КОМПАКТНЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
COMPACT HIGH-VOLTAGE CONNECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к высоковольтному соединителю. Кроме того, изобретение относится к вертлюжному узлу, содержащему такой высоковольтный соединитель.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время существуют высоковольтные соединители для использования в электрических системах в так называемой взрывоопасной среде. Такая среда может относится к различным промышленным объектам, например, автозаправочным станциям или бензозаправочным станциям, нефтеперерабатывающим заводам, буровым платформам и морским перерабатывающим установкам, химическим перерабатывающим установкам, подземным угольным шахтам и газопроводам и распределительным центрам.
Для предотвращения взрывов, вызываемых электрическим разрядом в воздухе, существующие сертифицированные высоковольтные соединители, которые должны соответствовать стандарту IEC/EN (IEC – International Electrotechnical Commission), ограничены максимальным напряжением 11 кВ.
Ограничение уровня высокого напряжения может неблагоприятно ограничивать электрическую (энергетическую) систему на промышленных предприятиях. При необходимости более высоких уровней напряжения необходимы специальные решения в качестве альтернативы высоковольтному соединителю. Такое стандартное решение как специальная распределительная коробка обычно требует большей площади установки. В морских применениях, таких как вертлюжный узел на плавучей установке для добычи, хранения и отгрузки нефти (floating (production) storage and offloading unit – FPSO/FSO), использование стандартных распределительных коробок с кабельными уплотнениями вместо высоковольтного соединителя сопряжено с чрезмерным увеличением размеров и не соответствует требованиям относительно компактного исполнения.
Целью настоящего изобретения является устранение или уменьшение недостатков известного уровня техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Упомянутая цель достигается посредством высоковольтного соединителя по п. 1, который содержит электрический зажим и гнездо, удлиненное в первом направлении вдоль продольной оси упомянутого соединителя; причем концевая поверхность упомянутого электрического зажима закреплена на проксимальной концевой поверхности упомянутого удлиненного корпуса, причем соответствующие направления осей упомянутого гнезда и упомянутого соединителя параллельны, причем упомянутый высоковольтный соединитель содержит участок внешнего электрического соединения для соединения с внешним электрическим зажимом; причем упомянутое удлиненное гнездо в дистальном конце приспособлено для приема по меньшей мере одного силового кабеля для внутреннего электрического соединения упомянутого по меньшей мере одного силового кабеля с участком внутреннего соединения упомянутого электрического зажима, причем упомянутый высоковольтный соединитель содержит герметизирующий корпус, который заключает упомянутый электрический зажим и упомянутое удлиненное гнездо в упомянутом первом направлении, и упомянутый герметизирующий корпус предусматривает замкнутое пространство между упомянутым корпусом и упомянутым гнездом.
Высоковольтный соединитель в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает преимущество в том, что высоковольтный соединитель стандартных размеров может быть использован для применений с повышенным напряжением выше стандартизированного предела высокого напряжения.
Упомянутый герметизирующий корпус окружает упомянутое гнездо в виде оболочки с пространством между его стенкой и упомянутым гнездом. Упомянутый герметизирующий корпус обеспечивает за счет упомянутого замкнутого пространства, окружающего упомянутый соединитель, дополнительную преграду между взрывоопасной средой и упомянутым соединителем.
Упомянутый корпус содержит по меньшей мере один взрывонепроницаемый участок любого типа, например, раструбный, плоский, резьбовой и др., который предотвращает передачу взрыва с внутренней стороны на внешнюю сторону упомянутого корпуса.
Кроме того, упомянутый герметизирующий корпус обеспечивает защиту упомянутого высоковольтного соединителя от солнечного света и таким образом предотвращает воздействие радиационного старения от солнечного и ультрафиолетового излучения на элементы высоковольтного соединителя.
В соответствии с одним аспектом, упомянутое замкнутое пространство является по существу взрывонепроницаемым. В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутое замкнутое пространство является по существу непроницаемым для жидкости и пыленепроницаемым, что обеспечивает изоляцию внутренней части упомянутого корпуса от взрывоопасной среды.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутый герметизирующий корпус содержит розеточную часть соединителя, охватывающую радиальную стенку упомянутого электрического зажима в упомянутом первом направлении с отверстием упомянутой розеточной части на месте упомянутого участка внешнего электрического соединения.
Таким образом, упомянутая розеточная часть соединителя предусматривает радиальную изолирующую стенку, которая предотвращает электрический контакт и искрение соединителя в радиальном направлении.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутый герметизирующий корпус содержит кабельное уплотнение, примыкающее к дистальному концу упомянутого гнезда для обеспечения пропускания силового кабеля. Таким образом, упомянутый корпус прикреплен к упомянутому силовому кабелю. Кроме того, это позволяет управлять преградой для текучей среды и сделать упомянутый корпус непроницаемым для жидкости и пыленепроницаемым.
В соответствии с другим аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутый герметизирующий корпус содержит один или более кронштейнов для закрепления силового кабеля. Такая электрическая арматура исключает или избавляет от использования уплотнения силового кабеля, чтобы выдерживать усилие, возникающее во время текущего события короткого замыкания. Таким образом, технические требования к исполнению герметизирующего корпуса могут быть снижены.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутый герметизирующий корпус содержит одно или более уплотняемых отверстий для доступа к упомянутому замкнутому пространству.
Такие уплотняемые отверстия, которые расположены радиально вдоль упомянутого корпуса, могут быть использованы для осмотра упомянутого замкнутого пространства или для прокладки проводов в упомянутом замкнутом пространстве в связи дополнительными электрическими функциями, такими как заземление или экранирование.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутое уплотняемое отверстие содержит уплотнение заземляющего кабеля для обеспечения пропускания одного или более электрически независимых заземляющих кабелей.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутое уплотняемое отверстие приспособлено для доступа к упомянутому замкнутому пространству посредством зонда типа бороскопа. Данный элемент обеспечивает относительно простой осмотр без длительного простоя, электрического отключения и/или механического демонтажа.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором розеточный объем содержит первую оболочку в одном конце, соединенную с проксимальным концом и окружающую часть упомянутого гнезда вдоль первого направления с концевым фланцем, и вторую оболочку, плотно соединенную с упомянутым концевым фланцем первой оболочки и охватывающую дистальный конец упомянутого гнезда. Розеточный объем образован из двух оболочек: причем упомянутая первая оболочка соединена в виде кольца с проксимальным концом упомянутого гнезда и проходит вдоль части упомянутого гнезда. Упомянутая вторая оболочка представляет собой покрытие, которое соединяется с упомянутым фланцем первой оболочки и образует замкнутое пространство, окружающее упомянутое гнездо.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором проксимальный конец розеточной части соединителя плотно соединен с упомянутой первой оболочкой в соединительном участке рядом с проксимальным концом упомянутого удлиненного гнезда. Посредством упомянутого уплотняемого соединения между упомянутой розеточной частью и первой оболочкой герметизирующего корпуса поверхность электрического зажима в проксимальном конце упомянутого гнезда закрыта и защищена от окружающей среды.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором первая оболочка содержит выпуклый периферийный край, направленный к упомянутому участку электрического соединения электрического зажима, и проксимальный конец розеточной части соединителя расположен в соединительном участке в пределах упомянутого выпуклого периферийного края. Первая оболочка образует кольцо, которое проходи к участку электрического соединения и которое окружает зону контакта между розеточной частью и первой оболочкой, чтобы дополнительно закрывать и защищать электрический зажим в проксимальном конце упомянутого гнезда от окружающей среды. Кроме того, упомянутое кольцо первой оболочки выполняет функцию совмещения для стенки, в которой упомянутый высоковольтный соединитель должен быть установлен.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором применяется полимерное или клеевое соединение между проксимальным концом розеточной части соединителя и стенкой второго кольца, обращенной к розеточной части соединителя или полностью объединенной с розеточной частью соединителя.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором розеточная часть соединителя представляет собой изолирующий элемент и розеточный объем является или изолирующим или проводящим.
В соответствии с одним аспектом, настоящее изобретение относится к вышеописанному высоковольтному соединителю, в котором упомянутый электрический зажим и упомянутое удлиненное гнездо представляют собой по существу цилиндрические элементы, и герметизирующий корпус является по существу цилиндрическим.
Кроме того, настоящее изобретение относится к вертлюжному узлу, содержащему электрический вертлюг с вышеописанным высоковольтным соединителем.
Настоящее изобретение относится ко всем взрывоопасным средам и не ограничено средами, связанными с нефтяной и газовой промышленностью, даже если настоящее изобретение относится также к плавучей нефтеналивной платформе c типа FSO (floating storage and offloading) или плавучей платформе для добычи, хранения и отгрузки нефти типа FPSO (floating production storage and offloading), содержащей вышеописанный вертлюжный узел.
Предпочтительные варианты осуществления дополнительно описаны посредством зависимых пунктов формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на чертежи, в которых показаны примерные варианты осуществления изобретения. Необходимо понимать, что приведенные ниже описания не ограничивают варианты осуществления одним предпочтительным вариантом осуществления.
Фиг. 1 представляет собой схематический вид высоковольтного соединителя в соответствии с известным уровнем техники;
Фиг. 2 представляет собой разрез высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 3 представляет собой перспективный вид высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 4 представляет собой разрез высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
Фиг. 5 представляет собой другой разрез высоковольтного соединителя, показанного на фиг. 4.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 показывает схематический вид высоковольтного соединителя в соответствии с известным уровнем техники.
Известный из уровня техники высоковольтный соединитель 2 может иметь по существу цилиндрическую форму и содержит электрический зажим 4 и гнездо 6, удлиненное в направлении Х вдоль его оси. Одна концевая поверхность электрического зажима 4 закреплена на проксимальной концевой поверхности 3 удлиненного гнезда 6 таким образом, что оси электрического зажима 4 и гнезда 6 по меньшей мере параллельны и предпочтительно совпадают.
Другая концевая поверхность электрического зажима 4 содержит участок 5 внешнего электрического соединения для соединения с внешним электрическим зажимом (не показанным).
В своем дистальном конце удлиненное гнездо 6 приспособлено для приема силового кабеля 7 для внутреннего электрического соединения силового кабеля с участком внутреннего соединения электрического зажима 5.
Известный из уровня техники высоковольтный соединитель 2 соответствует стандартному высоковольтному соединителю, который может быть использован во взрывоопасных внешних условиях, соответствующих требованиям международной системы МЭК по сертификации электрооборудования для взрывоопасных сред (IECEx) или директивам ЕС, описывающим требования к оборудованию и работе в потенциально взрывоопасное среде (ATEX), или любым другим общемировым сертификациям опасных зон.
Фиг. 2 показывает разрез высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Высоковольтный соединитель 1 в соответствии с изобретением имеет внутреннее устройство стандартного высоковольтного соединителя 2, который схематично показан на фиг. 1.
Высоковольтный соединитель 1 содержит по существу цилиндрический корпус, который в одном конце А содержит по существу цилиндрический электрический зажим 4 с участком 5 электрического соединения. Участок 5 электрического соединения приспособлен для соединения с участком электрического соединения второго электрического зажима (не показанного).
В другом конце В высоковольтного соединителя, вдоль направления Х оси цилиндра, высоковольтный соединитель 1 соединен с силовым кабелем 7.
Высоковольтный соединитель 1 содержит герметизирующий корпус 13, 10, 12, который окружает электрический зажим 4 и гнездо 6 соединителя и образует замкнутое пространство 8 между герметизирующим корпусом и гнездом 6. Герметизирующий корпус обеспечивает отделение высоковольтного соединителя от окружающей среды, которое является предпочтительным в случае взрывоопасной среды, для предотвращения взрывов, обусловленных искрением высоковольтного соединителя.
В варианте осуществления, упомянутое замкнутое пространство является взрывонепроницаемым, непроницаемым для жидкости и пыленепроницаемым.
Кроме того, герметизирующий корпус содержит розеточную часть 13 соединителя, которая окружает радиальную стенку 4а электрического зажима 4 в виде кольца и предотвращает контакт радиальной стенки 4а с окружающей средой.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, герметизирующий корпус содержит три части 13, 10, 12, которые соединяют вместе, чтобы образовать герметизирующий корпус. Герметизирующий корпус содержит розеточную часть 13 соединителя, которая окружает радиальную стенку электрического зажима высоковольтного соединителя. Розеточная часть 13 соединителя соединена с первой оболочкой 10, которая содержит стенку 11, перпендикулярную оси цилиндра, причем упомянутая стенка примыкает к проксимальной концевой поверхности 3 удлиненного гнезда 6. Электрический зажим проходит через отверстие 11а стенки 11. На внешней периферии стенка 11 содержит цилиндрическую часть 10а, которая проходит и окружает вдоль часть удлиненного гнезда в виде окружающего кольца.
На цилиндрической части 10а первая оболочка 10 содержит кольцеобразный участок 22 с одним или более уплотняемыми отверстиями 23а для доступа к внутреннему пространству герметизирующего корпуса, т.е. замкнутому пространству 8.
Такие отверстия 23а могут быть выполнены в виде контрольных точек для оптического осмотра замкнутого пространства 8, например, посредством бороскопа.
Другое уплотняемое отверстие 23 может быть использовано в качестве уплотнения заземляющего кабеля для обеспечения прохода заземляющего кабеля в высоковольтный соединитель. Заземление экрана и оплетки силового кабеля может быть проведено через уплотняемое отверстие и заземляющий кабель в основное заземление электрического устройства (не показанное), оборудованное высоковольтным соединителем в соответствии с изобретением.
Кроме того, такие уплотняемые отверстия могут быть использованы в качестве пункта доступа к экранирующему устройству в замкнутом пространстве.
В открытом конце цилиндрической части 10а, первая оболочка плотно соединена с открытым концом второй оболочки 12, которая окружает и охватывает участок удлиненного гнезда 6, не окруженный цилиндрической частью первой оболочки 10. Открытые концы цилиндрической части 10а и второй оболочки 12 могут каждый содержать концевой фланец.
На герметизирующем корпусе в конце В, во второй оболочке предусмотрено кабельное уплотнение 21 с проходом для силового кабеля 7 в замкнутое пространство.
Кроме того, первая оболочка 10 может содержать вспомогательную цилиндрическую часть 10b, которая проходит от стенки 11 к участку 5 электрического соединения в виде второго окружающего кольца в пределах участка розеточной части 13 соединителя.
В зазоре 14 между вспомогательной цилиндрической частью 10b и розеточной частью 13 соединителя может быть предусмотрено полимерное или клеевое соединение для уплотнения. В качестве альтернативы, упомянутый зазор и упомянутая розеточная часть соединителя могут быть образованы посредством переформования в одном технологическом этапе, чтобы образовать непосредственно выполненную за одно целое деталь, изготовленную из полимерного или клеевого соединения. В данном конкретном варианте осуществления, упомянутое клеевое соединение целиком встроено в розеточную часть 13 соединителя, так что зазор 14 и розеточная часть 13 выполнены за одно целое в виде одного цельного клеевого соединения.
Первая оболочка 10 может также содержать внешний фланец 10с для механического соединения с внешней стенкой 24.
В другом варианте осуществления, герметизирующий корпус содержит один или более кронштейнов 25 для закрепления силового кабеля 7.
Фиг. 3 показывает перспективный вид герметизирующего корпуса для высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения.
Высоковольтный соединитель в соответствии с изобретением достигает предпочтительного улучшения своих эксплуатационных характеристик в взрывоопасной среде посредством отделения зоны, подверженной искрению, от окружающей среды. В результате, упомянутый высоковольтный соединитель может быть использован при более высоком напряжении по сравнению с напряжением, допустимым известными из уровня техники соединителями, как показанный на фиг. 1. Кроме того, могут быть допустимы более сильные токи.
Высоковольтный соединитель в соответствии с изобретением может быть использован для любого электрического устройства в опасных зонах или на берегу или в открытом море, включая электродвигатели, приводы с регулируемой частотой/регулируемой скоростью, трансформаторы.
Высоковольтный соединитель настоящего изобретения может быть использован в вертлюжном узле, который используется на морских установках, например, FSO и FPSO платформах, и др., где высоковольтный соединитель используется в высоковольтной части вертлюжного узла для высоковольтных силовых кабелей, проходящих через упомянутый узел и во все другие взрывоопасные среды, а не только в установках, связанные с нефтяной и газовой промышленностью.
Фиг. 4 показывает разрез высоковольтного соединителя в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Упомянутый высоковольтный соединитель подключен к электрической системе и расположен на корпусе электрической системы в зоне контакта между розеточной частью 4 соединителя и проксимальным концом 3 гнезда, который в данном конкретном случае расположен между электрической системой и соединителем. Герметизирующий корпус 12а представляет собой оболочку типа втулки, которая охватывает удлиненное гнездо 6 и посредством своей стенки образует замкнутое пространство 8 вокруг упомянутого удлиненного гнезда.
Оболочка и корпус электрической системы могут быть соединены болтами. Взрывонепроницаемый канал предусмотрен также в участке, обозначенном буквой F на фиг. 4, между электрической системой и соединителем. На месте дистального конца упомянутого гнезда оболочка содержит уплотняемое второе отверстие 10f для пропускания проводящего кабеля 7.
Фиг. 5 показывает другой разрез высоковольтного соединителя, показанного на фиг. 4, выполненный по линии V-V. Герметизирующий корпус содержит две пластины оболочки, по существу параллельные друг другу, которые соединены в своих пограничных краях.
Для специалиста в данной области техники будет понятно, что другие альтернативные и эквивалентные варианты осуществления изобретения могут быть придуманы и реализованы на практике без отхода от сущности изобретения, при этом объем изобретения ограничен только прилагаемой формулой.