船舶用高压连接器设计研究

2015-03-05余海洋

机电元件 2015年3期

关键词：高压电绝缘体尾部

余海洋，姜涛，刘敏

(中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽蚌埠，233010)

研究与设计

船舶用高压连接器设计研究

余海洋，姜涛，刘敏

(中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽蚌埠，233010)

本文主要介绍一种船舶用单芯高压电连接器，采用高级界面密封技术，并经过MAXWELL仿真软件仿真，确保该产品设计合理。通过对该产品的各项试验，确保产品各项性能符合要求。

高压;MAXWELL软件;插合界面

1 引言

高压连接器是指工作在1kV～120kV或更高电压之间的连接器。该类连接器主要用于X－射线装置、行波管、速调管、磁控管和高压电源以及激光等电子设备高电压信号的连接和传输。随着船舶技术的发展，对船舶用高压电连接器的需求也越来越多。

本文介绍了一种应用于舰载发射机上的新型25kV单芯高压电连接器的设计思路，模拟仿真效果及产品试验数据。产品照片如下图所示:

图1 船舶用25kV高压连接器外形图

2 设计依据

本高压电连接器的设计主要依据用户的要求，并参照了GJB1217A－2009的有关技术要求，主要技术指标如下:

3 设计思路

船舶用高压连接器与地面用高压连接器比较起来，不仅要求耐电压指标合格，具有易于维护的结构特点，还必须考虑严酷的船舶产品环境要求，包括盐雾、潮湿和振动等。为保证产品在长期工作条件下能够可靠传输高电压信号，插头插座端面需保持稳定的界面压力。同时，产品还需有易于维护的特点。为满足以上要求，可以通过以下几点技术途径:

1)采用新型工程塑料，该材料不仅具有良好的机械性能、电绝缘性能、耐高低温和耐磨性能，且憎水性优异，适合应用于潮湿的场合。其介电常数也比较高，可以大大提高产品本身的耐击穿强度。

2)通过设计计算和模拟仿真优化产品设计结构，从而有效地降低电场强度，满足耐电压要求。

3)插合界面端面压力依靠弹簧压力保证，可以长期保持恒定压力。

4)在一般情况下，高压电连接器插座尾部需用灌封处理来达到绝缘效果。虽然灌封可以有效绝缘和大批量处理产品，但不利于产品维护。为了满足用户对产品必须易于维护的要求，连接器尾部采用螺纹固定结构，通过旋转螺纹可以对连接器零部件随时进行更换。

4 总体结构

本产品包括自由端高压电连接器和固定端高压电连接器，整体结构如图2所示。其中，插针和插孔采用铜合金材料通过机械加工成型;高压导线采用表面涂覆硅橡胶的聚四氟乙烯高压导线。

自由端高压电连接器

图2 整体结构示意图

连接器尾部均通过螺母与绝缘体之间的螺纹互配，使硅橡胶尾套变形进而达到隔绝空气的目的。因螺母与绝缘体间、绝缘体与安装板之间均是通过螺纹连接。因此，产品发生故障后，将螺母拧开，即可对零件进行更换，易于产品维护。

5 关键设计技术

5.1 插合界面的设计技术

在界面设计中采用软硬“凸凹”配合，硬质材料为特种塑料，软质材料采用硅橡胶，如图3所示。插头安装板处装有弹簧，可以保证界面有恒定的压力，达到良好的密封效果。根据对高压连接器设计中的结构和所使用材料的研究，合理的界面压缩量一般要控制在0.5mm～1mm左右，才能保证界面在各种环境条件下仍然能隔绝空气间隙而不被击穿。通过调整弹簧压力，插头插针插合后，本连接器的界面压缩量在0.7mm左右。