CN103109419B - 水下容器电通连接器 - Google Patents

Abstract

提供了一种水下容器电通连接器（100），用于提供从水下容器的内部到水下容器的外部的电连接，其中，连接器（100）部分地延伸到水下容器的孔中或者完全延伸穿过水下容器的孔。连接器（100）包括导电螺栓（102），螺栓具有锥形螺栓部分（104），该锥形螺栓部分具有在纵向方向（108）上增大的外直径。进一步地，连接器（100）包括电绝缘器（136），电绝缘器（136）具有锥形绝缘器部分（138），该锥形绝缘器部分具有面对螺栓（102）的锥形螺栓部分（104）的内表面（140）和具有在纵向方向（108）上增大的外直径的外表面（142）。

Description

水下容器电通连接器

发明领域

本发明涉及水下配电***领域。

背景技术

从实践中已知，配电***的开关装置可以在六氟化硫中工作。

包含该开关装置和六氟化硫的陆基容器的普通的电通连接器并不适合在水下工作。

鉴于上面描述的情形，需要改进技术以便能够提供水下配电***，同时实质上避免或至少降低上面指出的问题中的一个或多个。

发明内容

此需求可以通过独立权利要求的主题来满足。本文所公开的主题的有利实施例通过从属权利要求描述。

根据本文所公开主题的第一方案，提供了一种水下容器电通连接器，后文也将其称作“连接器”或“穿透器”，其用于提供从水下容器的内部到水下容器的外部的电连接，所述连接器包括：导电材料制成的螺栓，所述螺栓具有锥形螺栓部分，所述锥形螺栓部分具有在纵向方向上增大的外直径；和电绝缘器，所述电绝缘器具有锥形绝缘器部分，所述锥形绝缘器部分具有面对所述螺栓的锥形部分的内表面和与所述内表面相对的外表面，所述锥形绝缘器部分的外表面具有在所述纵向方向上增大的外直径。

这个方案基于这样的思想，即：关于由水下容器的内部和外部之间巨大的压差引起的电通连接器的密封性和材料损坏问题，可用根据本文所公开主题的各种方案和实施例的连接器来克服。

根据一个实施例，所述螺栓进一步包括：前螺栓部分，其与所述锥形螺栓部分限定了弯折（kink），所述锥形螺栓部分的外表面与所述前螺栓部分的外表面在所述弯折处以小于180度的角度邻接。如此限定的弯折可以与隔离器一起提供增大的保持力，防止连接器挤压穿过容器中安装该连接器的孔。

根据另一实施例，所述前螺栓部分具有沿所述纵向方向的恒定外直径。换言之，在此实施例中，前螺栓部分具有圆柱形形状。这可有助于有利的应力分布。

根据另一实施例，所述电绝缘器在所述螺栓的前螺栓部分和锥形螺栓部分之间的所述弯折上延伸；其中，所述电绝缘器在所述螺栓的前面部分和锥形螺栓部分之间的所述弯折的纵向位置处具有平滑的外表面部分。当电绝缘器受到压力时，如果螺栓被更深地（在从锥形螺栓部分到前螺栓部分的方向上）推到电绝缘器中，这种配置可导致螺栓在周围电绝缘器中的保持力增大。

根据另一实施例，所述螺栓进一步包括：后螺栓部分，其与所述锥形螺栓部分限定了弯折，所述锥形螺栓部分的外表面和所述后螺栓部分的外表面在所述弯折处以大于180度的角度邻接。根据另一实施例，所述后螺栓部分具有沿所述纵向方向的恒定外直径。因此，在一个实施例中，后螺栓部分被成形为圆柱形。

根据另一实施例，所述电绝缘器在所述螺栓的锥形螺栓部分和后螺栓部分之间的所述弯折上延伸。根据另一实施例，所述电绝缘器进一步具有后绝缘器部分，所述后绝缘器部分至少部分地在所述螺栓的后螺栓部分上延伸。

根据一个实施例，所述后绝缘器部分具有在所述纵向方向上减小的外直径。这降低了电绝缘器的质量，同时仍可提供有利的应力分布。

根据另一实施例，所述电绝缘器进一步包括在其纵向轮廓中的台阶。

根据另一实施例，所述螺栓的至少所述锥形螺栓部分具有喷砂外表面。根据其它实施例，所述螺栓的整个外表面是喷砂的。根据其它实施例，所述螺栓的粗糙外表面是由其它手段提供的。根据一个实施例，在z方向（即在径向方向上）的粗糙度是Rz=30+20微米。

根据一个实施例，所述电绝缘器包括环氧树脂。根据另一实施例，所述电绝缘器由环氧树脂组成。根据一个实施例，所述电绝缘器包括陶瓷。根据另一实施例，所述电绝缘器由陶瓷制成。根据一个实施例，所述电绝缘器是铸造元件，例如铸造管。根据一个实施例，所述电绝缘器由硬质材料制成，以便提供高的尺寸精度和机械加工性。

根据另一实施例，所述螺栓由铜构成。根据其它实施例，其它金属可以用作用于螺栓的材料。如果陶瓷被用作电绝缘器，则陶瓷和铜可以被铜焊在一起。根据其它实施例，也可使用其它技术，例如摩擦焊接。

根据其它实施例，只要没有外部压力作用在螺栓上，将螺栓压到电绝缘器中，在电绝缘器和螺栓之间存在松动连接。通过用铜作为螺栓材料，结合锥形螺栓部分的特定表面粗糙度，获得了连接器的良好特性。

根据一个实施例，保护性套筒被安装在连接器上。保护性套筒防止损坏隔离器表面或者防止弄脏隔离器表面。

根据第二方案，提供了一种水下容器，所述水下容器包括根据第一方案或其实施例的连接器。根据一个实施例，所述容器包括内部以及与内部相对的外部。根据一个实施例，所述容器的内部是由容器壁限定的。

根据一个实施例，所述连接器延伸到所述水下容器的内部。根据一个实施例，所述容器被部分地或全部填充有六氟化硫。根据应用，其它填充材料也是可行的。根据一个实施例，所述容器包括电力网络元件，例如开关装置。根据一个实施例，所述电力网络元件的额定电压以及所述连接器的额定电压是36千伏。根据其它实施例，所述电力网络元件的额定电压更高，在又一些其它实施例中，所述电力网络元件的额定电压更低。例如，在另一实施例中，额定电压在10千伏和70千伏之间的范围内，或者在另一实施例中，在50千伏和200千伏之间的范围内，例如，在80千伏和140千伏之间。在一个实施例中，连接器的额定电流是1千安（1kA）。在其它实施例中，额定电流在100安培和4千安培之间的范围内。应当注意的是，连接器必须能够承受额定电压、额定电流以及在水下安装条件下施加的压力。

根据另一实施例，所述连接器延伸到水下容器的外部，所述外部能够加压到高达300巴，而所述水下容器的内部处于相对低的压力，例如低于10巴，低于5巴或者低于2巴，这只是举出几个例子。

在另一实施例中，所述水下容器是抗压型容器，其适于在被部署到水下时保持内部压力低于外部压力，其中，所述连接器穿过所述容器的壁，使得所述连接器的锥形绝缘器部分的外直径在其上增大的纵向方向从所述容器的内部延伸到所述容器的外部。例如，所述锥形绝缘器部分的外直径从所述容器的内部到所述容器的外部增大。外部和内部之间的压差，即较高的外部压力可以将连接器向由所述容器的壁中的锥形通孔形成的座推进，连接器穿过所述通孔，从而提高了连接器和壁之间的密封。

根据另一实施例，所述容器被配置成用于安装在海床上。例如，在相应的实施例中，所述容器能够被安装在低于一预定上限水平的水深中（例如100米、800米、2000米或3000米），每个上限水平对应于本文所公开主题的一个相应实施例。根据相应的另外的实施例，所述容器能够在与特定深度对应的压力下安装，其中，在一个实施例中，所述压力是由特定深度的海水产生的压力，在另一实施例中，所述压力是由特定深度的淡水产生的压力。根据相应的另外的实施例，所述容器能够（即被配置成）安装至一预定下限水平的水深（例如，200米、1000米、3000米或4000米），每个下限水平对应于本文所公开主题的一个相应实施例，这导致了例如取决于水的密度，取决于水温，取决于水的类型（海水或淡水）的相应压力。

在上文中，已经参照水下容器电通连接器和包括这种连接器的容器描述了本文所公开主题的示例性实施例，在下文中还将对其进行描述。当然，必须指出，与本文所公开主题的不同方案有关的特征的任何组合也是可能的。具体地，参照连接器的权利要求描述了一些实施例，参照容器的权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员根据上文和下文的描述可总结出，除非另行指出，否则除了属于一个方案的特征的任意组合之外，属于不同方案或实施例的特征之间（例如甚至连接器权利要求的特征与容器权利要求的特征之间）的任意组合也应被认为已被本申请公开。

根据本文后面部分描述的例子，本发明上文限定的方案和实施例以及另外的方案和实施例将变得明显，并且将参照附图对它们进行解释，但本发明并不局限于此。

附图说明

图1示出了根据本文所公开主题的实施例的水下容器电通连接器的螺栓。

图2示出了带有电绝缘器的图1的螺栓，它们形成了根据本文所公开主题的实施例的水下容器电通连接器。

图3示出了根据本文所公开主题的实施例的、带有已安装保护器的图2的水下容器电通连接器。

图4示出了根据本文所公开主题的实施例的水下容器的一部分。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同附图中，为相似或相同的元件提供了相同的附图标记或仅在第一位数字与相应附图标记不同的附图标记。

图1示出了根据本文所公开主题的实施例的水下容器电通连接器的一部分，即铜螺栓102。

根据一个实施例，螺栓102具有锥形螺栓部分104，其外直径106在纵向方向108上增大。前螺栓部分110与锥形螺栓部分104限定了弯折112。锥形螺栓部分104的外表面114和前螺栓部分110的外表面116以小于180度的角度118在弯折112处邻接，如图1所示。

在一个实施例中，弯折112处于通过连接器被***到水下容器的内部的位置处。换言之，此位置表明穿透器安装于其中的盖或罐的外壳的厚度和连接器穿过进入容器内部的程度。

根据一个实施例，后螺栓部分120在与前螺栓部分110相对的一侧邻接锥形螺栓部分104。根据一个实施例，前螺栓部分104和后螺栓部分120是圆柱形的。

根据另一实施例，后螺栓部分120与锥形螺栓部分104限定了弯折122，并且其相应表面114、124在弯折122处以大于180度的角度邻接。根据一个实施例，两个弯折112、122处的角度的和是360度。根据其它实施例，两个弯折112、122处的角度的和更小，或者在另一实施例中，该角度大于360度。

根据一个实施例，螺栓的正面128、130是扁平的。扁平的正面128、130便于与导体（未显示）的良好电连接，导体可被附连到螺栓102。根据一个实施例，正面128、130分别包括螺纹132、134，以用于安装导体。重要的是确保容器壁（例如容器的金属盖）和螺栓102的扁平正面128、130之间的要求距离以便为施加的电压提供必要的绝缘水平。

根据一个实施例，螺栓102的外表面114、116、124具有预定的表面粗糙度，例如通过对外表面114、116、124进行喷砂可获得表面粗糙度。在一个实施例中，螺栓表面处的粗糙度被配置成确保螺栓和铸造工艺中的环氧树脂之间的牢固附着。

图2示出了根据本文所公开主题的实施例的水下容器电通连接器100（在下面称作连接器）。

根据一个实施例，连接器100包括关于图1描述的螺栓102。根据另一个实施例，连接器100包括由环氧树脂制成的电绝缘器136。根据一个实施例，电绝缘器136是铸造元件。根据一个实施例，环氧树脂通过铸造操作（例如通过在螺栓周围铸造环氧树脂）被固定到螺栓。根据一个实施例，铸造操作是真空铸造操作。也可以应用其它的铸造方法。

电绝缘器136具有锥形绝缘器部分138，其内表面140面对螺栓的锥形部分104，具体面对锥形部分104的外表面114。外表面142被径向地定位成与内表面140相对。锥形绝缘器部分138的外表面142具有在纵向方向108上增大的外直径144。

根据一个实施例，电绝缘器136在螺栓102的前螺栓部分110和锥形螺栓部分104之间的弯折112上延伸。根据一个实施例，外表面142是平滑的，具体在弯折112的纵向位置处是平滑的。例如，在一个实施例中，外表面142在弯折112的纵向位置上是直的。通常在本文中，“纵向位置”指沿纵向方向108的相应位置。根据一个实施例，锥形绝缘器部分138在前螺栓部分110的至少一部分上延伸，如图2中所示。在一个实施例中，弯折112处于通过连接器在水下容器的壁内部的位置，此位置由图2中的水平线119表示。

根据另一实施例，电绝缘器136在螺栓的锥形螺栓部分104和后螺栓部分120之间的弯折122上延伸，并包括在其纵向轮廓中（即在其沿纵向方向的轮廓中）的台阶147。电绝缘器136进一步形成后绝缘器部分148，其至少部分地在螺栓102的后螺栓部分120上延伸。

根据一个实施例，后绝缘器部分148具有在纵向方向108上减小的外直径。

图3示出了具有安装于其上的保护性套筒150的图2的连接器100。保护性套筒150是有利的，原因是擦伤对于连接器100的功能可能是有害的。此保护性套筒可能只在存放和操纵过程中有作用，并且在安装之前必须移除。

图4示出了根据本文所公开主题的实施例的水下容器200的一部分。

根据一个实施例，水下容器200包括如本文中公开的连接器，例如图2的连接器100。容器200具有容器壁202，其限定容器200的内部204与外部206。在内部204，水下电力网络的组件（未显示）被定位在容器200的内部204。根据另一个实施例，壁202具有形成于其中的锥形通孔208。在一个实施例中，通孔208和连接器100被配置成使得连接器100穿过预定距离进入到容器200的内部204。在另一个实施例中，通孔208和连接器100被配置成使得***到通孔208中的连接器100穿过另一预定距离进入到容器200的外部206。至少在容器壁202由金属制成的情况下，这些预定距离被配置成，以便提供螺栓102的接触面和容器壁202之间的充分绝缘。

根据一个实施例，锥形孔208具有直的壁。在其它实施例中，通孔具有锥形壁部分。锥形壁部分可以是直的、但锥形汇聚的壁部分。在其它实施例中，锥形壁部分不是直的，而是大致弧形的。在一个实施例中，通孔208的锥形壁或壁部分和锥形绝缘器部分138被配置成具有配合表面。

根据一个实施例，连接器100在内部204和外部206之间延伸。在其它实施例中，连接器100只延伸到孔的一部分中。在此实施例中，随着连接器不延伸通过孔208，而只是穿过孔，这种连接器也被称作穿透器。重要的是要确保穿透器安装于其中的壁和螺栓之间有足够的绝缘距离。在一些情况下，这是通过将连接器延伸到两侧的小室（内部204和外部206）中来确保的。

在一个实施例中，内部204以1.5巴的压力填充有六氟化硫。容器200针对外部206为320巴的水压配置。在一个实施例中，用于连接器的额定电压是36千伏（kV）。为了在连接器100由外部206水压保持就位之前，将连接器100固定到容器200，提供了保持器210，将连接器100保持就位。保持器210可包括两个或多个支架，支架被定位在容器壁202中的孔208周围。支架可以任何适当手段（例如，螺丝、粘合剂或通过钎焊、焊接等）被固定到容器壁。

应当说明的是，用语“包括”并不排除其它元件或步骤，表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个。同样，联系不同实施例描述的元件可以被结合。还应说明的是，权利要求中的附图标记不应被解读为限制权利要求的范围。

为了概括上文描述的本文所公开主题的实施例中的一些，可以说明：

提供了一种水下容器电通连接器，所述连接器用于提供从水下容器的内部到所述水下容器的外部的电连接，其中，所述连接器部分地延伸到或全部延伸通过水下容器中的孔。所述连接器包括导电螺栓，所述导电螺栓具有锥形螺栓部分，其外直径在纵向方向上增大。而且，所述连接器包括电绝缘器，所述电绝缘器具有锥形绝缘器部分，所述锥形绝缘器部分具有面对所述螺栓的锥形螺栓部分的内表面和与具有在所述纵向方向上增大的外直径的外表面。

而且，对于示例性连接器和示例性水下容器，可以说明：

在一个实施例中，提供了一种穿透水下开关柜的穿透器，穿透器包括导体，所述导体被配置为锥形铜螺栓和围绕锥形铜螺栓的锥形铸造环氧树脂绝缘层。

作为导体的锥形铜螺栓被锥形铸造环氧树脂绝缘层围绕。穿透器遭受的单侧压力会将穿透器固定在容器壁的锥形孔（例如压力罐的盖子）中，确保紧密配合，因此防止高压侧的任何泄露。

另外，铜螺栓具有相同目的的锥形形状。为了组装目的，以及为了防止遭受压力之前穿透器变得松动，会在高压侧增设固定装置。

基于环氧树脂绝缘材料，穿透器被设计为36kV，达到320巴的压差。这用非常少的部件带来非常简单、可靠的设计。随着压力增大，暴露的压力会将穿透器推到孔中，确保紧密配合，因此防止泄露。

在另一实施例中，可以使用陶瓷技术，在这种技术中，陶瓷和铜被钎焊。

Claims (16)

1.水下容器电通连接器（100），所述连接器用于提供从水下容器的内部到所述水下容器的外部的电连接，所述连接器（100）包括：

· 由导电材料制成的螺栓（102），所述螺栓（102）具有锥形螺栓部分（104），所述锥形螺栓部分具有在纵向方向（108）上增大的外直径（106）；和

· 电绝缘器（136），所述电绝缘器（136）具有锥形绝缘器部分（138），所述锥形绝缘器部分具有面对所述螺栓（102）的锥形螺栓部分（104）的内表面（140）和与所述内表面（140）相对的外表面（142），所述锥形绝缘器部分（138）的外表面（142）具有在所述纵向方向（108）上增大的外直径（144），

· 其中，所述连接器（100）的锥形绝缘器部分（138）的外直径在其上增大的纵向方向（108）从所述容器（200）的内部（204）延伸到所述容器的外部（206），所述容器（200）的外部（206）和内部（204）之间的压差将所述连接器（100）推靠在由所述容器的壁（202）中所述连接器穿过的锥形通孔（208）所形成的座上，从而改善了连接器（100）与所述壁（202）之间的密封。

2.根据权利要求1所述的连接器，所述螺栓（102）进一步包括：

· 前螺栓部分（110），其与所述锥形螺栓部分（104）限定了弯折（112），所述锥形螺栓部分（104）的外表面（114）与所述前螺栓部分（110）的外表面（116）在该弯折（112）处以小于180度的角度（118）邻接。

3.根据权利要求2所述的连接器，其中，所述前螺栓部分（110）具有沿所述纵向方向（108）的恒定外直径。

4.根据权利要求2或3所述的连接器，其特征在于：

· 所述电绝缘器（136）在所述螺栓（102）的前螺栓部分（110）和锥形螺栓部分（104）之间的弯折（112）上延伸；

· 所述电绝缘器（136）在所述螺栓（102）的前面部分（110）与锥形螺栓部分（104）之间的弯折（112）的纵向位置处具有平滑的外表面部分。

5.根据权利要求1-3之一所述的连接器，所述螺栓（102）进一步包括：

· 后螺栓部分（120），其与所述锥形螺栓部分（104）限定了弯折（122），所述锥形螺栓部分（104）的外表面（114）与所述后螺栓部分（120）的外表面（124）在该弯折（122）处以大于180度的角度（126）邻接。

6.根据权利要求5所述的连接器，其中，所述后螺栓部分（120）具有沿所述纵向方向（108）的恒定外直径。

7.根据权利要求5之一所述的连接器，

· 所述电绝缘器（136）在所述螺栓（102）的锥形螺栓部分（104）与后螺栓部分（120）之间的弯折（122）上延伸；

· 所述电绝缘器（136）进一步具有后绝缘器部分（148），所述后绝缘器部分至少部分地在所述螺栓（102）的后螺栓部分（120）上延伸。

8.根据权利要求7所述的连接器，其中，所述后绝缘器部分（148）具有在所述纵向方向（108）上减小的外直径。

9.根据前述权利要求1-3之一所述的连接器，所述电绝缘器（136）进一步包括在其纵向轮廓中的台阶（147）。

10.根据前述权利要求1-3之一所述的连接器，其中，所述螺栓（102）的至少所述锥形螺栓部分（104）具有喷砂外表面。

11.根据前述权利要求1-3之一所述的连接器，其中，所述电绝缘器（136）包括环氧树脂或由环氧树脂构成。

12.根据前述权利要求1-3之一所述的连接器，其中，所述电绝缘器（136）包括陶瓷或由陶瓷构成。

13.水下容器（200），所述容器包括根据权利要求1-12之一所述的连接器（100）。

14.根据权利要求13所述的水下容器，其中，所述连接器（100）延伸到填充有六氟化硫的所述水下容器（200）的内部（204）。

15.根据权利要求14所述的水下容器，其中，所述连接器（100）还延伸到所述水下容器（200）的外部（206），所述水下容器的外部是能够加压的，而所述水下容器（200）的内部（204）低于5巴。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的水下容器，其中，所述水下容器（200）是抗压型容器，其适于在被部署到水下时保持低于外部压力的内部压力，其中，所述连接器（100）穿过所述容器（200）的壁（202），使得所述锥形绝缘器部分（138）的外直径（144）在其上增大的纵向方向（108）从所述容器的内部延伸到所述容器的外部。