CN109155516B - 用于开关设备的导热的陶瓷套管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于开关设备的电流套管和具有电流套管的开关设备，所述电流套管由金属外环(12)、电流传导元件(22)和陶瓷的盘形的绝缘元件(14)构成，其中陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够悬浮地支承在金属外环(12)中。

Description

用于开关设备的导热的陶瓷套管
技术领域
本发明涉及一种用于开关设备，特别是气体绝缘开关设备的电流套管，以及具有这种电流套管的开关设备。
背景技术
从现有技术中已知布置在气体绝缘开关设备的金属封装之间的浇注树脂套管。
这种浇注树脂套管要求两个容器之间的热交换非常小，在这两个容器之间布置这样的套管。容器之间的很小的热交换归因于浇注树脂套管的低导热率，其为约0.8至1.1瓦/米和开尔文。由于热交换较低，不可能将热量从局部热点散发到较冷的设备区域。
从现有技术来看，氧化铝和氮化铝的较高导热率也是已知的，但它们由于对绝缘能力、机械强度和材料的可加工性(例如控制电极的引入)的要求而不能廉价地制造，并且这种陶瓷套管的安装需要非常高的耗费。
用于气体空间隔堵的套管也必须是气密的。借助于气体空间阻隔，可以保持相邻的气体空间，并且多个被分隔的设备区域可以具有不同的压力，并且仅有最小的气体量从设备中逸出。
从文献DE 10 2013 215 760 A1已知用于开关设备的陶瓷绝缘元件，而没有涉及针对套管的特殊要求。
从文献DE 195 16 831 A1已知一种带有陶瓷套管的X射线管，其具有比浇注树脂套管更高的导热率，但是没有满足对机械要求或控制电极放置的需求。
发明内容
因此，本发明的所要解决的技术问题在于弥补现有技术的缺点，并提供一种套管，其具有比浇注树脂套管更高的导热率并且满足机械和电气要求。
所述技术问题由独立权利要求1和从属权利要求解决。
在一个实施例中，根据本发明的用于开关设备、特别是气体绝缘开关设备的电流套管由以下部件构成：多体式金属外环或一体式金属外环；和一体式或多体式形状配合的插入环；电流传导元件；由陶瓷材料构成的盘形绝缘元件(以下称为陶瓷的盘形的绝缘元件)，其优选带有第一密封件，和用于容纳电流传导元件的开口；优选带有至少一个插入部段的形状配合的插入环；优选第二密封元件；固定元件，构成方式为：陶瓷的盘形的绝缘元件能够与金属外环相连，所述陶瓷的盘形的绝缘元件具有外直径表面、内直径表面和两个外表面，所述电流传导元件能够通过紧固元件与陶瓷的盘形的绝缘元件相连，并且陶瓷的盘形的绝缘元件借助多体式金属外环或一体式金属外环和形状配合的插入环被支承或悬浮地支承。电流穿管具有用于将电流传输通过所述套管的电流传导元件。
在具有多体式金属外环的实施例中，陶瓷的盘形的绝缘元件优选地支承在多体式金属外环的两个部分之间，并且更优选地借助密封件这样支承，使得陶瓷的盘形的绝缘元件气密地支承在多体式金属外环中，尤其是浮动地被支承。多体式金属外环可以沿轴向是分开的，因此多体式金属外环由两个或多个金属环组成，或者多体式金属外环由可以沿径向是分开的，因此多体式金属外环由金属环部段组成。陶瓷的盘形的绝缘元件然后要么支承在或悬浮地支承在构成金属外环的多个金属环之间，要么支承在或悬浮地支承在能够组成金属外环的金属环部段中。概念“分开的”在此这样理解，即所述金属外环划分为多个部件，这些部件不必由一个部件形成，而是也可以由多个原始部件制成。
在具有沿轴向分开的多体式金属外环的实施例中，形成金属外环的金属环优选地通过卡口连接、内螺纹和外螺纹的组合或通过螺栓相互连接，并且因此陶瓷的盘形的绝缘元件被支承在或悬浮地支承在组合的金属外环中。
在具有沿径向分开的多体式金属外环的实施例中，形成金属外环的金属环部段优选借助螺钉或销彼此连接，并且因此陶瓷的盘形的绝缘元件被支承在或悬浮地支承在组合的金属外环中。
在具有一体式的形状配合的插入环的实施例中，形状配合的插入环优选地通过卡口连接固定在金属外环中，并且因此陶瓷的盘形的绝缘元件支承或悬浮地支承在金属外环和形状配合的插入环之间。
在具有多体式的形状配合的插入环的实施例中，形状配合的插入环优选这样嵌入金属外环中，使得所述陶瓷的盘形的绝缘元件支承或悬浮地支承在金属外环和多体式形状配合的插入环之间。
进一步优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件借助形状配合的插入环支承或悬浮地支承在至少一个插入部段和金属外环之间。
陶瓷的盘形的绝缘元件优选气密地与金属外环相连或能够与其相连。
还优选的是，电流传导元件能够通过第二密封元件和固定元件与所述陶瓷的盘形的绝缘元件相连，尤其气密地相连。
通过所述金属外环，特别是由铝制成的外环，以及前面描述的电流套管的结构，陶瓷的盘形的绝缘元件的外径相对于实心陶瓷套管降低。通过用于使电流传导元件穿过的尽可能大的开口，特别是在陶瓷的盘形的绝缘元件的中心的开口，可以进一步减小材料使用。同时在陶瓷的盘形的绝缘元件中的较大的开口改善了用于在电流传导元件和陶瓷的盘形的绝缘元件之间的热传递的表面。具有至少一个插入部段的形状配合的插入环与陶瓷的盘形的绝缘元件的组合还使得陶瓷的盘形的绝缘元件悬浮地容纳在金属外环中。所述容纳也可以通过多体式金属外环实现，由此形状配合的插入环对于悬浮地支承陶瓷的盘形的绝缘元件而言不是必须的。由此作用在陶瓷的盘形的绝缘元件上的力的一大部分、例如由主电流轨的重量、在短路情况中的电流力、开关力、旋拧力和振动产生的力合成的力被金属外环承受。由此仅尚且保留了作用在陶瓷的盘形的绝缘元件上的力，其例如通过陶瓷的盘形的绝缘元件的厚度来操控。因此通过悬浮的支承和陶瓷的盘形的绝缘元件的足够的壁厚实现了针对断裂力的较大的抗性。
金属外环还允许在(多个)容器之间进行热交换，金属外环安装在所述容器之间。
在一个实施例中，所述至少一个插入部段由弧段组成，所述弧段具有所述形状配合的插入环的曲率半径并且适合于弥合所述插入环中存在的缺口处，并且每个插入部段通过至少一个、优选两个或多个连接元件建立插入环和插入部段之间的连接。
插入环可以实施为一体式或多体式。
优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件在内径表面上具有凹槽，并且在凹槽中容纳环形场控制元件。
还优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件在两个外表面上、在陶瓷的盘形的绝缘元件的这样的区域中具有环形的凹陷，在所述区域中绝缘气体的、电流传导元件或紧固元件或锁紧螺母的和陶瓷的盘形的绝缘元件的三个界面相遇。其中三个界面相遇的点也被称为三重点。
还优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件的一个或两个外表面具有一个或多个波形轮廓。这些波形轮廓用于延长爬电距离，从而增加套管的介电强度。外表面应理解为也具有环形凹陷的相同的表面，也就是面向气隙的表面，而不是面向金属外环或电流传导元件的表面。
进一步优选的是，电流传导元件借助于作为紧固元件的锁紧环固定在陶瓷的盘形的绝缘元件中。
特别优选的是，锁紧环具有内螺纹，该内螺纹可以与电流传导元件的圆周上的外螺纹旋紧。备选地，锁紧环也可以与电流传导元件构成卡口连接。
还优选的是，在以下一个或多个边缘上提供控制几何结构：
-在金属外环的内边缘上的第一控制几何结构，其与形状配合的插入环相对置，
-在电流传导元件的外边缘上的第二控制几何结构，其与具有紧固元件的边缘相对置，
-在紧固元件或锁紧环的边缘上的第三控制几何结构，其指向金属外环并背离陶瓷的盘形的绝缘元件，和
-在形状配合的插入环上和在一个或多个插入部段上位于分别背离金属外环和陶瓷的盘形的绝缘元件的边缘上的第四控制几何结构。
控制几何结构在此是空间结构，其尤其控制和/或影响电场和/或电磁场。
还优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件的外表面被抛光或上釉，并且外圆周和内圆周被磨削处理。在此应注意的是，形成内圆周的开口可以通过研磨来制造。可选地布置在内圆周上的凹槽可以在形成内圆周的开口被成型时而制成，或者在额外的工作步骤中被制成。
金属外环优选由铝或铝合金或不锈钢制成。
进一步优选的是，电流传导元件由铜或铜合金或铝或铝合金制成。
还优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件由氧化铝、优选Al2O3或氮化铝、AlN制成。特别优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件由高纯度氧化铝，优选Al2O3或高纯度氮化铝、AlN形成，其中高纯度意味着相应的材料的至少99％的比例。
还优选的是，陶瓷的盘形的绝缘元件由氧化铍或氮化硼或氧化镁或氧氮化硅铝或碳化硅或氮化硅或氮化钛或氧化钛制成，或由所谓的莫来石陶瓷、亦即氧化铝和氧化硅的混合形式制成。
还优选的是，金属外环在其外圆周上具有一个或多个冷却体，所述冷却体沿径向远离外圆周地延伸。一个或多个冷却体可以是单独的冷却体，其与金属外环连接或能够与金属外环连接，或者集成在金属外环中。
同样优选的是，用于容纳密封元件、特别是第一和第二密封元件的凹槽存在于金属构件中。特别优选的是，电流传导元件具有用于接收第二密封元件的凹槽，使得电流传导元件能够气密地与陶瓷的盘形的绝缘元件相连，和/或金属外环具有用于容纳第一密封元件的凹槽，使得陶瓷的盘形的绝缘元件能够气密地与金属外环相连。
进一步优选的是，电流套管气密地实施。
进一步优选的是，用于低压设备或中压设备或高压设备的开关设备具有根据一个或多个前述实施例所述的电流套管。
还优选的是，用于低压设备或中压设备或高压设备的开关设备具有根据一个或多个前述实施例所述的电流套管，其中开关设备的至少一部分被绝缘气体填充或能够被绝缘气体填充。
附图说明
附图说明下面基于附图更详细地阐述本发明的技术方案。
图1示出根据本发明的电流套管的截面，其布置在两个气体绝缘开关设备的容器之间；
图2示出根据本发明的电流套管的分解图；
图3示出具有附加冷却体的按照本发明的电流套管。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电流套管11，其处于通过两个容器66、68表示的气体绝缘开关设备1中。
电流套管11由电流传导元件22形成，电流传导元件22借助于紧固元件23保持在陶瓷的盘形的绝缘元件14中，并且可以通过第二密封元件20气密地实施，第二密封元件20可选地支承在凹槽19中。凹槽19可以可选地设置在电流传导元件22中(图1中未示出)，或者设置在陶瓷的盘形的绝缘元件14中。陶瓷的盘形的绝缘元件14可以插入金属外环12中并且可以通过插入环12并且借助在此未示出的插入部段浮动地支承在金属外环12中。
金属外环12具有两个连接表面70、72，通过所述连接表面可以将金属外环与气体绝缘开关设备66、68的相应容器相连。
陶瓷的盘形的绝缘元件14在该实施例中具有可选的凹槽40，可选的环形的场控制元件42能够容纳在所述凹槽中。
为了实现或增加介电强度，在所示的电流套管11中存在可选的控制几何结构52、54、56、58。第一控制几何结构56布置在金属外环12上。
第二控制几何结构54存在于电流传导元件22的加宽处，该加宽处防止电流传导元件22滑动穿过陶瓷的盘形的绝缘元件14。
第三控制几何结构58设置在紧固元件23上或锁紧螺母50上。
第四控制几何结构52设置在形状配合的插入环18和至少一个图1中未示出的插入部段24、26上。
这里所示的控制几何结构可以分别全部实现，或者它们仅单独地实现或者根本不实现。
为了进一步增加介电强度，也可以可选地在陶瓷的盘形的绝缘元件14的一个或两个外表面34、36上设置环形的凹缺44、48。
这些凹缺44、48优选地布置在陶瓷的盘形的绝缘元件14的这样的区域中，在该区域中绝缘气体4、电流传导元件22或紧固元件23或锁紧螺母50和陶瓷的盘形的绝缘元件14的三个界面相遇。
图2示出了根据本发明的电流套管11的分解图。在该分解图中，特别是电流套管11的各个部件清晰可见。而且，可以从图示中看出安装方向。因此，电流传导元件22从一侧穿过陶瓷的盘形的绝缘元件，而紧固元件23或锁紧螺母50利用可选的第三控制几何结构从陶瓷的盘形的绝缘元件14的相对侧被套装。固定元件23或锁紧螺母50将电流传导元件22以组装状态保持在陶瓷的盘形的绝缘元件14中。
为了在电流传导元件22和陶瓷的盘形的绝缘元件14之间相连时实现足够的气密性，设有第二密封元件20。
陶瓷的盘形的绝缘元件14利用在陶瓷的盘形的绝缘元件14中的凹缺38(在图1中以44和48表示)悬浮地支承在金属外环12中，并且通过形状配合的插入环18在安装状态下保持在金属外环12中。在此，形状配合的插入环18可选地具有第四控制几何结构52，其存在于至少一个、在此两个所示的插入部段24、26上并且是连续的。
为了实现金属外环16和陶瓷的盘形的绝缘构件14之间的气密性，设置第一密封件16。
可选地，电流引线22可以在加宽部段中具有第二控制几何结构54，所述加宽部段用于保持陶瓷的盘形的绝缘元件14。
金属外环12可以可选地具有第一控制几何结构56。
陶瓷的盘形的绝缘元件14的外表面34、36可以可选地被抛光，并且盘形绝缘元件14的外圆周、也即外径表面60和内圆周、也即内径表面62可以可选地通过磨削处理。
图3以根据本发明的电流套管的透视图示出另外的实施例。所述电流套管基本上与图2的电流套管类似地构造，其中在金属外环12上附加地设置一个或多个冷却体64。冷却体64布置在金属外环12的外直径的圆周上，以便能够在安装状态下不仅如图1所示向两个相邻的容器66、68散发热量，而且也通过冷却体64散热。
如已经描述的那样，电流传导元件22穿过陶瓷的盘形的绝缘元件14的内径被插入并通过紧固元件23或锁紧环50被固定在陶瓷的盘形的绝缘元件中。
在此还示出了金属外环12上的第一控制几何结构56和紧固元件23或锁紧环50上的第三控制几何结构58。此外还示出了保持在金属外环12中的陶瓷的盘形的绝缘构件14。
附图标记清单
1 气体绝缘的开关设备
4 绝缘气体
11 电流套管
12 金属外环
14 陶瓷的盘形的绝缘元件
16 第一密封元件
18 形状配合的插入环
19 用于容纳第二密封元件的槽
20 第二密封元件
22 电流传导元件
23 紧固元件
24、26 插入部段
30 陶瓷的盘形的绝缘元件的外径表面
32 陶瓷的盘形的绝缘元件的内径表面
34、36 陶瓷的盘状的绝缘元件的外表面
38 陶瓷的盘形的绝缘元件的凹缺
40 陶瓷的盘形的绝缘元件上的凹槽
42 环形的场控制元件
44、48 环形凹缺
50 锁紧环
52 在形状配合的插入环和/或插入部段上的第四控制几何结构
54 在电流传导元件上的第二控制几何结构
56 在金属外环上的第一控制几何结构
58 在紧固元件或锁紧环上的第三个控制几何结构
60 陶瓷的盘形的绝缘元件的外圆周或外径表面，优选被磨削加工
62 陶瓷的盘形的绝缘元件的内圆周或内径表面，优选被磨削加工
64 冷却体
66,68 气体绝缘的开关设备的容器
70,72 外部金属环的连接面

Claims (15)

1.一种用于气体绝缘开关设备(1)的电流套管(11)，其中所述电流套管(11)具有：
-多体式金属外环(12)或一体式金属外环(12)，和一体式或多体式形状配合的插入环(18)，
-电流传导元件(22)，
-由陶瓷材料构成的盘形的绝缘元件(14)，其具有用于容纳电流传导元件(22)的开口，
-紧固元件(23)，
并且所述电流套管构造为：
-陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够与金属外环(12)相连，
-所述陶瓷的盘形的绝缘元件(14)具有外直径表面(30)、内直径表面(32)和两个外表面(34,36)，
-所述电流传导元件(22)能够通过紧固元件(23)与陶瓷的盘形的绝缘元件(14)相连，并且
-陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够借助多体式金属外环(12)或一体式金属外环(12)和与所述多体式金属外环(12)或一体式金属外环(12)形状配合的插入环(18)被支承或悬浮地支承。
2.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其中，电流套管(11)构造有形状配合的插入环(18)和至少一个插入部段(24,26)，使得陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够借助形状配合的插入环(18)、至少一个插入部段(24,26)和金属外环(12)被支承或悬浮地支承。
3.按照权利要求2所述的电流套管(11)，其中，电流套管(11)构造有由陶瓷材料构成的盘形的绝缘元件(14)以及第一密封元件(16)和第二密封元件(20)，使得陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够通过第一密封元件(16)气密地与金属外环(12)相连，所述电流传导元件(22)能够通过第二密封元件(20)和紧固元件(23)与陶瓷的盘形的绝缘元件(14)相连，并且陶瓷的盘形的绝缘元件(14)能够通过多体式金属外环(12)或通过形状配合的插入环(18)连同至少一个插入部段(24,26)和一体式金属外环(12)被支承或悬浮地被支承。
4.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，陶瓷的盘形的绝缘元件(14)在内直径表面(32)上具有凹槽(40)并且环形的场控制元件(42)能够容纳在所述凹槽(40)中。
5.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，陶瓷的盘形的绝缘元件(14)在两个外表面(34,36)上、在陶瓷的盘形的绝缘元件(14)的这样的区域中具有环形的凹陷(44,48)，在所述区域中绝缘气体(4)的、电流传导元件(22)或紧固元件(23)的和陶瓷的盘形的绝缘元件(14)的三个界面相遇。
6.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，电流传导元件(22)借助作为紧固元件(23)的锁紧环(50)固定在陶瓷的盘形的绝缘元件(14)中。
7.按照权利要求6所述的电流套管(11)，其特征在于，锁紧环(50)具有内螺纹，该内螺纹能够与电流传导元件(22)的圆周上的外螺纹旋紧。
8.按照权利要求2至7之一所述的电流套管(11)，其特征在于，在以下一个或多个边缘上提供控制几何结构：
-在金属外环(12)的内边缘上的第一控制几何结构(56)，其与形状配合的插入环(18)相对置，
-在电流传导元件(22)的外边缘上的第二控制几何结构(54)，其与具有紧固元件(23)的边缘相对置，
-在紧固元件(23)的或锁紧环(50)的边缘上的第三控制几何结构(58)，其指向金属外环(12)并背离陶瓷的盘形的绝缘元件(14)，和
-在形状配合的插入环(18)上和在一个或多个插入部段上位于分别背离金属外环和陶瓷的盘形的绝缘元件(14)的边缘上的第四控制几何结构(52)。
9.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，陶瓷的盘形的绝缘元件(14)的外表面(34,36)被抛光或上釉，并且陶瓷的盘形的绝缘元件(14)的外圆周(60)和内圆周(62)被磨削处理。
10.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，金属外环(12)由铝或铝合金或不锈钢制成。
11.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，电流传导元件(22)由铜或铜合金或铝或铝合金制成。
12.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，陶瓷的盘形的绝缘元件(14)由氧化铝或氮化铝构成，或者由氧化铍或氮化硼或氧化镁或氧氮化硅铝或碳化硅或氮化硅或氮化钛或氧化钛制成，或由氧化铝和氧化硅混合形式制成。
13.按照权利要求1所述的电流套管(11)，其特征在于，金属外环(12)在其外圆周上具有一个或多个冷却体(64)，所述冷却体沿径向远离外圆周地延伸。
14.一种用于低压设备或中压设备或高压设备的开关设备，其具有按照前述权利要求之一所述的电流套管(11)。
15.按照权利要求14所述的开关设备，其中开关设备的至少一部分被绝缘气体填充或能够被绝缘气体填充。
CN201780032037.4A 2016-05-25 2017-04-25 用于开关设备的导热的陶瓷套管 Active CN109155516B (zh)

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