ШТЕКЕРНЫЙ ВВОД И ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ УСТАНОВКА С ШТЕКЕРНЫМ ВВОДОМ Российский патент 2013 года по МПК H01B17/28 H01F27/04 H01R13/53 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к штекерному вводу для подключения наружного токопровода к компоненту высоковольтной установки, заполненному жидким или газообразным изоляционным материалом и заключенному в металлический корпус, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Также изобретение относится к высоковольтной установке с компонентом, заполненным жидким или газообразным изоляционным средством и заключенным в металлический корпус, и штекерным вводом по п.1 формулы.

Штекерный ввод соединяет внутренний токопровод, расположенный в компоненте и изолированный жидким или газообразным изоляционным средством от металлического корпуса, с наружным токопроводом, изолированным, как правило, окружающим воздухом, который, однако, может быть также изолирован другим изоляционным средством, например, твердым веществом, маслом или SF₆, являться частью высоковольтного кабеля, кабельной концевой заделки или кабельной муфты или изолированного газом распределительного устройства.

Уровень техники

Штекерные вводы указанного выше типа описаны, например, в GB 689560, DE 102007022641 A1 и в опубликованной фирмой Pfisterer Kontaktsysteme GmbH & Co. KG работе Th. Klein и др. „A New Separable 170 kV Outdoor Bushing System Creates a Multipurpose Transformer of Switchgear" за 2006 год. Описанные штекерные вводы содержат соответственно штекерную часть, которая при монтаже трансформатора на месте проведения монтажа вставляется в ответную штекерную часть, расположенную на трансформаторе с обеспечением непроницаемости для изоляционного средства. Благодаря этому существенно упрощаются транспортировка и технический уход за трансформатором.

При вставлении ввода между изолирующей втулкой ответной штекерной части и штекерной частью ввода, выполненной, как правило, в виде штекера, образуется зазор, который при работе трансформатора или ввода подвергается воздействию сильного электрического поля и который может быть диэлектрически упрочен, например, с помощью изоляционного масла (GB 689560), устройства управления полем, встроенного во ввод, или путем применения ограничивающего зазор эластомера.

Описание сущности изобретения

В основу изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в патентной формуле, положена задача создания штекерного ввода указанного выше типа, отличающегося простой и компактной конструкцией и пригодного одновременно эффективно управлять действующим при работе ввода полем даже при очень высоких рабочих напряжениях.

Согласно настоящему изобретению предложен штекерный ввод для подключения наружного токопровода к компоненту высоковольтной установки, заполненному жидким или газообразным изоляционным средством и заключенному в металлический корпус, при этом ввод содержит при соосном расположении пропущенный по оси токопровод со штекерным контактом и соединительным элементом для наружного токопровода, а также закрепленный на токопроводе изолятор, закрепленный на изоляторе монтажный фланец и охватывающее токопровод устройство управления образующимся после приложения высокого напряжения электрическим полем. Изолятор имеет сужающийся участок, который после вставления ввода в штекерную часть, закрывающую компонент высоковольтной установки непроницаемо для изоляционного средства, диэлектрически упрочивает зазор, образованный между изолирующей втулкой штекерной части и сужающимся участком изолятора. Устройство управления полем выполнено в виде рулончика конденсатора. Рулончик конденсатора содержит электрически изолированные друг от друга обкладки, которые в радиальном направлении удерживаются изоляционной пленкой с зазором между собой и встроены в изолятор путем заделки рулончика конденсатора в затвердевшую полимерную массу. Обкладки конденсатора проходят сквозь монтажный фланец на сужающийся участок изолятора.

Поскольку во вводе согласно изобретению в изолятор встроен рулончик конденсатора в качестве устройства управления полем, при этом на изоляторе одновременно расположен монтажный фланец, то существенно упрощается изготовление ввода, который одновременно характеризуется простой и компактной конструкцией. При изготовлении рулончика конденсатора в изоляционную пленку завертывают выполненные с соответствующим размером ступенчатые обкладки конденсатора в соответствующих положениях. Таким образом достигается надежное и одновременно очень точное управление электрическим полем, присутствующим во время работы высоковольтной установки между токопроводом и монтажным фланцем, а также металлическим корпусом компонента. Ступенчатое расположение обкладок легко достигается во время изготовления как на наружном участке, расположенном на одной стороне монтажного фланца и содержащего соединительный элемент для наружного токопровода, так и на внутреннем участке, расположенном на другой стороне монтажного фланца и предназначенном для компонента и, следовательно, для зазора. Таким образом простым технологическим способом решаются специальные задачи по управлению полем, касающиеся каждого из обоих участков и зазора. Поэтому ввод согласно изобретению, несмотря на свое простое и компактное выполнение, обеспечивает эффективное управление или гомогенизацию электрического поля, действующего при работе высоковольтной установки по обеим сторонам монтажного фланца и внутри зазора, а также при очень высоких рабочих напряжениях.

Поверхность сужающегося участка изолятора, ограничивающая зазор, может быть образована изоляцией, удерживаемой на рулончике конденсатора и являющейся упругодеформируемой, выполняемой предпочтительно из эластомера. Согласно предпочтительному варианту выполнения штекерного ввода для надлежащего расположения упругодеформируемой изоляции в изоляторе она охватывает сзади выступ, сформованный на рулончике конденсатора.

Упомянутая выше ограничивающая поверхность зазора может быть выполнена в виде конуса и тогда она будет сужаться конически. Однако она может сужаться и тюльпанообразно. В этом случае она сужается на обращенном к штекерному контакту участке значительно больше, чем на обращенном от штекерного контакта участке, на котором она при необходимости располагается параллельно соответствующему участку ограничивающей поверхности зазора, образованной изолирующей втулкой штекерной части.

На наружной поверхности изолятора может быть расположен экран, проходящий в радиальном направлении от монтажного фланца до соединительного элемента токопровода.

Для предупреждения ухудшения электрических свойств управляющего полем рулончика конденсатора в затвердевшей полимерной массе может содержаться наполнитель, образующий диффузионный барьер для проникающей снаружи воды. Пригодный для этого наполнитель может содержать неорганический порошок, например, кварцевую муку. В качестве альтернативы или дополнения экран может быть установлен также на покрытии изолятора, действующем в качестве диффузионного барьера.

Для достижения пригодной ступенчатости обкладок конденсатора и, следовательно, равномерного распределения электрического поля внутри зазора обращенные к штекерному контакту концы обкладок конденсатора могут располагаться на огибающей поверхности, соответствующей контуру зазора.

Также в состав изобретения входит высоковольтная установка с заполненным жидким или газообразным изоляционным средством компонентом и с приведенным выше штекерным вводом, в которой ввод вставляется в штекерную часть, закрывающую компонент высоковольтной установки непроницаемо для изоляционного средства, содержащую изолирующую втулку и выполненную в виде элемента управления полем.

Согласно варианту выполнения данной высоковольтной установки на изолирующей втулке штекерной части может располагаться обладающий высоковольтным потенциалом управляющий электрод. В качестве альтернативы или дополнения изолирующая втулка может содержать управляющий полем изоляционный материал.

Ограничивающая зазор поверхность изолирующей втулки может быть образована упругодеформируемой изоляцией, выполненной предпочтительно из эластомера.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение подробнее поясняется с помощью чертежей, где изображено:

фиг.1 - вид на выполненное по оси сечение по варианту выполнения штекерного ввода согласно изобретению при его вставлении в выполненный в виде трансформатора компонент высоковольтной установки;

фиг.2 - вид сбоку на штекерный ввод на фиг.1 после его вставления в трансформатор, причем в разрезе по оси показано образованное при вставлении штекерное соединение;

фиг.3 - изображенный с окаймлением участок штекерного соединения ввода на фиг.2, в увеличении.

Пути осуществления изобретения

На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями. Ввод D, изображенный на фиг.1, 2 и расположенный по оси А, содержит при соосном расположении следующие элементы:

- расположенный по оси А токопровод 10, нижний конец которого содержит выполненный в виде штифта штекерный контакт 11, а на верхнем конце сформован соединительный элемент 12 для подключения к наружному высоковольтному токопроводу,

- выполненный в виде тела вращения изолятор 20, содержащий закрепленный на наружной поверхности токопровода 10 жесткий рулончик 40 конденсатора и упругодеформируемую изоляцию 24, закрепленную на торцевой поверхности рулончика 40 конденсатора,

- монтажный фланец 20, закрепленный на наружной поверхности изолятора 20,

- экран 50, состоящий из гидрофобного полимера, как правило, из силикона или каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM), и устанавливаемый в качестве защиты от погодных условий, загрязнения и/или облучения, как правило, на участке наружной поверхности изолятора 20, расположенном радиально от монтажного фланца 30 до электрического соединительного элемента 12.

Изолятор 20 содержит нижний сужающийся участок 21 и примыкающий к нему участок 22, выполненный преимущественно цилиндрической формы. Участок 22 проходит сквозь монтажный фланец 30 к расположенному на атмосферном воздухе соединительному элементу 12, участок 21 же располагается под монтажным фланцем 30 между ним и штекерным контактом 11. Рулончик 40 конденсатора встроен в изолятор 20 и содержит электрически изолированные друг от друга обкладки 41 конденсатора, которые в радиальном направлении выдерживаются с зазором между собой посредством изоляционной пленки 42, состоящей обычно из бумаги и/или пластмассы. Длина обкладок 41 конденсатора как в направлении к соединительному элементу 12 на атмосферном воздухе, так и в направлении к штекерному контакту 11 неуклонно уменьшается с увеличением радиального расстояния до токопровода 10. Электропроводящие обкладки 41 конденсатора, завернутые в пленку 42 или нанесенные на нее печатным способом, и, в частности, их обращенные к штекерному контакту 11 концы утоплены в затвердевшей полимерной матрице 23.

Затвердевшая полимерная масса 23 содержит полимер с наполнителем или без него, обычно на основе эпоксидной смолы. При необходимости изоляционный материал 23 может дополнительно содержать порошкообразный наполнитель, например, на основе кварца. Изготовление рулончика 40 конденсатора или ввода упрощается, если изоляционная пленка 42 и, при необходимости, также обкладки 41 конденсатора содержат отверстия соответствующего размера. При пропитке рулончика конденсатора, предварительно изготовленного намоткой изоляционной пленки 42 и размещением обкладок 42 конденсатора, не затвердевшей полимерной массой частицы наполнителя могут в таком случае легко проникать через эти отверстия.

Рулончик 40 конденсатора служит для управления электрическим полем, образующимся при работе ввода D между токопроводом 10 в этом случае с высоковольтным потенциалом и монтажным фланцем 30 с потенциалом земли.

Сужающаяся наружная поверхность участка 21 изолятора образована упругодеформируемой изоляцией 24, удерживаемой на торцевой стороне рулончика 40 конденсатора. Предпочтительно эта изоляция содержит эластомер, например, на основе EPDM или силикона. Она располагается от нижней стороны монтажного фланца 30 до штекерного контакта 11. Ее наносят на рулончик 40 конденсатора только в том случае, когда монтажный фланец 30 закреплен на рулончике 40 конденсатора зажимом или посредством клея. В этом случае технологически целесообразно образовать изоляцию 24 вместе с экраном 50 обливкой рулончика 40 конденсатора.

На фиг.1 можно видеть, что ввод D может перемещаться вниз по оси А и вставляться в штекерную часть 60 трансформатора Т. Трансформатор Т содержит металлический корпус 62 с потенциалом земли, заполненный жидким или газообразным изоляционным средством 61, в частности, изоляционным маслом. Токопровод 63 трансформатора Т, связанный с не показанной обмоткой высшего напряжения и расположенный также по оси А, своим верхним концом удерживается на изолирующей втулке 64 штекерной части 60 и содержит выполненный в виде втулки штекерный контакт 65. Изолирующая втулка 64, удерживающая токопровод 63 и центрирующая штекерный контакт 65 на оси А, закреплена непроницаемо для изоляционного средства на части корпуса 62, выполненной в виде фланцевого выступа, и сужается по оси А от места крепления непрерывно вниз до внутренней части трансформатора Т. На расположенном внутри трансформатора нижнем конце изолирующей втулки 64 удерживаются штекерный контакт 65 и управляющий электрод 66, соединенный с токопроводом 63 с возможностью электропроводности. Обращенная внутрь поверхность изолирующей втулки 64 имеет в основном тот же контур, что и обращенная наружу поверхность сужающегося участка 21 изолятора.

Как показано на фиг.2, при вставлении ввода D в выполненную в виде втулки штекерную часть 60 между обращенной к оси А внутренней поверхностью изолирующей втулки 64 и обращенной от оси А поверхностью сужающегося участка 21 изолятора образуется зазор F. При вставлении штекерные контакты 11 и 65 приходят между собой в зацепление и в результате создается электрическое соединение между обоими токопроводами 10 и 63. Затем с помощью непоказанных болтов производят крепление монтажного фланца 30 на металлическом корпусе 62. При этом изоляцию 24 прижимают к внутренней поверхности изолирующей втулки 64 и упруго деформируют, в результате чего диэлектрически упрочняется зазор F.

При изготовлении рулончика 40 конденсатора можно обеспечить размещением выполненных по длине ступенчатыми обкладок 41 конденсатора в соответствующих положениях очень высокую точность управления электрическим полем, присутствующим между токопроводом 10 и монтажным фланцем 30, а также металлическим корпусом 62. Таким образом достигается тонко регулируемая гомогенизация электрического поля как на наружном участке, лежащем над монтажным фланцем 30 с использованием воздуха в качестве изоляционного средства, так и на внутреннем участке, лежащем под монтажным фланцем 30 с использованием изоляционного средства трансформатора Т, т.е., в частности, изоляционного масла, и, следовательно, также в зазоре F. Таким образом технологически просто решаются специальные задачи управления полем на каждом из обоих участков и в зазоре. Как изображено, на наружном участке используется в качестве изоляционного средства, как правило, воздух, но может применяться и другое изоляционное средство, например, в концевой заделке кабеля - масло, в изолированном газом распределительном устройстве - изоляционный газ, как правило, SF₆.

Вместо заполненного изоляционным маслом трансформатора Т высоковольтная установка может также содержать компонент, например, прибор включения, распределительного устройства в металлическом корпусе, заполненного изоляционным газом, в частности, SF₆.

В высоковольтной установке, содержащей ввод D, достигается особо точное управление электрическим полем на участке изолирующей втулки 64 и, в частности, в зазоре А в том случае, когда штекерная часть 60 выполнена в виде элемента управления полем. Это может обеспечиваться управляющим электродом 66, приводимым при работе установки к высоковольтному потенциалу, или же путем применения управляющего полем материала в изолирующей втулке 64 или в результате совместного применения управляющего электрода 66 и управляющего полем изоляционного материала в изолирующей втулке.

Как явствует из фиг.3, наряду или вместо упругодеформируемой изоляции 24 в изолирующую втулку 64 может быть также встроена упругодеформируемая изоляция 67. Если такая изоляция, выполненная предпочтительно из эластомера на основе силикона или EPDM, образует ограничивающую поверхность изолирующей втулки 64, то при вставлении ввода D в трансформатор Т будет дополнительно повышена диэлектрическая прочность зазора.

На фиг.3 также показано, что обращенные к штекерному контакту 11 концы обкладок 41 конденсатора располагаются на огибающей поверхности Н, соответствующей контуру зазора F. Таким образом достигается особо равномерное управление электрическим полем в зазоре F.

Кроме того, на фиг.3 показано, что рулончик 40 конденсатора содержит два участка 43, 44, расположенных на сужающемся участке 21 изолятора. Участок 43 выполнен цилиндрическим и снабжен уступом посредством кольцевого, выполненного по оси А ступенчатого выступа 45 на участке 44, имеющего небольшой диаметр и сужающегося вниз (в направлении к штекерному контакту 11). Изоляция охватывает сзади выступ 45, повышая тем самым сцепление изоляции 24 с рулончиком 40 конденсатора. Это имеет большое значение при вставлении ввода D в штекерную часть, так как с этого момента на изоляцию 24 будут действовать встречно направлению вставления большие срезающие усилия. Выступ воспринимает часть срезающих усилий, увеличивая тем самым сцепление изоляции 24 с рулончиком 40 конденсатора.

Перечень позиций

10 токопровод

11 штекерный контакт

12 наружный соединительный элемент

20 изолятор

21, 22 участки изолятора 20

23 затвердевший полимерный материал

24 изоляция

30 монтажный фланец

40 рулончик конденсатора

41 обкладки конденсатора

42 изоляционная пленка

43 цилиндрический участок рулончика конденсатора

44 сужающийся участок рулончика конденсатора

45 выступ

50 экран

60 штекерная часть

61 изоляционное средство

62 металлический корпус

63 токопровод

64 изолирующая втулка

65 штекерный контакт

66 управляющий электрод

67 изоляция

А ось

D ввод

F зазор

H огибающая поверхность

Т трансформатор.

Штекерный высоковольтный ввод (D) служит для подключения токопровода к компоненту (Т) высоковольтной установки, заполненному изоляционным средством и заключенному в металлический корпус. Ввод выполнен вращательно-симметричным относительно оси (А) и содержит центрально расположенный токопровод (10), устройство управления полем и охватывающий токопровод изолятор (20) с сужающимся участком (21), который после вставления ввода (D) в штекерную часть (60), закрывающую компонент (Т) непроницаемо для изоляционного средства, диэлектричски усиливает зазор (F), расположенный между изолирующей втулкой (64) штекерной части (60) и сужающимся участком (21) изолятора. Устройство управления полем выполнено в виде рулончика (40) конденсатора, что рулончик (40) конденсатора содержит электрически изолированные друг от друга обкладки (41) конденсатора, которые в радиальном направлении удерживаются изоляционной пленкой (42) с зазором между собой и встроены в изолятор (20) заделкой рулончика (40) конденсатора в затвердевшую полимерную массу (23), и что обкладки (41) конденсатора проходят сквозь монтажный фланец (30) на сужающийся участок (21) изолятора (20). Технический результат - создание ввода сравнительно простой и прочной конструкции, пригодного для эффективного управления действующим электрическим полем при работе ввода при очень высоких рабочих напряжениях. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Штекерный высоковольтный ввод (D) для подключения наружного токопровода к компоненту (Т) высоковольтной установки, заполненному жидким или газообразным изоляционным средством (61) и заключенному в металлический корпус, при этом ввод содержит при соосном расположении проходящий по оси (А) токопровод (10) со штекерным контактом (11) и соединительным элементом (12) для наружного токопровода, закрепленный на токопроводе (10) изолятор (20), закрепленный на изоляторе (20) монтажный фланец (30) и охватывающее токопровод (10) устройство управления электрическим полем, образующимся после приложения высокого напряжения, в котором изолятор (20) содержит сужающийся участок (21), который после вставления ввода (D) в штекерную часть (60), закрывающую компонент (Т) высоковольтной установки непроницаемо для изоляционного средства, диэлектрически усиливает зазор (F), расположенный между изолирующей втулкой (64) штекерной части (60) и сужающимся участком (21) изолятора, отличающийся тем, что устройство управления полем выполнено в виде рулончика (40) конденсатора, содержащего электрически изолированные друг от друга обкладки (41) конденсатора, которые удерживаются в радиальном направлении изоляционной пленкой (42) с зазором между собой и встроены в изолятор (20) заделкой рулончика (40) конденсатора в затвердевшую полимерную массу (23), причем обкладки (41) конденсатора проходят сквозь монтажный фланец (30) на сужающийся участок изолятора (20).

2. Ввод по п.1, отличающийся тем, что ограничивающая зазор (F) поверхность участка (21) изолятора образована упругодеформируемой изоляцией (24), удерживаемой на рулончике (40) конденсатора.

3. Ввод по п.2, отличающийся тем, что упругодеформируемая изоляция (24) выполнена из эластомера.

4. Ввод по п.2, отличающийся тем, что упругодеформируемая изоляция (24) охватывает сзади выступ (45), сформованный на рулончике (40) конденсатора.

5. Ввод по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности изолятора (20) расположен экран (50), проходящий в осевом направлении от монтажного фланца (30) до соединительного элемента (12) токопровода (10).

6. Ввод по п.5, отличающийся тем, что затвердевшая полимерная масса (23) содержит наполнитель, служащий диффузионным барьером для проникающей снаружи воды.

7. Ввод по п.5, отличающийся тем, что экран (50) расположен на покрытии изолятора (20), служащем диффузионным барьером для проникающей снаружи воды.

8. Ввод по п.1, отличающийся тем, что обращенные к штекерному контакту (11) концы обкладок (41) конденсатора расположены на огибающей поверхности (Н), соответствующей контуру зазора (F).

9. Высоковольтная установка с компонентом (Т), заполненным жидким или газообразным изоляционным средством (61), и штекерным вводом (D) по любому из пп.1-8, вставленным в штекерную часть (60), закрывающую компонент (Т) высоковольтной установки непроницаемо для изоляционного средства и содержащую изолирующую втулку (64), отличающаяся тем, что штекерная часть (60) выполнена в виде элемента управления полем.

10. Высоковольтная установка по п.9, отличающаяся тем, что на изолирующей втулке (64) расположен управляющий электрод (66) с образуемым высоковольтным потенциалом.

11. Высоковольтная установка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что изолирующая втулка (64) содержит управляющий полем изоляционный материал.

12. Высоковольтная установка по п.9, отличающаяся тем, что ограничивающая зазор (F) поверхность изолирующей втулки (64) образована упругодеформируемой изоляцией (67).

13. Высоковольтная установка по п.12, отличающаяся тем, что упругодеформируемая изоляция (67) выполнена из эластомера.