嵌件、绝缘子以及气体绝缘高压或中压装置的制作方法

本技术涉及一种用于高压或中压装置的绝缘子的嵌件，其中，该嵌件具有侧面，其中，该侧面对应于通过使与旋转轴线在同一平面内的平面曲线围绕该旋转轴线旋转而获得的旋转表面。本技术还涉及一种包括上述嵌件的用于气体绝缘高压或中压装置的绝缘子。此外，本技术涉及一种包括上述绝缘子的气体绝缘高压或中压装置。

背景技术：

1、高压或中压装置、比如断路器和开关设备对于保护技术设备至关重要，尤其是在高压范围内。例如，当发生电气故障时，断路器主要用于中断电流。作为示例，断路器的任务是开断弧触点、熄灭电弧、并且使弧触点彼此分开，以避免电流流动，即使在电气故障本身产生高电位的情况下亦会如此。断路器可以在12kv至72kv和达1200kv的中高压下断开通常为1 ka至80ka的中高短路电流。因此，高压或中压装置容纳高压导体比如被施加高压的引线导体。

2、一些高压或中压装置、即气体绝缘高压或中压装置——比如气体绝缘开关设备(gis)——包括位于外壳内的绝缘气体、例如sf6，以便将高压导体与其他部件屏蔽和绝缘和/或在操作弧触点时改善电弧的熄灭。

3、为了将高压导体牢固地保持在装置体积内，在离接地外壳足够远的位置中，在气体外壳内设置有绝缘子。该绝缘子可以在其外边沿处固定至外壳，并且可以构造成将高压导体容纳在外壳内。绝缘子可以包括嵌件，以提供与导体的电连接。嵌件可以布置在绝缘子间隔件的中央开口中，其中，绝缘子间隔件可以构造成例如通过凸缘牢固地附接至外壳。嵌件的形式会影响绝缘子的介电性能和机械性能。

4、在气体绝缘高压或中压装置中使用比sf6更环保的绝缘气体时需要更可靠和坚固的绝缘子。例如，在高压或中压装置的外壳中，sf6含量降低的绝缘气体或甚至不含sf6的绝缘气体的压力通常较高。绝缘气体的标称压力的这种增加也增加了对绝缘子的机械稳定性的要求。

5、此外，sf6含量降低的绝缘气体或甚至不含sf6的绝缘气体对污染颗粒具有更高的敏感性，污染颗粒可能会侵入高压或中压装置的气体绝缘外壳，或者由高压或中压装置的外壳内的部件的磨损碎屑产生。污染颗粒可能导致浮动电位变化并且可能对绝缘气体的性能产生负面影响。因此，绝缘气体对污染物颗粒的更高敏感性也增加了对绝缘子介电强度的要求。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种提高气体绝缘高压或中压装置的可靠性和稳固性的装置。本实用新型的另一个目的是提高绝缘子的可靠性和稳固性，以增强绝缘子的机械性能和/或增强绝缘子的介电性能。

2、因此，该目的通过一种用于高压或中压装置的绝缘子的嵌件来解决，其中，该嵌件具有侧面，其中，该侧面对应于通过使与旋转轴线在同一平面内的平面曲线绕旋转轴线旋转而获得的旋转平面，并且其中，该平面曲线包括用于将平面曲线与嵌件的基面的圆形外边缘连接的两个端部区域，其中，至少一个端部区域包括过渡部段，该过渡部段的曲率由半径大于10 mm的密切圆限定，并且其中，将过渡部段的起点与过渡部段的终点连接的直线相对于旋转轴线以90°±20°的角度延伸。

3、此外，该目标通过一种用于气体绝缘高压或中压装置的绝缘子来解决，该绝缘子包括具有中央开口的绝缘子间隔件、以及上述嵌件，并且其中，该嵌件设置在中央开口中。

4、此外，该目标通过一种气体绝缘高压或中压装置来解决，该气体绝缘高压或中压装置包括上述绝缘子、以及绝缘气体，其中，绝缘气体包括co2、 sf6、sf6与载气的混合物、以及/或者氟酮和/或氟腈与载气的混合物。

5、关于高压或中压装置，本实用新型的高压或中压装置优选地构造为开关设备。在本实用新型的上下文中，中压至高压是指12kv至72kv(中压) 和达1200kv(高压)的电压。

6、高压或中压装置的绝缘气体优选地提供介电绝缘并用作开关设备中的灭弧介质。优选的绝缘气体是氟含量比sf6低的绝缘气体，并且进一步优选的是不含氟的绝缘气体。与氟酮和/或氟腈和/或sf6一起使用的载气可以包括空气、n2、co2及其混合物。进一步优选地，高压或中压装置内的绝缘气体的压力至少在断路操作期间优选地高于大气压力、更优选地高于500 kpa、甚至更优选地高于900kpa。

7、嵌件的形式并且特别是嵌件的侧面的形式影响绝缘子的机械稳定性，对于绝缘子而言，嵌件的侧面优选地连接至绝缘子间隔件。与平面曲线的过渡部段相对应的嵌件的侧面对于绝缘子的机械稳定性尤为重要。平面曲线的过渡部段具有由半径r大于10mm的密切圆限定的低曲率。过渡部段可以具有恒定曲率，或者过渡部段可以具有非恒定曲率，或者换句话说，具有变化的曲率。然而，平面曲线的在过渡部段内的任何点处，限定曲率的密切圆的半径r大于10mm。这意味着过渡部段也可以由直线形成。曲线的曲率是曲线偏离直线的量。曲线的曲率可以通过密切圆来限定，密切圆是在给定点处最接近曲线的圆。更准确地说，给定曲线上的一点p，曲线的每一个其他点q限定了穿过q并在p处与曲线相切的圆(有时是一条线)。密切圆是当q趋于p时该圆的极限(如果存在)。于是，曲线在p处的曲率中心和曲率半径是该密切圆的中心和半径r。曲率к是密切圆的半径的倒数，或者用数学公式к＝1/r表示。

8、平面曲线的具有低曲率的过渡部段可以例如意味着过渡部段可以完全没有曲率，或者换句话说，可以由直线形成。替代性或者附加地，过渡部段可以弯曲。然而，平面曲线在过渡部段内的曲率к低于1/10mm-1。过渡部段形成为使得将过渡部段的起点与过渡部段的终点连接的直线相对于旋转轴线以90°±20°的角度延伸。换言之，侧表面的与过渡部段相对应的部分是相当平的(密切圆的半径r大于10mm并且/或者曲率к低于1/10mm-1) 并且基本上垂直于旋转轴线。优选地，过渡部段占平面曲线的总长度的至少2％。此外，侧表面的与过渡部段相对应的部分优选地形成嵌件与绝缘子间隔件的接触表面。所描述的过渡部段的形状已经显示出使绝缘子具有高稳定性和高抗断裂性。过渡部段使得：在高压或中压装置中使用期间，绝缘子间隔件中的应力主要为剪切应力。剪切应力是平行于接触表面的应力。因此，可以减少裂纹扩展。

9、根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线的过渡部段具有由半径r大于12mm、优选地大于15mm、更优选地大于20mm、进一步优选地大于30mm、甚至更优选地大于50mm的密切圆限定的曲率。此外，平面曲线的过渡部段优选地具有低于1/12mm-1、优选地低于1/15mm-1、更优选低于1/20mm-1、进一步优选低于1/30mm-1、并且甚至更优选地低于1/50mm-1的曲率к。进一步优选地，平面曲线的过渡部段没有曲率和/或由直线形成。

10、根据本实用新型的另一优选实施方式，过渡部段形成为使得将过渡部段的起点与过渡部段的终点连接的直线相对于旋转轴线以90°±15°的角度延伸、更优选地相对于旋转轴线以90°±10°的角度延伸、并且甚至更优选地相对于旋转轴线以90°±5°的角度延伸。进一步优选地，过渡部段形成为使得将过渡部段的起点与过渡部段的终点连接的直线相对于旋转轴线以 90°的角度延伸。

11、根据本实用新型的优选实施方式，过渡部段垂直于旋转轴线的延伸为平面曲线至旋转轴线的最短距离的至少5％。过渡部段垂直于旋转轴线的长度(extent)即为将过渡部段的起点与过渡部段的终点连接的直线垂直于旋转轴线的长度。这允许嵌件能够为绝缘子间隔件提供足够大的接触面，以实现高机械稳定性。

12、根据另一优选实施方式，提供了一种嵌件，其中，端部区域包括与过渡部段相邻的连接部段，该连接部段基本上平行于旋转轴线延伸，并且其中，连接部段连接至基面的圆形外边缘。在这种情况下，基本上平行于旋转轴线优选地是指相对于旋转轴线成0°±20°。换言之，嵌件优选地在侧面的开始处具有连接部段，该连接部段优选地将嵌件的基面与过渡部段连接。由于连接部段基本上平行于旋转轴线延伸，并且过渡部段基本上垂直于旋转轴线延伸，因此嵌件优选地在侧面与基面的连接处具有阶梯状边缘。因此，可以在由过渡部段限定的接触表面上提供形成绝缘子间隔件且厚度基本等于连接部段的长度的材料，以便提供其中绝缘子间隔件的面部的表面与嵌件的基面齐平的绝缘子。

13、嵌件的形式不仅影响绝缘子的机械稳定性，而且还影响绝缘子的介电性能。特别地，嵌件的侧面的形式影响电场线如何进入绝缘介质，或者换句话说，影响电场线如何在绝缘子的绝缘子间隔件内和/或在高压或中压装置的绝缘气体内延伸。电场线的走向负责绝缘子的表面上的电场强度和电场强度的方向分量，并且特别是绝缘子间隔件的表面上的电场强度和电场强度的方向分量。

14、在绝缘子和用于绝缘子的嵌件的情况下，电场的方向可以分为三个分量，每个分量平行于三个正交的空间方向中的一个空间方向，其中，空间方向由嵌件和/或绝缘子的形式和/或对称性给出。嵌件优选地具有基本上对应于旋转体的三维形式。嵌件的侧面对应于通过使平面曲线绕旋转轴线旋转而获得的旋转表面。旋转轴线的方向优选地限定三个正交的空间方向中的一个空间方向、即轴向方向。与旋转轴线正交的线的方向优选地限定了径向方向，而切向方向与轴向方向和径向方向正交。优选地，三个方向形成呈右手取向的坐标系。

15、嵌件优选地不呈直柱体(其具有与直平面曲线的旋转表面相对应的侧面)的形式。代替地，嵌件的侧面具有更复杂的形状。在这方面并且根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线在两个端部区域之间包括两个外部突出区域并且在两个外部突出区域之间包括中间突出区域，其中，在突出区域内，平面曲线弯曲成使得：将曲率中心与平面曲线上的在突出区域内的点连接的线的方向背向旋转轴线。由于平面曲线中的三个突出区域优选地为使得将曲率中心与平面曲线上的在突出区域内的点连接的线背向旋转轴线，因此突出区域对应于嵌件的侧面的凸起部或凸出部。这三个突出区域的作用是减少绝缘子间隔件的表面上电场强度的切向分量。电场强度的切向分量是平行于切向方向的分量。切向方向上的较低的电场强度可以降低绝缘子的表面、并且特别是绝缘子间隔件的表面上出现污染颗粒时发生故障的风险。因此，与污染颗粒相关的故障风险大幅降低并且绝缘子的可靠性提高。

16、根据本实用新型的另一实施方式，外部突出区域与过渡部段相邻。这优选地意味着过渡部段直接附接至外部突出区域。进一步优选地，过渡部段的结束处的曲率和外部突出区域的开始处的曲率优选地相同，以便提供平滑连接。

17、根据本实用新型的另一实施方式，提供了一种嵌件，其中，在突出区域内，平面曲线弯曲成使得：将曲率中心与平面曲线上的在突出区域内的点连接的线在突出区域的开始处具有平行于旋转轴线的分量，并且在突出区域的结束处具有反向平行于旋转轴线的分量。换句话说，突出区域不仅仅是平面曲线中的下述区域：在该区域中，平面曲线至旋转轴线的最短距离沿着平面曲线的路径增加。而是，突出区域优选地为平面曲线内的下述区域：在该区域中，平面曲线至旋转轴线的最短距离沿着平面曲线的路径增加、达到局部极值、然后减小。

18、如已经提及的，平面曲线优选地形成为使得平面曲线包括三个突出区域。中间突出区域位于两个外部突出区域之间。根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线形成为使得：限定中间突出区域的曲率的密切圆的半径大于限定外部突出区域的曲率的密切圆的半径。中间突出区域的与外部突出区域相比较大的半径增强了绝缘子的介电性能。由于包括这种嵌件的绝缘子的介电强度增加，因此可以设计更紧凑的高压或中压装置。此外，由于绝缘子的介电性能增加，因此不再需要将单独的屏蔽件比如金属片结合到绝缘子的绝缘子间隔件中。因此，简化了绝缘子的生产。

19、突出区域内的一点处的曲率可能不同于突出区域内的相邻点处的曲率，或者换句话说，曲率在突出区域内改变。然而，根据另一实施方式，突出区域优选地包括具有恒定曲率的部段。进一步优选地，具有恒定曲率的部段在突出区域内形成为使得：将曲率中心与平面曲线上的在具有恒定曲率的部段内的点连接的线垂直于旋转轴线。换言之，具有恒定曲率的部段优选地在平面曲线的局部极点周围，在该局部极点处，至旋转轴线的最短距离表现为局部最大值。

20、根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线形成为使得：中间突出区域内的极点距旋转轴线的距离与外部突出区域内的极点距旋转轴线的距离相等。然而，还可能的是，对于突出区域中的一些突出区域或所有突出区域，极点至旋转轴线的距离不同。不仅限定突出区域的曲率的密切圆的半径可以彼此不同，而且突出区域的局部最大处至旋转轴线的最短距离也可以不同。

21、根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线形成位使得中间突出区域内的极点比外部突出区域内的极点更远离旋转轴线。相对于外部突出区域，中间突出区域的极点距旋转轴线的更大距离可以提高绝缘子的机械性能和/或介电性能。

22、根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线呈具有三个高点和两个低点的波形式，其中，高点位于突出区域内。换句话说，三个高点优选地对应于局部最大处。进一步优选地，这还意味着在外部突出区域与中间突出区域之间没有其他突出区域。相反，优选地在外部突出区域与中间突出区域之间具有凹陷区域，其中，凹陷区域包括低点。进一步优选地，平面曲线恰好包括三个突出区域。

23、根据本实用新型的另一优选实施方式，平面曲线为使得：平面曲线在两个外部突出区域之间是平滑曲线。这优选地还意味着平面曲线在两个外部突出区域之间不包括角的顶点和/或方向的突变。

24、根据本实用新型的另一优选实施方式，嵌件具有两个基面，其中，基面彼此相反并具有圆形外边缘，并且其中，侧面连接至基面的圆形外边缘。换句话说，嵌件优选地具有旋转体的形式。

25、根据本实用新型的另一优选实施方式，嵌件具有两个基面，其中，基面是平面并且彼此平行地布置，其中，旋转轴线垂直于基面。进一步优选地，平面曲线的一个端部至旋转轴线的最短距离与平面曲线的另一个端部至旋转轴线的最短距离相同。换言之，基准面优选地彼此一致。

26、根据本实用新型的另一优选实施方式，嵌件是金属嵌件并且/或者嵌件是一体地形成的。优选地，嵌件是铝嵌件。金属、特别地铝为高压或中压装置的导体提供足够的电连接性。一体地形成优选地是指嵌件由一个件制成。这增强了嵌件的稳定性并且简化了嵌件和/或绝缘子的生产。特别地，三个突出区域与嵌件的本体一体地形成。

27、如前所述，本实用新型还涉及一种用于气体绝缘高压或中压装置的绝缘子，该绝缘子包括具有中央开口的绝缘子间隔件和布置在中央开口中的上述嵌件。

28、优选地，绝缘子通过铸造生产，并且进一步优选地通过真空铸造生产。铸造是一种工艺，在该工艺中，将液化材料倒入模具的腔中并使液化材料固化。在真空铸造中，使用真空将液化材料吸入到模具中。优选地，使用热固性材料。进一步优选地，在绝缘子的生产过程期间，嵌件优选地布置在模具腔内，并且液化材料被倒入腔中并在嵌件周围固化。因此，可以实现绝缘子间隔件与嵌件的牢固附接。绝缘子间隔件优选地关于旋转轴线旋转对称并且包括第一环形面和第二环形面，其中，第一面和第二面彼此相反。进一步优选地，嵌件布置在绝缘子间隔件的中央开口中，使得嵌件的旋转轴线平行于绝缘子间隔件的旋转轴线。

29、进一步优选地，绝缘子间隔件包括加强肋、优选地多个加强肋。肋可以增加绝缘子间隔件的机械稳定性。肋可以构造为具有不同的排列/样式。优选地，肋至少部分地沿径向方向延伸。例如，肋始于中央开口的边沿处并且径向向外延伸、并且在绝缘子间隔件的外边沿处结束。优选地，肋围绕中央开口的边沿等距离地分布。

30、关于包括绝缘子间隔件和嵌件的绝缘子，绝缘子可以构造为盘式绝缘子。替代性地，绝缘子可以构造为锥式绝缘子，其也被称为盆式绝缘子。该绝缘子特别适用于气体绝缘高压或中压装置，特别地适用于气体绝缘开关设备。优选地，绝缘子使得高压或中压装置的导体能够在距装置的接地外壳足够远的位置中牢固地定位在设备内。绝缘子的嵌件优选地构造为提供与高压或中压装置的导体的电连接。此外，由高压或中压装置的外壳封围的体积可以通过绝缘子被分成多个隔室。进一步优选地，绝缘子构造为在气体绝缘高压或中压装置的隔室之间保持所需的压力并避免绝缘气体泄漏到环境中。

31、根据本实用新型的另一优选实施方式，绝缘子间隔件至少覆盖嵌件的侧面的由过渡部段形成的区域。嵌件的侧表面的与平面曲线的过渡部段相对应的部分允许在高压或中压装置中使用期间绝缘子间隔件中的应力主要为剪切应力，由此增强了绝缘子的机械稳定性和抗断裂性。

32、根据本实用新型的另一优选实施方式，绝缘子在绝缘子间隔件内没有金属片。常规绝缘子通常在绝缘子间隔件内包括金属片，金属片优选地垂直于嵌件的旋转轴线布置，以增强绝缘子的介电性能。然而，由于嵌件、特别地嵌件的中间突出区域已经增强了绝缘子的介电性能，因此无需将单独的金属片作为屏蔽件结合到绝缘子中。因此，简化了绝缘子的生产。

33、根据本实用新型的另一优选实施方式，绝缘子间隔件由包含聚合物、优选地热固性聚合物、环氧树脂和/或热塑性塑料的材料构成。绝缘子间隔件的材料可以由不同聚合物的混合物构成。替代性地，绝缘子的材料除了聚合物或聚合物混合物之外，还可以包括其他成分、例如填料。

34、本领域技术人员可以从前面所描述的嵌件的描述中直接地且明确地获得用于高压或中压装置的绝缘子的其他实施方式和优点。