專利名稱：電隔離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電隔離器和相關(guān)聯(lián)的電氣開關(guān)。
背景技術(shù)：
在本說明書中對任何在先出版物(或者從其得到的信息)或者對任何已知事項的提及并不是而且也不應(yīng)該認(rèn)為是承認(rèn)或者認(rèn)可或者以任何形式暗示所述在先出版物(或者從其得到的信息)或者已知事項形成本說明書所涉及的領(lǐng)域中的公知常識的一部分。在電氣工業(yè)中使用六氟化硫(SF6)氣體作為用于高電壓斷路器、開關(guān)設(shè)備和其它電氣設(shè)備的氣態(tài)介電介質(zhì)是已知的。然而，SF6氣體絕緣的開關(guān)由于SF6的溫室氣體效應(yīng)(大約是CO2的23，900倍)而不再是優(yōu)選的。另外，并入有SF6氣體的開關(guān)需要密封，而這種密封的開關(guān)通常招致較高的維修成本，以確保在開關(guān)的壽命期中的恰當(dāng)操作。另一問題是最近引入的與這種開關(guān)相關(guān)聯(lián)的報告要求，它要求開關(guān)裝置每年接受檢查以確定是否有任何泄露，并且必須報告泄露。這種報告給任何這種開關(guān)裝置的操作員造成顯著的負(fù)擔(dān)。通常有兩種電氣開關(guān)在中等電壓下使用。第一種類型是故障接通和負(fù)載分?jǐn)嚅_關(guān)。這種開關(guān)的典型應(yīng)用是架空線路負(fù)載分?jǐn)嚅_關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜(RMU)中的負(fù)載分?jǐn)嚅_關(guān)。第二種類型是故障接通和故障分?jǐn)嚅_關(guān)。這些開關(guān)的典型應(yīng)用是環(huán)網(wǎng)柜(RMU)電路分?jǐn)嗥鳎缡覂?nèi)金屬封裝開關(guān)設(shè)備，或者類似物。電氣隔離開關(guān)通常包括三個主要部件，即斷續(xù)器、隔離器和用于致動斷續(xù)器和隔離器的機構(gòu)。真空斷續(xù)器是一種廣泛用于沒有SF6的廣范圍電氣開關(guān)中的斷續(xù)器。它們的設(shè)計在本領(lǐng)域中是眾所周知的，然而它們不適于用作隔離器，原因是存在于開放的觸頭之間的非常高的內(nèi)部電場強度，以及以下事實，即，作為內(nèi)部電場的形狀的結(jié)果，最高電應(yīng)力發(fā)生在導(dǎo)電的觸頭表面處。由其操作引起的表面不完整性和小粗糙性將導(dǎo)致所謂的“應(yīng)力集中源”，其將導(dǎo)致這種真空斷續(xù)器的隔離能力的退化，通常在比設(shè)計電壓低的電壓處導(dǎo)致閃絡(luò)。非持續(xù)性破壞性放電(NSDD)也是這種真空斷續(xù)器的一個問題。NSDD的這種現(xiàn)象通常是部分地由真空開關(guān)觸頭材料中的雜質(zhì)引起的。參考烏克蘭99053，Sevastopol,Vakulenchuka Str., 22, Tavrida Electric 公司的 A.M.Chaly, L.V.Denisov, V.N.Poluyanov,1.N.Poluyanova [^‘Peculiarities of non-sustained disruptivedischarges at interruption of cable/line charging current，，。由于這些原因，通常有必要使用與真空斷續(xù)器串聯(lián)的隔離器來提供安全的隔離手段?！╇姎忾_關(guān)需要制作到故障線路上，然后分?jǐn)喽搪饭收想娏鳎硪恍╅_關(guān)只需要分?jǐn)嘭?fù)載電流。故障電流的接通和分?jǐn)啵蛘哓?fù)載電流的分?jǐn)?，可以通過任意適當(dāng)?shù)臄嗬m(xù)器來進行，比如真空斷續(xù)器、固態(tài)電子斷續(xù)器或者鼓風(fēng)斷續(xù)器。其它技術(shù)也可以是適當(dāng)?shù)?。然而，所有這些已知斷續(xù)器都需要附加的隔離器，其能夠可靠地耐受可能在使用中出現(xiàn)的最大電壓，以提供安全隔離。 存在若干與不同類型的隔離器有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。例如，美國專利N0.4，484，044教導(dǎo)了一種負(fù)載開關(guān)，其包括與空斷開關(guān)串聯(lián)的真空開關(guān)。真空開關(guān)包括固定電極、附接至沿軸向可移動的控制桿的一端的可動電極和對控制桿施加趨于分離電極的彈性作用力的保持彈簧?？諗嚅_關(guān)包括圓錐形的陽性觸頭和成形為允許陽性觸頭插入其中的相向陰性觸頭。陽性觸頭具有較大直徑基部，其附接至控制桿的另一端，并與控制桿形成一臺階。陰性觸頭具有彈簧加載鎖定突起和止動部，所述彈簧加載鎖定突起用于可釋放地接合陽性觸頭的臺階，所述止動部用于對控制桿施加作用力，其足以在陽性觸頭與陰性觸頭接合后抵靠止動部移動時閉合真空開關(guān)的電極。陰性觸頭的鎖定突起的彈簧加載、陽性觸頭的形狀以及保持彈簧的彈簧常數(shù)選擇成使得在陽性和陰性觸頭接合期間對控制桿的作用力不足以閉合真空開關(guān)的電極，而在這些觸頭的分離期間對控制桿的作用力發(fā)揮作用以在陽性觸頭的釋放前完全分離真空開關(guān)的電極。這是現(xiàn)有技術(shù)隔離器的一種典型設(shè)計，如圖1所示(美國專利N0.4，484，044的圖3)。它由移動觸頭12、固定觸頭7和隔離距離L構(gòu)成。這種類型的隔離器使用在中等電壓電氣開關(guān)設(shè)備中，在空氣中和在SF6中。SF6隔離器大大地小于空氣絕緣裝置，因為SF6氣體具有空氣的2.5倍的介電強度，因此SF6絕緣裝置通常在每個線性維度上是空氣絕緣裝置的尺寸的40%，得到可能只占空氣絕緣裝置的體積的10-20%的裝置。然而，這些隔離器具有在空氣中需要大隔離距離的缺點，如從圖2所附的電場圖可以看出的。圖2示出了圖1的隔離器的電場圖?？梢钥闯?，對于172_的隔離距離L，推定的最大電應(yīng)力將是2，800伏特/mm。因此，由于空氣具有3，000伏特/mm的擊穿應(yīng)力，這意味著172mm是能夠提供來使該配置用作隔離器的最小分離距離。相似地，美國專利N0.3，598，939涉及一種隔離開關(guān)，其具有提供面對彼此的大致光滑表面的大金屬電極，并且電極中的至少一者借助于其固定至的移動托架是可移動的。處于開放間隙位置的電極在切換電壓浪涌、脈沖電壓時具有比較高的耐受或者絕緣強度，并且具有比較小的間隙空間。托架為接觸兩電極進行的移動對應(yīng)于開關(guān)的閉合位置，而托架為分?jǐn)嚯姌O之間的接觸進行的移動對應(yīng)于開放位置。在后一位置中，在電極之間的間隙中形成大致均勻的靜電場。美國專利N0.3，624，322公開了一種隔離開關(guān)，其采用半球型電極屏蔽激勵部分，這些部分安裝在一對傾斜絕緣體支柱的頂部上。支柱借助于轉(zhuǎn)子軸承安裝至支承框架，所述轉(zhuǎn)子軸承在被適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，使絕緣體支柱的頂部在一圓形路徑中移動。聯(lián)接機構(gòu)被采用并響應(yīng)于支柱沿第一方向的旋轉(zhuǎn)來使開關(guān)配置的葉片和鉗口電接觸，并響應(yīng)于支柱沿第二方向的旋轉(zhuǎn)撤回葉片和鉗口來斷開接觸。所采用電極的光滑表面在該第二情況中彼此面對，并提供一開放間隙狀態(tài)，其在相對表面之間形成大致均勻的靜電場。美國專利N0.3，592，984描述了一種隔離開關(guān)，其具有球形、橢圓形、環(huán)形或者扁球形電極和可伸縮的開關(guān)葉片。處于開放間隙位置的電極在切換電壓浪涌、脈沖電壓時具有比較高的耐受強度，并且具有比較小的間隙空間。可伸縮開關(guān)葉片為接觸兩電極進行的伸展對應(yīng)于開關(guān)的閉合位置，而開關(guān)葉片向電極之一中的回縮對應(yīng)于開放位置。在后一位置中，開放間隙在電極之間形成，并且在該間隙中形成大致均勻的靜電場。這具有的優(yōu)點是，開關(guān)開放間隙能夠做成大致短于從電極到地面的距離，并仍然確保任何閃絡(luò)將處于電極與地面之間而不是橫跨開關(guān)開放間隙。美國專利N0.5，237，137在用于金屬包覆、壓縮氣體絕緣的高電壓開關(guān)設(shè)備的隔離開關(guān)中教導(dǎo)了一種包含被可旋轉(zhuǎn)地支承的操作桿配置的機械控制單元。操作桿配置自動地鎖定在一中性位置中，并保持輔助接觸銷，直到它被連接至主接觸銷的引導(dǎo)表面釋放為止。輔助接觸銷的配合觸頭也是彈簧加載的，并在最初被釋放稍后跟隨該輔助接觸銷，同時維持等電位連接。美國專利N0.4，591，680提供了一種隔離開關(guān)，其適合于電氣地隔離和連接在多數(shù)情況下處于低負(fù)載狀態(tài)下的氣體絕緣封裝交換站的部件，其中一固定接觸構(gòu)件設(shè)置有中心在后觸頭，其終止于一接觸構(gòu)件中。它被一圈額定電流指狀物和一固定觸頭屏蔽電極同軸地包圍?？梢苿咏佑|構(gòu)件的中心接觸桿在一定距離處被也是可移動的屏蔽電極同軸地包圍。為了防止不希望的閃絡(luò)，特別是封裝物處的閃絡(luò)，額定電流指狀物在被也是可移動的屏蔽電極包圍的區(qū)域中與接觸桿接觸。它們被安裝成可旋轉(zhuǎn)，并且被施加有作用力以沿徑向向內(nèi)按壓它們的端部構(gòu)件。接觸構(gòu)件構(gòu)造成一屏蔽狀板，其具有向前朝可移動觸頭配置凸出的正面。當(dāng)在后的觸頭被推回時，當(dāng)在后觸頭被推向前方時位于正面后的額定電流指狀物突出穿過接觸構(gòu)件中的開口。接觸桿和隨前者移動的屏蔽電極設(shè)置有周向溝槽。上述現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)通常集中在凸?fàn)铍妶隹刂齐姌O形狀。當(dāng)前存在使緊湊和低成本空氣絕緣未密封電隔離器單獨地或者與斷續(xù)器組合地使用以形成無SF6的電氣隔離開關(guān)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
在第一廣義形式中，本發(fā)明尋求提供一種電隔離器，其包括:a)本體，貫穿其中限定有孔穴；b)第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處；c)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和d)至少兩個凹狀電場控制屏蔽(electrical field control screens),在所述孔穴的相應(yīng)端部處并圍繞所述孔穴固定至所述本體，使得所述屏蔽相對于所述孔穴橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此。 典型地，所述本體由實心介電絕緣材料制成。典型地，所述孔穴是管狀的。典型地，所述電隔離器包括滑動觸頭，用于在所述孔穴中將所述第一觸頭連接至所述第二觸頭。典型地，所述電隔離器包括構(gòu)造成致動所述第二觸頭穿過所述孔穴與所述第一觸頭接觸或者脫離接觸的機構(gòu)。典型地，所述本體包括外部導(dǎo)電屏蔽。典型地，所述外部導(dǎo)電屏蔽包括導(dǎo)電漆或者噴射的金屬涂層。典型地，所述外部導(dǎo)電屏蔽在使用中是接地的。典型地，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。在第二廣義形式中，本發(fā)明尋求提供一種電隔離器，其包括:a)本體，貫穿其中限定有孔穴；
b)第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處；c)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和d)至少兩個電場控制屏蔽，從所述孔穴的相應(yīng)端部向外延伸，所述屏蔽修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。典型地，所述本體由實心介電絕緣材料制成。典型地，所述孔穴是管狀的。典型地，所述電隔離器包括滑動觸頭，用于在所述孔穴中將所述第一觸頭連接至所述第二觸頭。典型地，所述電隔離器包括構(gòu)造成致動所述第二觸頭穿過所述孔穴與所述第一觸頭接觸或者脫離接觸的機構(gòu)。典型地，所述電隔離器所述本體包括外部導(dǎo)電屏蔽。典型地，所述電隔離器所述外部導(dǎo)電屏蔽包括導(dǎo)電漆或者噴射的金屬涂層。典型地，所述電隔離器所述外部導(dǎo)電屏蔽在使用中是接地的。典型地，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。在第三廣義形式中，本發(fā)明尋求提供一種電氣開關(guān)，其包括:a)殼體；b)斷續(xù)器，位于所述殼體內(nèi)，用于中斷電流；c)隔離器，位于所述殼體內(nèi)，并配置成與所述斷續(xù)器電連通，所述隔離器具有:d)本體，貫穿其中限定有孔穴；e)第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處；f)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和g)至少兩個凹狀電場控制屏蔽，在所述孔穴的相應(yīng)端部處并圍繞所述孔穴固定至所述本體，使得所述屏蔽相對于所述孔穴橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此；和h)構(gòu)造成用于致動所述斷續(xù)器和所述隔離器的機構(gòu)。 典型地，所述斷續(xù)器包括真空斷續(xù)器。典型地，所述機構(gòu)包括絕緣推桿，其進入所述殼體穿過所述殼體的一部分中的通道，所述殼體具有在所述通道的相應(yīng)端部處并圍繞所述通道固定至所述一部分的至少兩個凹狀電場控制屏蔽，使得所述屏蔽相對于所述通道橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此，所述屏蔽構(gòu)造成將電場分布在所述通道中，以提供低電應(yīng)力的區(qū)域。典型地，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。在第三廣義形式中，本發(fā)明尋求提供一種電隔離室，用于電氣地隔離第一和第二區(qū)域，所述隔離室包括:a)通道，在所述第一和第二區(qū)域之間延伸；b)延伸穿過所述通道的構(gòu)件；
c)至少兩個凹狀電場控制屏蔽，圍繞所述通道設(shè)置，使得所述屏蔽相對于所述室橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此，所述屏蔽構(gòu)造成將電場分布在所述室中，以便提供低電應(yīng)力的第三區(qū)域，所述構(gòu)件延伸穿過所述第三區(qū)域。典型地，所述第一和第二區(qū)域中的至少一者設(shè)置在用于電氣設(shè)備的殼體內(nèi)。典型地，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述室中的電場，以由此沿所述構(gòu)件維持期望的電應(yīng)力分布。典型地，所述構(gòu)件包括以下中的至少一者:a)機械致動器；b)光學(xué)纖維；和c)流體管子。


現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明的示例，附圖中:圖1示出了在美國專利N0.4，484，044中描述的一種現(xiàn)有技術(shù)隔離器；圖2a、2b示出了用于圖1的現(xiàn)有技術(shù)隔離器的處于空氣中的電場圖；圖3a示出了具有兩個扁平的平行板狀電場控制屏蔽的隔離器的示例；圖3b、3c示出了兩個扁平平行板狀電場控制屏蔽的處于空氣中的常規(guī)電場圖；圖4a示出了根據(jù)當(dāng)前配置的電隔離器的一個示例；圖4b、4c示出了沒有外部導(dǎo)電屏蔽的、部分地嵌入實心介電層中的兩個扁平平行板狀電場控制屏蔽的典型電場圖；圖5a、5b不出了沒有外部導(dǎo)電屏蔽的、具有部分地嵌入實心介電層中的兩個扁平平行板狀電場控制屏蔽的圖4所示隔離器的另一電場圖；圖6a、6b示出了具有接地的外部導(dǎo)電屏蔽的、部分地嵌入實心介電層中的兩個扁平平行板狀電場控制屏蔽的典型電場圖；圖7示出了沒有外部導(dǎo)電屏蔽的、根據(jù)當(dāng)前配置的電隔離器的一個示例；圖8示出了具有外部導(dǎo)電屏蔽的、根據(jù)當(dāng)前配置的電隔離器的一個示例；圖9a、9b示出了圖7所示電隔離器的電場圖；圖10a、10b示出了圖7所示電隔離器的另一電場圖；圖1laUlb示出了圖8所示電隔離器的電場圖；圖12a、12b示出了具有接地的外部接地屏蔽的、圖8所示電隔離器的電場圖；圖13示出了根據(jù)當(dāng)前配置的隔離開關(guān)的一個示例；而圖14示出了根據(jù)當(dāng)前配置的隔離開關(guān)的另一示例。
具體實施例方式現(xiàn)在參考附圖，經(jīng)由背景技術(shù)，圖3a示出了電隔離器9的一個示例，其具有第一電觸頭4和第二可移動電觸頭5，所述第二可移動電觸頭5大體構(gòu)造成是可操作地移動的，以電連接至第一觸頭4或者與第一觸頭4分離?；瑒佑|頭6通常促進電觸頭4和5之間的接觸。隔離器9還包括兩個平行的電場控制屏蔽31、32，各自如圖所示配置成鄰近相應(yīng)的電觸頭4、5。屏蔽31、32相對于觸頭4、5橫向定位，并且屏蔽31、32構(gòu)造成均勻地分布電場，以在觸頭4、5分離時降低所述屏蔽31、32之間的電應(yīng)力。圖3b、3c示出了處于空氣中彼此偏離68mm的距離的兩個平行板狀電場控制屏蔽31,32的另一示例的電場圖。如圖3c的曲線所示，該導(dǎo)體配置恰好在觸頭4(借助于滑動觸頭6)與觸頭5彼此電連接前，生成2，800V/mm的推定最大電應(yīng)力。根據(jù)當(dāng)前配置的一個示例，圖4a示出了具有本體I的電隔離器9，所述本體I貫穿其中限定出孔穴2，如圖所示。該隔離器9還包括配置在孔穴2的第一端的第一電觸頭4和可移動地配置在孔穴2的第二端的第二電觸頭5。第二觸頭5大體構(gòu)造成可操作地移動穿過孔穴2，以經(jīng)由滑動觸頭6電連接至第一觸頭4或者與第一觸頭4分離。隔離器9還包括從孔穴2的相應(yīng)端部向外延伸的至少兩個電場控制屏蔽31、32，如圖所示。這兩個相向平行板狀電場控制屏蔽31、32通常部分地嵌入實心介電層33中。屏蔽31、32構(gòu)造成修改孔穴2中的電場，以由此在觸頭4、5之間維持期望的電應(yīng)力分布?？籽ɑ蛘咧行目? (優(yōu)選為圓形的)提供一孔穴，以供第二或者移動觸頭5穿過其中。移動觸頭5通常從適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)得到驅(qū)動。它可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多適當(dāng)操作機制中的任一種手動地或者電氣地操作。在一個示例中，移動觸頭5通常經(jīng)由滑動觸頭6與第一或者固定觸頭4連接，以便建立電路。滑動觸頭6可以是“Multilam”或者相似的觸頭。圖4b、4c示出了部分地嵌入實心介電層33中的兩個相向平行板狀電場控制屏蔽31、32的電場圖。如圖所示，135kv的外加電壓在內(nèi)部空氣與實心介電層的界面A-A處生成2800伏特/mm的推定最大電應(yīng)力。注意，與作為圖3c中屏蔽31、32之間的介電層的空氣相關(guān)聯(lián)的高應(yīng)力區(qū)域現(xiàn)在被嵌入了實心介電層33中，并且屏蔽之間的間距可從最初的68mm降至47.5mm。圖3c和圖4c的電應(yīng)力的倒置形狀的對比顯示了電場梯度在圖4a的配置中在觸頭4 (及相關(guān)聯(lián)的滑動觸頭6)的區(qū)域中有降低，并且隨著觸頭5接近觸頭4，與圖3b、3c的配置相比，電應(yīng)力會降低。空氣與介電層的界面處的電應(yīng)力是重要的，以預(yù)測在產(chǎn)品的整個壽命中的可靠性。圖5a、5b不出了部分地嵌入實心介電層33中的兩個相向平行板狀電場控制屏蔽31、32的另一電場圖。135kv的外加電壓在外部空氣與實心介電層33的界面C-C處生成2，525伏特/_的推定最大電應(yīng)力，其小于3，000伏特/_的空氣擊穿應(yīng)力。圖6a、6b示出了部分地嵌入實心介電層中的兩個相向平行板狀電場控制屏蔽31、32的電場圖，其中圍繞介電層33添加有接地的外部導(dǎo)電屏蔽10，如圖所示。135kv的外加電壓在內(nèi)部空氣與實心介電層的界面A-A處生成3，000伏特/_的推定最大電應(yīng)力。如電氣工程領(lǐng)域中已知的，最均勻的電場分布是通過兩個無窮大的平行板實現(xiàn)的。圖3示出了實際上能夠以在空氣中分隔適當(dāng)距離的小型平行控制屏蔽來實現(xiàn)相當(dāng)均勻的電場分布。另外，通過如圖4、5那樣將這種屏蔽部分地嵌入實心介電層中，能夠降低觸頭
4、5之間的間隔。因為隔離器尺寸的小型化是普遍希望的，該方面是當(dāng)前配置的重要特征。在對電場沒有任何外部影響的情況下，介電層33中的電場通常是均勻的。然而，該配置并不適于實踐中的電隔離器設(shè)計，因為平行電場控制屏蔽31、32之間的均勻電場容易被相鄰電場和接地結(jié)構(gòu)干擾。當(dāng)電場被干擾時，它一般變得不均勻，并且最大應(yīng)力增加，這會導(dǎo)致介電性能的顯著損失。圖6中的接地外部導(dǎo)電屏蔽10的施加避免了電場受到這種外部影響，然而它具有使A-A處的最大內(nèi)部電應(yīng)力增加的效果。進一步增加間距很少會降低最大內(nèi)部電應(yīng)力，因為它主要是受外部導(dǎo)電屏蔽10的設(shè)置的影響。因此可見雖然均勻電場能夠通過平行板狀電場控制屏蔽來實現(xiàn)，但是存在若干主要的缺點。圖7示出了根據(jù)當(dāng)前配置的電隔離器9的一個示例。隔離器9通常包括本體1，該本體I限定出貫穿于其中的孔穴或者孔2。該隔離器9還包括配置在孔穴2的第一端的第一電觸頭4，以及可移動地配置在孔穴2的第二端的第二電觸頭5。第二觸頭5大體構(gòu)造成可操作地移動穿過孔穴2，以經(jīng)由滑動觸頭6電連接至第一觸頭4或者與第一觸頭4分離。隔離器9還包括至少兩個凹狀電場控制屏蔽31、32，它們在孔穴2的相應(yīng)端部處并圍繞孔穴2固定至本體，使得屏蔽31、32相對于孔穴2橫向定位，并且各凹狀屏蔽31、32的開放端彼此相對，如圖所示。屏蔽31、32構(gòu)造成均勻地分布孔穴2中的電場，以在觸頭4、5分離時降低所述屏蔽31、32之間的電應(yīng)力。所述屏蔽通常是凹狀的，并且可以包括相似的碗狀構(gòu)造，或者類似構(gòu)造。圖8的隔離器9的示例施加有外部導(dǎo)電屏蔽10，而圖7中沒有。在一些情形中，優(yōu)選的是通過以作為電場控制措施的導(dǎo)電涂層涂覆本體I的外表面來施加外部導(dǎo)電屏蔽10。在一些情形中，可能優(yōu)選的是在使用中將該導(dǎo)電屏蔽接地。外部導(dǎo)電屏蔽10優(yōu)選是導(dǎo)電漆或者噴射的金屬涂層。當(dāng)前配置的本體I優(yōu)選是但并非必須是管狀的或者圓形的，圍繞著中心線并且由適當(dāng)?shù)膶嵭慕殡娊^緣材料比如聚合物制成。優(yōu)選的聚合物是電工級環(huán)氧樹脂，比如Huntsman CW2229。如果要在戶外環(huán)境中使用，則優(yōu)選的是適當(dāng)?shù)沫h(huán)脂肪族環(huán)氧樹脂，比如Huntsman CY184或CY5622。這種聚合物的介電強度大致是20，000伏特/mm，而空氣的介電強度大致是3，000伏特/mm。實心介電絕緣材料的優(yōu)選介電常數(shù)在1_6范圍內(nèi)。孔穴或者中心孔2 (優(yōu)選為圓形的)提供一孔穴，以供第二或者移動觸頭5穿過其中。移動觸頭5通常從適當(dāng)?shù)臋C構(gòu)得到驅(qū)動。它可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多適當(dāng)操作機制中的任一種手動地或者電氣地操作。在一個示例中，移動觸頭5通常經(jīng)由滑動觸頭6與第一或者固定觸頭4連接，以便建立電路?；瑒佑|頭6可以是“Multilam”或者相似的觸頭。如上所述，凹狀電場控制屏蔽31、32以相向方式配置，并且通常嵌入本體I中。這些電場控制屏蔽31、32用于使電場成形為便于使等電位線最佳地成形，并且使它們均勻地分布，使得所得電應(yīng)力盡可能均勻。這確保了可能達(dá)到的最緊湊設(shè)計。圖7、8的隔離器大體設(shè)計成用于12kV額定系統(tǒng)、630安培額定連續(xù)電流和IlOKv雷電沖擊耐受電壓(LIWV)的應(yīng)用。為了提供可靠的隔離器，并且允許測試結(jié)果在生產(chǎn)中的統(tǒng)計擴散，隔離器9通常設(shè)計成耐受135，000伏特的雷電沖擊耐受電壓。然而，應(yīng)該理解的是，隔離器9的不同示例可以應(yīng)用于任何額定電壓或者電流。圖9示出了在中心孔2中實心介電層與空氣的界面A-A中的最高電應(yīng)力的位置34處、沒有外部導(dǎo)電屏蔽的、圖7所示隔離器9的電應(yīng)力的預(yù)測。在電場控制屏蔽31、32的中間，最大電應(yīng)力大致是2，800伏特/mm。這具有在被施加雷電沖擊耐受電壓時提供穩(wěn)定隔離器性能的期望效果。另外，圖10預(yù)測在C-C處的本體I與空氣的界面15處、沒有外部導(dǎo)電屏蔽10的隔離器9的電應(yīng)力。注意，最大電應(yīng)力大致是4，800伏特/mm。這是不希望的，因為它將在絕緣體的表面上被施加雷電沖擊耐受電壓時使空氣變得導(dǎo)電，這將導(dǎo)致在施加雷電沖擊耐受電壓時可能從外部發(fā)生電擊穿。電應(yīng)力在正常服務(wù)期間在額定電壓時也將存在于15處，這可能導(dǎo)致實心介電體I的過早失效，原因是在比如灰塵、蛛絲或者其它異物等污染存在時由電應(yīng)力產(chǎn)生的局部放電。圖11預(yù)測在中心孔2中最高電應(yīng)力的位置處、外部導(dǎo)電屏蔽10未接地(或者處于浮動電位)的、圖8所示隔離器9的電應(yīng)力。在電場控制屏蔽31、32的中間，最大電應(yīng)力大致是2，800伏特/_。這也具有提供穩(wěn)定隔離器性能的期望效果。圖12預(yù)測在中心孔2中實心介電層與空氣的界面中的最高電應(yīng)力的位置34處、外部導(dǎo)電屏蔽10已接地的、圖8所示隔離器9的電應(yīng)力。在電場控制屏蔽31、32的中間，最大電應(yīng)力大致是2，800伏特/_。隔離器9通常通過兩個作用來控制空氣中的最大電應(yīng)力，即通過電場控制屏蔽31、32的相向凹狀形狀，以及由于以下事實:電場控制屏蔽31、32被部分地封裝在本體I中的高介電強度實心介電絕緣材料中，以便確保最大電應(yīng)力的區(qū)域處于絕緣材料內(nèi)。如果最大電應(yīng)力發(fā)生在導(dǎo)體與空氣的界面8處，則金屬電極表面中的表面不完整性或者不規(guī)則性、或者粗糙性、或者導(dǎo)體形狀中的任何不穩(wěn)定性都將導(dǎo)致隔離能力的退化。這種不規(guī)則性和表面不完整性可能由隔離器9的壽命期間的磨損產(chǎn)生。通過比較圖9、10、11、12，可以看出，無論外部導(dǎo)電屏蔽10存在與否，并且無論外部導(dǎo)電屏蔽10接地與否，對填充有空氣的中心孔2中的電應(yīng)力產(chǎn)生可忽略的差異。然而，外部導(dǎo)電屏蔽10接地了的隔離器9是有利的，因為內(nèi)部場不受比如其它電場或者其它接地物體等外部因素的影響；它消除了在表面上的任何電場應(yīng)力，其可能由于局部放電的存在而導(dǎo)致長期的表面退化，所述局部放電可能隨著灰塵和其它異物的存在而增加；它使電場成形為使得最大電應(yīng)力發(fā)生在電場控制屏蔽之間的中間點處，這具有提供穩(wěn)定隔離器性能的期望效果；并且它提供了可以安全接觸的接地表面。由于這些改進，可以看出，比起圖1、2所示的現(xiàn)有技術(shù)隔離器，隔離器9通常小得多，因此制造起來更便宜。隔離器9與現(xiàn)有技術(shù)隔離器相比尺寸減小被認(rèn)為是有利的?？偟膩碚f，隔離器9為具有相當(dāng)電氣性能的現(xiàn)有技術(shù)隔離器的大致35%-40%的線性尺寸或者10-25%的體積尺寸。隔離器9因此將具有適當(dāng)?shù)某叽绾统杀緛泶嫦惹安捎肧F6氣體作為絕緣介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)隔離器，然而隔離器9不會具有填充有SF6氣體的裝備的環(huán)境后果。已知的是空氣具有大約3000伏特/mm的介電強度。用于隔離器9的設(shè)計工作采取2，800伏特/mm，并且測試確認(rèn)了該采取對于雷電沖擊耐受電壓的正極和負(fù)極兩者都是可靠的。為了驗證隔離器設(shè)計，有必要對于每個類型進行設(shè)計測試(類型測試)，并驗證其隔離能力，而且需要滿足雷電沖擊耐受電壓(LIWV)測試。這些測試在適用的適當(dāng)國際標(biāo)準(zhǔn)中有明確說明。圖13示出了另一配置的示例，其中隔離器9應(yīng)用于電氣開關(guān)的一特定配置。該電氣開關(guān)包括絕緣殼體21、位于殼體21內(nèi)用于中斷電流的斷續(xù)器13和如上所述的隔離器9。該開關(guān)通常還包括構(gòu)造成用于致動斷續(xù)器13和隔離器9的機構(gòu)16。開關(guān)包括絕緣殼體21，并且隔離器9模制在該絕緣殼體中，如圖所示。在該實施方式中，隔離器9與真空斷續(xù)器13串聯(lián)。真空斷續(xù)器13具有移動觸頭17和固定觸頭12。隔離器9具有固定觸頭4和移動觸頭5。真空斷續(xù)器17的移動觸頭通過柔性導(dǎo)體14電連接至當(dāng)前配置的移動觸頭5。移動導(dǎo)體5、17兩者都被機構(gòu)16以機械方式驅(qū)動。該機構(gòu)設(shè)計成以所需速度、所需時機和所需偏移量來驅(qū)動真空斷續(xù)器的移動觸頭17和當(dāng)前配置的移動觸頭5兩者，以適應(yīng)開關(guān)額定值。絕緣推桿18穿過第二隔離器組件9。該第二隔離器9的目的是提供低電應(yīng)力的區(qū)域，其允許使用比以其它方式所需的長度短的絕緣推桿18。該絕緣推桿18從機構(gòu)11以機械方式得到驅(qū)動。機構(gòu)11可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多適當(dāng)操作機制中的任一種電氣地操作或者手動地操作?？梢圆捎每刂破?0來通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多方式中的任一種自動地、遠(yuǎn)程地或者手動地控制機構(gòu)11。在一個特定示例中，第二隔離器9包括具有通道9.2的室9.1，所述通道9.2在第一與第二區(qū)域之間延伸。所述通道可以提供在如上所述的介電材料或者相似材料中，并且通常具有延伸貫穿其中的推桿或者其它構(gòu)件。圍繞所述通道設(shè)置有至少兩個凹狀電場控制屏蔽9.3、9.4，使得所述屏蔽相對于所述室橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此，所述屏蔽構(gòu)造成將電場分布在所述室中，以在通道內(nèi)提供低電應(yīng)力的第三區(qū)域，以便所述構(gòu)件延伸穿過第三區(qū)域。應(yīng)該理解的是，這種形式的隔離器可以用于電氣地隔離任意兩個區(qū)域，并且特別地可以用于隔離比起另一區(qū)域處于相當(dāng)高電位的區(qū)域，比如電氣開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部。盡管如此，隔離器允許絕緣構(gòu)件在所述區(qū)域之間延伸，例如允許所述構(gòu)件進入開關(guān)設(shè)備的殼體中。這對于允許第一和第二區(qū)域比如高電壓開關(guān)設(shè)備的內(nèi)部和外部得到電隔離，是特別有利的。具體說，這允許一構(gòu)件進入具有高電位的區(qū)域中，而仍然維持所需水平的絕緣。因此，隔離室以這樣一種方式改變電場，以限制室中在空氣上的最大應(yīng)力(如前所述)，這允許需要進入開關(guān)設(shè)備的高電壓區(qū)域中的任何絕緣構(gòu)件顯著地短于電應(yīng)力不受控于隔離室的情況，從而得到比以其它方式可能得到的更緊湊的結(jié)構(gòu)。這種構(gòu)件的示例可以包括但不限于機械操作軸、光學(xué)纖維或者流體管子循環(huán)冷卻劑。圖14示出了另一示例，其中隔離器9用作電氣開關(guān)的一部分。開關(guān)組件被封裝在絕緣殼體22中，并且隔離器9被模制到絕緣殼體22中。在該實施方式中，隔離器9與真空斷續(xù)器13串聯(lián)。真空斷續(xù)器13具有移動觸頭17和固定觸頭12。隔離器9具有固定觸頭4和移動觸頭5。真空斷續(xù)器17的移動觸頭通過柔性導(dǎo)體23電連接至開關(guān)組件19的端子。當(dāng)前配置的移動觸頭5通過柔性導(dǎo)體24電連接至開關(guān)組件20的端子。移動導(dǎo)體5、17分別被機構(gòu)25、26獨立地以機械方式驅(qū)動。這些機構(gòu)設(shè)計成以所需速度、所需時機和所需偏移量來驅(qū)動真空斷續(xù)器的移動觸頭17和隔離器的移動觸頭5兩者，以適應(yīng)開關(guān)額定值。這些絕緣推桿18以機械方式從機構(gòu)25、26得到獨立地驅(qū)動。這些機構(gòu)可以被本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多適當(dāng)操作機制中的任一種電氣地操作或者手動地操作?？梢圆捎每刂破?0來通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉的許多方式中的任一種自動地、遠(yuǎn)程地或者手動地控制這些機構(gòu)。在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，許多變型或者變異對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是清楚明了的。所有這類變更和變型應(yīng)該被認(rèn)為落于在本文廣泛地出現(xiàn)和詳細(xì)描述的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。應(yīng)該理解的是，言及本發(fā)明的“一個示例”或者“一示例”時不是以排他意義進行的。相應(yīng)地，一個示例可以例示出本發(fā)明的某些方面，而其它方面在不同示例中例示出。這些示例旨在協(xié)助本領(lǐng)域的技術(shù)人員實施本發(fā)明，而并非旨在以任何方式限制本發(fā)明的整體范圍，除非另有明確的相反說明。本領(lǐng)域常見的特征未做詳細(xì)說明，因為它們被視為容易被本領(lǐng)域的技術(shù)人員的理解。相似地，在整個本說明書中，術(shù)語“包括”及其語法等同物應(yīng)理解為具有包含的意義，除非另有明確的相反說明。
權(quán)利要求
1.一種電隔離器，包括: a)本體，貫穿其中限定有孔穴； b)第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處； c)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和 d)至少兩個凹狀電場控制屏蔽，在所述孔穴的相應(yīng)端部處并圍繞所述孔穴固定至所述本體，使得所述屏蔽相對于所述孔穴橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此。
2.如權(quán)利要求1所述的電隔離器，其中，所述本體由實心介電絕緣材料制成。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項所述的電隔離器，其中，所述孔穴是管狀的。
4.如權(quán)利要求1-·3中任一項所述的電隔離器，包括滑動觸頭，用于在所述孔穴中將所述第一觸頭連接至所述第二觸頭。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電隔離器，包括構(gòu)造成致動所述第二觸頭穿過所述孔穴與所述第一觸頭接觸或者脫離接觸的機構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的電隔離器，其中，所述本體包括外部導(dǎo)電屏蔽。
7.如權(quán)利要求6所述的電隔離器，其中，所述外部導(dǎo)電屏蔽包括導(dǎo)電漆或者噴射的金屬涂層。
8.如權(quán)利要求6或7中任一項所述的電隔離器，其中，所述外部導(dǎo)電屏蔽在使用中是接地的。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的電隔離器，其中，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。
10.一種電隔離器，包括: a)本體，貫穿其中限定有孔穴； b)第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處； c)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和 d)至少兩個電場控制屏蔽，從所述孔穴的相應(yīng)端部向外延伸。
11.如權(quán)利要求10所述的電隔離器，其中，所述本體由實心介電絕緣材料制成。
12.如權(quán)利要求10-11中任一項所述的電隔離器，其中，所述孔穴是管狀的。
13.如權(quán)利要求10-12中任一項所述的電隔離器，包括滑動觸頭，用于在所述孔穴中將所述第一觸頭連接至所述第二觸頭。
14.如權(quán)利要求10-13中任一項所述的電隔離器，包括構(gòu)造成致動所述第二觸頭穿過所述孔穴與所述第一觸頭接觸或者脫離接觸的機構(gòu)。
15.如權(quán)利要求10-14中任一項 所述的電隔離器，其中，所述本體包括外部導(dǎo)電屏蔽。
16.如權(quán)利要求15所述的電隔離器，其中，所述外部導(dǎo)電屏蔽包括導(dǎo)電漆或者噴射的金屬涂層。
17.如權(quán)利要求15或16中任一項所述的電隔離器，其中，所述外部導(dǎo)電屏蔽在使用中是接地的。
18.如權(quán)利要求10-17中任一項所述的電隔離器，其中，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。
19.一種電氣開關(guān),包括: a)殼體； b)斷續(xù)器，位于所述殼體內(nèi)，用于中斷電流； c)隔離器，位于所述殼體內(nèi)，并配置成與所述斷續(xù)器電連通，所述隔離器具有: i)本體，貫穿其中限定有孔穴； )第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處； iii)第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和 iv)至少兩個凹狀電場控制屏蔽，在所述孔穴的相應(yīng)端部處并圍繞所述孔穴固定至所述本體，使得所述屏蔽相對于所述孔穴橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此；和 V)構(gòu)造成用于致動所述斷續(xù)器和所述隔離器的機構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的電氣開關(guān)，其中，所述斷續(xù)器包括真空斷續(xù)器。
21.如權(quán)利要求19或20中任一項所述的電氣開關(guān)，其中，所述機構(gòu)包括絕緣推桿，其進入所述殼體穿過所述殼體的一 部分中的通道，所述殼體具有在所述通道的相應(yīng)端部處并圍繞所述通道固定至所述一部分的至少兩個凹狀電場控制屏蔽，使得所述屏蔽相對于所述通道橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此，所述屏蔽構(gòu)造成將電場分布在所述通道中，以提供低電應(yīng)力的區(qū)域。
22.如權(quán)利要求19-21中任一項所述的電氣開關(guān)，其中，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述孔穴中的電場，以由此在所述觸頭之間維持期望的電應(yīng)力分布。
23.一種電氣開關(guān)，包括斷續(xù)器和如權(quán)利要求1-18中任一項所述的隔離器。
24.一種電隔離室，用于電氣地隔離第一和第二區(qū)域，所述隔離室包括: a)通道，在所述第一和第二區(qū)域之間延伸； b)延伸穿過所述通道的構(gòu)件； c)至少兩個凹狀電場控制屏蔽，圍繞所述通道設(shè)置，使得所述屏蔽相對于所述室橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此，所述屏蔽構(gòu)造成將電場分布在所述室中，以便提供低電應(yīng)力的第三區(qū)域，所述構(gòu)件延伸穿過所述第三區(qū)域。
25.如權(quán)利要求24所述的電隔離室，其中，所述第一和第二區(qū)域中的至少一者設(shè)置在用于電氣設(shè)備的殼體內(nèi)。
26.如權(quán)利要求24或權(quán)利要求25所述的電隔離室，其中，所述屏蔽構(gòu)造成修改所述室中的電場，以由此沿所述構(gòu)件維持期望的電應(yīng)力分布。
27.如權(quán)利要求24-26中任一項所述的電隔離室，其中，所述構(gòu)件包括以下中的至少一者: a)機械致動器； b)光學(xué)纖維；和 c)流體管子。
28.一種電隔離器或者電氣開關(guān)，大致如以上所描述的。
29.一種電隔離器或者電氣開關(guān)，大致如以上所描述以及參考附圖所示出的。
全文摘要
一種電隔離器，其包括本體，貫穿其中限定有孔穴；第一電觸頭，配置在所述孔穴的第一端處；第二電觸頭，可移動地配置在所述孔穴的第二端處，所述第二觸頭構(gòu)造成可操作地移動穿過所述孔穴，以電連接至所述第一觸頭或者與所述第一觸頭分離；和至少兩個凹狀電場控制屏蔽，在所述孔穴的相應(yīng)端部處并圍繞所述孔穴固定至所述本體，使得所述屏蔽相對于所述孔穴橫向定位，并且每個凹狀屏蔽的開放端朝向彼此。
文檔編號H01H33/662GK103081050SQ201180043015
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者B.A.沃森 申請人:西門子有限公司