ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗОЛЯТОР, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ СРЕДНИХ И ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
ELECTRICAL INSULATOR FOR MEDIUM AND HIGH VOLTAGE IN PARTICULAR

Изобретение относится к электрическому изолятору, в частности, для средних и высоких напряжений, который окружает внутреннее пространство.
Подобный изолятор является известным, например, из патента США US 6,147,333. Описанный там изолятор является частью высоковольтного ввода и служит для ввода электрических соединительных проводов через металлический герметизированный корпус высоковольтного силового выключателя. Внутри металлического герметизированного корпуса расположен блок прерывателя тока высоковольтного силового выключателя. Высоковольтные вводы содержат соответственно изолятор, который снабжен оребрением для продления путей скользящего разряда на его поверхности. Герметизированный корпус заполнен изолирующим газом, находящимся под повышенным давлением. Для предотвращения сжижения изолирующего газа при низких температурах герметизированные корпуса высоковольтных силовых выключателей снабжены электрическим нагревательным устройством. Для поддержания тепловых потерь возможно малыми нагревательное устройство является скомбинированным с термически изолирующим ковриком. При этом известно расположение этих ковриков возможно плотно вокруг герметизированного корпуса выключателя. Высоковольтные вводы должны удерживаться свободными от изолирующих ковриков, чтобы не оказывать отрицательного воздействия на их электрические свойства. Вследствие удерживаемых свободными областей часть тепла через изоляторы из внутреннего пространства герметизированного корпуса может отдаваться в окружающую среду.
В основе изобретения лежит задача выполнить электрический изолятор названного выше вида таким образом, чтобы его можно было вовлекать улучшенным образом в термическую изоляцию.
Задача в случае электрического изолятора, названного выше вида, решается согласно изобретению за счет того, что изолятор содержит по крайней мере одну термически изолирующую область.
При применении электроодеял или, соответственно, изолирующих ковриков на герметизированных силовых выключателях следует постоянно принимать во внимание, что изменением внешнего контура герметизированного корпуса нельзя вторгаться в поддерживаемые свободными цепи напряжения вокруг высоковольтных вводов. Поэтому при применении обычных изолирующих ковриков может быть обеспечена только условная термическая изоляция высоковольтного силового выключателя. За счет применения электрического изолятора и встраивания в изолятор по крайней мере одной термически изолирующей области можно уменьшать отдачу тепла через сам электрический изолятор. В зависимости от примененного электрического изолирующего материала, например, керамики или пластмассы, термически изолирующие области могут быть выполнены в различных формах. Так, например, при изготовлении электрического изолятора можно примешивать в основной материал термически изолирующие элементы, как содержащий газовые включения гранулят. Подобная форма выполнения имеет преимущество, что термически изолирующее действие сказывается равномерно во всех частичных участках изолятора. Кроме того, механическая стабильность самого электрического изолятора ухудшается только незначительно, так как между отдельными примешанными элементами имеются в распоряжении достаточные ширины перемычек для электрически изолирующего материала. Подобная форма выполнения приводит к электрическому изолятору, который содержит множество термически изолирующих областей.
Кроме того, более предпочтительно может быть предусмотрено, что термически изолирующая область окружает внутреннее пространство.
При расположении термически изолирующих областей вокруг внутреннего пространства внутреннее пространство за счет этого является особенно эффективно защищенным от отдачи тепловой энергии через стенку электрического изолятора. В частности, при нагреве внутреннего пространства можно таким образом предотвращать чрезмерное выделение тепла. При этом может быть предусмотрено, что внутреннее пространство окружено термически изолирующей областью вдоль всего своего протяжения или также, что только участки окружены термически изолирующей областью. Таким образом является возможным, в зависимости от потребности, создавать на электрическом изоляторе участки, которые имеют особенно сильную термическую изоляцию. Таким образом нацеленно создают зоны, которые позволяют быстрое охлаждение и имеют таким образом разницу температуры относительно более сильно изолированных областей. Тем самым можно способствовать возникновению конвекции во внутреннем пространстве электрического изолятора. Внутреннее пространство изолятора может быть заполнено различными встроенными деталями. Подобными встроенными деталями являются, например, элементы привода, кабели и линии и т.д. Изолятор может быть выполнен, например, также в виде так называемого стержневого опорного изолятора и изолированно поддерживать функциональные группы.
Дальнейшая предпочтительная форма выполнения может предусматривать, что во внутреннем пространстве расположен электрический провод.
Как описано во введении, устройства вводов на высоковольтных силовых выключателях с заземленными герметизированными корпусами представляют собой слабые точки в термической изоляции. За счет расположения электрического провода во внутреннем пространстве при соответствующем выполнении изолятора и термически изолирующей области можно конструировать также устройство ввода. При этом может быть предпочтительно предусмотрено, что изолятор является частью электрического устройства ввода.
Особенно предпочтительным может быть, если изолятор и термически изолирующая область расположены коаксиально относительно электрического провода.
Коаксиальное расположение дает преимущества относительно диэлектрического выполнения изолятора. В частности, выполнение термически изолирующей области в виде коаксиально окружающего слоя позволяет придерживаться известной конструкции изоляторов для вводов. За счет термически изолирующей области изменяется лишь толщина стенки изолятора, которая проходит вокруг внутреннего пространства. Принципиальной конструкции известных вводов можно придерживаться и дальше.
При этом далее предпочтительно может быть предусмотрено, что термически изолирующая область расположена в виде слоя между лежащей внутри трубой и внешним поверхностным слоем.
В частности, конструкция составных изоляторов позволяет очень простое размещение изолирующих областей. Как правило, составные изоляторы содержат механически стабилизирующий элемент. Этот элемент может, например, быть лежащей внутри трубой. На эту трубу тогда наносят последующие слои для обеспечения достаточной электрической прочности изоляции. Подобные слои являются, например, кремнийорганическими слоями, которые содержат на внешней поверхности экранирование. Особенно предпочтительным при этом является размещение термически изолирующего слоя между внутренней трубой и соответствующим поверхностным слоем. За счет этого внутреннее пространство остается свободным от термически изолирующих участков и может использоваться привычным образом. Также внешняя поверхность остается сохранной в своей структуре так, что за счет изолирующей области не происходит ухудшения ее электрических, а также механических свойств. Термически изолирующая область при этом может быть полностью окруженной лежащей внутри трубой и внешним поверхностным слоем. Для этого поверхностный слой может быть выполнен, например, в виде кремнийорганического экранирования, которое также на торцовых концах термически изолирующего слоя полностью прилегает вокруг него к лежащей внутри трубе. Это позволяет использование различных материалов для термически изолирующей области, так как она в основном защищена от внешних воздействий. Так, например, предлагается применение вспененных пластмасс, как полиуретан или другие полимеры. Применение изолирующих газов для вспенивания позволяет при этом выполнять возникающие в пене полости диэлектрически стабильными. В качестве изолирующего газа можно применять, например, азот или шестифтористую серу.
Далее может быть предпочтительно предусмотрено, что термически изолирующая область расположена между двумя лежащими коаксиально относительно друг друга трубами.
Применение двух лежащих коаксиально относительно друг друга труб позволяет использовать сами трубы в качестве опалубки для термически изолирующей области. За счет этого можно применять особенно простые способы для введения термически изолирующей области в образованный между двумя трубами кольцевой зазор. Дополнительно изолирующий материал может быть выбран таким образом, что обе трубы через термическую изоляцию являются фиксированными в своем положении относительно друг друга. За счет этого возникает слоистое тело, которое за счет труб имеет высокую механическую стабильность, а за счет термически изолирующего участка между трубами - хорошую термическую изолирующую способность. При подходящем выборе термически изолирующего материала можно при малой массе дополнительно повышать механическую стабильность соединенных труб. При подобном расположении в результате вряд ли следуют ограничения относительно применяемых до сих пор способов изготовления для изоляторов. В направлении к внутреннему пространству имеет место и дальше жесткая трубчатая структура. Относительно подлежащих нанесению снаружи поверхностных областей также имеется жесткая трубчатая структура.
Другая предпочтительная форма выполнения может предусматривать, что внутреннее пространство по крайней мере частично заполнено текучей средой.
Для повышения электрической прочности изолятора внутреннее пространство может быть заполнено изолирующим газом, в частности изолирующим газом, находящимся под повышенным давлением, как например, шестифтористой серой или азотом, или электрически изолирующей жидкостью, как, например, электроизоляционным маслом. За счет этого расположенные внутри внутреннего пространства электрически активные элементы как электрические провода или блоки прерывателей тока коммутационных аппаратов являются дополнительно изолированными.
При этом далее может быть предусмотрено, что во внутреннем пространстве введены также управляющие изменением поля элементы как многослойные управляющие конденсаторы или экраны для выравнивания электрического поля.
В последующем изобретение схематически показывается на чертежах на основе примера выполнения и в последующем описывается более подробно.
Фигура 1 - первый вариант выполнения изолятора,
Фигура 2 - второй вариант выполнения изолятора,
Фигура 3 - третий вариант выполнения изолятора для устройства ввода,
Фигура 4 - четвертый вариант выполнения изолятора для устройства ввода, и
Фигура 5 - пятый вариант выполнения изолятора для устройства ввода.
Фигура 1 показывает сечение через первый вариант выполнения электрического изолятора 1. Первый вариант выполнения электрического изолятора 1 имеет в основном структуру полого цилиндра. Первый вариант выполнения электрического изолятора 1 выполнен в виде изолятора из полимерных материалов. На несущей трубе 2 нанесен слой из термически изолирующего материала 3. Термически изолирующий материал 3 образует термически изолирующую область, которая проходит на боковой поверхности вокруг несущей трубы 2. Термически изолирующая область выполнена в виде сплошного слоя. В качестве внешнего поверхностного слоя на термически изолирующий материал 3 нанесено экранирование 4 из кремнийорганического полимера. Это экранирование может, например, получено нанесением из расплава или, соответственно, набрызгиванием или надвинуто в виде готового элемента на несущую трубу 2, покрытую слоем из термически изолирующего материала 3. Содержащиеся в изолирующем материале 3 газовые включения могут, например, быть заполнены изолирующим газом. За счет этого улучшается диэлектрическая стабильность изолирующего материала 3. Термически изолирующий материал 3 расположен между лежащей внутри несущей трубой 2 и внешним экранированием 4. Внешнее экранирование 4 образует внешний поверхностный слой.
Фигура 2 показывает второй вариант выполнения электрического изолятора 1а. Электрический изолятор 1а в основном имеет форму полого цилиндра. Между первой несущей трубой 2а и второй несущей трубой 2b расположен термически изолирующий материал 3а. Образованная термически изолирующим материалом 3а термически изолирующая область соединяет между собой обе несущие трубы 2а, 2b. На лежащую коаксиально относительно первой несущей трубы 2а вторую несущую трубу 2b нанесено экранирование 4а из кремнийорганического полимера. Термически изолирующая область расположена между лежащей внутри первой несущей трубой 2а и внешним поверхностным слоем, выполненным в виде экранирования 4а.
На Фигуре 3 представлен третий вариант выполнения электрического изолятора 1с в его применении в высоковольтного устройства ввода. Электрический изолятор 1с в основном выполнен в виде полого цилиндра и содержит внутреннее пространство 3с. В отличие от этого могут находить применение, например, также бочкообразные или конически сужающиеся формы для электрических изоляторов. Коаксиально к электрическому изолятору 1с во внутреннем пространстве 3с расположен электрический провод 2с. На торцовых сторонах электрический изолятор 1с снабжен первой и второй концевой арматурой 4с, 5с. Электрический изолятор 1с может быть, например, сформован из керамического материала. Для управления электрического поля устройство ввода с электрическим изолятором 1с содержит экран для выравнивания электрического поля 6с. Посредством второй соединительной арматуры 5с устройство ввода согласно Фигуре 3 может подсоединяться на фланцах, например, к высоковольтному силовому выключателю или трансформатору. Внутреннее пространство 3с может находиться в соединении с внутренним пространством высоковольтного силового выключателя или трансформатора и быть заполнено текучей средой, например, изолирующим газом или электроизоляционным маслом. Через эту жидкостную связь внутреннее пространство 3с является также нагреваемым. Чтобы ограничить отдачу тепла из внутреннего пространства 3с, в электрическом изоляторе 1с введены первая, вторая и третья термически изолирующие области 7с, 8с, 9с. Термически изолирующие области 7с, 8с, 9с в настоящем примере выполнения соответственно полностью окружены, например, керамическим основным материалом электрического изолятора 1с и залиты в стенку электрического изолятора 1с. Кроме того, например, может быть также предусмотрено, что термически изолирующие области введены в выемки основного тела изолятора (например, путем вспенивания полимера). Первая и вторая термически изолирующие области 7с, 8с выполнены соответственно в виде коаксиально окружающих колец с различными ширинами колец. Третья термически изолирующая область 9с выполнена только в виде отрезка круглого кольца. За счет этого возможно настраивать нацеленно характеристики теплоотдачи устройства ввода. Так, например, на некоторых областях электрического изолятора может быть желательной усиленная теплоотдача, чтобы, например, нагревать лежащие по соседству функциональные группы.
Фигура 4 показывает четвертый вариант электрического изолятора 1d. По своей конструкции он сходен с представленным на Фигуре 3 устройством ввода. Лишь термически изолирующие области имеют альтернативное выполнение. Электрический изолятор 1d снабжен стержневыми или, соответственно, протяженными в длину пластинчатыми термически изолирующими областями 7d, 8d, 9d. Термически изолирующие области выполнены соответственно в виде сводчатых прямоугольных или соответственно трапециевидных пластин. При этом может быть предусмотрено, что в области первой соединительной арматуры 4d пластины имеют меньшую толщину стенки, чем в области второй соединительной арматуры 5d (и наоборот).
Одинаково действующие элементы Фигуры 4 снабжены соответствующими ссылочными позициями Фигуры 3, различными являются только соответствующие буквенные индексы.
Фигура 5 показывает пятый вариант выполнения электрического изолятора 1e. По принципиальной конструкции устройство ввода с электрическим изолятором 1с соответствует показанному на Фигуре 5 устройству ввода. Одинаково действующие компоненты, поэтому, снабжены одинаковыми ссылочными позициями, которые различаются только своими буквенными индексами. В электрический изолятор 1е введено множество термически изолирующих областей 7е, 8е, 9е. Термически изолирующие области примешивают, например, в виде гранулята во время изготовления электрического изолятора 1е в еще бесформную основную массу. Тем самым возникает однородная по себе структура электрического изолятора 1d, причем на всех участках создается равномерное распределение термически изолирующих областей 7е, 8е, 9е, и термически изолирующие области 7е, 8е, 9е окружают внутреннее пространство. Далее представленное на Фигуре 5 устройство ввода снабжено многослойным рулоном конденсатора 6е для управления распределением электрического поля.
Представленные на Фигурах 1-5 изоляторы являются соответственно применимыми в устройствах ввода или в качестве опорного изолятора для электрически изолированного поддерживания функциональных групп.
Выходя за пределы представленных на Фигурах вариантов выполнения расположения термически изолирующего материала в электрическом изоляторе, являются возможными также другие варианты выполнения термически изолирующих областей на изоляторе. Так, например, термически изолирующую волокнистую стренгу можно наматывать спирально и образовывать с добавлением соответствующего механически стабилизирующего материала, например смолы, жесткий электрический изолятор, который имеет в своей стенке термически изолирующие области и предоставляет в распоряжение внутреннее пространство, внутри которого могут быть расположены электрически активные элементы.