CN101427325B - 伸长部件及其用途 - Google Patents

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Abstract

一种伸长部件,具有:外部套筒式刚性绝缘体壳(1),围绕着在壳的纵向方向上延伸的高电压导体(5);以及靠近壳内壁的在壳内的间隙(10),至少部分地围绕所述导体并且填充有具有电绝缘性的材料的介质(11)。所述介质由包含至少部分地填充有气体的空腔的电绝缘材料形成,而该材料适于在材料的温度上升时通过可逆地压缩所述空腔以及减小空腔的体积来膨胀。

Description

伸长部件及其用途
技术领域
本发明涉及一种伸长部件,该伸长部件包括:外部套筒式刚性绝缘体壳,围绕着在壳的纵向方向上延伸的高电压导体;以及靠近壳内壁的在壳内的间隙,至少部分地围绕所述导体并且填充有由具有电绝缘性的材料制成的介质。
背景技术
本发明涉及任何这样的部件,其中将针对环境屏蔽高电压,以防止设备、罩或者通常接地的其它物体出现闪络(flash-over)。
此类部件的一个例子是将变压器连接到高电压网络的套管,其中必需将待连接到高电压网络的导体的高电压屏蔽到距变压器有相当距离如例如4米的位置。
线缆接头(cable termination)和高电压装置是此类部件的其它例子。
这类部件必须经受随时间的较大温度变化。这些温度变化可以归因于如下事实:部件完全地或者至少部分地位于室外,在室外取决于一年的时间的温度可以在-40℃与+40℃之间改变。另外,所述高电压导体的负载可以变化、即流过的电流可以变化很大以至于该导体的温度并且因此所述伸长部件在所述壳内部分的温度可以变化很大。事实上,壳的温度将主要地取决于所述部件的环境温度,而其内部部分如所述介质的温度还将取决于流过导体的电流的强度。必须填充所述间隙的具有特定电绝缘性的材料的介质将倾向于随温度而改变体积,这意味着如果介质完全地封闭于所述壳中,则在温度上升时将在壳内产生压力。该压力可能造成外绝缘体壳被损坏。
有针对该问题的两种已知解决方案。第一解决方案构造具有外绝缘体壳的部件以使得它能够经受所产生的压力,这实现起来困难并且成本高。另一解决方案构造部件以使得例如通过将填充有流体的所述间隙连接到膨胀容器来应对所产生的压力,这既复杂成本又高。另外,这涉及到所述介质的泄漏风险,该泄漏风险可能构成火灾风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背景技术中所定义类型的部件,从而建议一种针对所述部件及其部分的温度变化问题的不同解决方案。
该目的根据本发明通过提供这样的部件来实现,其中所述介质由包含至少部分地填充有气体的空腔的电绝缘材料形成,其中所述材料适于在材料的温度上升时通过可逆地压缩所述空腔以及减小空腔的体积来膨胀。
这意味着不是在所述介质的温度上升时产生的高压,而是允许该材料通过压缩所述空腔来自身膨胀,以使得可以减小压力。因此,无需使绝缘体壳的尺寸过大即可保护它免受损坏,并且无需实现用于应对所产生的压力的复杂并且成本高的布置。
根据本发明的一个实施例,所述空腔由可变形球体形成,该可变行球体适于在变形之后在来自所述材料的外部压缩力由于温度降低而减小时恢复它们的形状。这构成一种获得以下空腔的有利方式,所述空腔提供所述介质相对于温度变化而言的灵活特性。在温度下降到室温以下时,所述空腔甚至可以相对于它在室温的状态而言膨胀并且增加体积。
根据本发明的另一实施例,所述材料是其中嵌入有微球体的交联凝胶。这样的凝胶与微球体的组合提供了方便地选择所述空腔的总体积相对于适合于所述部件预定用途的所述间隙的总体积的关系的可能性。
根据本发明的另一实施例,所述微球体在未变形时具有10μm-100μm的直径。已经表明这些直径用于保证维持所针对的所述介质的优良电绝缘性的这种空腔的适宜尺寸。
根据本发明的另一实施例,所述微球体是膨胀微球体。
根据本发明的另一实施例,所述微球体填充有液体和气体的混合物,其中气体含量适于随所述材料的温度并且由此随微球体的温度而增加。由于气体含量随温度增加而增加,所以增加的温度有助于所述微球体的体积减小。根据本发明的另一实施例,所述微球体仅填充有气体。
根据本发明的另一实施例,所述空腔的总体积在室温为所述介质的总体积的以及相应地为所述间隙的总体积的10%-50%、优选为20%-40%。这意味着在减小所述空腔的体积之时所述材料能够明显地膨胀而基本上不增加对限定所述间隙的部件部分上的压力。
根据本发明的另一实施例,所述介质被填充到所述间隙中,结果在间隙中具有过压,即影响所述壳的内壁,在室温时压力P为0<P<2巴。已经表明在室温时的此类过压足以保证整个间隙在所述部件的较低温度也完全地填充有所述介质。
根据本发明的另一实施例,所述导体是穿过基本上整个壳的导体管。
根据本发明的又一实施例,所述间隙将所述壳的内壁与包括所述导体的部件的有源芯(active core)分离。因此,所述间隙无需填充在所述导体与外壳之间的整个体积,并且根据本发明的一个实施例,所述部件是设计用于穿过壁来引导高电压导体的套管,而所述有源芯于是包括围绕所述导体的电场分布电容器,使得电场将从所述导体并且向外朝着绝缘体壳几乎恒定。“壁”在这里被赋以广泛含义,并且也可以仅仅是罩(如变压器罩)的壁以及建筑物的壁。
根据本发明的另一实施例,所述壳是优选地具有外法兰的陶瓷套筒。该陶瓷套筒可以在其端部固定到例如铝制的金属法兰。
根据本发明的另一实施例,该部件被设计为具有***电压至少为12kV的所述导体,如12kV-800kV,尤其是50kV-800kV。这些是用于本发明所针对的部件中的导体电压的可设想范围。
根据本发明的另一实施例,所述部件被设计为具有流过其导体的至少为1A,如1A-100kA、尤其是500A-25kA的电流。这样的电流强度通常可能出现在这样的应用中,即在该应用中这类部件是有用的,且这些电流的变化可能造成所述间隙中所述介质的明显温度变化。
根据本发明的另一实施例,该部件是将布置于高电压变换器站的套管,以便引导高电压导体穿过电流阀通道(hall)的壁和室外或者从一个这样的通道到另一这样的通道。该部件也可以是适于连接到任何高电压装置的外罩的套管,比如适于连接到高电压断路器的套管,其中需要将导体相对于它必须穿过的接地平面而言绝缘。
根据本发明的另一实施例,该部件可以是变压器套管或者发电机套管,或者它可以是壁套管。
根据本发明的另一实施例,所述部件被设计为布置于用于引导高电压导体穿过壁的套管的周边上,以便从该套管分接电压。如果所述材料不能通过减小所述空腔的体积来膨胀,则此类部件的所述电绝缘介质的温度变化就也可能构成与产生的压力相关的严重问题。
根据本发明的另一实施例,所述部件被设计成线缆接头,该线缆接头适于具有连接到其一端的高电压线缆。这样的线缆接头可以用于将电线缆如PEX线缆连接到高电压网络的功率线路、变压器或者气体绝缘开关设备,其中所述部件可以被布置用以在其线缆端驻立于地上。
本发明也涉及根据本发明的部件作为壁套管、变压器或发电机套管、或者作为线缆接头、或者作为高电压装置的用途。
本发明的更多优点以及有利特征将从对本发明实施例的以下描述中显现。
附图说明
参照附图,下文是对作为例子引用的本发明实施例的具体描述。
在附图中:
图1以部分纵向截面图示出了根据本发明第一实施例的变压器套管,
图2是根据图1的套管的壳的一部分和壳内部分的放大图,以及示出所述套管中由电绝缘材料制成的介质在所述介质的两个不同温度的结构的两个放大图,
图3是图示了根据本发明第二实施例的部件的局部截面图,该部件被布置于用于引导高电压导体穿过壁的套管的周边上,以便从该套管分接电压,以及
图4是根据本发明第三实施例的线缆接头形式的部件的局部截面图。
具体实施方式
图1图示了根据本发明一个实施例的变压器套管形式的伸长部件,该变压器套管具有外部套筒式刚性陶瓷壳或者聚合物绝缘体壳1,该壳具有外法兰2,该壳可以具有1dm-10m数量级的长度并且在端部固定至可由铝制成的金属法兰3、4。比如铝管或者铜管的管形式的高电压导体5穿过整个壳1延伸,以便在一端连接到变压器而在另一端连接到高电压网络的高电压导体(见接触销6)。导体5由电场分布电容器围绕,该分布电容器例如是周围交替缠绕的纸和金属的多个层9的形式。层的数目以及相应地电容器的数目在远离变压器罩8的连接的套管端部7以及在浸入变压器罩内的油浴(oilbath)25中的套管端部减小。这意味着电场将从导体5并且向外朝着壳1逐渐地基本上恒定。另外,电容器层9的锥式形状在套管内轴向方向上产生了平滑的电场。在径向方向上,整个场将由厚的电容器层9所在处的套管获得,而其中一部分将由套管获得,一部分由在远离地电势的端部7处的空气获得,一部分由电容器层获得,以及一部分由在另一端的油浴获得。
另外,间隙10靠近壳1的内壁形成于壳1内,并且该间隙利用由具有电绝缘性的材料制成的介质11填充。该材料包含填充有气体或者混合到硅凝胶或另一类凝胶中的液体/空气混合物的膨胀中空微球体。在该混合之后,硅凝胶进行交联,结果获得可压缩凝胶,其功能将在下文参照图2描述。微球体的空腔的总体积在室温为所述介质的总体积的10%-50%,并且相应地为所述间隙的总体积的10%-50%。
其中包含有微球体的硅凝胶被填充到间隙中,结果在该间隙中具有过压,即影响了所述壳的内壁12,在室温时压力P为0<P<2巴(bar)。在如图1中所示竖直定向的变压器套管情况下,这意味着由于重力的影响过压在顶端7处将比在下端处更高。
所述间隙10中的介质11的功能将如下所述。该介质的温度可以由于在所述壳位于室外时室外温度的变化、以及由于流过导体5的电流的强度变化而改变。在图2中示出了当所述介质的温度增加从而造成所述介质的状态从A改变成B时发生了什么。因而,凝胶13将膨胀,同时压缩微球体14并且由此减小其体积,从而使壳内产生的任何压力都保持在可接受的低水平。以该方式可逆地压缩微球体,这意味着在所述介质的温度再次下降时它们将膨胀并且增加体积。
图3图示了也在图1中示出的根据本发明另一实施例的部件15,该部件被设计为布置于套管的周边上,以便从该套管分接电压。这通过接线16来实现,该接线延伸到电容器层9中,并且连接到在与地显著不同的电势上的电容器,该电势将是抵靠金属法兰17的最外电容器层的电势。因此,接线16必须相对于法兰17而言电绝缘,而围绕该接线16的间隙10填充有上述类型的介质11。因此,该介质11将在其温度改变时如上所述动作,从而保护围绕接线的绝缘体18避免因在填充有所述介质的间隙10内产生的压力而受损。
图4图示了根据本发明第三实施例的线缆接头形式的部件。该部件中与图1中套管的部分对应的部分已经用相同标号表示。该线缆接头在高电压线缆21如PEX线缆与该线缆接头连接的一端具有线缆夹具20。该夹具20连接到导体管5,该导体管在陶瓷壳1内延伸到其另一端,以便连接到高电压网络的架空线路22。线缆接头的底端优选地通过铝法兰24固定到接地导板23。在导体5与壳1之间的间隙10填充有上文结合图1和图2所描述类型的介质11,从而实现与上文所述相同的性能和优点。
本发明当然不以任何方式限于上述本发明实施例,而是存在许多对于本领域技术人员而言明显的修改可能性,而不脱离如所附权利要求限定的本发明的基本思想。
所述空腔可以具有除了球体之外的其它形状,并且它们可以是由形成所述介质其余部分的材料形成和界定的闭合单元。

Claims (32)

1.一种伸长部件,具有:外部套筒式刚性绝缘体壳,围绕着在所述壳的纵向方向上延伸的高电压导体;以及靠近所述壳的内壁在所述壳内的间隙,至少部分地围绕所述导体并且填充有具有电绝缘属性的材料的介质,其中所述介质由包含至少部分地填充有气体的空腔的电绝缘材料形成;以及所述材料适于在所述材料的温度上升时通过可逆地压缩所述空腔以及减小所述空腔的体积来膨胀,其中所述空腔由可变形球体形成,所述球体适于在变形之后当来自所述材料的外部压缩力由于温度降低而减小时恢复它们的形状,其中所述材料是其中嵌入有微球体的交联凝胶,以及所述微球体填充有液体和气体的混合物,其中所述气体含量适于随所述材料的温度增加并且由此随所述微球体的温度增加而增加。
2.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述微球体在未变形时具有10μm-100μm的直径。
3.根据权利要求1或2所述的部件,其特征在于,所述凝胶是硅凝胶。
4.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述微球体是膨胀微球体。
5.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述微球体仅填充有气体。
6.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述空腔的总体积在室温时为所述介质的总体积的并且相应地为所述间隙的总体积的10%-50%。
7.根据权利要求6所述的部件,其特征在于,所述空腔的总体积在室温时为所述介质的总体积的并且相应地为所述间隙的总体积的20%-40%。
8.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述介质填充到所述间隙中以在其中具有过压,即影响所述壳的内壁,在室温时压力P为0<P<2巴。
9.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述导体是穿过基本上整个壳延伸的导体管。
10.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述间隙将所述壳的内壁与包括所述导体的所述部件的有源芯分离。
11.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,所述壳是陶瓷或者聚合物套筒。
12.根据权利要求11所述的部件,其特征在于,所述陶瓷或者聚合物套筒配备有外部法兰。
13.根据权利要求11所述的部件,其特征在于,所述陶瓷或者聚合物套筒在其端部固定到金属法兰。
14.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,它被设计为使所述导体的***电压至少为12kV。
15.根据权利要求14所述的部件,其特征在于,它被设计为使所述导体的***电压为12kV-800kV。
16.根据权利要求15所述的部件,其特征在于,它被设计为使所述导体的***电压为50kV-800kV。
17.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,它被设计为具有流过其导体的至少为1A的电流。
18.根据权利要求17所述的部件,其特征在于,它被设计为具有流过其导体的为1A-100kA的电流。
19.根据权利要求18所述的部件,其特征在于,它被设计为具有流过其导体的为500A-25kA的电流。
20.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,它是设计用于引导高电压导体穿过壁的套管。
21.根据权利要求10所述的部件,其特征在于,所述有源芯包括围绕所述导体的电场分布电容器。
22.根据权利要求20所述的部件,其特征在于,它是将布置于高电压变换器站的套管,用于引导高电压导体穿过电流阀厅的壁和室外或者从一个这样的厅到另一这样的厅。
23.根据权利要求20所述的部件,其特征在于,它是适于连接到任何高电压装置的外罩的套管。
24.根据权利要求23所述的部件,其特征在于,它是适于连接到高电压断路器的套管。
25.根据权利要求20所述的部件,其特征在于,它是变压器套管或者发电机套管。
26.根据权利要求20所述的部件,其特征在于,它是壁套管。
27.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,它被设计为布置在用于引导高电压导体穿过壁的套管的周边上,用于从所述套管分接电压。
28.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,它被设计成线缆接头,所述线缆接头适于将高电压线缆连接到所述线缆接头的一端。
29.一种根据权利要求1-16中任一权利要求所述的部件作为壁套管的用途。
30.一种根据权利要求1-16中任一权利要求所述的部件作为变压器或者发电机套管的用途。
31.一种根据权利要求1-16中任一权利要求所述的部件作为线缆接头的用途。
32.一种根据权利要求1-16中任一权利要求所述的部件作为高电压装置的用途。
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