一种盆式绝缘子及使用该绝缘子的GIS开关设备

技术领域

本发明涉及一种盆式绝缘子及使用该绝缘子的GIS开关设备，属于高压电气设备领域。

背景技术

盆式绝缘子是GIS(Gas Insulated metal enclosed Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)的重要组成部件之一，它联系着高电位部件与低电位外壳，起着支撑与对地绝缘的作用，是GIS必不可少的元件，其在使用时往往会被装配在两个高压开关筒体之间。盆式绝缘子的设计除考虑支承强度外主要考虑电场的均匀性，以及绝缘件表面场强、绝缘件内部工作场强和长期运行下的劣化特性。

现有盆式绝缘子可以划分为两大类：不含金属法兰的浇注盆式绝缘子、含金属法兰的盆式绝缘子。不含金属法兰的浇注盆式绝缘子虽然可以直接安装，无需对其进行装配，但是由于其环氧树脂直接暴露在大气环境，长期运行受紫外线与污秽侵蚀会缩短其使用寿命，且浇注盆式绝缘子与金属法兰对接部不能通流，两端必须安装跨接导流排，实现金属外壳表皮电流流通及接地。含有金属法兰装配式盆式绝缘子需要通过压板、支撑架、紧固件等零部件完成整体装配，存在装配复杂，绝缘部件与金属法兰的连接可靠性不足的缺点，且装配过程中容易引入异物或装配不良，从而导致产品耐压试验不合格或局放超标。

为了解决上述问题，作为改进的方案，通过环氧树脂将导体、法兰一体化浇铸成型，解决环氧树脂在大气环境中的暴露，以及含金属法兰盆式绝缘子在分体结构时存在的装配复杂等问题。但该一体化浇铸方案还存在一些问题：由于环氧树脂与导体、金属法兰的热膨胀系数不同，导致冷却成型后，金属法兰与环氧树脂的结合处会产生间隙，影响绝缘子的密封性，存在耐压性不足的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盆式绝缘子，以解决现有盆式绝缘子绝缘部件与法兰连接可靠性不足的问题，在简化盆式绝缘子结构的同时，提高产品的可靠性，从而延长盆式绝缘子的使用寿命。本发明的目的还在于提供一种使用上述盆式绝缘子的GIS开关设备。

为实现上述目的，本发明的盆式绝缘子采用如下技术方案：

盆式绝缘子，包括中间嵌件、法兰以及设置于中间嵌件和法兰之间的绝缘部，所述法兰的边缘上设有法兰浇注口，所述法兰与所述绝缘部的结合面处在所述法兰或所述绝缘部中的一个上设置有向另外一个延伸的凸起，所述法兰与所述绝缘部通过所述凸起与所述浇注口加强连接。

上述技术方案的有益效果在于：本发明提供的盆式绝缘子，通过法兰边缘上设置的浇注口，实现环氧树脂在浇注后形成在法兰与绝缘部的结合面处向对方延伸的凸起，使得法兰与绝缘部分别在凸起部分向对方延伸，增加了二者的结合面，配合浇注口冷却后与绝缘部的紧密连接，进一步增加了绝缘部与法兰的接触面，从而消除法兰与绝缘部结合处的因膨胀系数不同造成的空隙并提高二者连接的可靠性，进而提升了盆式绝缘子的密封性及耐压性能。

进一步地，所述绝缘部与法兰结合处的一侧设有所述凸起，所述法兰的内周面设有与所述凸起对应的凹槽。

上述技术方案的有益效果在于：将凹槽设置在铝法兰的内周面，结构简单，便于法兰在制造时直接加工成型；而绝缘部主要为环氧树脂，在浇铸时，液态的环氧树脂注入法兰的凹槽形成凸起即可实现法兰与绝缘部的有效结合。

进一步地，所述凸起沿所述法兰周向均匀分布2个以上。

上述技术方案的有益效果在于：通过在法兰周向均匀设置2个以上的凸起，便于平衡法兰与绝缘部连接部位的受力，增强法兰与绝缘部连接的可靠性与稳定性。

进一步地，所述绝缘部与法兰连接处的内部设有屏蔽环，所述屏蔽环上设置有用于导电连接法兰的导电连接柱，所述导电连接柱的轴向中心设置有容纳弹簧并与法兰沉孔贯通的螺纹孔。

上述技术方案的有益效果在于：屏蔽环设置于绝缘部与法兰连接处，可有效降低接地侧的电场强度；屏蔽环上设置导电连接柱，结构简单，易于加工制造的实现，也使得导电连接柱在紧固压缩弹簧时受力较小；在导电连接柱内设置容纳弹簧的腔体，可以起到对弹簧的导向和支撑作用，同时保证弹簧在正常压缩下不发生扭曲，确保弹簧与屏蔽环和六角螺栓的可靠连接，从而保证良好的导电接地效果。

进一步地，所述中间嵌件靠近绝缘部的两侧边缘设置应力释放槽。

上述技术方案的有益效果在于：可以方便吸收中间嵌件在受力时产生的变形，同时在绝缘部降温成型时能够使得中间嵌件与绝缘部更紧密的贴合，从而提高绝缘子的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的GIS开关设备采用如下技术方案：

GIS开关设备，包括设置于GIS开关设备中的盆式绝缘子，所述盆式绝缘子，包括中间嵌件、法兰以及设置于中间嵌件和法兰之间的绝缘部，所述法兰的边缘上设有法兰浇注口，所述法兰与所述绝缘部的结合面处在所述法兰或所述绝缘部中的一个上设置有向另外一个延伸的凸起，所述法兰与所述绝缘部通过所述凸起和所述法兰浇注口加强连接。

上述技术方案的有益效果在于：本发明提供的GIS开关设备，应用的盆式绝缘子通过法兰边缘上设置的浇注口，实现环氧树脂在浇注后形成在法兰与绝缘部的结合面处向对方延伸的凸起，使得法兰与绝缘部分别在凸起部分向对方延伸，增加了二者的结合面，配合浇注口冷却后与绝缘部的紧密连接，进一步加强了绝缘部与法兰的接触面，从而消除法兰与绝缘部结合处的因膨胀系统不同造成的空隙并提高二者连接的可靠性，进而提升了盆式绝缘子的密封性及耐压性能。

进一步地，所述绝缘部与法兰结合处的一侧设有所述凸起，所述法兰的内周面设有与所述凸起对应的凹槽。

上述技术方案的有益效果在于：将凹槽设置在铝法兰的内周面，结构简单，便于法兰在制造时直接加工成型；而绝缘部主要为环氧树脂，在浇铸时，液态的环氧树脂注入法兰的凹槽即可实现法兰与绝缘部的有效结合。

进一步地，所述凸起沿所述法兰周向均匀分布2个以上。

上述技术方案的有益效果在于：通过在法兰周向均匀设置2个以上的凸起，便于平衡法兰与绝缘部连接部位的受力，增强法兰与绝缘部连接的可靠性与稳定性。

进一步地，所述绝缘部与法兰连接处的内部设有屏蔽环，所述屏蔽环上设置有用于导电连接法兰的导电连接柱，所述导电连接柱的轴向中心设置有容纳弹簧并与法兰沉孔贯通的螺纹孔。

上述技术方案的有益效果在于：屏蔽环设置于绝缘部与法兰连接处，可有效降低接地侧的电场强度；屏蔽环上设置导电连接柱，结构简单，易于加工制造的实现；在导电连接柱内设置容纳弹簧的腔体，可以起到对弹簧的导向和支撑作用，同时保证弹簧在正常压缩下不发生扭曲，确保弹簧与屏蔽环和六角螺栓的可靠连接，从而保证良好的导电接地效果。

进一步地，所述中间嵌件靠近绝缘部的两侧边缘设置应力释放槽。

上述技术方案的有益效果在于：可以方便吸收中间嵌件在受力时产生的变形，同时在绝缘部降温成型时能够使得中间嵌件与绝缘部更紧密的贴合，从而提高绝缘子的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为图1的B位置放大图。

图中：1、中间嵌件；2、绝缘部；3、法兰；4、屏蔽环；5、导电连接柱；6、安装孔；7、六角螺栓；8、螺栓密封圈；9、弹簧；11、应力释放槽；21、凸起；31、凹槽；32、法兰浇注口；33、法兰沉孔；34、盖板密封圈；35、尼龙盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。

本发明中的盆式绝缘子的实施例1：

如图1～2所示，盆式绝缘子包括中间嵌件1、法兰3以及设置于中间嵌件1和法兰3之间的绝缘部2，绝缘部2与法兰3连接处的内部设有屏蔽环4。具体的，法兰3的边缘上设有浇注口32，通过法兰浇注口32，完成对中间嵌件1、法兰3、屏蔽环4的一体化环氧树脂浇注。为了使成型的绝缘部2能够牢固地与法兰3连接，本实施例中，绝缘部2与法兰3的结合处在绝缘部的一侧设置两处通过环氧树脂浇注形成的凸起21，对应的，在法兰3的内周面，即法兰3与绝缘部2的结合处在法兰3的一侧设计两处匹配凸起21的凹槽31；在浇注后，绝缘部2形成的凸起21嵌入法兰3的凹槽31，从而由凹槽31与法兰浇注口32形成三点均匀分布的稳固支撑，进一步加强了绝缘部2与法兰3的连接，增强了二者连接的可靠性，消除因热膨胀系数不同造成的空隙，进而提高了盆式绝缘子的密封性及耐压性能。本实施例中，法兰3为金属材料，优先地为铝质；法兰3的周向均匀设置有安装孔6，用于与GIS开关设备其他部件配合连接。

如图2所示，在本实施例中，由于绝缘部2与金属中间嵌件1的热膨胀系数不同，为了满足成品状态下二者的紧密接触，在中间嵌件1的两侧边缘设计应力释放槽11。应力释放槽11在环氧树脂降温成型时依据树脂的物理特性收缩或扩张，使得中间嵌件1能够与绝缘部2紧密贴合。在GIS开关设备安装完成后，绝缘盆子两侧导体的重力会对中间嵌件1产生弯矩，此时中间嵌件1通过应力释放槽11不同部位的收缩与扩张，吸收因中间嵌件1弯矩产生的形变而不传导至绝缘部2，实现对绝缘部2的保护，从而提升盆式绝缘子的使用寿命。

在本实施例中，法兰浇注口32采用倒梯形的截面设计有利于浇注时液态环氧树脂在浇注腔内更均匀地流动。在盆式绝缘子浇注成型后，在法兰浇注口32安装带有盖板密封圈34的尼龙盖板35，完成对法兰浇注口32的密封。尼龙盖板35可以通过螺栓固定于法兰浇注口32，也可以通过其他方式固定，确保连接的可靠性即可。

如图3所示，设置于绝缘部2与法兰3连接处的屏蔽环4，可有效降低接地侧的电场强度。在屏蔽环4的圆周沿屏蔽环4的圆周均匀焊接3个导电连接柱5,在导电连接柱5的轴向中心设有用于容纳弹簧9的螺纹孔,该螺纹孔与法兰沉孔33贯通；带密封槽的六角螺栓7的底部具有容纳弹簧9的凹槽，能够起到对弹簧9的导向和支撑作用，能够保证弹簧9在六角螺栓7的正常压缩且不发生扭曲；六角螺栓7穿过法兰沉孔33与预先设置于导电连接柱5内的弹簧9接触，通过对六角螺栓7的紧固实现对弹簧9的压缩，实现屏蔽环4与法兰3的可靠导通，从而实现屏蔽环4通过法兰3可靠的接地。此种接地导通结构，使得导电连接柱5的受力较小，进而使用导电连接柱5周围浇注的绝缘部2受力同样较小。此外，六角螺栓7设置有用于容纳螺栓密封圈8的密封槽，通过与法兰沉孔33的配合实现对螺栓密封圈8与弹簧9的压缩和紧固，可有效保证屏蔽环4与法兰3的可靠导通，也保证了法兰3的密封效果，这样外界的杂物不会顺着屏蔽环4接地导通结构的路径渗入绝缘部2的浇注内部，在简化装配结构的同时，使得盆式绝缘子的外形更加简洁。

本发明中的盆式绝缘子的实施例2：

与实施例1不同的是，在实施例1中，法兰的内周面设有凹槽，所述绝缘部与法兰结合处的一侧设有凸起。本实施例中，凹槽设置于绝缘部与法兰结合处的绝缘部一侧，凸起设置于法兰的内周面。

本发明中的盆式绝缘子的实施例3：

与实施例1不同的是，在实施例1中，通过设置在法兰的法兰浇注口和设置在绝缘部的凸起实现绝缘部与法兰的固定连接。本实施例中，不再设置绝缘部的凸起，仅设置2个以上的法兰浇注口，通过法兰浇注口实现绝缘部与法兰的加强连接。

本发明中的盆式绝缘子的实施例4：

与实施例1不同的是，在实施例1中，接地导通结构通过弹簧与六角螺栓的配合实现导电连接柱和法兰的导电连接。本实施例中，接地导通结构中，取消弹簧的设置，通过六角螺栓直接实现导电连接柱和法兰的导电连接。

本发明中的盆式绝缘子的实施例5：

与实施例1不同的是，在实施例1中，导电连接柱的轴向中心设置有容纳弹簧的螺纹孔，弹簧与六角螺栓的配合实现导电连接柱和法兰的导电连接。本实施例中，导电连接柱为实心的圆柱体，将弹簧活动的套设于导电连接柱外周，通过弹簧与六角螺栓的配合实现导电连接柱和法兰的导电连接。其他实施例中，导电连接柱与六角螺栓也可以设置成插接结构。

本发明中的GIS开关设备的实施例：

本实施例的GIS开关设备包括设置于GIS开关设备中的盆式绝缘子，盆式绝缘子的结构与上述盆式绝缘子各实施例中的一致，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。