CN113169542B - 用于中压或高压气体绝缘开关设备的绝缘器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于气体绝缘设备的绝缘器(100)，该绝缘器包括注射模制的绝缘盘(101)和导体(102)，其中，绝缘盘(101)包括第一周向表面(103)、从第一周向表面(103)径向向外设置的第二周向表面(104)和连接第一周向表面(103)和第二周向表面(104)的腹板部分(105)，其特征在于，腹板部分(105)包括波结构，腹板部分(105)在第一周向表面(103)处具有内波轮廓(106)并且在第二周向表面(104)处具有外波轮廓(107)，内波轮廓(106)和外波轮廓(107)具有2mm以上且10000mm以下的曲率半径。其他方面提供了一种包括至少一个上述绝缘器(100)的气体绝缘开关设备，上述的绝缘器(100)在中压或高压开关设备中的用途以及制造上述的绝缘器(100)的方法。
Description
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于气体绝缘设备、特别是气体绝缘开关设备的绝缘器。特别地，本公开的实施例涉及具有腹板部分的绝缘器，该腹板部分包括复杂的波结构。更具体地，本公开的实施例涉及制造根据上述方面的绝缘器的方法，以及根据上述方面的绝缘器在中压或高压气体绝缘开关设备中的用途。
背景技术
气体绝缘开关设备或GIS容纳中压或高压导体，例如施加了中压或高压的引线导体。为了将导体与其他部件以及与开关设备外部屏蔽和绝缘开，这样的装置包括填充有绝缘气体(通常是诸如SF6的介电气体)的接地金属壳体。
为了将中压或高压导体在设备容积内稳固地保持在足够远离接地壳体以避免介电击穿的位置，在GIS壳体内部提供了绝缘器。绝缘器在其外边缘处固定到壳体，并具有用于容纳导体的中央开口。绝缘器的主要部分是绝缘盘，绝缘盘在其中央具有中央开口。一些绝缘器可具有外部部分，该外部部分包括附接到绝缘盘的外周上的金属电枢环。该电枢环可以具有附接装置，例如螺纹孔，其允许绝缘器稳固地附接到GIS壳体。
长时间以来，由于良好的电绝缘性能和机械强度，填充有氧化铝的环氧树脂已被用作制造用于GIS的绝缘器的基础材料。高科技工程热塑性塑料具有良好的电绝缘性能，但由于在绝缘器的制造中采用注射模制工艺，可实现的壁厚被限制在若干毫米的范围内。因此，尽管通过高科技工程热塑性塑料实现了电绝缘要求，但由于屏障绝缘器被要求承受高突发压力，因此实现机械性能变得具有挑战性。
US2014/174787A1以ABB研究有限公司的名义提交，并于2014年6月发布，其公开了GIS绝缘器的各种设计。其中公开的若干设计采用诸如肋或其他增强部的结构特征，以增加刚度和耐用性。然而，具有肋特征的设计的一个缺点关系到绝缘器的清洁，特别是在开关设备的维修期间，绝缘器的清洁是要执行的重要过程。具有肋特征的绝缘器被证实由于肋之间的小缝隙而难以清洗。另一个提出的设计包括没有肋特征的三角形波状横截面。这种设计提供了在开关设备的组装和维修期间易于清洁的优点。
然而，为了满足高压应用所需的机械性能，要求设计人员增加绝缘器的壁厚，或增加三角形波状横截面中的重复部段的数量。已经发现，由于注射模制工艺中可实现的壁厚有限，因此不可能显著地增加壁厚。此外，由于在三角形波状横截面中形成了锐利的边缘，因而发现高突发压力将导致绝缘器在高应力集中的区域中失效，即在三角形波状横截面的峰部和谷部处失效，导致机械性能不足。此外，沿着三角形波状横截面的锐利的直边缘表现出更高的电场强度，导致电气性能不足。另外，以类似于具有肋特征的设计的方式，具有更近间隔的更多波数增加了清洁的难度(特别是在绝缘器的内缘附近)，因此增加三角形波状横截面中的波数也受到限制。
因此，需要解决以下技术问题：实现用于高压应用的绝缘器的足够的机械性能，同时在开关设备的组装和维修期间还便于容易地清洁绝缘器。鉴于此，期望克服现有技术中的至少一些问题。
发明内容
本公开的一方面提供了一种用于气体绝缘设备的绝缘器。所述绝缘器包括注射模制的绝缘盘和导体，其中所述绝缘盘包括第一周向表面、从所述第一周向表面径向向外设置的第二周向表面和连接所述第一周向表面和所述第二周向表面的腹板部分，其中，所述腹板部分包括波结构，所述腹板部分在所述第一周向表面处具有内波轮廓并且在所述第二周向表面处具有外波轮廓，其中所述内波轮廓和所述外波轮廓具有2mm以上且10000mm以下的曲率半径。
本公开的另一方面提供了一种配置成用于中压或高压的气体绝缘开关设备，其包括根据上述方面的至少一个绝缘器。
本公开的又一方面提供了根据上述方面的绝缘器在中压或高压开关设备中的用途。
本公开描述的实施例允许绝缘器的腹板部分具有提高的机械性能。此外，包括波结构的绝缘器的腹板部分便于容易地清洁绝缘器。
可以与本文描述的实施例结合的其他优点、特征、方面和细节从从属权利要求、权利要求组合、说明书和附图中看是明显的。
附图说明
下面将参考附图描述细节，其中
图1是根据本公开的一实施例的气体绝缘开关设备的示意性剖视图；
图2是根据本公开的一实施例的绝缘器的立体图；
图3是根据本公开的一实施例的绝缘器的内波轮廓和外波轮廓的表示；
图4A至图4C是根据本公开的一个或更多个实施例的绝缘器的三种变化设计的示意性侧视图，其中未示出外部部分；
图5A至5B是根据本公开的一个或更多个实施例的绝缘器的两种变化设计的立体图；
图6A至6B是根据本公开的一个或更多个实施例的绝缘器的两种变化设计的内波轮廓和外波轮廓的表示；以及
图7是根据本公开的一实施例的用于制造绝缘器的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考各种实施例，在每个图中示出了其一个或更多个示例。每个示例都是通过说明的方式提供的，并不意味着限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以在任何其他实施例上或与任何其他实施例结合使用以产生又一实施例。本公开旨在包括这样的修改和变化。
在附图的以下描述中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。通常，仅描述关于各个实施例的差异。除非另有说明，否则一个实施例中的一部分或方面的描述也可以应用于另一实施例中的相应部分或方面。
图1示例性地示出了根据本公开的一实施例的气体绝缘开关设备10的剖视图。气体绝缘开关设备10包括至少一个根据本文描述的任何实施例的绝缘器100。气体绝缘开关设备10可以被配置成用于中压或高压。在本公开的上下文中，术语“中压”可以指至少1kV并且至多52kV的电压。此外，在本公开的上下文中，术语“高压”可以指至少52kV的电压。
气体绝缘开关设备10包括壳体20。壳体20例如可以包围第一区域30和至少第二区域40。第一区域30和第二区域40可以由绝缘器100隔开。第一区域30和第二区域40中的至少一者可以包括绝缘气体，例如SF6。气体绝缘开关设备10还包括第一电极组件50和第二电极组件60。第一电极组件50可以固定到第一绝缘器100的导体102，第二电极组件60可以固定到第二绝缘器100的导体102。
现在参考图2，本公开的一方面提供了用于气体绝缘设备10的绝缘器100。绝缘器100包括注射模制的绝缘盘101和导体102。绝缘盘101可以包括内部部分和外部部分，其中内部部分包括中央开口，外部部分包括用于抵靠气体绝缘设备10的壳体20密封的邻接部分。导体102位于绝缘盘102的中央开口中，这样导体102与气体绝缘设备10的壳体20以足够的距离间隔开，以避免导体102与壳体20之间的介电击穿。
绝缘盘101可以包括内部部分、外部部分和连接内部部分和外部部分的腹板部分。例如，绝缘盘101可以具有盘形结构。绝缘盘101的内部部分配置成用于支撑导体，而绝缘盘101的外部部分配置成用于抵靠气体绝缘设备的壳体的内壁密封。
绝缘盘101包括第一周向表面103和第二周向表面104。在本公开的上下文中，术语“周向表面”可以包括通过使轮廓围绕旋转轴线旋转而构造的任何表面。轮廓通常可以旋转一整圈，但是术语“周向表面”不限于此，还可以包括一圈的局部。“周向表面”可以具有大体上沿径向方向的表面法线方向，例如圆柱形或大体圆柱形的表面，然而术语“周向表面”不限于此，并且可以包括具有大体上沿轴向方向的表面法线方向的表面，或者可以包括处于轴向方向与径向方向之间一角度的表面法线方向的表面，例如圆锥形表面。
第二周向表面104从第一周向表面103径向向外设置。特别地，第一周向表面103可以设置在绝缘盘101的径向内侧，第二周向表面104可以设置在绝缘盘101的径向外侧。例如，第一周向表面103和第二周向表面104可以被布置为使得它们彼此同心，然而本公开不限于此。例如，第一周向表面103和第二周向表面104可以彼此偏心。第一周向表面103和第二周向表面104可以在轴向方向上大体上彼此对准，使得连接第一周向表面103和第二周向表面104的线可以沿径向方向定向。替代地，第一周向表面103和第二周向表面104可以在轴向方向上彼此偏移，使得连接第一周向表面103和第二周向表面104的线相对于径向方向呈一角度。
绝缘盘101还包括连接第一周向表面103和第二周向表面104的腹板部分105。腹板部分105在绝缘器100的一侧区域与绝缘器100的另一侧区域之间形成绝缘屏障。腹板部分105包括波结构，并且腹板部分105在第一周向表面103处具有内波轮廓106，且在第二周向表面104处具有外波轮廓107。在本公开的上下文中，术语“波轮廓”是指位于第一周向表面103和第二周向表面104中的任一者上的轮廓，其中，轮廓分别限定了腹板部分105在腹板部分105与第一周向表面103之间的接合处或腹板部分105与第二周向表面104之间的接合处的形状。可以构造连接内波轮廓106和外波轮廓107的表面，使得该表面形成复合波表面。随后，可以使复合波表面增厚以形成具有波结构的腹板部分105。因此，腹板部分105可以具有上表面和下表面。在本公开的上下文中，复合波表面在每个相应侧被增厚相等的量，使得复合波表面处于腹板部分105的上表面和腹板部分105的下表面之间半程的中间位置。然而，本公开不限于此。例如，复合波表面可以仅在一侧增厚，或者可以在一侧比另一侧增厚更多。此外，因此，腹板部分105的上表面和下表面具有相互对准的波结构，其中上表面上的峰部与下表面上的相应谷部对准。
在本公开的上下文中，术语“曲率半径”是指平滑曲线的外在曲率(extrinsiccurvature)的数学概念。在平滑曲线的特定点处的曲率半径被定义为沿平滑曲线的该特定点处的其密切圆的半径。因此，作为直线或直线段的曲线具有无穷大的曲率半径，因为沿直线或直线段的一点处的密切圆具有无穷大的半径。相反地，具有锐利直角拐角的曲线在锐利直角拐角的点处具有接近零的密切圆半径，因而将具有接近零的曲率半径。在本公开中，曲率半径的单位指定为mm。
内波轮廓106和外波轮廓107可具有10000mm以下的曲率半径。换句话说，内波轮廓106和外波轮廓107可以构造成使得内波轮廓106和外波轮廓107的任何部分都不包括直线段。特别地，内波轮廓106和外波轮廓107可具有2000mm以下的曲率半径，更特别地1000mm以下的曲率半径。因此，在构造于内波轮廓106和外波轮廓107之间的复合波表面增厚以形成腹板部分105之后，所得到的腹板部分105不包括其表面是平坦的或大体上平面的部分。当分布式表面压力例如突发压力施加到腹板部分105的表面时，可避免所引起的载荷在相当大的表面上沿一个方向施加到腹板部分105。此外，腹板部分105在分布式表面压力施加到腹板部分105时的机械强度由于腹板部分105的曲率而增加。
内波轮廓106和外波轮廓107可具有2mm以上的曲率半径。换句话说，内波轮廓106和外波轮廓107可以构造成使得内波轮廓106和外波轮廓107的任何部分都不包括曲率半径小于2mm的区段。特别地，内波轮廓106和外波轮廓107可具有5mm以上的曲率半径，更特别地10mm以上的曲率半径。特别地，在构造于内波轮廓106和外波轮廓107之间的复合波表面增厚以形成腹板部分105之后，所得到的腹板部分105不包括下述部分：该部分的表面中的一个具有半径为零的锐利边缘。换句话说，内波轮廓106和外波轮廓107可以是连续的平滑曲线。更特别地，在复合波表面于其每一侧均等地增厚以形成腹板部分105的情况下，内波轮廓106和外波轮廓107可以具有至少为腹板部分105的厚度的一半的曲率半径。具有非常小的半径的锐利边缘会形成高应力集中和高电场强度的区域。因此，当腹板部分105的表面不包括锐利边缘时，可以避免高应力集中的区域，从而增加腹板部分105在分布式压力施加到腹板部分105时的机械强度，并且可以避免高电场强度的区域，从而提高绝缘器的电气性能。
如前所述，内波轮廓106和外波轮廓107是分别位于第一周向表面103和第二周向表面104上的波轮廓。因此，内波轮廓106和外波轮廓107可以被认为是周向波轮廓。因此，任何关于内波轮廓106和外波轮廓107的曲率半径的提及都被认为是曲线在周向方向上的曲率半径。
在本公开的上下文中，术语“具有曲率半径”是指曲率半径不仅在相应的波轮廓上的单个位置处在规定的限制内，而且在沿着相应的波轮廓的每个位置处均在规定的限制内。换句话说，对于相应的波轮廓，在沿整个波轮廓的任何点处，相应波轮廓的曲率半径都不低于规定的下限或高于规定的上限。
根据可以与本文描述的其他实施例结合的一实施例，腹板部分105可以具有2mm以上且10000mm以下的周向曲率半径。特别地，形成在内波轮廓106和外波轮廓107之间的被增厚以形成腹板部分105的复合波表面可以具有2mm以上且10000mm以下的周向曲率半径。更特别地，在复合波表面于其每一侧均等地增厚以形成腹板部分105的情况下，复合波表面可以具有至少为腹板部分105的厚度的一半的周向曲率半径。甚至更特别地，腹板部分105可在腹板部分105的上表面和/或下表面上具有大于0mm且至多10000mm的周向曲率半径。特别地，腹板部分105可在腹板部分105的上表面和/或下表面上具有至多2000mm的周向曲率半径，更特别地至多1000mm的周向曲率半径。作为三维结构，腹板部分105可以在周向方向和/或径向方向上具有曲率半径。在周向方向上，腹板部分105可具有与内波轮廓106和外波轮廓107的周向方向上的曲率半径类似的周向方向上的曲率半径，其中腹板部分105不包括在腹板部分105的上表面和/或下表面具有曲率半径为零的锐利边缘的部分。
腹板部分105可以在径向方向上具有径向曲率半径。例如，腹板部分105可具有下述径向曲率半径，该径向曲率半径使得腹板部分105形成碗状波结构，其中连接第一周向表面103和第二周向表面104的任何径向曲线都是弯曲的。替代地，腹板部分105可以具有无穷大的径向曲率半径，使得腹板部分105形成波结构，其中连接第一周向表面103和第二周向表面104的任何径向曲线都是直线。
腹板部分105可以在垂直于腹板部分105的表面的方向上具有厚度。特别地，根据可以与本文描述的其他实施例结合的一实施例，波部分105的厚度在垂直于腹板部分105的表面的方向上可以大体上恒定。术语“大体上恒定”可以指厚度在腹板部分105的最厚部分和腹板部分105的最薄部分之间保持±10％的公差。例如，腹板部分105可以具有4mm±0.4mm的大体上恒定的厚度。特别地，术语“大体上恒定”可以指厚度在腹板部分105的最厚部分和腹板部分105的最薄部分之间保持±5％的公差。例如，腹板部分105可以具有4mm±0.2mm的大体上恒定的厚度。替代地，腹板部分105的厚度可以在整个腹板部分105上变化。例如，腹板部分105可以在第一周向表面103附近的内部区域中具有较小的厚度，而在第二周向表面103附近的外部区域中具有较大的厚度。例如，腹板部分105可在内部周向表面103处具有3mm的内部厚度，而在第二周向表面104处具有6mm的外部厚度，其中厚度沿径向向外方向增加。作为另一示例，腹板部分105可以在第一周向表面103附近的内部区域中具有较大的厚度，而在第二周向表面103附近的外部区域中具有较小的厚度。例如，腹板部分105可在内部周向表面103处具有6mm的内部厚度，而在第二周向表面104处具有3mm的外部厚度，其中厚度沿径向向外方向减小。
腹板部分105的厚度可以由用于制造绝缘盘101的注射模制工艺或用于制造绝缘盘101的材料中的一者限制。特别地，腹板部分105的厚度可以至多为20mm。更具体地，腹板部分105的厚度可以在2mm至20mm的范围内。
与和波部分105具有相同厚度的简单平盘部分相比，波部分105包含更多用量的材料，因此表现出更高的机械强度。由于波部分105的波结构，绝缘器100能够承受例如在突发事件期间由绝缘气体施加的相当高的压力。此外，由于与具有相同厚度的简单平盘相比，腹板部分105表现出更高的强度和刚度性能，因此可以在不增加腹板部分105的厚度的情况下实现绝缘器的提高的机械性能。因此，绝缘盘101可以使用高科技热塑性材料注射模制而不会受到基于注射模制部件的厚度的限制。
此外，与具有在每个肋特征之间具有小缝隙的肋特征的盘部分相比，波部分105不包括将使得不易于清洁绝缘器100的小缝隙。因此，提高了清洁绝缘器100的容易度。
现在参考图3，内波轮廓106和外波轮廓107可以由重复曲线表示，该重复曲线具有在绝缘器100的轴向方向上大体上对准并且在径向方向上延伸的幅度。图3示出了相对于内波轮廓106和外波轮廓107的径向位置θ的幅度。如图3所示例性示出的，内波轮廓106和外波轮廓107包括绝缘器100的一整圈。内波轮廓106和外波轮廓107被表示为正弦波，然而本公开不限于此。内波轮廓106和/或外波轮廓107可以包括任何重复的波状轮廓，包括三角形波、正交梯形波、包括弧区段的波或正弦波。
内波轮廓106和外波轮廓107各自具有幅度。在本公开的上下文中，波轮廓的“幅度”是指在波轮廓的轴向方向上在波轮廓的峰部和波轮廓的谷部之间的高度。如图3所示例性示出的，内波轮廓106具有第一幅度Ai并且外波轮廓107具有第二幅度Ao。第一幅度Ai和第二幅度Ao可以不相等。
根据可以与本文描述的其他实施例组合的一实施例，外波轮廓107具有第二幅度Ao，其小于内波轮廓106的第一幅度Ai。在这种情况下，通过具有增大的第一幅度Ai，波部分105可在第一周期数ni被限制的第一周向表面103附近的内部部分处具有足够的机械强度和刚度。同时，波部分105则可以在较小的第二幅度Ao处提供更多的第二周期数no，以便在第二周向表面104附近的外部部分处获得相似水平的机械强度和刚度。
内波轮廓106和外波轮廓107各自具有多个中点。在本公开的上下文中，波轮廓的“中点”是指波轮廓与波轮廓的中间平面交叉处的点。例如，“中点”可以指正弦波的拐点。
内波轮廓106和外波轮廓107各自包括周期数ni、no。分别地，内波轮廓106具有第一周期数ni，外波轮廓107具有第二周期数no。在本公开的上下文中，“周期数”是指在波轮廓的一个整圈中波轮廓的重复单元的数量。这样，周期数ni、no对应于相应波轮廓的峰部的数量，或对应于相应波轮廓的谷部的数量。如图3所示例性示出的，内波轮廓106具有第一周期数ni＝4，而外波轮廓107具有第二周期数no＝12。因此，内波轮廓106包括4个峰部和4个谷部，并且外波轮廓包括12个峰部和12个谷部。第一周期数ni和第二周期数no可以不同。即，内波轮廓106可以具有与外波轮廓107的周期数不同的周期数。
周期数ni、no是决定绝缘器100的机械强度和刚度的因素。更多的周期数ni、no使腹板部分105中材料的增加，从而增加强度和刚度。然而，周期数ni、no也受清洁绝缘器100的容易度的限制。更多的周期数ni、no使相邻波之间相互间隔更近，并且可能会在相邻波之间形成狭窄的缝隙，从而使得不易于清洁。由于与第二周向表面104相比，第一周向表面103处的直径较小，因此内波轮廓106的周期数ni比外波轮廓107的周期数no更受限制。例如，内波轮廓106可以具有第一周期数4≤ni≤10，而外波轮廓107可以具有第二周期数4≤no≤40。
根据可以与本文描述的其他实施例组合的一实施例，第一周期数ni可以小于第二周期数no。在这种情况下，外波轮廓107可以具有更多的周期数，使得可以通过增加波部分105的外部部分处的材料用量来增加波部分105的强度和刚度。同时，内波轮廓106可具有较少的周期数，使得波部分105的峰部部分之间的间隔足够大，以便于更容易地清洁绝缘器100。
图4A至图4C示例性地示出了根据本文描述的实施例的绝缘器的三种变化设计。为了清楚起见，绝缘器100A、100B、100C的外部部分被隐藏。所有的三个示例性绝缘器100A、100B、100C具有相同的第一周期数ni＝4。即，腹板部分105A、105B、105C分别具有相同的具有四个峰部和四个谷部的第一波轮廓。此外，所有的三个示例性绝缘器100A、100B、100C具有相同的第一幅度Ai和相同的第二幅度Ao。
然而，图4A至图4C的三种设计各自具有不同的第二周期数no。如图4A所示例性示出的，绝缘器100A的腹板部分105A具有第二周期数no＝4，绝缘器100B的腹板部分105B具有第二周期数no＝12，并且绝缘器100C的腹板部分105C具有第二周期数no＝20。可以看出，分别具有第二周期数no＝12和no＝20的腹板部分105B、105C中的材料用量高于具有第二周期数no＝4的腹板部分105A中的材料用量。通过具有比第一周期数ni高的第二周期数no，绝缘器100B、100C的腹板部分105B、105C的机械强度和刚度与绝缘器100A的腹板部分105A相比得到了提高。
根据可以与本文描述的其他实施例组合的一实施例，第二周期数no可以是第一周期数ni的整数倍。例如，如果第一周期数ni＝4，则第二周期数no可以等于例如8、12或20。这种布置的优点是腹板部分105具有可重复的、旋转-对称的形状，使得围绕腹板部分105的周围的机械性能是旋转-对称的。例如，如果腹板部分105不表现出旋转对称性，则腹板部分105的整个表面上的分布式压力会在腹板部分105中引起非对称应力。设置第二周期数no可以是第一周期数ni的整数倍避免了这种非对称应力分布。
根据可以与本文描述的其他实施例组合的一实施例，内波轮廓的每个峰部可以与外波轮廓的相应峰部或外波轮廓的相应谷部径向对准。图5A和5B示出了绝缘器200A、200B的两种变化设计的立体图。图6A和图6B示出了用于绝缘器200A、200B的相应的内波轮廓206A、206B和外波轮廓207A、207B的表示。两个绝缘器200A、200B都具有第一周期数ni＝4和第二周期数no＝12。然而，绝缘器200A、200B的不同之处在于，对于绝缘器200A，内波轮廓206A的每个峰部与外波轮廓207A的相应峰部径向对准，而对于绝缘器200B，内波轮廓206B的每个峰部与外波轮廓207B的相应谷部径向对准。
返回参考图1，绝缘盘101包括中央开口，导体102布置在该中央开口中。绝缘盘101被注射模制到导体102上。根据可以与本文描述的其他实施例结合的一实施例，绝缘盘101被直接注射模制在导体102的外表面上。替代地或额外地，可以在导体102和绝缘盘101之间布置中间层。例如，中间层可以是底层涂料(primer)。导体102可以包括齿，该齿直接地或间接地与绝缘盘接合以形状配合。间接连接的示例可以是导体已经涂覆有场电极，例如在导体已经涂覆有场电极之后将所述被涂覆的导体插入模具的型腔。术语“齿”不应被狭义地理解为锯齿状结构，因为出于介电原因应避免锐利的边缘。术语“齿”应被广义地理解为任何合适的锁定装置的代表性术语，该锁定装置用于通过相对于绝缘器100的中心轴线的直径变化来建立形状配合。接合装置阻止绝缘盘101沿轴向方向(即沿绝缘器100的中心轴线的方向)容易地从导体102上剥离。所述锁定装置可包括一个单个的圆齿，该圆齿由在导体的外壳表面上周向地且径向地延伸的凸起部形成。在绝缘盘101的注射模制之后，所述绝缘盘101在其中央开口中具有呈与所述凸起部相反的形状的特征，使得在导体102和绝缘盘101之间实现良好的形状配合。此外，锁定装置用于增加导体102和绝缘盘101之间的总接触表面。
中央开口的内表面可以与导体102至少部分地间隔开一间隙。过渡装置可以布置在该间隙中以将绝缘盘101和导体102互相连接。保持装置可以布置在间隙内以将导体102相对于绝缘盘101定位。该保持装置可以是至少一个周向保持肋和/或至少一个沿轴向方向布置的保持肋(轴向保持肋)。保持装置可以一体地连接到绝缘盘101。第一材料可以由布置在导体102内的至少一个第一分配通道注入。术语“第一材料”不应以其由一种材料(例如PET)组成的方式理解，而应理解为其可以是材料组合物。
由于注射模制工艺的性质，注射模制的绝缘盘101可以具有多个焊接表面。当从多个入口点将材料注射到模具中时，两股或更多股材料流将沿着焊接表面汇合并熔接。这些焊接表面可以构成材料流之间的表面，焊接表面可能比周围的材料强度弱。注射模制工艺可以被配置为优化这些焊接线的位置。例如，可以使焊接表面定位和对准在与施加载荷下的较低应力相对应的位置。替代地，可以减少注入点的数量，从而形成更少的焊接表面，然而，减少注入点对于注射模制绝缘盘101可能不具实际性。
根据可以与本文描述的其他实施例结合的一实施例，绝缘盘101可以进一步包括加强部。在本公开的上下文中，术语“加强部”是指腹板部分105的可沿着加强部轮廓增厚的部分，其中加强部形成在该加强部轮廓上。例如，可以在腹板部分105中形成径向加强部，使得加强部轮廓从第一周向表面103沿径向方向延伸到第二周向表面104，并且腹板部分105沿着该径向加强部轮廓增厚。
在腹板部分105中形成加强部的一个优点是，加强部可形成为使得其加强部轮廓沿着一个或更多个焊接表面。由于焊接表面会引入薄弱点(其中在薄弱点处腹板部分105的机械强度和刚度降低)，因此沿这些焊接表面形成的加强部会沿薄弱的焊接表面局部地增加机械强度。此外，可以增加注入点的数量，从而以产生更多的焊接表面为代价来改善材料的分布，同时位于焊接表面处的加强部可以沿着焊接表面加强腹板部分105。
形成在腹板部分105中的加强部可具有加强部轮廓，加强部轮廓具有第一端和第二端。第一端可以对应于位于第一周向表面103上的内端。第二端可以对应于位于第二周向表面104上的外端。因此，沿着具有内端和外端的加强部轮廓形成的加强部将连接第一周向表面103和第二周向表面104。内端可以位于内波轮廓106的中点处，外端可以位于外波轮廓107的中点处。在腹板部分105中形成的加强部的数量可以对应于第一周期数ni，或者可以对应于第一周期数ni的两倍。
根据可以与本文描述的其他实施例结合的一实施例，绝缘盘101包括热塑性塑料。优选地，绝缘盘101包括包含热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、环氧树脂或聚氨酯(PUR)的组中的一种。然而，本公开不仅仅限于这组材料，即，绝缘盘101可以包括包含以下各项的组中的任一种：聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯)、聚酰胺(PA)、聚砜(例如PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)，聚邻苯二甲酰胺(PPA)或聚丙烯(PP)。
绝缘盘101可以进一步包括至少一种填充材料。填充材料可以是包含以下各项的组中的一种：聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯、聚乙烯醇、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚氨酯、聚对氧苯甲酸亚烷基酯、酚类、羊毛、丝、棉、人造丝、乙酸纤维素、亚麻、苎麻、黄麻、芳族聚酰胺纤维、玻璃、海泡石(sepioliate)、钛酸钾、陶瓷、氧化铝、硅酸钙和岩棉。
绝缘盘101可以进一步包括表面涂层。表面涂层可以是包含以下各项的组中的一种：热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氨酯(PUR或PU)或硅树脂。
根据可与本文描述的其他实施例组合的一实施例，绝缘盘101可进一步包括在腹板部分105与第一周向表面103之间和/或在腹板部分105与第二周向表面104之间的至少一个倒圆的边缘。腹板部分105与第一周向表面103或第二周向表面104相交处的联接边缘可能以锐利的角度形成，其中，边缘在该联接边缘处引入应力集中。这些联接边缘中的至少一个可以被倒圆，从而减轻应力集中，由此提高绝缘器100的机械强度和刚度。这种倒圆的边缘具有进一步的提高清洁绝缘器100的容易度的技术效果。
图7示出了根据本公开的一方面的用于制造绝缘器的方法700的流程图。方法700始于块701处，并且包括在块702处提供用于注射模制绝缘盘的模具，该绝缘盘包括具有中央开口的内部部分；在块703处，将导体布置在模具的型腔中；在块704处，将材料注入模具中以形成绝缘盘，使得导体位于中央开口内，并且内部部分和导体直接地或间接地固定在一起；以及在块705处，将绝缘器从模具中移出。方法700结束于块706处。
在块702中，提供了用于注射模制绝缘盘的模具。模具可以包括上模和下模，当上模和下模合在一起时，形成呈与绝缘器相反的形状的型腔。
在块703中，导体布置在模具的型腔中。模具或者上模和下模中的一者可以设计成使得：导体可以直接从外部布置，即，模具包括开口，能够从外部通过该开口进入型腔，从而可以在关闭开口之前将导体布置在模具内。模具可以包括适配器，以在注射模制工艺期间接收并临时保持导体。适配器可以被设计成可更换的，使得可以用同一模具加工不同的导体。如果合适的话，适配器可以成为模具型腔的一部分，从而至少部分地与注射模制材料接触。在注入第一材料之前，可以将导体预热到界定的温度。
在块704中，材料被注入模具内。可以通过至少一个通道注入材料以在导体周围形成绝缘盘，使得绝缘盘和导体直接地固定在一起。或者，该材料可以包括在一个或更多个单独的步骤中注入的多于一种材料。例如，可以通过至少一个通道注入第一材料以在导体和绝缘盘之间形成界面元件，而可以通过至少一个其他通道注入第二材料以形成绝缘盘本身，由此将导体和绝缘盘间接地固定在一起。可以通过布置在导体内部的至少一个通道来注入一种或更多种材料。
在块705中，在完成注射模制之后，将完成的绝缘器从模具中移出。
尽管前述内容针对本公开的方面和实施例，但是在不脱离本公开的基本范围的情况下，可以设计本公开的其他和进一步的实施例，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。
Claims (15)
1.一种用于气体绝缘设备(10)的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，所述绝缘器包括注射模制的绝缘盘(101)和导体(102)，其中
所述绝缘盘(101)包括第一周向表面(103)、从所述第一周向表面(103)径向向外设置的第二周向表面(104)和连接所述第一周向表面(103)和所述第二周向表面(104)的腹板部分(105，105A-C)，
其特征在于，所述腹板部分(105，105A-C)包括波结构，所述腹板部分(105，105A-C)在所述第一周向表面(103)处具有内波轮廓(106，206A-C)并且在所述第二周向表面(104)处具有外波轮廓(107，207A-C)，其中所述内波轮廓(106，206A-C)和所述外波轮廓(107，207A-C)具有2mm以上且10000mm以下的曲率半径；
其中，所述内波轮廓(106，206A-C)具有第一周期数(ni)，并且所述外波轮廓(107，207A-C)具有大于所述第一周期数(ni)的第二周期数(no)。
2.根据权利要求1所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述腹板部分(105，105A-C)具有2mm以上且10000mm以下的周向曲率半径。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述腹板部分(105，105A-C)在垂直于所述腹板部分(105，105A-C)的上表面和/或下表面的方向上具有大体上恒定的厚度。
4.根据权利要求1所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述内波轮廓(106，206A-C)具有第一幅度(Ai)，并且所述外波轮廓(107，207A-C)具有小于所述第一幅度(Ai)的第二幅度(Ao)。
5.根据权利要求1或4所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述第二周期数(no)是所述第一周期数(ni)的整数倍。
6.根据权利要求5所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述内波轮廓(106，206A-C)的每个峰部与所述外波轮廓(107，207A-C)的相应峰部或所述外波轮廓(107，207A-C)的相应谷部径向对准。
7.根据权利要求1或2所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述绝缘盘(101)直接注射模制在所述导体(102)的外表面上。
8.根据权利要求1或2所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述腹板部分(105，105A-C)还包括加强部，所述加强部将所述第一周向表面(103)连接至所述第二周向表面(104)。
9.根据权利要求8所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述加强部的数量等于所述第一周期数(ni)的两倍。
10.根据权利要求1或2所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述绝缘盘(101)包括热塑性塑料。
11.根据权利要求10所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述绝缘盘(101)包括包含TPU、TPE、环氧树脂和PUR的组中的一者。
12.根据权利要求1或2所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)，其中，所述绝缘盘(101)在所述腹板部分(105，105A-C)和所述第一周向表面(103)之间和/或在所述腹板部分(105，105A-C)和所述第二周向表面(104)之间具有至少一个倒圆的边缘。
13.一种配置成用于中压或高压的气体绝缘开关设备(10)，包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)。
14.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的绝缘器(100，100A-C，200A-C)的方法，所述方法包括：
-提供用于绝缘盘(101)的注射模制的模具，所述绝缘盘(101)包括具有中央开口的内部部分；
-将导体(102)布置在所述模具的型腔中；
-将材料注入所述模具中以形成所述绝缘盘(101)，使得所述导体(102)位于所述中央开口内，并且所述内部部分和所述导体(102)直接地或间接地固定在一起；以及
-将所述绝缘器(100，100A-C，200A-C)从所述模具移出。
15.一种根据权利要求13所述的气体绝缘开关设备(10)用于切换中压或高压的用途。
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