CN101902023B - 用于大电流绝缘套管的电流导体 - Google Patents

Abstract

一种电流导体(S)，用于在变压器的大电流绝缘套管中导引额定电流。该电流导体含有沿着轴线(A)延伸的、具有圆柱形外壳面的导体块(30)和两个电流接口(10，20)，其中第一电流接口(10)具有两个相互平行取向的接触面(11，11’)。第二电流接口(20)无接头地与导体块(30)连接，第一电流接口(10)空心地构成并且具有垂直于轴线(A)的椭圆轮廓，它具有两个形成两个接触面(11，11’)的纵向侧，并且在第一电流接口(10)与导体块(30)之间设置空心的电流导体段(40)，它使第一电流接口(10)与导体块(30)连接，并且形成从第一电流接口(10)的两个接触面(11，11’)到导体块(30)外壳面上的平滑过渡。

Description

用于大电流绝缘套管的电流导体

技术领域

本发明涉及一种电流导体(Stromleiter)。本发明还涉及一个具有这种电流导体的大电流绝缘套管(Hochstromdurchführung)和一种用于制造这种大电流绝缘套管的方法。

背景技术

大电流绝缘套管在电厂变压器中使用，并且在发电机与变压器初级绕组之间的电流路径中位于一般封罩构成的发电机分路中，它们在相对较低的额定电压(低至52kV)时承受达40kA的额定电流。由于低的介电负荷和高的热负荷，大电流绝缘套管具有相对较短的、大直径的电流导体。因此在绝缘套管的电流导体中，由于电流损失产生的热量快速地导引到其两个分别构成为电流接口(Stromanschluss)的端部上。两个电流接口中的第一个位于变压器的油中，并且与变压器的初级绕组连接。如同由变压器制造者规定地那样，该电流接口具有两个相互平行取向的接触面。第二电流接口通常位于发电机分路的以空气充满的外罩中，并且与分路的传导电流的导体连接。

大电流绝缘套管的额定电流承载性完全由在电流接口上产生的相对较高的温度和在绝缘套管中使用的绝缘材料的许用温度来确定。

上述形式的电流导体在GOH型的变压器绝缘套管中使用，并且在由ABB Power Technologies AB Components 77180Ludvika/Schweden出版的技术说明1ZSE 2750-107 de，Rev 1，2000-04-15中进行描述。这种电流导体含有刚性的铝销，在其插入到变压器油中的第一端部中铣出电流接口以及冷却部件，此电流接口具有两个相互平行取向的接触面。铝销的在空气中导引的第二端部配有四个钻孔的扁平接头，它们与铝销焊接在一起。

在由Micafil AG Zürich/Schweiz出版的公司文献D 4317中描述了一个用在变压器中的大电流绝缘套管的电流导体，型号RTXF。这个电流导体管状地构成，并且含有设置在管的两个端部上的、板状的电流接口，它们固定在两个端面板上，此端面板将管的两个端部封闭。

按照现有技术的电流导体含有多个通过焊接或钎焊相互连接的导电部件。因此接头位于在两个电流接口之间延伸的电流路径中，它们增加了电流路径中的电阻，并因此会加大电损失。

发明内容

本发明的目的是，给出一种上述形式的电流导体和一种具有这种电流导体的大电流绝缘套管，它们以紧凑的结构形式显示出微小的电损失。

在按照本发明的电流导体中，所述第一电流接口空心地构成，并且具有垂直于轴线的椭圆轮廓，它具有两个形成两个接触面的纵向侧，在第一电流接口与导体块(Leiterstück)的第一端部之间设置空心的电流导体段，它使第一电流接口与导体块连接，并且形成从第一电流接口的两个接触面到导体块的圆柱形外壳面上的平滑过渡，并且第二电流接口无接头(Fügestelle)地与导体块的第二端部连接。

按照本发明的电流导体只包括唯一的导电的部件，并因此可以直接由适合的金属或适合的合金(例如以铝为基础)制成，无需费事的连接技术。与按照现有技术的电流导体相比，由于没有接头，在电流导体运行时在两个电流接口之间延伸的电流路径具有更小的电损失。因为两个电流接口分别无拼接地集成到电流路径中，因此如果所述电流绝缘套管不对称地或不完全地与连接导体连接的时候，也可以在电流导体中实现电流的均匀分布。此外，由于第一电流接口的椭圆轮廓，还由于从两个相互平行取向的接触面到空心导体块的圆柱形外壳面的平滑过渡，一方面附加地减少了电流路径中电损失，另一方面由此避免电流导体过度的局部高受热。第一电流接口的椭圆轮廓含有两个圆弧体，它们使两个接触面相互连接。这些圆弧体负责，使第一电流接口具有高的机械强度并且还显示出相对较大的表面，它迅速地向外排出由于电损失在电流导体中产生的热量。

为了在运行中提高在电流导体中流动的额定电流，有利的是，在空心电流导体段的内部设置第一冷却系统。通过轴向取向的冷却部件，在制造技术方面有利地把这个冷却系统集成到电流导体中，所述冷却部件设置在空心电流导体段的径向延伸的壁段上。同时，最好由针或筋构成的冷却部件通过空心电流导体段的包围壁保护，免受机械损伤。

如果在径向向外限制空心电流导体段的壁体中成形开孔，则可以更好地更换受热的冷却剂(尤其是变压器油)，它位于空心电流导体段中并且从第一冷却系统和电流接口中排出热量。

如果在空心电流导体段中成形径向向外延伸的托环(Tragring)，此托环具有轴向取向的轴颈(Zapfen)，则可明显简化使用电流导体的大电流绝缘套管的制造。

如果所述导体块由空心圆柱体构成，如果第二电流接口成形在空心圆柱体的管状凸肩中，并且如果所述空心圆柱体与管状凸肩(Rohrfortsatz)通过径向导引的封闭板相互隔开，则按照本发明的电流导体可达到更高的额定电流承载性。因为额定电流在空心的、尽可能直线延伸的电流路径中导引，该电流路径既没有接头也没有棱边，因此在电流导体运行时特别明显地减小了电损失。如果在管状凸肩内部设置第二冷却系统，它具有设置在分隔壁上的、轴向取向的冷却部件，则由于加大的冷却效率还可以进一步提高额定电流。

按照本发明的电流导体和上述的可能集成到电流导体中的装置中至少一个(如第一或第二冷却系统或可从外部接触到的托环)可以由浇铸体构成。由此以简单的方式可以避免不期望的接头，并且通过集成一个或多个附加装置实现许多功能，它们有助于电流导体的冷却，并有助于含有电流导体的大电流绝缘套管的制造。

一种大电流绝缘套管具有按照本发明的电流导体，并具有用于预紧轴承的压簧和固定在电流导体上的第一托环。所述电流导体在同轴的布置中由以下部件包围，即支承在预紧压簧(Druckfedern)上的、空心圆柱形的场控制体；支承在场控制体上的装配法兰；支承在装配法兰上的绝缘体；支承绝缘体且与电流导体力锁合(kraftschlüssig)连接的第二托环。第一托环成形在空心电流导体段中，并且具有轴向取向的用于导引压簧的轴颈。

这种大电流绝缘套管显示出微小的电损失和相应较高的额定电流承载性。它还可以在适用于批量制造的方法中制成。在这个制造方法中，所述压簧插到轴向取向的轴颈上，支承环从上面推到电流导体上并且支承在压簧的向上外露的端部上。接着在电流导体上推上密封环、场控制体、装配法兰、绝缘体和第二托环。这样构成的叠摞以作用于第二托环上的力进行预紧，并且使第二托环在保持预应力的条件下最终与电流导体力锁合地连接。

附图说明

下面借助于附图详细描述本发明的实施例。附图中：

图1示出沿着轴线A取向的大电流绝缘套管的径向俯视图，具有按照本发明的电流导体，其中绝缘套管在右半部部分地沿着轴线剖开地示出；

图2示出按照图1的绝缘套管的电流导体从下面看去的视图；以及

图3示出按照图1的绝缘套管的电流导体的俯视图。

附图标记清单

10        电流接口

11，11’  接触面

12        开孔

13，13’  圆弧体

20        电流接口

21        接触面

22        开孔

30        导体块，空心圆柱体

31        管状凸肩

32        封闭板

40        电流导体段

41        壁段

42        开孔

43        管套(Rohrstutzen)

44        封闭板

50        冷却系统

51        冷却部件

60        托环

61        轴颈、导向部件

70        冷却系统

71        冷却部件

A         轴线

D         压簧

F         场控制体

I         绝缘体

M         装配法兰

S         电流导体

SR        支承环

T         托环

具体实施方式

在图1中所示的大电流绝缘套管沿着轴线A尽可能圆柱形对称地构成，并且具有以附图标记S表示的电流导体，它在同轴布置中由空心圆柱形场控制体F和围绕场控制体导引的空心圆柱形绝缘体I包围。

如同由现有技术已知的那样，所述场控制体F设计成支承绝缘体，并且具有以硬化的热固塑料的聚合物加固的、电容地控制绝缘套管电场的绕组体，它含有绝缘膜和衬入到绝缘膜中的、相互电绝缘的平面状的金属覆层。所述场控制体F通过其下端部放置在支承环SR上，支承环本身由预紧的压簧D弹性地固定在轮缘上，此轮缘固定在电流导体的下方部件上。在场控制体的外壳面中成形由附图中不可见的轴肩，在其上放置具有下端面的装配法兰M。在装配法兰M的上端面上放置配有屏蔽的绝缘体I的下端面。在绝缘体I的上端面上放置托环T，它借助于未示出的(例如构成为涨圈)固定部件固定在电流导体S的上方部件中。在附图中不可见的环形空心腔通过未示出的密封件封闭并且通过绝缘的浇铸物充满，此空心腔由电流导体S向内、托环T向上、支承环SR和装配法兰M向下和场控制体F和绝缘体I向外限定。

所述绝缘套管可以以任意的安装位置安装在变压器外壳的开孔中，并且通过装配法兰M空气密封和油密封地固定在外壳上。所述电流导体S的下端部构成为电流接口10，并且在装配绝缘套管时借助于在电流接口10的孔12中导引的连接螺栓与变压器的初级绕组导电地连接。在绝缘套管运行期间，所述电流接口10位于以绝缘油充满的变压器的内部。电流导体S的上端部构成为电流接口20，并且在装配绝缘套管时同样借助于在孔22中导引的螺栓与发电机分路的相导体导电地连接，此相导体一般设置在接地的、充满空气的金属罩中。这样设计绝缘套管，使它在运行中以达40kA的额定电流和达52kV的额定电压进行加载。

所述电流导体S由导电的浇铸体构成，它典型地由可浇铸的铝合金制成。这个浇铸体除了两个电流接口10和20以外还具有构成为空心圆柱体30的、沿着轴线A延伸的导体块，它具有圆柱形的外壳面。所述电流接口10具有两个相互平行延伸的接触面11，11’(由图2看出)，其中在图1中示出了接触面11的一部分。两个电流接口10，20空心地构成。由图2可以看出，所述电流接口10具有垂直于轴线A的椭圆形轮廓，它具有两个形成两个接触面11，11’的纵向侧。在电流接口10与导体块30下端部之间设置空心的电流导体段40。这个部段使电流接口10与导体块30连接，并且形成从两个接触面11，11’到导体块30的圆柱形外壳面上的平滑过渡。空心构成的电流接口10和20和空心的电流导体段40保证，电流导体S不仅在构成为空心圆柱体的导体块30中，而且在其端部部位中在抑制涡流和集肤效应方面都是最佳的。

由于它构成为浇铸体，所述电流导体1在两个电流接口10，20之间延伸的电流路径中没有接头。否则在由两个或多个部件制造成电流导体时，会产生接头。在此两个部件在形成接缝的条件下在拼接面上接合到一起，然后通过填充接缝(例如在焊接或钎焊时以金属填充)来材料锁合地相互连接。因此在绝缘套管运行中产生的电损失和与此相关的绝缘套管受热小于按照现有技术的可类比尺寸和可类比负荷的绝缘套管，该绝缘套管包含带有至少一个接头的电流导体。由于电流接口10的椭圆轮廓，还由于从两个相互平行取向的接触面11，11’到空心导体块30的圆柱形外壳面上的平滑的、没有棱边和突然方向变化(它们在现有技术中一般为90)的过渡，附加地减少电流路径中的电损失，并且在很大程度上避免了局部受热，此局部受热在现有的非刚性位置上是由于增加的损失功率而引起的。

所述电流接口10的椭圆轮廓具有两个由图2可以看出的圆弧体13，13’，它们使两个接触面11，11’相互连接。这些圆弧体起到使电流接口10具有高机械强度的作用。它们还加大其表面，并因此使由于电损失在电流导体S中产生的热量快速地给到周围的变压器油上。

设置在变压器油中的空心电流导体段40容纳冷却系统50。这个冷却系统集成在空心电流导体段40的径向延伸的壁段41中，并且具有构成为针或筋的冷却部件51。所述空心电流导体段40径向向外通过壁体限定，在壁体中成形开孔42。这些开孔负责使在冷却系统50中通过接收损失热量而加热的变压器油从电流导体段40和电流接口10的内部径向向外流出，并且可通过轴向流入的冷油迅速替换。

在空心电流导体段40中成形从外面可以接触到的托环60，其具有轴向取向的轴颈61。产生预应力的压簧D轴向可移动地支承在这个轴颈上。

由图1和3看出的电流接口20成形在空心圆柱体30的管状凸肩31中，并且具有多个(在这里是八个)以正多边形的形式设置的接触面21。通过径向导引的封闭板32使环形圆柱体30与管状凸肩31或电流接口20相互分开，冷却系统70可以集成在此封闭板中，此冷却系统70有选择地设置在充满空气的管状凸肩31内部。该冷却系统70具有轴向取向的且构成为针或筋的冷却部件71，并且如同冷却系统50一样通过额外地冷却电流导体S来增加绝缘套管的额定电流承载性。

为了制造电流导体S，在两体的浇铸模具中设置一个固定在杆(Stange)上的且确定管状凸肩31、空心圆柱体30和壁段41的内轮廓的浇铸芯。在此浇铸模具确定管状凸肩31或电流接口20和空心圆柱体30的外轮廓，以及确定空心电流接口10和空心电流导体段40(包括含有轴承颈的托环60)和冷却系统50的内轮廓和外轮廓。封闭的浇铸模具以铝合金熔液填充，并且在冷却和脱模后得到由浇铸体构成的电流导体S。由于杆固定了浇铸芯，浇铸体具有居中地设置在壁段41中的开孔，它通过轴向向下延伸的管套43限定。为了防止油挤入到空心圆柱体30的内部，管套通过垂直于轴线A引导的板44进行封闭。以相应的方式防止空气穿过垂直于轴线A引导的壁32挤入到通过空心圆柱体30限定的电流导体S的空心腔中。

为了确定地满足对于电流导体提出的规范，必要时以切屑加工的方式再加工浇铸体。所述接触面11，11’，21一般通过铣削成形，并且形成用于导引连接螺栓的孔，以及通过钻孔形成孔42。

在制造大电流绝缘套管时，首先将压簧D插到轴向取向的轴颈61上，并且将支承环SR从上面推到电流导体S上，并支承在压簧的向上外露端部上。接着在电流导体S上推上密封环、场控制体F、装配法兰M、绝缘体I和托环T。这样构成的叠摞通过作用于托环T上的力在形成预应力的条件下挤压在一起，并且将托环T在保持预应力的条件下借助于固定部件力锁合地固定在电流导体S上。

Claims (10)

1.一种用于大电流绝缘套管的电流导体(S)，其包括沿着轴线(A)延伸的、具有圆柱形外壳面的导体块(30)，和两个电流接口(10，20)，其中，所述两个电流接口(10，20)中的第一电流接口(10)无接头地与导体块(30)的两个端部中的第一端部连接并具有两个相互平行取向的接触面(11，11’)，而所述两个电流接口(10，20)中的第二电流接口(20)无接头地与导体块(30)的第二端部连接，其特征在于，所述第一电流接口(10)空心地构成并且具有垂直于轴线(A)的椭圆轮廓，该椭圆轮廓具有形成所述两个接触面(11，11’)的两个纵向侧，并且在所述第一电流接口(10)与所述导体块(30)的第一端部之间设置空心的电流导体段(40)，所述空心的电流导体段(40)将所述第一电流接口(10)与所述导体块(30)连接，并且形成从所述第一电流接口(10)的两个接触面(11，11’)到所述导体块(30)的外壳面上的平滑过渡。

2.如权利要求1所述的电流导体，其特征在于，在空心电流导体段(40)内部设置有第一冷却系统(50)。

3.如权利要求2所述的电流导体，其特征在于，所述第一冷却系统(50)具有轴向取向的冷却部件(51)，它们设置在空心电流导体段(40)的径向延伸的壁段(41)上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电流导体，其特征在于，在径向向外限定所述空心电流导体段(40)的壁体中成形有开孔(42)。

5.如权利要求1至3中任一项所述的电流导体，其特征在于，在所述空心电流导体段(40)中成形径向向外延伸的托环(60)，其具有轴向取向的导向部件(61)。

6.如权利要求1至3中任一项所述的电流导体，其特征在于，所述导体块(30)构成为空心圆柱体，第二电流接口(20)成形在空心圆柱体的管状凸肩(31)中，所述空心圆柱体(30)与所述管状凸肩(31)通过径向导引的封闭板(32)而相互隔开。

7.如权利要求6所述的电流导体，其特征在于，在所述管状凸肩(31)内部设置有固定在封闭板(32)上的第二冷却系统(70)，它具有轴向取向的冷却部件(71)。

8.如权利要求1至3中任一项所述的电流导体，其特征在于，所述电流导体(S)构成为浇铸体。

9.一种大电流绝缘套管，具有如权利要求1至4或6至8中任一项所述的电流导体，它具有用于固定预紧的压簧(D)的、固定在所述电流导体(S)上的第一托环(60)，在该第一托环中所述电流导体(S)以同轴布置的方式由以下部件包围着，即，支承在预紧压簧(D)上的空心圆柱形的场控制体(F)；支承在所述场控制体上的装配法兰(M)；支承在所述装配法兰上的绝缘体(I)；和支承所述绝缘体且与所述电流导体(S)力锁合连接的托环(T)，并且，其中，所述第一托环(60)成形在所述空心的电流导体段(40)中，并且具有轴向取向的用于导引所述压簧(D)的导向部件(61)。

10.一种用于加工如权利要求9所述的大电流绝缘套管的方法，其特征在于，将所述压簧(D)插到所述轴向取向的导向部件(61)上，将支承环(SR)从上面推到所述电流导体(S)上并且支承在所述压簧(D)的向上外露的端部上，将密封环、场控制体(F)、装配法兰(M)、绝缘体(I)和第二托环(T)推到所述电流导体(S)上，将这样构成的叠摞以作用于所述第二托环(T)上的力进行预紧，并且使所述第二托环(T)在保持预应力的条件下与所述电流导体(S)力锁合地连接。