專利名稱：水下容器電通連接器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水下配電系統(tǒng)領域。
背景技術：
從實踐中已知，配電系統(tǒng)的開關裝置可以在六氟化硫中工作。包含該開關裝置和六氟化硫的陸基容器的普通的電通連接器并不適合在水下工作。鑒于上面描述的情形，需要改進技術以便能夠提供水下配電系統(tǒng)，同時實質(zhì)上避免或至少降低上面指出的問題中的一個或多個。

發(fā)明內(nèi)容
此需求可以通過獨立權利要求的主題來滿足。本文所公開的主題的有利實施例通過從屬權利要求描述。根據(jù)本文所公開主題的第一方案，提供了一種水下容器電通連接器，后文也將其稱作“連接器”或“穿透器”，其用于提供從水下容器的內(nèi)部到水下容器的外部的電連接，所述連接器包括:導電材料制成的螺栓，所述螺栓具有錐形螺栓部分，所述錐形螺栓部分具有在縱向方向上增大的外直徑；和電絕緣器，所述電絕緣器具有錐形絕緣器部分，所述錐形絕緣器部分具有面對所述螺栓的錐形部分的內(nèi)表面和與所述內(nèi)表面相對的外表面，所述錐形絕緣器部分的外表面具有在所述縱向方向上增大的外直徑。這個方案基于這樣的思想，S卩:關于由水下容器的內(nèi)部和外部之間巨大的壓差引起的電通連接器的密封性和材料損壞問題，可用根據(jù)本文所公開主題的各種方案和實施例的連接器來克服。根據(jù)一個實施例，所述螺栓進一步包括:前螺栓部分，其與所述錐形螺栓部分限定了彎折(kink)，所述錐形螺栓部分的外表面與所述前螺栓部分的外表面在所述彎折處以小于180度的角度鄰接。如此限定的彎折可以與隔離器一起提供增大的保持力，防止連接器擠壓穿過容器中安裝該連接器的孔。根據(jù)另一實施例，所述前螺栓部分具有沿所述縱向方向的恒定外直徑。換言之，在此實施例中，前螺栓部分具有圓柱形形狀。這可有助于有利的應力分布。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器在所述螺栓的前螺栓部分和錐形螺栓部分之間的所述彎折上延伸；其中，所述電絕緣器在所述螺栓的前面部分和錐形螺栓部分之間的所述彎折的縱向位置處具有平滑的外表面部分。當電絕緣器受到壓力時，如果螺栓被更深地(在從錐形螺栓部分到前螺栓部分的方向上)推到電絕緣器中，這種配置可導致螺栓在周圍電絕緣器中的保持力增大。根據(jù)另一實施例，所述螺栓進一步包括:后螺栓部分，其與所述錐形螺栓部分限定了彎折，所述錐形螺栓部分的外表面和所述后螺栓部分的外表面在所述彎折處以大于180度的角度鄰接。根據(jù)另一實施例，所述后螺栓部分具有沿所述縱向方向的恒定外直徑。因此，在一個實施例中，后螺栓部分被成形為圓柱形。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器在所述螺栓的錐形螺栓部分和后螺栓部分之間的所述彎折上延伸。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器進一步具有后絕緣器部分，所述后絕緣器部分至少部分地在所述螺栓的后螺栓部分上延伸。根據(jù)一個實施例，所述后絕緣器部分具有在所述縱向方向上減小的外直徑。這降低了電絕緣器的質(zhì)量，同時仍可提供有利的應力分布。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器進一步包括在其縱向輪廓中的臺階。根據(jù)另一實施例，所述螺栓的至少所述錐形螺栓部分具有噴砂外表面。根據(jù)其它實施例，所述螺栓的整個外表面是噴砂的。根據(jù)其它實施例，所述螺栓的粗糙外表面是由其它手段提供的。根據(jù)一個實施例，在z方向(即在徑向方向上)的粗糙度是Rz=30+20微米。根據(jù)一個實施例，所述電絕緣器包括環(huán)氧樹脂。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器由環(huán)氧樹脂組成。根據(jù)一個實施例，所述電絕緣器包括陶瓷。根據(jù)另一實施例，所述電絕緣器由陶瓷制成。根據(jù)一個實施例，所述電絕緣器是鑄造元件，例如鑄造管。根據(jù)一個實施例，所述電絕緣器由硬質(zhì)材料制成，以便提供高的尺寸精度和機械加工性。根據(jù)另一實施例，所述螺栓由銅構成。根據(jù)其它實施例，其它金屬可以用作用于螺栓的材料。如果陶瓷被用作電絕緣器，則陶瓷和銅可以被銅焊在一起。根據(jù)其它實施例，也可使用其它技術，例如摩擦焊接。根據(jù)其它實施例，只要沒有外部壓力作用在螺栓上，將螺栓壓到電絕緣器中，在電絕緣器和螺栓之間存在松動連接。通過用銅作為螺栓材料，結合錐形螺栓部分的特定表面粗糙度，獲得了連接器的良好特性。根據(jù)一個實施例，保護性套筒被安裝在連接器上。保護性套筒防止損壞隔離器表面或者防止弄臟隔離器表面。根據(jù)第二方案，提供了一種水下容器，所述水下容器包括根據(jù)第一方案或其實施例的連接器。根據(jù)一個實施例，所述容器包括內(nèi)部以及與內(nèi)部相對的外部。根據(jù)一個實施例，所述容器的內(nèi)部是由容器壁限定的。 根據(jù)一個實施例，所述連接器延伸到所述水下容器的內(nèi)部。根據(jù)一個實施例，所述容器被部分地或全部填充有六氟化硫。根據(jù)應用，其它填充材料也是可行的。根據(jù)一個實施例，所述容器包括電力網(wǎng)絡元件，例如開關裝置。根據(jù)一個實施例，所述電力網(wǎng)絡元件的額定電壓以及所述連接器的額定電壓是36千伏。根據(jù)其它實施例，所述電力網(wǎng)絡元件的額定電壓更高，在又一些其它實施例中，所述電力網(wǎng)絡元件的額定電壓更低。例如，在另一實施例中，額定電壓在10千伏和70千伏之間的范圍內(nèi)，或者在另一實施例中，在50千伏和200千伏之間的范圍內(nèi)，例如，在80千伏和140千伏之間。在一個實施例中，連接器的額定電流是I千安(lkA)。在其它實施例中，額定電流在100安培和4千安培之間的范圍內(nèi)。應當注意的是，連接器必須能夠承受額定電壓、額定電流以及在水下安裝條件下施加的壓力。根據(jù)另一實施例，所述連接器延伸到水下容器的外部，所述外部能夠加壓到高達300巴，而所述水下容器的內(nèi)部處于相對低的壓力，例如低于10巴，低于5巴或者低于2巴，這只是舉出幾個例子。在另一實施例中，所述水下容器是抗壓型容器，其適于在被部署到水下時保持內(nèi)部壓力低于外部壓力，其中，所述連接器穿過所述容器的壁，使得所述連接器的錐形絕緣器部分的外直徑在其上增大的縱向方向從所述容器的內(nèi)部延伸到所述容器的外部。例如，所述錐形絕緣器部分的外直徑從所述容器的內(nèi)部到所述容器的外部增大。外部和內(nèi)部之間的壓差，即較高的外部壓力可以將連接器向由所述容器的壁中的錐形通孔形成的座推進，連接器穿過所述通孔，從而提高了連接器和壁之間的密封。根據(jù)另一實施例，所述容器被配置成用于安裝在海床上。例如，在相應的實施例中，所述容器能夠被安裝在低于一預定上限水平的水深中(例如100米、800米、2000米或3000米)，每個上限水平對應于本文所公開主題的一個相應實施例。根據(jù)相應的另外的實施例，所述容器能夠在與特定深度對應的壓力下安裝，其中，在一個實施例中，所述壓力是由特定深度的海水產(chǎn)生的壓力，在另一實施例中，所述壓力是由特定深度的淡水產(chǎn)生的壓力。根據(jù)相應的另外的實施例，所述容器能夠(即被配置成)安裝至一預定下限水平的水深(例如，200米、1000米、3000米或4000米)，每個下限水平對應于本文所公開主題的一個相應實施例，這導致了例如取決于水的密度，取決于水溫，取決于水的類型(海水或淡水)的相應壓力。在上文中，已經(jīng)參照水下容器電通連接器和包括這種連接器的容器描述了本文所公開主題的示例性實施例，在下文中還將對其進行描述。當然，必須指出，與本文所公開主題的不同方案有關的特征的任何組合也是可能的。具體地，參照連接器的權利要求描述了一些實施例，參照容器的權利要求描述了其它實施例。然而，本領域技術人員根據(jù)上文和下文的描述可總結出，除非另行指出，否則除了屬于一個方案的特征的任意組合之外，屬于不同方案或?qū)嵤├奶卣髦g(例如甚至連接器權利要求的特征與容器權利要求的特征之間)的任意組合也應被認為已被本申請公開。根據(jù)本文后面部分描述的例子，本發(fā)明上文限定的方案和實施例以及另外的方案和實施例將變得明顯，并且將參照附圖對它們進行解釋，但本發(fā)明并不局限于此。


圖1示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器電通連接器的螺栓。圖2示出了帶有電絕緣器的圖1的螺栓，它們形成了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器電通連接器。圖3示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的、帶有已安裝保護器的圖2的水下容器電通連接器。圖4示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器的一部分。
具體實施例方式
附圖中的圖示是示意性的。注意，在不同附圖中，為相似或相同的元件提供了相同的附圖標記或僅在第一位數(shù)字與相應附圖標記不同的附圖標記。圖1示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器電通連接器的一部分，即銅螺栓102。根據(jù)一個實施例，螺栓102具有錐形螺栓部分104，其外直徑106在縱向方向108上增大。前螺栓部分110與錐形螺栓部分104限定了彎折112。錐形螺栓部分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在彎折112處鄰接，如圖I所示。在一個實施例中，彎折112處于通過連接器被插入到水下容器的內(nèi)部的位置處。換言之，此位置表明穿透器安裝于其中的蓋或罐的外殼的厚度和連接器穿過進入容器內(nèi)部的程度。根據(jù)一個實施例，后螺栓部分120在與前螺栓部分110相對的一側鄰接錐形螺栓部分104。根據(jù)一個實施例，前螺栓部分104和后螺栓部分120是圓柱形的。根據(jù)另一實施例，后螺栓部分120與錐形螺栓部分104限定了彎折122，并且其相應表面114、124在彎折122處以大于180度的角度鄰接。根據(jù)一個實施例，兩個彎折112、122處的角度的和是360度。根據(jù)其它實施例，兩個彎折112、122處的角度的和更小，或者在另一實施例中，該角度大于360度。根據(jù)一個實施例，螺栓的正面128、130是扁平的。扁平的正面128、130便于與導體(未顯示)的良好電連接，導體可被附連到螺栓102。根據(jù)一個實施例，正面128、130分別包括螺紋132、134，以用于安裝導體。重要的是確保容器壁(例如容器的金屬蓋)和螺栓102的扁平正面128、130之間的要求距離以便為施加的電壓提供必要的絕緣水平。根據(jù)一個實施例，螺栓102的外表面114、116、124具有預定的表面粗糙度，例如通過對外表面114、116、124進行噴砂可獲得表面粗糙度。在一個實施例中，螺栓表面處的粗糙度被配置成確保螺栓和鑄造工藝中的環(huán)氧樹脂之間的牢固附著。圖2示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器電通連接器100 (在下面稱作連接器)。根據(jù)一個實施例，連接器100包括關于圖1描述的螺栓102。根據(jù)另一個實施例，連接器100包括由環(huán)氧樹脂制成的電絕緣器136。根據(jù)一個實施例，電絕緣器136是鑄造元件。根據(jù)一個實施例，環(huán)氧樹脂通過鑄造操作(例如通過在螺栓周圍鑄造環(huán)氧樹脂)被固定到螺栓。根據(jù)一個實施例，鑄造操作是真空鑄造操作。也可以應用其它的鑄造方法。電絕緣器136具有錐形絕緣器部分138，其內(nèi)表面140面對螺栓的錐形部分104，具體面對錐形部分104的外表面114。外表面142被徑向地定位成與內(nèi)表面140相對。錐形絕緣器部分138的外表面142具有在縱向方向108上增大的外直徑144。根據(jù)一個實施例，電絕緣器136在螺栓102的前螺栓部分110和錐形螺栓部分104之間的彎折112上延伸。根據(jù)一個實施例，外表面142是平滑的，具體在彎折112的縱向位置處是平滑的。例如，在一個實施例中，外表面142在彎折112的縱向位置上是直的。通常在本文中，“縱向位置”指沿縱向方向108的相應位置。根據(jù)一個實施例，錐形絕緣器部分138在前螺栓部分110的至少一部分上延伸，如圖2中所示。在一個實施例中，彎折112處于通過連接器在水下容器的壁內(nèi)部的位置，此位置由圖2中的水平線119表示。根據(jù)另一實施例，電絕緣器136在螺栓的錐形螺栓部分104和后螺栓部分120之間的彎折122上延伸，并包括在其縱向輪廓中(即在其沿縱向方向的輪廓中)的臺階147。電絕緣器136進一步形成后絕緣器部分148，其至少部分地在螺栓102的后螺栓部分120上延伸。根據(jù)一個實施例，后絕緣器部分148具有在縱向方向108上減小的外直徑。圖3示出了具有安裝于其上的保護性套筒150的圖2的連接器100。保護性套筒150是有利的，原因是擦傷對于連接器100的功能可能是有害的。此保護性套筒可能只在存放和操縱過程中有作用，并且在安裝之前必須移除。圖4示出了根據(jù)本文所公開主題的實施例的水下容器200的一部分。根據(jù)一個實施例，水下容器200包括如本文中公開的連接器，例如圖2的連接器100。容器200具有容器壁202，其限定容器200的內(nèi)部204與外部206。在內(nèi)部204，水下電力網(wǎng)絡的組件(未顯示)被定位在容器200的內(nèi)部204。根據(jù)另一個實施例，壁202具有形成于其中的錐形通孔208。在一個實施例中，通孔208和連接器100被配置成使得連接器100穿過預定距離進入到容器200的內(nèi)部204。在另一個實施例中，通孔208和連接器100被配置成使得插入到通孔208中的連接器100穿過另一預定距離進入到容器200的外部206。至少在容器壁202由金屬制成的情況下，這些預定距離被配置成，以便提供螺栓102的接觸面和容器壁202之間的充分絕緣。根據(jù)一個實施例，錐形孔208具有直的壁。在其它實施例中，通孔具有錐形壁部分。錐形壁部分可以是直的、但錐形匯聚的壁部分。在其它實施例中，錐形壁部分不是直的，而是大致弧形的。在一個實施例中，通孔208的錐形壁或壁部分和錐形絕緣器部分138被配置成具有配合表面。根據(jù)一個實施例，連接器100在內(nèi)部204和外部206之間延伸。在其它實施例中，連接器100只延伸到孔的一部分中。在此實施例中，隨著連接器不延伸通過孔208，而只是穿過孔，這種連接器也被稱作穿透器。重要的是要確保穿透器安裝于其中的壁和螺栓之間有足夠的絕緣距離。在一些情況下，這是通過將連接器延伸到兩側的小室(內(nèi)部204和外部206)中來確保的。在一個實施例中，內(nèi)部204以1.5巴的壓力填充有六氟化硫。容器200針對外部206為320巴的水壓配置。在一個實施例中，用于連接器的額定電壓是36千伏(kV)。為了在連接器100由外部206水壓保持就位之前，將連接器100固定到容器200，提供了保持器210，將連接器100保持就位。保持器210可包括兩個或多個支架，支架被定位在容器壁202中的孔208周圍。支架可以任何適當手段(例如，螺絲、粘合劑或通過釬焊、焊接等)被固定到容器壁。應當說明的是，用語“包括”并不排除其它元件或步驟，表示英語不定冠詞的用語“一”并不排除多個。同樣，聯(lián)系不同實施例描述的元件可以被結合。還應說明的是，權利要求中的附圖標記不應被解讀為限制權利要求的范圍。為了概括上文描述的本文所公開主題的實施例中的一些，可以說明:
提供了一種水下容器電通連接器，所述連接器用于提供從水下容器的內(nèi)部到所述水下容器的外部的電連接，其中，所述連接器部分地延伸到或全部延伸通過水下容器中的孔。所述連接器包括導電螺栓，所述導電螺栓具有錐形螺栓部分，其外直徑在縱向方向上增大。而且，所述連接器包括電絕緣器，所述電絕緣器具有錐形絕緣器部分，所述錐形絕緣器部分具有面對所述螺栓的錐形螺栓部分的內(nèi)表面和與具有在所述縱向方向上增大的外直徑的外表面。而且，對于示例性連接器和示例性水下容器，可以說明:
在一個實施例中，提供了一種穿透水下開關柜的穿透器，穿透器包括導體，所述導體被配置為錐形銅螺栓和圍繞錐形銅螺栓的錐形鑄造環(huán)氧樹脂絕緣層。作為導體的錐形銅螺栓被錐形鑄造環(huán)氧樹脂絕緣層圍繞。穿透器遭受的單側壓力會將穿透器固定在容器壁的錐形孔(例如壓力罐的蓋子)中，確保緊密配合，因此防止高壓側的任何泄露。另外，銅螺栓具有相同目的的錐形形狀。為了組裝目的，以及為了防止遭受壓力之前穿透器變得松動，會在高壓側增設固定裝置?；诃h(huán)氧樹脂絕緣材料，穿透器被設計為36kV，達到320巴的壓差。這用非常少的部件帶來非常簡單、可靠的設計。隨著壓力增大，暴露的壓力會將穿透器推到孔中，確保緊密配合，因此防止泄露。在另一實施例中，可以使用陶瓷技術，在這種技術中，陶瓷和銅被釬焊。
權利要求
1.水下容器電通連接器(100)，所述連接器用于提供從水下容器的內(nèi)部到所述水下容器的外部的電連接，所述連接器(100)包括: 由導電材料制成的螺栓(102)，所述螺栓(102)具有錐形螺栓部分(104)，所述錐形螺栓部分具有在縱向方向(108)上增大的外直徑(106);和 電絕緣器(136)，所述電絕緣器(136)具有錐形絕緣器部分(138)，所述錐形絕緣器部分具有面對所述螺栓(102)的錐形螺栓部分(104)的內(nèi)表面(140)和與所述內(nèi)表面(140)相對的外表面(142)，所述錐形絕緣器部分(138)的外表面(142)具有在所述縱向方向(108)上增大的外直徑(144)。
2.根據(jù)權利要求1所述的連接器，所述螺栓(102)進一步包括: 前螺栓部分(110)，其與所述錐形螺栓部分(104)限定了彎折(112)，所述錐形螺栓部分(104)的外表面(114)與所述前螺栓部分(110)的外表面(116)在該彎折(112)處以小于180度的角度(118)鄰接。
3.根據(jù)權利要求2所述的連接器，其中，所述前螺栓部分(110)具有沿所述縱向方向(108)的恒定外直徑。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的連接器，其特征在于: 所述電絕緣器(136)在所述螺栓(102)的前螺栓部分(110)和錐形螺栓部分(104)之間的彎折(112)上延伸； 所述電絕緣器(136)在所述螺栓(102)的前面部分(110)與錐形螺栓部分(104)之間的彎折(112)的縱向位置處具有平滑的外表面部分。`
5.根據(jù)權利要求1-4之一所述的連接器，所述螺栓(102)進一步包括: 后螺栓部分(120)，其與所述錐形螺栓部分(104)限定了彎折(122)，所述錐形螺栓部分(104)的外表面(114)與所述后螺栓部分(120)的外表面(124)在該彎折(122)處以大于180度的角度(126)鄰接。
6.根據(jù)權利要求5所述的連接器，其中，所述后螺栓部分(120)具有沿所述縱向方向(108)的恒定外直徑。
7.根據(jù)權利要求5或6之一所述的連接器， 所述電絕緣器(136)在所述螺栓(102)的錐形螺栓部分(104)與后螺栓部分(120)之間的彎折(122)上延伸； 所述電絕緣器(136)進一步具有后絕緣器部分(148)，所述后絕緣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.根據(jù)權利要求7所述的連接器，其中，所述后絕緣器部分(148)具有在所述縱向方向(108)上減小的外直徑。
9.根據(jù)前述權利要求之一所述的連接器，所述電絕緣器(136)進一步包括在其縱向輪廓中的臺階(147)。
10.根據(jù)前述權利要求之一所述的連接器，其中，所述螺栓(102)的至少所述錐形螺栓部分(104)具有噴砂外表面。
11.根據(jù)前述權利要求之一所述的連接器，其中，所述電絕緣器(136)包括環(huán)氧樹脂或由環(huán)氧樹脂構成。
12.根據(jù)前述權利要求之一所述的連接器，其中，所述電絕緣器(136)包括陶瓷或由陶瓷構成。
13.水下容器(200)，所述容器包括根據(jù)權利要求1-12之一所述的連接器(100)。
14.根據(jù)權利要求13所述的水下容器，其中，所述連接器(100)延伸到填充有六氟化硫的所述水下容器(200)的內(nèi)部(204)。
15.根據(jù)權利要求14所述的水下容器，其中，所述連接器(100)還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夠加壓的，特別地能夠加壓到300巴，而所述水下容器(200)的內(nèi)部(204)低于5巴。
16.根據(jù)權利要求13-15中任一項所述的水下容器，其中，所述水下容器(200)是抗壓型容器，其適于在被部署到水下時保持低于外部壓力的內(nèi)部壓力，其中，所述連接器(100)穿過所述容器(200)的壁(202)，使得所述錐形絕緣器部分(138)的外直徑(144)在其上增大的縱向方向(108) 從所述容器的內(nèi)部延伸到所述容器的外部。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水下容器電通連接器(100)，用于提供從水下容器的內(nèi)部到水下容器的外部的電連接，其中，連接器(100)部分地延伸到水下容器的孔中或者完全延伸穿過水下容器的孔。連接器(100)包括導電螺栓(102)，螺栓具有錐形螺栓部分(104)，該錐形螺栓部分具有在縱向方向(108)上增大的外直徑。進一步地，連接器(100)包括電絕緣器(136)，電絕緣器(136)具有錐形絕緣器部分(138)，該錐形絕緣器部分具有面對螺栓(102)的錐形螺栓部分(104)的內(nèi)表面(140)和具有在縱向方向(108)上增大的外直徑的外表面(142)。
文檔編號H01R4/56GK103109419SQ201180045780
公開日2013年5月15日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權日2010年9月24日
發(fā)明者O.博厄, G.哈貝克, F.約漢森, T.斯特倫夫斯基 申請人:西門子公司