CN103443875A - 具有用于导体的支撑的高电压套管 - Google Patents
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Abstract
一种高电压气体绝缘套管包括：管状壳，在壳的每端具有端法兰从而产生封闭体积；导体，悬置于封闭体积中，具有两端，一端在第一固定点处固定到一个端法兰，并且另一端在第二固定点处固定到另一个端法兰。端法兰中的至少一个端法兰具有在套管的纵向方向上向封闭体积中延伸的支撑体(5，6)，并且该体被布置用于在与法兰上的固定点相距一段距离处的至少一个支撑点(1，2)上支撑导体。
Description
技术领域
本发明涉及高电压技术领域，并且具体地涉及气体绝缘高电压套管。
背景技术
气体绝缘高电压套管用于穿过常称为接地平面的平面在高电势处输送电流，其中平面在与电流路径不同的电势处。套管被设计用于将位于套管以内的高电压导体与接地平面电绝缘。接地平面可以例如是变压器箱或者壁、如例如高电压直流(HVDC)阀霍尔壁。气体绝缘套管的示例是ABB的GGFL空气对空气套管。
在具有自由悬置导体的由气体填充的套管、例如壁套管中，导体在套管的纵向中心中的最大偏转影响套管的内部直径，该内部直径影响套管的外部直径。为了防止闪络，最大偏转越高，套管的内径就必须越大。在套管以内，不同的场控制屏蔽被布置用于处理电场。如果导体不在套管的径向中心中或者接近径向中心，则场控制屏蔽不会如设计的那样工作。因此需要最小化很长套管中的导体的偏转。
导体的静态偏转由导体本身的重力和质量生成。套管中的导体是以在两端固定的管的形式。水平或者接近水平放置的管的偏转取决于导体管的材料常数(杨氏模量和密度)、管的长度、壁厚度和直径。
导体被定尺寸用以传导电流，即对于给定的电流和电阻率，给定导体的横截面积。对于给定的外部直径的导体，壁厚度将由管的横截面积确定。长度由套管的长度设置，套管的长度由例如电压和闪络距离的外部电气要求确定。对于大电流，在原理上仅有可能在导体中使用铜或者铝或者其合金。这将确定材料参数，该材料参数然后将设置材料的最大硬度。几乎所有材料参数和构造参数由套管的电气要求设置。
为了最小化导体在纵向中心的静态偏转，已经提出许多解决方案。可以增加导体的张力，但是这对静态偏转仅具有有限的影响。从套管的径向中心向上水平移动固定点将减少在纵向中心点的偏转，在该固定点处导体被固定到套管的端法兰上。如今的设备必须处理的增加的电压和很高功率分布使如今的套管很长、10-20m或者甚至更长。对于很长的套管，具有大的静态偏转，用于解决静态偏转问题的固定点的所需移位变得太大而不实际。
发明内容
在所附权利要求中阐述本发明的各种方面。
本发明提供一种套管，该套管减少导体在套管的纵向中心的静态偏转。
根据本发明，提供一种高电压套管，该套管包括：管状壳，在壳的每端具有端法兰从而产生封闭体积；导体，悬置于封闭体积中，具有两端，一端在第一固定点处固定到一个端法兰而另一端在第二固定点处固定到另一端法兰。端法兰中的至少一个端法兰具有在套管的纵向方向上向封闭体积中延伸的支撑体，并且该体被布置用于在与法兰上的固定点相距一段距离处的至少一个支撑点上支撑导体。
这一实施例的优点是减少导体的无支撑长度并且由此减少在套管的纵向中心的静态偏转。在本发明中，在端法兰上的固定点无需承受任何力矩，并且可以使得用于导体的固定布置更简单和更轻从而抵消支撑体的附加重量。对导体的支撑可以在一个单个点或者若干点或者支撑表面上。若干支撑点可以在支撑点与固定点之间沿着导体分布。若干支撑点可以在装配的套管中的导体的下侧和上侧二者上。
根据本发明的一个实施例，支撑体被布置于导体周围，并且该体的一端固定到端法兰，而该体的另一端具有用于导体的开口，其中开口形成支撑点。该体可以围绕导体和/或套管的纵向中心线旋转地对称。
这一实施例的优点是该体无论套管是否旋转都等同地支撑，并且在端法兰上固定该体的基部使该体稳定。
根据本发明的一个实施例，支撑体由电绝缘材料、比如纤维加固聚合物或者碳或者玻璃纤维加固环氧树脂制成。
这一实施例的优点是该体不影响电场。
根据本发明的一个实施例，支撑体由金属制成。这一实施例的优点是诸如钢的金属的机械硬度在一些情况下制成更好、更硬的支撑体。
根据本发明的一个实施例，支撑体为圆锥形并且被布置于导体周围，圆锥形的体的圆形基部被固定到端法兰上，并且圆锥形的体的顶部具有用于导体的开口，其中开口形成支撑点。
这一实施例的优点是体的基部具有大的固定和支撑面积，并且圆锥形式机械地利于承受来自支撑点的力。
在一个实施例中，支撑体包括在彼此上面堆叠的若干圆锥形的体，所有体都固定到端法兰上从而在支撑点与固定点之间沿着导体产生若干支撑点。
根据本发明的一个实施例，管状壳具有纵向中心线，并且该体在与中心线相距一段距离处布置有支撑点，并且从而支撑点在装配套管时定位于中心线以上。
这一实施例的优点是通过在中心线以上布置支撑点，在套管的纵向中心的静态偏转被最小化。
根据本发明的一个实施例，管状壳具有中心线，并且固定点在与中心线相距一段距离处，并且从而固定点在装配套管时定位于中心线以下。
这一实施例的优点是通过在中心线以下布置固定点，导体在支撑点承受最小化套管的纵向中心处的静态偏转的力矩。
根据本发明的一个实施例，固定点和支撑点定位于中心线的相反侧上。
根据本发明的一个实施例，在支撑点与在端法兰处的固定点之间的距离在区间0.3-4m中。
根据本发明的一个实施例，该体包括允许套管以内的气体在支撑体以内循环的开口。这一实施例的优点为允许由支撑体围绕的导体的部分的冷却。
根据本发明的一个实施例，套管由过压的六氟化硫SF6填充。
根据本发明的一个实施例，支撑体固定于端法兰上并且包括在管状壳的内壁上支撑该支撑体的一个或者多个支撑构件。
根据本发明的一个实施例，端法兰中的另一端法兰具有在套管的纵向方向上向封闭体积中延伸的支撑体，并且该体被布置用于在与法兰上的固定点相距一段距离处的第二支撑点支撑导体。
虽然在所附独立权利要求中阐述本发明的各种方面，但是本发明的其它方面包括在描述的实施例中和/或在所附权利要求中呈现的任何特征的组合，而不仅为在所附权利要求中明确地阐述的组合。
附图说明
附图构成本说明书的部分并且包括本发明的可以用各种形式实施的示例性实施例。
图1示出其中可以使用本发明的气体绝缘套管。
图2示出本发明试图解决的问题。
图3示出现有技术解决方案。
图4示出本发明的一个实施例。
图5示出本发明的另一实施例。
图6示出本发明的另一实施例。
图7a-b示出支撑体的另一实施例。
具体实施方式
图1示出其中可以使用本发明的根据现有技术的气体绝缘套管18。套管包括用可以由焊接铝制成的也称为壁法兰的中间法兰14组装的管状壳12，配有两个绝缘体，一个绝缘体用于壁法兰的一侧。电场的分级由内部屏蔽15实现，内部屏蔽可以是圆锥形铝屏蔽，并且这一整个布置可以视为空心绝缘体或者管状壳。绝缘体可以用如下管的形式由玻璃纤维加固环氧树脂制成，该管可以由雨棚覆盖，这些雨棚由硅橡胶或者其它适当材料制成。管被一体地制造并且在两端装配有端法兰8、9，端法兰8、9可以被粘合上并且由铸铝制成。该设计给予刚性套管优良的机械特性。空心导体11穿过空心壳12延伸并且在两端在固定点处固定于端法兰8、9上，并且导体在固定点之间是无支撑的。套管可以由绝缘气体、例如SF6(六氟化硫)填充。绝缘气体可以在大气压或者在过压处。套管实际上是旋转对称。
图2未按比例示出本发明试图解决的问题。导体11到端法兰8、9上的固定通常是刚性的，从而固定点可以支撑弯曲力矩。虚线30是套管的纵向中心线以及针对没有由导体的重力和质量引起静态偏转的导体的放置。取决于套管的长度并且由此取决于导体的无支撑长度，在套管的纵向中心处的静态偏转将不同。随着套管的长度增加，在套管的纵向中心的偏转将剧烈地增加。对于比10-20m更长的套管，偏转可以如此之大使得电压分级屏蔽15可能无法恰当地工作。
图3示出用于克服图2中描述的问题的现有技术解决方案，其中在竖直方向上向上移位端法兰的固定点。固定点移位可以在仅一个端法兰上或者在两个端法兰上。这一移位减少套管在纵向中心的静态偏转。如果在一侧上移位固定点，则静态偏转的减少将是固定点被移位的量的一半，并且如果移位两个固定点，则在纵向中心的静态偏转的减少将近似为固定点被移位的相同量。针对可以将固定点移位多少是有限制的，因此这一解决方案限于中等长度的套管。
在现有技术中其他已知解决方案是增加导体中的张力或者改变导体的构造，例如使导体的直径更大。所有这些解决方案可能对于用于最高电压的最长套管而言不足够。
图4示出本发明的一个实施例，其中导体11在空心绝缘体12以内的两点1、2由支撑体支撑。固定点和支撑点放置于纵向中心线上。套管的纵向中心处的静态偏转被附加支撑点降低。在现有技术解决方案中，在端法兰上的固定点必须强到足以承受导体的静态偏转在接头中出现的力矩。在本发明中，固定点仅需承受纵向方向上的竖直力和张力。这允许人们使固定点中的接头更简单和更弱，这将允许节省端法兰上的重量从而可以补偿支撑体添加的重量。
图5示出与图4中的实施例相似的本发明的另一实施例，其中导体11在空心绝缘体12以内的两点1、2由支撑体支撑。固定点或者支撑点没有放置于纵向中心线上。在图5中，在套管的纵向中心的静态偏转进一步通过图4中的解决方案上的固定点的移动来降低，并且这在支撑点产生力矩。未示出的另一实施例是支撑点和固定点都不放置于纵向中心线上。以用于最小化导体在套管的纵向中心处的静态偏转的方式，固定点放置于中心线以下并且支撑点放置于中心线以上。
图6示出本发明的另一实施例，其中支撑体是以布置于导体周围的圆锥形体5、6的形式。支撑体的圆形端固定于端法兰上，并且圆锥形体的尖端是支撑点。圆锥形体可以是实心体或者它可以是空心体。空心体可以布置有开口以允许在套管以内的气体循环以绝缘和冷却导体。
图7a示出本发明的另一实施例，其中支撑体是以在导体周围布置的圆锥体5、6的形式，其中支撑构件被布置用于与空心导体的内壁相抵支撑该支撑体。在图7b中示出一个实施例，其中支撑体不是圆锥形体、而是可以是任何形状，并且这里支撑构件被布置用于与空心导体的内壁相抵支撑该支撑体。
支撑体具有用于减少重力所致的静态偏转的优点，并且它们也具有用于减少例如地震所致的动态偏转的优点。
Claims (15)
1.一种高电压气体绝缘套管(18)，包括：
-管状壳(12)，在所述壳的每端具有端法兰(8，9)从而产生封闭体积，
-导体(11)，悬置于所述封闭体积中，具有两端，一端在第一固定点处固定到一个端法兰，并且另一端在第二固定点处固定到另一端法兰，并且
其特征在于：
所述端法兰(8，9)中的至少一个端法兰具有在所述套管的纵向方向上向所述封闭体积中延伸的支撑体(5，6)，并且所述体被布置用于在与所述法兰上的所述固定点相距一段距离处的至少一个支撑点(1，2)上支撑所述导体。
2.根据权利要求1所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)被布置于所述导体周围，并且所述体的一端固定到所述端法兰(8，9)，并且另一端具有用于所述导体的开口，其中所述开口形成所述至少一个支撑点(1，2)。
3.根据权利要求1-2所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)由电绝缘材料制成。
4.根据权利要求1-3所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)由纤维加固聚合物制成。
5.根据权利要求1-4所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)由碳或者玻璃纤维加固环氧树脂制成。
6.根据权利要求1-2所述的高电压套管，其中所述支撑体由金属制成。
7.根据权利要求1-6所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)为圆锥形并且布置于所述导体周围，所述圆锥形的体的圆形基部固定到所述端法兰(8，9)上，并且所述圆锥形的体具有用于所述导体的开口，其中所述开口形成所述至少一个支撑点。
8.根据权利要求1-7所述的高电压套管，其中所述管状壳具有纵向中心线(30)，并且所述体在与所述中心线相距一段距离处布置有所述支撑点，并且从而所述支撑点(1，2)在装配所述套管时定位于所述中心线以上。
9.根据权利要求1-7所述的高电压套管，其中所述管状壳具有纵向中心线(30)，并且所述固定点(3，4)在与所述中心线相距一段距离处，并且从而所述固定点在装配所述套管时定位于所述中心线以下。
10.根据权利要求8和9所述的高电压套管，其中所述固定点(3，4)和所述支撑点(1，2)定位于所述中心线的相反侧上。
11.根据权利要求1-10所述的高电压套管，其中所述支撑点(1，2)与所述端法兰(8，9)之间的距离在区间0.3-4m中。
12.根据权利要求1-11所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)包括允许所述套管以内的所述气体在所述支撑体以内循环的开口。
13.根据权利要求1-12所述的高电压套管，其中所述套管由过压的SF6填充。
14.根据权利要求1-13所述的高电压套管，其中所述支撑体(5，6)固定于所述端法兰(8，9)上并且包括在所述管状壳的所述内壁上支撑所述支撑体的一个或者多个支撑构件(7)。
15.根据权利要求1-14所述的高电压套管，其中两个端法兰(8，9)具有在所述套管的所述纵向方向上向所述封闭体积中延伸的支撑体(5，6)，并且所述支撑体被布置用于在与所述法兰上的所述固定点处相距一段距离的支撑点(1，2)处支撑所述导体。
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