一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒的制作方法

本实用新型涉及一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒，属于中压空气绝缘交流金属封闭开关设备技术领域。

背景技术：

目前中压空气绝缘交流金属封闭开关设备主要采用空气绝缘，同时在不同隔室之间采用绝缘件(触头盒)来保证带电导体的连接。当开关设备在电力系统中工作运行时，其运行电压和电场分布等因素均会影响到其内部绝缘件的使用寿命。由于运行电压为固有参数，因此在产品设计时，电场分布的设计就尤为重要。对于现有中压开关设备，尤其是24kv、36kv、40.5kv等电压等级中的小型化设备，由于其尺寸较小，设备内部带电体和其接地的壳体的布局大多不规整，设备内部的电场强度较大，电场分布不均匀，这就极易导致产品在长时间运行后，频发放电问题，影响开关设备的整体寿命。同时，由于空气和绝缘件的绝缘材料(如环氧树脂)的介电强度不同，其对应允许的电场击穿强度也不同，因此改善电场分布，平衡空气中和绝缘件内部的电场强度更是重要。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何改善电场分布，优化空气中和触头盒内部的电场强度，从而提高触头盒的使用寿命。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒，其特征在于，包括触头盒本体，触头盒本体为l型管状结构，触头盒本体中间位置的内壁上设有一圈凸环，触头盒本体中间位置的外壁上设有安装法兰，触头盒本体中间位置的壁内设有高压屏蔽层和接地屏蔽层，凸环内设有高压屏蔽层连接线，高压屏蔽层连接线的外端与高压屏蔽层连接，高压屏蔽层连接线的内端设于凸环的内侧表面，安装法兰内设有接地屏蔽层连接线，接地屏蔽层连接线的内端与接地屏蔽层连接，接地屏蔽层连接线的外端设于安装法兰的外侧表面；触头盒本体上位于接地屏蔽层和高压屏蔽层的左右两侧均设有伞裙；触头盒本体的左端设有出口防护罩。

本实用新型的触头盒通过布置高压屏蔽层和接地屏蔽层，分别对高压的带电导体和接地安装板进行有效屏蔽，并通过双屏蔽层的相对位置、每个屏蔽层的形状和绝缘件内外伞裙的设计改善电场分布，达到降低空气中场强，同时优化了内壁和伞裙处的电场强度，增加了绝缘件(触头盒)的使用寿命。在触头盒上母排的出线端设置有开出口防护罩，满足导体分支母排的不同需求，并增加出头端的绝缘能力。

附图说明

图1为一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒的外形图；

图2为一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒的剖面图(平面)；

图3为一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒内安装带电导体后的使用状态图；

图4为一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒的剖视图(立体)；

图5为两个具有高压及接地双屏蔽层的触头盒组合使用的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实用新型为一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒，如图1-图3所示，其包括触头盒本体1，触头盒本体1为l型管状结构，便于带电导体2的两端穿过，触头盒本体1中间位置的内壁上设有一圈与静触头2.3相匹配的凸环9，触头盒本体1中间位置的外壁上设有安装法兰7，触头盒本体1的左端设有出口防护罩6，触头盒本体1中间位置的壁内设有高压屏蔽层3和接地屏蔽层4，凸环9内设有高压屏蔽层连接线10，高压屏蔽层连接线10的外端与高压屏蔽层3连接，高压屏蔽层连接线10的内端设于凸环9的内侧表面，安装法兰7内设有接地屏蔽层连接线11，接地屏蔽层连接线11的内端与接地屏蔽层4连接，接地屏蔽层连接线11的外端设于安装法兰7的外侧表面；出口防护罩6、安装法兰7、伞裙8与触头盒本体1为一体结构，避免分体连接产生缝隙，并在缝隙处局部放电，从而导致出现故障，影响寿命。另外，安装法兰7与触头盒本体1的一体结构增加了强度。

接地屏蔽层4设于高压屏蔽层3的外侧；高压屏蔽层连接线10的内端设于凸环9上与静触头2.3连接位置的表面，使得高压屏蔽层连接线10以最短的距离与静触头2.3连接；接地屏蔽层连接线11的外端设于安装法兰7上与接地安装板5连接位置的表面，使得接地屏蔽层连接线11以最短的距离与接地安装板5连接，缩短了线长，从而节约了成本。

本实用新型的设计原理如下：

触头盒本体1的材质可以为环氧树脂，也可以为其他固体绝缘介质，如团状模塑料(bulkmoldingcompounds，简称bmc)等。本实施例中，触头盒本体1使用的材料是一种环氧树脂材料，且其玻璃化温度需大于105℃。同时，为了有足够的绝缘强度和机械强度，其材料厚度需大于10mm，法兰面材料的厚度需大于30mm。为了更好的包覆两层双屏蔽层(即高压屏蔽层3和接地屏蔽层4)，并保证两屏蔽层之间有适合的电场强度，其双屏蔽层处材料厚度需大于45mm。

带电导体2根据实际所使用的电流大小选择相应的尺寸，并均设置在触头盒内腔中部，这能够更好的提升屏蔽效果。如图3所示，带电导体2包含触臂2.1、动触头2.2、静触头2.3和母排2.4，触臂2.1的一端与动触头2.2的一端连接，动触头2.2的另一端与静触头2.3的一端连接，静触头2.3的另一端与母排2.4的一端连接。触臂2.1和母排2.4上均设有热缩套管或硫化层2.5。

在触头盒本体1内部靠近带电导体2侧布置有高压屏蔽层3，同时高压屏蔽层3通过高压屏蔽层连接线10与静触头2.3等带电导体2相连，达到相同高压电位。

在触头盒本体1内部靠近接地侧(即接地安装板5侧)布置有接地屏蔽层4，同时接地屏蔽层4通过接地屏蔽层连接线11和接地安装板5相连，达到相同的地电位(零电位)。

高压屏蔽层3和接地屏蔽层4在同轴方向保持一定的有效相对距离(即间隙，该间隙的距离为25mm～30mm)，高压屏蔽层3的端部带有面向接地屏蔽层4的圆卷边，接地屏蔽层4的端部带有面向外侧的半圆卷边(高压屏蔽层3的端部的卷边面向接地屏蔽层4，接地屏蔽层4的卷边面向外侧均减小场强的强度)，并且高压屏蔽层3的长度要大于接地屏蔽层4的长度(每端长处约20mm～30mm)(高压屏蔽层3覆盖内部零件的范围大，接地屏蔽层4覆盖外部范围小，为了节约成本，故而高压屏蔽层3的长度要大于接地屏蔽层4的长度)。同时，高压屏蔽层3上位于长度方向的位置要覆盖带电导体2中相对截面较大的部分(动触头2.2、静触头2.3)，接地屏蔽层4要在其上长度方向的位置覆盖接地安装板5的位置。

在设计绝缘件、分析绝缘结构的击穿时，不仅要考虑绝缘距离，而且还要考虑电场不均匀程度的影响。对于同样距离的间隙(比如带电导体2和接地安装板5之间距离一定的情况下)，电场愈不均匀，通常击穿电压愈低。电气设备中的电场大多为不均匀电场，(比如带电导体2的动触头2.2尖端和接地安装板5尖端之间就是极不均匀电场)为了提高绝缘结构的击穿电压，必须设法减小电场的不均匀程度。

为了改变带电导体2中部分导体结构的尖端，如动触头2.2的最外部，静触头2.3与母排2.4的搭接面处等尖端，高压屏蔽层3通过高压屏蔽层连接线10和带电导体2相连，同时屏蔽覆盖高压的带电导体2截面较大部分；通过高压屏蔽层连接线10和静触头2.3位于触头盒内部的侧面搭接端固定相连，同时，高压屏蔽层连接线10和高压屏蔽层3通过焊接固定连接。这样就把整个带电导体2的带电电压，通过导电的连接线，使得高压屏蔽层3具有同等的电压电位。同时，高压屏蔽层3是一个平整的筒状结构，就改变了整个高压电位的不均匀分布情况，使其变成均匀的电场分布。同时，也屏蔽了带电导体2的金属材料，触头盒的绝缘材料和环境的空气的三界面汇集处。

由于接地安装板5是一个薄的金属板材加工而成，其与触头盒本体1的安装处为一个宽度很窄的尖端，其相对于高压的带电导体2就是一个极不均匀的接地电位点。同时，由于这个搭接面为接地安装板5的金属材料，触头盒绝缘材料和环境的空气的三界面汇集处，此处由于附近积聚的空间电荷引起局部电场强度过高，导致其安装面搭接处为绝缘薄弱点，极易容易产生放电。

为了改变此处的电场，接地屏蔽层4通过接地屏蔽层连接线11和接地安装板5相连，其覆盖接地安装板5位置，同时，其长度较高压屏蔽层3较短；通过接地屏蔽层连接线11和接地安装板5位于触头盒外部的侧面搭接端固定相连，同时接地屏蔽层连接线11和接地屏蔽层4通过焊接固定连接。这样就使得此搭接面的接地电位同步到接地屏蔽层4。同时，接地屏蔽层4也是一个平整的筒状结构，这就改变了整个接地电位的不均匀分布情况，使其变成均匀的电场分布。也屏蔽了三界面处的电场，使其不再是绝缘薄弱点。

同时，本实用新型把高压屏蔽层3及接地屏蔽层4均设计成两个同轴的、圆筒状结构，使得场强分布均匀，并在边缘处进行特殊卷边处理，减小端部位置场强的聚集。通过筒状高压屏蔽层3连接高压带电导体2，筒状接地屏蔽层4连接接地安装板5，使电场由原来的带电导体2和接地安装板5之间的极不均匀电场，变为两个筒状屏蔽层之间的相对均匀电场，改变其极不均匀电场的分布，从而减小其之间的电场强度；并通过两个筒状屏蔽层边缘处的特殊卷边处理，改善其边缘处的电场强度。从而使得整个触头盒及其导体系统在屏蔽层的作用下，电场分布更均匀。

高压屏蔽层3和接地屏蔽层4可以为金属材质，也可以为其他半导体材质。高压屏蔽层3及接地屏蔽层4优选采用低电阻率、无磁的金属材料，如铜、铝或不锈钢。本实施例中，本实用新型选用镀锡磷青铜作为屏蔽层材料，其具有较好的导电性、耐腐蚀性和加工性，并具有较好的强度。屏蔽层为平板结构，卷筒加工而成。

不同电介质在相同环境下，其击穿场强不同，空气和绝缘件的绝缘材料(如环氧树脂)的介电常数不同，其对应允许的电场击穿场强也不同，在绝缘介质中(如环氧树脂)电场的允许击穿场强要远远大于空气中的击穿场强。因此，通过调节高压屏蔽层3及接地屏蔽层4的位置及形状(如图4所示)，来平衡空气中和绝缘材料中的电场强度，使空气中的电场强度减少到其允许击穿场强以下，并使绝缘材料中的电场强度也处于最优状态。并通过内壁和伞裙8的布置，优化其电场强度。

在高压屏蔽层3内侧和接地屏蔽层4外侧相对位置，不宜布置有伞裙8，故本实用新型的触头盒的伞裙8均避开了屏蔽层附近，伞裙8布置在触头盒本体1上位于接地屏蔽层4和高压屏蔽层3的左右两侧，增大爬电距离，同时可以按照需求在触头盒内部和外部适宜位置布置增加适量的内外伞裙8。

为了满足导体分支母排的不同需求，并增加出头端的绝缘能力，在触头盒上母排2.4的出线端设置有开出口防护罩6，其可以设置为直出式和向左或者向右出口。

静触头2.3可以和本实用新型的触头盒为一体式，也可以为分体安装式。本实用新型的触头盒可以使用在空气绝缘开关设备中，当然也可以使用在其他气体绝缘开关设备中。

一种具有高压及接地双屏蔽层的触头盒的制作方法，包括以下步骤：

准备两张长度不同的低电阻率、无磁的金属薄片，将两张金属薄片长度方向的两侧边缘均制作成卷边，再沿着金属薄片的长度方向分别卷制成屏蔽筒，并沿各自的搭接处进行焊接，使其分别形成高压屏蔽层3和接地屏蔽层4的无缝筒体；

在高压屏蔽层3内部及接地屏蔽层4外部分别焊接高压屏蔽层连接线10和接地屏蔽层连接线11；

将高压屏蔽层3和接地屏蔽层4分别放置在模具中固定；

将固体绝缘介质的原材料加热熔融，注射到模具中，然后冷却模具，使固体绝缘介质固定成为触头盒的形状；

等固体绝缘介质固化完成后，开模，即可得到触头盒的成形体。

通过本实用新型的触头盒，改善了电场分布，平衡空气中和绝缘件内部的电场强度。

本实用新型可实现触头盒左面端部出线，上下之间有金属隔板，满足lsc2b-pm等级要求，如图5所示。本实用新型可以覆盖中压开关设备不同电压等级产品，比如24kv，40.5kv等。

注：上述出现的“外端”、“内端”、“左端”、“左侧”、“右侧”均为根据图2中的结构而作的说明。