CN1250216A - 单件式多功能高压电连接器及包括该连接器的保护装置 - Google Patents

Abstract

一种电气设备4的多功能连接器20,包括中压衬套23,电源侧连接器21,熔断器10的电源侧端子11的熔断器侧接头24,还可包括柔性电线22。熔断器侧接头24包括铠装34,铠装34由弹性材料制成,可以弹性地变形以便包围熔断器的电源侧端子11,在端子11与槽9内部电介质之间实现密封和电绝缘。这种结构消除了熔断器电源侧端子11在槽9线路侧内部形成电弧的危险。

Description

单件式多功能高压电连接器及 包括该连接器的保护装置

本发明涉及一种用于高压设备的电源的电连接器，由串联在电源和该设备之间的熔断器保护，熔断器至少部分地浸在容纳液体或气体电介质的保护槽中。

在文献EP-A-0,224,072中描述了一种浸在容纳液体电介质的槽中的三相变压器，其电源通过包括位于槽内外部之间的衬套的电连接器而工作，在该例子中所述电介质是油。变压器初级电路由位于槽内的熔断器保护，其特征在于熔断器只对对应变压器的内部故障的电气故障发生响应。在这类设备中，对于在变压器初级绕组和衬套之间形成电弧的危险必须进行预警。根据这种电弧，实际上是发生了未流过熔断器的短路，这样熔断器就不能中断电路。为了限制这种危险，该文献一方面指出熔断器必须设置成这样的方式，即高压衬套的底端和熔断器的顶端之间的距离必须小于熔断器长度的一半，另一方面指出高压衬套的底端和熔断器之间的导体部必须以下列方式设置而不形成电弧的起点，即通过将高压衬套的底端和熔断器之间的导体部装在通过固接相互连接起来的绝缘管内，并且/或者为熔断器设置由绝缘材料制成的锥台形保护壳，其沿着高压衬套的方向开口。

这种结构使得衬套和熔断器的组装和分解复杂化。此外，锥台形保护壳尽管能提供保护以避免绕组和衬套之间形成电弧的危险，但不能提供良好的保护以避免相邻衬套的底端之间电弧击穿的危险，特别是熔断器头部的水平上，甚至是熔断器和槽壁之间，特别是在槽中的电介质液面下降或质量减少时。

本发明的目的在于简化上述类型的电连接器的组装和分解。其目的还在于提出一种用于中压电气设备的电源的简单和廉价的电连接器，降低了在熔断器的电源侧的端子水平上短路的危险，特别是在槽中的电介质液面下降或质量降低时。

上述目的是通过在高压电源系统和保护电气设备的保护熔断器之间传送能量的电气连接装置实现的，电气设备构成了负载，而保护熔断器位于含有液体或气体电介质并具有开孔的槽中，熔断器包括两个端子，一个位于电源侧，另一个位于负载侧，负载侧端子在槽中，熔断器的两个端子通过装在电介质体中的熔断器元件相连，该装置包括：

导电芯；

设计用于使导电芯与电源电连接的电源侧连接界面；

设计插入开孔中的衬套，包括密封开孔并紧固到槽壁上而在槽的内外之间在开孔的高度上达到密封并使导电芯与槽壁电绝缘的装置；

设计用于使导电芯和熔断器的电源侧端子电连接的负载侧连接界面；

其中，负载侧连接界面包括由弹性材料制成的铠装，能够弹性变形而包围熔断器的电源侧端子并在熔断器的电源侧端子和槽的内部电介质之间达到密封和电绝缘。

熔断器的电源侧端子最好是但非必须是位于槽内，特别是由于抗震和高度等方面的原因。

优选的是，铠装包括至少一个具有导电涂层的壁。涂层处于熔断器端子的电势。这限制了由于熔断器端子和铠装之间的电晕放电效应的空气电离的危险。涂层可以是采取充满导电碳颗粒的弹性层形式，或导电薄膜的形式。或者，铠装的内部可以被杯形金属裙边覆盖，由于轴向周边槽的存在而具有柔性。该裙边可以诸如是卷到导电芯的端部，弹性铠装随后可以过模制(overmould)在裙边上。也可以将金属裙边和导电膜组合起来。

优选的是，铠装包括与熔断器的本体协作而在槽的电介质和铠装内部之间达到密封的唇边。这种结构使得熔断器的端子绝缘而得到完好的控制。

优选的是，衬套包括与铠装模制在一起的、由弹性材料形成的涂层。这种结构赋予衬套良好的机械特性，具体地说是挠曲和扭转时的特定弹性，使电源系统和负载之间能机械脱离连接。这种连接的脱离在负载受到机械振动时特别有用。此外，在这种情况下，电连接器特别简单。

优选的是，该装置包括带有绝缘层的可变形电线，绝缘层由弹性材料制成，并包围形成该装置导电芯的一部分的一个或多个电导体。在可变形电线位于槽外时，与传统装置相比，这种连接器可以省去多个接头。同时还可以使电气设备的定位有更大的自由度。或者，电线可以位于槽内的衬套和负载侧连接器之间。还可以将槽外的电线与槽内的电线组合在一起。

优选的是，电线的绝缘层由与铠装相同的弹性材料制成，这使得该装置的不同部分可以在一个制造阶段模制。

在本发明中所示的电线以通用的方式表示为可变形的长电导体，例如由相互编织的金属股线构成。电线优选地包括导电股线的编结。编结的电缆，即在辫缆(braid)中较平的交叉赋予了比传统股线电缆更大的柔韧性。对于低强度的电流来说，股线或缆线可以作为替代品。

本发明的另一特征涉及中压电气设备的保护装置，特别是装在槽中的变压器的保护装置，槽中容纳有液体或气体电介质并具有开孔，该装置包括：

保护熔断器，至少部分地位于槽内并连接在电源和设备之间，该熔断器包括两个端子，一个位于电源侧而另一个位于负载侧，两个端子由设在电介质体内的熔断器元件连接，负载侧位于槽内；

如上所述的电连接装置，其负载侧连接界面与熔断器的电源侧端子相连。

这种装置保证了熔断器和槽内部之间的高质量的绝缘。

本发明的另一特征涉及一种电气设备，构成由高电压电源系统供电的负载，其位于槽内，槽中容纳有液体或气体电介质并具有开孔，该电气设备带有如上所述的保护装置，该保护装置设置在电源系统和电气设备之间。

本发明的其它优点和特征将通过下面不同实施例的描述变得更加清楚，这些实施例是作为非限定性例子提出的并在附图中示出，图中：

图1是通过根据本发明第一实施例的电连接器而供电的中压设备的剖视图；

图2是图1中的电连接处于基准位置的纵向剖视图；

图3是本发明第二实施例的纵向剖视图；

图4是本发明第三实施例的纵向剖视图。

参照图1，中压电气控制盘1限定在充满气体电介质(在本案中是六氟化硫)的罩2中，该控制盘包括将电源系统电流传递给构成负载的电气设备4的馈电板3。电气设备4包括三相中压/低压变压器5和保护装置，保护装置包括连接变压器5的初级绕组的线路侧的三相电路断路器6和熔断器10。电路断路器6设计用于免受电气故障，包括只是在变压器初级绕组水平上的小电涌，特别是在次级线圈上发生的电气故障。各熔断器10在电源系统和电路断路器之间串联，选择性地感测影响变压器5初级绕组的短路。该装置的详细描述可见法国专利申请98/10519(国家记录号)。各断路器10按照传统的方式包括由熔断器元件13连接的金属端部端子11、12，熔断器元件13设在包含固体绝缘材料的柱体14中。该电气设备14装在由紧密密封容器构成的槽9，容器中充有绝缘液体16，在该例中为油。

图1和2所示的本发明第一实施例的电连接器20设计用于变压器初级绕组的电源，一方面在馈电板3的水平上与电源系统相连而另一方面与电气设备4相连。该电连接器20包括设计与电源系统连接的外接头21；构成柔性电线22的中间部分；保证在槽9壁上形成的开孔水平上的密封性的衬套23；其中配合熔断器10的端子11的内接头24。

电连接器20包括导电芯25，由良好绝缘弹性材料制成的覆盖层26覆盖。导电芯25中间部分包括由金属股线组成的辫缆27，在各端部包括压在辫缆27上的销28、29。导电芯25还包括覆盖金属辫缆27的导电涂层30。涂层30可以消除径向地从辫缆27股线突出的尖端效应，使辫缆不规则表面附近的等电势表面变得平滑。实践中，导电层30由硅基底充满导电碳颗粒而形成。

在该实施例中，覆盖层26由常温可硫化硅制成为大致圆柱形。其构成了衬套的主体并形成电源侧和负载侧的连接。与地处于相同电势的导电膜31形成的层包裹覆盖层26。作为示例性的例子，对于24kV额定电压和100A额定电流，电缆的外径大约为30mm来说，则辫缆的直径大约为8mm。从图2中的静止位置和图1中的工作位置可以看出，连接电缆20在较大的角度上弯曲，即至少180°。换句话说，当连接的端部之一，如内端弯曲时，另一端可以以相反的方式从第一位置(例如图2的静止位置)运动到进行了180°旋转的第二位置(如图1中的位置)。在该例中，这种弯曲在静止位置的各侧可能发生在空间的所有平面内。这些自由度使得连接的自由端可以在没有过大应力的情况下定位。

在该实施例中，衬套23和内接头24相互嵌入。衬套23包括固定凸缘32，其通过固定螺栓33固定在槽9的壁上。保护盖41保护传送表示流过连接器20的电流强度的信号的电流变压器42。内接头24包括铠装34，其一部分35为杯形，与熔断器电源侧的端子的形状大致相同，并具有圆柱形壁和与连接器20的导电芯的销29的负载侧端齐平的平坦基部。该杯体35以直径略小的圆柱形唇边36的形式延伸而与熔断器杯体14的形状一致。杯体35的内壁覆盖导电膜，从而与导电芯负载侧销29处于相同的电势。当熔断器10插入接头24时，接头的圆周唇边与熔断器的圆柱形本体14协同工作，并发生弯曲变形，从而保证与熔断器本体的足够接触压力，从而在杯体35内部和浸在槽9的绝缘液体中的外电介质之间形成紧密密封。

外接头21包括杯形腔37，销28的电源端从其底部伸出。接头21的外周包括锥台形壁38和固定凸缘40的支承套管39，其中锥台形壁38形成了导引表面并获得绝缘紧密性。接头21设计成与中压控制盘1的馈电板3的夹紧触头43配合。

多功能电气接头通过下列步骤制造：将连接器的芯放入模具中，通过其端部的牵引而略受偏压；通过绕芯分布成环形的头注入常温、略过压的硅。在第二阶段，外层的圆柱形外壁覆盖有通过喷涂充满碳颗粒的导电硅膜。类似的，喷涂膜沉积在负载侧接头的本体内表面上。

参照图3，本发明的第二实施例没有柔性电线部分而不同于第一实施例。通过插入电源侧接头21的单独的电缆而获得与电源系统的连接。

图4示出了本发明的第三实施例。此处，电源侧接头21位于衬套内，通过与第一实施例结构相同的电线50而与负载侧接头24相连。因此熔断器获得相对于衬套的定位自由度。

当然，本发明可以有不同的变形。具体地说，根据不同的机械特性，接头的不同部分可以采用不同的材料。更详细地说，可以由非常硬的材料形成衬套的本体，负载侧接头的弹性材料和柔性电线的弹性材料粘接到衬套本体上。可以采用不同的弹性材料来制造负载侧接头和电线。弹性材料不仅包括常温可硫化硅，也可以采用其它硅类，特别是高温可硫化硅。也可以设计采用其它的弹性材料。

在上述实施例中，熔断器完全位于槽内部，在槽盖中间平面的一侧，形成免受振动的保护。然而，只要熔断器的负载侧端子浸在绝缘液体中，并且使熔断器本体的线路侧绝缘是必需的，则本发明在熔断器的电源侧接头位于该之间平面之上时仍具有其优点。

接头负载侧连接器的特殊杯形形状是由熔断器的对应形状而确定的，可以根据不同的熔断器而变化。重要的一点是将铠装的唇边成形为可以获得柔性变形，并在熔断器的本体上产生连接器弹性材料的足够接触压力。杯体还根据熔断器端子的形状构成。也可以设置成熔断器的头拧入本体中。

在上述实施例中，槽装有油。然而，本发明也可以应用于浸在其它液体或气体电介质(特别是六氟化硫)中的配电设备。

此外，包括电接头和熔断器的保护装置可以用于任何一种浸在油中或绝缘气体中的设备。具体地说，可以应用于中间电路断路器变压器。

上述实施例涉及中压，就本发明的应用来讲，是高压的一部分。然而，本发明还可用于56kV以上。

Claims (10)

1.一种在高压电源系统和保护电气设备(4)的保护熔断器(10)之间传送能量的电气连接装置(20)，电气设备(4)构成了负载，而保护熔断器(10)位于含有液体或气体电介质(16)并具有开孔的槽(9)中，熔断器(10)包括两个端子，一个端子(11)位于电源侧，另一个端子(12)位于负载侧，负载侧端子(12)在槽(9)中，熔断器(10)的两个端子(11，12)通过设在电介质(16)体中的熔断器元件(13)相连，该装置(20)包括：

导电芯(25)；

设计用于使导电芯(25)与电源电连接的电源侧连接界面(21)；

设计插入开孔中的衬套(23)，包括密封开孔并紧固到槽(9)壁上的装置，在槽(9)的内、外之间在开孔的高度上达到密封，并使导电芯(25)与槽(9)壁电绝缘；

设计用于使导电芯(25)和熔断器(10)的电源侧端子(11)电连接的负载侧连接界面(24)；

其特征在于，负载侧连接界面包括由弹性材料制成的铠装(34)，能够弹性变形而包围熔断器(10)的电源侧端子(11)并在熔断器(10)的电源侧端子(11)和槽(9)的内部电介质之间达到密封和电绝缘。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，铠装(34)包括至少一个具有导电涂层的壁。

3.如上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，铠装(34)包括与熔断器(10)的本体配合而在槽(9)的电介质(16)和铠装(34)内部之间达到密封的唇边(36)。

4.如上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，衬套(23)包括由与铠装(34)模制在一起的弹性材料形成的涂层。

5.如上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，该装置(20)包括带有绝缘外层(26)的可变形电线(22)，绝缘外层(26)由弹性材料制成，并包围形成该装置导电芯(25)的一部分的一个或多个导电体。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，可变形电线(22)位于槽(9)外。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，电线(22)的绝缘外层(26)由与铠装(34)相同的弹性材料制成。

8.如权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，电线(22)包括导电股线的辫缆(27)。

9.一种中压电气设备(4)的保护装置，特别是装在槽(9)中的变压器(5)的保护装置，槽(9)中容纳有液体或气体电介质(16)并具有开孔，该装置包括：

保护熔断器(10)，至少部分地位于槽(9)内并连接在电源和设备(4)之间，该熔断器(10)包括两个端子，一个端子(11)位于电源侧而另一个端子(12)位于负载侧，两个端子(11，12)由设在电介质(16)体内的熔断器元件(13)连接，负载侧端子(12)位于槽(9)内；

如上述权利要求1至8中任一项所述的电连接装置(20)，其负载侧连接界面(24)与熔断器(10)的电源侧端子(11)相连。

10.一种电气设备(4)，构成由高电压电源系统供电的负载，其位于槽(9)内，槽(9)中容纳有液体或气体电介质(16)并具有开孔，该电气设备带有如权利要求9所述的保护装置(20)，该保护装置设置在电源系统和电气设备之间。

Images