CN110197965B - 应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，包括导体组件、绝缘组件、锁扣组件以及屏蔽组件；外形和结构为圆形单芯直插带弹簧锁紧式，插座端法兰能与设备或者腔室外表面垂直安装连接，插头端为手持或者器械操作进行插拔锁紧；最大外形尺寸：单手可持，双手插拔及旋转锁紧解锁；带电磁干扰屏蔽功能；工作电压电流：30kV d.c.，30A；耐压测试：50kV，5min。本发明能够在电磁辐射污染等恶劣环境下，实现电路接触良好，绝缘安全可靠，屏蔽连续稳定，结构简单紧凑，操作轻松快速，维护更换方便。

Description

应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器

技术领域

本发明属于一种高压电连接器，具体涉及一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器。

背景技术

现有高压电路电缆连接多采用固定连接，安装现场对连接处进行防护处理，不能形成标准化作业，防护等级是否满足要求是有操作者进行判断，这会造成个体差异而导致的标准不统一。为解决不能标准化作业的不足，可采用电连接器进行连接。高压电连接器是连接高压电路与高压设备的关键组件，将影响整个系统的架构和设计。电连接器在工厂内进行生产制造，出厂时进行统一检查，在一致性上可有效保证。但目前的高压电连接器绝缘耐压性能通常在 10000V 以下，不能满足更高电压的要求。同时，在例如电磁辐射污染等恶劣环境下，现有高压电连接器容易出现接触不良，产生电磁干扰等问题。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器。

本发明的技术方案是：

一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，包括导体组件、绝缘组件、锁扣组件以及屏蔽组件；

所述导体组件包括触指弹簧，其设置于导体插座内部；导体插座尾端与电缆压接，一端外壁与插座尾部均压环连接；导体插头尾端与另一侧电缆压接后插接于法兰侧绝缘套管头端，且其外部设置用于限位的外卡簧；

所述绝缘组件包括从外至内依次设置于导体插座一侧的电缆外部的手持侧绝缘套管和间隔绝缘套管，法兰侧绝缘套管设置于导体插头一侧的电缆外部；

其中：法兰侧绝缘套管靠近手持侧绝缘套管的一端端面形成环形插槽，插槽与手持侧绝缘套管插合配合；

所述锁扣组件包括手持侧外壳，其套设于手持侧绝缘套管外部，锁紧外壳套设于手持侧外壳外部，手持侧外壳和锁紧外壳之间设置有弹簧，内卡簧设置于锁紧外壳尾端内部；

所述屏蔽组件包括格兰头转接头和屏蔽格兰头，手持侧外壳和锁紧外壳尾端均由内至外依次设置格兰头转接头和屏蔽格兰头。

所述导体插座为中间形成二阶阶梯孔的阶梯轴。

所述触指弹簧设置于小径端阶梯孔内，电缆压接压接入小径端阶梯孔内；导体插座的小径段外壁与插座尾部均压环螺纹连接。

所述间隔绝缘套管一端与插座尾部均压环接触；手持侧绝缘套管内壁形成限位环，导体插座大径段端面抵住限位环。

手持侧外壳中部形成外凸环；锁紧外壳中部内壁形成内凸环，弹簧位于外凸环和内凸环之间。

所述法兰侧外壳外部设置法兰；

所述触指弹簧采用铜合金，其余导体组件采用无氧铜制造；锁扣组件中除弹簧外，以及屏蔽组件中除屏蔽格兰头外均采用铝合金加工，弹簧和屏蔽格兰头采用不锈钢材质；

所述导体组件表面镀上一层均匀致密光滑的金或者银；

所述锁扣组件表面进行镀镍处理。

所述导体组件以及与导体插头接触的部件的边角均设置为过度圆角。

所述电连接器还包括用于给系统提供连接器的插合信号的微动开关，其通过支架设置于法兰侧外壳外部。

所述电连接器还包括用于在设备检修或者连接器未插合时保护导体插头的插座和保护盖，导体插头、插座和保护盖由内至外依次套设。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，适用于电磁射线综合环境条件下，实现高压设备与外部电路的电连接与传输，本发明为圆形单芯直插带弹簧锁紧式，插座端法兰能与设备或者腔室外表面垂直安装连接，插头端为手持或者器械操作进行插拔锁紧；单手可持，双手插拔及旋转锁紧解锁；带电磁干扰屏蔽功能；工作电压电流：30kV d.c.，30A；耐压测试：50kV，5min。

本发明除了满足额定工作电压电流的基本技术要求外，能够在电磁辐射污染等恶劣环境下，实现电路接触良好，绝缘安全可靠，屏蔽连续稳定，结构简单紧凑，操作轻松快速，维护更换方便。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是图1中沿A-A向的剖面图；

图3是本发明的剖面图；

图4是本发明未插合或检修状态的立体图；

图5是图4中沿B-B向的剖面图

其中：

1 触指弹簧 2 导体插座

3 导体插头 4 插座尾部均压环

5 手持侧绝缘套管 6 法兰侧绝缘套管

7 间隔绝缘套管 8 手持侧外壳

9 法兰侧外壳 10 锁紧外壳

11 弹簧 12 法兰

13 格兰头转接头 14 支架

15 微动开关 16 屏蔽格兰头

17 内卡簧 18 外卡簧

19 插座 20 保护盖

21 电缆 22 插槽

23 限位环 24 外凸环

25 凹槽 26 内凸环

27 卡槽。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器进行详细说明：

实施例1

如图1~3所示，一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，包括导体组件、绝缘组件、锁扣组件以及屏蔽组件。

所述导体组件包括触指弹簧1、导体插座2、导体插头3和插座尾部均压环4；

所述触指弹簧1设置于导体插座2内部；导体插座2尾端与电缆21压接，小径端外壁与插座尾部均压环4螺纹连接；导体插头3尾端与另一侧电缆21压接，其设置于法兰侧绝缘套管6头端，且其外部设置用于限位的外卡簧18；

导体插座2由间隔绝缘套管7限位在手持侧绝缘套管5内，导体插头3由法兰侧绝缘套管6和外卡簧18限位。

其中：

所述导体插座2为中间形成二阶阶梯孔的阶梯轴；

所述触指弹簧1设置于小径端阶梯孔内，电缆21压接压接入小径端阶梯孔内；导体插座2的小径段外壁与插座尾部均压环4螺纹连接；

所述触指弹簧1采用铜合金，导体插座2、导体插头3和插座尾部均压环4均采用无氧铜制造，并四者表面均镀上一层均匀致密光滑金或者银。镀层减少气体尘埃的吸附，从而提高气隙击穿电压。

所述绝缘组件包括手持侧绝缘套管5、法兰侧绝缘套管6和间隔绝缘套管7；

手持侧绝缘套管5和间隔绝缘套管7从外至内依次设置于导体插座2一侧的电缆21外部；法兰侧绝缘套管6设置于导体插头3一侧的电缆21外部；

其中：间隔绝缘套管7一端与插座尾部均压环4接触；手持侧绝缘套管5内壁形成限位环23，导体插座2大径段端面抵住限位环23；法兰侧绝缘套管6靠近手持侧绝缘套管5的一端端面形成环形插槽22，且此端中间形成用于插接导体插头3的头部；插槽22与手持侧绝缘套管5配合；

手持侧绝缘套管5与法兰侧绝缘套管6插合到位。

所述锁扣组件包括手持侧外壳8、法兰侧外壳9、锁紧外壳10、弹簧11；

手持侧外壳8套设于手持侧绝缘套管5外部，其中部形成外凸环24，头端外壁形成凹槽25；锁紧外壳10套设于手持侧外壳8外部，且外凸环24置于锁紧外壳10内侧；锁紧外壳10中部内壁形成内凸环26，尾端内壁形成安装槽，内卡簧17设置于安装槽内；手持侧外壳8和锁紧外壳10之间设置有弹簧11，且弹簧11位于外凸环24和内凸环26之间；内卡簧17位于外凸环24背离弹簧11的一侧；法兰侧外壳9套设于法兰侧绝缘套管6外部，其中部形成环形卡槽27；法兰侧外壳9外部设置法兰12；

所述屏蔽组件包括格兰头转接头13和屏蔽格兰头16，手持侧外壳8和锁紧外壳10也同时作为屏蔽组件的一部分；

手持侧外壳8和锁紧外壳10尾端均由内至外依次设置格兰头转接头13和屏蔽格兰头16。

所述锁扣组件中除弹簧11外，以及屏蔽组件中除屏蔽格兰头16外均采用铝合金加工，弹簧11和屏蔽格兰头16采用不锈钢材质；

所述锁扣组件表面进行镀镍处理。

所述导体组件以及与导体插头3接触的部件的边角均设置为过度圆角。

实施例2

如图1~3所示，所述电连接器还包括用于给系统提供连接器的插合信号的微动开关15，其通过支架14设置于法兰侧外壳9外部。

实施例3

如图4、5所示，所述电连接器还包括用于在设备检修或者连接器未插合时保护导体插头3的插座19和保护盖20，导体插头3、插座19和保护盖20由内至外依次套设。

本发明的效果：

1. 导体性能：导体组件采用铜合金或无氧铜制造，并对表面进行镀银工艺处理，降低了导体电阻并防止氧化。触指弹簧1使导体插座2和导体插头3内壁紧密结合，有效降低了接触电阻减少发热；导体插头3涂有少量的润滑脂保证在设计的插拔使用寿命内磨损少接触电阻相对稳定。金属件结构简单紧凑和电缆外径基本相同使得绝缘件结构均匀一致，结合外观面平顺光滑使得电场分布均匀，有效降低了气隙击穿的风险。

2. 绝缘性能：手持侧绝缘套管5、法兰侧绝缘套管6、间隔绝缘套管7选用综合性能优异的聚醚醚酮材料，可以降低绝缘厚度；手持侧绝缘套管5与法兰侧绝缘套管6在导体处形成多层绝缘结构，在保证爬电距离情况下降产品尺寸做短，间隔绝缘套管7在产品小型化和增大爬电距离是矛盾的因此只能按直线距离计算，总体来说绝缘套管整体结构相对规则紧凑，容易通过机加工实现平顺光滑的表面质量，有效降低了气隙击穿和局部放电的风险。

3. 锁扣性能：锁紧外壳10上有锁扣能在手持侧外壳8的槽内滑动，在弹簧11的作用下锁扣顶出，当需要插合锁紧时，只需要将锁紧外壳10上的锁扣和法兰侧外壳9的锁齿对齐，顶到底后顺时针旋转，到位锁扣会被弹簧顶回原来的位置并伴有“砰”的声音，表明已经锁紧到位，解锁时，需要将锁紧外壳10往回滑动到底，此时锁扣被拉到底，同时逆时针转动手持侧外壳8即可将连接器拔出。锁扣结构安全可靠，操作简单容易。

4. 屏蔽性能：通过持侧外壳8、法兰侧外壳9、格兰头转接头13、屏蔽格兰头16电缆屏蔽层与电缆屏蔽层的连接。在屏蔽格兰头16内部安装屏蔽层弹片与电缆的屏蔽层连接，屏蔽层连续稳定。

5. 安装固定：屏蔽格兰头16、格兰头转接头13及各绝缘套管后，对电缆与导体组件插头进行冷压接，然后采用卡簧或者间隔套管固定。将贯弹簧11先放入锁紧外壳10然后将内卡簧17装入槽内，法兰盘12及微动开关15都过螺栓即可与法兰侧外壳9（设备外壳）连接，整个过程只需内六角和压接钳将即完成整体安装，安装简易，提高了装配效率。

本发明电连接器外形和结构为圆形单芯直插带弹簧锁紧式，插座端法兰能与设备或者腔室外表面垂直安装连接，插头端为手持或者器械操作进行插拔锁紧；最大外形尺寸：单手可持，双手插拔及旋转锁紧解锁；带电磁干扰屏蔽功能；工作电压电流：30kV d.c.，30A；耐压测试：50kV，5min。

本发明电连接器选用特殊工程绝缘材料和多层绝缘结构设计来满足耐电压和爬电距离这两个指标，保证整个连接器的使用过程中能承受设计要求的电场强度，电气性能要求有较高的介电强度和表面及体积电阻、较低的介点常数以及良好的耐电晕性，同时选用的材料的物理化学（内部致密无小孔气泡）、机械（强度高，韧性好，耐疲劳、耐候性好）、热力（高低温下尺寸稳定）等多方面性能优异，并通过CNC等先进精密加工检测设备进行加工工艺和生产制造，进而实现尽量减少甚至消除空气间隙，以减少降低气隙击穿和局部放电；导体接触件采用满足通流要求的导体材料（比如高纯度铜）以及按计算设计相应的孔轴直径，还要在其表面镀上一层均匀致密光滑金或者银，来减少气体尘埃的吸附，从而提高气隙击穿电压，另一方面，本申请中导体及其接触件在结构设计上尽量避免尖角，在关键部分通过仿真设计成合适的过度圆角，使得连接器内部的电场分布尽量均匀，降低局部的电场强度，提高整体的耐压能力；外壳选用铝合金的设计需要满足小巧轻便的人机工程要求，另一面外壳作为锁扣的一部分，最后还要能起到电磁屏蔽的功能。

本发明通过电场理论计算验证和经验积累相结合，对导体插合结构及表面处理，绝缘材料选用及结构、安全锁紧结构，产品的安装工艺等方面进行了特殊设计，选用新型绝缘材料和优良导体材料，采用精密机械加工手段和表面处理技术，满足设备电路30kV、30A的额定工作电压电流的基本要求，通过了50kV直流高压5min不击穿测试及30kV长时间运行试验，确保了电路设备相互间连接传输的便捷和可靠性。

本发明根据不同电压等级和操作便捷度要求，可安装于不同用途的设备系统，适用性强；可兼容30kV及30kV以下直流高压传输，具备良好的电气安全性和可靠性；通过本插座段法兰和螺栓即可与设备面板安装对接，实现快速安装连接；外壳和电缆良好的屏蔽层连接，满足存在电磁干扰现象的使用场景；双手插拔操作简便，推动弹簧旋转锁扣即可锁紧或分离，锁紧方式安全可靠；在未接通状态插头拔离，可用保护盖保护插座端，防止误操作产生的危害。

Claims (9)

1.一种应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：包括导体组件、绝缘组件、锁扣组件以及屏蔽组件；

所述导体组件包括触指弹簧（1），其设置于导体插座（2）内部；导体插座（2）尾端与电缆（21）压接，一端外壁与插座尾部均压环（4）连接；导体插头（3）尾端与另一侧电缆（21）压接后插接于法兰侧绝缘套管（6）头端，且其外部设置用于限位的外卡簧（18）；

所述绝缘组件包括从外至内依次设置于导体插座（2）一侧的电缆（21）外部的手持侧绝缘套管（5）和间隔绝缘套管（7），法兰侧绝缘套管（6）设置于导体插头（3）一侧的电缆（21）外部；

其中：法兰侧绝缘套管（6）靠近手持侧绝缘套管（5）的一端端面形成环形插槽（22），插槽（22）与手持侧绝缘套管（5）插合配合；

所述锁扣组件包括手持侧外壳（8）、法兰侧外壳（9）、锁紧外壳（10）、弹簧（11）；

所述手持侧外壳（8）套设于所述手持侧绝缘套管（5）外部，其中部形成外凸环（24），头端外壁形成凹槽（25）；所述锁紧外壳（10）套设于所述手持侧外壳（8）外部，且所述外凸环（24）置于所述锁紧外壳（10）内侧；所述锁紧外壳（10）中部内壁形成内凸环（26），尾端内壁形成安装槽，内卡簧（17）设置于安装槽内；所述手持侧外壳（8）和所述锁紧外壳（10）之间设置有弹簧（11），且弹簧（11）位于所述外凸环（24）和所述内凸环（26）之间；所述内卡簧（17）位于所述外凸环（24）背离弹簧（11）的一侧； 所述法兰侧外壳（9）套设于所述法兰侧绝缘套管（6）外部，其中部形成环形卡槽（27）；

所述屏蔽组件包括格兰头转接头（13）和屏蔽格兰头（16），手持侧外壳（8）和锁紧外壳（10）尾端均由内至外依次设置格兰头转接头（13）和屏蔽格兰头（16）。

2.根据权利要求1所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述导体插座（2）为中间形成二阶阶梯孔的阶梯轴。

3.根据权利要求1或2所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述触指弹簧（1）设置于小径端阶梯孔内，电缆（21）压接压接入小径端阶梯孔内；导体插座（2）的小径段外壁与插座尾部均压环（4）螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述间隔绝缘套管（7）一端与插座尾部均压环（4）接触；手持侧绝缘套管（5）内壁形成限位环（23），导体插座（2）大径段端面抵住限位环（23）。

5.根据权利要求1所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述法兰侧外壳（9）外部设置法兰（12）。

6.根据权利要求1所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：

所述触指弹簧（1）采用铜合金，其余导体组件采用无氧铜制造；锁扣组件中除弹簧（11）外，以及屏蔽组件中除屏蔽格兰头（16）外均采用铝合金加工，弹簧（11）和屏蔽格兰头（16）采用不锈钢材质；

所述导体组件表面镀上一层均匀致密光滑的金或者银；

所述锁扣组件表面进行镀镍处理。

7.根据权利要求1所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述导体组件以及与导体插头（3）接触的部件的边角均设置为过度圆角。

8.根据权利要求1~7之一所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述电连接器还包括用于给系统提供连接器的插合信号的微动开关（15），其通过支架（14）设置于法兰侧外壳（9）外部。

9.根据权利要求1~8之一所述的应用于30kV高压设备系统中带屏蔽和自锁功能的电连接器，其特征在于：所述电连接器还包括用于在设备检修或者连接器未插合时保护导体插头（3）的插座（19）和保护盖（20），导体插头（3）、插座（19）和保护盖（20）由内至外依次套设。