ОПОРНЫЙ ИЗОЛЯТОР И УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2022 года по МПК H01B17/14 H01B17/42 H02G5/06 

Настоящая заявка испрашивает приоритет и преимущество китайской патентной заявки №202010256071.3, поданной 2 апреля 2020 г., которая включена сюда посредством ссылки во всем ее объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области силовых устройств и, в частности, к опорному изолятору и устройству передачи мощности постоянного тока.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Передача электроэнергии на большие расстояния и с большой емкостью в общем выполняется посредством технологии передачи мощности постоянного тока (DC), особенно технологии передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения (UHVDC). В настоящее время передача электроэнергии на большие расстояния в общем выполняется посредством устройства передачи мощности постоянного тока, такого как линия передачи в металлическом корпусе с газовой изоляцией (GIL).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте варианты выполнения настоящего раскрытия представляют опорный изолятор. Опорный изолятор содержит изолирующую опору, выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца, выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца и кольцо управления зарядом. Изолирующая опора содержит первый конец и второй конец, которые противоположны друг другу. Выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца соединено с первым концом изолирующей опоры и выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца изолировано от изолирующей опоры. Выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца соединено со вторым концом изолирующей опоры и выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца изолировано от изолирующей опоры. Кольцо управления зарядом расположено на внешней поверхности изолирующей опоры, кольцо управления зарядом изолировано от изолирующей опоры и кольцо управления зарядом выполнено с возможностью накопления поверхностных зарядов.

В некоторых вариантах выполнения кольцо управления зарядом выполнено таким образом, что его способность накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры накапливать поверхностные заряды.

В некоторых вариантах выполнения в осевом направлении изолирующей опоры расстояние между кольцом управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом высоковольтного конца больше, чем расстояние между кольцом управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом заземляющего конца.

В некоторых вариантах выполнения материал кольца управления зарядом содержит по меньшей мере одно из ионно-легированного модифицированного нитрида кремния, ионно-легированного модифицированного оксида алюминия, ионно-легированного модифицированного оксида циркония и поверхностно-модифицированной эпоксидной смолы.

В некоторых вариантах выполнения в осевом направлении изолирующей опоры размер кольца управления зарядом составляет от приблизительно 20 мм до приблизительно 30 мм.

В некоторых вариантах выполнения в радиальном направлении изолирующей опоры размер кольца управления зарядом составляет от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.

В некоторых вариантах выполнения кольцо управления зарядом представляет собой кольцеобразный выступ, который соосен с изолирующей опорой.

В некоторых вариантах выполнения шероховатость поверхности кольца управления зарядом меньше, чем шероховатость поверхности изолирующей опоры.

В некоторых вариантах выполнения материал выравнивающего распределение потенциала кольца высоковольтного конца содержит по меньшей мере одно из алюминия, меди, алюминиевого сплава и медного сплава; и/или материал выравнивающего распределение потенциала кольца заземляющего конца содержит по меньшей мере одно из алюминия, меди, алюминиевого сплава и медного сплава.

В некоторых вариантах выполнения материал изолирующей опоры содержит по меньшей мере одно из эпоксидной смолы и керамики.

В некоторых вариантах выполнения выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца посажено на первый конец.

В некоторых вариантах выполнения выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца содержит первое выравнивающее распределение потенциала кольцо и первый крепежный элемент, неподвижно соединенный с первым выравнивающим распределение потенциала кольцом. Первый крепежный элемент имеет первую канавку в центре первого выравнивающего распределение потенциала кольца, и первая канавка совмещается с первым концом.

В некоторых вариантах выполнения выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца посажено на второй конец.

В некоторых вариантах выполнения выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца содержит второе выравнивающее распределение потенциала кольцо и второй крепежный элемент, неподвижно соединенный со вторым выравнивающим распределение потенциала кольцом. Второй крепежный элемент имеет вторую канавку в центре второго выравнивающего распределение потенциала кольца, и вторая канавка совмещается со вторым концом.

В другом аспекте варианты выполнения настоящего раскрытия представляют устройство передачи мощности постоянного тока. Устройство передачи мощности постоянного тока содержит металлический корпус с замкнутым пространством в нем, проводящий ток высокого напряжения стержень, расположенный в замкнутом пространстве металлического корпуса, по меньшей мере один опорный изолятор, который описан выше, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца опорного изолятора соединено с проводящим ток высокого напряжения стержнем, а выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца опорного изолятора соединено с металлическим корпусом, и изолирующий газ заполняет замкнутое пространство.

В некоторых вариантах выполнения изолирующий газ содержит газообразный гексафторид серы или смесь газов газообразного гексафторида серы и азота.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для того чтобы более ясно описывать технические решения в настоящем раскрытии, будут кратко представлены сопровождающие чертежи, используемые в описании некоторых вариантов выполнения настоящего раскрытия. Однако сопровождающие чертежи, описываемые ниже, представляют собой всего лишь сопровождающие чертежи некоторых вариантов выполнения настоящего раскрытия, и специалист в данной области техники может получать другие чертежи согласно этим чертежам. В дополнение, сопровождающие чертежи в нижеследующем описании могут рассматриваться как схематические изображения и не являются ограничениями фактических размеров изделий, фактических процессов способов и фактических синхронизаций сигналов, задействованных в вариантах выполнения настоящего раскрытия.

Фиг. 1 представляет собой конструктивную схему устройства передачи мощности постоянного тока сверхвысокого напряжения в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;

Фиг. 2 представляет собой конструктивную схему опорного изолятора для передачи постоянного тока сверхвысокого напряжения в известном уровне техники;

Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе опорного изолятора в соответствии с некоторыми вариантами выполнения; и

Фиг. 4 представляет собой вид в поперечном разрезе опорного изолятора по линии A-A' на Фиг. 3 в соответствии с некоторыми вариантами выполнения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Технические решения в вариантах выполнения настоящего раскрытия будут описаны ясно и полностью со ссылкой на сопровождающие чертежи. Очевидно, что описанные варианты выполнения представляют собой только некоторые, но не все варианты выполнения настоящего раскрытия. Все другие варианты выполнения, полученные на основе вариантов выполнения настоящего раскрытия специалистом в данной области техники, должны быть включены в объем охраны настоящего раскрытия.

Если контекст не требует иного, во всем описании и формуле изобретения термин «содержать» и другие его формы, такие как форма третьего лица единственного числа «содержит» и форма причастия настоящего времени «содержащий», истолковываются как являющиеся открытыми и включительными, обозначая «включающие, но не ограниченные этим». В описании термины «один вариант выполнения», «некоторые варианты выполнения», «примерные варианты выполнения», «пример», «конкретный пример(ы)» или «некоторые примеры» и т.п. предназначены для указания того, что конкретные признаки, конструкции, материалы или характеристики, относящиеся к варианту (вариантам) выполнения или примеру (примерам), включены в по меньшей мере один вариант выполнения или пример настоящего раскрытия. Схематические изображения вышеуказанных терминов необязательно относятся к одному и тому же варианту (вариантам) выполнения или примеру (примерам). В дополнение, конкретные признаки, конструкции, материалы или характеристики, описанные здесь, могут быть включены в любой один или более вариантов выполнения или примеров любым подходящим образом.

Ниже термины «первый» и «второй» используются только в целях описания и не должны толковаться как указывающие или подразумевающие относительную важность или косвенно указывающие количество указанных технических признаков. Таким образом, признаки, определенные как «первый», «второй», могут прямо или косвенно включать один или более признаков. В описании вариантов выполнения настоящего раскрытия «множество» означает два или более, если не определено иное.

Некоторые варианты выполнения могут быть описаны посредством выражения «соединенный» вместе с его производными. Например, некоторые варианты выполнения могут быть описаны посредством термина «соединенный» для указания на то, что два или более компонентов находятся в прямом физическом контакте или электрическом контакте друг с другом. Разумеется, два или более компонентов также могут быть соединены через другие компоненты. Варианты выполнения, раскрытые здесь, необязательно ограничены этим содержанием.

Здесь фраза «по меньшей мере один из A, B и C» имеет такое же значение, что и фраза «по меньшей мере один из A, B или C», и обе включают следующие комбинации A, B и C: только A, только B, только C, комбинация A и B, комбинация A и C, комбинация B и C и комбинация A, B и C.

Фраза «A и/или B» включает следующие три комбинации: только A, только B и комбинация A и B.

Термин «около» или «приблизительно» в данном контексте включает указанное значение и среднее значение в пределах допустимого диапазона отклонения для особого значения, который определен специалистом в данной области техники, учитывая рассматриваемое измерение и ошибку, связанную с измерением особого количества (т.е. ограничения системы измерения).

Устройство передачи мощности постоянного тока в общем содержит металлический корпус, изолирующий газ, заключенный в металлический корпус, и опорный изолятор, служащий в качестве изолирующего опорного элемента. Изолирующий опорный элемент является одним из основных компонентов устройства передачи мощности постоянного тока, а работоспособность изолирующего опорного элемента определяет надежность эксплуатации и передачи мощности устройства передачи мощности постоянного тока.

Во время производства, транспортировки, установки и эксплуатации устройства передачи мощности постоянного тока сверхвысокого напряжения твердые частицы, такие как металл и примеси, могут присутствовать в устройстве передачи мощности постоянного тока сверхвысокого напряжения. Свободное движение этих твердых частиц будет резко уменьшать прочность изоляции изолирующего газа и даже вызывать искажение электрического поля на поверхности опорного изолятора и затруднять движение зарядов на поверхности опорного изолятора. В результате функция изоляции поверхности опорного изолятора может быть нарушена, что может вызывать неисправность всей изоляции опорного изолятора.

Некоторые варианты выполнения настоящего раскрытия представляют устройство передачи мощности постоянного тока (DC), например, устройство передачи мощности постоянного тока сверхвысокого напряжения (UHVDC). Например, устройство передачи мощности UHVDC может представлять собой линию передачи в металлическом корпусе с газовой изоляцией (GIL) или проходным изолятором.

Со ссылкой на Фиг. 1 устройство передачи мощности DC содержит проводящий ток высокого напряжения стержень 101, металлический корпус 102, изолирующий газ 103 и по меньшей мере один опорный изолятор 104. Внутренняя область металлического корпуса 102 представляет собой замкнутое пространство, и металлический корпус 102 заземлен. Проводящий ток высокого напряжения стержень 101 расположен в замкнутом пространстве металлического корпуса 102 и выполнен с возможностью передачи тока. Один конец опорного изолятора 104 соединен с проводящим ток высокого напряжения стержнем 101, а другой конец опорного изолятора 104 соединен с внутренней поверхностью металлического корпуса 102. Опорный изолятор 104 в виде изолирующего опорного элемента выполнен с возможностью поддержания проводящего ток высокого напряжения стержня 101 и изоляции проводящего ток высокого напряжения стержня 101 от металлического корпуса 102. Изолирующий газ 103 заполняет замкнутое пространство металлического корпуса 102. Изолирующий газ 103 представляет собой, например, газообразный гексафторид серы (SF₆) или смесь газов газообразного SF₆ и азота.

Как показано на Фиг. 3 и 4, в некоторых вариантах выполнения опорный изолятор 104 содержит выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца, изолирующую опору 302, кольцо 303 управления зарядом и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца.

Как показано на Фиг. 4, выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца, кольцо 303 управления зарядом и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца могут быть расположены вокруг изолирующей опоры 302.

Как показано на Фиг. 3 и 4, изолирующая опора 302 содержит первый конец 302a и второй конец 302b, которые противоположны друг другу. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца соединено с первым концом 302a изолирующей опоры 302, и изолирующая опора 302 изолирована от выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца соединено со вторым концом 302b изолирующей опоры 302, и изолирующая опора 302 изолирована от выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца.

Например, как показано на Фиг. 4, выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца содержит первое выравнивающее распределение потенциала кольцо 3010 и первый крепежный элемент 3011, неподвижно соединенный с первым выравнивающим распределение потенциала кольцом 3010, первый крепежный элемент 3011 имеет первую канавку 3011a в центре O1 первого выравнивающего распределение потенциала кольца 3010, которая совмещается с первым концом 302a изолирующей опоры 302, и выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца посажено на первый конец 302a изолирующей опоры 302 посредством первой канавки 3011a. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца содержит второе выравнивающее распределение потенциала кольцо 3040 и второй крепежный элемент 3041, неподвижно соединенный со вторым выравнивающим распределение потенциала кольцом 3040, второй крепежный элемент 3041 имеет вторую канавку 3041a в центре O2 второго выравнивающего распределение потенциала кольца 3040, которая совмещается со вторым концом 302b изолирующей опоры 302, и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца посажено на второй конец 302b изолирующей опоры 302 посредством второй канавки 3041a. Для другого примера выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца закреплены на первом конце и втором конце изолирующей опоры 302 посредством опорного ребра (ребер) и болта (болтов) соответственно. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца посажены на изолирующую опору 302, что может предотвращать неравномерное напряжение и неравномерное электрическое поле.

Выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца электрически соединено с проводящим ток высокого напряжения стержнем 101 устройства передачи мощности UHVDC. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца выполнено с возможностью гомогенизации распределения электрического поля на стороне высокого напряжения изолирующей опоры 302, где расположено выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца электрически соединено с металлическим корпусом 102 устройства передачи мощности UHVDC. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца выполнено с возможностью гомогенизации распределения электрического поля на стороне заземления изолирующей опоры 302, где расположено выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца. Выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца могут предотвращать частичный разряд на изолирующей опоре 302, вызываемый неравномерным распределением электрических полей, и защищать изолирующую опору 302.

В некоторых вариантах выполнения каждое из выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца и выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца содержит металлический материал. Например, материал выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца содержит по меньшей мере одно из меди, алюминия, медного сплава и алюминиевого сплава. Материал выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца содержит по меньшей мере одно из меди, алюминия, медного сплава и алюминиевого сплава.

Формы и геометрические размеры выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца и выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца на Фиг. 3 показаны только в качестве примера, но варианты выполнения настоящего раскрытия не ограничены ими при условии, что может быть гарантировано, что выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца и выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца совмещаются с изолирующей опорой 302, и электрические поля на стороне высокого напряжения и стороне заземления распределяются равномерно.

В некоторых вариантах выполнения материал изолирующей опоры 302 содержит по меньшей мере одно из эпоксидной смолы и керамики. Например, материал изолирующей опоры 302 представляет собой керамику или модифицированный керамикой материал; или материал изолирующей опоры 302 представляет собой изолирующий материал на основе эпоксидной смолы. В дополнение, форма и геометрические размеры изолирующей опоры 302 на Фиг. 3 показаны только в качестве примера и не являются ограничениями для изолирующей опоры 302.

Как показано на Фиг. 3 и 4, кольцо 303 управления зарядом расположено на внешней поверхности 302c изолирующей опоры 302 и кольцо 303 управления зарядом изолировано от изолирующей опоры 302. Например, кольцо 303 управления зарядом представляет собой кольцеобразный элемент, такой как кольцеобразный выступ, соосный с изолирующей опорой 302, и кольцо 303 управления зарядом посажено на внешнюю поверхность изолирующей опоры 302. Кольцо 303 управления зарядом выполнено с возможностью накопления поверхностных зарядов.

Следует отметить, что изолирующая опора 302 может быть сплошной или полой, что не ограничено в вариантах выполнения настоящего раскрытия, и кольцо 303 управления зарядом расположено на внешней поверхности изолирующей опоры 302.

Функция кольца 303 управления зарядом заключается в накоплении поверхностных зарядов на его поверхности под действием электрического поля DC рабочего состояния для притяжения твердых частиц (например, металлов или примесей), и поверхностные заряды образуют электрическое поле на поверхности кольца 303 управления зарядом. Когда твердые частицы приближаются к кольцу 303 управления зарядом, электрическое поле может разряжаться для генерации высокой энергии, чтобы позволять твердым частицам претерпевать изменение фазы (например, разжижение или сублимирование) или химическое изменение, тем самым устраняя твердые частицы.

В некоторых вариантах выполнения способность кольца 303 управления зарядом накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры 302 накапливать поверхностные заряды. Здесь то, что способность кольца 303 управления зарядом накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры 302 накапливать поверхностные заряды, означает, что кольцо 303 управления зарядом накапливает поверхностные заряды на его поверхности легче, чем изолирующая опора 302. Например, кольцо 303 управления зарядом изготовлено из материала, который легко накапливает поверхностные заряды.

Поверхностные заряды, накапливаемые на поверхности кольца 303 управления зарядом, содержит поверхностные заряды с противоположной или такой же полярностью, что и заряды на стороне высокого напряжения. Поскольку способность кольца 303 управления зарядом накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры 302 накапливать поверхностные заряды, количество поверхностных зарядов, накопленных на поверхности кольца 303 управления зарядом, больше, чем количество поверхность зарядов, накопленных на поверхности изолирующей опоры 302 под действием электрического поля DC рабочего состояния. Поверхностные заряды, накопленные на поверхности кольца 303 управления зарядом, образуют электрическое поле, которое может поглощать твердые частицы в устройстве передачи мощности UHVDC. Чем больше поверхностных зарядов накоплено на поверхности кольца 303 управления зарядом, тем больше напряженность электрического поля, образованного поверхностными зарядами. В случае, когда напряженность электрического поля на поверхности кольца 303 управления зарядом превышает диэлектрическую прочность поверхности кольца 303 управления зарядом, кольцо 303 управления зарядом будет генерировать поверхностный разряд и/или разряд в землю. Таким образом, поверхностный разряд и/или разряд в землю может генерировать высокую энергию, которая может вызывать изменение фазы (например, разжижение или сублимирование) твердых частиц, тем самым устраняя твердые частицы, такие как металлы и примеси.

В некоторых вариантах выполнения электрическое поле, образованное поверхностными зарядами на кольце 303 управления зарядом, разряжается между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца, вызывая изменение фазы твердых частиц.

В некоторых вариантах выполнения электрическое поле, образованное поверхностными зарядами на кольце 303 управления зарядом, разряжается между кольцом 303 управления зарядом и металлическим корпусом 102, вызывая изменение фазы твердых частиц.

Как показано на Фиг. 2, в известном уровне техники опорный изолятор401 содержит выравнивающее распределение потенциала кольцо 201 высоковольтного конца, изолирующую опору 202 и выравнивающее распределение потенциала кольцо 203 заземляющего конца. Два конца изолирующей опоры 202 соединены с выравнивающим распределение потенциала кольцом 201 высоковольтного конца и выравнивающим распределение потенциала кольцом 203 заземляющего конца соответственно, и изолирующая опора 202 изолирована и от выравнивающего распределение потенциала кольца 201 высоковольтного конца, и от выравнивающего распределение потенциала кольца 203 заземляющего конца. В известном уровне техники опорный изолятор 401 не имеет кольца управления зарядом, и в случае, когда опорный изолятор 401 применяется в устройстве передачи мощности DC, необходимо устанавливать уловитель частиц в положении устройства передачи мощности DC вблизи опорного изолятора для сбора твердых частиц. С одной стороны, твердые частицы, такие как металлы и примеси, могут необратимо нарушать работоспособность изоляции опорного изолятора 401 до их улавливания. С другой стороны, в случае, когда уловитель частиц задерживает большое количество твердых частиц, таких как металлы и примеси, также существует риск столкновения твердых частиц друг с другом для выхода из уловителя частиц. Более того, в устройстве передачи мощности UHVDC проводящий ток высокого напряжения стержень 101 в виде носителя электроэнергии сверхвысокого напряжения постоянного тока, будет генерировать тепло во время использования. Тепло может вызывать перепады температуры проводящего ток высокого напряжения стержня 101, металлического корпуса 102 и внешней окружающей среды, тем самым образуя циркулирующий воздушный поток в устройстве передачи мощности UHVDC, который может выдувать твердые частицы, такие как металлы и примеси, из уловителя частиц. В связи с этим то, как уловитель частиц используется в известном уровне техники, заключается только в сборе твердых частиц, что не может полностью и эффективно задерживать и устранять твердые частицы и не может устранять потенциальный риск того, что твердые частицы попадут в опорный изолятор.

В опорном изоляторе 104, представленном некоторыми вариантами выполнения настоящего раскрытия, кольцо 303 управления зарядом установлено на поверхности изолирующей опоры 302. В одном аспекте кольцо 303 управления зарядом может накапливать большое количество поверхностных зарядов на его поверхности для образования электрического поля под действием электрического поля DC рабочего состояния. Таким образом, в случае, когда в устройстве передачи мощности DC присутствуют твердые частицы, такие как металлы или примеси, эти частицы могут притягиваться для приближения к кольцу 303 управления зарядом под действием электростатической индукции. В другом аспекте, поскольку способность кольца 303 управления зарядом накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры 302 накапливать поверхностные заряды, кольцо 303 управления зарядом может накапливать больше поверхностных зарядов на его поверхности, чем изолирующая опора 302. В результате в случае, когда поверхностные заряды накапливаются на обеих поверхностях кольца 303 управления зарядом и изолирующей опоры 302, нормальная составляющая электрического поля на поверхности кольца 303 управления зарядом больше, что упрощает поглощение твердых частиц. В еще одном аспекте, поскольку большое количество поверхностных зарядов, накопленных на поверхности кольца 303 управления зарядом, будет генерировать сильное электрическое поле, в случае, когда напряженность электрического поля превышает диэлектрическую напряженность поверхности кольца 303 управления зарядом, может происходить поверхностный разряд и/или разряд в землю, и изоляция между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 301 высоковольтного конца может по-прежнему сохраняться. Энергия, генерируемая поверхностным разрядом и/или разрядом в землю, может позволять твердым частицам, таким как металлы и примеси, претерпевать изменения фазы, такие как разжижение и сублимирование, и также может позволять твердым частицам, таким как металлы и примеси, вступать в реакцию с окружающим изолирующим газом (например, SF₆) так, что твердые частицы, такие как металлы и примеси, образуют композитный материал и в конечном итоге осаждаются в положениях выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца, выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца или металлического корпуса 102 и т.д., где не оказывается влияния на работоспособность изоляции поверхности опорного изолятора. В связи с этим потенциальный риск твердых частиц для опорного изолятора может быть предотвращен.

Можно увидеть, что опорный изолятор 104, представленный некоторыми вариантами выполнения настоящего раскрытия, использует кольцо 303 управления зарядом для устранения твердых частиц, таких как металлы или примеси, и в случае, когда опорный изолятор 104 применяется в устройстве передачи мощности DC, отсутствует необходимость установки уловителя частиц для сбора твердых частиц, что предотвращает проблемы, которые могут существовать в случае, когда уловитель частиц установлен в известном уровне техники.

В некоторых вариантах выполнения, которые показаны на Фиг. 3 и 4 (вид в поперечном разрезе опорного изолятора 104 по линии A-A' на Фиг. 3), в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302 расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределением потенциала кольцом 301 высоковольтного конца больше, чем расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца. Расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 301 высоковольтного конца относится к расстоянию между положением кольца 303 управления зарядом, ближайшим к выравнивающему распределение потенциала кольцу 301 высоковольтного конца, и положением выравнивающего распределение потенциала кольца 301 высоковольтного конца, ближайшим к кольцу 303 управления зарядом в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302. Расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца относится к расстоянию между положением кольца 303 управления зарядом, ближайшим к выравнивающему распределение потенциала кольцу 304 заземляющего конца, и положением выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца, ближайшим к кольцу 303 управления зарядом в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302.

Согласно анализу методом конечных элементов электрического поля в случае, когда расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца изолирующей опоры 302 является относительно близким (то есть расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца меньше, чем расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 301 высоковольтного конца), когда кольцо 303 управления зарядом накапливает поверхностные заряды, поверхностные заряды имеют меньше влияния на распределение электрического поля на стороне высокого напряжения, чем на распределение электрического поля на стороне заземления. В связи с этим электрическое поле, генерируемое поверхностными зарядами, накопленными на поверхности кольца 303 управления зарядом, может быть лишено возможности влияния на характеристику изоляции поверхности изолирующей опоры 302. В дополнение, в случае, когда расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца изолирующей опоры 302 является относительно близким (то есть расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 304 заземляющего конца меньше, чем расстояние между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 301 высоковольтного конца), когда поверхностные заряды на кольце 303 управления зарядом образуют электрическое поле, электрическое поле находится вблизи от выравнивающего распределение потенциала кольца 304 заземляющего конца. В связи с этим, когда электрическое поле разряжается, твердые частицы, такие как металлы и примеси, непосредственно осаждаются на выравнивающее распределение потенциала кольцо 304 заземляющего конца или металлический корпус 102, что не будет оказывать влияние на выравнивающее распределение потенциала кольцо 301 высоковольтного конца, и изоляция между кольцом 303 управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом 301 высоковольтного конца может по-прежнему сохраняться.

В некоторых вариантах выполнения материал кольца 303 управления зарядом содержит по меньшей мере одно из ионно-легированного модифицированного нитрида кремния, ионно-легированного модифицированного оксида алюминия, ионно-легированного модифицированного оксида циркония и поверхностно-модифицированной эпоксидной смолы. Например, одно или более из ионно-легированного модифицированного нитрида кремния или его композитного материала, ионно-легированного модифицированного оксида алюминия или его композитного материала, ионно-легированного модифицированного оксида циркония или его композитного материала, ионно-легированной модифицированной алюмооксидной керамики, поверхностно-модифицированной эпоксидной смолы и т.п. могут быть использованы в качестве материала кольца 303 управления зарядом в вариантах выполнения настоящего раскрытия.

Следует отметить, что ионно-легированный модифицированный нитрид кремния или его композитный материал, ионно-легированный модифицированный оксид алюминия или его композитный материал, ионно-легированный модифицированный оксид циркония или его композитный материал, ионно-легированная модифицированная алюмооксидная керамика, поверхностно-модифицированная эпоксидная смола и т.п. являются материалами, которые легко накапливают поверхностные заряды и могут препятствовать поверхностному разряду. В связи с этим кольцо 303 управления зарядом может легче накапливать поверхностные заряды для образования электрического поля, тем самым устраняя твердые частицы. В дополнение, поскольку эти материалы могут препятствовать поверхностному разряду, поверхностный разряд не будет влиять на характеристику изоляции кольца 303 управления зарядом, при этом твердые частицы устраняются.

В некоторых вариантах выполнения в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302 размер кольца 303 управления зарядом составляет от приблизительно 20 мм до приблизительно 30 мм, например, 20 мм, 22 мм, 24 мм, 26 мм, 28 мм или 30 мм. Размер кольца 303 управления зарядом в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302 относится к расстоянию между двумя положениями, которые наиболее удалены друга от друга на кольце 303 управления зарядом в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302. Например, как показано на Фиг. 3 и 4, кольцо 303 управления зарядом имеет форму кольца, его внешняя поверхность представляет собой непрерывную дугообразную поверхность, а продольный разрез кольца 303 управления зарядом (разрез, параллельный осевому направлению D1 изолирующей опоры 302) имеет форму дуги (положение, обозначенное ссылочной позицией B на Фиг. 4). Таким образом, размер кольца 303 управления зарядом в осевом направлении D1 изолирующей опоры 302 относится к расстоянию между двумя конечными точками (положениями, обозначенными ссылочными позициями C и D на Фиг. 4) дуги в осевом направлении изолирующей опоры 302.

В некоторых вариантах выполнения в радиальном направлении D2 изолирующей опоры 302 размер кольца 303 управления зарядом составляет от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм, например, 5 мм, 7 мм или 9 мм. Размер кольца 303 управления зарядом в радиальном направлении D2 изолирующей опоры 302 относится к расстоянию между поверхностью изолирующей опоры 302 и положением на внешней поверхности кольца 303 управления зарядом, которое наиболее удалено от поверхности изолирующей опоры 302 в радиальном направлении D2 изолирующей опоры 302. Например, как показано на Фиг. 3 и 4, кольцо 303 управления зарядом имеет форму кольца, и его внешняя поверхность представляет собой непрерывную дугообразную поверхность, и продольный разрез кольца 303 управления зарядом (разрез, параллельный осевому направлению изолирующей опоры 302) имеет форму дуги (положение, обозначенное ссылочной позицией B на Фиг. 4). Таким образом, размер кольца 303 управления зарядом в радиальном направлении D2 изолирующей опоры 302 относится к расстоянию между поверхностью изолирующей опоры 302 и положением на дуге, которое наиболее удалено от поверхности изолирующей опоры 302 в радиальном направлении D2 изолирующей опоры 302.

В случае, когда размер кольца 303 управления зарядом в осевом или радиальном направлении изолирующей опоры 302 является слишком большим, это может влиять на характеристику изоляции поверхности изолирующей опоры 302. В связи с этим размеры кольца 303 управления зарядом должны быть управляемыми в пределах вышеупомянутых диапазонов размеров.

В некоторых вариантах выполнения шероховатость поверхности кольца 303 управления зарядом меньше первого порогового значения. Поскольку чем больше шероховатость поверхности предмета, тем меньше вероятности, что он будет накапливать поверхностные заряды, шероховатость поверхности кольца 303 управления зарядом должна быть меньше первого порогового значения. Значение первого порогового значения может быть установлено менеджером в соответствии с материалом кольца 303 управления зарядом и опытом. Шероховатость поверхности относится к микроскопической геометрической форме, характерной для пиков и впадин с небольшим расстоянием между ними, образованных на внешней поверхности кольца 303 управления зарядом посредством механической обработки поверхности.

В некоторых вариантах выполнения шероховатость поверхности кольца 303 управления зарядом меньше, чем шероховатость поверхности изолирующей опоры 302. Таким образом, количество поверхностных зарядов, накопленных на поверхности кольца 303 управления зарядом, может быть больше количества поверхностных зарядов, накопленных на поверхности изолирующей опоры 302. Поверхностные заряды на кольце 303 управления зарядом образуют электрическое поле на поверхности кольца 303 управления зарядом так, что электрическое поле может разряжаться на твердые частицы для устранения твердых частиц, тем самым предотвращая влияние на изолирующую опору 302.

Вышеприведенные описания представляют собой только некоторые конкретные образы осуществления настоящего раскрытия, но объем охраны настоящего раскрытия не ограничен этим, и изменения или замены, которые любой специалист в данной области техники может задумывать в пределах технического объема, раскрытого настоящим раскрытием, должны находиться в пределах объема охраны настоящего раскрытия. В связи с этим объем охраны настоящего раскрытия должен подпадать под объем охраны формулы изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в снижении негативного воздействия твердых частиц при эксплуатации изолятора. Достигается тем, что опорный изолятор содержит изолирующую опору, содержащую первый конец и второй конец, которые противоположны друг другу, выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца, соединенное с первым концом изолирующей опоры, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца изолировано от изолирующей опоры, выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца, соединенное со вторым концом изолирующей опоры, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца изолировано от изолирующей опоры, и кольцо управления зарядом, расположенное на внешней поверхности изолирующей опоры, причем кольцо управления зарядом изолировано от изолирующей опоры и кольцо управления зарядом выполнено с возможностью накопления поверхностных зарядов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Опорный изолятор, включающий

изолирующую опору, содержащую первый конец и второй конец, которые противоположны друг другу;

выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца, соединенное с первым концом изолирующей опоры, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца изолировано от изолирующей опоры;

выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца, соединенное со вторым концом изолирующей опоры, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца изолировано от изолирующей опоры; и

кольцо управления зарядом, расположенное на внешней поверхности изолирующей опоры, причем кольцо управления зарядом изолировано от изолирующей опоры и кольцо управления зарядом выполнено с возможностью накопления поверхностных зарядов.

2. Опорный изолятор по п. 1, в котором кольцо управления зарядом выполнено таким образом, что его способность накапливать поверхностные заряды сильнее, чем способность изолирующей опоры накапливать поверхностные заряды.

3. Опорный изолятор по п. 1, в котором в осевом направлении изолирующей опоры расстояние между кольцом управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом высоковольтного конца больше, чем расстояние между кольцом управления зарядом и выравнивающим распределение потенциала кольцом заземляющего конца.

4. Опорный изолятор по п. 1, в котором материал кольца управления зарядом содержит по меньшей мере одно из: ионно-легированного модифицированного нитрида кремния, ионно-легированного модифицированного оксида алюминия, ионно-легированного модифицированного оксида циркония и поверхностно-модифицированной эпоксидной смолы.

5. Опорный изолятор по п. 1, в котором в осевом направлении изолирующей опоры размер кольца управления зарядом составляет от приблизительно 20 мм до приблизительно 30 мм.

6. Опорный изолятор по п. 1, в котором в радиальном направлении изолирующей опоры размер кольца управления зарядом составляет от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.

7. Опорный изолятор по п. 1, в котором кольцо управления зарядом представляет собой кольцеобразный выступ, который соосен с изолирующей опорой.

8. Опорный изолятор по п. 1, в котором шероховатость поверхности кольца управления зарядом меньше, чем шероховатость поверхности изолирующей опоры.

9. Опорный изолятор по п. 1, в котором материал выравнивающего распределение потенциала кольца высоковольтного конца содержит по меньшей мере одно из: алюминия, меди, алюминиевого сплава и медного сплава; и/или

материал выравнивающего распределение потенциала кольца заземляющего конца содержит по меньшей мере одно из: алюминия, меди, алюминиевого сплава и медного сплава.

10. Опорный изолятор по п. 1, в котором материал изолирующей опоры содержит по меньшей мере одно из: эпоксидной смолы и керамики.

11. Опорный изолятор по п. 1, в котором выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца посажено на первый конец.

12. Опорный изолятор по п. 11, в котором выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца содержит:

первое выравнивающее распределение потенциала кольцо; и

первый крепежный элемент, неподвижно соединенный с первым выравнивающим распределение потенциала кольцом, причем первый крепежный элемент имеет первую канавку в центре первого выравнивающего распределение потенциала кольца; при этом первая канавка совмещается с первым концом.

13. Опорный изолятор по п. 1, в котором выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца посажено на второй конец.

14. Опорный изолятор по п. 13, в котором выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца содержит:

второе выравнивающее распределение потенциала кольцо; и

второй крепежный элемент, неподвижно соединенный со вторым выравнивающим распределение потенциала кольцом, причем второй крепежный элемент имеет вторую канавку в центре второго выравнивающего распределение потенциала кольца; при этом вторая канавка совмещается со вторым концом.

15. Устройство передачи мощности постоянного тока, включающее:

металлический корпус с замкнутым пространством в нем;

проводящий ток высокого напряжения стержень, расположенный в замкнутом пространстве металлического корпуса;

по меньшей мере один опорный изолятор по п. 1, причем выравнивающее распределение потенциала кольцо высоковольтного конца опорного изолятора соединено с проводящим ток высокого напряжения стержнем, а выравнивающее распределение потенциала кольцо заземляющего конца опорного изолятора соединено с металлическим корпусом; и

изолирующий газ заполняет замкнутое пространство.

16. Устройство передачи мощности постоянного тока по п. 15, в котором изолирующий газ содержит газообразный гексафторид серы или смесь газов газообразного гексафторида серы и азота.