例中，隔离器本体材料可包括纤维增强的材料(例如玄武岩或玻璃)或组织增强的材料(例如玻璃纤维织物)，用于优化的机械性质等。根据一些实施例，大致所有的非传导性的电隔离纤维可用于隔离器本体中。在一些实施例中，可选择纤维以具有抵抗SF6副产物(例如SF4、HF等)的化学抵抗性。而且，在一些实施例中，可使用无纤维的带用于形成隔离器本体，如PTFE本体。根据一些实施例，加热室隔离器的材料可耐热达260°C。
根据一些实施例，衬套组件可通过提供诸如以下的粘合表面附接到隔离器本体：蚀刻外表面、互连层(如上面示范性地描述的)、胶粘层、隔离器本体的衬套层的经对应处理的内表面等。
根据一些实施例，提供断路器尤其是发电机断路器。断路器的示例示于图9中。示范地示于图9中的断路器300可包括根据本文描述的实施例的具有管状隔离器本体201和衬套组件100的加热室。管状隔离器本体可具有如上面描述的大致圆柱形的形状、圆锥形形状，或可具有任何适合的截面，如大致圆形截面或多边形截面。大体上，如本文描述的断路器可具有断路器的另外的特征，诸如在电弧室中用于熄灭电弧的灭弧气体或真空、用于灭弧气体的供给、用于运行断路器的冷却设备、控制单元、切换单元、用于断路器的外壳等。在一些实施例中，在断路器中有电弧的情况下，灭弧气体(例如介电气体)可通过电弧而被加热且压力升高。膨胀的灭弧气体可熄灭电弧(因此，电弧越大，熄灭作用越大)。
在一些可与本文描述的其它实施例组合的实施例中，加热室隔离器的大小可近似对应于衬套组件的大小。尤其，隔离器本体的内径可对应于衬套组件的外径(如上面详细描述的那样)。根据一些实施例，用于断路器的加热室(包括加热室隔离器本体和用于灭弧气体的壳体)可具有典型地在大约300 mm和大约800 mm之间、更典型地在大约400 mm和大约700 mm之间和甚至更典型地在大约400 mm和大约500 mm 之间的内径(例如具有大约300mm的衬套组件直径)。
在一些实施例中，根据本文描述的实施例的断路器可为如下的断路器：用于大约80兆瓦和更高功率范围内，如高达1.5千兆瓦(例如，发电机)的应用；在具有大约2000 A至大约40 kA (例如24 kA)的额定标称电流的高电流应用中；或大约30 kV-大约50 kV的高电压应用中。在断路器为发电机断路器的情况下，断路器可适于连接发电机和变压器。例如，可在高功率发电机(例如具有大约100兆瓦-大约1800兆瓦的高功率发电机)的出口处使用断路器以便以可靠的、快速的和经济的方式保护发电机。断路器适于能够允许在连续的运转下通过高的永久的电流并具有高的断开能力。
图10示出用于通过衬套组件(其可为根据本文描述的实施例的衬套组件)保护用于断路器的加热室隔离器的管状隔离器本体不受热影响的方法400的流程图。方法400包括模块401：通过形状匹配连接具有第一轮廓的衬套层的第一边缘部分和具有与第一轮廓互补的第二轮廓的衬套层的第二边缘部分。第一边缘部分和第二边缘部分彼此连接或附接以用于形成大致管状的和圆柱形的衬套组件。例如，可通过第一边缘部分的第一轮廓的结构型式与第二边缘部分的第二轮廓的结构型式配合而提供形状匹配。根据一些实施例，在第一边缘部分和第二边缘部分之间的形状匹配可防止在第一边缘部分和第二边缘部分配合后分离，尤其是防止在断路器的运行期间第一边缘部分和第二边缘部分分离。在一些可与其它实施例组合的实施例中，用于提供形状匹配的结构型式可包括第一边缘部分的接合结构型式、蜿蜓状形状、蘑菇头、滴状形状、楔形榫状形状、T形槽状形状、倾斜的表面和/或阶梯。根据一些实施例，第一轮廓和第二轮廓可选择为能够在配合的第一轮廓和第二轮廓的接口上传递牵引力的配合的几何形状。根据一些实施例，结构型式可为如示范地在图1-7中示出并关于图1-7而描述的结构型式。
连接在一起的第一边缘部分和第二边缘部分形成管状衬套组件，如在图5a-7中示范性地示出的。第一边缘部分和第二边缘部分可为同一衬套层片材的边缘部分。衬套层大体上包括能够保护隔离器本体免于由在管状隔离器本体的腔体中的电弧产生的热的影响的材料，隔离器本体可如上面所述包括耐热达260°C的材料。在一些实施例中，衬套组件可能够经受住温度短期升高至2000K和/或高达5巴/毫秒的压力变化。例如，衬套层可包括PTFE或可甚至由PTFE制成。
在模块402中，根据本文描述的实施例的方法400包括围绕管状(例如大致圆柱形)衬套组件提供用于断路器的隔离器本体。例如，衬套组件可围绕用于获得衬套组件的大致圆柱形形状的芯轴形成。在芯轴上，衬套层可通过衬套层的第一边缘部分和衬套层的第二边缘部分的形状匹配而“闭合”成衬套组件。在这种情况下，通过两个衬套层(各个提供至少一个第一边缘部分和至少一个第二边缘部分)而提供衬套层，衬套组件的大致圆柱形形状可包括不止一个将第一衬套层和第二衬套层连接至根据本文描述的实施例的衬套组件的接合部或接缝(如可在图7中示范性地看到的)。在一个示例中，在两个衬套层的情况下该不止一个接合部或接缝也可包括例如与在本文的实施例中描述的相似或相同的形状匹配。根据一些实施例，方法可包括围绕芯轴收缩衬套组件。
根据一些实施例，方法可包括围绕衬套组件缠绕隔离器材料，其中衬套组件围绕芯轴形成。例如，包括隔离器本体的一种或多种材料的隔离器材料可围绕仍然位于芯轴上的衬套组件缠绕。在一些实施例中，围绕衬套组件形成的隔离器本体可包括若干隔离材料层(如达10层，其中材料包括例如芳族聚酰胺带)。一个或一些或所有隔离器材料可围绕衬套组件缠绕。在一些实施例中，可围绕缠绕的隔离器材料浇注隔离器本体中的一些隔离器材料，例如，用于实现甚至更好的隔离器性质。在一些示例中，包括带的隔离材料层可围绕芯轴缠绕，同时可提供环氧树脂或环氧树脂混合物以渗入缠绕的带。例如，可使用RTM(树脂传递模塑)过程或真空注入。
尽管基于一些优选实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应当理解实施例不应限制本发明的范围。在不脱离本发明的精神和原理的情况下，对实施例的任何变型和修改应该在具有本领域的普通知识和技术的人员的理解范围内，并因此落在由所附权利要求限定的本发明的范围内。
Claims (15)
1.一种断路器(300)，其包括：
包括管状隔离器本体(201)的加热室隔离器(200)；以及
附接到所述管状隔离器本体(201)的内壁的衬套组件(100)，所述衬套组件包括：平坦的耐电弧且耐热的非传导性的衬套层(105)，其包括第一边缘部分(101)和与所述第一边缘部分相对而定位的第二边缘部分(102)，
其中，所述第一边缘部分(101)和所述第二边缘部分(102)在所述平坦的衬套层(105)的纵向方向上延伸，
其中，所述第一边缘部分(101)具有第一轮廓(103)，
其中，所述第二边缘部分具有第二轮廓(104)，其具有与所述第一轮廓(103)互补的几何形状，使得一旦所述平坦的衬套层(105)被弯曲为管状形状，所述第一边缘部分(101)可经由形状匹配而附接到所述第二边缘部分(102)，
其中，所述第一轮廓(103)和所述第二轮廓(104)沿着所述平坦的衬套层(105)的纵向方向延伸，并且
其中，所述第一轮廓(103)和所述第二轮廓(104)包括沿着所述平坦的衬套层(105)的纵向方向分布的结构型式。
2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述第一边缘部分(101)的所述第一轮廓(103)和所述第二边缘部分(102)的所述第二轮廓(104)包括接合结构型式。
3.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，当所述平坦的衬套层(105)被弯曲成管状形状，所述第一轮廓(103)和与所述第一轮廓(103)互补的所述第二轮廓(104)在所述管状衬套组件(100)的纵向方向(111)上分布。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的断路器，其特征在于，借助于包括下者中的至少一个而通过所述第一边缘部分(101)的所述第一轮廓(103)和所述第二边缘部分(102)的所述第二轮廓(104)提供所述形状匹配：蜿蜓状形状、蘑菇头盖、滴状形状、楔形榫状形状和T形槽状形状。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的断路器，其特征在于，所述耐电弧且耐热的衬套层包括耐热达260℃的衬套材料。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的断路器，其特征在于，所述耐电弧且耐热的衬套层包括PTFE。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的断路器，其特征在于，所述衬套组件(100)具有大约2mm至大约5mm的壁厚(120)。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的断路器，其特征在于，所述衬套组件(100)包括用于胶粘到断路器(300)的所述管状隔离器本体(201)的内壁上的粘合表面。
9.根据权利要求8所述的断路器，其特征在于，大致圆柱形的衬套组件(100)的外表面被蚀刻以用于提供粘合性质。
10.根据权利要求1所述的断路器(300)，其特征在于，所述断路器为发电机断路器。
11.根据权利要求1或10所述的断路器，其特征在于，所述加热室隔离器(200)的所述隔离器本体(201)包括纤维增强的聚合材料。
12.根据权利要求1或10所述的断路器，其特征在于，所述衬套组件(100)被胶粘到所述加热室隔离器(200)的所述隔离器本体(201)。
13.根据权利要求1或10所述的断路器，其特征在于，所述加热室隔离器(200)被设计成经得住所述隔离器本体(201)内达5巴/毫秒的压力升高。
14.一种用于通过衬套组件(100)保护用于断路器(300)的加热室隔离器(200)的管状隔离器本体(201)免于热的影响的方法，所述方法包括：
通过将衬套层(105)的具有第一轮廓(103)的第一边缘部分(101)和所述衬套层(105)的具有与所述第一轮廓(103)互补的第二轮廓(104)的第二边缘部分(102)形状匹配在一起以形成大致管状和圆柱形的衬套组件(100)，而连接所述第一边缘部分(101)和所述第二边缘部分(102)，
其中，所述第一边缘部分(101)和所述第二边缘部分(102)在所述平坦的衬套层(105)的纵向方向(111)上延伸，
其中，所述第一轮廓(103)和所述第二轮廓(104)沿着所述平坦的衬套层的纵向方向延伸，
其中，所述第一轮廓和所述第二轮廓包括沿着所述平坦的衬套层的纵向方向分布的结构型式，
其中，所述衬套层包括非传导性的且能够保护所述隔离器本体(201)免于可由在所述管状隔离器本体(201)的腔体中的电弧产生的热的影响的材料；且
围绕所述管状衬套组件(100)形成用于断路器的隔离器本体(201)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过形状匹配而连接所述衬套层(105)的第一边缘部分(101)和所述衬套层(105)的第二边缘部分(102)包括向所述第一边缘部分(101)的所述第一轮廓(103)和所述第二边缘部分(102)的所述第二轮廓(104)提供下者中的至少一个：接合结构型式(103；104)、蜿蜓状形状、蘑菇头盖、滴状形状、楔形榫状形状和T形槽状形状。
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