CN110112611A - 一种压力平衡式高压电穿舱连接器及连接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种压力平衡式高压电穿舱连接器，按照安装顺序包括依次穿过海缆缆芯的防脱环、泛塞密封圈、充油舱体和滑动密封圈以及连接海缆缆芯的陶瓷穿舱导体；所述陶瓷穿舱导体，一端插入连接端舱体的端面连接高压电输出或输入，另一端穿入充油舱体内部固定连接海缆缆芯，所述陶瓷穿舱导体通过陶瓷烧结体中的铜棒导电，且通过陶瓷层与连接端舱体和充油舱体保持绝缘；所述充油舱体套在陶瓷穿舱导体外部，通过端盖固定在连接端舱体的端面上，端盖内表面通过密封圈固定陶瓷穿舱导体，充油舱体外壳与海缆缆芯之间通过防脱环、泛塞密封圈和滑动密封圈固定，舱体外壳有注油口连通内部的充油空腔。本发明属于海底观测设备、海底观测网技术领域，实现了海底主基站光电分离舱和主电源舱之间10kV高压的可靠连接，提高了海底主基站的可靠性。

Description

一种压力平衡式高压电穿舱连接器及连接方法
技术领域
本发明属于海底观测设备、海底观测网技术领域，具体而言，涉及一种压力平衡式高压电穿舱连接器及连接方法。
背景技术
海底观测网是通过海底主基站、海底光电复合缆与岸基设备连接而成的海洋观测网络。海底主基站是实现高中压电能变换、数据汇聚传输与控制的重要设备。海底主基站的光电分离舱和高压电源舱之间需通过一套高压电连接组件实现连接。现有的高压电连接组件通常为高压电水密接插件连接器。
高压电水密接插件连接器的结构通常分为插头和插座两部分。插头尾部带电缆，其结构一般由螺套、插头外壳、插孔、插头基座合件、电缆等组成。插座固定于舱体端盖，其结构一般由插座外壳、插针、插座基座合件、尾部导线等组成。插座与舱体端盖通过“O”型密封圈实现密封，插头与插座接插后通过“O”型密封圈和端面密封垫实现密封。插头与其尾部电缆采用橡胶硫化、灌封等方式实现密封。高压电水密接插件连接器具有接插连接方便，利于装配调试的优点，但对于10kV级高压、3000m以上高静水压的使用环境，一方面插针与多芯电缆接头由于焊接或压接工艺使接头电阻增加、分压变大，从而导致大量接头点发热引起导线断裂，存在开路风险；另一方面插头与电缆的灌封材料粘接处在高水压下易开裂并产生间隙，进而导致插头因密封失效而漏水，存在高压击穿导致的短路风险。
发明内容
本发明的目的在于解决现有接插件形式的连接组件在深海高压电连接场景中易发生插针与导线连接开路或因灌封材料密封失效而短路的问题；
为实现上述目的，本发明提出一种压力平衡式高压电穿舱连接器，所述压力平衡式高压电穿舱连接器按照安装顺序包括依次穿过海缆缆芯的防脱环、泛塞密封圈、充油舱体和滑动密封圈以及连接海缆缆芯的陶瓷穿舱导体；
所述的陶瓷穿舱导体，一端插入连接端舱体的高压电输出或输入端面，另一端穿入充油舱体内部固定连接海缆缆芯，所述陶瓷穿舱导体通过内部的铜棒导电，并通过铜棒外层包覆陶瓷与连接端舱体和充油舱体保持绝缘；
所述充油舱体套在陶瓷穿舱导体外部，通过端盖固定在连接端舱体的端面上，端盖内由密封圈固定陶瓷穿舱导体，充油舱体外壳与海缆缆芯之间密封且固定，舱体外壳有注油口连通内部的充油空腔。
作为所述装置的一种改进，所述陶瓷穿舱导体包括结合导体7，陶瓷烧结体8和固定导体10；
所述结合导体7一端在连接端舱体内部连接高压电输出或输入端头，另一端连接陶瓷烧结体8；
所述陶瓷烧结体8的另一端穿入充油舱体内部与固定导体10连接；
所述固定导体10另一端在充油舱体内部固定连接海缆缆芯的铜导体15。
作为所述装置的一种改进，所述陶瓷烧结体8的内部为铜棒，铜棒外层包覆的陶瓷；
陶瓷烧结体8的左端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与结合导体7连接；
陶瓷烧结体8的右端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与固定导体10连接。
作为所述装置的一种改进，所述海缆缆芯的PE层14外部套有滑动密封圈11，插入固定导体10所述铜导体15、滑动密封圈11和固定导体10通过螺栓16贯穿进行固定形成结合体。
作为所述装置的一种改进，所述充油舱体结构，包括端盖1、舱体外壳5和若干密封圈；
所述端盖1插入连接端舱体，外层与连接端舱体之间通过第一O型密封圈2密封；所述端盖1的内层与陶瓷烧结体8之间通过第二O型密封圈3和固定密封圈9密封固定；
所述舱体外壳5一端与端盖1通过螺栓连接，通过第三O型密封圈4将舱体外壳5与端盖1密封；
所述舱体外壳5另一端设置两个注油口，所述舱体外壳5另一端通过滑动密封圈11、泛塞密封圈12与防脱环13与缆芯的PE层14进行密封和固定；
所述注油口连通舱体外壳5内部的充油空腔。
本发明还提出一种压力平衡式高压电穿舱连接器的连接方法，包括：
步骤1)清理海缆缆芯，剥离部分PE层14，留铜导体15到合适长度；
步骤2)从缆头依次套入防脱环13、泛塞密封圈12、舱体外壳5和滑动密封圈11；
步骤3)将固定密封圈9套入陶瓷烧结体8的右侧；通过陶瓷烧结体8右侧铜棒上的螺纹安装固定导体10；通过陶瓷烧结体8左侧铜棒上的螺纹，安装结合导体7；
步骤4)将陶瓷穿舱导体、铜导体15及滑动密封圈11通过固定螺栓16固定，形成结合体；
步骤5)将所述结合体穿过端盖1，陶瓷烧结体8与端盖1之间通过第二O型密封圈3和固定密封圈9固定和密封；
步骤6)通过螺栓连接舱体外壳与端盖1，通过第三O型密封圈4将舱体外壳与端盖1密封；
步骤7)依次固定压紧泛塞密封圈12与防脱环13，将缆芯与舱体密封；
步骤8)通过注油口6向舱体内部注入变压器绝缘油，然后密封注油口；
步骤9)将压力平衡式高压电穿舱连接器一端插入光电分离舱，一端插入主电源舱，所述压力平衡式高压电穿舱连接器与被插入的舱体之间通过第一O型密封圈2密封，完成高压电在不同舱体间的可靠连接。
与现有有技术相比本发明的有益效果在于：
1、本发明的压力平衡式高压电穿舱连接器提高了深水环境下海底主基站光电分离舱与主电源舱之间高压电连接的可靠性；
2、本发明的压力平衡式高压电穿舱连接器实现了光电分离舱和主电源舱之间10kV高压的可靠连接，有效避免了普通接插件形式的高压电连接器在深海环境下存在的内部开路或短路风险，进而提高海底主基站的可靠性；
3、本发明的压力平衡式高压电穿舱连接器通过提高海底主基站内部10kV高压电连接的可靠性，避免了因高压电连接失效而对海底主基站进行打捞和维护；
4、本发明的压力平衡式高压电穿舱连接器通过减少对海底主基站的打捞维护，从而节约了观测网系统的维护成本。
附图说明
图1为本发明的压力平衡式高压电穿舱连接器结构图。
附图标识
1、端盖 2、第一O型密封圈 3、第二O型密封圈
4、第三O型密封圈 5、舱体外壳 6、注油口
7、结合导体 8、陶瓷烧结体 9、固定密封圈
10、固定导体 11、滑动密封圈 12、泛塞密封圈
13、防脱环 14、PE层 15、铜导体
16、固定螺栓
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示,本发明所述的一种压力平衡式高压电穿舱连接器，适用于海底观测网主基站的光电分离舱与主电源舱之间的高压电连接。
为防止海底主基站光电分离舱与主电源舱之间因以接插件形式连接导致的高压电连接失效，本发明提出了由陶瓷穿舱导体和充油舱体结构组成的压力平衡式高压电穿舱连接器，能够有效避免接插件内部多芯电缆接头缺陷或灌封材料开裂导致的高压电连接失效风险，保证了3000m以上深水环境下，海底主基站的光电分离舱和主电源舱之间10kV高压电的可靠连接。
本发明所述压力平衡式高压电穿舱连接器包括陶瓷穿舱导体和充油舱体。
所述的陶瓷穿舱导体，插入连接端舱体内部，一方面通过陶瓷烧结体8实现与舱体外壳的绝缘，另一方面通过其内部铜棒实现高压导电连接。
所述陶瓷穿舱导体包括固定导体10，陶瓷烧结体8和结合导体7。
所述陶瓷烧结体8的内部为铜棒，外部为烧结工艺形成的陶瓷，陶瓷厚度约5mm，击穿强度18kV/mm，所述陶瓷实现了铜棒与舱体间的高压绝缘。
所述陶瓷烧结体8的左端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与结合导体7连接；
所述陶瓷烧结体8的右端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与固定导体10连接。
所述固定导体10在穿舱连接器舱体内部一端连接和固定海缆缆芯的铜导体15，另一端连接陶瓷烧结体8中的铜棒；
所述结合导体7一端连接陶瓷烧结体8中的铜棒，另一端在连接端舱体内部连接高压电输出或输入端头。
所述充油舱体结构，包括端盖1、舱体外壳5和若干密封圈。舱体外壳和端盖1安装完成后，通过舱体上注油口6充入高压绝缘油。海底主基站布放到海底后，陶瓷穿舱导体在充油舱体内外部压力将达到平衡，从而阻止尾部连接缆缆芯向舱体内部蠕动。
本发明压力平衡式高压电穿舱连接器主要由端盖1、第一O型密封圈2、第二O型密封圈3、第三O型密封圈4、舱体外壳、2个注油口6、结合导体7、陶瓷烧结体8、固定密封圈9、固定导体10、滑动密封圈11、泛塞密封圈12和防脱环13组成；与剥去PE层14的海缆缆芯的铜导体15连接。
为了保证本发明压力平衡式高压电穿舱连接器的可实现性，本发明还提出了压力平衡式高压电穿舱连接器的连接方法：
第一步：清理尾缆缆头，剥离部分PE层14，留铜导体15到合适长度；
第二步：从缆头依次套入防脱环13、泛塞密封圈12、舱体外壳和滑动密封圈11；
第三步：安装陶瓷穿舱导体。将固定密封圈9套入陶瓷烧结体8的右侧；通过陶瓷烧结体8左侧陶瓷烧结体中间铜棒上的螺纹，安装结合导体7；通过陶瓷烧结体8右侧的螺纹安装固定导体10。
第四步：将陶瓷穿舱导体、铜导体15及滑动密封圈11通过固定螺栓16固定；
第五步：将通过以上步骤形成的结合体穿过端盖1，实现与端盖1的装配，陶瓷烧结体8与端盖1之间通过第二O型密封圈3和固定密封圈9实现固定和密封；
第六步：通过螺栓连接舱体外壳与端盖1，通过第三O型密封圈4实现舱体外壳与端盖1的密封；
第七步：依次固定已装入的泛塞密封圈12与防脱环13，实现缆芯与舱体的密封和固定。
第八步：通过注油口6向舱体内部注入变压器绝缘油，然后密封注油口。至此，压力平衡式高压穿舱插头安装完毕。
第九步：将压力平衡式高压电穿舱连接器一端插入光电分离舱，一端插入主电源舱，穿舱连接器与被插入的舱体之间通过第一O型密封圈2密封，可实现高压电在不同舱体间的可靠连接。
本发明提出的一种适用于海底观测网主基站的压力平衡式高压电穿舱连接器，一方面通过陶瓷穿舱导体结构避免了因多芯电缆接头连接缺陷导致的系统开路故障，另一方面通过密封舱体内高压电的直接连接，有效避免了深海高静水压环境下高压电接插件的插头与电缆灌封材料粘接处因形变开裂导致的密封失效或因绝缘距离变小导致的高压击穿。通过陶瓷穿舱导体结构和高压电直连方式降低了通用高压电水密接插件固有结构缺陷带来的高压连接风险，极大提高了3000m以上深水环境下光电分离舱与主电源舱之间10kV高压长期连接的稳定性和可靠性，进而确保海底主基站可以长期稳定工作，降低了海上维护作业的成本。
本发明压力平衡式高压电穿舱连接器组件，通过陶瓷穿舱导体和充油舱体结构，实现了光电分离舱与主电源舱之间高压电的可靠连接。避免了常规接插件形式的电连接器在深水静压下高压电连接的失效，极大提高了海底主基站深水下长期工作的可靠性，减少了因高压电连接失效导致的系统维护带来的经济损失，对海底观测网技术的发展具有很高的应用价值。
本发明针对现有高压电水密接插件固有结构存在的不足，提出一种压力平衡式高压电穿舱连接器。为解决多芯电缆接头连接缺陷导致的系统开路故障，本发明提出一种陶瓷穿舱导体结构；为解决插头与电缆灌封材料粘接处在深海高静水压环境下因开裂导致的密封失效或因绝缘距离变小导致的高压击穿问题，本发明提出一种密封舱体内高压电直接连接方式。通过压力平衡式高压电穿舱连接器连接光电分离舱和主电源舱，极大提高了3000m以上深水环境下两个舱体之间10kV高压长期连接的稳定性和可靠性，确保了海底主基站可以长期稳定工作，从而降低了打捞维护海底主基站的成本，对海底观测网技术的发展具有很高的应用价值。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种压力平衡式高压电穿舱连接器，其特征在于，所述压力平衡式高压电穿舱连接器按照安装顺序包括依次穿过海缆缆芯的防脱环、泛塞密封圈、充油舱体和滑动密封圈以及连接海缆缆芯的陶瓷穿舱导体；
所述陶瓷穿舱导体，一端插入连接端舱体的端面连接高压电输出或输入，另一端穿入充油舱体内部固定连接海缆缆芯，所述陶瓷穿舱导体通过陶瓷烧结体导电，并与连接端舱体和充油舱体保持绝缘；
所述充油舱体套在陶瓷穿舱导体外部，通过端盖固定在连接端舱体的端面上，端盖内表面通过密封圈固定陶瓷穿舱导体，充油舱体外壳与海缆缆芯之间通过防脱环、泛塞密封和滑动密封圈密封且固定，舱体外壳有注油口连通内部的充油空腔。
2.根据权利要求1所述的压力平衡式高压电穿舱连接器，其特征在于，所述陶瓷穿舱导体包括结合导体(7)，陶瓷烧结体(8)和固定导体(10)；
结合导体(7)一端在连接端舱体内部连接高压电输出或输入端头，另一端连接陶瓷烧结体(8)；
所述陶瓷烧结体(8)的另一端穿入充油舱体内部与固定导体(10)连接；
所述固定导体(10)另一端在充油舱体内部固定连接海缆缆芯的铜导体(15)。
3.根据权利要求2所述的压力平衡式高压电穿舱连接器，其特征在于，所述陶瓷烧结体(8)的内部为铜棒，铜棒外层包覆的陶瓷；
所述陶瓷烧结体(8)的左端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与结合导体(7)连接；
所述陶瓷烧结体(8)的右端留有一段裸漏的铜棒，具有螺纹，与固定导体(10)右端连接。
4.根据权利要求2所述的压力平衡式高压电穿舱连接器，其特征在于，所述固定导体(10)右端与海缆缆芯的铜导体(15)连接，与PE层(14)之间套有滑动密封圈(11)，所述固定导体(10)、滑动密封圈(11)和铜导体(15)通过螺栓(16)贯穿进行固定形成结合体。
5.根据权利要求1所述的压力平衡式高压电穿舱连接器，其特征在于，所述充油舱体结构，包括端盖(1)、舱体外壳(5)和若干密封圈；
所述端盖(1)插入连接端舱体，外层与连接端舱体之间通过第一O型密封圈(2)密封；
所述端盖(1)的内层与陶瓷烧结体(8)之间通过第二O型密封圈(3)和固定密封圈(9)密封固定；
所述舱体外壳(5)左端与端盖(1)通过螺栓连接，通过第三O型密封圈(4)将舱体外壳(5)与端盖(1)密封；
所述舱体外壳(5)另一端通过滑动密封圈(11)、泛塞密封圈(12)与防脱环(13)与缆芯PE层(14)进行密封和固定；
所述舱体外壳(5)另一端设置两个注油口(6)，所述注油口(6)连通舱体外壳(5)内部的充油空腔。
6.一种压力平衡式高压电穿舱连接器的连接方法，包括：
步骤1)清理海缆缆芯，剥离部分PE层(14)，留铜导体(15)到合适长度；
步骤2)从缆头依次套入防脱环(13)、泛塞密封圈(12)、舱体外壳(5)和滑动密封圈(11)；
步骤3)将固定密封圈(9)套入陶瓷烧结体(8)的右侧；通过陶瓷烧结体(8)左侧裸露铜棒上的螺纹，安装结合导体(7)；通过陶瓷烧结体(8)右侧的螺纹安装固定导体(10)；
步骤4)将陶瓷穿舱导体、铜导体(15)及滑动密封圈(11)通过螺栓(16)固定，形成结合体；
步骤5)将所述结合体穿过端盖(1)，陶瓷烧结体(8)与端盖(1)之间通过第二O型密封圈(3)和固定密封圈(9)固定和密封；
步骤6)通过螺栓连接舱体外壳(5)与端盖(1)，通过第三O型密封圈(4)将舱体外壳与端盖(1)密封；
步骤7)依次固定泛塞密封圈(12)与防脱环(13)，将缆芯与舱体密封；
步骤8)通过注油口(6)向舱体内部注入变压器绝缘油，然后密封注油口；
步骤9)将压力平衡式高压电穿舱连接器一端插入光电分离舱，一端插入主电源舱，穿舱连接器与被插入的舱体之间通过第一O型密封圈(2)密封，完成高压电在不同舱体间的可靠连接。
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