专利名称：带有场控制元件的高压绝缘装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压技术领域，尤其涉及高压绝缘装置。此外，本发明涉及冷却元件和 带有根据独立权利要求的前序部分的这样的高压绝缘装置的大功率断路器。
背景技术：
例如，开头所提及类型的高压绝缘装置从文件EP 1 933 347 Al中已知。该构造 成管状的高压绝缘装置具有环氧树脂绝缘管(Epoxyisolierrohr)，该环氧树脂绝缘管在其 两个端部处粘入到由金属制成的环状的保持件中。面向绝缘体的金属保持件的端部构造成 超环面(Torus)的形状，并且用作在运行期间起作用的电场的均勻化。超环面自身可具有 槽口，该槽口在超环面的轴向且同时径向方向中伸延，使得环面分割成布置成环状的节段， 以为了由此降低超环面的刚度。然而，以这样的方式设置在超环面处的缺口或槽口一方面 不利于超环面作为场控制元件的功能，并且另一方面允许，所产生的剪力(Querkraft)引 向到绝缘管上，该绝缘管与保持件刚性地相粘接，并且由此可导致绝缘装置的损坏。文件EP 1 657 731 Al表明带有冷却元件的构造成发电机断路器 (Geneatorschalter)的高压绝缘装置，在该高压绝缘装置中冷却元件在断路器的导电的内 导体和封装件之间延伸。为了在高压断路器罩壳处的冷却元件蒸发器和在处于高压上的内 导体处的冷却元件冷凝器之间的电的绝缘，在蒸发器和冷凝器之间设置由玻璃制成的绝缘 管。管状的连接件在绝缘管的两侧将绝缘管与蒸发器和冷凝器相连接。绝缘管与蒸发器和 冷凝器共同形成冷却元件。文件us 6521839公开了一种切换设备(Schaltgerat)，在该切换设备的内部引导 有切换杆(Schaltstange)。切换杆具有圆柱状的绝缘管，在该绝缘管的两个端部中分别 引导有实心的连接棒(Verbindungsstab)。绝缘管和连接棒利用埋头螺栓(versenkten Bolzen)彼此相固定，由此，防止在绝缘管和连接棒之间的轴向间隙。在绝缘管和连接棒之 间的过渡区域由设有凹槽的金属环包围，以为了削弱(relaxieren)电场。文件JP 01154419公开了一种切换设备，该切换设备包括切换杆。切换杆具有绝 缘管，该绝缘管由杯状的适配件(Adapterstilck)容纳。适配件有助于减小所产生的电场。
发明内容
因此，本发明的目的是，实现开头所提及类型的高压绝缘装置， 该高压绝缘装置不仅经受热应力和机械应力，而且确保高的电场均等性 (elektrische Feldvergleichmassigung)。此夕卜，本发明的目的是，实现热管和带有开头所
提及高压绝缘装置的高压断路器，它们提供更高的可靠性和大的使用寿命。该目的通过带有独立权利要求的特征的器械而实现。根据本发明的高压绝缘装置具有两个电的联接件和电的绝缘体，以用于在两个联 接件之间形成电的绝缘段(Isolierstrecke)。绝缘体在两个联接件之间延伸，并且在联 接件端部区段的区域中以物理的方式与联接件相连接。在环状的端部区段中的至少一个处布置有构造成环状的电的场控制元件，并且在端部区段和场控制元件(它们构造成单 件)之间存在至少一个槽口。因此，也就是说联接件中的至少一个由端部区段和场控制元 件形成，并且沿着其周缘具有这样的槽口。当在电仪器或电设备中应用高压绝缘装置时， 由于非均勻的电场所产生的电飞弧(tTberschlag)通过场控制元件而避免。同时，由于端 部区段的弹性变形，绝缘体的由于温度变化所产生的横向收缩不将较强的机械力引入到端 部区段的区域中。因此，环绕的槽口引起在场控制元件和端部区段之间的机械的断开连结 (Entkopplimg)，而不影响场控制元件本身的功能。通过构造一个或多个这样的槽口状的开 口，场控制元件与端部区段仅仅还在单个部位处以桥接类型(stegartig)的方式相连接， 场控制元件在一定程度上以导电方式支承在端部区段上。在此，槽口应理解为在材料中的 稍带长形的开口，例如甚至可为长孔或相继排列的孔口，由此形成稍带长形的开口的形式。此外，根据本发明的热管具有根据本发明的高压绝缘装置，其中，高压绝缘装置的 一个联接件形成蒸发器的区段，并且第二联接件连结到冷凝器处。热管理解为热传递件，该 热传递件在使用工作介质的蒸发热的情况下在热管的称作蒸发器的区段和称作冷凝器的 区段之间允许高的热流密度CWarmestromdichte)。热管形成自身闭合的回路，工作介质 可在该回路中循环。在此不必提供在不同的区段(如蒸发器、高压绝缘装置以及冷凝器) 彼此之间的刚性的连接。相反地，本发明的热管还理解为这样的热管，即，该热管借助于软 管件或波纹管(Faltenbalg)具有在蒸发器、冷凝器和高压绝缘装置之间的可柔性运动的 连接。有利地，在场控制元件和端部区段之间布置有切向环绕的槽口。由此，槽口朝向场 控制元件限制端部区段。因此，基于其超环面(toroidal)形状以加固方式(versteifend) 起作用的场控制元件与端部区段很大程度地断开连结。通过存在至少一个槽口，在场元件 和端部区段之间因此形成至少一个桥接部，借助于该桥接部将场控制元件与端部区段以电 的且机械的方式相连接。根据端部区段的材料性质(Materialbeschaffenheit)和壁厚，数 目和长度以及因此所形成的桥接部的数目可改变。例如，可存在两个环绕且长度相等的槽 口，由此形成两个相对的桥接部，该桥接部将场控制元件支承在端部区段上。还可形成三个 环绕的槽口，由此形成三个桥接部。槽口对称的布置证实为有利的，以用于实现将场控制元 件均衡地支承在端部区段上。其它的优选的实施形式和优选的效果从从属权利要求和附图中获得。
在下文中，借助于在附图中示出的优选的实施例进一步解释本发明对象。其中示 意性地图1显示了穿过根据本发明的带有两个固定在绝缘体处的联接件的高压绝缘装 置的第一实施形式的位于轴线左侧的部分的沿着轴线部分地引导的截面的俯视图；以及图2显示了高压断路器的实施形式的俯视图，在该高压断路器中根据本发明的高 压绝缘装置的第二实施形式在内导体和外导体之间延伸。在附图中所使用的参考标号及其含义概括性地列出在参考标号列表中。基本上， 在附图中相同的或起相同作用的部件设有相同的或相似的参考标号。对于理解本发明不重 要的部件部分地没有示出。所描述的实施例示例性地表示本发明对象并且不具有限制作用。
具体实施例方式在图1中示出的高压绝缘装置1具有轴对称的、实施成空心圆柱体的绝缘体3。绝 缘体1通常由陶瓷(例如Al2O3)、玻璃或可甚至由环氧树脂制成，该环氧树脂填充有颗粒，例 如硅烷化石英粉(silanisiertem Quarzmehl)、硅灰石(Wolastonit)、玻璃纤维。在电绝缘 空心体3的两个端部处分别固定有金属的环状的联接件2a，2b，其例如由铝或钢制成。高压 绝缘装置1实施成高压空心绝缘装置1。联接件2a，2b在绝缘体3处的固定可例如通过这 样的方式而实现，即，使绝缘体3的端部以气密的方式粘入到相应的空心的联接件2a，2b。 在此，绝缘体3确保在两个联接件2a，2b之间的限定的绝缘段。该绝缘段必须可承受持久地 施加在断路器处的额定电压(典型地约IOkV到40kV)并且还必须可承受暂时施加在断路 器处的瞬时的过压，如切换电压或雷电冲击电压(Blitzstossspannung)(典型地IOOkV或 超过lOOkV)。联接件2a可位于地电势上，并且那么可与金属罩壳以导电方式相连接，然而， 联接件2b可位于高压电势上并且那么可与高压断路器的触头组件(Kontaktanordrumg)相 连接。联接件2a在其远离绝缘体3的侧边处具有螺纹，联接件2a可利用该螺纹以凸缘的 方式连接(anflanschen)到管状的联接件7处。以这种方式可实现待联接到联接件2a处的 构件的简单的更换。为了气密的旋紧部，还可附加地设置有处于旋紧部之间的密封件。在 连接件7处固定有肘形件(WinkelstUck) 8，该肘形件8具有两个彼此布置成角度的联接头 (Anschlussstutzen) 9a，9b。这两个联接头9a，9b通过通道彼此相连接。在联接头9b处固 定有金属的软管件13，该软管件13横向于绝缘体3的纵向轴线引离(wegfilhren)。引离软 管件13所成的角度优选为90°。软管件13用作气密的连接并且同时用作将高压绝缘装置 1与例如高压断路器的罩壳在机械上脱耦连结。为此，软管件13可例如构造成金属的波纹 管或柔性的金属软管。在通过肘形件8、连接件7及联接件2a，2b与软管件13以气体和压 力密封的方式相连接的高压绝缘装置1的内部可引导流体。联接件2a在面向绝缘体3的侧边处具有端部区段4a，绝缘体3被引导通过该端部 区段4a并且绝缘体3与该端部区段4a相粘接。粘接层16位于环状端部区段4a的内壁部 和绝缘体3的外壁部的引导到联接件2a中的环状区段之间。通过粘接层16实现在绝缘体 3和联接件2a之间的气密的且连接。以相同的方式，联接件2b的端部区段4b同样可与绝 缘体3以气密的方式相连接。联接件2a的环状的端部区段4a具有场控制元件5，该场控制元件5实施成带有 这样的直径的超环面状环形体，即，该直径大于环状端部区段4a的直径。通过场控制元件 5，朝向绝缘体3限制端部区段4a。超环面状的场控制元件5的宽度和直径如此地来选择， 即，使得在高压绝缘装置1的运行中起作用的电场在绝缘段中如此地均勻化，即，使得在绝 缘段的区域中避免场峰值并由此避免电飞弧(elektrischeOberschlag)。场控制元件5的超 环面状的壁部具有连续闭合的表面，由此相对于场控制电极(该场控制电极的表面具有凹 口、孔口或槽口并且由此形成多个部分表面或成节段的表面)，实现显著改善起作用的场的 均勻性。在联接件2a，2b的面向绝缘体3的区段中，如此地确定联接件2a，2b的壁厚，即， 使得在绝缘体的纵向和横向收缩中可出现端部区段4a，4b的弹性变形，并且使得端部区段4a，4b可加载相对构造成刚性的保持件而显著降低的力。这样的力主要为垂直于粘接层16 起作用的拉力和压力。横向收缩可在高压绝缘装置1的强的机械负荷下由于切换操作或同样由于弯曲 力而产生，然而主要通过温度变化而引起，该温度变化在运行期间出现或该温度变化归因 于高压绝缘装置1所遭受的周围温度。因为绝缘体3的热膨胀系数通常显著大于端部区段 4a，4b的热膨胀系数，因此在温度上升时绝缘体3在通过构造成刚性的端部区段如，4b所限 制的环腔中压紧，然而绝缘体1在绝缘段的区域中、即在端部区段4a，4b之外可无阻碍地膨 胀。在此在绝缘体中所产生的应力(Spanrumg)作用到端部区段如，仙的粘接材料层16中 并且产生径向指向的力。通过借助于粘合层16将绝缘体3与可弹性变形的端部区段4a，4b相连接，使得绝 缘体1可在温度上升时在端部区段4a，4b的区域中膨胀，而在该处不产生不允许的高的应 力。因此，在端部区段^，4b中避免高的局部的剪切力和拉力以及由此避免粘接材料层16 在端部区段中形成剥落(Schalen)或裂开(Spalten)或者避免绝缘体3的断裂(Reissen)。在联接件加的环状端部区段如和超环面状的场控制元件5之间，在端部区段如 的环绕方向⑴mlaufrichtung)中构造有两个槽口 6，使得场控制元件5借助于通过槽口 6 形成的两个桥接部17由端部区段如可靠地承载，并且与端部区段如以可导电方式相连 接。可例如通过铣削从端部区段如产生的槽口 6如此地构造，S卩，使得这两个桥接部17彼 此相对并且布置成以端部区段如的直径彼此对立(beanstandet)。构造在端部区段如的 环绕方向中的槽口 6使在面向绝缘体3的区域中的联接件加的通过场控制元件5的超环面 (toroidial)的形状所限制的机械强度降低，并且由此改善其弹性变形。如此形成的优选与 端部区段加由单一的部件所获得的场控制元件5近似提供端部区段如的弹性的特性，该 特性通常仅在不存在场控制元件5的情况下才可实现。在区段中，场控制元件5的内径与 端部区段如的内径相等。图2显示了穿过发电机断路器的断路器极100的截面。断路器极100具有环状内 部导电体14，该导电体14由罩壳形的封装件15包围，该封装件15用作外导体。在运行状 况中，在内导体和相应外导体之间施加高压HV，其中，外导体位于地电势G上。在通常具有 比外导体更小横截面的内导体处产生待运走的散逸热，然而遭受周围空气15的外导体相 对较少地被加热。为了从导电体14中运走散逸热，导电体14利用至少一个冷却元件冷却，该冷却元 件实施成热管10。热管10包含工作介质，该工作介质在热管10的称作蒸发器11的区段中 蒸发，并且在热管10的称作冷凝器12的区段中冷凝。冷凝器12在封装件15的外侧边处 具有冷却肋片结构，并且以导电方式与封装件15相连接。联接件加通过封装件15以及软 管件13保持在地电势上并且以指状方式在导电体14的方向中突出。由此，联接件加以外 露的方式(exponiert)位于导电体14的电场区域中。因此，在绝缘段的区域中或在粘接层 16(该粘接层16为电的绝缘体3和金属的端部区段如之间的连接部位)处可导致形成不 期望的电场峰值并且由此导致电飞弧。利用如在图1中显示的高压绝缘装置1并利用如在 图2中显示的另一实施形式实现飞弧的避免和电场的均勻性。在图2中，冷凝器12和蒸发 器11通过高压绝缘装置1彼此相连接。在热管10的安装状态中，高压绝缘装置1的纵向轴线相对于断路器极100的垂直
7轴线倾斜了角度α。通过在软管件13的区域中简化冷凝的工作介质的回流，由于软管件 13相对高压绝缘装置1的纵向轴线的横向布置实现了热管10的重力作用的改善。
根据图2，高压绝缘装置1以在制造和安装方面有利的形状在其两个端部中的每 一个处具有设有螺纹的联接件2a和2b。此外，两个端部区段4a，4b中的每一个在绝缘体3 的方向中通过场控制元件5而限制，该场控制元件5借助于槽口 6形成的桥接部17与相应 端部区段4a和4b相连接。通过该结构甚至还高压绝缘装置1的简单的可更换性。参考标号列表
1高压绝缘装置
2a, 2b联接件
3绝缘体
4a, 4b端部区段
5,5a场控制元件
6槽口，槽口状的开口
7连接件
8肘形件
9a, 9b联接头
10热管，冷却元件
11蒸发器
12冷凝器
13软管件
14导电体
15封装件
16粘合层，粘接材料层，粘接层
17桥接部
100断路器极
8
权利要求
1.一种高压绝缘装置(1)，带有第一空心的电联接件Oa)和带有第二空心的电联接件 (2b)以及带有电绝缘体(3)，所述绝缘体C3)在所述第一联接件Oa)和所述第二联接件 (2b)之间延伸，并且所述绝缘体C3)与所述第一联接件Oa)的端部区段Ga)以及与所述 第二联接件Ob)的端部区段Gb)以气密的方式相连接，其中，至少在一个端部区段Ga， 4b)处布置有构造成环状的场控制元件(5)，其特征在于，所述端部区段( ，4b)和所述场 控制元件( 构造成一体，并且在所述端部区段( ，4b)和所述场控制元件( 之间存在 至少一个在所述端部区段Ga，4b)的环绕方向中延伸的槽口(6)，以用于使所述场控制元 件(5)与所述端部区段( ，4b)在机械上断开连结。
2.根据权利要求1所述的高压绝缘装置(1)，其特征在于，所述至少一个槽口(6)限制 面向所述场控制元件(5)的端部区段Ga，4b)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的高压绝缘装置(1)，其特征在于，通过所述至少 一个槽口(6)构造有至少一个桥接部(17)，通过所述桥接部(17)将所述场控制电极(5)与 所述端部区段(如，4b)彼此相连接。
4.根据权利要求3所述的高压绝缘装置(1)，其特征在于，通过所述槽口(6)在径向方 向中尽可能防止所述端部区段Ga，4b)的机械上的加固，所述加固通过所述环状的场控制 元件(5)而引起。
5.根据上述权利要求中任一项所述的高压绝缘装置(1)，其特征在于，所述端部区段 (4a, 4b)构造成环状，并且所述环状的场控制电极(5)构造成超环面的。
6.根据上述权利要求中任一项所述的高压绝缘装置(1)，其特征在于，所述端部区段 (4a,4b)利用粘接材料层(16)而固定在所述绝缘体C3)处，所述粘接材料层布置在所述端 部区段Ga，4b)的内壁部和所述绝缘体(3)的外壁部的区段之间。
7.一种带有冷凝器(12)、蒸发器(11)及高压绝缘装置(1)的热管(10)，所述高压绝缘 装置(1)构造在所述蒸发器(11)和所述冷凝器(1 之间的电绝缘段，并且所述高压绝缘 装置(1)具有第一电联接件(加)、第二电联接件Ob)以及电绝缘体(3)，其中，所述绝缘体 (3)在所述第一联接件Oa)和所述第二联接件Ob)之间延伸并且与所述第一联接件Oa) 的端部区段Ga)以及与所述第二联接件Ob)的端部区段Gb)以气密的方式相连接，并且 其中，至少在一个端部区段( ，4b)处布置有场控制元件(5)，其特征在于，在所述端部区 段( ，4b)和所述场控制元件(5)之间的连接具有至少一个在所述端部区段Ga，4b)的环 绕方向中延伸的槽口(6)，以用于使所述场控制元件(5)与所述端部区段( ，4b)在机械上 断开连结。
8.根据权利要求7所述的热管(10)，其特征在于，所述第一联接件Qa)形成所述蒸发 器(11)的区段，并且所述高压绝缘装置(1)的第二联接件( 连结到冷凝器(1 处。
9.根据权利要求8所述的热管(10)，其特征在于，所述联接件Qa)与所述蒸发器(11) 通过柔性的软管件(1 相连接。
10.根据权利要求9所述的热管(10)，其特征在于，所示至少第一联接件Qa)具有联 接凸缘(7)以用于可松开地固定所述软管件(13)。
11.根据权利要求9或10所述的热管(10)，其特征在于，所述软管件(13)横向于所述 绝缘体(3)的纵向轴线而引导。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的热管(10)，其特征在于，不仅所述第一联接件Qa)与所述场控制元件( 构造成一体，而且所述第二联接件Ob)与另一场控制元件 (5a)构造成一体，并且这两个联接件( ，2b)具有所述槽口(6)。
13.一种带有根据权利要求7至12中任一项所述的热管(10)的发电机断路器(100)， 其特征在于，在所述发电机断路器(100)中所述蒸发器(11)以热的且电的方式与导电体 (14)相连结，并且在所述发电机断路器(100)中所述冷凝器(12)以热的且电的方式与封闭 所述导电体(14)的封装件(15)相连结。
14.根据权利要求13所述的发电机断路器(100)，其特征在于，所述第一联接件Qa) 从所述位于地电势上的封装件(15)中以指状方式伸出。
全文摘要
高压绝缘装置(1)具有第一电联接件(2a)和第二电联接件(2b)，电绝缘体(3)在这两个电联接件之间延伸。联接件(2a，2b)的端部区段(4a，4b)与绝缘体(3)相连接，其中，至少在其中一个端部区段(4a，4b)处布置有构造成超环面状的场控制元件(5)。在具有场控制元件(5)的端部区段(4a，4b)处引入在端部区段(4a，4b)的环绕方向中延伸的槽口(6)。场控制元件(5，5a)和分别所属的端部区段(4a，4b)构造成单件。利用设置槽口(6)，将很大程度上避免在绝缘体(2)的纵向和横向收缩时所产生的垂直于端部区段(4a，4b)的纵向轴线而起作用的拉力和压力以及剪切力，并且同时实现当在运行情况中产生电场时在绝缘段的区域中保持高的均等性。
文档编号H02G5/10GK102124533SQ200980132538
公开日2011年7月13日 申请日期2009年7月9日 优先权日2008年8月14日
发明者B·威德默, J-C·莫罗克斯, M·康里, M·拉克纳 申请人:Abb技术有限公司