EA002206B1 - Электрическое соединительное устройство и защитное устройство, содержащее это электрическое устройство - Google Patents

Abstract

Электрическую аппаратуру 4 для средних значений напряжения, размещенную в резервуаре 9, заполненном жидким диэлектриком 16, защищают плавким предохранителем 10, подключенным последовательно между системой электропитания и аппаратурой 4. Одна клемма 12, по меньшей мере, этого плавкого предохранителя расположена внутри резервуара 9. Изобретение относится к многофункциональному электрическому соединению 20 для этой аппаратуры, содержащему изолятор 23 для средних значений напряжения, соединитель 21 со стороны источника питания, соединитель 24 со стороны плавкого предохранителя для клеммы 11 плавкого предохранителя 10 со стороны питания и, возможно, гибкий электропровод 22. Соединитель 24 со стороны плавкого предохранителя содержит оболочку 34, изготовленную из эластомерного вещества, способного эластично деформироваться, чтобы охватить клемму 11 плавкого предохранителя со стороны источника питания и достичь герметизации и электрической изоляции между клеммой 11 и внутренней средой резервуара 9. Такая конструкция устраняет риски возникновения электрической дуги, образующейся внутри резервуара 9 вне клеммы 11 плавкого предохранителя со стороны питания.

Description

Изобретение относится к электрическому соединительному устройству, предназначенному для электропитания высоковольтной аппаратуры, защищенной плавким предохранителем, включенным последовательно между источником электропитания и аппаратурой, причем плавкий предохранитель, по меньшей мере, частично погружен в защитный резервуар, содержащий жидкий или газообразный диэлектрик.

Документ ЕР-А-0224072 описывает трехфазный трансформатор, погруженный в резервуар, содержащий жидкий диэлектрик, в данном случае масло, и подача электропитания выполнена посредством электрического соединения, содержащего высоковольтный изолятор между внешней стороной и внутренней стороной резервуара. Первичная обмотка трансформатора защищена плавкими предохранителями, расположенными внутри резервуара, причем параметры этих плавких предохранителей таковы, что они реагируют только на электрические повреждения, соответствующие внутренним повреждениям трансформатора. В устройстве этого типа должны быть приняты меры предосторожности против риска возникновения электрической дуги, формирующейся между первичной обмоткой трансформатора и изолятором. Такая электрическая дуга фактически может привести к короткому замыканию, возникающему вне плавкого предохранителя так, что плавкий предохранитель может быть не способен прервать его. Чтобы ограничить такой риск, документ указывает, что, с одной стороны, плавкий предохранитель должен быть размещен таким образом, чтобы расстояние между нижней частью высоковольтного изолятора и верхней частью плавкого предохранителя было меньше, чем половина длины плавкого предохранителя, и, с другой стороны, чтобы часть проводника между нижней частью высоковольтного изолятора и плавким предохранителем была такой, чтобы не формировалась исходная точка электрической дуги, посредством заключения части проводника, расположенной между нижней частью высоковольтного изолятора и плавким предохранителем, в отрезках изолирующих трубок, соединенных друг с другом посредством связывания, и/или посредством снабжения плавкого предохранителя защитным экраном в форме усеченного конуса, изготовленного из изолирующего вещества, который «раскрывается» в направлении высоковольтного изолятора.

Такая конструкция усложняет сборку и разборку изолятора и плавкого предохранителя. К тому же, экран в форме усеченного конуса, хотя и способен обеспечить защиту от формирования дуги между обмоткой и изолятором, не обеспечивает хорошей защиты от пробоя посредством дуги между нижними частями двух смежных изоляторов, в частности, на уровне наконечников плавкого предохранителя и даже более того, между плавким предохранителем и стенками резервуара, в частности, в случае уменьшения уровня или качества диэлектрика в резервуаре.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы упростить сборку и разборку электрического соединения известного типа. Задачей изобретения является также создание простого и недорогого электрического соединения, которое может использоваться для подачи электропитания для средних значений напряжения в электрическую аппаратуру, защищенную плавким предохранителем, уменьшающим риск возникновения короткого замыкания на уровне клеммы плавкого предохранителя со стороны подачи питания, в частности, в случае уменьшения уровня или качества диэлектрика.

Эти задачи решаются с помощью электрического соединительного устройства, предназначенного для передачи энергии между системой высоковольтного электропитания и защитным плавким предохранителем, защищающим электроаппаратуру, образующую нагрузку, и расположенную внутри резервуара, содержащего жидкий или газообразный диэлектрик и имеющего отверстие, причем плавкий предохранитель содержит две клеммы, одну - со стороны подачи питания, а другую - со стороны нагрузки, причем клемма со стороны нагрузки расположена внутри резервуара, две клеммы плавкого предохранителя соединяются плавким элементом, содержащимся в диэлектрическом корпусе, причем устройство содержит

- электропроводящую жилу;

- средство подсоединения со стороны подключения питания, предназначенное для электрического соединения жилы с источником электропитания;

- изолятор, предназначенный для вставки в отверстие и содержащий средство для герметизации отверстия и для прикрепления к стенке резервуара, предназначенное для достижения непроницаемости между внутренней стороной и внешней стороной резервуара на уровне отверстия и для электрической изоляции жилы от стенки резервуара;

- средство подсоединения со стороны нагрузки, предназначенное для электрического соединения жилы с клеммой плавкого предохранителя со стороны подачи питания;

- устройство, в котором средство подсоединения со стороны нагрузки содержит оболочку, изготовленную из эластомерного вещества, способного эластично деформироваться так, чтобы охватить клемму плавкого предохранителя со стороны подачи питания и обеспечить непроницаемость и электрическую изоляцию между клеммой плавкого предохранителя со стороны подачи питания и внутренней средой резервуара.

Клемма плавкого предохранителя со стороны подачи питания предпочтительно, но не обязательно, расположена внутри резервуара, в частности, по причинам обеспечения жесткости и сопротивления удару.

Предпочтительно, оболочка содержит, по меньшей мере, одну стенку, включающую в себя проводящее электрическое покрытие. Покрытие имеет потенциал клеммы плавкого предохранителя. Это ограничивает риски ионизации воздуха из-за эффекта короны между клеммой плавкого предохранителя и оболочкой. Покрытие может принимать форму эластомерного слоя, насыщенного проводящими углеродными частицами, или пленки проводящего вещества. Альтернативно, внутренняя часть оболочки может быть закрыта металлической юбкой в форме колпака, сделанной гибкой из-за наличия осевых периферийных прорезей. Эта юбка может быть, например, загнута на конец жилы, эластомерную оболочку тогда формуют по шаблону этой юбки. Также можно объединить металлическую юбку и проводящую пленку.

Предпочтительно, оболочка содержит выступ, предназначенный для функционирования вместе с корпусом плавкого предохранителя, чтобы обеспечить непроницаемость между диэлектриком резервуара и внутренней частью оболочки. Такая конструкция дает возможность изоляции клеммы плавкого предохранителя принимать нужную форму.

Выгодно, чтобы изолятор содержал покрытие, изготовленное из эластомерного вещества, формуемого по шаблону оболочки. Такая конструкция придает изолятору полезные механические свойства, и, в частности, некоторую эластичность при изгибе и кручении, что допускает механическое разъединение между системой электропитания и нагрузкой. Такое разъединение полезно, в частности, когда нагрузку подвергают механическим колебаниям. Кроме того, в этом случае изготовление электрического соединения особенно просто.

Предпочтительно, устройство содержит деформируемый электропровод с изолирующей плакировкой, изготовленной из эластомерного вещества, охватывающего один или более электрических проводников, формирующих часть жилы устройства. В случае, когда деформируемый электропровод расположен вне резервуара, по сравнению с обычными устройствами соединение дает возможность устранить набор соединителей. Это также обеспечивает большую свободу расположения электрической аппаратуры. Альтернативно, провод может быть расположен внутри резервуара между изолятором и соединителем со стороны нагрузки. Также возможно объединить электропровод вне резервуара и электропровод внутри резервуара.

Выгодно, чтобы изолирующая плакировка электропровода была изготовлена из того же эластомерного вещества, что и оболочка, что дает возможность формовать различные части устройства за один этап изготовления.

Выражение «электропровод» в настоящей заявке определяет обычные длинные деформируемые электрические проводники, состоящие, например, из переплетенных металлических нитей. Электропровод предпочтительно содержит оплетку из проводящих нитей. Кабель с оплеткой, то есть перекрещивающийся относительно плоскости способом жгута, дает намного большую гибкость, чем обычные многожильные кабели. Для токов малой мощности многожильные или проволочные кабели способны обеспечить альтернативный вариант.

Другой аспект изобретения относится к защитному устройству электрической аппаратуры для средних значений напряжения, в частности, трансформатору, размещенному в резервуаре, содержащем жидкий или газообразный диэлектрик и имеющем отверстие, причем это устройство содержит

- защитный плавкий предохранитель, по меньшей мере, частично находящийся внутри резервуара и включенный между источником питания и аппаратурой, причем плавкий предохранитель содержит две клеммы, одну - со стороны источника питания, а другую - со стороны нагрузки, соединенных плавким элементом, содержащимся в диэлектрическом корпусе, и клемма со стороны нагрузки расположена внутри резервуара, и

- устройство электрического соединения, описанное выше, у которого средство подсоединения со стороны нагрузки соединено с клеммой плавкого предохранителя со стороны источника питания.

Такое устройство гарантирует высококачественную изоляцию между плавким предохранителем и внутренней частью резервуара.

Еще один аспект изобретения относится к электрической аппаратуре, образующей нагрузку, питаемую высоковольтной системой электропитания, расположенной внутри резервуара, содержащего жидкий или газообразный диэлектрик и имеющего отверстие, и снабженной защитным устройством, описанным выше, включенным между системой электропитания и электрической аппаратурой.

Преимущества и признаки изобретения станут более очевидными из нижеследующего описания различных вариантов осуществления изобретения, данных только в виде неограничивающих примеров и представленных на сопроводительных чертежах, на которых фиг. 1 представляет собой поперечный разрез электрической аппаратуры для средних значений напряжения, питаемой посредством электрического соединения, согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 представляет собой продольный разрез электрического соединения, изображенного на фиг. 1, в исходном положении;

фиг. 3 представляет собой продольный разрез электрического соединения, согласно второму варианту осуществления изобретения;

фиг. 4 представляет собой продольный разрез электрического соединения, согласно третьему варианту осуществления изобретения.

Электрическая коммуникационная панель (фиг. 1) для средних значений напряжения, заключенная в оболочку 2, заполненную газообразным диэлектриком, в данном случае гексафторидом серы, содержит устройства подачи 3, подводящие ток системы электропитания к электрической аппаратуре 4, образующей нагрузку. Эта аппаратура 4 содержит трехфазный трансформатор 5 для среднего/низкого напряжения и защитное устройство, содержащее трехфазный прерыватель 6 и плавкие предохранители 10, соединенные вне первичных обмоток трансформатора 5. Прерыватель 6 предназначен для защиты от электрических повреждений, вызывающих только небольшие пульсации тока на уровне первичной обмотки трансформатора, в частности, повреждений, имеющихся во вторичных обмотках. Каждый плавкий предохранитель 10 включен последовательно между системой питания и прерывателем и выборочно чувствителен к коротким замыканиям, воздействующим на первичные обмотки трансформатора 5. Подробное описание этого устройства может быть найдено в патентной заявке Франции № 98/10519. Каждый плавкий предохранитель 10 обычно содержит две металлических оконечных клеммы 11, 12, соединенных плавким элементом 13, содержащимся в цилиндрическом корпусе 14, содержащем твердое диэлектрическое вещество. Электрическая аппаратура 4 находится в резервуаре 9, образующем плотно герметизированный контейнер, заполненный диэлектрической жидкостью 16, в данном случае маслом.

Электрическое соединение 20, согласно первому варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 1 и 2, предназначено для электропитания первичных обмоток трансформатора и подсоединено с одной стороны к системе электропитания на уровне устройств подачи (тока) 3, а с другой стороны - к аппаратуре 4. Это электрическое соединение 20 содержит внешнее соединение 21, предназначенное для соединения с системой электропитания, среднюю часть, образующую гибкий электропровод 22, изолятора 23, обеспечивающего герметизацию на уровне отверстия, имеющегося в стенке резервуара 9, и внутреннее соединение 24, с которым контактирует клемма 11 плавкого предохранителя 10.

Электрическое соединение 20 содержит проводящую электрическую жилу 25, закрытую покрытием 26, изготовленным из хорошо изолирующего эластомерного вещества. Жила 25 содержит в своей средней части оплетку 21, состоящую из металлических нитей, и на каждом конце - штырек 28, 29 с загнутой на оплетку 27 кромкой. Жила 25 содержит, к тому же, проводящее покрытие 30, покрывающее металлическую оплетку 27. Слой покрытия 30 дает возможность сгладить воздействия от «шипов» от проволоки, выступающих радиально из оплетки 27, и сгладить эквипотенциальные поверхности вблизи неравномерностей поверхности оплетки. На практике проводящее покрытие 30 формируют с помощью силиконовой основы, насыщенной проводящими углеродными частицами.

Покрытие 26 в этом варианте осуществления образовано вулканизируемым холодным способом силиконом обычной цилиндрической формы, который также образует корпус изолятора и соединений со стороны блока питания и нагрузки. Покрытие 26 закрыто плакировкой, образованной проводящей пленкой 31, которая имеет тот же потенциал, что и земля. В качестве показательного примера, для номинального напряжения 24 кВ и номинального тока 100 А диаметр оплетки приблизительно составляет 8 мм для внешнего диаметра кабеля приблизительно 30 мм. Как можно видеть в положении покоя на фиг. 2 и рабочем положении на фиг. 1, соединительный кабель 20 способен изгибаться под большим углом, то есть, по меньшей мере, на 180°. Другими словами, когда один из концов соединения, например внутренний конец, фиксирован, другой способен перемещаться обратимым образом от первого исходного положения - например, положения покоя на фиг. 2 - во второе положение, при котором он подвергается вращению на 180° - в примере, положение на фиг. 1. В этом случае такой изгиб возможен во всех плоскостях пространства, с каждой стороны положения покоя. Эти степени свободы дают возможность позиционировать свободный конец соединения без чрезмерных усилий.

Изолятор 23 и внутреннее соединение 24 в этом варианте осуществления являются вставленными друг в друга. Изолятор 23 содержит фиксирующий фланец 32, который прикреплен к стенке резервуара 9 посредством фиксирующих винтов 33. Защитный чехол 41 предохраняет трансформатор 42 тока, выдавая сигнал, представляющий силу тока, протекающего через соединение 20. Внутреннее соединение 24 содержит оболочку 34, часть 35 которой имеет форму колпака, имеющего приблизительно те же самые формы, что и клемма плавкого предохранителя со стороны подачи питания, с цилиндрической стенкой и плоским основанием, находящимся на одном уровне с концом штырька 29 со стороны нагрузки проводящей жилы соединения 20. Этот колпак 35 выступает в виде цилиндрического выступа 36 немного меньшего диаметра так, чтобы принять форму корпуса 14 плавкого предохранителя. Внутренние стенки колпака 35 покрыты проводящей пленкой таким образом, что они имеют тот же потенциал, что и штырек 29 жилы со стороны нагрузки. Когда плавкий предохранитель 10 вставляют в соединение 24, периферийный выступ 36 соединения работает вместе с цилиндрическим корпусом 14 плавкого предохранителя и подвергается деформации изгибом, что дает возможность обеспечить достаточное контактное давление с корпусом плавкого предохранителя так, чтобы между внутренней частью колпака 35 и внешней средой формировалось герметичное уплотнение, погруженное в жидкий диэлектрик резервуара 9.

Внешнее соединение 21 содержит полость 37 в форме колпака, из нижней части которого выступает штырек 28 питания. Внешняя периферия соединения 21 имеет стенку 38 в виде усеченного конуса, образующую направляющую поверхность и достигающую диэлектрического уплотнения и поддерживающего выступа 39 для фиксирующего фланца 40. Это соединение 21 предназначено для того, чтобы входить в зажимной контакт 43 устройства подачи 3 коммутационной панели 1 для средних значений напряжения.

Многофункциональное электрическое соединение изготавливают, помещая жилу соединения в пресс-форму, слегка смещаемую при протягивании за ее концы, а затем вводя силикон, охлажденный при небольшом избыточном давлении, посредством головок, распределенных в кольце вокруг жилы. На втором этапе внешнюю цилиндрическую стенку плакировки покрывают проводящей пленкой силикона, насыщенной частицами углерода посредством нанесения рисунка. Аналогично, пленку рисунка осаждают на внутреннюю поверхность колпака соединителя со стороны нагрузки.

Второй вариант осуществления изобретения (фиг. 3) отличается от первого отсутствием секции гибкого электропровода. Подсоединение к системе электропитания достигают посредством отдельного кабеля, который вставляется в соединение 21 со стороны электропитания.

Фиг. 4 представляет третий вариант осуществления изобретения. Здесь соединение 21 со стороны электропитания расположено в изоляторе, который соединен с соединением 24 со стороны нагрузки посредством электропровода 50 со структурой, идентичной структуре в первом варианте осуществления. Таким образом, обеспечивают свободу расположения плавкого предохранителя относительно изолятора.

Естественно, изобретение может быть подвергнуто различным модификациям. В частности, может быть выгодно использовать различные вещества для различных частей соединения в соответствии с заданными механическими свойствами. Более точно, можно изготовить корпус изолятора из очень жесткого вещества и изготовить эластомерное вещество соединения со стороны нагрузки и сделать так, чтобы гибкий электропровод прилипал к нему. Также возможно использовать различные эластомеры для соединения со стороны нагрузки и электропровода. Подразумеваемыми эластомерами являются не только вулканизируемые холодным способом силиконы, могут быть использованы другие классы силикона, в частности, вулканизируемые горячим способом силиконы. Наконец, также могут быть предусмотрены другие эластомерные вещества.

В вышеупомянутых вариантах осуществления плавкий предохранитель расположен полностью внутри резервуара, с одной стороны средней плоскости крышки резервуара, что обеспечивает предохранение против ударов. Однако изобретение сохраняет свои преимущества, когда соединение плавкого предохранителя со стороны питания расположено выше этой средней плоскости до тех пор, пока клемма плавкого предохранителя со стороны нагрузки погружена в жидкий диэлектрик и делает необходимым мастерство изоляции вне корпуса плавкого предохранителя.

Специальные формы колпака соединителя со стороны нагрузки соединения диктуются соответствующими формами плавкого предохранителя и изменяются от одного плавкого предохранителя к другому. Важно сформировать выступ оболочки таким образом, чтобы обеспечить гибкую деформацию, формирующую достаточное контактное давление эластомерного вещества соединителя на корпус плавкого предохранителя. Колпак также сформован в соответствии с формой клеммы плавкого предохранителя. Можно также предусмотреть головку плавкого предохранителя, которая должна ввинчиваться в колпак.

В вышеупомянутых вариантах осуществления резервуар содержит масло. Однако изобретение также применимо к распределительной аппаратуре, погруженной в другие жидкие или газообразные диэлектрики, в частности, в гексафторид серы (элегаз).

Кроме того, защитное устройство, содержащее электрическое соединение и плавкий предохранитель, может быть использовано для любого типа аппаратуры, погруженной в масло или в диэлектрический газ. В частности, оно применимо к трансформатору прерывателя промежуточной схемы.

Варианты осуществления касаются средних значений напряжения, которые в смысле настоящей заявки образуют часть значений высокого напряжения. Однако изобретение может также применяться при напряжении выше 56 кВ.

Claims (10)

1. Электрическое соединительное устройство (20), предназначенное для передачи энергии между высоковольтной системой электропитания и защитным плавким предохранителем (10), защищающим электрическую аппаратуру (4), образующую нагрузку и расположенную внутри резервуара (9), содержащего жидкий или газообразный диэлектрик (16) и имеющего отверстие, причем плавкий предохранитель (10) содержит две клеммы, одну (11) со стороны подачи питания, а другую (12) - со стороны нагрузки, при этом клемма (12) со стороны нагрузки расположена внутри резервуара (9), кроме того, две клеммы (11, 12) плавкого предохранителя (10) соединены плавким элементом (13) , находящимся в диэлектрическом корпусе (14) , при этом устройство (20) содержит электропроводящую жилу (25);

средство подсоединения (21) к источнику питания, предназначенное для электрического соединения жилы (25) с источником электропитания;

изолятор (23), предназначенный для вставки в отверстие и содержащий средство для герметизации и для прикрепления к стенке резервуара (9), предназначенное для достижения непроницаемости между внутренней стороной и внешней стороной резервуара (9) на уровне отверстия и для электрической изоляции жилы от стенки резервуара (9);

средство подсоединения (24) со стороны нагрузки, предназначенное для электрического соединения жилы (25) с клеммой (11) плавкого предохранителя со стороны источника питания;

отличающееся тем, что средство подсоединения (24) со стороны нагрузки содержит оболочку (34), изготовленную из эластомерного вещества, способного эластично деформироваться так, чтобы охватить клемму (11) плавкого предохранителя со стороны питания и обеспечить уплотнение и электрическую изоляцию между клеммой (11) плавкого предохранителя со стороны питания и внутренней средой резервуара (9).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оболочка (34) содержит, по меньшей мере, одну стенку, включающую в себя электропроводящее покрытие.

3. Устройство по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что оболочка (34) содержит выступ (36), предназначенный для функционирования совместно с корпусом (14) плавкого предохранителя (10), чтобы получить уплотнение между диэлектриком (16) резервуара (9) и внутренней частью оболочки (34).

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что изолятор (23) содержит покрытие, изготовленное из эластомерного вещества, принимающего форму оболочки (34).

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что содержит деформируемый электропровод (22) с изолирующей плакировкой (26), изготовленной из эластомерного вещества, окружающего один или более электрических проводников, образующих часть жилы (25) устройства.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что деформируемый электропровод (22) расположен с внешней стороны резервуара (9).

7. Устройство по любому из пп.5 или 6, отличающееся тем, что изолирующая плакировка (26) электропровода (22) изготовлена из того же эластомерного вещества, что и оболочка (34).

8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что электропровод (22) содержит оплетку (27) из проводящих нитей.

9. Защитное устройство (4) для средних значений напряжения, в частности, трансформатор (5), расположенный в резервуаре (9), содержащем жидкий или газообразный диэлектрик и имеющем отверстие, содержащее защитный плавкий предохранитель (10), по меньшей мере, частично расположенный внутри резервуара (9) и включенный между источником питания и аппаратурой (4), при этом плавкий предохранитель (10) содержит две клеммы, одну (11) - со стороны источника питания, а другую (12) - со стороны нагрузки, соединенные плавким элементом (13), находящимся в диэлектрическом корпусе (14), причем клемма (12) со стороны нагрузки расположена внутри резервуара (9); и устройство (20) электрического соединения по любому из пп.1-8, средство подсоединения (24) которого к нагрузке соединено с клеммой (11) плавкого предохранителя со стороны питания.

10. Электрическая аппаратура (4), образующая нагрузку, питаемая высоковольтной системой электропитания, расположенная внутри резервуара (9), содержащего жидкий или газообразный диэлектрик (16) и имеющего отверстие, и снабженная защитным устройством по п.9, включенным между системой электропитания и электрической аппаратурой.