CN1864309B - 聚合物套管及使用该套管的电缆端接部 - Google Patents
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Abstract
本发明在于实现一种套管，其重量更轻、更细且尺寸更小，能够与各种套管兼容，且操作步骤简单。一种聚合物套管包括：一个在下端具有一个导线***孔(1a)的导体拉出棒(1)，一个围绕导体拉出棒(1)的外周安装的硬绝缘衬套(2)，一个围绕绝缘衬套(2)的外周安装的聚合物包覆体(3)，和一个安装在绝缘衬套(2)与聚合物包覆体(3)之间界面上的电场应力控制层。该绝缘衬套(2)包括一个围绕导体拉出棒(1)的下部安装的大直径绝缘衬套(2a)，和一个围绕导体拉出棒(1)的外周安装但不包围其前端的小直径绝缘衬套(2b)。在连接大、小直径绝缘衬套(2a，2b)的部分内嵌入一个嵌入金属部分(4)，用于减弱电场。而且，在大直径绝缘衬套(2a)的下端安装一个锥形接收端口(5)，用于接收电缆端接部(11)的压力锥(13)，该接收端口(5)与导体拉出棒(1)中的导线***孔(1a)相目连。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚合物套管及使用该聚合物套管的电缆端接部。更特别地，本发明涉及一种能够使结构简化，重量、尺寸和长度减小，并且便于现场执行的聚合物套管，其不需要填充绝缘化合物，例如绝缘油或绝缘气体，非常适合于安装在顶蓬(ceiling)较低的变电站内，或者高压电线铁塔的横臂上。本发明还涉及一种使用该聚合物套管的电缆端接部。
背景技术
迄今为止，如图8所示构建的电缆端接部是人们已知的。参考附图，现有技术的电缆端接部包括一个电缆端接部20和一个瓷套21，该瓷套包封电缆端接部20并充以绝缘化合物22，例如绝缘油或绝缘气体。
这里，在瓷套21的底部安装一个环形底金属配件23，并且在瓷套21内部的下部分布置一个与瓷套21同心的环氧树脂座24。此外，在瓷套21的顶部分别布置一个上金属配件24和上封盖25，并且在瓷套21内部的上部分布置一个与瓷套21同心的导体拉出棒26。附带地，导体拉出棒26的下端部分位于瓷套21内，其远端部分从上金属配件24和上封盖25的中心部分气密地向上抽出。
此外，在构成电缆端接部20的电缆绝缘体27的外周安装一个压力锥28，一个电缆导线29附着在电缆导线(未显示)的末端。这样，在附图中，数字30表示给压力锥施压的施压器件；符号31a和31b均表示密封部分；数字32表示钳制金属配件；数字33表示支持绝缘体；数字34表示支架。
在这种结构的电缆端接部，导线终端29连接位于瓷套21内部的导体拉出棒26的下端部分，压力锥28的外表面保持与环氧树脂座24的内壁表面压力接触。
然而，在这种结构的电缆端接部，导线端子29与导体拉出棒26之间的连接节点位于瓷套21的内部，因此存在如下的缺点。
首先，第一缺点是，因为用于接收压力锥的环氧树脂座位于瓷套的内部，所以瓷套的直径相应增大，导致瓷套的重量较大。
第二个缺点是，当瓷套的外径增大时，其投影面积增大，导致瓷套污染耐受电压特性降低，因此必须使用加长的瓷套以保持污染耐受电压的预定特性。
第三个缺点是，瓷套充有绝缘化合物，因此当瓷套破碎时，绝缘化合物有可能流出瓷套，产生二次破坏。
第四个缺点是，由于需要例如环氧树脂座、上盖板和钳制金属配件等部件，所以需要大量的部件和复杂的结构。
考虑到这些缺点，人们开发出了如下的电缆端接部：(I)使用聚合物套管代替图8所示的瓷套21，并且在聚合物套管内填充绝缘油或绝缘气体，(II)如图9所示，电缆端接部40安装在聚合物套管41的接收端口46内，该聚合物套管包括一个同心布置的导体拉出棒42，一个位于导体拉出棒42外周上的硬绝缘衬套43，和一个与绝缘衬套43的外周整合的聚合物包覆体44。
然而，在电缆端接部(I)中，套管用高分子材料的聚合物形成，因此水有可能会从外部渗入，与聚合物套管内的绝缘油或绝缘气体混合，从而降低绝缘油或绝缘气体的性能。此外，在电缆端接部(II)中，用于接收压力锥的环氧树脂座不存在于聚合物套管41的内部，并且这种聚合物套管41不需要填充任何绝缘化合物，因此聚合物套管41的结构能够简化，其重量也能够减轻。作为进一步的优点，各个独立的部分能够采取单元的形式，并运输到工作现场，从而能够缩短其现场执行的时间。然而，由于电缆端接部40的电缆导线45与导体拉出棒42之间的连接节点位于聚合物套管41的内部，因此存在一个缺点：与在前述的瓷套一样，聚合物套管41的外径会增大，使得其重量较大。此外，当聚合物套管41增大时，其投影截面积变大，这导致一个缺点，即必须使用更长的聚合物套管以提高污染耐受电压特性。
因此，本申请人开发了一种聚合物套管56，并在此前提出了专利申请(日本专利申请No.2002-105432)。如图10所示，该聚合物套管56包括一个硬绝缘衬套53，在其中心有一个导体拉出棒51，并且在其下端部分有一个电缆端接部接收端口52，和一个聚合物包覆体55，其与绝缘衬套53的外周整合，并且在其外周以沿纵向彼此隔开的方式形成大量的遮罩(shade)54。这里，接收端口52位于聚合物包覆体55的下方。
这种结构的聚合物套管56具有如下的优点：首先，因为聚合物包覆体与硬绝缘衬套的外周整合，所以聚合物套管重量较轻，比现有技术的瓷套更不容易损坏，并且聚合物套管的处理更加有助于大大提高工作性能。其次，因为不需要绝缘油或绝缘气体，所以能够获得和谐的环境。第三，当聚合物包覆体用硅树脂聚合物形成时，由于硅树脂聚合物的疏水性，所以能够提高污染耐受电压的特性。第四，因为绝缘衬套的接收端口位于聚合物包覆体的下方，所以聚合物套管能够制造得比现有技术套管更细，并且由于聚合物套管更细，所以聚合物套管的投影截面积变小，结果哪怕使用短的聚合物套管，也能够保持预定的污染耐受电压特性。第五，因为导体拉出棒和电缆导线之间的连接位于聚合物包覆体的下方，所以能够缩短电缆端接部的台阶状剥离处理部分。第六，因为嵌入金属配件嵌入在聚合物套管内，并与底金属配件整合，所以聚合物套管能够得到机械强化，并能够通过底金属配件容易而稳定地安装在安装架或类似物上。
然而，在这种结构的聚合物套管55中，也涉及如下的缺点。
首先，聚合物套管55的厚度由聚合物套管55外表面的电场决定，而不是由环氧树脂等绝缘衬套53的可允许电场决定，因此随着电缆端接部工作电压的增高，绝缘衬套53的绝缘体变得更厚，从而使聚合物套管55更重。
其次，随着电缆端接部的工作电压增高，聚合物套管55变得更长，所以在安装工作中，对聚合物套管55的处理会由于更大的长度和更高的重量而变得更加困难。
[专利文献1]
日本实用新型No.3,031,834(第0002-0004部分，图2)
发明内容
本发明是为了解决上述的缺点而制造的，其目的是提供一种能够实现重量减轻、结构简化、尺寸降低、套管类型公用、且操作步骤简单的聚合物套管，并能够以灵活的方式加以安装，本发明的目的还包括一种使用该聚合物套管的电缆端接部。
本发明第一个方面中的聚合物套管包括：一个具有同心导体拉出棒的硬绝缘衬套，一个用于在其下端部分接收电缆端接部的接收端口，和一个围绕绝缘衬套外周布置的聚合物包覆体，该绝缘包覆体在其外周上以沿纵向彼此分离的方式形成了大量遮罩；其中在绝缘衬套和聚合物包覆体之间的界面上设置了一个电场应力控制层。
本发明第二个方面中的聚合物套管包括：一个具有同心导体拉出棒的硬绝缘衬套，一个用于在其下端部分接收电缆端接部的接收端口，和一个围绕绝缘衬套外周布置的聚合物包覆体，该绝缘包覆体在其外周上以沿纵向彼此分离的方式形成了大量遮罩；其中该接收端口位于聚合物包覆体的下方，并且在绝缘衬套和聚合物包覆体之间的界面上设置了一个电场应力控制层。
本发明的第三个方面在于第一和第二方面中的聚合物套管，其中在导体拉出棒的下端部分提供了一个与接收端口相连的导线***孔，并且该导线***孔位于聚合物包覆体的下方。
本发明第四个方面中的聚合物套管包括：一个具有同心导体拉出棒的硬绝缘衬套，一个用于在其下端部分接收电缆端接部的接收端口，和一个围绕绝缘衬套外周布置的聚合物包覆体，该聚合物包覆体在其外周上以沿纵向彼此分离的方式形成了大量遮罩；其中在绝缘衬套的下方，与导体拉出棒同心地布置一个环形金属配件，该聚合物包覆***于该金属配件的上方，该接收端口位于该金属配件的下方，并且提供一个电场应力控制层，使其从金属配件的上端部分延伸到导体拉出棒的远端部分。
本发明的第五个方面在于第四个方面中的聚合物套管，其中金属配件由嵌入并固定在绝缘衬套下方的、用于减弱电场的嵌入金属配件构成。
本发明的第六个方面在于第一到第五个方面每一个中的聚合物套管，其中电场应力控制层由氧化锌层或高介电常数层构成。
本发明的第七个方面在于第一到第六个方面每一个中的聚合物套管，其中绝缘衬套与导体拉出棒的外周整合布置。
本发明的第八个方面在于第一到第七个方面每一个中的聚合物套管，其中在聚合物套管的中间部分提供一个弯曲。
本发明第九个方面中的电缆端接部，是一个安装在第一到第八个方面中任何一个的聚合物套管接收端口内的电缆端接部分。
根据本发明第一到第八个方面任何一个的聚合物套管或者根据第九个方面的电缆端接部具有如下的优点。
首先，因为聚合物套管的表面电场能够通过布置在绝缘衬套与聚合物包覆体之间界面上的电场应力控制层加以减弱，所以绝缘衬套可以变薄，结果使得该聚合物套管与图10所示现有技术的聚合物套管相比，重量更轻，结构更细长。
其次，由于聚合物套管表面电场减弱，所以套管的长度能够减小。
第三，通过给超高压电缆施加重量更轻、结构更细长的户外端接部，从而能够减少辅助工作。
第四，在绝缘衬套的接收端口位于聚合物包覆体下方的情况下，聚合物套管能够与其他类型的套管兼容，并且与图10所示的现有技术聚合物套管相比，操作步骤得到简化，并能够以灵活的方式加以安装。
第五，因为在聚合物套管内嵌入了嵌入金属配件，所以聚合物套管得到了机械强化，其能够通过底金属配件容易而稳定地安装在安装架或类似物上。
第六，在聚合物套管中间部分具有弯曲的情况下，即使在顶蓬较低的变电站内安装该聚合物套管时，也能够令人满意地确保隔开。
附图说明
图1是根据本发明的电缆端接部的部分剖面图。
图2是根据现有技术的电缆端接部的电场分析图。
图3是根据本发明的电缆端接部的电场分析图。
图4是根据本发明另一个实施例的电缆端接部的部分剖面图。
图5是根据本发明另一个实施例的电缆端接部的部分剖面图。
图6是根据本发明另一个实施例的电缆端接部的部分剖面图。
图7是根据本发明另一个实施例的电缆端接部的部分剖面图。
图8是根据现有技术的电缆端接部的部分剖面图。
图9是根据现有技术的电缆端接部的部分剖面图。
图10是根据现有技术的电缆端接部示意图。
具体实施方式
现在，将参考附图对本发明的聚合物套管和使用该聚合物套管的电缆端接部的优选实施例进行说明。这里，图1显示了使用本发明聚合物套管的22-77kV级别CV电缆的户外端接部部分的剖面图。
参考图1，本发明的聚合物套管P包括：一个导体拉出棒1，其被同心地加以布置并且在其下端部分有一个导线***孔1a，一个硬绝缘衬套2，其围绕导体拉出棒1的外周布置，一个电场应力控制层SR，其围绕绝缘衬套2的外周布置，和一个聚合物包覆体3，其围绕电场应力控制层SR的外周布置。这里，绝缘衬套2用高机械强度的材料形成，例如硬塑料树脂，诸如环氧树脂或FRP；电场应力控制层SR用例如ZnO层或高介电常数层形成，其中在ZnO层中用氧化锌粉末填充弹性体材料，高介电常数层的相对介电常数至少为10，并用被导电填充材料，如碳黑，填充的橡胶等形成；聚合物包覆体3用具有高电绝缘性能的材料形成，例如高分子绝缘材料，诸如硅树脂。导体拉出棒1、绝缘衬套2、电场应力控制层SR和聚合物包覆体3通过模铸整体地加以形成。
绝缘衬套2包括一个大直径的绝缘衬套2a，其围绕导体拉出棒1的外周布置，也就是围绕与导线***孔1a相应的部分的外周布置，和一个小直径绝缘衬套2b，其连接大直径绝缘衬套2a的上部，围绕导体拉出棒1的外周布置，但不围绕导体拉出棒的远端部分。用于减弱电场的嵌入金属配件4嵌入在连接大直径绝缘衬套2a与小直径绝缘衬套2b的部分内。此外，在大直径绝缘衬套2a下端部分内有一个锥形接收端口5，其由于接收将在下文说明的电缆端接部压力锥，该接收端口5与导体拉出棒1的导线***孔1a相连。在本实施例中，相应于导线***孔1a的部分的直径大于小直径绝缘衬套2b，但它也可以正好与小直径绝缘衬套2b的直径相等。
聚合物包覆体3围绕小直径绝缘衬套2b的外周布置，并且在其外周上以沿着纵向彼此隔开的方式形成大量遮罩3a。
嵌入金属配件4包括一个圆锥形弯曲4a，其与导体拉出棒1同心地嵌入在小直径绝缘衬套2b的下部分，环形凸缘部分4b与弯曲4a的下端部分相连，并且被嵌入成使其外周边缘从大直径绝缘衬套2a上部的外周水平地延伸。环形底配件6通过钳制螺栓B固定在凸缘部分4b外周边缘的下端面上。这里，构成嵌入金属配件4的弯曲4a的外径基本上等于聚合物包覆体3的外径，并且其内径小于电场应力控制层SR的内径。此外，电场应力控制层SR的下端部分与弯曲4a的上端部分电接触，同时其上端部分与导体拉出棒1的上端部分电接触。这样，在附图中，数字8表示围绕大直径绝缘衬套2a的外周布置的保护金属配件，并且其上端部分附着在嵌入金属配件4的凸缘部分4b的下表面上。
下面，将说明使用本发明聚合物套管的电缆端接部。
参考图1，聚合物套管P首先通过布置在底配件6下表面上的支持绝缘体9附着在支架10上。另外，和现有技术电缆端接部一样，压力锥12安装在电缆绝缘体11a的外周上，其通过对电缆端接部进行台阶状剥离处理而暴露出来，导线端子13附着在电缆导线11b的远端部分。这里，压力锥12用具有乙烯-丙稀橡胶(EP橡胶)等的橡胶弹性的预成模绝缘体等形成，并且该压力锥12的远端部分具有一个安装在接收端口5内壁表面上的铅笔状锥形部分。
将具有这种结构的电缆端接部11***在聚合物套管P的接收端口5内，并将预先布置在电缆端接部侧面上的施压金属配件14压缩在接收端口5的侧面上。这样，导线端子13被塞紧在导体拉出棒1的导线***孔1a内并与之连接，压力锥12的锥形部分被压向接收端口5的内壁表面，结果确保了接收端口5的内壁表面与锥形部分的外周表面之间界面的绝缘性能。
顺便提及，在附图中，数字15表示密封部分，数字16表示施压金属配件；数字17表示接地导线；数字18表示弹簧；数字19表示保护金属配件。
图2显示了图10所示现有技术电缆端接部的电场分析图，图3显示了本发明电缆端接部的电场分析图。
从图2可以看出，在不包括电场应力控制层SR的现有技术的电缆端接部中，聚合物套管P外表面上的电场不均匀，并且集中在保护电极(嵌入金属配件4)附近。这里，这种电势在聚合物套管外表面分布不均匀的电缆端接部具有如下的缺点。总体上，绝缘体，例如环氧树脂或硅橡胶本身具有足够的绝缘性能，其自身对电场强度没有妨碍。然而，当电场增高时，在聚合物套管的外表面上会发生电晕放电。在长期发生电晕放电的情况下，形成聚合物包覆体的硅橡胶会发生化学腐蚀和退化。另外，为了防止发生这种电晕放电，需要降低聚合物套管暴露于空气中的表面的电场强度。因此在现有技术的电缆端接部，通过加厚绝缘衬套来降低电场强度。更明确地讲，绝缘衬套具有一个圆形交叉部分，并且电场分布在圆形交叉部分上变成放射状。因此，当绝缘衬套加厚时，绝缘衬套表面上的电场与绝缘衬套的厚度反比例地显著降低。
然而，当绝缘衬套加厚时，由于户外端接部表面积的增加，导致盐污染特性降低，并且聚合物套管的尺寸越大，需要的绝缘材料越多，结果产生电缆端接部重量加重、成本增高的缺点。
另一方面，在本发明的具有电场应力控制层SR的电缆端接部中，从图3可以看出，聚合物套管P外表面的电场变得均匀，并且减轻了保护电极(嵌入金属配件4)附近的电场浓集。这样，根据本发明的电缆端接部，其中在绝缘衬套2和聚合物包覆体3之间的界面上布置有电场应力控制层SR，减弱了聚合物套管P表面的电场，因此，绝缘讨衬套的绝缘厚度可以比图10所示现有技术的电缆端接部更薄，结果重量减轻，结构变得细小。而且，由于聚合物套管P表面电场的减弱，聚合物套管P的长度减小，因此，本发明电缆端接部的安装工作比图10所示电缆端接部的安装工作更容易执行，同时套管的重量更轻。而且，重量更轻、尺寸更小的户外端接部能够用于超高压电缆，结果能够减少补充工作。
图4-7显示了本发明电缆端接部的其它实施例。顺便提及，在附图中，与图1相同的部分用相同的数字和符号表示，并省略其详细说明。
在图4所示的实施例中，用于接收聚合物套管P中电缆端接部11的压力锥12的锥形接收端口5’弯曲，从而它沿着水平方向延伸。根据本实施例，电缆端接部11能够沿水平方向附着。
在图5所示的实施例中，在聚合物套管P的中间部分设置一个L形弯曲L。
当图5所示的具有弯曲L的聚合物套管P安装在具有低顶蓬的变电站内时，尽管变电站等的顶蓬较低，但仍能够令人满意地确保顶蓬与聚合物套管P加料部分之间的隔离。
在图6所示的实施例中，与图4所示的实施例一样，用于接收聚合物套管P中电缆端接部11的压力锥12的锥形接收端口5’弯曲，从而它沿着水平方向延伸，并且在聚合物套管P的中间部分设置一个L形弯曲L。
根据本实施例，电缆端接部11能够水平地加以附着，即使当聚合物套管P安装在顶蓬较低的变电站等内时，也能够令人满意地确保顶蓬与聚合物套管P加料部分之间的隔离。
在图7所示的实施例中，在聚合物套管P’的中间部分设置-个大小为100度-150度钝角的弯曲L’。
工业应用能力
在上述实施例中，联系附图所示的特定性能对本发明进行了说明，但是本发明并不仅限于这些性能方面，它也可以如下所述地加以改变，只要能够获得其优点即可。
首先，聚合物套管并不仅限于将其接收端口布置在聚合物包覆体的下方，而是可以像图9所示的实例那样，接收端口可以恰好设置在聚合物包覆体的下端部分内。
其次，聚合物套管并不仅限于在其中间部分具有基本上为L形的弯曲，也可以具有半圆形弯曲。
第三，围绕导体拉出棒外周布置的绝缘衬套也可以是与导体拉出棒隔离的元件。
第四，电缆端接部的接收端口并不仅限于置于下部分或沿着水平方向延伸，其也可以，例如倾斜地形成。
第五，电缆端接部并不仅限于户外端接部，也可以应用于气体或油端接部。
Claims (4)
1.一种聚合物套管，包括：
硬绝缘衬套，围绕一个中心的导体拉出棒并通过与该导体拉出棒的外周模铸而整体形成，并且该硬绝缘衬套具有一个用于包含压力锥的电缆端接部的接收端口，该接收端口位于该硬绝缘衬套的下端部分；和
聚合物包覆体，围绕该硬绝缘衬套的外周布置，并通过与该硬绝缘衬套的外周模铸而整体形成，并且该聚合物包覆体在其外周上具有在纵向方向彼此隔开的大量遮罩，
其特征在于：
在该硬绝缘衬套的下部位置与该导体拉出棒同心地布置一个具有凸缘部分的环形金属配件，该环形金属配件嵌入并固定至该硬绝缘衬套，
该聚合物包覆体被设置在比该环形金属配件更高的位置，
该接收端口被设置在比该环形金属配件更低的位置，
在该硬绝缘衬套与聚合物包覆体之间的界面上设置有一个保持与该环形金属配件电接触的电场应力控制层。
2.根据权利要求1的聚合物套管，其中该环形金属配件由嵌入金属配件构成，当该嵌入金属配件嵌入并固定至该硬绝缘衬套的所述下部位置时，用于减弱电场。
3.根据权利要求1的聚合物套管，其中电场应力控制层由氧化锌层或高介电常数层构成。
4.根据权利要求1的聚合物套管，其中在该聚合物套管的中间部分设置一个弯曲部。
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