CN100459344C

CN100459344C - 气体绝缘的高压设备

Info

Publication number: CN100459344C
Application number: CNB2004100641346A
Authority: CN
Inventors: 马里奥·基珀
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: CN1592016A; EP1511146A2; EP1511146A3; DE10339822A1

Abstract

本发明涉及一种气体绝缘的高压设备(1)，尤其用于传输245kv以上范围内的高压，其中，至少一内导体(2)借助绝缘子(3)支承在一管状外导体(4)内，绝缘子一侧固定在所述内导体上以及另一侧借助一第一环形外电极(5)和一第二环形外电极(6)固定在所述外导体上，其特征为：至少一绝缘子(3)设计为平的盘状，以及，所述绝缘子朝所述内导体(2)的方向与一浇注的基本上有蘑菇状横截面的控制电极(7)连接。通过本发明可以提供一种在外导体的外圆周相对而言很小的情况下成本低廉、工作可靠的高压设备。

Description

气体绝缘的高压设备

技术领域

本发明涉及一种气体绝缘的高压设备。

背景技术

这类设备例如逐段地预制，预制的部段输送到一个线路上，然后在该线路上或在该线路中通过焊接、借助于插塞连接或借助于法兰连接互相连接在一起。所述各预制的部段由一个或多个管状内导体和一同样为管状的外导体组成。所述内导体借助绝缘子固定在外导体内。这种支撑绝缘子除了可以隔离设备部段外，或可通过适当的造型实现沿轴向的气流流动。

例如在此类型的DE 19725311A1中采用了一种气体绝缘的高压设备，其中至少一个内导体借助绝缘子支承在一管状外导体内，绝缘子一侧固定在内导体上以及另一侧固定在外导体上。在这里，在外导体上的固定是在一第一环形外电极和一第二环形外电极之间进行的。

在此类设备中非常重要的是，在内导体与外导体之间形成一种无可指摘的电绝缘，因为当内外导体之间的电位差相当大时，局部放电已经可能至少导致功能破坏。在现有技术中已指明，通过增大内导体与外导体之间的环腔以及绝缘子的漏斗形结构，可以显著减小局部放电的危险。

然而存在的缺点是，由于所述大的环腔，通常铝制的外导体具有很大的质量并因而在制造和运输上的成本很高。用昂贵的浇注树脂制成的漏斗形绝缘子同样是这种情况，为保证均质的介电特性它们必需要很高的制造费用。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，创造一种小型化和低成本的、尽管如此也可以最大程度地避免由于意外放电造成功能破坏的气体绝缘的高压设备。

上述技术问题通过一种气体绝缘的高压设备得以解决，该气体绝缘的高压设备尤其用于传输245kv以上范围内的高压，其中，至少一内导体借助绝缘子支承在一管状外导体内，绝缘子一侧固定在所述内导体上以及另一侧借助一第一环形外电极和一第二环形外电极固定在所述外导体上，按照本发明，至少一绝缘子设计为平的盘状，以及，所述绝缘子朝所述内导体的方向与一浇注的基本上有蘑菇状横截面的控制电极连接，该控制电极可被夹紧在所述内导体的截面缩小区段中。

在这里，所述平的盘状绝缘子保证按体积而言绝缘子只须使用最少的材料，并由此尤其在批量生产时保持低的成本。

此外，通过可夹紧在内导体的横截面缩小区段中的蘑菇状控制电极这种特殊的结构形式，以及通过设计两个设置在外导体上的外电极形状，可以将电场设计为，可使电力线基本上平行和甚至在绝缘子的区域内本身也有尽可能大的间距，从而减小放电的危险。

为此，两个外导体优选地设计为均匀的环形，确切地说具有倒圆的内轮廓。此外相应地要设计围绕内导体的区域。所述朝内导体的方向定向的控制电极可夹紧在内导体的横截面缩小的区段内。这就是说，通过横截面为蘑菇状的控制电极的“蘑菇头”可以“桥接”内导体的横截面缩小区段以及沿轴向向两侧方向使内导体的轮廓和谐地或基本上沿切向地过渡到“蘑菇头”上。在这里特别有利的是，控制电极可例如通过螺钉夹紧在一个分成两部分的内导体的端面区域内。在这种情况下主电路电流经内导体区段在端侧的端部通过蘑菇的“脚”流过。这一方面可以实现一种非常简单的可装配性，以及另一方面保证可以采用便于制造和轻的构件工作，这些构件能轻易地就地装配在一起。

因此，通过本发明提供了一种盘状的支撑绝缘子，它有良好的示踪特性、高的持续使用温度、尤其对于工作电压例如为420KV的单极封闭式设备来说有介电的耐用性和机械的耐久性，它取代了在此处通常用的锥形绝缘子。盘状支撑绝缘子和浇注的控制电极设计为，尽管采用比较小的外径和小的浇注树脂质量，但仍能达到高的介电耐受电压特性和足够的机械特性。在这里的优点在于降低了绝缘子和导体连接部分的制造成本以及高的介电耐受电压特性，尽管具有小的外径、高的机械强度(就允许的轴向力和扭矩而言)以及绝缘子比较小的外径。

下面说明本发明的一些有利的扩展设计。

在本发明的一项有利的扩展设计中规定，沿平的盘状绝缘子的轴向，在内边缘面的中心与外边缘面的中心之间的偏移，小于绝缘子沿轴向最大尺寸的四分一。由此，这种绝缘子与已知的“漏斗形”支撑绝缘子形成鲜明的对比。实际上这样是有利的，即，绝缘子相对于垂直于轴向的平面设计为基本上镜象对称(然而与绝缘子的基本形状没有密切的关系的用于防止转动的小孔等除外)。由此保证绝缘子的体积尽可能地小并因而能保持低成本。

在另一项有利的扩展设计中规定，绝缘子的表面至少在横截面内局部是弯曲的。由此导致在内导体与外导体之间漏电路径少量延长，可以控制为更小的场干扰，制造绝缘子所需的材料更少。所述的弯曲也可以调谐在三聚点(亦即在控制电极、浇注树脂和气体充注彼此在这里相遇的那一点)的位置上。

在另一项有利的扩展设计中规定，绝缘子在沿径向的外部区域内有第二控制电极。这并不是绝对必要的，因为通过设计第一和第二外电极可以建立一个已经非常均匀的场。在这里还应注意，在沿径向的外部区域内安置另一个控制电极成本很高，但为了保证最高的场均匀性，尽管如此仍应是有利的。

在另一项有利的扩展设计中规定，绝缘子用一种均匀的绝缘材料制成，可能由选用的浇注树脂制成。

在另一项有利的扩展设计中规定，绝缘子有径向和轴向间隙地设在外电极之间以及有一个相对于它们的防转动装置。由此保证，尤其在非气密的“支撑绝缘子”的情况下，存在高的机械强度和高的耐温度交变性能。这样一种支撑绝缘子有一些沿轴向用于气体通过的有序的孔。当然也有可能将按照本发明的绝缘子设计为基本上是气密的“隔离绝缘子”，在这里由于难以密封宁可推荐无间隙地固定。

在另一项有利的扩展设计中规定，所述朝内导体方向设置的控制电极具有一用于镶嵌一密封圈的环形槽，以用于使控制电极与内导体气密地夹紧。这一设计结构主要体现在上面已提及的“隔离绝缘子”中，以保证尽可能最佳的气密性。

本发明最重要的是浇注在绝缘子内的控制电极的设计。对此有利的是，这些控制电极沿径向在内部设有一基本上为圆柱形的，亦即横截面为矩形的“蘑菇脚”，该“蘑菇脚”沿径向在外侧设一展宽部分(“蘑菇头”)。在这里，蘑菇头的横截面有一种基本上无棱角的轮廓形状。因此，控制电极一方面首先要制得轻而小，以及可与绝缘子一起轻便地携带和装配。另一方面沿径向设在内侧的圆柱环还促使待连接的内导体“旋紧”到控制电极上。这尤其当内导体至少分成两部分以及此圆柱环形的部分安装在内导体段的两个端面之间并用螺钉固定内导体段时更能良好地实现。

在这里有利的是，在内导体侧面(相隔间距)连接的内导体部分在其轮廓形状方面例如与蘑菇头形状相协调。例如，这些内导体部段在其端侧区域具有例如增粗或逐渐变细区段，以便在支撑绝缘子区域内获得一种均匀的轮廓形状。

在另一项有利的扩展设计中规定，第一和第二外电极设在外导体内轮廓之内。“内轮廓”在这里指的是外导体内部“无凹槽”的正常横截面。因此不再需要设技术上复杂的(以及为了装配严格控制公差的)外法兰，而在这些外法兰内则必须要装入沿径向超过外导体直径的绝缘子。因此可以使用简单的管子作为外导体，其中只须设置一些用于固定所述绝缘子的环。为此有利的是，第一和第二外电极优选地在一个大于外电极内径的直径区域内用螺钉互相连接，以便于因此不影响外电极的面朝内导体方向的轮廓形状。为外所述第一外电极例如可以是一热压配合、熔焊或钎焊在外导体的内径内部的环，或是外导体的一固定组成部分(在这里例如在采用角连接件时第一外电极整体式地制造在一个例如铝铸件内)。

在这里所示结构尤其推荐用于模件式构造的结构中。例如外导体可设计为由简单的管件或角连接件构成的简单模件，它们例如焊在一起。

内导体优选地也可以设计为模件，此时各内导体模件可由多个部分组成。因此一个内导体模件可各有一个用于夹紧控制电极的“固定区段”。尤其是所述内导体模件可逐个互相插接时是有利的。为此，内导体的一个端部总是有一个比内导体的另一端减小的直径，所以相邻的内导体模件可互相插接。为了在绝缘子区域内使电场均匀，在这里推荐，一个有较小横截面的端部在其朝绝缘子方向的边界区有一增粗段，以及内导体连接在绝缘子另一侧上的部段朝绝缘子方向有一逐渐变细区段，所以总起来得到一个非常均匀的轮廓形状并因而达到非常均匀的场变化控制。

内导体的直径有利地界于5cm至20cm之间，特别优选界于15cm至20cm之间。在这种情况下外导体的内径优选地为30cm至80cm，特别优选为40cm至60cm。这样一种设备适用于确保在工作中在内导体与外导体之间优选为245kv至550kv、特别优选为420kv至550kv的电位差。

附图说明

下面借助多个附图说明本发明。附图中：

图1表示一按照本发明的气体绝缘高压设备的一纵向段；以及

图2表示一按照本发明的气体绝缘高压设备的一个角段。

具体实施方式

图1表示一按照本发明的气体绝缘高压设备1。它尤其设计用于传输高于250kv范围内的高压，也就是说，在一纵向延伸的内导体2与一外导体之间的电位差总共可超过245kv。内导体2借助绝缘子3支承在管状外导体4内，其中，绝缘子一侧固定在内导体上以及另一侧借助一第一电极5和一第二电极6固定在外导体上。外导体由管模件组成。这些管模件在交接位置11互相接合。所述管优选地用铝制成(内导体以及所有在这里说明的电极只要不另外指出也优选地都由铝制)。

绝缘子3设计为平的盘形，在本例中给出理想的情况，即，绝缘子3相对于垂直于轴向8的平面设计为基本上是镜象对称的(这种镜象对称性在这里主要涉及对于力线有决定意义的造型，在边缘区内例如用于防转动装置的小的标记或孔不必强制性地设计为镜象对称)。但无论如何绝缘子3沿轴向8在内边缘面中心与外边缘面中心之间的偏移量小于绝缘子沿轴向8的最大尺寸的0.25倍。绝缘子3沿径向的外侧有小的径向和轴向间隙(约5/10mm)地、防转动地固定在电极5与电极6之间。例如通过热压配合或通过熔焊或钎焊，第一外电极5固定地安装在外导体的内轮廓10上。

特别有利的是，所述第一电极5在外导体的连续的内轮廓(亦即没有凹槽的截面)内延伸。因此没有必要在绝缘子区域内设置例如为形成外法兰所必需的截面扩张区段，这些外法兰要用更大的费用加工以保证密封或必要的公差。与第一外电极5一样是环形的第二外电极6沿轴向8通过螺钉与第一外电极连接，确切地说优选地在一个比最小外电极的内径大的直径区内用螺钉连接。由此得到图1所示的形式，其中，绝缘子3在径向的外边缘沿轴向有所要求的间隙地用螺钉12固定。由此可以将第一外电极5和第二外电极6完全置于外导体的内轮廓内。绝缘子3由一种均匀的绝缘材料制成，在本例中采用浇注树脂。此绝缘子具有通孔13，以便使在压力作用下充入外导体与内导体之间的气体沿轴向8导引通过绝缘子的平面。也就是说在这里涉及一种设有用于供气体通过用的孔13的支撑绝缘子。当然，也可以采用一种没有孔的基本上是气密的隔离绝缘子，它例如可在设备的端部区内用于构成封闭的区段。此外，在环形槽9内可装入一密封圈。

本绝缘子3在其沿径向的外部区域中没有浇注的可以用于场调制的控制电极。但也可以选用它。绝缘子3的表面在横截面内至少局部弯曲，以便一方面达到在内导体和外导体之间延长漏电路径的目的，以及除此之外保证能将绝缘子的体积保持得尽可能小。绝缘子3沿径向在内侧与一个例如浇注在绝缘子内的控制电极7连接，该控制电极有一种基本上为蘑菇状的横截面并且可被夹紧在内导体的一个截面缩小的区段内。在图1中表示的内导体仍具有一种模件式的结构。此内导体2包含构件2a、2b和2c。

下面要特别说明在与绝缘子的交接处的右侧内导体2。控制电极7设计为基本上是圆柱形并有一个沿径向在外侧的“蘑菇头”形状的展宽段。因此，如前言已详细说明的那样，控制电极很轻且很小以及可轻便地与绝缘子一起携带。控制电极固定在内导体2的右侧模件的一固定区内，也就是说，通过夹紧固定在部段2a与2b之间。因此可以说内导体在此区域内分成两个部分以及表现为明显的截面缩小，控制电极可夹紧在其中(在这里可借助螺钉连接夹紧)。在圆柱形区域内进行对控制电极的夹紧，所以部段2a和2b的端面在控制电极相应的端面上作用有一个压力，因而电流主要可经过控制电极的这一部段进行流通。

因此，如前言已说明的那样，保证了内导体与控制电极的整体性，在内导体与外导体之间的区域内提供了电场的一种优化控制。为此，一方面设计外电极5和6的轮廓形状，以及另一方面设计控制电极和相邻的内导体部段(2a、2b和2c)的轮廓形状。通过在这里分别在两个方面(也就是内导体方面和外导体方面)涉及设计为彼此对应的“削平”和“修圆”的轮廓形状，可将电力线的距离保持得尽可能大并因而可将工作时局部放电的危险降到最低程度。

在本例中，将内导体2的各模件的互相插接设计为，右侧的内导体模件具有比左侧的内导体模件更大的横截面，所以如图1中区段14所示这些模件可以互相插接。为了获得上述场强优化的轮廓形状，截面缩小的左部段2c在其右端加粗，以及连接在控制电极7上的右侧部段2a朝控制电极的方向逐渐变细，所以总体上产生一种逐渐的过渡，以及直径差在区段14的区域内尽可能“逐渐地”消除，以便在这里不形成任何会增加局部放电危险的跃变点。

图1中表示的设备部分的装配可如下进行。首先将外导体的右侧模件置于装配位置并将外电极5(可能已经预加工)固定在它里面。绝缘子3的沿径向外区域随后的固定，借助多个沿周向分布的螺钉12通过螺钉连接这两部分5和6后完成。在内导体的区域内，将右边的内导体模件的右侧部段2a定位并安装在控制电极7的右侧上。接着将部段2c从左侧移近，在该部段2c上已经借助多个沿圆周分布的螺钉连接有部段2b。然后借助多个沿圆周分布的螺钉15完成部段2a、2b和2c之间的连接，从而固定了绝缘子以及浇注在它里面的控制电极7。本发明的一个突出的优点在于，在旋紧螺钉15前，内导体部段2a或2b和2c还可以转动。此外，此结构的特点还在于在此区域内特别高的机械强度。螺钉15的旋紧总是通过部段2c左侧的孔区进行。在结束围绕绝缘子的区域内的装配后，可以插接和固定左侧的内导体模件或右侧的外导体模件。

图2表示按照本发明的高压设备1的另一部分。所有用相同的附图标记表示的构件均与已在图1中详细说明的构件相同。那些形状略有不同的构件通过标注撇号表示有所改变。

图2涉及一个确保气体绝缘高压设备1的90°偏移的部分。

在这里，绝缘子3与图1中的设计相同。绝缘子沿径向的外侧在外导体角形外壳上的连接，仍通过两个环形电极实现，但其中第一环形电极5′整体式地制造在铝浇注体内，以及第二外电极6′与此浇注体借助螺钉12连接。有关电极轮廓形状的设计，在本质上与针对图1所述的一致。在图2内，在浇注体右侧通过一法兰连接外导体的另一部段。

沿径向在内侧，控制电极7(它与图1中形状相同)向内通过一个圆柱环沿径向伸入地与内导体2′连接。在这里仍提供一个由部段2a′、2b′和2c′组成的固定区段，其中机械结构略有修改。但针对图1中有关部段2a、2b和2c的说明仍适用于有关围绕控制电极7区域内的部段2c′、2a′和2b′的轮廓设计。

因此，在图2中也表示了一个气体绝缘的高压设备，它尤其用于传输高于245kv范围内的高压，其中内导体2′借助绝缘子3支承在一个至少部分是管状的外导体4′内，绝缘子一侧固定在内导体上，以及另一侧借助一第一外电极5′和一第二外电极6′固定在外导体上。至少一绝缘子3设计为平的盘状，以及绝缘子朝内导体2′的方向与一浇注的基本上有蘑菇状横截面的控制电极7连接，其中，控制电极可夹紧在内导体2′的横截面缩小的区域内。有关所有的扩展设计可明确地参见前面的说明或针对图1的说明。只要在那里没有强调一特征不能适用于图2，便可以明确地参照之。

Claims

1.一种气体绝缘的高压设备(1)，用于传输245kv以上范围内的高压，其中，至少一内导体(2)借助绝缘子(3)支承在一管状外导体(4)内，绝缘子一侧固定在所述内导体上以及另一侧借助一第一环形外电极(5)和一第二环形外电极(6)固定在所述外导体上，其特征为：至少一绝缘子(3)设计为平的盘状，以及，所述绝缘子朝所述内导体(2)的方向与一浇注的有蘑菇状横截面的控制电极(7)连接，该控制电极可被夹紧在所述内导体的截面缩小区段中。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)相对于垂直于轴线方向(8)的平面设计为镜像对称的。

3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)的表面至少在横截面内局部是弯曲的。

4.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)在沿径向的外部区域内有一第二控制电极。

5.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)用一种均质的绝缘材料制成。

6.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)有径向和轴向间隙地设在所述外电极(5、6)之间以及具有一个相对于它们的防转动装置。

7.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述绝缘子(3)设计为气密的隔离绝缘子，或设计为设有供气体通过用的孔(13)的支撑绝缘子。

8.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述朝内导体(2)的方向设置的控制电极具有一用于镶嵌一密封圈的环形槽(9)，以用于使控制电极与内导体(2)气密地夹紧。

9.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述朝内导体(2)的方向设置的控制电极(7)设计为具有一沿径向在外侧的展宽段的圆柱环形。

10.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述第一环形外电极(5)与第二环形外电极(6)设在所述外导体的内轮廓(10、10′)之内。

11.按照权利要求1或2所述的设备，其特征为：所述第一环形外电极(5)与第二环形外电极(6)通过螺钉互相连接。