導體支撐絕緣盤以及包括該盤的電組件的制作方法

專利名稱：導體支撐絕緣盤以及包括該盤的電組件的制作方法
技術領域：
本發明的一個方面涉及用于支撐中或高壓電設備的電導體的絕緣盤，以及另一方面涉及包括該盤的電組件。
各種高或中壓電設備是已知的，例如電纜或隔離開關，其中具有特定電勢的導體必須由設備的另一部分支撐，例如由于絕緣件的插入而具有不同電勢的殼體。不同的形狀和許多不同的材料已經用于產生這種絕緣件。所有公知的方案存在不適和缺點。一些材料不能被加工，因此絕緣支撐件必須利用諸如模制等昂貴的技術制造；在現有技術中提出的一些絕緣件的形狀復雜，使得它們的制造成本更貴并且使它們的組裝變得復雜；并且最后不是所有的材料都是氣密性的，這意味著當絕緣件也需要分隔兩個不同的腔室時它們不能被使用。
像隔離開關這樣的開關裝置對這個領域中遇到的電氣絕緣和機械強度的持續需求加重，由于連續連接和斷開而使得電氣負載更加嚴重，其在80℃等級的高溫下工作；以及特別是在諸如六氟化硫SF6的一些特定氣體下，在這種類型的設備中產生電弧，分解生成腐蝕的產物，包括侵蝕一些絕緣件的氫氟酸。在工程學中，這種類型的設備通常被稱為GIS(氣體絕緣開關裝置)，或氣密性變電站。
所有的這些需求非常難以符合。因此，在此考慮的絕緣件的現有技術包括不同類型的盤，該盤由在同心層中包括不同材料的薄片結構組成，其提供一些電特性但不是氣密性的，并且需要復雜且昂貴的制造過程。機械強度和抗腐蝕性需求也不總是得到滿足。
文獻EP0588359A和DE3906553A描述了環氧樹脂或硅樹脂盤。這些材料在高溫下和在腐蝕氣氛下保持良好的機械強度，但它們的模制所需的制造也是昂貴的，并且帶來容易出現電弧的表面缺陷。因此，盤必須由實現絕緣的層或起相同作用的屏蔽件覆蓋，這在它們不具備必要的抗腐蝕下甚至還是增加了制造成本。
熱塑性聚合物也用于產生絕緣件文獻EP1039609A描述了一種設計用于電纜且沒有任何開關裝置的固體聚乙烯或聚丙烯絕緣盤，其中在沒有任何開關電弧的情況下沒有由SF6分解產物產生的腐蝕，以及其中比在隔離開關和類似的活動開關裝置中更低的溫度沒有相應地降低絕緣件的機械強度。
本發明涉及呈盤狀的上述類型的絕緣設備，其安裝在諸如殼體的部件上，同時用作處于與殼體的電勢不同的電勢的電導體的支撐，其特征在于它是由熱塑性聚酯制成。這種材料顯然從來沒有用于在此涉及的絕緣件。它具有現有技術中使用的其他材料所沒有的所有特性它能夠容易地由厚板開始加工，或它能夠擠壓成形而不是模制成形，從而經濟地加工，它具有相對低的介電常數，它能夠氣密性組裝并且抵制通常在隔離開關殼體中使用的氣體的侵蝕。它的結構是均勻的，沒有空隙和夾雜物，這使得它具有可靠性同時消除在一些環氧樹脂情況下的局部放電和通常由模制缺陷導致的表面軌跡。因此，盤可以設置在殼體的開口上，而沒有任何具體的預防措施以及沒有由于干擾電場而影響開關裝置的操作。它能夠容易地利用傳統的機床由厚板開始加工，并且它能夠設置有具體的配置，例如便于其與支撐在其上的導體組裝或連接。
聚酯已經公知了十來年。它們沒有用于本申請的情況可以這樣解釋，熱塑性聚合物的硬度不夠，當它們被加熱時過度熱膨脹，以及它們對于氫氟酸的侵蝕可能敏感。事實上發現，在實際中遇到的化學腐蝕下聚酯保持完好，它們的熱膨脹是可以接受的，并且即使在大約80℃它們也保持合適的機械強度發現，本發明預計的聚酯的在20℃時等于85MPa的損壞阻力(resistance to failure)在80℃時仍然是45MPa，并且在20℃時等于3200MPa的彈性模量在80℃時減半，這高于該材料在75℃時的玻璃轉變溫度。注意，聚乙烯和聚丙烯的機械特性對于本申請是不夠的。具體地，聚乙烯的彈性模量在20℃時是750MPa的等級，而聚丙烯是1000MPa，這導致電開關裝置不可接受的厚度。進一步地，這些材料的線性膨脹系數接近聚酯的兩倍，使得難以在氣密性應用中使用它們。
最后，通過在3.5巴的壓力下在包含0.1％(體積)氣態氫氟酸的氣體中人為的1000h老化試驗，聚酯盤的每單元面積的電阻率、介電常數和介電強度沒有改變。
存在幾種類型的熱塑性聚酯。例如，優選地，將使用具有小于4.0的相對介電常數的聚酯(在例如50Hz的考慮電流頻率下)。優選的是半晶質熱塑性聚酯。這種材料可以由無機填料加強，優選地從下列材料中選擇硅石，礬土，玻璃球，玻璃纖維，云母，滑石，硅酸鹽類納米填料，用于在玻璃轉變溫度之上的情況下使用。在所有方面都特別有利的一種聚酯是聚乙烯對苯二酸酯(PET-P)，化學結構式是(C8O4H8)n。結晶率在25％至60％范圍內，玻璃轉變溫度在從70℃至100℃的范圍內，晶相融化溫度在230℃至270℃的范圍內，是用于本申請的最好的PET-P材料的典型特性。使用的材料沒有潤滑劑。電氣設備通常在高溫下工作。必須采用預防措施防止聚酯的相對高的熱膨脹的后果，尤其是實現良好的密封。在本發明的一個具體實施例中，盤包括外圍鉆孔，其中從盤伸出的金屬管被壓力裝配的長度比盤的厚度大至少0.5％。將看到這種設置即使在高的且可變的溫度下如何幫助保持密封。盤還可以設置有金屬環，該金屬環圍繞盤并且以比盤的厚度大至少0.5％的寬度從盤突出。
為了降低熱塑性聚酯的溫度，或者為了增加導體的可允許溫度，還可以將熱屏蔽件增加到電導體和絕緣盤之間的接觸面。圍繞導體的熱屏蔽件由在高溫和低導熱率下穩定的材料形成，并且能夠根據導體的溫度從陶瓷、熱固性樹脂或高溫熱塑性塑料和合成材料中選擇。
熱屏蔽件具有管狀形狀，并且熱屏蔽件外側上的粗糙度或圖案可以適于增加熱屏蔽件和盤之間的粘合，或者使組裝方便，例如通過螺紋，花鍵，膠粘連接或其他的方式。例如，熱屏蔽件可以被卡住，或者熱屏蔽件和盤可以通過燕尾槽組裝。熱屏蔽環的厚度根據導體的溫度和選擇的熱屏蔽材料的性質從1mm至30mm變化，并且它的長度與盤的厚度相同。
如果高機械應力施加到絕緣盤，例如如果跨過絕緣盤施加高壓力差，則導體和絕緣盤之間的連接可以通過使用金屬插入件加強，該插入件在導體和絕緣件之間形成牢固的連接。金屬插入件是管狀形狀的，插入件外側上的粗糙度或圖案可以適于增加插入件和盤之間的粘合，或者使組裝方便，例如通過螺紋，花鍵，膠粘連接或其他的方式。例如，金屬插入件可以被卡住，或者金屬插入件和盤可以通過燕尾槽組裝。金屬插入環的厚度根據選擇的連接的幾何結構從1mm至30mm變化，并且它的長度幾乎等于盤的厚度。
為了增加絕緣盤對諸如SF6的腐蝕氣體的分解產物的抵制力，合適的清漆可以應用到絕緣盤的表面；可以推薦接近30μm厚度涂層的脂族聚氨酯清漆。一個例子是FARBA V50，其可以由刷子或漆滾筒實施，或者它可以在壓力下散布，并且干燥4個小時。
包括絕緣盤和導體的電組件包括設置在盤表面上以增加局部放電的點火電壓的導體電極。推薦在電極和盤之間應該插入一裝置，以增加與電極的距離，并且進一步地增加點火電壓。電極由圍繞導體的肩部支撐。
盤可以包括至少一個徑向鉆孔，其中導體設置在該鉆孔內基本上與支撐部件或接地相同的電位。該導體可以是直接連接或通過測量裝置連接的接地導體。
由于聚酯的良好的可加工性能，鉆孔、槽等可以形成在盤中。
本發明的這些方面和其他方面將參考下列附圖進行更詳細的描述—

圖1示出了根據本發明的包括兩個盤的電氣隔離開關的全視圖；—圖2和3是圖1的放大圖；—圖4是所述盤的正視圖；—圖5示出了所述盤的變形實施例；—以及圖6是圖2的變形。
我們將由描述圖1開始，該圖示出了主要由氣密性金屬殼體1限定的隔離開關，但是其中具有開口。上開口由法蘭2限定，該隔離開關或具有盤5和與導體7接觸的導體(在圖1中未示出)的另一設備通過套管栓接在該法蘭上。兩個其他的開口由與本發明一致的盤4和5關閉，該盤4和5分別支撐導體6和7。盤4和5由具有相對介電常數的諸如聚乙烯對苯二酸酯塊的聚酯塊或其他聚酯加工形成，該介電常數優選地不超過4.0。盤4和5的直徑—厚度比優選地是小于10。導體6和7是相互垂直的，并且可以通過隔離開關的套管8連接，其在驅動機構9的作用下沿著一個導體的端部6滑動，驅動機構9僅示出一個端部，并且根據現有技術包括杠桿，連接棒，彈簧等。通常向前移動套管8直到其伸入與導體7相連的插座10中，建立起電連接—套管在導體6上保持局部滑動—或者形成隔離位置，其中通過進一步地圍繞導體6推動套管使套管8從插座10退出。導體6然后如稍后所述可以接地。現在將描述盤4和5，首先描述具有與盤5相同的細節的盤4，以及其他特殊的細節。
盤4和5設置在殼體1的法蘭11和12的平面表面上，并且關閉由這些法蘭形成的開口。導體6和7在盤4和5的中間接合從而穿過它們，以致于如果需要，它們可以連接到在使用隔離開關的電路中的其他導體。
如圖2所示，包括部分導體6的軸向鉆孔13形成在盤4中。槽14形成在盤4的中間厚度處以保持O形環15，從而防止在殼體1中特定氣體的泄漏。在盤4每側上的電極16和17在導體6上滑動。它們防止在導體6的電勢與保持在接地電位的殼體1的電勢不同時的局部放電。電極的形狀，特別是外側半徑，相應地調整。在殼體內側上的電極16設置地與圍繞導體6的肩部18接觸。電極16和17的效果可以由設置在每個電極16和17與盤4之間的較小直徑的墊片19的堆疊而加強，該墊片增加了盤4和電極16、17之間的距離。墊片19的這些堆疊是粘合的或者是自由的。它們由與盤4相同的材料形成。作為變形，通過圍繞徑向鉆孔13在盤4上產生凸紋(relief)從而支撐電極16和17使它們進一步移動遠離盤4剩余部分的表面，可以更難形成放電。
在此實施例中，盤4在其兩個表面上開槽有槽20和21，該槽圍繞軸向鉆孔13輻射。它們從殼體1騰空出諸如氣體的內容物，由功能性氣體填充，并且沒有在墊片之間截留空氣。
參考圖3。盤4或5的預設材料的一個缺點是它們的熱膨脹系數太大，這可能導致在隔離開關工作的高溫下的過度變形。因此，推薦將盤4和5安裝在法蘭11和12上的特殊方法。用于盤4和5栓接的外圍鉆孔22將例如由鋁形成的金屬管23保持得比盤4和5的厚度稍長至少0.5％，以致于它們在盤4和5的兩個表面上突出。當螺栓24緊固時，管23保持在法蘭11和12以及諸如25的法蘭上的適當位置，電氣設備的諸如電纜槽的其他元件或殼體的其他部分連接到殼體1。在盤4、5與法蘭之間存在間隙26和27，容納盤4的膨脹。氣密性由密封件28和29保持，該密封件保持在于盤4和5以及法蘭11、12和25的表面上形成的槽中。
再次參考圖1，能夠看到，盤4與盤5的區別在于，盤4具有容納接地導體31的徑向鉆孔30。導體31在按鈕32處結束，按鈕32穿過面對開關的插座33的內側面從盤4突出，插座33與套管8相連，并且在開關接地位置覆蓋它們。導體31的另一端在圍繞法蘭11的外圍安裝的連接棒34上結束，并且因此在圖1的位置使導體6的電勢和接地位置的電勢相等。作為變形，在導體31和殼體1之間插入儀器，例如測量觸頭33的電流或者檢測局部放電。
具有允許盤4和5熱膨脹的金屬管23的系統，能夠由圍繞盤的金屬環35替代。此方案在圖5中示出。金屬環35的寬度比盤的厚度大至少0.5％，并且在兩側突出，類似于金屬管23。
圖4示出了盤4和5可以支撐幾個導體6和7，該導體之后被并排設置。具體地，包括軸向鉆孔13和電極16、17的導體支撐設備為每個導體設置有徑向接地鉆孔30。
如果盤4和5沒有實施氣密功能并且僅提供導體的電絕緣，則密封件是不必需的。盤4和5甚至可以設置在包含相同氣體的兩個殼體之間。然后，優選地，可以由通過盤4和5的鉆孔在這些室之間建立連通。
在圖6的變形實施例中，成套管形式的金屬插入件40在導體6和盤4之間接合，代替它們之間的直接調節，這在圖1和圖2中的實施例中可以觀察到。它實質上用于限制盤4的溫度升高。金屬插入件40在連接表面41處被壓力安裝在盤4中。在槽14中的密封件15設置在金屬插入件40的兩側上，與盤4接觸，并且與導體6接觸。
金屬插入件40可以由具有與圖6所示的圖案一致的相同形狀和相同尺寸的熱屏蔽件代替；壓力安裝調節通過在連接表面41上的粘合代替。
如果絕緣盤5不是平的，那么采用這種新的材料也是有好處的。如許多類型的現有設備一樣，盤可以圓錐形的，它可以具有成同心圓形波形式的凸紋，但是它也可以是沿半徑方向具有不同厚度的盤。這種類型的不平的盤可以通過熱成型制造。
權利要求
1.一種由熱塑性材料制成用于中或高壓電氣設備的電絕緣盤(4，5)，包括分配給支撐至少一個電導體(6，7)的區域，以及分配給支撐在處于與導體的電勢不同的電勢的諸如殼體的部件(1)上的區域，其特征在于，所述熱塑性材料是聚酯。
2.根據權利要求1的絕緣盤，其特征在于，所述聚酯具有小于4.0的相對介電常數。
3.根據權利要求1的絕緣盤，其特征在于，所述聚酯是聚乙烯對苯二酸酯。
4.根據權利要求1至3中任意一項的絕緣盤，其特征在于，其基本上是平的。
5.根據權利要求4的絕緣盤，其特征在于，其具有小于10的直徑-厚度比。
6.根據權利要求1至5中任意一項的絕緣盤，其特征在于，其包括外圍鉆孔(22)，伸出所述盤的金屬管(23)被壓力裝配在所述鉆孔中，金屬管(23)的長度比盤的厚度大至少0.5％。
7.根據權利要求1至5中任意一項的絕緣盤，其特征在于，其與金屬環(35)配合，該金屬環圍繞所述盤并且以比盤的厚度大至少0.5％的寬度從盤伸出。
8.根據權利要求3的絕緣盤，其特征在于，所述聚乙烯對苯二酸酯是半晶質，沒有潤滑劑，結晶度在25％至50％的范圍內。
9.根據權利要求8的絕緣盤，其特征在于，所述聚乙烯對苯二酸酯由無機填料加強。
10.根據權利要求9的絕緣盤，其特征在于，所述無機填料從下列材料中選擇硅石，礬土，玻璃球，玻璃纖維，云母，滑石，硅酸鹽類納米填料。
11.根據上述權利要求中任意一項的絕緣盤，其特征在于，熱屏蔽件或金屬插入件(40)插入在盤(4)和導體(6)之間。
12.根據上述權利要求中任意一項的絕緣盤，其特征在于，清漆涂敷在盤上。
13.根據權利要求12的絕緣盤，其特征在于，清漆是脂族聚氨酯。
14.根據權利要求1至5中任意一項的絕緣盤，其特征在于，分配給支撐導體的區域包括至少一個軸向鉆孔(13)。
15.根據權利要求1至5中任意一項的絕緣盤，其特征在于，其包括至少一個徑向鉆孔(30)，在該鉆孔中布置有導體(31)，所述導體(31)基本上處于與所述部件(1)相同的電勢上。
16.一種用于中或高壓電氣設備的電組件，包括根據上述權利要求中任意一項的絕緣盤和導體，至少一個導體穿過所述盤，其特征在于，每個導體包括靠近所述盤的兩個環狀電極(16，17)，并且電極的形狀優選消除局部放電。
17.根據權利要求16的電組件，其特征在于，其包括在電極和盤之間插入的墊片(19)，并且該墊片的厚度優選能夠消除放電。
18.根據權利要求16或17的絕緣組件，其特征在于，其包括活動開關，該開關位于與設置在徑向鉆孔中的導體的一部分(32)形成接觸的位置，該部分從所述盤伸出。
19.根據權利要求16至18任意一項的絕緣組件，其特征在于，所述盤設置在所述部件(1)的開口上，并且通過氣密性密封件(28，29)固定到所述部件。
20.包括根據權利要求1至15任意一項的電絕緣盤的氣密性變電站。
21.包括根據權利要求16至19任意一項的電組件的氣密性變電站。
全文摘要
本發明涉及處于與殼體(1)的電勢不同的電勢的高或中壓電導體(6，7)的支撐件，電導體(6，7)由采用熱塑性聚酯制成的盤狀部件(4，5)支撐，熱塑性聚酯例如是聚乙烯對苯二酸酯。盤(4和5)提供了良好的絕緣性，由于它們相當低的介電常數而沒有很大地干擾圍繞導體的電場。此外，它們也可以在SF
文檔編號H02G5/06GK101069331SQ200580033780
公開日2007年11月7日 申請日期2005年9月28日 優先權日2004年10月4日
發明者H·希爾特布龍納, G·帕爾米耶里, K·波林克, C·恰內恩, J-L·貝塞德, Y·基弗爾 申請人:阿雷瓦T&D公司