CN102315607A - 高载流能力高压开关设备用充气套管 - Google Patents

Abstract

一种高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是空心绝缘子和散热装置将载流导体、触头连接装置和内屏蔽结构等部件密封在一个充有一定压力气体的容积内，载流导体、触头连接装置和接线端子用以实现电流的引进和引出，内屏蔽结构和上均压环用以改善套管的内外电场分布套管的内腔充有一定压力的绝缘和散热气体如SF₆气体，内腔气体通道畅通，内腔气体通过传导、对流、辐射等方式参与热交换，散热装置设置在高压套管的顶部。散热装置内表面与热对流气体保持紧密接触，外表面与外界冷空气保持紧密接触，将内部热量有效快速地散发到外界空气中，提高了套管的散热功率和效率。与常规结构的产品相比，本发明设计的套管具有更高的载流能力。

Description

高载流能力高压开关设备用充气套管

 

技术领域

本发明涉及高压、超高压及特高压套管技术领域，特别是一种高载流能力高压开关设备用充气套管。

背景技术

套管是罐式断路器和气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的重要组件，其作用是将高电压、大电流引入或引出相关设备，需要具备一定的绝缘耐受能力和载流能力，随着电力***用电负荷的不断增加，电力***对套管额定运行电流的要求也越来越高，高压开关设备用套管的设计结构通常有电容式套管和充气套管两种，额定电流一般在4000A以下，为提高高压开关设备用套管的额定载流能力，避免较高温度对绝缘支撑件及密封件造成不必要的老化和损坏，往往需要增大套管载流导体的直径，由此带来的负面影响有：

（1）过粗的载流导体会对高压套管的绝缘性能产生不好的影响，

（2）过粗的载流导体会增加高压套管的整体重量，给运输和安装等环节增加困难，

（3）增加高压套管内部直径，材料成本增加，经济性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种高载流能力高压开关设备用充气套管，额定电流可以高达10000A，可以作为126kV至1200kV 电压等级的GIS或罐式断路器的高载流能力充气套管。

本发明是这样实现的，高压开关设备用充气套管，它包括高压套管、空心绝缘子、载流导体、触头连接装置、内屏蔽结构、上均压环、接线端子、散热装置、螺旋弹簧，其特征是空心绝缘子和散热装置将载流导体、触头连接装置和内屏蔽结构等部件密封在一个充有一定压力气体的容积内；载流导体、触头连接装置和接线端子用以实现电流的引进和引出，内屏蔽结构和上均压环用以改善套管的内外电场分布，在高压套管的顶部设置了用于增加套管对外的散热功率及效率的散热装置。

高载流能力高压开关设备用充气套管的内腔充有一定压力的绝缘和散热气体如SF₆气体，内腔气体通道畅通，内腔气体通过传导、对流、辐射等方式参与热交换，工作时，内腔气体通道中的冷气体密度大于热气体，使冷气体向下流动；气体向下流动过程中受到发热元件的加热，逐步变为热气体向上流动，通过携带热量的气体在通道内不同方向的流动，在套管内产生有效的热对流，散热装置设置在高压套管的顶部。散热装置内表面与热对流气体保持紧密接触，外表面与外界冷空气保持紧密接触，从而形成套管内外有效的热交换，将内部热量有效快速地散发到外界空气中，提高了套管的散热功率和效率。与常规结构的产品相比，本发明设计的套管具有更高的载流能力。

附图说明

以下结合附图对本发明做进一步的描述；

图1是本发明高载流能力高压开关设备用充气套管的结构示意图，

图2是螺旋弹簧触头连接装置的结构示意图，

图3是圆环结构的上均压环结构示意图，

图4是回转薄壳形屏蔽罩结构的上均压环结构示意图，

图5是散热装置的结构示意图，

图6是散热装置结构示意图5的侧视图，

图7是屏蔽结构处电场分析的电位等值云图分布，

图8是上均压环处电场分析的的电位等值云图分布。

具体实施方式

如图1-8所示，该高载流能力高压开关设备用充气套管包括空心绝缘子2、载流导体3、触头连接装置4、内屏蔽结构5、上均压环6、接线端子7、散热装置8和螺旋弹簧9，空心绝缘子2和散热装置8将载流导体3、触头连接装置4和内屏蔽结构5密封在一个充有SF₆绝缘气体的容积内；载流导体3、触头连接装置4和接线端子7用以实现电流的引进和引出，内屏蔽结构5和上均压环6用以改善高压套管1的内外电场分布，散热装置8用于提高套管的散热功率和效率，这种套管额定电流可以高达10000A，可以作为126kV至1200kV 电压等级的GIS或罐式断路器的高载流能力充气套管；空心绝缘子2可以是瓷绝缘子、或复合绝缘子；其载流导体3采用电阻率较低的铜材或铝材，需要具备一定的截面积，可以是铜管（棒）或铝管（棒）；其触头连接装置4采用螺旋弹簧触头；内屏蔽结构5根据电压等级可以设置为单层、双层、三层或多层；为保证绝缘性能，内屏蔽结构5端部需要设计成多段圆弧圆滑过渡；上均压环6可以是圆环结构或回转薄壳形屏蔽罩结构；散热装置8由金属尤其是铝合金制成，与导电元件保持电气连接。散热装置8采用特定的形状，具有一定的电场屏蔽作用，使散热装置8同时具有良好的散热和电气绝缘性能；套管内腔充有一定压力的绝缘和散热气体；内腔气体通过传导、对流、辐射等方式参与热交换；内腔气体通道畅通，利用气体的循环流动可以将热量由发热点输送至散热装置8；散热装置8外壳上分布多个散热片，呈辐射状或梳状分布，散热装置8外表面与外界空气保持接触；内表面与内部气体保持接触，可有效地进行热交换，将套管内部热量散发到外界空气中，提高高压开关设备用充气套管整体的载流能力，载流导体3采用高电导率、高导热率的金属材料尤其是铝合金或无氧铜制成的管或棒，需要具备一定的截面积，直径通常在50mm～300mm范围内。图2所示为高压套管的触头连接装置4，采用便于安装调试且通流能力较好的螺旋弹簧触头，可以根据额定电流大小选择螺旋弹簧9的个数。绝缘性能是高压开关设备用充气套管的基本性能。为保证高压开关设备用充气套管的绝缘性能，套管内部设置有改善电场分布的屏蔽结构5，屏蔽结构5可以根据电压等级设置为单层、双层、三层或多层，屏蔽结构的端部应采用多个圆弧圆滑过渡。屏蔽结构5的结构形状应通过电场计算优化确定。图7所示为一种内屏蔽结构处电场分析的电位等值云图分布，为保证高压开关设备用充气套管的绝缘性能，套管外部设置有上均压环6，上均压环6可以设计为圆环结构或回转薄壳形屏蔽罩结构，见图3和图4所示。上均压环6的结构形状应通过电场计算优化确定。图8所示为一种上均压环结构处电场分析的电位等值云图分布，对于上均压环6结构形式之一的圆环结构，为降低重量，采用薄壁圆管材制成，厚度通常在1mm～6mm范围内选取；为保证绝缘性能，圆管直径根据电压等级通常在100mm～400mm范围内选取，图5和图6所示为一种散热装置8的结构示意图。散热装置8由导热性较好重量较轻的金属尤其是铝合金制成，与导电元件保持电气连接。散热装置8采用特定的形状，要求具有一定的电屏蔽作用。为增加散热装置8的散热面积，散热装置8的外表面设置有多个散热片，呈辐射状或梳状分布，本发明高载流能力高压开关设备用充气套管，套管内腔充有一定压力的绝缘和散热气体如SF₆气体，内腔气体通道畅通，内腔气体通过传导、对流、辐射等方式参与热交换，工作时，内腔气体通道中的冷气体密度大于热气体，使冷气体向下流动；气体向下流动过程中受到发热元件的加热，逐步变为热气体向上流动，通过携带热量的气体在通道内不同方向的流动，在套管内产生有效的热对流，散热装置8设置在高压套管的顶部；散热装置8内表面与热对流气体保持紧密接触，外表面与外界冷空气保持紧密接触，从而形成套管内外有效的热交换，将内部热量有效快速地散发到外界空气中，提高了套管的散热功率和效率。与常规结构的产品相比，本发明设计的套管具有更高的载流能力。

Claims (9)

1.一种高载流能力高压开关设备用充气套管，它包括高压套管、空心绝缘子、载流导体、触头连接装置、内屏蔽结构、上均压环、接线端子、散热装置、螺旋弹簧，其特征是空心绝缘子和散热装置将载流导体、触头连接装置和内屏蔽结构等部件密封在一个充有一定压力气体的容积内；载流导体、触头连接装置和接线端子用以实现电流的引进和引出，内屏蔽结构和上均压环用以改善套管的内外电场分布，在高压套管的顶部设置了用于增加套管对外的散热功率及效率的散热装置。

2.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是空心绝缘子可以是瓷绝缘子、或复合绝缘子。

3.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是载流导体采用电阻率较低的铜材或铝材，可以是铜管（棒）或铝管（棒）。

4.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是触头连接装置采用螺旋弹簧触头。

5.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是内屏蔽结构为单层、双层、三层、或多层，内屏蔽结构端部设计成多段圆弧圆滑过渡。

6.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是上均压环是圆环结构、或回转薄壳形屏蔽罩结构。

7.根据权利要求1所述的高载流能力高压开关设备用充气套管，其特征是具有良好的散热性、电气绝缘性能和电场屏蔽作用的散热装置由金属，特别是铝合金制成。

8.根据权利要求1所述的高载流能力的高压开关设备用充气套管，其套管内腔充有一定压力的绝缘和散热气体，内腔气体通过传导、对流、辐射等方式参与热交换，内腔利用气体的循环流动可以将热量由发热点输送至散热装置。

9.根据权利要求1所述的高载流能力的高压开关设备用充气套管，其特征是散热装置的外壳上分布多个散热片，呈辐射状、或梳状分布，散热器外表面与外界空气保持接触，内表面与内部气体保持接触。

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