CN103414050A

CN103414050A - 用于高电压电缆的高电压连接器组件、高电压连接器、以及制造高电压连接器组件的方法

Info

Publication number: CN103414050A
Application number: CN2013103073743A
Authority: CN
Inventors: 贝恩德·比优斯特; 迈克尔·谢弗
Original assignee: GE Sensing and Inspection Technologies GmbH
Current assignee: Baker Hughes Digital Solutions GmbH
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-11-27

Abstract

一种用于高电压电缆的高电压连接器组件，包括由聚合物材料制成的绝缘体，该绝缘体环绕高电压电缆的电缆端部，其中绝缘体容置于壳体中且由弹性体材料制成，其中弹性体材料被填充、浇铸或注射至壳体中以形成绝缘体。该连接器组件被设计成使得在连接至对应连接器组件时，在壳体、对应连接器组件与电缆端部之间形成基本上封闭的压力室，其中该压力室是基本上设置成供绝缘体完全地占据。通过使绝缘体承载压力而实现对应连接器组件无间隙地、高电压密封地压靠至绝缘体，绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至壳体，以及绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至电缆端部的护套表面。

Description

用于高电压电缆的高电压连接器组件、高电压连接器、以及制造高电压连接器组件的方法

技术领域

本发明涉及一种用于高电压电缆的高电压连接器组件、一种高电压连接器、以及一种制造高电压连接器组件的方法，其中所述高电压电缆包括由聚合物材料制成的绝缘体，所述绝缘体环绕所述高电压电缆的电缆端部。

背景技术

已知的橡胶锥形插塞式连接器包括朝接触侧逐渐变细的锥形橡胶本体，为建立高电压连接，该锥形橡胶本体被***至插座中直到该橡胶本体的正面抵靠该插座的边缘为止。为了使所界定的压力使锥体靠紧，首先需要准确地调整该橡胶本体。为制造该橡胶本体，局部地剥离电缆端部并通过金属切割而对该电缆端部进行机加工，然后将生橡胶缠绕在电缆端部周围并硫化至该电缆端部；然而，此方法非常耗时且成本高昂。对于组装，在将插塞式连接器***至插座中之前，还需要用油脂润滑橡胶锥体，以在该橡胶锥体与插座之间获得可靠的高电压密封。然而，油脂会随时间而蒸发、被橡胶吸收或老化***；此外，电缆材料会由于老化而松弛。因此，需要进行定期的耗时的维护以保持可靠的高电压密封，其中需要移除旧的油脂并施用新的油脂并且需要对调整进行检查且如果必要的话，执行再调整。

参见例如美国专利US5358419以及欧洲专利EP0938759B1，还获知不同的橡胶锥形插塞式连接器，其中高电压导体被直接嵌入至橡胶锥体中，因此该橡胶锥体并不包封电缆端部。这些橡胶锥形插塞式连接器的制造耗时且成本高昂。

此外，已知一种包括由铸模树脂制成的绝缘体的高电压插塞式连接器，其中绝缘体是在铸型中利用真空高温浇铸而制成并在进行机加工、涂覆、粘贴至插塞式连接器壳体中后，以无孔且无间隙的方式接合并罐装（pot）至经机加工的电缆端部。热固性绝缘体不再能够从插塞式连接器壳体或从电缆端部移出以用于修理目的或维护目的。为确保无间隙地紧靠在插座上，在绝缘体与插座之间需要采取另外的措施以获得足够的高电压密封。此高电压插塞式连接器既不需要维护也不需要调整，但成本高昂、易于损坏且无法修理。

美国专利US5626486A揭露一种高电压电性连接器总成，该高电压电性连接器总成具有可与第二连接器紧密配合的第一连接器，第一连接器具有插座端子，第二连接器具有插针端子。插座端子设置于由弹性体材料制成的分别逐渐变细的贮仓（silos）中，并且第二连接器是由刚性介电材料形成以包括环绕这些插针端子的插针接触区段的贮仓容置凹槽。在完成连接器配合之后，在前端部处沿纵向压缩这些贮仓，从而使这些贮仓沿径向扩展而紧密啮合贮仓容置凹槽的内表面，并建立压缩密封以界定配合界面在电压泄露路径上的密封，否则这些电压泄露路径会容许产生电晕放电。

美国专利US3323097揭露一种高电压屏蔽电缆的终端，包括截头圆锥体形状的预制金属介电应力消除构件以及与该应力消除构件互补的截头圆锥体形状的绝缘构件。通过收紧凸缘而将截头圆锥体绝缘构件压缩于电缆绝缘上，以气密性地密封电缆终端。

欧洲专利EP0487025A1以及美国专利US4886471揭露相关的高电压连接器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能确保永久安全的高电压连接的免维护连接器组件、一种高电压连接器及其制造方法，其中制造、维护及修理工作显著减少。

本发明是利用独立权利要求的特征来实现此目的。由于绝缘体是由弹性体材料制成，因而可省去连接器组件之间的额外密封元件，例如橡胶盘。根据本发明，当连接这些连接器组件时，在插塞式连接器壳体、对应连接器组件与电缆端部之间形成压力室，该压力室被该绝缘体基本上完全地占据。当弹性体在压力作用下有利地像流体一样表现时，尤其是沿连接方向施加至绝缘体的力实现对应连接器组件无间隙地、高电压密封地压靠至绝缘体，以及绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至电缆端部的护套表面，且优选地还压靠至壳体。因此，在连接器组件、绝缘体、电缆端部与壳体之间无需采用其他措施便能获得优异的高电压密封。可省去先前执行的用油脂润滑绝缘体及与其相关联的大量维护工作，并且也可省去例如将绝缘体接合至电缆端部。无需采用其他措施便可补偿电缆由于老化而出现的松弛、以及绝缘体与电缆端部或壳体的分离。

术语“弹性体材料”还包括仅在某些温度范围内具有弹性的材料（尤其是热塑性弹性体）、以及主要表现出弹性体行为而非塑性行为的材料。

在尤其有利的实施例中，绝缘体被填充、浇铸或注射成型至壳体中，因此可显著减少现有技术已知的制造步骤以及对应时间的工作。为此目的，优选地在壳体中设置填料入口，以用于浇铸、填入或注射用于绝缘体的弹性体材料。

如果绝缘体的弹性体材料表现出高程度的不可压缩性，则对于压力传输是有利的。因此，尤其优选的材料为橡胶或硅酮弹性体。硅酮弹性体所提供的优点在于，硅酮弹性体可利用开放式低温浇铸（open low temperature casting）毫不费力地进行加工且具有短的制造周期。

附图说明

在下文中，将参照附图基于优选实施例来更详细地说明本发明。附图显示：

图1为高电压连接器的剖面图；

图1a为罩盖的剖面示意图；以及

图2为图1所示高电压连接器的轴向视图。

具体实施方式

高电压连接器10包括高电压插塞式连接器11以及对应插座12。连接器10尤其是用于提供x射线组件，例如x射线管，该x射线组件具有尤其是处于60kV至500kV范围内的高电压。插座12优选地相对于壳体而被固定，例如固定至高电压发生器的壳体。

插塞式连接器11适当地连接至高电压电缆13，高电压电缆13一般包括高电压导体14、用于使导体14与外部高电压绝缘的管形绝缘层15、用于屏蔽的导电层16、以及保护性护套17。在插塞式连接器11的区域中，护套17及屏蔽层16被移除。仍包括管形绝缘层15的此种局部剥离的电缆部分被称为电缆端部18。

插塞式连接器11包括壳体19，壳体19优选地具有导电性且优选地由金属（例如钢板）制成。也可使用导电性塑性材料。壳体19尤其是利用连接装置20以导电方式连接至电缆屏蔽层16，以确保连续屏蔽。插塞式连接器11与电缆13之间的连接区域是利用应变消除件（strain relief）21而支撑。由适宜材料制成的弯曲保护件22包封包括壳体19及应变消除件21在内的整个插塞式连接器11。

优选地在插塞式连接器壳体19中设置接触壳体24。在接触壳体24中定位有用于插塞式连接器11的高电压导体14的插塞触点25以及（如果适用的话）触点电路板26。插座12包括对应接触壳体40，在对应接触壳体40中定位有对应插塞触点41以及（如果适用的话）触点电路板42。如图1所示，接触壳体24、40优选地被设计成可***至彼此中，并因此形成相连的接触室23。图2显示用于高电压导体14的插座侧连接端子27。

绝缘体28位于插塞式连接器壳体19与电缆端部18之间的室中。绝缘体28是由优选地低温或室温固化弹性体材料制成，例如硅酮弹性体或橡胶。电缆端部18延伸穿过整个绝缘体28，且在接触壳体24中优选地安装于接触壳体24的正面44处，如图1所示。绝缘体28尤其是以环形方式在电缆端部18的护套表面46处围绕圆周包封电缆端部18，并形成电缆端部18的横式轴向开口45。

绝缘体28优选地以紧密配合方式倚靠在壳体19的内表面上。壳体19为漏斗状的且优选地朝电缆侧38逐渐变细，以用于现场控制目的。绝缘体28优选地完全包含于壳体19中，即绝缘体28优选地并不包括任何从壳体19突出的部分。然而，并不排除绝缘体28从该壳体突出，例如如果绝缘体28的接触表面32为截头圆锥体形状。为修理目的，可利用相对少的努力从壳体19移出绝缘体28的弹性体材料。

为制造插塞式连接器11，电缆13或电缆端部18穿插于开口29中，开口29在插塞式连接器11的电缆侧38上设置于壳体19中，其中开口29的内径适合于电缆端部18的外径。

随后，利用图1a中示意性显示的罩盖50将位于壳体19中且位于插塞式连接器11的接触侧39上的开口30封闭。罩盖50可为例如具有供接触壳体24延伸穿过的中心开口的环形盘，或者可具有任何其他适宜形式。罩盖50可由金属、塑料或任何其他适宜材料制成。然后，经由设置于壳体19中的填料入口31将优选低温固化硅酮生橡胶填充至封闭的室43中。填充室43是由壳体19、电缆端部18、接触壳体24以及罩盖50限制。由于罩盖50具有平坦内表面，因此形成绝缘体28的平坦接触表面32，平坦接触表面32被取向为垂直于连接器10的连接方向33，连接方向33在图1中是由双箭头表示。

包封接触侧开口30的优选环形的压力承载装置34设置于插塞式连接器壳体19的外表面处，以用于当连接连接器组件11、12时，使绝缘体28承载压力。压力承载装置34优选地由一或多个（在本实例中为两个）盘形弹簧36组成，盘形弹簧36包括用于例如螺钉等紧固装置（图未示出）的沿圆周分布的孔35。

为对连接器10进行组装，首先沿连接方向33将插塞式连接器11***至插座12中，其中插座12与插塞式连接器11的插针（contact pin）25彼此啮合以建立高电压连接。当对连接器10进行组装时，绝缘体28的平坦接触表面32倚靠在插座12的对应平坦接触表面37上，其适当地也被取向为垂直于连接方向33。插座12的表面32、壳体19、电缆端部18的护套表面46以及接触壳体24形成基本上封闭（除例如填料入口31等功能性开口外）的压力室43。

然后，利用啮合穿过开口35的紧固螺钉迎着插座12拉动盘形弹簧36，直到盘形弹簧36位于垂直位置为止，如图1所示，并因此表明已达到处于例如10kN范围内的预定的高紧固力。该紧固力从插座12的接触表面37传送至绝缘体28的接触表面32。由于压力承载装置34施加高的压力于绝缘体28上，且由于绝缘体28具有弹性，在插塞式连接器11与插座12之间获得优异的高电压密封。不再需要***单独的橡胶密封盘以及在连接器组件11、12之间施用油脂。因此，可省去对连接器10进行的定期维护。

由于绝缘体28在压力载荷作用下的类似流体的表现且由于封闭的压力室43，由插座12的接触表面37施加至绝缘体28的接触表面32的压力被该绝缘体传送并使绝缘体28压靠至接触绝缘体28的电缆端部18的整个护套表面46、并压靠至接触绝缘体28的壳体19的整个内表面，使得在绝缘体28与电缆端部18之间以及在绝缘体28与壳体19之间获得优异的高电压密封。甚至电缆端部18由于老化而出现的松弛也得到补偿。壳体19适合于吸收由压力承载装置34施加的力。

在未示出的其他实施例中，连接器10当然也可被设计成相反的情形，包括面板插塞12以及***式耦合器或插座（plug-in coupling or receptacle）11。

Claims

1.一种用于高电压电缆的高电压连接器组件，包括由聚合物材料制成的绝缘体，所述绝缘体环绕所述高电压电缆的电缆端部，其中所述绝缘体容置于壳体中且由弹性体材料制成，其中所述弹性体材料被填充、浇铸或注射至所述壳体中以形成所述绝缘体，且其中所述连接器组件被设计成使得在连接至对应连接器组件时，在所述壳体、所述对应连接器组件与所述电缆端部之间形成基本上封闭的压力室，其中所述压力室被设置成供所述绝缘体基本上完全地占据，从而通过使所述绝缘体承载压力而实现所述对应连接器组件无间隙地、高电压密封地压靠至所述绝缘体，所述绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至所述壳体，以及所述绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至所述电缆端部的护套表面。

2.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体的所述弹性体材料是由低温可浇铸生橡胶材料制成。

3.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体的所述弹性体材料是由高温可浇铸生橡胶材料或高温可注射成型生橡胶材料制成。

4.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述电缆端部还包括所述高电压电缆的管形高电压绝缘。

5.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体以紧密配合方式倚靠在所述壳体上。

6.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中在所述壳体中设置有填料入口，以用于注射或填入弹性体材料以形成所述绝缘体。

7.如权利要求1所述的高电压连接器组件，包括压力承载装置，以用于当连接所述连接器组件时，使所述绝缘体承载压力。

8.如权利要求7所述的高电压连接器组件，其中所述压力承载装置包括至少一个盘形弹簧。

9.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体完全包并入所述壳体内。

10.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体基本上由橡胶制成。

11.如权利要求1所述的高电压连接器组件，其中所述绝缘体基本上由硅酮弹性体制成。

12.一种高电压连接器，包括用于高电压电缆的第一连接器组件以及与所述第一连接器组件配合的第二连接器组件，所述第一连接器组件包括由聚合物材料制成的绝缘体，所述绝缘体环绕所述高电压电缆的电缆端部，其中所述绝缘体容置于壳体中且由弹性体材料制成，其中所述弹性体材料被填充、浇铸或注射至所述壳体中以形成所述绝缘体，且其中所述连接器组件被设计成使得在连接至所述第二连接器组件时，在所述壳体、所述第二连接器组件与所述电缆端部之间形成基本上封闭的压力室，其中所述压力室被设置成供所述绝缘体基本上完全地占据，从而通过使所述绝缘体承载压力而实现所述第二连接器组件无间隙地、高电压密封地压靠至所述绝缘体，所述绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至所述壳体，以及所述绝缘体无间隙地、高电压密封地压靠至所述电缆端部的护套表面，其中当所述连接器组件以高电压绝缘方式连接时，所述第一连接器组件的所述绝缘体不需要单独的中间部件而直接在压力载荷作用下倚靠在所述第二连接器组件的相对表面上。

13.如权利要求12所述的高电压连接器，其中所述电缆端部还包括所述高电压电缆的管形高电压绝缘。

14.如权利要求12所述的高电压连接器，其中所述绝缘体以紧密配合方式倚靠在所述壳体上。

15.如权利要求12所述的高电压连接器，其中在所述壳体中设置有填料入口，以用于注射或填入弹性体材料以形成所述绝缘体。

16.如权利要求12所述的高电压连接器，包括压力承载装置，以用于当连接所述连接器组件时，使所述绝缘体承载压力。

17.如权利要求16所述的高电压连接器，其中所述压力承载装置包括至少一个盘形弹簧。

18.如权利要求12所述的高电压连接器，其中所述绝缘体完全并入所述壳体内。

19.一种制造用于高电压电缆的高电压连接器组件的方法，所述高电压连接器组件包括由聚合物材料制成的绝缘体，所述绝缘体环绕所述高电压电缆的电缆端部，其中所述绝缘体容置于壳体中且由弹性体材料制成，其中所述高电压电缆穿插于开口中，所述开口在所述电缆的一侧上设置于所述壳体中，并且所述弹性体材料被填充、浇铸或注射至所述壳体中以形成所述绝缘体。

20.如权利要求19所述的方法，其中在将所述弹性体材料填充、浇铸或注射至所述壳体中之前，通过罩盖而将设置于所述壳体中且位于所述壳体的接触侧上的开口封闭。