CN111133538B - 具有陶瓷间隔元件的高压装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压装置(1)，其具有壳体(2)和与壳体(2)电绝缘的至少一个构件(3)。该至少一个构件(3)与壳体(2)间隔开地进行布置，并且与壳体(2)机械连接。在壳体(2)与至少一个构件(3)之间布置有至少一个陶瓷间隔元件(6)。根据本发明的、对高压装置(1)的应用包括：在与壳体(2)电绝缘的至少一个构件(3)的连接元件处产生的热量通过至少一个陶瓷间隔元件(6)从构件(3)传导到壳体(2)，并且从壳体(2)发散到周围环境中。

Description

具有陶瓷间隔元件的高压装置及其应用
本发明涉及一种具有壳体和与壳体电绝缘的至少一个构件的高压装置。该至少一个构件与壳体间隔地进行布置，并且与壳体机械连接。本发明还包括之前描述的高压装置的应用。
例如，从US 3,525,908中已知一种高压装置、特别是用于高达1200kV电压和/或几千安培的测量互感器或仪表变压器。例如布置在绝缘件上的壳体在空间上包围用于测量高压和/或电流的设备，例如线圈。在壳体中，线圈围绕导体地布置，在导体上施加有高压和/或有待测量的大电流流过该导体，其中，该壳体填充有电绝缘介质，例如填充有油、SF6和/或清洁空气。导体与绝缘件和/或壳体上的连接端电接触，该连接端与壳体电绝缘。连接端设计用于连接来自电网、耗电器和/或发电机的线路。在使用中，几千安培范围内的高电流经由导体从一个连接端流到另一连接端。在此，连接端处的高电流会导致强烈的发热。
壳体与连接端和/或可连接或已连接的电气线路电绝缘。连接端例如被设计为壳体上的绝缘构件、尤其是以金属板的形式。金属板的表面可以实现利用周围空气进行冷却，并且向周围或周围环境散发热量。为了减少连接端的发热，可以采用铜制的构造、尤其是具有镍涂层。这导致高成本，并且连接端的有限的外表面导致向环境的有限的散热。对于高的初级电流，发热可能会超过温度的允许界限值，并且可能无法通过连接端充分散热。
因此，本发明要解决的技术问题是提供一种避免前面所描述问题的高压装置及其应用。特别地，要解决的技术问题是提供一种高压装置，其连接端可以以至少一个电绝缘构件的形式低成本、简单、机械稳定且紧凑地进行设计，同时能够尽可能高地从绝缘构件散热。
根据本发明，该技术问题通过具有根据权利要求1的特征的高压装置和/或通过根据权利要求12的对高压装置的应用来解决。在属权利要求中给出了根据本发明的高压装置的有利的设计方案及其应用。在此，主权利要求的内容可以相互组合，并且可以与从属权利要求的特征组合，并且从属权利要求的特征可以相互组合。
根据本发明的高压装置包括壳体和与壳体电绝缘的至少一个构件。至少一个构件与壳体间隔开地进行布置，并且特别机械稳定地与壳体连接。在壳体与至少一个构件之间布置有至少一个陶瓷间隔元件。
利用在壳体与至少一个构件之间的至少一个陶瓷间隔元件所进行的至少一个构件在壳体上的间隔布置可以实现至少一个构件与壳体的良好电绝缘，同时通过至少一个陶瓷间隔元件具有良好的热量传导或导热性。例如在大电流的情况下，在至少一个构件形式的高压装置的连接端处产生的热量可以通过至少一个陶瓷间隔元件良好地传导到壳体。壳体用作具有大的表面积的冷却面，该冷却面可以实现将热量良好地散发到周围环境中。通过所述电绝缘的构件能够使高压装置的特别是在壳体内部的元件或部件电接触，其中电绝缘的构件形成低成本、简单、机械稳定且紧凑的连接端或连接元件。
陶瓷间隔元件可以是陶瓷盘和/或陶瓷套筒和/或特别是被夹紧的陶瓷板、特别是空心圆柱形地构造具有圆形底面和/或具有沿着中心轴线贯穿的开口。借助紧固件、尤其借助螺钉和/或与构件电绝缘的紧固件可以将至少一个构件固定在壳体上。利用居中地具有特别是贯穿、特别是圆形和/或矩形开口的陶瓷盘和/或陶瓷套筒和/或陶瓷板可以通过螺钉良好地，即机械稳定且电绝缘地将至少一个构件固定在壳体上，其中螺钉分别可以穿过陶瓷盘和/或陶瓷套筒的贯穿的、尤其是圆形的开口。陶瓷盘和/或陶瓷套筒保持至少一个构件与壳体之间的固定的、机械稳定的间隔，并且允许至少一个构件与壳体电绝缘，同时在至少一个构件和壳体之间有良好的热交换。之前描述的优点与此相关。
陶瓷间隔元件可以具有高电阻和高导热性。由此确保了至少一个构件与壳体的良好电绝缘，同时确保了至少一个构件与壳体之间的良好的热交换。
可以包括至少一个电接触元件、特别是至少一个螺钉，以便将至少一个构件与壳体内的、高压装置的至少一个元件电接触。高压装置可以根据仪表变压器的类型进行设计。在仪表变压器中、也即壳体中的电气元件，例如导体、线圈和/或电容器可以通过至少一个电接触元件、特别是通过至少一个螺钉与外部连接件端或至少一个构件、并特别是与该构件连接电气线路和/或汇流线电接触。
与壳体电绝缘的至少一个构件可以包括至少一个连接元件以连接电气线路和/或汇流线、特别是用于电连接到电源线、耗电器和/或发电机。由此可以电连接高压装置，以便满足符合装置类型的预定功能。
与壳体电绝缘的至少一个构件可以包括至少一个板形元件、特别是至少一个长方六面体状的板和/或由板形元件组成的L形元件。连接元件和接触元件都可以良好布置在板形元件处，中和/或上，并且可以通过板形元件简单且低成本地产生元件之间的良好的电接触。
与壳体电绝缘的至少一个构件可以由金属、特别是铜和/或钢构成，和/或包括金属、特别是铜和/或钢和/或合金。由此通过与壳体电绝缘的构件提供了良好的导电性和导热性，其具有前面描述的优点。
壳体、特别是圆柱形的壳体可以由金属、特别是铸铁构成，和/或包括金属、特别是铸铁。由此通过壳体提供了良好导热性，并且在电流流过的状态下，在与壳体电绝缘的构件处、例如在具有连接元件和/或接触元件的电连接部和/或连接表面处以及在构件本身中产生的热量可以通过壳体、特别是通过壳体的大面积良好地散发到周围环境中。
至少一个陶瓷间隔元件可以由氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化铝陶瓷制成和/或包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化铝陶瓷。这种陶瓷间隔元件具有较高的导热性、特别是大于30或大于100W/(m x K)的导热性，并且具有较低的导电率或较高的电阻率、特别是在20℃时大于1012欧姆-米或大于1010欧姆-米。由此提供了壳体与相对于壳体电绝缘的构件之间的良好电绝缘，并且具有良好的导热性或者可以通过陶瓷间隔元件导出多余的热量。
根据本发明的、对上面描述的高压装置的应用包括：在与壳体电绝缘的至少一个构件的连接元件处、特别是用于连接电气线路和/或汇流线的连接元件处产生的热量通过至少一个陶瓷间隔元件从构件传导到壳体，并且从壳体发散到周围环境中。
与壳体电绝缘的至少一个构件与壳体中的元件、特别是变压器部件的电接触可以通过至少一个电接触元件、特别是通过至少一个螺钉实现，其特别是具有在几千安培的范围内的电流承载能力。
根据本发明的、对根据权利要求12的高压装置的应用的优点类似于前面描述的、根据权利要求1的根据本发明的高压装置的优点，反之亦然。
下面，在唯一的附图中示意性示出了本发明的实施例，并且下面对其进行更详细的描述。附图中：
图1以斜视图示意性示出了根据本发明的高压装置1的壳体2的一部分，其具有与壳体2电绝缘的、通过陶瓷间隔元件与壳体2间隔开的构件3。
唯一的附图示以斜视图示出了根据本发明的高压装置1的壳体2的一部分，其具有与壳体2间隔开的构件3。构件3用作该高压装置1的连接端或连接元件，在连接端或连接元件上连接有例如电气线路、汇流线和/或诸如耗电器和/或发电机的设备。例如，可以将它们螺旋连接、钎焊、焊接和/或夹紧连接到构件3上。构件3具有板的形状、特别是成角度弯折的板的形状。板的两部分围成90度的角，其中每部分长方六面体状地构造。板的成角度弯折的部分远离壳体2、特别是垂直地远离相邻的壳体表面，其中板的另一部分平行于相邻的壳体表面进行布置。
与壳体2间隔开的构件3例如由钢、铜制成和/或涂覆有镍。出于成本原因，还可以使用较便宜的材料，例如铝和/或铸铁。壳体2由金属，例如钢、铸铁、铜和/或铝制成。壳体2和构件3分别被设计为导电良好和导热良好。由于构件3的较小表面积，几乎没有热量直接从构件3散发到周围环境中，例如周围空气中。由于壳体2大的表面积，壳体2能够将大量的热能散发到环境或者说外部环境中，因此可以将壳体2用作冷却面。
根据本发明的高压装置1例如是仪表变压器、尤其是用于测量高压线路中的电流的电流互感器。壳体2布置在绝缘件、例如带肋条的、柱形陶瓷和/或硅树脂绝缘件上，绝缘件用作支承件并且为简明起见未在图中示出。壳体2例如是球形或盆形的，具有基本上圆形或四边形的底部。在相对的侧上分别布置有与壳体2间隔开的构件3，其例如具有连接的架空线。根据本发明的高压置1例如电连接在高压线路之间，以便测量经过高压线路的电流。在此，可以有高达1200kV的电压施加在根据本发明的高压装置1上，或者有几千安培的电流流过根据本发明的高压装置1。
为了测量特别大的电流，在壳体2中，将线圈围绕导体地布置，通过线圈可以特别是电感地测量线路中的电流。壳体2中的导体(为了简明起见在图中未示出)通过电接触元件7与构件3电连接。与壳体2电绝缘的、例如由铜和/或钢制成的螺钉和/或螺栓和/或特别是焊接连接部相对于壳体2电绝缘地从内至外地引导穿过壳体2，并且将导体与构件3电连接。在图中，示例性地在壳体3的平行于壳体2布置的、板形的部分中布置六个螺钉作为电接触元件7，即六个螺钉螺旋和/或引导穿过板，并且与壳体电绝缘地、从外至内地引导穿过壳体2，并且与壳体2中的导体电连接。
与壳体2电绝缘的构件3通过紧固件5机械稳定地与壳体2连接，即例如螺旋连接到壳体2上。在该图的实施例中，该壳体2上设置有例如带有内螺纹的插座4，螺钉5螺旋进入插座4以固定构件3。四个螺钉5，两个在构件3的左侧，两个在构件3的右侧，用于将构件3机械固定在壳体2上。为了防止螺钉5与构件3之间的电接触，即为了构件3与壳体2的电绝缘，在构件3的螺钉头与构件3之间布置有绝缘件8、尤其是塑料垫片形式的绝缘件8。
为了电绝缘，将陶瓷间隔元件6布置在壳体2与构件3之间。间隔元件6还可以以圆形垫片的形式构造，或者以中空圆柱形的套筒的形式构造。沿着间隔元件6的中心轴线的贯穿的尤其圆形开口可以实现螺钉5贯穿通过间隔元件6，即螺钉5穿过间隔元件6，并且间隔元件6在空间上包围螺钉5的区域。间隔元件6和插座4的厚度或高度一起确定构件3与壳体2的间距。在构件3朝向壳体2的一侧，间隔元件6使构件3与壳体2电绝缘。在构件3背向壳体2的一侧，特别是塑料垫片形式的绝缘件8使构件3与壳体2或者使螺钉5与构件3电绝缘。
为了使螺钉5在贯穿通过构件3的区域中与构件3电绝缘，螺钉5可以有绝缘涂层，例如利用特氟龙(Teflon)，和/或贯穿孔具有比螺钉孔大得多的直径，并且螺钉5居中地引导穿过贯穿孔，和/或贯穿孔有绝缘涂层，例如涂漆，和/或陶瓷间隔元件6具有至少两个直径，一个大于贯穿孔的直径，一个小于贯穿孔的直径，其中间隔元件6以较小的直径或者说在收窄区域中突出进入或穿过贯穿孔。由此可以通过陶瓷间隔元件6实现构件3与壳体2之间的良好的电绝缘。
通过接触面、特别是构件3在间隔元件6上的贴放面，并且通过接触面、特别间隔元件6在壳体2上或壳体2的插座4上的贴放面进行良好的导热。在构件3上或中例如通过在几千安培范围内的大电流和构件3的接触电阻和/或线路电阻形成的热量通过良好导热的陶瓷间隔元件6被传导到壳体2。通过壳体2的大的外表面将热量良好地散发到周围环境中。由此，在非常大的电流强度的情况下可以满足高压装置1的连接端3的最高温度的标称值。
之前描述的实施例可以相互组合和/或可以与现有技术组合。由此，可以设置恰好一个陶瓷间隔元件6或多个陶瓷间隔元件6。陶瓷间隔元件6例如由氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化铝陶瓷制成。还可以使用其他陶瓷、尤其是具有高电阻率和高导热性的陶瓷。绝缘件8可以由塑料垫片构成，或者也可以由电绝缘的陶瓷构成，并且类似于陶瓷间隔元件6起作用。可以设置插座4，或者可以将紧固件5、特别是螺钉直接插入或旋进壳体壁中。构件3可以是有角度的，或者例如是无角度平板形的、特别是具有矩形、圆形或椭圆形的底面。高压装置1例如可以是电流互感器、电压互感器、组合式互感器，用于气体绝缘开关设备的测量互感器、光学互感器和/或高压开关。
附图标记列表
1高压装置、特别是测量互感器
2壳体
3电绝缘的构件
4插座
5紧固件、特别是螺钉
6陶瓷间隔元件、特别是陶瓷盘
7进入壳体的电接触元件、特别是螺钉
8绝缘件、特别是塑料垫片

Claims (21)

1.一种高压装置(1)，所述高压装置是用于高达1200kV电压和/或几千安培的仪表变压器，所述高压装置具有壳体(2)和与所述壳体(2)电绝缘的至少一个构件(3)，其中所述至少一个构件(3)与所述壳体(2)间隔开地进行布置，并且与所述壳体(2)机械连接，
其特征在于，在所述壳体(2)与所述至少一个构件(3)之间布置有至少一个陶瓷间隔元件(6)，所述陶瓷间隔元件构造为圆形垫片的形式。
2.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，所述陶瓷间隔元件(6)具有高电阻和高导热性。
3.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，借助与所述构件(3)电绝缘的紧固件(5)将所述至少一个构件(3)固定在所述壳体(2)上。
4.根据权利要求3所述的高压装置(1)，其特征在于，所述紧固件(5)是螺钉。
5.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，包括至少一个电接触元件(7)，以便将所述至少一个构件(3)与所述壳体(2)内的高压装置(1)的至少一个元件电接触。
6.根据权利要求5所述的高压装置(1)，其特征在于，所述电接触元件(7)是螺钉。
7.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，与所述壳体(2)电绝缘的所述至少一个构件(3)包括至少一个连接元件以连接电气线路和/或汇流线。
8.根据权利要求7所述的高压装置(1)，其特征在于，所述连接元件用于电连接到电源线、耗电器和/或发电机。
9.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，与所述壳体(2)电绝缘的所述至少一个构件(3)包括至少一个板形元件和/或由板形元件组成的L形元件。
10.根据权利要求9所述的高压装置(1)，其特征在于，所述板形元件是长方六面体状的板。
11.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，与所述壳体(2)电绝缘的所述至少一个构件(3)由金属和/或包括。
12.根据权利要求11所述的高压装置(1)，其特征在于，所述金属是铜和/或钢和/或合金。
13.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，所述壳体(2)由金属构成和/或包括金属。
14.根据权利要求13所述的高压装置(1)，其特征在于，所述壳体是圆柱形的壳体。
15.根据权利要求13所述的高压装置(1)，其特征在于，所述金属是铸铁。
16.根据权利要求1所述的高压装置(1)，其特征在于，至少一个陶瓷间隔元件(6)由氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化铝陶瓷制成和/或包括氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化铝陶瓷。
17.一种对根据上述权利要求中任一项所述的高压装置(1)的应用，
其特征在于，在与壳体(2)电绝缘的至少一个构件(3)的连接元件处产生的热量通过至少一个陶瓷间隔元件(6)从所述构件(3)传导到所述壳体(2)，并且从所述壳体(2)发散到周围环境中。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，所述连接元件用于连接电气线路和/或汇流线。
19.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，在相对于所述壳体(2)电绝缘的至少一个构件(3)与所述壳体(2)中的元件之间的电接触通过至少一个电接触元件(7)实现，所述电接触元件具有在几千安培的范围内的电流承载能力。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述元件是变压器部件。
21.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述电接触元件(7)是螺钉。
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