CN102568757B - 插塞式套管和具有这样的套管的高电压设施 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及插塞式套管和具有这样的套管的高电压设施。具体而言，本发明提供了用于将电导体连接至高电压设施的金属封装构件(T)的插塞式高电压套管(D)，该金属封装构件(T)填充有绝缘介质。其被设计成关于轴线(A)旋转对称并具有居中排布的电导体(10)、场控制装置和绝缘体(20)，绝缘体(20)包围电导体并具有渐缩部段(21)，渐缩部段(21)在套管(D)插入插头部分(60)中之后使接头(F)介电加强，插头部分(60)以对于绝缘介质形成密封的方式封闭构件(T)，该接头(F)布置在插头部分(60)的绝缘套筒(64)以及绝缘体的渐缩部段(21)之间。
Description
技术领域
本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分的插塞式高电压套管，其用于将外部电导体连接至高电压设施的金属封装构件，该金属封装构件填充有液态或气态绝缘介质。本发明还涉及一种高电压设施，其具有填充有液态或气态绝缘介质的金属封装构件并且具有根据专利权利要求1的插塞式套管。
插塞式套管将内部电导体连接至外部电导体，内部电导体布置于构件中并通过液态或气态绝缘介质而与金属封装物绝缘，外部电导体大体上通过周围空气而绝缘，但其也可通过某些其它绝缘介质(例如固体、油或SF6)而绝缘，并且其可为高电压电缆、电缆终端、电缆套筒或气体绝缘的开关设备组件的部分。
背景技术
最初提到的类型的插塞式套管例如在GB 689560、DE 102007022641A1以及在2006年由Pfisterer Kontaktsysteme GmbH&Co.KG作为公司文献出版的Th.Klein等人的文章“A New Separable 170kVOutdoor Bushing System Creates a Multi-Purpose Transformer orSwitchgear”中描述。所描述的插塞套管各自具有能插入配对插头部分中的插头部分，当变压器安装于安装位置处时，配对插头部分以对于绝缘介质形成密封的方式应用至变压器。这在很大程度上简化变压器的运输和维护。
在套管插入期间，在配对插头部分的绝缘套筒以及套管的插头部分(其通常为插头的形式)之间形成接头，该接头在变压器和套管操作期间经受强电场的影响，并且其可例如借助于绝缘油(GB 689560)、借助于集成在套管中的场控制装置以及通过使用限界接头的弹性体而介电加强。
发明内容
如在专利权利要求中所指出的那样，本发明基于以下目的：提供一种最初提到类型的插塞式套管，其特征为简单和紧凑的设计并且同时适于有效地控制在套管的操作期间(甚至在很高的操作电压下)起作用的电场。
根据本发明，提供了一种用于将外部电导体连接至高电压设施的金属封装构件的插塞式套管，该金属封装构件填充有液态或气态绝缘介质，该插塞式套管包括处于同轴布置的下列项：电导体，其沿着轴线排布并具有插塞接触件以及用于外部导体的连接件；以及，绝缘体，其附连至电导体；安装凸缘，其附连至绝缘体；以及，包围电导体的装置，其用于控制在施加高电压时起作用的电场。绝缘体具有渐缩部段，渐缩部段在套管插入插头部分中之后使接头介电加强，插头部分以对于绝缘介质形成密封的方式封闭高电压设施的构件，该接头布置于插头部分的绝缘套筒以及绝缘体的渐缩部段之间。场控制装置为电容器绕组的形式。电容器绕组具有电容器板，电容器板彼此电隔离，在径向方向上通过绝缘膜保持彼此相距一定距离，并且通过将电容器绕组嵌入固化的聚合物化合物中而集成在绝缘体中。电容器板穿过安装凸缘延伸到绝缘体的渐缩部段内。
因此，在根据本发明的套管的情况下，用作场控制装置的电容器绕组被集成在绝缘体中并同时配备有安装凸缘，显著地简化了制造套管的过程并且套管同时具有简单和紧凑设计的特征。在电容器绕组的制造期间，容易在合适位置将合适大小的台阶式电容器板卷绕到绝缘膜中。这在高电压设施的操作期间导致对作用于电导体与安装凸缘以及构件的金属外壳之间电场很精确的控制。对于外部区域和内部区域以及因此对于接头而言，可容易地实现制造期间板的合适的台阶式布置，外部区域位于安装凸缘的一侧上并包括用于外部电导体的连接件，并且内部区域位于安装凸缘的另一侧上并与该构件相关联。因此以对于制造而言简单的方式解决了在两个区域的其中每个区域中以及接头中出现的特定场控制问题。因此，尽管具有简单和紧凑的设计，但根据本发明的套管适于有效地控制和均化在高电压设施的操作期间(甚至在很高的操作电压下)作用于安装凸缘的两侧上以及接头中的电场。
渐缩绝缘体部段的限界接头的表面可由可弹性变形的绝缘物形成，该可弹性变形的绝缘物被保持在电容器绕组上并有利地为弹性体的形式。在根据本发明的插塞套管的一个有利的实施例中，为了使可弹性变形的绝缘物良好地集成在绝缘体中，其可接合在台阶之后，该台阶形成于电容器绕组中。
接头的前述边界面可为锥形，并且然后以锥形形状渐缩。然而，其也可呈郁金香的形式渐缩。其然后在朝向插塞接触件的部段中比在背向插塞接触件的部段中以显著更大的程度渐缩，其中，其可平行于接头的边界面的相应部段延伸，边界面由插头部分的绝缘套筒形成。
可将屏蔽件应用到该绝缘体的外表面上并在轴向方向上从安装凸缘延伸至电导体的连接件。
为了避免不利地影响场控制电容器绕组的电特性，固化聚合物化合物可包括填料，该填料用作对于从外部进入的水的扩散屏障。合适填料可包含无机粉末，例如石英粉末。备选地或另外地，屏蔽件也可布置在绝缘体的涂层上，其用作扩散屏障。
为了实现电容器板的合适台阶以及因此接头中的电场的均匀分布，电容器板的朝向插塞接触件的那些端部可位于匹配接头的轮廓的包络面上。
本发明还包括一种高电压设施，其具有填充有液态或气态绝缘介质的构件并且具有前述的插塞式套管，该插塞式套管被插入插头部分中，插头部分包括绝缘套筒并且以对于绝缘介质形成密封的方式封闭高压绝缘物的构件，该插头部分为场控制元件的形式。
在该高电压设施的一个实施例中，插头部分的绝缘套筒可配备有控制电极，该控制电极可承载高电压电位。备选地或另外地，绝缘套筒可包括场控制绝缘材料。
绝缘套筒的限界接头的表面可由可弹性变形的绝缘物形成，其有利地为弹性体的形式。
附图说明
在下文中将参照附图更详细地解释本发明，在附图中：
图1示出根据本发明的插塞式套管的一实施例在插入高电压设施的形式为变压器的构件期间沿着穿过其轴线的截面图，
图2示出如图1中所示的插塞套管在插入变压器内之后的侧视图，其示出在插入期间所形成的插塞连接的沿着轴线的截面图，以及
图3示出对于图2中所示的套管的插塞连接的方框中的区域的部段的放大图示。
参考标记列表
10电导体
11插塞接触件
12外部连接件
20绝缘体
21，22绝缘体20的部段
23固化聚合物材料
24绝缘物
30安装凸缘
40电容器绕组
41电容器板
42绝缘膜
43电容器绕组的圆柱形部段
44电容器绕组的渐缩部段
45台阶
50屏蔽件
60插头部分
61色缘介质
62金属外壳
63电导体
64色缘套筒
65插塞接触件
66控制电极
67绝缘物
A轴线
D套管
F接头
H包络面
T变压器
具体实施方式
在所有附图中，相同的参考标记表示具有相同作用的部件。在图1和图2中示出并沿着轴线A延伸的套管D包括处于同轴布置的下列部件：
-电导体10，其沿着轴线A排布，其下端具有形式为销的插塞接触件11，并且在其上端形成连到外部高电压导体的连接件12，
-绝缘体20，其为旋转体的形式并具有安装在电导体10的外表面上的刚性电容器绕组40以及安装在电容器绕组40的端面上的可弹性变形的绝缘物24，
-安装凸缘30，其安装在绝缘体20的外表面上，以及
-屏蔽件50，其由疏水性聚合物(通常为例如硅酮或三元乙丙橡胶(EPDM))形成，其大体上被应用至绝缘体20的外表面的部段以作为对天气、污垢和/或辐射的防护，其沿轴向方向从安装凸缘30延伸至电连接件12。
绝缘体20具有渐缩的下部段21以及与该部段相邻并主要为圆柱形的部段22。部段22穿过安装凸缘30延伸到外界空气连接件12，而相比而言，部段21仅在安装凸缘30下方布置于安装凸缘30与插塞接触件11之间。电容器绕组40被集成于绝缘体20中并具有电容器板41，电容器板41彼此电隔离并在径向方向上通过绝缘膜42保持彼此相距一定距离，绝缘膜42通常包括纸和/或塑料。电容器板41在外界空气连接件12的方向上以及插塞接触件11的方向上的长度随着距电导体10的径向距离增加而持续减小。导电的电容器板41(并且尤其是其面对插塞接触件11的端部)被嵌入固化聚合物基质23中，该导电的电容器板41被缠绕到膜42中或被压到膜上。
固化聚合物树脂23具有填充或未填充的聚合物(通常基于环氧树脂)。如果需要，绝缘材料23可额外地包括形式为粉末的填料(例如基于石英)。如果绝缘膜40和(如果需要)电容器板41也具有合适大小的开口，那么制造电容器绕组40和套管的过程会简化。在利用未固化的聚合物树脂使电容器绕组(其通过缠绕绝缘膜42以及通过引入电容器板41而预制)饱和期间，然后可允许填料的颗粒易于通过这些开口。
电容器绕组40用于控制在套管D操作期间形成于电导体10与安装凸缘30之间的电场，电导体10然后处于高电压电位并且安装凸缘30然后保持在接地电位。
绝缘体部段21的渐缩外表面通过保持于电容器绕组40的一个端面上的可弹性变形的绝缘物24而形成。这种绝缘物有利地包括弹性体(例如基于EPDM或硅酮)。其从安装凸缘30的下部面延伸至插塞接触件11。直到安装凸缘30固定至电容器绕组40(例如通过夹持或通过粘合剂结合)之后才将绝缘物应用到电容器绕组40上。绝缘物24然后同屏蔽件50一起以从制造观点而言有利的方式灌注到电容器绕组40上。
如可从图1看到的那样，套管D可沿轴线A向下延伸并可插入到变压器T的插头部分60内，插头部分60呈插座的形式。变压器T具有金属外壳62，该金属外壳62处于接地电位并填充有液态或气态绝缘介质61，尤其是例如绝缘油。变压器T的电导体63在其上端保持于插头部分60的绝缘套筒64上并具有形式为套筒的插塞接触件65，电导体63同样沿着轴线A延伸并连接至高电压绕组(未图示)。绝缘套筒64以对于绝缘介质形成密封的方式而附连至外壳62的形式为凸缘附接件的部分，并且沿着轴线A从附连点向下朝变压器T的内部逐渐渐缩，绝缘套筒64保持电导体63并使插塞接触件65在轴线A上居中。插塞接触件65以及电连接至电导体63的控制电极66被保持在绝缘套筒64的下端(位于变压器内部)。绝缘套筒64的朝向内的表面具有与渐缩绝缘部段21的朝向外的表面大致相同的轮廓。
如可从图2到的那样，在套管D插入插头部分60(其为插座的形式，如可看到的那样)期间，在绝缘套筒64的朝向轴线A的内表面与渐缩绝缘体部段21的远离轴线A朝向外的表面之间形成接头F。在插入期间，插塞接触件11和65彼此接合，从而在两个电导体10与63之间产生电连接。安装凸缘30然后借助于螺钉(其未图示)固定至金属外壳62。在该过程中，绝缘物24被压靠在绝缘套筒64的内表面上并且弹性地变形，从而使接头F介电加强。
在电容器绕组40的制造期间，可通过在合适位置引入电容器板41(其沿着长度合适地堆叠)而很准确地控制作用于电导体10与安装凸缘30以及金属外壳62之间的电场。这导致外部区域和内部区域以及因此还有接头F中的电场的精细分级的均化，外部区域暴露于作为绝缘介质的空气并位于安装凸缘30上方，内部区域位于安装凸缘30下方并暴露于变压器T的绝缘介质(更确切地说特别是绝缘油)。因此从制造观点而言以简单方式解决了两个区域中的每个区域中以及接头中出现的特定场控制问题。如图所示，尽管在外部区域中绝缘介质通常为空气，但也可存在不同的绝缘介质，例如在电缆终端的情况下为油，或者在气体绝缘的开关设备组件中为绝缘气体，通常例如为SF6。
作为填充有绝缘油的变压器T的替代，高电压设施还可包括填充有绝缘气体(特别是例如SF6)的金属封装的开关设备组件的构件(例如开关装置)。
如果插头部分60为场控制元件的形式，可在绝缘套筒64的区域中并且尤其是在接头F中特别精细地控制高电压设施(其包括套管D)中的电场。这可通过控制电极66(其在该设施的操作期间承载高电压电位)实现，或者通过在绝缘套筒64中使用场控制材料而实现，或者通过在绝缘套筒中一起使用控制电极66和场控制绝缘材料而实现。
如可从图3看到的那样，作为可弹性变形的绝缘物24的补充或替代，可弹性变形的绝缘物67也可集成在绝缘套筒64中。如果此绝缘物(其优选地为基于硅酮或EPDM的弹性体形式)形成绝缘套筒64的限界接头F的表面，那么当套管D插入变压器T内时额外地改进接头的介电强度。
如可从图3看到的那样，电容器板41的朝向插塞接触件11的那些端部位于匹配接头F的轮廓的包络面H上。这导致对接头F中的电场的特别均匀的控制。
如还可从图3看到的那样，电容器绕组40具有位于渐缩绝缘体部段21中的两个部段43、44。部段43为圆柱形，并通过台阶45而呈台阶状，台阶45以环形形状绕轴线A引导并以台阶的形式远离部段44，部段44具有更小的直径并向下(沿插塞接触件11的方向)渐缩。绝缘物接合在台阶45之后并因此改进绝缘物24在电容器绕组40上的粘附性。这在套管D插入插头部分60期间很重要，因为从此绝缘物24在与插入方向相反的方向上具有施加于其上的高剪切力。该台阶吸收该剪切力的一部分并因此改进绝缘物24在电容器绕组40上的粘附性。
Claims (13)
1. 一种用于将外部电导体连接至高电压设施的金属封装的构件(T)的插塞式高电压套管(D)，所述金属封装的构件(T)填充有液态或气态绝缘介质(61)，所述插塞式高电压套管包括处于同轴布置的下列项：电导体(10)，所述电导体(10)沿着轴线(A)排布并具有插塞接触件(11)以及用于外部导体的连接件(12)；绝缘体(20)，所述绝缘体(20)附连至所述电导体(10)；安装凸缘(30)，所述安装凸缘(30)附连至所述绝缘体(20)；以及，包围所述电导体(10)的装置，所述装置用于控制在施加高电压时起作用的电场，其中所述绝缘体(20)具有渐缩部段(21)，所述渐缩部段(21)在所述套管(D)插入插头部分(60)中之后使接头(F)介电加强，所述插头部分(60)以对于所述绝缘介质形成密封的方式封闭所述高电压设施的构件(T)，所述接头(F)布置在所述插头部分(60)的绝缘套筒(64)以及所述绝缘体的渐缩部段(21)之间，其特征在于，用于控制在施加高电压时起作用的电场的所述装置为电容器绕组(40)的形式，其中所述电容器绕组(40)具有电容器板(41)，所述电容器板(41)彼此电隔离，所述电容器板(41)在径向方向上通过绝缘膜(42)保持彼此相距一定距离，并且所述电容器板(41)通过将所述电容器绕组(40)嵌入固化的聚合物化合物(23)中而集成在所述绝缘体(20)中，并且，其中，所述电容器板(41)穿过所述安装凸缘(30)延伸到所述绝缘体(20)的渐缩部段中。
2. 根据权利要求1所述的套管，其特征在于，所述绝缘体部段(21)的限界所述接头(F)的表面由保持在所述电容器绕组(40)上的可弹性变形的绝缘物(24)形成。
3. 根据权利要求2所述的套管，其特征在于，所述可弹性变形的绝缘物(24)为弹性体的形式。
4. 根据权利要求2或3中任一项所述的套管，其特征在于，所述可弹性变形的绝缘物(24)接合在形成于所述电容器绕组(40)中的台阶(45)之后。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的套管，其特征在于，屏蔽件(50)被安装至所述绝缘体(20)的外表面并在轴向方向上从所述安装凸缘(30)延伸至所述电导体(10)的连接件(12)。
6. 根据权利要求5所述的套管，其特征在于，所述固化的聚合物化合物(23)包括填料，所述填料用作对于从外部进入的水的扩散屏障。
7. 根据权利要求5所述的套管，其特征在于，所述屏蔽件(50)布置于所述绝缘体(20)的涂层上，其用作对于进入的水的扩散屏障。
8. 根据权利要求1至3中任一项所述的套管，其特征在于，所述电容器板(41)的朝向所述插塞接触件(11)的那些端部位于匹配所述接头(F)的轮廓的包络面(H)上。
9. 一种高电压设施，所述高电压设施具有填充有液态或气态绝缘介质(61)的构件(T)并且具有根据权利要求1至8中任一项所述的插塞式高电压套管(D)，所述插塞式高电压套管被插入插头部分(60)内，所述插头部分(60)包括绝缘套筒(64)并且以对于所述绝缘介质形成密封的方式封闭所述金属封装的构件(T)，其特征在于，所述插头部分(60)为场控制元件的形式。
10. 根据权利要求9所述的高电压设施，其特征在于，所述绝缘套筒(64)配备有控制电极(66)，所述控制电极(66)能承载高电压电位。
11. 根据权利要求9或10中任一项所述的高电压设施，其特征在于，所述绝缘套筒(64)包括场控制绝缘材料。
12. 根据权利要求9或10中任一项所述的高电压设施，其特征在于，所述绝缘套筒(64)的限界所述接头(F)的表面由可弹性变形的绝缘物(67)形成。
13. 根据权利要求12所述的高电压设施，其特征在于，所述可弹性变形的绝缘物(67)为弹性体的形式。
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