CN111226357B - 用于电连接的联接构件 - Google Patents

Abstract

一种用于进行电连接的可湿式配合的联接构件(100)，包括：主体(110)以及位于内腔(120)内部的中空套筒(140)，该主体(110)具有限定内腔(120)的腔壁(112)。套筒(140)被布置在内腔(120)中，以限定在套筒(140)和腔壁(112)之间的外室(150)。套筒(140)限定在套筒(140)内部的内室(160)。套筒(140)包括电绝缘层(141)和导电层(142)。导电层限定套筒的在外室中的外表面，并且包括半导电层，该半导电层是导电弹性体。电触头(102)适于容纳在内室(160)内部，并且被配置用于进行电连接。

Description

用于电连接的联接构件

技术领域

本公开涉及一种用于进行电连接的联接构件。

背景技术

在许多行业中，电连接器的联接和脱开是普遍的要求。在电连接器在海底被联接和脱开(即，可湿式插拔的或可湿式配合的)的情况下，需要电绝缘以及压力平衡，以确保可靠的操作。

为了这些目的，已知的是将电触头容纳在填充有介电液体(诸如，油)的内腔中。作用在连接器上的任何外部压力均通过介电液体在内部得到均衡，从而减轻可能作用在密封件上的压力差。此外，介电液体用于使导体电绝缘。然而，对介电液体的污染(例如，由于海水进入)稀释了介电液体，并且导致了电应力。特别是在中电压和高电压应用中，这可以迅速引起电连接器的故障。

常规地，通过将内腔分离成嵌套的室的布置，来解决介电性质的降低。外(或“主要”)室容纳导体所在的内(或“次要”)室。外室提供屏障以防止污染物的进入，使得内室较少暴露于污染。尽管如此，仍发生内室的污染(特别是由于反复的配合和解除配合)，这导致介电液体继续被稀释，并且电绝缘性降低。

因此，非常期望具有一种改善的电绝缘性的可湿式插拔的电连接器。

发明内容

根据本公开，提供了如所附权利要求中阐述的设备。本发明的其他特征从从属权利要求和后面的描述中将变得清楚。

因此，可以提供一种用于进行电连接的可湿式配合的联接构件。联接构件包括主体以及中空套筒，该主体具有限定内腔的腔壁，该套筒位于内腔内部。套筒位于内腔内部，以限定在套筒和腔壁之间的外室并限定在套筒内部的内室。套筒包括电绝缘层和导电层，该导电层限定套筒的在外室中的外表面，并且包括半导电层，该半导电层是导电弹性体。电触头适于容纳在内室内部，并且被配置用于进行所述电连接。

因此，提供了一种适合于中电压和高电压应用的可湿式配合的联接构件。

联接构件还可以包括第二导电层，该第二导电层限定套筒的内表面。

第二导电层可以被电连接到电触头。

限定套筒的外表面的导电层可以被配置成连接到电接地。

电绝缘层可以被提供在导电层之间。

套筒的各层可以彼此一体地形成。

套筒可以包括头部部分，该头部部分设置有：通达孔口以及在通达孔口和内室之间延伸的通达通道，其中通达通道由头部部分的形成电绝缘层的一部分的内表面所限定。

联接构件还可以包括可动地被布置在通达通道中的梭式销，其中梭式销可以在第一位置和第二位置之间运动，在该第一位置中，通达通道被密封，在该第二位置中，通达通道是开放的。

套筒可以包括尾部部分，该尾部部分形成插口开口以及在插口开口和内室之间延伸的插口通道，其中插口通道由尾部部分的形成电绝缘层的一部分的内表面所限定。绝缘层可以包括绝缘弹性体。

内腔可以被配置成保持介电液体。

根据另一个示例，可以提供一种包括联接构件的联接组件，其中电触头包括插口的一部分；并且联接组件还包括用于与联接构件进行所述电连接的另外的联接构件，其中该另外的联接构件包括被布置成被接纳到插口中的导电销。

导电销可以具有导电外表面。

附图说明

现在将参考附图来描述本公开的示例，其中：

图1示出了处于脱开构型的联接组件的局部剖视侧视图；

图2是阳型联接构件的局部剖视侧视图；

图3是套筒的横截面侧视图；

图4是围绕图3的套筒的电压分布的示意性说明；

图5示出了阴型联接构件；以及

图6示出了处于联接构型的联接组件的局部剖视侧视图。

具体实施方式

本公开涉及一种用于进行电连接的电连接器。更特别地，电连接器适合于在水下进行电连接和断开电连接。电连接器可以包括联接构件的组件，这些联接构件被布置成机械地接合，以便在从脱开构型达到联接构型时闭合电路。

常规地，电连接器已在连接器的导电销上设置有绝缘橡胶。在销的芯部中可能存在高电压，而销外部可以处于低电压或零电压。涂有橡胶的销通常被容纳在包含介电液体或油的密封体积中。油可以经受来自销处的高电压所产生的电场的电应力，销穿过橡胶杂散到周围的油。油的品质随着时间的推移而自然地劣化，并且存在油被污染的风险，这两种情况都可能导致因电应力对连接器的损坏。

本发明通过以下方式来解决该问题：在销周围使用不同的材料，以防止杂散电场到达介电介质，并允许介电介质简单地操作为连接器中的压力补偿器，而非必须保持油的纯度和品质以防止由于电应力所造成的损坏。

可以提供内部半导电层，这样做也使销轮廓平滑，并且外部半导电层防止杂散电场到达介电介质。这种保护效应大大改善了连接器的电性能。半导电层通常包括聚合物和导体(诸如，碳或石墨)的混合物，但是也可以使用其他类型的半导电材料。部分绝缘和弱导电的这种组合在导体周围起到屏障作用。图1示出了根据本公开的联接器组件10的局部剖视图。联接组件包括一对联接构件100、200，即，第一联接构件100和第二联接构件200。第一联接构件(也称为插塞100)和第二联接构件(也称为插孔200)各自被直接端接到海底电缆，以形成海底(电)连接器对。因此，这些联接构件被提供作为阳型联接构件100和阴型联接构件200。

电触头被容纳在每个联接构件100、200中。通过将联接构件集合在一起以将阳型联接构件插入到阴型联接构件中，来实现联接构件的配合。通过分离这些联接构件，来实现联接构件的解除配合。配合和解除配合是通过沿着联接轴线A:A的相对线性运动来实现的。换句话说，联接构件可以在配合(或“联接”)构型和解除配合(或“脱开”)构型之间配置。当联接构件进入配合构型时，电触头可以被集合在一起以闭合电路。当联接构件进入解除配合构型时，电触头被分离以断开电路。

联接组件10被配置用于在不暴露电触头的情况下配合和解除配合。如早前所解释的，这是对可湿式配合的联接组件的要求。至少一个联接构件100、200的电触头被容纳在填充有介电液体的密封体积内部。根据本示例，阳型联接构件100将电触头102容纳在密封体积中。此外，密封体积被布置成接纳阴型联接构件的匹配的电触头202，以由此闭合电路。

图2示出了阳型联接构件100的局部剖视侧视图。

阳型联接构件100包括主体110。该主体可以替代地被称为壳体110或突起110。主体110被布置成由阴型联接构件200接纳。主体可以具有用于插入到阴型联接构件中的任何合适的形状。

主体110被配置成容纳电触头102并使得电触头102电绝缘。主体限定内腔120。更特别地，内腔由主体的腔壁112(或内壁)限定，(或者由主体的腔壁112(或内壁)“定界”)。

内腔120是电绝缘的。腔壁112包括被配置成提供压力补偿的外隔膜130(或“主要隔膜”)。根据本示例，外隔膜具有单个层。此外，内腔填充有介电液体，该介电液体可以是准许压力补偿和电绝缘的任何可压缩流体，例如油。

套筒140或内隔膜140或次要隔膜140被提供在内腔120内部。

套筒140被配置成容纳电触头102。套筒是中空的，且因此将内腔120划分成位于套筒外部的外室150以及位于套筒内部的内室160。外室由腔壁112和套筒140定界。更特别地，外室由内壁的外隔膜(该外隔膜是存在于本示例实施例中)和套筒的外表面所定界。内室由套筒的内表面(或“内部表面”)定界。换句话说，外室围封套筒，并且套筒围封内室。外室和内室可以替代地分别被称为外腔部分和内腔部分。

图3示出了套筒140的横截面图。套筒被配置成使内室160电绝缘。更特别地，套筒被配置成使被容纳在套筒中的电触头102电绝缘，并且在与阴型联接构件200配合时也使阴型联接构件的电触头202绝缘。套筒被配置成提供对电荷的屏障以及对由电荷产生的电场的屏障。

套筒140包括至少一个电绝缘(或“非导电”)层141。该电绝缘层提供对电荷的屏障，即，绝缘层禁止电荷或电流(例如，可以由电触头102、202引起的电流或电荷)流经套筒。套筒140还包括至少一个导电层142、143(通常为半导电层)，以减小由特别是存在于套筒内部的电荷引起的电应力。

根据本示例，电绝缘层141被提供在导电层142、143之间，尽管在绝缘层外部仅具有导电层的情况下，仍可以提供电屏蔽。对于所示的布置，套筒140具有外部半导电层142和内部半导电层143，并且绝缘层141被提供在这些导电层之间。外部导电层限定套筒的外部表面。内部导电层限定套筒的内部表面。

包括电触头102的插口170被容纳在内室160的内部。该插口一般为细长的并且是柱形的。插口和套筒140一般同轴地布置，即，在横截面中同心地布置。

图4示出了围绕套筒140的电势分布的示意性说明，该电势是由存在于套筒内部(即，位于内室160中)的电荷引起的。

内部半导电层143被电连接到插口，从而引起内部半导电层处于与插口相同的电势。因此，内室160均匀地处于单一电势。换句话说，电触头102的电荷不产生电应力。技术人员将熟悉基本的物理原理，根据该物理原理，理想的导体内部不存在电场。

绝缘层141使内部半导电层143绝缘，且因此被配置成防止电荷从内部半导电层流到套筒的外部。

外部半导电层142被配置成屏蔽由内部半导电层143产生的电场。由于内部半导电层被电连接到插口170并且由绝缘层141电绝缘，因此内部半导电层一般可以处于与外室150的电势不同的电势。因此将引起电应力，但是外部半导电层起到了屏蔽内部半导电层的作用，并因此起到防止所述电应力的作用。

因此，根据本申请的套筒140与常规套筒不同，常规套筒仅拥有单个绝缘层且没有半导电层。对于常规套筒，需要在内室中以及在外室中的介电液体来提供电绝缘，以减小由存在于常规套筒内部的电荷所引起的电应力。因此，常规的电应力控制很大程度上取决于介电液体的品质(或纯度)，并且品质的降低可以最终导致电连接器的故障。相比之下，根据本申请的套筒提供独立于介电液体的品质的电应力控制。相反，应力控制仅由套筒的性质决定。值得注意的是，套筒的制造过程可以加以良好控制，以将对套筒的污染保持到最小。

因此，本公开提供了一种用于进行电连接的可湿式配合的联接构件100。联接构件100包括主体110和位于内腔内部的中空套筒140，该主体110具有限定内腔120的腔壁112，该套筒被布置在内腔中，以限定在套筒和腔壁之间的外室150。套筒限定在套筒内部的内室160，套筒包括电绝缘层141和导电层142、143。电触头102被容纳在内室内部，并且被配置用于进行所述电连接。

根据本示例，套筒140一般为柱形的。此外，套筒包括头部部分144和尾部部分145。中间部分146在头部部分和尾部部分之间延伸。根据本示例，中间部分一般为细长的，从而导致整体为细长的套筒。

尾部部分145对应于套筒140的第一端。尾端包括插口开口和将插口开口连接到内室的插口通道。插口通过插口通道延伸入内室中。根据本示例，插口通道由尾部部分的内表面形成，该内表面由电绝缘层141限定。此外，在尾部部分处，外部导电层142直接接触腔壁112而不是外隔膜130，以将外部导电层连接到电接地。

头部部分144对应于套筒140的第二端，该第二端与第一端相对。头部部分包括通达孔口147(或“口部”)，在使用中，将电触头202插入穿过该通达孔口，以闭合电路。头部部分包括通达通道148，该通达通道在通达孔口和内室160之间延伸。也就是说，通达通道被配置用于将电触头传递到内室中。通道由头部部分的内表面形成，该内表面由电绝缘层限定。因此，所暴露的电触头(特别是电触头202)可以被插入穿过通达通道，但仍然是电绝缘的。

梭式销172可动地被布置在通达通道148中。梭式销与主体110形成机械密封，以防止介电液体从主体泄漏。梭式销被配置成：当联接构件100被断开连接时，通过与套筒140形成压盖密封，来物理地密封通达通道。为方便起见，梭式销被配置成在插入阴型联接构件200的电触头202时开放通达通道。梭式销能够在开放构型和闭合构型之间运动。在闭合构型中，梭式销延伸入通达通道中并将该通达通道完全密封。在开放构型中，梭式销从通达通道中完全撤回，并且暴露电触头102。为方便起见，梭式销被配置成通过插入电触头202而移位，使得梭式销被更远地推入到插口170中，并且暴露位于插口170中的电触头102。

图5示出了阴型联接构件200。阴型联接构件包括主体210(或“壳体”)，该主体形成凹部212，阳型联接构件100被接纳到该凹部212中。凹部的形状与阳型联接构件的形状互补。

根据本示例，阴型联接构件200的电触头202被设置在销270上。销可以被插入到阳型联接构件100的插口170中，以便闭合电路。

主体210包括护套220，该护套可以沿着销270在密封构型和暴露构型之间运动，在该密封构型中，电触头202是被绝缘的，在该暴露构型中，该电触头是被暴露的。在图5中，护套被描绘为处于闭合构型，从而使电触头与周围环境绝缘。

销270具有沿着销延伸到中途的导电外表面。例如，销的外表面可以被金属化，以提供导电涂层。导电涂层被配置成屏蔽由存在于销内部的电荷产生的电场。导电涂层被配置成围封(或“包围”)销的内部。为方便起见，当使联接构件100、200配合时，导电涂层因此屏蔽电荷。导电涂层被提供在销的一部分上，该部分在进行配合时不延伸入套筒140中，且因此将不被套筒屏蔽。

注意的是，根据所描述的示例的联接组件10可以从介电液体中完全去除电应力，该联接组件包括具有三个层141、142、143的套筒140以及具有导电外表面的销270，电应力原本将由插口或销的电荷引起。

图6示出了处于联接布置的阳型联接构件100和阴型联接构件200。

根据本示例，联接构件100、200被配置成使得当联接构件处于联接构型时电路被闭合。

在联接期间，阳型联接构件100的主体110被接纳到阴型联接构件200的凹部212中，并且与护套220邻接。在该布置中，销270邻接梭式销172，该梭式销处于其闭合位置中。

将主体110更远地推入凹部212中引起主体使护套移位，并且引起销270进入主体110。继而，销使得梭式销172从梭式销的闭合位置朝向开放位置移位。更特别地，当销引起梭式销移位时，梭式销从外室150中撤回。因此，可以存在于销和梭式销之间的任何液体都被溶解到外室的介电液体中。当电触头202穿过外室时，外室中的介电液体使销上的电触头电绝缘。

通过联接构件之间的相对运动，使销270进一步移位，这引起销进入套筒140的通达通道148，并且引起梭式销172从通达通道移位。为方便起见，套筒是柔性的，以允许套筒能够响应于由销的插入引起的压力变化而膨胀。随着电触头202穿过通达通道，通达通道的内表面(该内表面由绝缘层141形成)使电触头202电绝缘。

将联接构件100、200一起进一步推动引起销270进入内室160，并且使销的电触头202与插口的电触头102接触。这还引起护套220完全移位，并且引起联接组件10处于联接布置。通过适当的装置将联接构件锁定处于联接布置，以防止意外脱开。

当处于联接布置时，销270的导电涂层与套筒140的外部导电层142接触，由此实现接地导通性。

为了断开电路，将销270从插口170中撤回。梭式销172被偏压朝向梭式销的闭合位置。可以使用任何合适的偏压装置，诸如例如延伸穿过插口的弹簧174。为方便起见，当销从主体110中完全撤回时，梭式销再次处于梭式销的闭合位置中。类似地，护套220被偏压朝向护套220的密封构型，使得当主体110从凹部212中撤回时，护套运动，以密封销的电触头202。

可以工业制造根据本公开的套筒140。合适的材料选择可以包括例如柔性弹性体，而合适的制造过程可以包括(注射)模制。

更特别地，弹性体的某些变体是电绝缘的，而弹性体的其他变体是导电的。可以通过添加例如碳或石墨来制造导电弹性体。绝缘层141适当地包括绝缘弹性体。类似地，半导电层适当地包括导电弹性体。因此，套筒140可能形成为具有多个层，所述多个层包括至少一个绝缘层和至少一个半导电层。

当使用一个或多个弹性体形成套筒140的层141、142、143时，套筒是柔性的，并且特别地，能够响应于套筒内部的压力变化而膨胀或收缩。例如，由于电触头202插入到插口170中，可能出现此类压力变化。

为方便起见，套筒一体地形成，使得各个层直接被对接。也就是说，形成两个相邻层，并且基本上在相邻层之间未形成间隙。根据本公开的套筒140是三重弹性体模制件。

套筒140被配置成从联接构件100中去除由存在于套筒内部的电荷所引起的电应力。因此，不再需要为了电应力控制而依赖于介电液体，这可以特别地改善联接构件的长期操作可靠性。也就是说，因为常规联接构件的介电液体响应于联接和脱开而经受污染，这尤其影响长期可靠性。相比之下，根据本公开的联接构件没有受到介电液体的介电性质的降低的不利影响。

可以在组装联接构件100之前单独地测试和验证套筒140，以便确保套筒140的电性能。由此，可以减少在最终测试和操作期间发生故障的风险。

套筒140可以被制造为具有低壁厚。这与常规套筒相反，常规套筒具有相对高的壁厚，以便确保电绝缘。值得注意的是，尽管套筒140具有多层，但是各层的总厚度可以低于单层式常规套筒的总厚度。

在附图中所图示的示例电连接器中，套筒具有一般为柱形的形式。更一般地，套筒被成形为围封插口170，并且可以具有适合于围封插口的任何其他形状。

根据所描述的示例，电连接器是三相连接器。也就是说，尽管仅描述了单个插口或销，但是在插塞或插口上提供了三个插口或销。在其他示例中，可以提供不同的多相连接器或单相连接器。

在上文所描述的示例中，内腔120填充有介电液体。如所解释的，根据本公开的套筒提供电应力控制，使得介电液体的介电性质对于联接构件的操作来说不是必需的。因此，可以替代地使用合适的非介电液体。然而，介电液体可以被用于进一步改善电绝缘以及用于其他目的，诸如润滑、压力均衡。

根据所描述的示例，阳型联接构件包括插口。根据其他示例，阴型联接构件可以包括插口。

本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何方式加以组合，除非此类特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤不相容。

本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的每个特征，除非另有明确陈述，否则可以由起相同、等效或类似作用的备选特征所代替。因此，除非另有明确陈述，否则所公开的每个特征仅是一系列通用等效或类似特征的一个示例。

本发明并不限于前述(多个)实施例的细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的任一种新颖特征或特征的任一种新颖组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤中的任一种新颖步骤或步骤的任一种新颖组合。

Claims (12)

1.一种用于进行电连接的可湿式配合的联接构件(100)，所述联接构件(100)包括一个主体(110)和一个中空套筒(140)，所述主体(110)具有限定一个内腔(120)的一个腔壁(112)，所述中空套筒位于所述内腔(120)内部；其中所述套筒(140)被布置在所述内腔(120)中，以限定在所述套筒(140)和所述腔壁(112)之间的一个外室(150)并限定在所述套筒(140)内部的一个内室(160)；其中所述套筒(140)包括一个电绝缘层(141)和一个导电层(142)，所述导电层限定所述套筒的在所述外室中的一个外表面，并且包括一个半导电层，所述半导电层是一个导电弹性体；并且其中一个电触头(102)适于容纳在所述内室(160)内部，并且被配置用于进行所述电连接，

其中所述套筒(140)包括一个头部部分(144)，所述头部部分设置有一个通达孔口(147)以及在所述通达孔口和所述内室(160)之间延伸的一个通达通道(148)，其中所述通达通道(148)由所述头部部分(144)的形成所述电绝缘层(141)的一部分的一个内表面所限定。

2.根据权利要求1所述的联接构件(100)，其中所述联接构件还包括一个第二导电层(143)，所述第二导电层限定所述套筒(140)的一个内表面。

3.根据权利要求2所述的联接构件(100)，其中限定所述套筒的所述内表面的所述导电层(143)被电连接到所述电触头(102)。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的联接构件(100)，其中限定所述套筒的所述外表面的所述导电层(142)被配置成连接到电接地。

5.根据至少权利要求2所述的联接构件(100)，其中所述电绝缘层(141)被提供在两个所述导电层(142、143)之间。

6.根据权利要求5所述的联接构件(100)，其中所述套筒(140)的多个所述层(141、142、143)彼此一体地形成。

7.根据权利要求1所述的联接构件(100)，还包括可动地被布置在所述通达通道(148)中的一个梭式销(172)，其中所述梭式销(172)能够在一个第一位置和一个第二位置之间运动；其中在所述第一位置中，所述通达通道(148)被密封，并且在所述第二位置中，所述通达通道(148)是开放的。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的联接构件(100)，其中所述套筒(140)包括一个尾部部分(145)，所述尾部部分形成一个插口开口以及在所述插口开口和所述内室(150)之间延伸的一个插口通道，其中所述插口通道由所述尾部部分(145)的形成所述电绝缘层(141)的一部分的一个内表面所限定。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的联接构件(100)，其中所述绝缘层(141)包括一个绝缘弹性体。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的联接构件(100)，其中所述内腔(120)被配置成保持一种介电液体。

11.一种联接组件(10)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的联接构件(100)；其中所述电触头(102)包括一个插口(170)的一部分；其中所述联接组件还包括用于与所述联接构件(100)进行电连接的一个另外的联接构件(200)；并且其中所述另外的联接构件(200)包括被布置成被接纳到所述插口(170)中的一个导电销(170)。

12.根据权利要求11所述的联接组件(10)，其中所述导电销(170)具有一个导电外表面。

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