海底熔断器组件实用新型专利

专利名称：海底熔断器组件

专利类型：实用新型专利

专利申请号：CN201980074990.4

专利申请（专利权）人：日立能源有限公司
权利人地址：瑞士苏黎世

专利发明（设计）人：M·劳嫩

专利摘要：一种海底熔断器组件。海底熔断器组件包括填充有介电流体(80)并设置有均衡开口(22、32)的外壳(11)，均衡开口(22、32)用柔性元件(40)密封。第一电导体(61)通过位于外壳的壁(15)的第一引入(70)延伸到外壳中。第二电导体(62)附接外壳的壁(14)的内表面。熔断器(50)连接在外壳内的第一电导体和第二电导体之间。第三电导体(63)在外壳外部延伸并附接外壳的壁的外表面。因此通过导电外壳在第二电导体与第三电导体之间设置导电路径。

主权利要求：
1.一种海底熔断器组件(10)，包括：
外壳(11)，填充有介电流体(80)并在所述外壳(11)的壁(20、30)中设置有均衡开口(22、32)，所述外壳(11)由导电材料制成，柔性元件(40)，以流体密封的方式密封所述均衡开口(22、32)，电绝缘层，所述电绝缘层包括绉纸并且包裹在外壳周围，第一电导体(61)，通过位于所述外壳(11)的壁(15)中的引入部(70)延伸到所述外壳(11)中，第二电导体(62)，在所述外壳(11)内延伸，熔断器(50)，在所述外壳(11)内连接在所述第一电导体(61)和所述第二电导体(62)之间，其特征在于，
所述第二电导体(62)附接到所述外壳(11)的壁(14)的内表面，在所述外壳(11)外部延伸的第三电导体(63)附接到所述外壳(11)的壁(14)的外表面，由此通过所述外壳(11)在所述第二电导体(62)与所述第三电导体(63)之间设置具有在
100‑1000安培(RMS)范围内的电流的导电路径，其中所述第二电导体(62)和所述第三电导体(63)附接到所述外壳(11)的同一壁(14)，并且其中所述外壳(11)中所述第一电导体(61)穿过的壁(15)与附接有所述第二电导体(62)的壁(14)相对。
2.根据权利要求1所述的海底熔断器组件，其特征在于所述柔性元件(40)为膜。
3.根据权利要求2所述的海底熔断器组件，其中所述膜选自包含橡胶膜、丁腈橡胶膜、热塑性聚氨酯膜、包括涤纶长丝的膜、包括聚氯乙烯的膜和丁基橡胶膜的组。
4.一种海底设备，包括：
压力补偿主容器(110)，填充有介电流体(160)，电部件(100)，浸没在所述主容器(110)中的介电流体(160)中，根据权利要求1‑3中任一项所述的海底熔断器组件(10)，所述海底熔断器组件(10)浸没在所述主容器(110)中的介电流体(160)中。 说明书 : 海底熔断器组件技术领域[0001] 本发明涉及海底熔断器组件。背景技术[0002] 海底设备用于例如现代的石油和天然气生产设施，在该生产设施中，石油和天然气在海床上进行采集、分离、升压和运输。这些过程需要大量的必须从远处传递到海底设备的电能。对电能的高需求可能在电能传递中的需要高电压以使能量损耗最小化。[0003] 海底设备可以包括一个或多个电气装置和在水下如海底地面使用的其它装置。海底设备可以包括如电力变压器、电动机、开关设备和变频器。海底设备还可能需要电力网以及控制、监控和处理系统。[0004] 为了保护海底装备不受过电流或短路的影响，可以使用熔断器。如果通过熔断器的电流超过一定的预定值，熔断器中断电路。[0005] 传统熔断器可能包括熔断器本体和熔断器本体内的熔断器元件。熔断器本体可以是陶瓷、玻璃、塑料、玻璃纤维等。熔断器元件可以是金属条或金属线并且可以连接在熔断器的两个电端子之间。熔断器元件将在流过熔断器元件的电流超过预定值时熔化。熔断器作为其中一部分的电路将因此中断。[0006] WO2012/116910公开了一种海底熔断器组件。海底熔断器组件适于在加压环境中操作。海底熔断器组件包括：壳体，适于填充有介电流体；压力补偿器，包括用于压力补偿的柔性元件；第一穿透件和第二穿透件，每个穿透件穿过壳体的壁以用于将第一电导体和第二电导体分别引入到壳体中；以及熔断器，其设置在壳体内部并且被连接在第一电导体和第二电导体之间。发明内容[0007] 本发明的目的是提供一种改进的海底熔断器组件。[0008] 根据本发明的海底熔断器组件在权利要求1中进行限定。[0009] 该海底熔断器组件包括：[0010] 外壳，填充有介电流体并在外壳的壁设置均衡开口，该外壳由导电材料制成，[0011] 柔性元件，以流体密封的方式密封均衡开口，[0012] 第一电导体，通过位于外壳的壁中的引入部延伸到外壳中，[0013] 第二电导体，在外壳内延伸，[0014] 熔断器，在外壳内连接在第一电导体与第二电导体之间，[0015] 海底熔断器组件特征在于：[0016] 第二电导体附接到外壳的壁的内表面，[0017] 在外壳外侧延伸的第三电导体附接到外壳的壁的外表面，从而[0018] 通过外壳在第二电导体与第三电导体之间提供导电路径。[0019] 本发明的一个益处是在本发明的海底熔断器组件中仅需要用于一个电导体的一个引入部。连接至海底熔断器组件的外壳内部的熔断器的两个电导体中的仅其中一个电导体必须被引导穿过外壳的壁。[0020] 通过外壳，在第二电导体与第三电导体之间设置导电路径。附图说明[0021] 下面将参考附图通过优选实施方式更加详细地描述本发明，其中：[0022] 图1示出根据本发明的海底熔断器组件的侧视图，[0023] 图2示出图1的海底熔断器组件的第一仰视图，[0024] 图3示出图1的海底熔断器组件的第二仰视图，[0025] 图4示出海底熔断器组件中的熔断器的侧视图，[0026] 图5示出根据本发明的三相海底熔断器组件的侧视图，[0027] 图6示出根据本发明的具有三相海底熔断器组件的海底设备的侧视图，[0028] 图7示出图6的海底设备的压力补偿器的侧视图。具体实施方式[0029] 图1示出根据本发明的海底熔断器组件的侧视图。[0030] 海底熔断器组件10可以包括外壳11，该外壳11具有底壁20、顶壁25、前壁14、后壁15和侧壁16、17(在图2中示出)。外壳11可以具有平行六面体的形状。外壳11的底壁20可以向外延伸超过由前壁14和后壁15形成的外周边。底壁20的外部分21可以形成法兰。底壁20设置形成穿过底壁20的通道的均衡开口22。对接法兰30可进一步抵靠底壁20的底面放置。对接法兰30可与底壁20的尺寸相同。对接法兰30还可设置与外壳11的底壁20的均衡开口22对应的均衡开口32。可以在底壁20与对接法兰30之间设置压力补偿器40。压力补偿器40可以封闭外壳11的均衡开口22。压力补偿器40可以在外壳11的内部与外部之间形成流体密封。压力补偿器40可被压在底壁20与对接法兰30之间。压力补偿器40可以由柔性元件形成。柔性元件可以是膜。[0031] 外壳11的后壁15可设置引入口29。该引入口29可以为第一电导体61提供用于从外壳11的外部到外壳11的内部的通道。引入部70可以设置在外壳11的引入口29中。引入部70可以安装在外壳11的引入口29以提供流体密封。第一电导体61可被引导穿过引入部70进入外壳11的内部。引入部70可以由塑料材料或树脂制成，其围绕第一电导体61并在第一电导体61周围提供流体密封。[0032] 第二电导体62可设置在外壳11的内部。第二电导体62的一端可附接到外壳11的前壁14的内表面。第三电导体63可设置在外壳11的外部。第三电导体63的一端可附接到外壳11的前壁14的外表面。外壳11可以由导电材料制成。因此，通过外壳11在第二电导体62与第三电导体63之间形成电连接。因此在外壳11的前壁14不需要开口。导电外壳11将第二电导体62和第三电导体63电连接在一起。第二电导体62附接到外壳11的前壁14的外表面并且第三电导体63附接到外壳11的前壁14的内表面。第二电导体62和/或第三电导体63可通过焊接附接到外壳11。另一种可能性是通过焊接将法兰附接到外壳11，并且用压缩接头将第二电导体62和/或第三电导体63附接到相应的法兰。压缩接头可以用螺栓和螺母实现。[0033] 熔断器50可位于外壳11内。熔断器50可以在外壳11内电连接在第一电导体61与第二电导体62之间。熔断器50的第一端可以附接到第一电导体61的内端，并且熔断器50的第二相对端可以附接到第二电导体62的内端。熔断器50可由第一电导体61和第二电导体62机械支撑。熔断器50可以用螺丝和紧固件元件或通过钎焊附接到电导体61、62的端部。[0034] 第一电导体61的外端和第三电导体63的外端可以连接外部电路，从而熔断器50变成外部电路的一部分。例如，熔断器50可连接在待保护的第一电部件与向第一电部件供给电能的第二电部件之间。例如，第一电部件可以是变压器，以及第二电部件可以是可变驱动器。如果通过熔断器50的电流大于阈值电流，熔断器50适于被触发。熔断器50的触发意味着通过熔断器50的电路径中断。例如，熔断器的触发可能意味着设置在熔断器50内的熔断器元件熔化，由此穿过熔断器50的电路径中断。[0035] 由于压力补偿器40，外壳11是压力补偿外壳11。压力补偿器40可在外壳11的底壁20的第一均衡开口22的周围提供流体密封。压力补偿器40可以在外壳11的内部与外壳11的外部之间提供压力均衡。由于其不需要承受高压差，因此外壳11的壁14、15、16、17、20、21制作得相当薄。高压差的消除进一步便于通过压力补偿器40和第一电导体61密封外壳11的开口22、29。因此，海底熔断器组件10可制作得相对紧凑和轻量化。[0036] 外壳11可填充介电流体80。因此，熔断器50可浸没在介电流体80中。外壳11内的介电流体80通过外壳11的底壁20的第一均衡开口22直接接触压力补偿器40。压力补偿器40被配置为通过增加或减小外壳11的体积来补偿外壳11内介电流体80的体积变化。另一方面，外壳11的外部压力通过对接法兰30的第二均衡开口32直接作用在压力补偿器40上。[0037] 外壳11可由导电材料制成。导电材料可以是例如钢的金属。可在外壳11周围使用电绝缘层，例如施加多圈绉纸。但是，外壳11上的这种电绝缘层还会形成降低外壳11的散热的热绝缘，因此应当避免这种电绝缘层。[0038] 图2示出移除了对接法兰的图1的海底熔断器组件的仰视图。[0039] 附图示出外壳11的底壁20和外壳11的底壁20的第一均衡开口22。附图还用虚线示出外壳11的前壁14、后壁15和侧壁16、17。底壁20的向外延伸超过由前壁14、后壁15和侧壁16、17形成的外周边的部分21可形成法兰部分。底壁20的法兰部分21可设置穿过底壁20的法兰部分21的第一紧固开口26。从而，底壁20的尺寸大于由前壁14、后壁15和侧壁16、17限定的板的尺寸。[0040] 图3示出海底熔断器组件的对接法兰的第二仰视图。[0041] 附图示出外壳11的对接法兰30和外壳11的对接法兰30的第二均衡开口32。对接法兰30的法兰部分31可设置穿过对接法兰30的法兰部分的第二紧固开口36。对接法兰30的尺寸可对应于底壁20的尺寸。对接法兰30的第二紧固开口36的位置对应外壳11的底壁20的第一紧固开口26的位置。对接法兰30的第二均衡开口32的尺寸可与外壳11的底壁20的第一均衡开口22的尺寸相同。[0042] 利用穿过底壁20的第一紧固开口26和对接法兰30的第二紧固开口36的螺栓，对接法兰30可以附接到外壳11的底壁20。[0043] 图4示出海底熔断器组件中的熔断器的侧视图。[0044] 熔断器50可以包括熔断器壳体51、两个终端53、53和熔断器元件52。熔断器元件52可放置在熔断器壳体51内。两个终端53、54可以穿过相对的壁进入壳体51。终端53、54可以经由熔断器元件52相互电连接。在熔断器组件10中，第一终端53可连接第一电导体61以及第二终端54可连接第二电导体62。[0045] 熔断器壳体51不需要流体密封，即熔断器组件10的外壳11内的介电流体可以进入熔断器壳体51。因此，熔断器50可以被加压而不会造成熔断器50的损坏。介电流体中熔断器元件52的加热和熔化可能产生气体和燃烧产物。熔断器壳体51内的突然体积膨胀可能会导致熔断器壳体51的破裂。熔断器50被封装在熔断器组件10的外壳11内，即燃烧产物和熔断器壳体51的碎片将留在熔断器组件10的外壳11内。熔断器壳体51的环境将不会被污染。[0046] 熔断器元件52可以由一个或多个实心的或穿孔的金属板或一个或多个电线等形成。熔断器壳体51可以由非导电材料(如具有高硬度并且耐热的陶瓷材料)制成。熔断器壳体51还可以填充电介质(如沙子)。[0047] 图5示出根据本发明的三相海底熔断器组件的侧视图。[0048] 三相熔断器组件可由如图所示得三个单独的单相熔断器组件10构成。[0049] 图6示出根据本发明的具有三相海底熔断器组件的海底设备的侧视图。[0050] 海底设备包括填充有第二介电流体160的主容器110、浸没在主容器110内第二介电流体160中的三相变压器100、和浸没在主容器110内的第二介电流体160中的三相熔断器组件。[0051] 三相熔断器组件包括位于主容器110中的三个单独的单相熔断器组件10。每个海底熔断器组件10可以包括外壳11、熔断器50、第一电导体61、第二电导体62和第三电导体63。海底熔断器组件10中的每个海底熔断器组件可支撑在主容器110内的支撑元件120上。支撑元件120可以由非导电材料制成。三相电源的每个相与相应的附接到主容器110的顶壁的独立引入部130相连接。进一步地，三相电源的每个相在主容器10内通过电缆140连接相应的海底熔断器组件10的第一电导体61。三相海底变压器100的每个相通过电缆150连接相应的熔断器组件10的第三电导体63。第二介电流体160与熔断器组件10的外壳11中的介电流体80可以相同，或者它们可以不同。[0052] 附图中，电源经由主容器110的顶板连接。但是，电源可替代地经由主容器110中的侧板连接。[0053] 变压器100形成主容器110内的电部件。电部件可替代电力变压器，电部件由例如一个或多个电动机、一个或多个开关设备或一个或多个变频器构成。海底设备还可以包括电力网以及控制、监控和处理系统。[0054] 海底熔断器组件10可以连接在主容器110内的电部件与电源之间。海底熔断器组件10形成对电部件的过电流保护。[0055] 在主容器110中，在相邻的海底熔断器组件10的外壳11之间以及从外壳11到相邻的接地部分可使用包括一个或多个压板层的绝缘板。在外壳11之间以及外壳11与相邻的接地部分之间的油间隙划分为一个以上的区域，这会改善熔断器组件10的相邻外壳11之间的电绝缘。[0056] 图7示出图6的海底设备的压力补偿器的侧视图。[0057] 海底设备的主容器110、变压器100和第二介电流体160被示出。为了清楚起见，海底熔断器组件10未在附图中示出。第二介电流体160可以是变压器油。主容器110可填充变压器油160。[0058] 压力补偿器200可具有大体圆柱形的形状。压力补偿器200可以包括固定顶板220和可移动底板230。底板230可移动地支撑在附接到顶板220的引导构件240上。因此，底板230可以沿着引导构件240移动S1。[0059] 压力补偿器200进一步可包括在固定顶板220与可移动底板230之间延伸的第一波纹构件250。第一波纹腔室210由顶板220、底板230和第一波纹构件250形成。第一波纹构件250在顶板220与底板230之间形成柔性构件。当底板230沿任一方向S1，即远离顶板220或朝向顶板220移动时，第一波纹构件25膨胀和/或收缩。第一波纹构件250可具有大体圆柱形的形状。[0060] 压力补偿器200进一步可包括在固定顶板220与可移动底板230之间延伸的第二波纹构件260。第一波纹构件250被第二波纹构件260围住。第一波纹构件250与第二波纹构件260之间形成第二波纹腔室270。第二波纹构件260将第一波纹构件250与周围的海水间隔开。第二波纹腔室270可填充中间介质。第二波纹构件260可具有大体圆柱形的形状。[0061] 第一波纹腔室210可以经由管道系统170连接主容器110。因此，压力补偿器200将补偿主容器110中的第二介电流体160的体积变化。当主容器110中的第二介电流体160的体积增加时，则一部分第二介电流体160将经由管道系统170从主容器110流至第一波纹腔室210。这将使底板230进一步远离顶板220移动，从而第一波纹腔室210的体积增加。当主容器110中的第二介电流体160的体积减小时，则一部分第二介电流体160将经由管道系统170从第一波纹腔室210流至主容器110。这将使底板230朝向顶板220移动，从而减小第一波纹腔室210的体积。因此，压力补偿器200将补偿主容器110中的体积变化。[0062] 第一波纹构件250可以由金属波纹结构形成。第二波纹构件260可以由橡胶或橡胶类材料形成。橡胶类材料可以是适当的塑料材料或塑料材料与橡胶材料的混合物。[0063] 还必须补偿第二波纹腔室270中的小的体积变化。这样做可以使得第二波纹构件260适于也能在径向方向膨胀，或利用连接至第二波纹腔室270的小的额外压力补偿器膨胀。[0064] 主容器110可以用任意类型的压力补偿器(即不仅仅用附图所示的压力补偿器)进行压力补偿。压力补偿器可以是与外壳具有相同的形式的膜，或者可以使用单波纹或双波纹型压力补偿器或瓶型压力补偿器。例如专利EP2169690中公开的双波纹型压力补偿器。[0065] 在附图中，外壳11形成为平行六面体的形状。这是优选实施方式，但是外壳11可具有任何形式，例如，其可以是圆柱形或梯形或多边形。[0066] 在附图中，均衡开口22、32位于外壳11的底壁20、30。这是优选实施方式，但是均衡开口22、32可自然地位于外壳11的任一壁。在附图中，第三电导体63附接到外壳11的前壁14。这是优选实施方式，但是，第三电导体63可自然地附接到外壳11的任一壁。第一电导体61和第二电导体62从外壳11的相对壁14、15延伸至熔断器50。这是优选实施方式，但是，第一电导体61和第二电导体62可自然地从任一壁延伸至熔断器50。[0067] 海底熔断器组件适于在加压环境，即在压力明显高于正常空气压力1巴的环境中操作。海底熔断器组件可例如设置于海床上。海底熔断器组件可以在100‑3000m范围的水深中使用，从而主导压力可在10‑300巴范围内。海洋中的水温在1000m深度通常为5‑6摄氏度且在3000m深度通常为0‑3摄氏度。[0068] 经过海底熔断器组件的电流可在100‑1000安培(RMS)范围内。作用于海底熔断器组件的电压可以在100‑50000伏特(RMS)范围内。[0069] 外壳中的介电流体可以是诸如介电油的介电流体。介电油可以是变压器油或绝缘油。变压器油或绝缘油是在高温下稳定且具有优异的电绝缘性能的油。其可以在充油变压器、某些类型的高压电容器、荧光灯镇流器和某些类型的高压开关和电路断路器中使用。变压器油或绝缘油的功能是绝缘、抑制电晕放电和电弧放电，以及用作冷却剂。[0070] 外壳11填充有介电流体80。外壳11外部占主导的压力将通过压力补偿器40作用于外壳11内的介电流体80的压力。因此，外壳11内的介电流体80的压力符合外壳11外部占主导的压力。因此，可以在外壳11的内部与外部维持接近零的压差。[0071] 膜40可以选自包括橡胶膜、丁腈橡胶膜、热塑性聚氨酯膜、包括涤纶长丝的膜、包括聚氯乙烯的膜和丁基橡胶膜的组。[0072] 对本领域技术人员显而易见的是，随着技术进步，本发明构思可以以各种方式实施。本发明及其实施方式不限于以上所描述的示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

专利地区：瑞士

专利申请日期：2019-11-25

专利公开日期：2024-07-26

专利公告号：CN113016050B