ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ МНОГОАМПЕРНЫЙ ВВОД Российский патент 2001 года по МПК H01B17/26 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к распределительным устройствам электротехнических установок, в первую очередь высоковольтным.

Широко известны различные проходные керамические изоляторы, оснащенные токоведущими системами [1].

Эти проходные изоляторы в электротехнических установках, в том числе в комплектных распределительных устройствах, выполняют функции вводов, соединяющих внешние и внутренние стороны этих установок. Одним из важнейших требований к вводам является обеспечение их герметичности, т.е. исключение попадания влаги внешней среды внутрь закрытых комплектных устройств.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят ввод, в котором токоведущая система выполнена в виде пакета плоских шин, параллельно располагаемых внутри по их оси [2]. Герметичность достигается заполнением пустот между шинами и изолятором какой-либо уплотняющей массой, например, на основе эпоксидной смолы.

Недостатками такого решения ввода является прежде всего их ненадежность по герметичности, поскольку вследствие различных коэффициентов линейного расширения фарфора, материала токоведущих шин и уплотняющей массы, в процессе эксплуатации ввода образуются зазоры в уплотнениях ввода, наступает разгерметизация и попадание влаги внутрь ввода, приводящая к возможности возникновения аварийных ситуаций.

Исполнение токоведущих систем вводов в виде набора плоских шин, имеющих относительно большую толщину и малую поверхность для естественного теплоотвода, снижает их технико-экономическую эффективность. Такое исполнение токоведущих систем при переменном токе усиливает проявление поверхностного эффекта, возникают дополнительные тепловые потери и трудности соблюдения допустимых температур нагревания. Компенсация этих потерь требует увеличенного расхода проводниковых материалов.

Отсутствие защищенности фарфора ввода от внешних, в том числе, предумышленных повреждений создает дополнительную опасность выхода их из строя. Особенно эта опасность проявилась на тяговых, в частности передвижных подстанциях.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности герметизации вводов при широком развитии их по параметрам.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в герметизированном многоамперном вводе, содержащем проходной изолятор с центральным отверстием, токоведущую систему с контактными выводами и детали ее крепления, токоведущая система состоит из тонкостенных последовательно включенных: внешнего контактного вывода с кольцевой опорной поверхностью крепления, трубчатой центральной контакт-детали, имеющей отбортовку наружу, образующую также кольцевую опорную поверхность крепления и внутреннего контактного вывода со своей опорной поверхностью, причем верхний контактный вывод и трубчатая центральная контакт-деталь своими кольцевыми опорными поверхностями плотно сжаты между собой и внешней торцевой поверхностью изолятора с помощью грибообразного прижима, расположенного по оси изолятора и имеющего плоскую или седлообразную кольцевую опорную поверхность. Трубчатая центральная контакт-деталь со стороны внутреннего контактного вывода имеет наружную резьбу и симметрично расположенные две или более шлицевые продольные прорези, в которых размещаются опорные выступы крестовины, опирающиеся на внутренний торец проходного изолятора, причем с внешней стороны крестовины на центральной трубчатой контакт-детали размещена натяжная кольцевая токоведущая гайка с резьбой по ее внутренней поверхности. Дополнительно в токоведущую систему ввода последовательно введены тонкостенные замкнутые защитные электромагнитные экраны, расположенные своими опорными поверхностями с внутренних сторон опорных поверхностей контактных выводов, причем экраны могут быть круглой, прямоугольной и овальной формы. Функционально и конструктивно контактные выводы одновременно или порозень совмещены с прилегающими к ним электромагнитными экранами. Контактные выводы имеют две или более площадки для подсоединения подводящих шин. В стержневую часть грибообразного прижима может быть введен шарнирный механизм. Под нажимную гайку грибообразного прижима может быть введена пружина сжатия. Контактные выводы по всей наружной поверхности или только в зонах площадок подсоединения могут быть выполнены из биметалла медь-алюминий. Грибоообразный прижим крестовины и шарнирный механизм могут быть выполнены из проводниковых материалов. Внешняя торцевая поверхность изолятора может быть выполнена с уклоном внутрь. Грибообразный прижим может быть выполнен в виде одной детали с экраном.

Мне неизвестен такой герметизированный многоамперный ввод.

В качестве основного токоведущего элемента внутри проходного изолятора с круглым центральным отверстием, применена тонкостенная труба, позволяющая до минимума снизить коэффициент поверхностного эффекта, а соответственно и тепловые потери в этой зоне, где естественный теплоотвод затруднен. Герметизация вводов достигается применением мягкого тонкостенного проводникового материала для изготовления токоведущих элементов, придания этим элементам в герметизируемой зоне формы кольцевых опорных поверхностей, наложением токоведущих элементов кольцевыми поверхностями друг на друга и одновременным сжатием их между собой, с опорой на внешнюю торцевую поверхность изолятора, что достигается с помощью грибообразного прижима, опирающегося при этом на противоположный внутренний торец изолятора, шляпка прижима с седлообразной опорной круговой поверхностью позволяет сконцентрировать усилие сжатия по окружности и одновременно перекрыть центральное отверстие ввода. Применение электромагнитных экранов позволяет при высоких напряжениях выравнить распределение напряжения по высоте изолятора, при больших номинальных токах ввода осуществлять интенсивный теплоотвод от внутренней зоны ввода и контактного соединения путем теплопроводности к большой наружной поверхности экрана и от нее в окружающую среду посредством естественного свободного теплоотвода конвекцией и теплоизлучением. Кроме того, увеличенные размеры экрана и по сравнению с диаметром изолятора и его форма позволяют в значительной мере защитить изолятор от случайных внешних воздействий.

В устройство ввода введены и другие конструктивные средства, позволяющие повысить его надежность, экономичность и эффективность в эксплуатации, в том числе: независимость создания необходимого сжатия в зоне герметизации и в контактных соединениях, применение шарнирного механизма в стержне грибообразного прижима для исключения перекосов в сжимаемых слоях герметичного соединения, введение спиральной жесткой пружины для исключения снижения силы стягивания в результате возможных случаев прохождения через ввод аварийных сквозных токов короткого замыкания, возможность совмещения функций контактных выводов и экранов, возможность использования нескольких площадок подсоединения подводящих шин с внутреннего и внешнего контактных выводов ввода, применение биметалла медь-алюминий в зонах площадок контактного подсоединения шин, рано как и во всех других контактных соединениях, возможность выполнения элементов грибообразного прижима из проводниковых материалов, а также выполнение его совмещенным в одной детали с экраном.

На фиг. 1 и 2 показаны проекции предлагаемого ввода в общем виде, отражающем техническое решение предлагаемого ввода и большинство его отличительных особенностей, на фиг. 3 и 4 - его частные решения.

Токоведущая система 1 смонтирована на проходном фарфоровом изоляторе 2, установленном на стенке 3 распределительного устройства с помощью элементов механического крепления 4. На внешнем торце изолятора - последовательно установлены: а) трубчатая центральная контакт-деталь 5 токоведущей системы с помощью отбортованной под углом во внешние стороны ее частью 6 с кольцевой опорной поверхностью 7 непосредственно или через прокладку; б) замкнутый защитный электромагнитный тонкостенный экран 8, прижатый к отбортованной части 6 контакт-детали 5 с помощью расположенной под тем же углом его кольцевой опорной поверхностью 9 и в) внешний контактный вывод 10, прижатый к электромагнитному экрану 8 с помощью своей кольцевой опорной поверхности 11, расположенной под одинаковым углом с указанными, последовательно примыкающими к аналогичной внешней торцевой опорной поверхности изолятора 2 контакт-детали 5 и экрана 8.

Площадки для непосредственного присоединения подводящих шин к контактному выводу 10 в данном случае выполнены по сторонам четырехугольника 12 (фиг. 1 и 2).

Контактное герметичное прижатие указанных элементов токоведущей системы к внешнему торцу изолятора 2 осуществляется с помощью грибообразного прижима 13 непосредственно через его седлообразную кольцевую поверхность 14. Прижим 13 в его стержневой части 15 с резьбой 16 на ее конце снабжен шарнирным механизмом 17, контактной пружиной 18, имеет опорную крестовину 19 и натяжную гайку 20.

Трубчатая контакт-деталь 5 в зоне внутреннего контактного вывода 21 имеет резьбу и проходящее через эту резьбовую часть контакт-детали четыре продольных шлица 22 для свободного размещения в них соответственно четырех опорных выступов 23 крестовины 19, опирающихся на внутренний торец изолятора 2. На выступы 23 с внешних их сторон опирается сначала внутренний экран 24, затем внутренний контактный вывод 21, которые подтягиваются к этим выступам с помощью натяжной кольцевой токоведущей гайки 25, имеющей резьбу по ее внутренней поверхности.

На фиг. 3 показан возможный вариант проекции предлагаемого герметизированного многоамперного ввода, аналогичный показанной на фиг. 2, но у которого функционально и конструктивно внешний контактный ввод совмещен с защитным электромагнитным экраном. При этом на наружной поверхности экрана показано расположение четырех площадок для непосредственного присоединения подводящих шин.

На фиг. 4 показана аналогичная проекция, но 3-фазного герметизированного многоамперного ввода с овальной формой защитных экранов, позволяющий сократить расстояние между фазами вводов до минимально возможных по электрической прочности размеров.

Стабильное качество и надежность эксплуатации предлагаемого ввода обеспечивается следующей последовательностью сборки: в основном варианте ввода при исполнении его на относительно небольшие классы напряжений и небольшие номинальные токи, когда не требуется усиление теплоотвода от внутренней полости ввода, т.е. в его исполнении без защитного электромагнитного экрана, вначале устанавливаются на изоляторе 2 контакт-деталь 5 с внешним контактным выводом 10 и грибообразным прижимом 13, которые центрируются относительно оси изолятора с достижением одновременности прилегания прижима по периметру и притягиваются с помощью натяжной гайки 20 с опорой на нижний торец изолятора через крестовину 19. При этом, если необходимо, вводятся шарнирный механизм 17 и контактная пружина 18. После окончания сборки отмеченных элементов конструкции ввода и создания необходимого натяга ввод проверяется на герметичность.

В случае изготовления ввода на более высокие параметры, при сборке между контакт-деталью 5 и внешним контактным выводом 10 устанавливается электромагнитный экран 8 или совмещенный экран с контактным выводом. В отдельных случаях возможна установка экрана между отбортованной частью 6 контакт-детали 5 с торцом изолятора.

Надежное контактное соединение внутреннего вывода 21 с трубчатой центральной контакт-деталью 5 достигается последующей установкой вывода 21 без экрана 24 или, соответственно, с этим экраном и подтягиванием его к контакт-детали 5 с помощью натяжной кольцевой токоведущей гайки 25.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к распределительным устройствам электротехнических установок, в первую очередь высоковольтным. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности герметизации вводов при широком развитии их по параметрам. Герметизированный многоамперный ввод содержит проходной изолятор с центральным отверстием, токоведущую систему, которая состоит из тонкостенных последовательно включенных: внешнего контактного вывода с кольцевой опорной поверхностью крепления, трубчатой центральной контакт-деталью, имеющей отбортовку наружу, образующую также кольцевую опорную поверхность крепления, и внутреннего контактного вывода со своей опорной поверхностью, причем внешний контактный вывод и трубчатая центральная контакт-деталь своими кольцевыми опорными поверхностями плотно сжаты между собой и внешней торцевой поверхностью изолятора с помощью грибообразного прижима. Дополнительно раскрыты особенности выполнения ввода. 9 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Герметизированный многоамперный ввод, содержащий проходной изолятор с центральным отверстием, внешняя торцевая поверхность которого выполнена с уклоном внутрь, токоведущую систему с контактными выводами и детали ее крепления, отличающийся тем, что токоведущая система состоит из тонкостенных последовательно включенных: внешнего контактного вывода с кольцевой опорной поверхностью крепления, имеющего тот же уклон внутрь, что и торцевая поверхность изолятора; трубчатой центральной контакт-детали, имеющей отбортовку наружу, образующую также кольцевую опорную поверхность крепления, и внутреннего контактного вывода со своей опорной поверхностью, причем внешний контактный вывод и трубчатая центральная контакт-деталь своими кольцевыми опорными поверхностями плотно сжаты между собой и внешней торцевой поверхностью изолятора с помощью грибообразного прижима, расположенного по оси изолятора и имеющего плоскую или седлообразную кольцевую опорную поверхность. 2. Ввод по п.1, отличающийся тем, что трубчатая центральная контакт-деталь со стороны внутреннего контактного вывода на части своей длины имеет наружную резьбу и симметрично расположенные две или более шлицевые продольные прорези, в которых размещаются опорные выступы крестовины, опирающиеся на внутренний торец проходного изолятора, причем с внешней стороны крестовины на центральной трубчатой контакт-детали размещена натяжная кольцевая токоведущая гайка с резьбой по ее внутренней поверхности. 3. Ввод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно в его токоведущую систему последовательно введены тонкостенные замкнутые защитные теплоотводящие электромагнитные экраны, расположенные своими опорными поверхностями с внутренних сторон опорных поверхностей контактных выводов, причем экраны могут быть круглой, прямоугольной или овальной формы. 4. Ввод по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что функционально и конструктивно контактные выводы одновременно или порознь совмещены с прилегающими к ним электромагнитными экранами. 5. Ввод по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что его контактные выводы имеют две или более самостоятельные контактные площадки для подсоединения подводящих шин. 6. Ввод по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в стержневую часть грибообразного прижима введен шарнирный механизм. 7. Ввод по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что под нажимную гайку грибообразного прижима введена контактная пружина. 8. Ввод по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что его контактные выводы по всей наружной поверхности или только в зонах площадок подсоединения выполнены из биметалла медь-алюминий. 9. Ввод по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что грибообразный прижим, крестовина и шарнирный механизм выполнены из проводниковых материалов. 10. Ввод по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что грибообразный прижим выполнен в виде одной детали с экраном.