RU2036542C1 - High-voltage connector - Google Patents

Abstract

FIELD: high-voltage equipment. SUBSTANCE: high-voltage connector has two contact systems each incorporating jack and dielectric shroud with pin connector in between whose conductor is essentially stiff metal rod with plugs at ends, dielectric sleeve in the form of connecting pipe, threaded at its ends and having cylindrical projection between them; connector is also provided with flexible insulating sealing member, cylindrical in its center and in the form of truncated cones at ends. Greater bases of cones face each other and inner surface of projection in sleeve has annular slot. Snap ring is placed in slot; slip friction coefficient between snap ring and sealing member is greater than ring-to-sleeve friction coefficient. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтной технике и может быть использовано при создании мощных малогабаритных систем высоковольтного вторичного электропитания. The invention relates to high-voltage technology and can be used to create powerful small-sized systems of high-voltage secondary power supply.

Известны высоковольтные соединители, серийно выпускаемые промышленностью, например ВВТ20, которые состоят из блочной, кабельной частей и высоковольтного провода. Электрический контакт осуществляется при сочленении вилки и гнезда, закрепленных на проводе и блочной части соединителя. При герметизации (уплотнении) соединителя происходит сжатие сферических резиновых изоляторов, изолирующих вилки и гнезда от заземленных, металлических частей соединителя, какими являются корпуса блочной и кабельной частей, накидные гайки. Known high-voltage connectors, commercially available from the industry, for example VVT20, which consist of a block, cable parts and high-voltage wires. Electrical contact is made by articulating the plug and socket mounted on the wire and block part of the connector. When the connector is sealed (sealed), spherical rubber insulators are compressed, insulating the plugs and sockets from the grounded, metal parts of the connector, such as the case of the block and cable parts, union nuts.

Недостатками подобного соединителя являются достаточно большие габариты, обусловленные как громоздкой конструкцией отдельных его частей, так и длиной заделки провода, небольшая электрическая прочность, обусловленная применением стандартного провода, в данном случае марки ПВТФ, у которого витая фторопластовая изоляция рассчитана на рабочее напряжение не более 20 кВ, а также ограниченное электрической прочностью резиновое уплотнение. The disadvantages of such a connector are quite large dimensions, due to both the bulky design of its individual parts and the length of the wire, small electrical strength due to the use of a standard wire, in this case, PVTF grade, in which twisted fluoroplastic insulation is designed for an operating voltage of not more than 20 kV as well as a limited rubber strength rubber seal.

Известен также высоковольтный соединитель, содержащий два контактных устройства, каждое из которых включает гнездо и диэлектрический корпус, а между этими устройствами расположены два штыревых соединителя на обоих концах высоковольтного провода с прямой его заделкой, при этом каждый штыревой соединитель состоит из вилки, закрепленной на проводе, диэлектрической втулки в виде колпачка, резинового уплотнителя, выполненного в виде тела вращения, имеющего на одном конце форму усеченного конуса, к большему основанию которого примыкает цилиндр меньшего диаметра с тороидальным выступом на противоположном конце, диэлектрической прокладки в виде кольца, отверстие которого служит для прохода провода, нитяного бандажа, причем возможен случай, когда элементы контактных устройств и штыревых соединителей, а также провод соосны. Also known is a high-voltage connector containing two contact devices, each of which includes a socket and a dielectric housing, and between these devices are two pin connectors at both ends of the high-voltage wire with its direct termination, each pin connector consists of a plug mounted on the wire, a dielectric sleeve in the form of a cap, a rubber seal, made in the form of a body of revolution, having at one end a truncated cone shape, to the larger base of which adjoins the cylinder smaller diameter with a toroidal protrusion at the opposite end, a dielectric gasket in the form of a ring, the hole of which serves to pass a wire, a thread brace, and it is possible that the elements of contact devices and pin connectors, as well as the wire are coaxial.

Недостатками такого высоковольтного соединителя являются невысокая электрическая прочность, сложность конструкции и большие габариты. Небольшая электрическая прочность (до 20 кВ) обусловлена тем, что вне пределов штыревого соединителя (его уплотнителя) электрическая прочность обеспечивается только собственной изоляцией провода, а внутри его коническими поверхностями уплотнителя и корпуса контактного устройства после герметизации (уплотнения) высоковольтного соединителя. При наличии в непосредственной близости от втулки с внешней стороны заземленного элемента поверхностный пробой может пройти по пути: эл. контакт (гнездо вилка), коническая герметизируемая поверхность высоковольтного соединителя, наружная поверхность диэлектрической втулки, заземленный элемент. Сложность конструкции, т.е. ее невысокая технологичность, обусловлена большим количеством и сложностью входящих деталей, а именно наличием двух диэлектрических втулок, двух диэлектрических прокладок и двух резиновых уплотнителей, требующих сложной формы для их изготовления. К недостаткам можно отнести также и необходимость выполнения нитяного бандажа. Достаточно большие линейные размеры, т.е. габариты высоковольтного соединителя, определяются длиной цилиндрической части резинового уплотнителя, примерно равной длине конической с учетом двух таких уплотнителей. The disadvantages of such a high-voltage connector are low dielectric strength, design complexity and large dimensions. A small electric strength (up to 20 kV) is due to the fact that outside the limits of the pin connector (its seal), the electric strength is provided only by the wire’s own insulation, and inside it by the conical surfaces of the seal and the housing of the contact device after sealing (sealing) the high-voltage connector. If in the immediate vicinity of the sleeve on the outside of the grounded element, a surface breakdown can pass along the path: el. contact (socket plug), conical sealing surface of the high-voltage connector, outer surface of the dielectric sleeve, grounded element. The complexity of the design, i.e. its low adaptability, due to the large number and complexity of the incoming parts, namely the presence of two dielectric bushings, two dielectric gaskets and two rubber seals, requiring a complex shape for their manufacture. The disadvantages include the need to perform a thread bandage. Sufficiently large linear dimensions, i.e. the dimensions of the high-voltage connector are determined by the length of the cylindrical part of the rubber seal, approximately equal to the length of the conical, taking into account two such seals.

Наиболее близким к изобретению является высоковольтный соединитель, содержащий два контактных устройства, каждое из которых включает гнездо и диэлектрический корпус, между которыми расположен штыревой соединитель, имеющий высоковольтный провод с вилками на его концах, диэлектрическую втулку и уплотнитель из эластичного диэлектрического материала, при этом все элементы контактных устройств и штыревого соединителя соосны, уплотнитель в средней части имеет форму цилиндра, а по краям форму усеченного конуса, у которых большие основания обращены друг к другу, причем длина цилиндрической части меньше длины одной конической части, диэлектрическая втулка выполнена в виде соединительного патрубка, имеющего внутренние резьбы, на одном конце правую, на другом левую, между которыми расположен выступ цилиндрической формы, внутренняя поверхность которого в герметизированном высоковольтном соединителе примыкает к цилиндрической поверхности уплотнителя, жила провода выполнена в виде жесткого металлического стержня с покрытием из жесткого диэлектрического материала. Closest to the invention is a high-voltage connector containing two contact devices, each of which includes a socket and a dielectric housing, between which there is a pin connector having a high-voltage wire with plugs at its ends, a dielectric sleeve and a seal of elastic dielectric material, all elements contact devices and the pin connector are coaxial, the seal in the middle part has the shape of a cylinder, and at the edges the shape of a truncated cone, which have large bases facing each other, and the length of the cylindrical part is less than the length of one conical part, the dielectric sleeve is made in the form of a connecting pipe having internal threads, on one end is right, on the other is left, between which there is a protrusion of a cylindrical shape, the inner surface of which is in a sealed high-voltage connector adjacent to the cylindrical surface of the seal, the core of the wire is made in the form of a rigid metal rod coated with a rigid dielectric material.

Однако такой соединитель имеет недостаточную надежность, обусловленную большим коэффициентом трения скольжения двух соприкасающихся при герметизации деталей, а именно цилиндрической части уплотнителя, выполненного из эластичного диэлектрика, каким обычно является специальная резиновая смесь (например, ИРП-1265) и выступа втулки, которая должна изготавливаться из жестких диэлектрических материалов, обеспечивающих многократную сборку-разборку соединителя (например, текстолит марок СТ, СТЭФ, полиамиды, облученный полиэтилен и др.). Таким образом, следствием этого недостатка может быть неправильная оценка окончания герметизации соединителя (вращения втулки), в результате чего цилиндрический выступ на внутренней поверхности втулки может не выполнить свою функцию ограничителя хода контактных устройств из-за сминания, а не равномерного обжатия эластичного уплотнителя, что в итоге приводит к герметичности соединителя и возможности поверхностного разряда. However, such a connector has insufficient reliability due to the high coefficient of sliding friction of two parts that are in contact when sealing, namely, the cylindrical part of the seal made of an elastic dielectric, which is usually a special rubber compound (for example, IRP-1265) and the protrusion of the sleeve, which should be made of rigid dielectric materials that provide multiple assembly-disassembly of the connector (for example, textolite grades ST, STEF, polyamides, irradiated polyethylene, etc.). Thus, the consequence of this drawback may be an incorrect assessment of the end of the sealing of the connector (rotation of the sleeve), as a result of which the cylindrical protrusion on the inner surface of the sleeve may not fulfill its function as a limiter of contact devices due to crushing, rather than uniform compression of the elastic seal, which as a result, leads to tightness of the connector and the possibility of surface discharge.

Цель изобретения повышение надежности за счет повышения электрической прочности. The purpose of the invention is to increase reliability by increasing electrical strength.

Это достигается тем, что в высоковольтном соединителе, содержащем два контактных устройства, каждое из которых включает гнездо и диэлектрический корпус, между которыми расположен штыревой соединитель, имеющий проводник в виде жесткого металлического стержня с вилками на его концах, диэлектрическую втулку, выполненную в виде соединительного патрубка, имеющего внутренние резьбы на концах, между которыми расположен выступ цилиндрической формы, уплотнитель из эластичного диэлектрического материала, имеющего в средней части форму цилиндра, а по краям форму усеченных конусов, большие основания которых обращены друг к другу, на внутренней поверхности выступа втулки выполнен кольцевой паз, в котором размещено разрезное кольцо из диэлектрического материала, причем коэффициент трения скольжения между кольцом и уплотнителем больше коэффициента трения между кольцом и втулкой. This is achieved by the fact that in the high-voltage connector containing two contact devices, each of which includes a socket and a dielectric housing, between which there is a pin connector having a conductor in the form of a rigid metal rod with plugs at its ends, a dielectric sleeve made in the form of a connecting pipe having internal threads at the ends, between which there is a protrusion of a cylindrical shape, a seal of elastic dielectric material having a cylindrical shape in the middle a, and along the edges the shape of truncated cones, the large bases of which are facing each other, an annular groove is made on the inner surface of the protrusion of the sleeve, in which a split ring of dielectric material is placed, and the coefficient of friction between the ring and the seal is greater than the coefficient of friction between the ring and the sleeve .

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что существенными отличительными признаками предлагаемого высоковольтного соединителя являются
наличие кольца, исключающего скольжение втулки по уплотнителю;
выполнение в выступе втулки кольцевого паза для укладки в него разрезного кольца;
меньший коэффициент трения скольжения при соприкосновении кольца и втулки, чем кольца и уплотнителя.Comparative analysis with the prototype shows that the essential distinguishing features of the proposed high-voltage connector are
the presence of a ring that excludes the sliding of the sleeve along the seal;
execution in the protrusion of the sleeve of the annular groove for laying a split ring in it;
lower coefficient of sliding friction at the contact of the ring and the sleeve than the ring and the seal.

Кроме того, предлагаемая конфигурация паза в выступе втулки выбрана для исключения перемещения разрезного кольца вдоль оси соединителя при его герметизации, а радиальный разрез на кольце дает возможность его укладки в этот паз. Как известно, при сухом скольжении коэффициент трения зависит не только от свойств контактирующих материалов, но и от качества обработки поверхностей трущихся тел. Поэтому в одном из экспериментальных образцов соединителя разрезное кольцо выполнено с насечкой на поверхности, образованной меньшим диаметром и направленной вдоль оси кольца. Такой способ дает возможность применять самые различные диэлектрические материалы, а не только общепринятые. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". В известном высоковольтном соединителе между вращающейся втулкой и уплотнителем помещена прокладка в виде кольца из материала Ф4. Однако в этом устройстве в процессе герметизации (вращение втулки) втулка вместе с прокладкой совершает одновременное поступательное движение, в результате которого происходит сжатие эластичного уплотнителя, т.е. герметизация соединителя. В предлагаемом техническом решении в отличие от известного разрезное кольцо не участвует во всем процессе герметизации соединителя, а лишь на конечной его стадии предохраняет уплотнитель от сминания, давая возможность определить окончание герметизации по упору выступа втулки в торцы корпусов контактных устройств. Анализ других известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и в смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемом высоковольтном соединителе, и признать изобретение соответствующим критерию "существенные отличия". In addition, the proposed configuration of the groove in the protrusion of the sleeve is selected to exclude the movement of the split ring along the axis of the connector when it is sealed, and a radial cut on the ring makes it possible to fit into this groove. As is known, with dry sliding, the friction coefficient depends not only on the properties of the contacting materials, but also on the quality of the treatment of the surfaces of the rubbing bodies. Therefore, in one of the experimental samples of the connector, the split ring is made with a notch on the surface formed by a smaller diameter and directed along the axis of the ring. This method makes it possible to use a wide variety of dielectric materials, and not just generally accepted ones. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of "novelty." In the known high-voltage connector between the rotary sleeve and the seal, a gasket in the form of a ring of material F4 is placed. However, in this device, in the process of sealing (rotation of the sleeve), the sleeve together with the gasket performs simultaneous translational motion, as a result of which the elastic seal is compressed, i.e. sealing the connector. In the proposed technical solution, unlike the known one, the split ring does not participate in the entire process of sealing the connector, but only at the final stage it protects the seal from wrinkling, making it possible to determine the end of the sealing by the stop of the protrusion of the sleeve into the ends of the housings of the contact devices. Analysis of other well-known technical solutions (analogues) in the studied area and in related areas allows us to conclude that they lack features similar to the significant distinguishing features in the proposed high-voltage connector, and recognize the invention as meeting the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 и 2 изображен предлагаемый высоковольтный соединитель, общий вид и узел I на фиг.1 соответственно. In FIG. 1 and 2 show the proposed high-voltage connector, General view and node I in figure 1, respectively.

Предлагаемое устройство содержит два контактных устройства, каждое из которых включает гнездо 1 и диэлектрический корпус 2. Между этими контактными устройствами расположен штыревой соединитель, состоящий из жесткого металлического стержня 3 с жестким диэлектрическим покрытием 4, на обоих концах которого закреплены вилки 5. Устройство также содержит диэлектрическую втулку 6 с выступом 7 цилиндрической формы, в котором выполнены кольцевой паз 8 с установленным в нем разрезным диэлектрическим кольцом 9 и уплотнитель 10 из эластичного диэлектрического материала, тело 11 высоковольтного модуля, герметизированного жестким компаундом. The proposed device contains two contact devices, each of which includes a socket 1 and a dielectric housing 2. Between these contact devices is a pin connector, consisting of a rigid metal rod 3 with a rigid dielectric coating 4, at both ends of which are plugged 5. The device also contains a dielectric a sleeve 6 with a protrusion 7 of a cylindrical shape in which an annular groove 8 is made with a split dielectric ring 9 installed therein and a seal 10 made of an elastic dielectric material, the body 11 of the high-voltage module, sealed with a rigid compound.

При вращении втулки 6 происходит сближение двух контактных устройств, при этом гнездо 1 и вилка 5 создают электрический контакт. Уплотнитель 10 герметизирует высоковольтный соединитель по коническим поверхностям каждого корпуса 2 контактного устройства, при этом наружная поверхность разрезного кольца 9 скользит по поверхности паза 8. When the sleeve 6 rotates, the two contact devices come together, while the socket 1 and the plug 5 create an electrical contact. The seal 10 seals the high-voltage connector on the conical surfaces of each housing 2 of the contact device, while the outer surface of the split ring 9 slides along the surface of the groove 8.

Изобретение предполагается использовать в высоковольтной системе вторичного электропитания мощностью 15 кВт с выходным напряжением 60 кВ, в которой применено последовательное соединение высоковольтных трансформаторно-выпрямительных модулей, контактные устройства которых попарно соосны, причем эти модули герметизированы жестким компаундом горячего отверждения и перемещаются по специальным направляющим. Фиксация этих модулей на каркасе осуществляется только после герметизации всех высоковольтных соединителей. The invention is intended to be used in a high-voltage secondary power supply system with a power of 15 kW with an output voltage of 60 kV, in which a series connection of high-voltage transformer-rectifier modules is used, the contact devices of which are pairwise coaxial, and these modules are sealed by a rigid compound of hot curing and move along special guides. The fixing of these modules on the frame is carried out only after sealing all high-voltage connectors.

Предлагаемый высоковольтный соединитель по сравнению с прототипом благодаря конструкции диэлектрической втулки (наличие в выступе паза) и разрезного кольца позволяет улучшить характеристики высоковольтного соединителя, а именно: повысить надежность за счет увеличения электрической прочности. The proposed high-voltage connector in comparison with the prototype due to the design of the dielectric sleeve (the presence in the protrusion of the groove) and the split ring can improve the characteristics of the high-voltage connector, namely: to increase reliability by increasing the electric strength.

Claims (1)

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ, содержащий два контактных устройства, каждое из которых включает в себя гнездо и диэлектрический корпус, между которыми расположен штыревой соединитель, имеющий проводник в виде жесткого металлического стержня с вилками на его концах, диэлектрическую втулку, выполненную в виде соединительного патрубка, имеющего внутренние резьбы на концах, между которыми расположен выступ цилиндрической формы, уплотнитель из эластичного диэлектрического материала и имеющего в средней части форму цилиндра, а по краям форму усеченных конусов, большие основания которых обращены друг к другу, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности путем увеличения электрической прочности, он снабжен разрезным кольцом из диэлектрического материала, а на внутренней поверхности выступа втулки выполнен кольцевой паз, предназначенный для размещения разрезного кольца, причем коэффициент трения между разрезным кольцом и уплотнителем больше, чем коэффициент трения между разрезным кольцом и втулкой. A HIGH-VOLTAGE CONNECTOR containing two contact devices, each of which includes a socket and a dielectric housing, between which there is a pin connector having a conductor in the form of a rigid metal rod with plugs at its ends, a dielectric sleeve made in the form of a connecting pipe having internal threads at the ends, between which there is a protrusion of a cylindrical shape, a seal made of elastic dielectric material and having a cylinder in the middle part and a shape along the edges truncated cones, the large bases of which are facing each other, characterized in that, in order to increase reliability by increasing the electric strength, it is equipped with a split ring of dielectric material, and on the inner surface of the protrusion of the sleeve there is an annular groove designed to accommodate a split ring, the coefficient of friction between the split ring and the seal is greater than the coefficient of friction between the split ring and the sleeve.

Images