随着经济社会的快速发展，社会各界对于供电可靠性提出了越来越高的要求，尤其是重大活动中高压保电。其中以10KV应用最多最广泛，10KV不停电作业是通过引流夹钳、柔性电力电缆、快速自锁连接器、负荷开关、移动箱变车、绝缘斗臂车等搭建出配电系统向用户供电。其中客户对快速自锁连接器要求越来越高，期望使用更大额定电流，更多插拔次数，更加可靠的连接器。
本文将带你一起探究10KV高压快速自锁连接器的设计。该连接器已申请专利保护。
设计中面临的挑战
高压快速自锁连接器由插座端和插头端组成。采用高导电性的全金属外壳，可靠有效地屏蔽高压电场并接地，最大程度地保证使用者的电气安全。在设计过程中，工程团队攻坚克难，一一化解面临的难题。
高压快速自锁连接器结构示意图
界面压力
产品的好坏关键取决于细节的设计。连接器插合后，两端绝缘通过一定的过盈贴合来保证绝缘强度，过盈量通过外部锁紧装置来实现。过盈量的大小是决定产品性能的关键因素，太大的过盈量会使绝缘变形量过大，短时间的使用就会产生永久变形，过盈量太小又不能实现良好的绝缘性能，存在击穿的风险。
三元乙丙橡胶应力应变测试表
载流部件
本连接器额定电流250A，设计温升小于50K。采用史陶比尔表带触指技术，其页片通过恒定的弹簧压力，能够持续保持与连接表面的接触，使接触电阻低且恒定，哪怕数千次的插拔后，仍可以保证可靠稳定的连接，接触电阻值仍保持优异水平。通过实际测试，温升指标优异。
温升试验
快速自锁机构
电气安全是高压连接器设计时考虑的重要因素。如果连接器在带高压的情况下异常脱开，会产生严重的电弧，可能造成严重的设备和人身危害。本连接器采用钢珠锁紧的方式，插合到位后松手即可由弹簧机构自动锁定，有效防止由于误碰导致的异常脱开。相比国内其他相关连接器将钢珠锁紧设计在固定端，解锁时需要向前推，本连接器操作时向后拉即可，与拔出连接器的力的方向一致，符合人机工程学。从人机工程的角度出发，优化的操作方式和操作力，最终达到满意的效果，即使力气较小的女性也可以轻松实现连接器的插拔及锁紧操作。
感应取电设计
环氧插座内为感应取电而设置的感应铜网也是一个影响产品性能及可靠性的难点，通过计算机辅助仿真不断优化和改善感应铜网的设计。在内部铜杆和感应铜网上加载一定的交流电压，金属外壳电位设为零，得到如下结果。
电场分布情况
根据结果云图，铜网与铜杆之间的电场强度相对较均匀，绝对值也不大。现有结构下，产品中的Emax远小于环氧树脂介质强度，固体绝缘击穿可能性较小;同时，SF6内的场强数值也意味着环氧表面发生沿面放电的风险很低。
结语
配网不停电作业通过采用带电作业、旁路作业等方式对配网设备进行检修作业，已成为了提升供电可靠性和优质服务水平最直接、最有效的重要手段。本文讨论的连接器具有额定电流大、温升小、插拔次数高、安全可靠的特点，非常适用于应急供电领域、环网柜模块化领域以及盾构机装备等。
*原文《高压快速自锁连接器设计》刊载于《电气时代》杂志2022年第6期，作者为史陶比尔(杭州)公司李太华、马长海、杨勇、陈瑞瑞、徐恒、张楼行。
（来源：史陶比尔Staubli）
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