專利名稱：導(dǎo)體支撐絕緣盤以及包括該盤的電組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一個方面涉及用于支撐中或高壓電設(shè)備的電導(dǎo)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(shè)備是已知的，例如電纜或隔離開關(guān)，其中具有特定電勢的導(dǎo)體必須由設(shè)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(jīng)用于產(chǎn)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(shù)制造；在現(xiàn)有技術(shù)中提出的一些絕緣件的形狀復(fù)雜，使得它們的制造成本更貴并且使它們的組裝變得復(fù)雜；并且最后不是所有的材料都是氣密性的，這意味著當(dāng)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(guān)這樣的開關(guān)裝置對這個領(lǐng)域中遇到的電氣絕緣和機械強度的持續(xù)需求加重，由于連續(xù)連接和斷開而使得電氣負(fù)載更加嚴(yán)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(shè)備中產(chǎn)生電弧，分解生成腐蝕的產(chǎn)物，包括侵蝕一些絕緣件的氫氟酸。在工程學(xué)中，這種類型的設(shè)備通常被稱為GIS(氣體絕緣開關(guān)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(xiàn)有技術(shù)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(jié)構(gòu)組成，其提供一些電特性但不是氣密性的，并且需要復(fù)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(huán)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?guī)砣菀壮霈F(xiàn)電弧的表面缺陷。因此，盤必須由實現(xiàn)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(chǎn)生絕緣件文獻EP1039609A描述了一種設(shè)計用于電纜且沒有任何開關(guān)裝置的固體聚乙烯或聚丙烯絕緣盤，其中在沒有任何開關(guān)電弧的情況下沒有由SF6分解產(chǎn)物產(chǎn)生的腐蝕，以及其中比在隔離開關(guān)和類似的活動開關(guān)裝置中更低的溫度沒有相應(yīng)地降低絕緣件的機械強度。
本發(fā)明涉及呈盤狀的上述類型的絕緣設(shè)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(dǎo)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(xiàn)有技術(shù)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(jīng)濟地加工，它具有相對低的介電常數(shù)，它能夠氣密性組裝并且抵制通常在隔離開關(guān)殼體中使用的氣體的侵蝕。它的結(jié)構(gòu)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(huán)氧樹脂情況下的局部放電和通常由模制缺陷導(dǎo)致的表面軌跡。因此，盤可以設(shè)置在殼體的開口上，而沒有任何具體的預(yù)防措施以及沒有由于干擾電場而影響開關(guān)裝置的操作。它能夠容易地利用傳統(tǒng)的機床由厚板開始加工，并且它能夠設(shè)置有具體的配置，例如便于其與支撐在其上的導(dǎo)體組裝或連接。
聚酯已經(jīng)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(dāng)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(fā)現(xiàn)，在實際中遇到的化學(xué)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(fā)現(xiàn)，本發(fā)明預(yù)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(zhuǎn)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(dǎo)致電開關(guān)裝置不可接受的厚度。進一步地，這些材料的線性膨脹系數(shù)接近聚酯的兩倍，使得難以在氣密性應(yīng)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(tài)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(shù)和介電強度沒有改變。
存在幾種類型的熱塑性聚酯。例如，優(yōu)選地，將使用具有小于4.0的相對介電常數(shù)的聚酯(在例如50Hz的考慮電流頻率下)。優(yōu)選的是半晶質(zhì)熱塑性聚酯。這種材料可以由無機填料加強，優(yōu)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(zhuǎn)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(xué)結(jié)構(gòu)式是(C8O4H8)n。結(jié)晶率在25％至60％范圍內(nèi)，玻璃轉(zhuǎn)變溫度在從70℃至100℃的范圍內(nèi)，晶相融化溫度在230℃至270℃的范圍內(nèi)，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(shè)備通常在高溫下工作。必須采用預(yù)防措施防止聚酯的相對高的熱膨脹的后果，尤其是實現(xiàn)良好的密封。在本發(fā)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(shè)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(shè)置有金屬環(huán)，該金屬環(huán)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(dǎo)體的可允許溫度，還可以將熱屏蔽件增加到電導(dǎo)體和絕緣盤之間的接觸面。圍繞導(dǎo)體的熱屏蔽件由在高溫和低導(dǎo)熱率下穩(wěn)定的材料形成，并且能夠根據(jù)導(dǎo)體的溫度從陶瓷、熱固性樹脂或高溫?zé)崴苄运芰虾秃铣刹牧现羞x擇。
熱屏蔽件具有管狀形狀，并且熱屏蔽件外側(cè)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(huán)的厚度根據(jù)導(dǎo)體的溫度和選擇的熱屏蔽材料的性質(zhì)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(yīng)力施加到絕緣盤，例如如果跨過絕緣盤施加高壓力差，則導(dǎo)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(dǎo)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(cè)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(huán)的厚度根據(jù)選擇的連接的幾何結(jié)構(gòu)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(chǎn)物的抵制力，合適的清漆可以應(yīng)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(dǎo)體的電組件包括設(shè)置在盤表面上以增加局部放電的點火電壓的導(dǎo)體電極。推薦在電極和盤之間應(yīng)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(dǎo)體的肩部支撐。
盤可以包括至少一個徑向鉆孔，其中導(dǎo)體設(shè)置在該鉆孔內(nèi)基本上與支撐部件或接地相同的電位。該導(dǎo)體可以是直接連接或通過測量裝置連接的接地導(dǎo)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(fā)明的這些方面和其他方面將參考下列附圖進行更詳細(xì)的描述—

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的包括兩個盤的電氣隔離開關(guān)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(guān)，但是其中具有開口。上開口由法蘭2限定，該隔離開關(guān)或具有盤5和與導(dǎo)體7接觸的導(dǎo)體(在圖1中未示出)的另一設(shè)備通過套管栓接在該法蘭上。兩個其他的開口由與本發(fā)明一致的盤4和5關(guān)閉，該盤4和5分別支撐導(dǎo)體6和7。盤4和5由具有相對介電常數(shù)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(shù)優(yōu)選地不超過4.0。盤4和5的直徑—厚度比優(yōu)選地是小于10。導(dǎo)體6和7是相互垂直的，并且可以通過隔離開關(guān)的套管8連接，其在驅(qū)動機構(gòu)9的作用下沿著一個導(dǎo)體的端部6滑動，驅(qū)動機構(gòu)9僅示出一個端部，并且根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)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(dǎo)體7相連的插座10中，建立起電連接—套管在導(dǎo)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(dǎo)體6推動套管使套管8從插座10退出。導(dǎo)體6然后如稍后所述可以接地?，F(xiàn)在將描述盤4和5，首先描述具有與盤5相同的細(xì)節(jié)的盤4，以及其他特殊的細(xì)節(jié)。
盤4和5設(shè)置在殼體1的法蘭11和12的平面表面上，并且關(guān)閉由這些法蘭形成的開口。導(dǎo)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(guān)的電路中的其他導(dǎo)體。
如圖2所示，包括部分導(dǎo)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(huán)15，從而防止在殼體1中特定氣體的泄漏。在盤4每側(cè)上的電極16和17在導(dǎo)體6上滑動。它們防止在導(dǎo)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(cè)半徑，相應(yīng)地調(diào)整。在殼體內(nèi)側(cè)上的電極16設(shè)置地與圍繞導(dǎo)體6的肩部18接觸。電極16和17的效果可以由設(shè)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(chǎn)生凸紋(relief)從而支撐電極16和17使它們進一步移動遠(yuǎn)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(nèi)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(yù)設(shè)材料的一個缺點是它們的熱膨脹系數(shù)太大，這可能導(dǎo)致在隔離開關(guān)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(dāng)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(dāng)位置，電氣設(shè)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(qū)別在于，盤4具有容納接地導(dǎo)體31的徑向鉆孔30。導(dǎo)體31在按鈕32處結(jié)束，按鈕32穿過面對開關(guān)的插座33的內(nèi)側(cè)面從盤4突出，插座33與套管8相連，并且在開關(guān)接地位置覆蓋它們。導(dǎo)體31的另一端在圍繞法蘭11的外圍安裝的連接棒34上結(jié)束，并且因此在圖1的位置使導(dǎo)體6的電勢和接地位置的電勢相等。作為變形，在導(dǎo)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(tǒng)，能夠由圍繞盤的金屬環(huán)35替代。此方案在圖5中示出。金屬環(huán)35的寬度比盤的厚度大至少0.5％，并且在兩側(cè)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(dǎo)體6和7，該導(dǎo)體之后被并排設(shè)置。具體地，包括軸向鉆孔13和電極16、17的導(dǎo)體支撐設(shè)備為每個導(dǎo)體設(shè)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(dǎo)體的電絕緣，則密封件是不必需的。盤4和5甚至可以設(shè)置在包含相同氣體的兩個殼體之間。然后，優(yōu)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(dǎo)體6和盤4之間接合，代替它們之間的直接調(diào)節(jié)，這在圖1和圖2中的實施例中可以觀察到。它實質(zhì)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(shè)置在金屬插入件40的兩側(cè)上，與盤4接觸，并且與導(dǎo)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(diào)節(jié)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(xiàn)有設(shè)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(quán)利要求
1.一種由熱塑性材料制成用于中或高壓電氣設(shè)備的電絕緣盤(4，5)，包括分配給支撐至少一個電導(dǎo)體(6，7)的區(qū)域，以及分配給支撐在處于與導(dǎo)體的電勢不同的電勢的諸如殼體的部件(1)上的區(qū)域，其特征在于，所述熱塑性材料是聚酯。
2.根據(jù)權(quán)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(shù)。
3.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(huán)(35)配合，該金屬環(huán)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(jù)權(quán)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(zhì)，沒有潤滑劑，結(jié)晶度在25％至50％的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)上述權(quán)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(dǎo)體(6)之間。
12.根據(jù)上述權(quán)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(jù)權(quán)利要求12的絕緣盤，其特征在于，清漆是脂族聚氨酯。
14.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體的區(qū)域包括至少一個軸向鉆孔(13)。
15.根據(jù)權(quán)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(dǎo)體(31)，所述導(dǎo)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(shè)備的電組件，包括根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項的絕緣盤和導(dǎo)體，至少一個導(dǎo)體穿過所述盤，其特征在于，每個導(dǎo)體包括靠近所述盤的兩個環(huán)狀電極(16，17)，并且電極的形狀優(yōu)選消除局部放電。
17.根據(jù)權(quán)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(yōu)選能夠消除放電。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17的絕緣組件，其特征在于，其包括活動開關(guān)，該開關(guān)位于與設(shè)置在徑向鉆孔中的導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求16至18任意一項的絕緣組件，其特征在于，所述盤設(shè)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(fā)明涉及處于與殼體(1)的電勢不同的電勢的高或中壓電導(dǎo)體(6，7)的支撐件，電導(dǎo)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(dāng)?shù)偷慕殡姵?shù)而沒有很大地干擾圍繞導(dǎo)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(yōu)先權(quán)日2004年10月4日
發(fā)明者H·希爾特布龍納, G·帕爾米耶里, K·波林克, C·恰內(nèi)恩, J-L·貝塞德, Y·基弗爾 申請人:阿雷瓦T&D公司