устройство для контроля повышенного электрического поля в изолирующем синтетическом материале, в частности для токового ввода через стенку

Формула изобретения

1. Устройство герметичного токового ввода центрального проводника (11, 21), погруженного в синтетический изолирующий материал (13, 23), залитый вокруг центрального проводника (11, 21) и заземленного экрана (12, 22), при этом последний окружает центральный проводник (11, 21) на определенном не малом расстоянии, отличающееся тем, что между экраном (12) и центральной частью (31) синтетического изолирующего материала (13), окружающего центральный проводник (11, 21), предусмотрено кольцевое пространство (14).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина кольцевого пространства (14) превышает или равна 10 мм.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевое пространство (14) заполняют диэлектрической текучей средой.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диэлектрической текучей средой является гексафторид серы (SF₆).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит усилительные волокна (15), размещенные вокруг экрана (12).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит композитный изолирующий материал (16), состоящий из полимера и усилительных волокон, на наружной поверхности экрана (12).

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение касается передачи электрической энергии среднего или высокого напряжения и, в частности, герметичных вводов в стенках, выполненных из изолирующего синтетического материала, с использованием экрана, окружающего электрический проводник.

Точнее, речь идет о вводах тока, погруженных внутренней или наружной частью и имеющих комбинированную изоляцию, которые являются вводами, один из концов которых предназначен для нахождения в окружающем воздухе и подвергается атмосферным условиям внутренне или внешне, а другой конец предназначен для погружения в изолирующую среду, например, масло или гексафторид серы (SF₆).

Другое возможное применение предусмотрено для изолирующих пробок или изолирующих крепежных деталей.

Уровень техники и рассматриваемые проблемы

В приборах передачи электричества среднего напряжения, как известно, электрическое поле контролируют внутри изоляционной системы, например, герметичного ввода, при помощи экрана электрического поля.

Следует напомнить, что функция ввода тока - передавать электрический ток между двумя зонами, содержащими разные среды, например, воздух, с одной стороны, и диэлектрическую среду. Он позволяет также обеспечивать электрическую изоляцию между частью, которая находится под электрическим током высокого напряжения и заземленным материалом. Наконец, он позволяет обеспечивать герметичность между двумя отличными зонами и выдерживать механические усилия, которые могут быть приложены к стержню, образующему проводник ввода тока.

На фиг.1 в продольном разрезе показано устройство контроля этого типа, описанное во французской патентной заявке FR 2837615, в конце его изготовления. Тут же показан ввод тока, окруженный массой изолирующего материала 3, в которую одним из своих концов погружен экран 2. Классически экран 2 является заземленным и предназначен для контроля электрического поля вокруг проводника 1 и продолжен в воздухе цилиндрической частью, предназначенной, например, для крепления сваркой на уровне соединения с металлическим корпусом прибора среднего напряжения, изолированным газом, и для передачи механических усилий от проводника 1 к экрану 2, который соединен с общей конструкцией.

Главным образом, такой экран имеет оборотную форму и выполнен из стали, алюминия или другого электропроводящего металлического материала.

Кроме того, ввод, показанный на фиг.1, позволяет избежать нескольких основных проблем, которые связаны с укладкой массы изолирующего материала 3, таких как химическая усадка при литье и термическая усадка при литье, связанные с коэффициентами расширения синтетического изолирующего материала.

Устраняется также проблема дифференциального температурного расширения при использовании ввода. Действительно, отмечается использование полупроводящего слоя 4, который окружает конец экрана 2, и они вместе погружены в массу синтетического изолирующего материала 3.

Однако такая система герметичного ввода не является удовлетворительной. Действительно, это устройство является относительно сложным, так как в нем используют два разных материала, то есть изолирующий материал в массе синтетического изолирующего материала 3 и полупроводящий материал в слое полупроводящего материала 4. Кроме того, это устройство является относительно дорогим с учетом использования этих двух разных материалов и способа изготовления, который оказывается сложным и должен осуществляться при помощи двух операций, которыми являются первое литье для укладки полупроводящего материала, затем второе литье для укладки изолирующего материала. Наконец, изготовление такой системы не отличается надежностью относительно качества получаемого ввода. Действительно, заливка изоляционным составом электропроводящего или полупроводящего материала на изолирующем материале является сложной. Во время подачи под давлением изолирующего материала существуют риски разрывов и отсоединения электропроводящего материала. Кроме того, оторванные во время подачи частицы электропроводящего материала могут попасть в изолирующую структуру, образованную изолирующим материалом.

Отмечается, что возможно в случае деталей, работающих под средним напряжением и отлитых из изолирующих материалов, экраны поля могут быть выполнены из гибких металлических сеток, чтобы следовать за возможными расширениями и вероятными усадками синтетического материала. Напротив, такой тип экрана не позволяет обеспечивать механические функции, как жесткий экран.

Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить другой тип герметичного ввода, позволяющий избежать вышеупомянутые неудобства.

Сущность изобретения

В этой связи основным объектом изобретения является устройство для контроля высокого электрического поля герметичного ввода тока с одновременной передачей механических усилий, использующее массу синтетического изолирующего материала, отлитую литьем вокруг центрального проводника, и заземленный экран, окружающий эту массу на не малом определенном расстоянии, определяемом в зависимости от приложенных к вводу тока напряжений.

Согласно изобретению, на внутренней стороне металлического экрана поля исключают синтетический материал и, таким образом, оставляют кольцевое пространство без синтетического изолирующего материала между экраном и центральным проводником.

Предпочтительно, толщина этого пространства превышает или равна 10 миллиметрам.

В одном из вариантов выполнения предусмотрено сохранение небольшого количества синтетического изолирующего материала вокруг центрального проводника, то есть между этим проводником и кольцевым пространством.

Для обеспечения полной эффективности кольцевое пространство предпочтительно заполняют диэлектрической текучей средой.

Предпочтительно этой диэлектрической текучей средой может быть гексафторид серы (SF₆) или масло.

Это устройство можно дополнить использованием стеклоткани вокруг экрана внутри изолирующего материала, находящегося на наружной поверхности металлического экрана.

Можно также использовать композитный изолирующий материал, состоящий из эпоксидной смолы и стеклоткани, на наружной поверхности экрана.

Список фигур

Изобретение и его различные технические характеристики будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на три фигуры, на которых:

фиг.1 - вид в разрезе устройства ввода из предшествующего уровня техники;

фиг.2 - вид в разрезе детали предпочтительного варианта выполнения изобретения;

фиг.3 - полный вид варианта выполнения изобретения.

Подробное описание варианта выполнения изобретения

На фиг.2 показаны основные элементы, используемые в настоящем изобретении, а именно центральный проводник 11, который фактически является стержнем, заземленный экран 12 и твердый синтетический изолирующий материал 13. Этот материал окружает центральный проводник 11 на его большей части (достаточной, чтобы передавать механические усилия от стержня, образующего центральный проводник 11, на изолирующий материал 13) и снаружи окружает также конец экрана 12 (достаточный, чтобы передавать механические усилия от изолирующего материала 13 на экран 12). Вместе с тем, оставляют кольцевое пространство 14 между внутренней поверхностью экрана 12, в частности, на уровне его конца 20, для заполнения этого кольцевого пространства 14 диэлектрической текучей средой.

Предусмотрено, чтобы кольцевое пространство 14 имело толщину, по меньшей мере, превышающую 10 миллиметров. Эту толщину или расстояние, разделяющее центральный проводник 11 и экран 12, определяют в зависимости от напряжения, приложенного к вводу тока, например, 10 миллиметров для номинального напряжения 36 кВ в газе SF₆ при значении пикового напряжения, соответствующего удару молнии, 170 кВ.

Предпочтительно, диэлектрической текучей средой является либо масло, либо гексафторид серы (SF₆). Таким образом, масса диэлектрического изолирующего материала 13, которая заливается изоляционным составом своей кольцевой частью 31 на наружную сторону экрана 12, обеспечивает, таким образом, механическую функцию прочности и герметичность между собой и экраном 12. В случае центрального проводника 11 продолжение синтетического изолирующего материала 13 центральной частью 30 тоже обеспечивает функцию механической прочности и, в случае необходимости, позволяет увеличить линию утечки между экраном 12 и центральным проводником 11. Можно предположить, что центральная часть 30 синтетического изолирующего материала 13 может иметь разную длину, то есть либо продолжаться немного дальше вокруг центрального проводника 11, либо быть более короткой, либо совсем отсутствовать.

Отмечается, что твердый синтетический изолирующий материал 13 должен быть герметичным по отношению к диэлектрической изолирующей среде, созданной текучей средой, заполняющей кольцевое пространство 14. Следовательно, синтетический изолирующий материал 13 предпочтительно является полимерным материалом типа термореактивной, термопластической или эластомерной смолы. Предпочтительно, центральный проводник 11 выполняют из алюминия или меди. Предусмотрено, чтобы экран 12 был выполнен из жесткого металла, например, из нержавеющей стали, и, следовательно, был недеформирующимся.

Наконец, предусмотрено, чтобы при использовании гексафторида серы (SF₆) тот находился в кольцевом пространстве 14, например, под давлением 1,5 абсолютных бар, измеренным при комнатной температуре.

Таким образом, данное устройство предусмотрено для выдерживания, с точки зрения электрической изоляции при промышленной частоте 50 Гw, например, действующего напряжения 70 кВ. Кроме того, оно способно выдерживать ударное напряжение, например, напряжение удара молнии 170 кВ на пике. Следует добавить, что риск растрескивания в синтетическом изолирующем материале 13 на наружной поверхности жесткого экрана 12, находящегося под действием растяжения по причине явления дифференциального расширения между температурой литья и использования, можно устранить путем добавления усиливающих волокон, например, стекловолокон вокруг экрана 12 во время литья (стекловолокна пропитываются эпоксидной смолой, используемой для литья). Таким образом, образуется композитный материал 16, который контактирует с наружной поверхностью экрана 12 и который оказывается погруженным в массу синтетического изолирующего материала 13. Наконец, отмечается, что использование стеклоткани 15 (стеклоткань является лишь частным случаем использования стекловолокон) может также улучшить механические показатели синтетического изолирующего материала 13 в этом месте.

Другой конкретный пример выполнения устройства, в соответствии с настоящим изобретением, показан на фиг.3. Оно содержит основные элементы, показанные на фиг.2, а именно - экран 22, окруженный кольцевой частью 25 диэлектрического изолирующего материала 23, которая продолжается вокруг центрального проводника 21 со стороны, противоположной экрану 22, и оборудована крыльями 24 увеличения расстояния диэлектрического пути.

Преимущества изобретения

Функция электрической изоляции, обеспечиваемая этим устройством, в соответствии с настоящим изобретением, является очень удовлетворительной. Это же относится и к механической прочности. Таким образом, повышается надежность всей системы. Такая концепция формы из диэлектрического изолирующего материала и экрана позволяет применять достаточно простой способ изготовления, в частности, литье за одну операцию. В результате, снижаются производственные затраты.