CN110444353B - 一种开关设备及其支撑绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种开关设备及其支撑绝缘子，支撑绝缘子包括沿上下方向延伸的支撑导热部分及周向包围的布置在支撑导热部分外的外绝缘部分，支撑导热部分包括在上下方向上位于两端的金属支撑件以及与两端的金属支撑件顶压接触并将两端金属支撑件绝缘隔开的陶瓷传热结构，两端金属支撑件中的其中一个上设有用于与待支撑的导电体紧固连接的导电体连接结构，另一个上设有用于与相应绝缘子安装基础紧固连接的绝缘子安装基础连接结构。解决了现有技术中支撑绝缘子导热效果不好的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关设备及其支撑绝缘子。
背景技术
在中压气体绝缘开关设备中，由于断路器、隔离开关及其它零部件完全密封于气箱内，与外界环境没有对流换热，尤其是对2500A及以上的大电流开关设备，隔离开关部位和灭弧室动静端温升特别容易超标。在完全密闭的气箱内，主回路的散热方式主要为传导和辐射，对流散热微乎其微。通常，可以在气箱内部及导电体表面喷涂黑色散热涂料，提升开关设备的辐射系数，从而提升开关柜的辐射散热能力。气箱内部安装风扇可以提升对流换热效率，但后期不便维护。热传导是传热效率最高的方式，而开关柜内部有很多高压带电体部位需要支撑，通过这些支撑件将热量高效的传递给气箱或者散热片，是大电流开关柜不可或缺的散热方式。
授权公告号为CN207818285U、授权公告日为2018.09.04的中国实用新型专利公开了一种气体绝缘开关柜使用的绝缘子，绝缘子包括绝缘子本体和嵌件，嵌件设置于绝缘子本体两端，用于连接固定支撑件，绝缘子本体的侧边设置有裙边。通过嵌件与其他结构固定连接实现绝缘子在开关柜中相应支撑。上述绝缘子由绝缘子本体和嵌件组成，而绝缘子本体多由环氧树脂浇筑而成，环氧树脂的导热系数极低，影响高压带电体支撑部位通过热传导散热的效率，造成隔离开关部位和灭弧室动静端温升容易超标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种支撑绝缘子，以解决现有技术中支撑绝缘子导热效果不好的问题；本发明的目的还在于提供一种使用上述支撑绝缘子的开关设备，以解决现有开关设备中利用现有技术中的支撑绝缘子支撑导电体，导电体通过支撑绝缘子散热的散热效果不好的问题。
本发明的支撑绝缘子采用如下技术方案：
支撑绝缘子包括沿上下方向延伸的支撑导热部分及周向包围的布置在支撑导热部分外的外绝缘部分，支撑导热部分包括在上下方向上位于两端的金属支撑件以及与两端的金属支撑件顶压接触并将两端金属支撑件绝缘隔开的陶瓷传热结构，两端金属支撑件中的其中一个上设有用于与待支撑的导电体紧固连接的导电体连接结构，另一个上设有用于与相应绝缘子安装基础紧固连接的绝缘子安装基础连接结构。
本发明的有益效果是：支撑绝缘子包括支撑导热部分和外绝缘部分，支撑导热部分由金属支撑件和陶瓷传热结构组成，金属支撑件具有良好的导热性，陶瓷传热结构具有绝缘和导热性能，通过陶瓷传热结构将两端金属支撑件绝缘隔开，并将其中一个金属支撑件的热量传导至另一金属支撑件，金属支撑件和陶瓷传热结构的导热系数远高于现有技术中绝缘子本体的导热系数，可以有效提高支撑绝缘子的热传导效率，解决了现有技术中支撑绝缘子导热效果不好的问题。有利于将支撑在支撑绝缘子上的导电体的热量传导至绝缘子安装基础上，降低隔离开关部位和灭弧室动静端的温升。
为简化陶瓷传热结构的结构，本方案中所述陶瓷传热结构为陶瓷片，两端金属支撑件与陶瓷片厚度方向相背的两个面顶压接触，陶瓷传热结构仅为一陶瓷片，结构简单，加工方便。
为保证两金属支撑件之间的绝缘性，本方案中在垂直于陶瓷片厚度方向上陶瓷片的尺寸大于金属支撑件的尺寸，这样通过陶瓷片可完全将两端金属支撑件绝缘隔开，保证两金属支撑件之间的绝缘性。
为增加支撑导热部分的导热性能，本方案中所述陶瓷片的厚度小于金属支撑件的厚度，由于金属的导热性能高于陶瓷材料的导热性能，陶瓷片的厚度小于金属支撑件上下方向的尺寸，可在保证陶瓷片在起到绝缘作用的同时，尽量减小其厚度，有利于提高支撑导热部分的热传导效率。
为更好的将导电体的热量通过支撑绝缘子传导出去，本方案中所述金属支撑件远离陶瓷传热结构的端部凸出外绝缘部分设置，保证导电体与金属支撑件具有足够的接触面积，有利于将导电体热量通过支撑绝缘子传导出去。
为更好的将导电体的热量通过支撑绝缘子传导出去，本方案中所述支撑导热部分整体上呈芯柱结构，且芯柱结构设置在支撑绝缘子的中心位置处。
为方便导电体与支撑绝缘子、支撑绝缘子与绝缘子安装基础的固定连接，本方案中所述导电体连接结构和绝缘子安装基础连接结构分别为设置在相应金属支撑件上的内螺纹孔。这样，导电体与金属支撑件、金属支撑件与绝缘子安装基础均通过螺栓连接，拆装方便。
本发明的开关设备采用如下技术方案：
开关设备包括箱体和通过支撑绝缘子支撑布置在箱体内的导电体，定义支撑绝缘子相对箱体支撑导电体的方向为上下方向，所述支撑绝缘子包括沿上下方向延伸的支撑导热部分及周向包围的布置在支撑导热部分外的外绝缘部分，支撑导热部分包括在上下方向上位于两端的金属支撑件以及与两端的金属支撑件顶压接触并将两端金属支撑件绝缘隔开的陶瓷传热结构，两端金属支撑件中的其中一个上设有与待支撑的导电体紧固连接的导电体连接结构，另一个上设有与所述箱体上的绝缘子安装基础紧固连接的绝缘子安装基础连接结构。
本发明的有益效果是：支撑绝缘子包括支撑导热部分和外绝缘部分，支撑导热部分由金属支撑件和陶瓷传热结构组成，金属支撑件具有良好的导热性，陶瓷传热结构具有绝缘和导热性能，通过陶瓷传热结构将两端金属支撑件绝缘隔开，并将其中一个金属支撑件的热量传导至另一金属支撑件，金属支撑件和陶瓷传热结构的导热系数远高于现有技术中绝缘子本体的导热系数，可以有效提高支撑绝缘子的热传导效率，有利于将支撑在支撑绝缘子上的导电体的热量传导至绝缘子安装基础上，降低隔离开关部位和灭弧室动静端的温升。解决了现有开关设备中利用现有技术中的支撑绝缘子支撑导电体，导电体通过支撑绝缘子散热的散热效果不好的问题。
为简化陶瓷传热结构的结构，本方案中所述陶瓷传热结构为陶瓷片，两端金属支撑件与陶瓷片厚度方向相背的两个面顶压接触，陶瓷传热结构仅为一陶瓷片，结构简单，加工方便。
为保证两金属支撑件之间的绝缘性，本方案中在垂直于陶瓷片厚度方向上陶瓷片的尺寸大于金属支撑件的尺寸，这样通过陶瓷片可完全将两端金属支撑件绝缘隔开，保证两金属支撑件之间的绝缘性。
为增加支撑导热部分的导热性能，本方案中所述陶瓷片的厚度小于金属支撑件的厚度，由于金属的导热性能高于陶瓷材料的导热性能，陶瓷片的厚度小于金属支撑件上下方向的尺寸，可在保证陶瓷片在起到绝缘作用的同时，尽量减小其厚度，有利于提高支撑导热部分的热传导效率。
为更好的将导电体的热量通过支撑绝缘子传导出去，本方案中所述金属支撑件远离陶瓷传热结构的端部凸出外绝缘部分设置，保证导电体与金属支撑件具有足够的接触面积，有利于将导电体热量通过支撑绝缘子传导出去。
为更好的将导电体的热量通过支撑绝缘子传导出去，本方案中所述支撑导热部分整体上呈芯柱结构，且芯柱结构设置在支撑绝缘子的中心位置处。
为方便导电体与支撑绝缘子、支撑绝缘子与绝缘子安装基础的固定连接，本方案中所述导电体连接结构和绝缘子安装基础连接结构分别为设置在相应金属支撑件上的内螺纹孔。这样，导电体与金属支撑件、金属支撑件与绝缘子安装基础均通过螺栓连接，拆装方便。
附图说明
图1为本发明的开关设备的具体实施例的结构示意图；
图2为图1中支撑绝缘子的结构示意图；
图3为图2的A-A向视图。
图中：1-支撑绝缘子，2-箱体，3-绝缘气体，4-导电体连接螺栓，5-导电体，6-箱体连接螺栓，7-安装板，11-第一金属支撑件，12-第二金属支撑件，13-外绝缘部分，14-陶瓷片，15-导电体连接内螺纹孔，16-箱体连接内螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的开关设备的具体实施例，本实施例中的开关设备为中压气体绝缘金属封闭开关柜，如图1所示，开关柜包括箱体2，箱体2内部充满绝缘气体3。开关柜还包括通过支撑绝缘子1支撑布置在箱体2内的导电体5。定义支撑绝缘子1相对箱体2支撑导电体5的方向为上下方向，如图2和图3所示，支撑绝缘子1包括沿上下方向延伸的支撑导热部分及周向包围的布置在支撑导热部分外的外绝缘部分13，本实施例中的支撑导热部分包括沿上下方向位于两端的第一金属支撑件11和第二金属支撑件12以及位于两金属支撑件之间的陶瓷片14，陶瓷片14厚度方向相背的两个面分别与第一金属支撑件11、第二金属支撑件12顶压接触将两端金属支撑件绝缘隔开。需要说明的是，本实施例中的第一金属支撑件11、第二金属支撑件12与陶瓷片14通过粘接固定。在其他实施例中，第一金属支撑件、第二金属支撑件与陶瓷片也可通过焊接固定。本实施例中的上下方向仅为支撑绝缘子1的支撑方向，并非与重力方向相对应的上下方向。
为更好的将导电体5的热量通过支撑绝缘子1传导出去，本实施例中的支撑导热部分整体上呈芯柱结构，且芯柱结构设置在支撑绝缘子1的中心位置处。本实施例中的陶瓷片14构成陶瓷传热结构；在其他实施例中，陶瓷传热结构也可由两片沿上下方向叠加放置的陶瓷片组成，陶瓷传热结构也可为由陶瓷材料制成的框架结构。
第一金属支撑件11上设有导电体连接内螺纹孔15、第二金属支撑件12上设有箱体连接内螺纹孔16，导电体5上设有导电体连接孔，安装板7上设有安装板连接孔。在进行导电体5与第一金属支撑件11的紧固连接时，导电体连接孔与导电体连接内螺纹孔15对正，然后将导电体连接螺栓4旋拧固定在导电体连接内螺纹孔15上即可。在进行第二金属支撑件12与箱体2的紧固连接时，先将安装板连接孔与箱体连接内螺纹孔16对正；然后将箱体连接螺栓6旋拧固定在箱体连接内螺纹孔16上；之后将安装板7固定在箱体2上。需要说明的是，本实施例中的安装板7上还设有固定孔，同时在箱体2内焊接固定有接地的连接螺柱，在进行安装板7与箱体2的紧固连接时，将安装板7的固定孔插入连接螺柱上并通过螺母固定，完成安装板7在箱体2上的紧固连接。
本实施例中的安装板7构成绝缘子安装基础；导电体连接内螺纹孔15构成将第一金属支撑件11与导电体紧固连接的导电体连接结构；箱体连接内螺纹孔16构成第二金属支撑件12与绝缘子安装基础紧固连接的绝缘子安装基础连接结构。在其他实施例中，也可不设置安装板，直接将第二金属支撑件焊接固定在箱体上，此时箱体上与第二金属支撑件焊接固定的箱壁构成绝缘子安装基础；也可在第一金属支撑件和第二金属支撑件上分别设置沿上下方向延伸的螺柱，第一金属支撑件的螺柱插入导电体连接孔内并通过螺母固定即完成第一金属支撑件与导电体的紧固连接，第二金属支撑件的螺柱插入安装板连接孔内并通过螺母固定即完成第二金属支撑件与绝缘子安装基础的紧固连接。
本发明的支撑绝缘子1包括支撑导热部分和外绝缘部分，支撑导热部分由金属支撑件和陶瓷传热结构组成，金属支撑件具有良好的导热性，陶瓷传热结构具有绝缘和导热性能，通过陶瓷传热结构将两端金属支撑件绝缘隔开，并将其中一个金属支撑件的热量传导至另一金属支撑件，金属支撑件和陶瓷传热结构的导热系数远高于现有技术中绝缘子本体的导热系数，可以有效提高支撑绝缘子1的热传导效率，有利于将支撑在支撑绝缘子1上的导电体的热量传导至绝缘子安装基础上，降低隔离开关部位和灭弧室动静端的温升。解决了现有开关柜中利用现有技术中的支撑绝缘子支撑导电体，导电体通过支撑绝缘子散热的散热效果不好的问题。
为保证两金属支撑件之间的绝缘性，本实施例中在垂直于陶瓷片14厚度方向上陶瓷片14的尺寸大于任一金属支撑件的尺寸，这样通过陶瓷片14可完全将第一金属支撑件11和第二金属支撑件12绝缘隔开，保证两金属支撑件的绝缘性。另外，本实施例中陶瓷片14的厚度小于任一金属支撑件的厚度。由于金属的导热性能高于陶瓷材料的导热性能，陶瓷片14的厚度小于金属支撑件的厚度，可在保证陶瓷片14在起到绝缘作用的同时，尽量减小其厚度，有利于提高支撑导热部分的热传导效率。第一金属支撑件11和第二金属支撑件12远离陶瓷片14端部凸出外绝缘部分13设置，从而保证导电体5与第一金属支撑件11具有足够的接触面积，有利于将导电体5热量通过支撑绝缘子1传导出去。需要说明的是，为保证支撑绝缘子1的爬电距离，外绝缘部分外侧设有裙边结构。
本实施例中的支撑导热部分整体上呈芯柱结构，且芯柱结构设置在支撑绝缘子的中心位置处；在其他实施例中，支撑导热部分可由多个柱体结构组成，只需保证相邻柱体结构之间良好的绝缘性即可，此时相邻的柱体结构之间存在接触热阻，会降低支撑导热部分的热传递效率。本实施例中的支撑绝缘子的支撑方向为上下方向；在其他实施例中，支撑绝缘子的支撑方向也可为水平方向的横向或纵向，还可在箱体内倾斜设置。本实施例中的开关设备为中压气体绝缘金属封闭开关柜；在其他实施例中，开关设备也可为不需要充绝缘气体的开关柜等其他开关设备。
在气体绝缘开关柜现场运行后，导电体5会通过较大的电流，由焦耳定律可知，该导电体5会产生较高的热量，除了通过对流、辐射进行散热外，还通过支撑绝缘子1向箱体2进行传导散热，支撑绝缘子1采用了导热系数高的陶瓷片14和金属支撑件作为支撑导热部分，不仅大大提升了传热效率，而且降低了此处温升。
本发明的支撑绝缘子的具体实施例，本实施例中的支撑绝缘子与上述开关设备的具体实施例中所述的支撑绝缘子的结构相同，不再赘述。
Claims (3)
1.支撑绝缘子，其特征是，包括沿上下方向延伸的支撑导热部分及周向包围的布置在支撑导热部分外的外绝缘部分，支撑导热部分包括在上下方向上位于两端的金属支撑件以及与两端的金属支撑件顶压接触并将两端金属支撑件绝缘隔开的陶瓷传热结构，两端金属支撑件中的其中一个上设有用于与待支撑的导电体紧固连接的导电体连接结构，另一个上设有用于与相应绝缘子安装基础紧固连接的绝缘子安装基础连接结构，所述陶瓷传热结构为陶瓷片，两端金属支撑件与陶瓷片厚度方向相背的两个面顶压接触，在垂直于陶瓷片厚度方向上陶瓷片的尺寸大于金属支撑件的尺寸，所述陶瓷片的厚度小于金属支撑件的厚度，所述金属支撑件远离陶瓷传热结构的端部凸出外绝缘部分设置，所述支撑导热部分整体上呈芯柱结构，且芯柱结构设置在支撑绝缘子的中心位置处。
2.根据权利要求1所述的支撑绝缘子，其特征是，所述导电体连接结构和绝缘子安装基础连接结构分别为设置在相应金属支撑件上的内螺纹孔。
3.开关设备，包括箱体和通过支撑绝缘子支撑布置在箱体内的导电体，其特征是，所述支撑绝缘子采用权利要求1或2所述的支撑绝缘子，支撑绝缘子的两端金属支撑件中的其中一个上的导电体连接结构与所述导电体紧固连接，另一个上的绝缘子安装基础连接结构与所述箱体上的绝缘子安装基础紧固连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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