CN105207130B - 地下模块化高压直流电力传输系统 - Google Patents
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Abstract
非常低损耗(例如，每1000公里1％)和具有竞争力成本的高容量(例如，10GW)的被动冷却非超导地下高压直流输电线(100)。传输线(100)包括线段模块(101)，其与线段(101)之间的适应性的接合模块(102)连接在一起，典型地安装在保护导管(103)中。线段模块(101)包括相对刚性的管状导体(117)，由管状坚固绝缘层(131)绝缘，以形成类似于管子的线段模块(101)。线段模块(101)通过径向和轴向适应性接合模块(102)连接在一起，以形成传输线(100)。
Description
本申请是申请号为201080051530.9(国际申请号：PCT/US2010/048719)、申请日为2010年9月14日、发明名称为“地下模块化高压直流电力传输系统”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
电力传输传统上利用从铁塔悬挂的高架输电线。为了以低损耗在长距离上传输大量的电力，必须采用高压直流(HVDC)和低电阻(因此是粗的)导体。该应用中采用高架导体要求高大而坚固的铁塔。特别是在城市或风景区，实质上抵制建造这样的铁塔。作为选择，输电线可被绝缘且设在地下。对此的三种基本现有技术是(非超导)地下电缆、气体绝缘线(GIL)和超导地下电缆。
单独的地下电缆在其直径上限制为可被盘绕在线轴上且被运输到安装地点。该直径限制进而限制了这样的电线中电绝缘体的厚度和导体的厚度。导体尺寸(用于DC的截面面积)决定其电阻，其通过导体承载的电流来设定产生的热量(I2R)。绝缘体必须足够厚以防止在预定的工作电压下的电击穿。电压越高，在给定电流(因此给定的加热水平)下可传输的电力越多，但是要求的绝缘体越厚。对于给定的废热产生水平，较厚的绝缘体导致较高的温度。如果超出其温度上限，则绝缘体失效，从而这些因素共同使得现有技术的地下电缆可传输的电力上限设定为约1.1GW。必须保持相对短的距离，因为损耗相对高(当今典型地为1000km损耗19％)。与高架输电线的容量大约与电压的平方成比例不同，通过绝缘体去除电缆废热的需要意味着电缆的容量更接近于与电压成线性比例。
另一方面，GIL采用刚性导体部分，并且因此不受导体被盘绕在可运输的线轴所需的足够柔韧性的要求。混有压缩氮气(N2)的压缩六氟化硫(SF6)气体提供绝缘。由于气体的对流，GIL在去除导体废热到绝缘体外周边方面非常好，该外周边在GIL中通常为金属管子。
尽管该技术可通过采用大的导体尺寸来提高容量且保持小的损耗，但是需要管理压缩气体，并且SF6是非常强的温室气体(100年来比CO2糟糕22800倍，并且因此必须采取适当的措施以防止意外排放)，这使该技术比较昂贵。
甚至“高温”超导(HTS)输电线路也要求低温冷却(液体氮的温度)以保持导体处于超导(零电阻)状态。因为如果冷却不稳定它们则不能工作，所以冷却设备不利地增加了电力损耗，并且产生这种输电线的可靠性问题。
电力工业内广泛认为长距离传输线不能用短的(15米，卡车可轻易运输的部分)制作，因为1000km传输线所需的130000个接合点的累积可靠性(λ130000，其中λ是在给定时间一个接合点的可靠性)可能低到不可接受的程度。(例如，单个接合点一年的可靠性为99.999％，相同的一年约1000km传输线总的可靠性可能仅为26％，或者失效的可能性为74％)。因此，对于当前为地下电缆配置的接合技术，不可接受的累积可靠性是个问题。
例如，Tatsuya Nagata等在“Flexible Joint for 275kV XLPE Cable”中以及Akira Suzuki等在“Installation of the World's First 500-kV XLPE Cable withIntermediate Joints”中示出的采用当前方法接合地下电力电缆首先涉及剥皮和暴露电缆的多层，然后对接焊接或软焊接构成整个导体的众多的单个导电线。用半导体带包封导体，然后在电连接上浇铸或模压绝缘聚合物。
Gold的美国专利4,270,021示出了一个这样的方法。该工艺中的任何缺陷[例如，污染物、凸起或空隙(工业上称为CPV)超过几个微米，无论污染物是导电的还是绝缘的]可能因电击穿导致过早失效，根据Advances in High Voltage Engineering,第494页。因此，在野外的每个接合点附近组装清洁室，并且配备用于检测绝缘树脂中存在细微杂质的设备，以及灵敏检测设备(例如X射线)获得完成的接合点为可靠的保证。接下来的步骤是用半导体带覆盖绝缘体，随后是减震、护套和外套层。整个现有工艺是劳动强度大、耗时和复杂的，并且，甚至仅有小量的接合点，也构成传输系统可靠性中的弱点。
已经存在很多方法来在铝和铜导体之间形成接合点。这些方法相对复杂且因此成本高，并且为不可靠性的来源。
在GIL传输线中接合刚性导体时，由于温度上的变化，必须允许导体的膨胀和收缩。在典型的温度偏移上，通常长度为15米的刚性铝导体可收缩或伸展接近2.5cm。这可由环境温度以及携载电流(因此I2R损耗)的变化而导致。对于金属线或柔性电缆，该膨胀或收缩可在金属线或电缆的下垂或拉长中吸收小的变化，但对于刚性导体不能这样做。
当前使用的一种GIL电膨胀接合法涉及在邻接导体部分的重叠部分之间的滑动机械接触。该方法采用弹性力来保证接触压力足以实现低电阻，并且因此减小损耗。因为该工艺固有地涉及在压力下滑动金属到金属的接触，所以发生磨损。该磨损产生导电金属灰尘。因为气体绝缘GIL传输线，所以该灰尘可能自由运动于该介质内。该绝缘气体包含电场。这些微粒在其自身周围改变电场，导致增加电应力的区域，这可能造成电击穿。因此，GIL设计包括微粒陷阱以有希望聚集这些颗粒，并且从颗粒可能诱导失败的区域去除它们。
当微粒变被充电时，它们将被吸引到并且朝着相反充电的表面移动。在HVDC GIL环境下，从滑动接触和其它源产生的颗粒能够且确实在导体和外部导管之间前后移动，这是因为它们的电荷每次接触金属壁或导体都会变化，并且这允许粒子反弹和累积，这是仅在GIL配置为HVDC传输方式时的特定问题。这种反弹灰尘的问题对于GIL线传输交流电不太严重。
甚至在相对高效率的情况下，传输大量的电力也导致相当大量废热的产生。例如，以每1000km损耗3％(对应于现今建造的最好的常规导体基输电线路的损耗)传输10GW的电力产生每个导体、每米150瓦特的废热。关于地下导体通过土壤可以可靠地散发的最大废热，这是很好的，即使传输10GW的电缆也是合适的。因此，较高容量地下被动冷却输电线上的突破需要比如今最适合输电线更高的效率。大容量和大损耗水平导致成比例的大量废热。不同的泥土和土壤类型具有变化的(例如，潮湿水平)和相对低的导热性(0.06至3W/m·°K)，并且已经来到表面以被环境空气去除的废热的耦合可被植被和碎片阻隔。
总而言之，采用传统导体实现商业上可行的地下高功率输电线的关键技术障碍是：
1.导体的高压电绝缘
2.从导体去除废热
3.适应(accommodating)导体、绝缘体、接合点和机架的热膨胀和收缩
4.以低成本在现场进行低损耗、高电流、高可靠性的电接合
5.以低成本可靠地使高压现场制作的接合点绝缘
因为错误的挖掘对于地下电缆造成约一半的现场失败(根据Advances in HighVoltage Engineering,第491页)，所以同样希望的是使得通过挖掘或其它构建活动可能意外切断地下传输线极不可能。对此实现的一个现有技术的方法是在管路(导管)内安装电缆；这被看作“管路型电缆”，并且在时间上早于直接埋设的高压电缆。管路型电缆使其几乎不可能挖掘损坏埋设的电线。在当前的实践中，管路型电缆安装在维护和修理地下室之间，维护和修理地下室的距离不大于约一公里(在大电缆中可拉出而没有接合点的最大距离)。
或许，非金属线的高电压、高电流导体的最普通示例是电站和变电站可见的汇流条(buss bar)。这些由挤压的铝制造，并且空气绝缘。这些不用于电站、电力变压器和开关站外面的传输，而是在大工业电力用户内使用。
所有的输电线在最小曲率半径上对于每个特定类型的输电线具有某些限制。实际上，与安装相比，为了运输导体(其中通常紧凑地缠绕在卷轴上以便运输)，对于最小曲率半径可以有不同的限制。例如，大管路型电缆可达3米直径的电缆卷轴，但是它们不能通过小于约30米曲率半径的导管拉出。为了实现比现今更大的弯折，必须在管路型电缆转弯处具有维护地下室和接合点。
发明内容
本发明在一个实施例中公开了一种模块化高压直流电力传输系统。该系统具有：细长的(elongated)容纳系统；多个细长的大体上环形的刚性主导体，刚性主导体在容纳系统内大体上首尾相连地对齐；大体上环形的主绝缘体，围绕每个主导体；多个适应性导电接合构件，一个接合构件位于两个主导体之间且与这两个主导体电连接，以建立电连续性同时允许这样的导体之间的轴向错位；以及多个接合绝缘体，一个这样的接合绝缘体围绕每个接合构件。
该容纳系统可为导管。该容纳系统可包括多个保护封套。至少一些保护封套可包括液体密封容器。该系统还可包括在一个或多个容器内的对流热传递流体。该系统还可包括包含热传递流体的容器内的可压缩构件，以允许热传递流体在容器内膨胀和收缩。封套还可包括连接到至少一些容器的闷头。主绝缘可连接到闷头。该系统还可包括位于相邻的封套之间且使相邻的封套物理互连的盘。盘可包括连接到封套的密封片，并且盘还可包括可移动的盖板。液体密封容器可包括围绕液体密封衬垫的混凝土壳体。
主导体可包括一个或多个铝构件。至少一些主导体可限定具有一个或多个全长空隙(full-length void)的大体上环形的壁。至少一个空隙可包含钠。具有钠的一个或多个空隙还可包含容积补偿装置，其中钠和容积补偿装置实质上一起填满该空隙。容积补偿装置可构造且设置为改变其体积以足以等于或超过钠在主导体的额定温度范围内的总体积变化。在直到上额定极限值的温度下，容积补偿装置处于轴向张力下，并且容积补偿装置的横截面在钠完全熔化时几乎恒定。
至少一些主导体可由多个分开的线段(segment)制作。该线段可包括楔形物。至少一些楔形物可是挤压成型或铸造成型的。至少一些楔形物可为中空的。至少一些中空的楔形物可包含钠。至少一些楔形物可实质上为部分环形。至少一些实质上为部分环形的楔形物可包括阳性特征和阴性特征，阳性特征和阴性特征被构造且设置为使一个楔形物上的阳性特征可与相邻楔形物上的阴性特征互锁。阳性特征可包括沿着楔形物的一侧的凸起片，并且阴性特征可包括沿着楔形物的相反边缘的槽，其中槽限定比槽的开口宽的内部，从而所述片在其插入在槽后可弯曲，并且因此占据比槽的开口更大的空间，以抑制所述片从槽去除。
该系统还可包括一个或多个接合过渡导体，接合过渡导体位于主导体和接合构件之间且电连接到主导体和接合构件。接合过渡导体可包括在铝管状主导体的端部中螺纹铜插件。接合过渡导体还可限定适合于直接连接到主导体的端部的大体上环形的端部、更窄的相反端部以及在这两个端部之间的锥形过渡区域。接合过渡导体可通过旋转焊接直接连接到主导体。旋转焊接的表面可为倾斜面，以沿着成角度的面配合在一起。旋转焊接的表面可为平面，并且大体上垂直于接合过渡导体和主导体的纵轴。该系统还可包括一端在接合过渡导体中而另一端在主导体中的热管，以帮助热量传递到接合过渡导体之外。该系统还可包括位于一个或多个接合过渡导体上的端盖绝缘体。端盖绝缘体可通过咬合配合连接而连接到接合过渡导体的端部。该系统还可包括位于咬合配合连接中的高介电强度的油脂。该系统还可包括弹性体保护罩，位于所述咬合配合连接上以抑制油脂从所述连接损耗。该系统还可包括两个端盖绝缘体，通过咬合配合设置在主导体或接合过渡导体的端部上，并且还包括位于第一端盖绝缘体上的一个或多个双轴取向的弹性管状绝缘体，其中第二端盖绝缘体位于双轴取向的弹性管状绝缘体上，以使双轴取向的弹性管状绝缘体限制在第二端盖和主导体、接合过渡导体或第一端盖绝缘体之间。
至少一个主导体可包括主要决定主导体的轴向热膨胀性的金属、陶瓷、聚合物或复合物壳体内的钠，其中通过主导体流动的大部分电流在钠中流动。该系统还可包括位于钠内的容积补偿装置，容积补偿装置可改变其体积以足以等于或超过钠在主导体的额定温度范围内的总体积变化。在直到所述主导体的上额定极限值的温度下，容积补偿装置处于轴向张力下，并且容积补偿装置的横截面在钠完全熔化时几乎恒定。
至少一些接合构件可包括导电编织物。编织物可具有两个端部，并且在两个端部以螺纹套管终止，其中一个端部为右旋螺纹而另一端部为左旋螺纹。编织物可以具有锥形螺纹的螺纹套管终止。导电编织物可涂覆有或浸渍有柔性物质。导电编织物大体上可为柱状的。编织物可配合在两个主导体的端部上，并且接合构件还可包括紧固件以将编织物紧固到主导体。至少一些接合构件可包括适应性的导电编织物条。至少一些接合构件可包括导电刚性带。至少一些接合构件可包括包含钠的弹性体袋囊，该钠保持在高介电强度的坚固的或弹性的封套内，其中封套具有端口，通过端口暴露袋囊的表面，端口位于高介电强度的衬套与封套相交的位置，并且这样的接合构件还可包括通过所述弹性袋囊突出进入钠中的导电针。
至少一些接合绝缘体可限定相对的内螺纹端部，使内螺纹端部连接到两个相邻主绝缘体上的外螺纹上。至少一些接合绝缘体可包括大体上球形的中空结构，中空结构至少部分地由柔性的电绝缘材料制造。中空结构的内表面和外表面可为半导体的。中空结构的螺纹的表面可为半导体的。中空结构的内表面的至少一部分可为粘性的。接合绝缘体还可包括围绕中空结构的一个或两个螺纹开口的凸缘。主绝缘体可具有外螺纹端部，并且主绝缘体的离开螺纹的外表面以及螺纹面(thread face)可为半导体的。螺纹的表面(surface)也可为半导体的。
主绝缘体可包括相对刚性的管状构件。该系统还可包括在主绝缘体和主导体之间的润滑剂。主绝缘体可包括设置在主导体上的一个或多个适应性的衬套。一个或多个衬套可为双轴应力的，并且设置在主导体上且然后允许收缩，其中双轴应力的衬套和主导体之间的界面可为干燥的或被润滑的，并且在采用润滑剂时，润滑剂可为永久性的或临时性的，该润滑剂可为固化为硬聚合物的粘合剂。该系统还可包括滚筒和机械指中之一或二者，用于在光滑的心轴和主导体中之一或二者上拉原始未取向的弹性体。多个衬套可一个在另一个上面地嵌套。该系统还可包括施加在衬套之间的润滑剂，其中该润滑剂是永久性的润滑剂、不可逆固化且连接衬套的粘合剂以及随着时间溶解在一个或多个衬套中的油中的一种或多种。主绝缘体可包括弹性体管或多个嵌套的弹性体管，其中至少一个弹性体管在主导体的中间部分处于双轴应变。弹性体管可通过用气体或液体的膨胀而双轴延伸，随后在弹性体的玻璃转变之下的温度冷冻，在主导体上设置冷冻的双轴取向的弹性体，然后加热弹性体到其玻璃转变温度之上，以使其收缩在主导体上。弹性体管在主导体上可通过轮子或机械指被拉，其中主导体具有光滑的轮廓和光滑的润滑表面，从而弹性体管的至少中间部分双轴取向的。润滑剂可为高介电强度的油脂，其电阻系数的范围为1021ohm-cm至1012ohm-cm。润滑剂可为导电油脂，其电阻系数的范围为10-1ohm-cm至1012ohm-cm。该系统还可包括咬合配合的端盖绝缘体，其咬合在弹性体管上，以获得且保持管在适当位置。弹性体管可为双轴和单轴应变的，并且单轴应变可通过咬合配合的端盖绝缘体获得并保持。
该系统还可包括支撑主导体和主绝缘体的辊子。该系统还可包括位于主绝缘体和容纳系统之间的轮子。轮子可安装在或接近于一个或多个主导体的两端。轮子可安装为接近于接合绝缘体。轮子可为装有动力的支架模块的一部分，支架模块包括可逆驱动和制动的，以允许自推进运动。该系统还可包括位于主绝缘体和接合绝缘体与容纳系统之间的高导热性气体。主绝缘体可包括具有至少两层的螺旋包封的绝缘结构。绝缘结构可包括绝缘层和半导体层。半导体层可实现从主导体到接地的螺旋半导体通道。主绝缘体可包括一系列嵌套的大体上锥形的绝缘体。大体上锥形的绝缘体可跨越主导体和细长的容纳系统之间的距离，并且该系统还可包括电介质流体，该电介质流体保持在正压下且填充主导体和细长的容纳系统之间的其余空间。
另一个实施例公开了适应(accommodate)膨胀和收缩的电接合件，包括为导电编织物的且限定有两个端部的大体上柱状部分，以及连接到大体上柱状部分的每个端部的螺纹套管。
再一个实施例公开了一种模块化高压直流电力传输系统，包括：细长导管；多个细长的大体上环形的刚性主导体，在导管内大体上首尾相连地对齐；大体上环形的主绝缘体，在该导管内且围绕每个主导体；多个适应性导电接合构件，一个接合构件位于两个主导体之间且与这两个主导体电连接，以建立电连续性同时允许这样的导体之间的轴向错位；多个接合过渡导体，接合过渡导体位于主导体和接合构件之间且与主导体和接合构件电连接，其中该接合过渡导体在它们遇到接合构件的位置具有比主导体小的直径；多个接合绝缘体，在该导管内，一个这样的接合绝缘体围绕每个接合构件；以及装有动力的支架模块，位于该主绝缘体和该导管的内部之间，并且包括可逆驱动和制动的轮子以允许自推进运动。
附图说明
图1示出了电管(线段模块和接合模块)在导管中的示意图。
图2至图7示出了由铝制造的管状导体的不同形式。图2示出了具有外径120和内径212的圆形截面的中空柱体；图3至图7中采用每千米相同量的铝。图3示出了椭圆截面中空柱体。图4与图2类似，除了它由多个楔形(或拱顶石)形状的部件组成外。图5与图4类似，除了拱顶石(keystone)形成螺旋线外。图6与图3类似，除了它由多个拱顶石状部件组成外。图7与图4类似，除了它由平面的拱顶石组成外。
图8至图10示出了拱顶石的某些可供选择的部件。图8示出了具有圆形内外边缘的挤压拱顶石。图9示出了具有平坦内外边缘的带坯连铸拱顶石。图10示出了与图8类似的拱顶石，除了具有空心外。
图11示出了具有多个中空腔的复杂主导体。
图12示出了特定电管线段模块的主要部件。
图13示出了具有铜或铝端部的填充钠的钢、不胀钢合金或纤维增强复合电管线段管状导体。
图14示出了挤压的管状主导体形状，与中空拱顶石导体类似，但是一整件具有可填充有钠的多个腔体。
图15示出了一般性的中空拱顶石导体，包含一个实心楔形、一个中空楔形和填充钠的楔形。
图16示出了接合过渡导体的两个基本设计之一，其安装在管状导体内。
图17示出了接合过渡导体的另一个基本设计，其旋转焊接到管子端部，并且过渡到较小的直径以与接合模块配合。
图18示出了连接接合过渡导体到管状导体的旋转焊接，其中二者具有成直角的端部。
图19示出了连接接合过渡导体到管状导体的旋转焊接，其中二者具有匹配的斜面端部。
图20至图22更加详细地示出了导管问题内的清除；图20示出了通常情况，图21示出了较短的线段允许较大的弯曲，图22示出了较大的导管直径允许较大的曲率或较长的线段。
图23和图24示出了端盖和管状绝缘体之间绝缘的集成的细节；图23示出了具有连接到接合过渡导体的高效绝缘的一个可供选择的方案，而图24示出了第二个可供选择的方案，其中咬合配合的端盖绝缘体咬合在XLPE或其它伸展弹性绝缘体的端部上。
图25和图26示出了轮子设置的可供选择的方案，以在保护导管的安装期间支撑电管。
图27示出了采用硬塑料、玻璃或陶瓷管子用于绝缘的电管模块。
图28示出了在导体上设置弹性管状绝缘体。
图29示出了端盖绝缘体在线段导体的端部上的咬合配合。
图30示出了图29中的部件，其与弹性管状绝缘体和第二外部咬合配合端盖绝缘体装配在一起。
图31示出了采用钠保持在弹性气球内的接合模块。
图32示出了嵌套锥形管状绝缘体，其中硬的锥体与弹性凝胶锥体交替，以形成包括复合管状绝缘体的堆叠。
图33示出了连接在一起且由相对高强度弹性体的窄条均匀分开的嵌套硬锥形绝缘体；其余的间隔由高介电强度的流体填充。
图34示出了由O型环弹性体均匀分开的嵌套硬锥形绝缘体；其余的间隔由高介电强度的流体填充。
图35示出了简单的筒箍，用于悬挂电管线线段模块或接合模块；没有动力，没有制动。
图36示出了复杂的支架组件，包括两套具有动力和制动的轮子、气动应急装置/停车制动、传感器和控制模块，通过电管局域网连接和相通。
图37示出了通过电管线段模块的靠近连接诸如图35所示筒箍的片段。
图38是具有集成热管的端部线段的截面图。
图39是远离接合点的双导体地下部分的侧视图。
图40是示出地下部分中流体对流和热流的侧视图。
图41是示出具有两个接合点的导体线段的顶截面视图。
图42是示出双导体部分在埋入前的倾斜视图。
图43是示出部分连接盘的倾斜视图。
图44是示出接合区域在其绝缘连接器就位前的横向截面图。
图45是示出接合区域在其绝缘连接器就位后的横向截面图。
图46是示出适应性绝缘螺纹连接器的横向视图。
图47是能够用角位移接合线段的适应性绝缘螺纹连接器的横向视图。
图48是主绝缘体端的横向截面图。
图49是示出接合区域电位的横向截面图。
图50是图49的横向截面图的细节，示出了接合区域内绝缘体中的电场。
图51是示出编织衬套电接合的横向视图。
图52是示出编织条电接合的横向视图。
图53是螺纹编织衬套电膨胀接合的横向截面图。
图54螺纹电膨胀接合的横向视图。
图55是用于接合的绝缘体的横向截面图，示出了典型的尺度。
图56是具有锁定片的拱顶石导体线段的倾斜视图。
图57是锁定片和接受器配合前的侧视图。
图58是配合的锁定片和接受器的侧视图。
图59是液体密封容器及其盖板在安装一个或多个导体和一个或多个绝缘体前的倾斜侧视图。
图60是闷头的侧截面图。
图61是闷头的前视图。
图62是直线连接盘的倾斜视图。
图63是水平角连接盘的倾斜视图。
图64是垂直角连接盘的倾斜视图。
图65是组装的接合区域的侧截面图。
图66示出了电管在具有轻便清洁室的维护地下室中的安装。
图67示出了长电管行进的侧线(side track)。
图68示出了薄线段端如何为支架模块腾出空间。
图69示出了电管通过铁路运输。
图70示出了HVDC输电线路传输部件。
图71示出了螺旋缠绕的绝缘结构的侧视图。
图72示出了螺旋缠绕绝缘结构的倾斜视图。
图73示出了螺旋缠绕绝缘结构的中心部分的闭合(close-up)。
具体实施方式
图1给出了传输线100的主要部分的简易图，其在这里有时称为“电管(elpipe)”。电管可为两类模块的组合：线段模块101和接合模块102，通常但非必须配置在导管103中。优选的设计是高度模块化的，并且因此线段模块和接合模块的组成部件自身是模块化的。因为电管线段是直线，并且相对具有刚性，所以存在可安装在导管中的电管的最小曲率半径104；该最小曲率半径可通过增加导管105的直径或者减小线段的长度106而减小。优选在线段模块处(如图25所示)或在接合模块处(如图26所示)采用轮子连接到电管。这些成套的轮子将电管支撑在导管内，并且易于将组装的电管在导管中插入或去除。轮子还将每个电管线段居中在导管内，并且可提供运动力和/或制动力以允许电管安装在斜面上。轮子能安装在长段导管中；其远长于常规管型电缆的地下室之间的最大行程。在给轮子提供动力的情况下，在两个地下室之间爬山和下山安装电管是可行的。导管可为金属管或通道(corridor)、聚合物或聚合物复合管或通道，或水泥管或通道，包括聚合物改性水泥，这些作为非限定的实施例。"导管"是指任何可行的保护性安装设施的可供选择的方案，无论它是管子或通道。导管通常也可具有多层，其每层具有不同的成分。为了某些特定的已知绝缘，必须保持非常干燥的环境，以便可配置在电管上，例如，规范的XLPE和MIND绝缘；其中采用水敏绝缘，非常希望的是导管包括至少一个高抗水渗透层，例如，金属化的聚合物膜、金属箔或者实心金属管。
(XLPE是指交联聚乙烯；它是部分结晶的弹性体，并且可由任何级别的聚乙烯制造。XLPE可为过氧交联或辐射交联的。还有各种硅烷接枝聚乙烯，其通过与水反应交联，有时用于制作XLPE绝缘。)
(MIND是指整体浸渍、非排水绝缘，浸油纸绝缘的某种形式，其中油不排出到纸外。)
在此情况下，还希望高效率水吸收存在于电管内，例如，氧化钙(其与水化学反应)或者为了坚固、还可逆地水吸收优选的分子筛。还希望监测气体的干燥度，并且能够循环干燥气体，尤其是在安装和维护期间。气体在导管中的循环还打开了通过气相质谱分析灵敏地化学监测气体的可能性，这可使其易于发觉初始绝缘失效或者渗透进入管子中。在导管壁和电管之间的体积与环境隔离的情况下，高导热性的气体，例如，氢和氦，可用于填充该体积，以改善电管的外表面和导管的内表面之间的热力耦合。
导管自身经受热膨胀和收缩。如果导管是钢的或者其它高模量的材料的，则长直线段可产生非常大的力。通过轻微故意“拉长(snaking)”钢管线，可防止结构失稳破坏，甚至给定的基本温度在实质上不限制管子的非常不牢固的湿泥土土壤中摆动。硬度越低，越适应性(compliant)的管子，例如，聚乙烯管子可设置在由混凝土固定保持的点之间，即使具有直线段，并且由于聚乙烯的适应性而不会变弯曲。然而，聚乙烯管子的水和氧的渗透性远大于金属管子，并且可能需要额外小心来保持所希望水平的导管内干燥，以避免由于XLPE绝缘内局部放电引起的“树枝放电(treeing)”。
导管通过现有技术的方法安装在两个维护地下室(maintenance vaults)之间。所述维护地下室的至少一个在此具有在清洁场所环境中将电管线段组装在一起的设备(见图66)。清洁场所的设备可选择性地为移动的，从而它可根据需要运输到不同的地下室。维护地下室由地面409、墙壁402和盖板406围成。顺着墙壁，提供有排水装置401，使其与局部土壤1220分开，例如，以防止由相邻于地下室墙壁402的浸透土壤的水结冻/解冻造成的损坏。地面407可选择性地为足够重，以防止淹没地下室的洪水的情况下维护地下室浮起(仅相对于倾向于发生洪水的地方)。它足够长以容放例如从配送卡车卸下的卡车长度的电管线段模块和接合模块。这些模块通过起重机413从配送卡车411卸下，并且放入临时储藏库412，或者直接放在半圆导管407的部分上，半圆导管407还有盖子(未示出)，以便可组装为在安装、修理或维护活动完成后在维护地下室内封闭电管。起重机413也可从储藏库412移动模块到半圆导管407上。从这里，模块可通过空气幕滚动在可移动的清洁室中，以防止环境灰尘进入清洁室。模块的表面也可在其进入清洁室前清洗(未示出)。一旦要接合的线段模块端位于清洁室内，可膨胀密封408封闭在电管线段模块的周围用于区域隔离，以保持在组装和评估接合点的清洁室403内的该区域非常清洁。清洁室提供有略有压力的已经过滤的空气，以便通过空气过滤系统410去除亚微米颗粒。接合模块通过第二空气锁(未示出)引入到清洁室。在进行接合的清洁室内的该区域中，电管支撑在敞开的脚手架405上，其允许在接合点和接合模块周围存取所有的物件，以进行接合和检测接合点。
下面，我们顺序讨论主要部件，以线段模块开始，然后为接合模块。
需要各种其它类型的模块来完成后HVDC线路，其中需要电管传输线与其它技术接合。基于电管的多端HVDC传输线将需要电源插头、弯头、断路器和高架输电线的适配器、气体绝缘线(GIL)、电缆、最后直至到超导线。这些项目的每一个都是我们讨论线段模块、接合模块和支架模块意义上的“模块”，然而，这些模块不是本公开的部分。
我们将分开考虑这些部件的每一个。
电管线段模块
线段模块构成大多数电管的主要部分，并且其自身高度模块化，其中导体、绝缘体和(如果使用)端件(接合过渡导体和端盖绝缘体)分开制造，并且在组装成线段模块前进行质量控制(见图12)。这与本技术的高压电缆的情况实质上不同，其中绝缘层典型地通过包封(油/纸电缆)或者挤压覆层(XLPE电缆)施加给导体。如果本技术的电缆上的绝缘在制造后的试验中失效，则整个长度的电缆必须丢弃(尽管在某些情况下导体可补救)；这与本电管线段的情况相反，在它们组装成电管线段前对聚合物绝缘体进行高压测试，从而大部分测试中的失效发生在部件级，而不是线段模块级(其中这里的失效更加昂贵)。在部件绝缘上进行质量控制降低了失效的成本，因为绝缘体中的失效与电缆或电管线段上的失效相比相对便宜。再者，部件试验而不是组件试验允许采用更苛刻的测试条件，这有利于可靠性和热传递(因为更苛刻的测试条件能够使绝缘层变薄，更加高效地散发废热)。
在绝缘体中发现缺陷存在最适宜的测试电压；超过上述最适宜的测试电压将损坏剩余绝缘体，并且降低其使用寿命，在较低电压下的测试不能识别实质上减弱绝缘的缺陷。在本实施中，因为同时制造约千米长的电缆线段，所以如果失效的经济损失较低，则测试的苛刻性较低是可行的。通过增加测试电压超过常规电缆使用电压至发生失效的目标数量的点，能够实现比迄今可能的更高的电压阈值(通过破坏最大的缺陷)。该论述的基础是失效与缺陷相关联，并且施加的测试电压越高，可检测的缺陷越小。
因为模块化电管通常采用相对短的聚合物管件作为绝缘体，其中大部分电管线段在长度上小于20米，好于每公里一个的失效密度是可以容忍的；尤其是绝缘体为可循环使用和可再利用的(在去除围绕缺陷的区域后)。因为调节电管最小曲率半径的减小的主要方法是采用较短的电管线段，所以这也是部分成立的；因此，除了旨在直线导管中使用电管线段(其可为在卡车或铁路上运输的最大实际长度，取决于电管线段如何运输到建筑现场；注意，尽管较长的线段意味着采用较长的维护地下室，从而具有经济上的折衷)外，较短的线段也需要在某些区域上调节更严格的曲率。因此，仍可能采用因失效产生的某些短件绝缘管，即使绝缘管本质上不可循环地成为相同的应用(XLPE绝缘，用于管子型绝缘体的主要备选，如果在其硬化后试验，将是不可循环的)。
本发明的模块化设计概念是非常灵活的，并且可应用于广泛的不同材料来形成模块化电管线段的三个主要部分的每一个，它们是：
1.导电核心
a.管状导体(通常为挤压的)
b.接合过渡导体(这些端件可与绝缘体集成)
2.管状绝缘体(例如，可为聚合物、玻璃、陶瓷或它们的组合)
3.端盖绝缘体(在某些设计中，与接合过渡导体集成)
电管接合模块
电管接合模块将线段模块连接在一起。接合模块要求采用诸如金属丝网或环形金属线的柔性导体或者液体或者诸如钠的非常软的金属。这样的模块必须允许线段模块导电核心的匹配端轴向运动和角运动二者。必须承受的线段模块导电核心的轴向运动程度根据线段模块的长度和结构从几毫米变化到十厘米。
电管支架模块
电管支架模块如图25、图26、图35和图36所示。图25示出了每个线段模块有两个支架模块的实施方案，而图26示出了每个接合模块有一个支架模块的实施方案。图35和图37示出了简单的支架模块实施方案；图35示出了没有动力也不提供制动的筒箍，而图37示出了按照图35的线段模块及其导管103在其支架模块处的剖视图。图36是支架模块的图示，其具有制动382和可逆的电驱动381，其可控制轮子380的扭矩和速度。每个线段到接合模块连接之间具有测力传感器(load cell)385。附加数据由倾角计383和轮轴384上的扭矩测力传感器提供。该数据在控制模块386中收集和分析，并且该数据也通过局域网络连接电缆387输出。动力通过动力电缆388提供。某些决定授权给局部控制；例如，当两个模块之间的接合点上的应力接近于最大承受应力时，局部控制器可一起工作以防止损坏该接合点。所有的数据通过安装有电管的局域网上传。在安装和维护期间，该数据允许电管模块在支架模块上的长“轨道”的高度协调运动。以这样方式运动的能力使得快速修理变得可行，因为几公里的电管可从其导管退出以便个别模块的维修，而不挖掘以到达需要修理的位置。沿着(例如)2000公里电管的仅两个“侧线”可允许电管串列退出，直到有缺陷的部分位于维护地下室内。由于几千公里电管以协同的方式一起运动的能力，如果维护地下室的间隔是最多10km，则成对的10km长侧线422可允许任何的缺陷快速定位在维护地下室420或特定导管接合/维护地下室421(见图67)。
本发明的模块化电管线段中可用的管状导体的示例如图2至图11所示，并且包括：
1.挤压铝管，包括环形对称管110和其它非对称管，例如，椭圆管111；
2.通过将楔形导体捆扎在一起以形成的中空拱顶石导体而形成的导体；直线中空拱顶石导体可具有局部环形截面112或者诸如113的其它形状；环形中空拱顶石导体可装配起来，从而楔形螺旋扭曲，如114；中空拱顶石导体的楔形部件自身可为实心体190、中空体191或者中空体且填充有钠192；中空拱顶石导体的核心193可为气体、液体、实心导体、中空导体或填充钠的导体；楔形导体可为挤压的115或带坯连铸的116；
3.通过挤压形成所希望形状且具有光滑外周界的挤压导体，其也包含开槽(openpocket)118和119；这样的形状可比环形管具有较好的耐冲击性，并且这样的管状导体的电阻系数可通过用在插入温度为液体或至少半固体(因此可流动)的导体注入一个或多个开槽而调整，该注入的导体例如为钠；
4.离心浇铸铝管；
5.通过连续捆扎带坯连铸(strip cast)铝拱顶石导体116成为中空拱顶石导体而形成的导体。
中空拱顶石导体可采取变化的形状；通常，优选环形形状，例如，110、112、114、117。环形导体可为中空拱顶石导体，例如，112、114或194，其可具有任何数量的楔形部件以形成环形的中空拱顶石导体，尽管在大部分情况下采用5-12个楔形。这些楔形自身可为中空体191，并且可包含钠192。近似中空楔形的形状116可由带坯连铸、在很多不同熔炼操作下生产铸块的已知方法制造。不可能用带坯连铸像挤压那样生产高精度、自由定义的形状；然而，带坯连铸的形状比挤压成型便宜，并且可捆扎在一起而生产多边形的捆扎导体(图7)。带坯连铸和挤压的楔形的组合可装配成单一的中空拱顶石导体；这可包括实心和中空楔形二者；并且在中空楔形当中，填充气体和填充钠的楔形二者都是可能的。非环形中空拱顶石也是可行的，但是这意味着需要几个不同种类的楔形来组装中空拱顶石导体(例如，图6的椭圆形中空拱顶石导体113要求具有两种不同截面形状的拱顶石)。该设计，根据标准部件楔形范围的中空拱顶石导体，提供电管管状导体的每公里非凡的电阻控制程度：
-最低的电阻对应于形成直线中空拱顶石导体112的实心楔形；为了优化导电性，这些楔形115应当在每个楔形的内外表面上的很好地限定局部环形截面而被挤压。为了最低可能的电阻，拱顶石导体127或193的核心也应为环形导体。
-与采用挤压铝相比，带坯连铸的选择方案降低了纯铝基多边形形状导体128的金属楔形的成本约20％。所形成的中空拱顶石导体是多边形，而不是环形，但是仍为"管状导体"的示例。
-如果线路的经济优化电阻更高(意味着每公里更少的铝是优选的)，则可保持管状导体的直径不变，而通过中空挤压楔形取代实心楔形而减小每公里所用的铝量。甚至可备有具有不同壁厚的几个不同挤压的中空楔形，以允许跨越从所有楔形为具有最薄壁的中空挤压设计下降到所有的楔形为实心铝的最低可行电阻的范围的每公里电管电阻的极好地控制。
-图15示出了高模块化中空拱顶石导体的实施方案，其中某些楔形自身为中空容器，可填充有钠。具有固体、冶金连接端盖的中空挤压楔形形成容器，容器中可填充有钠192或不填充有钠191。实心铝楔形190也如图15所示，以证明该设计的灵活性。
倾向于采用中空拱顶石导体而不是挤压铝管的另一个原因是个别楔形的尺寸远小于通过组合楔形形成的导体的尺寸。例如，如果要基于30cm直径的挤压铝管上形成12GW的电管，则世界范围可挤压该管子的挤压机数量很少，这倾向于增加挤压产品每单位质量的成本。相反，如果30cm直径的电管的管状导体为12个楔形形成的中空拱顶石导体，每一个楔形对应于电管的管状导体壁的30度弧，则这使得挤压铝部件在世界范围内铝挤压机的非常常规的尺寸范围内，并且因此，可预期较低的购置成本。
原则上，管状导体可包括电管的整个导电核心，在此情况下，导电核心可与接合模块直接连接。然而，出于在后面讨论的各种原因，在大多数情况下希望连接过渡段，即接合过渡导体，到管状导体的两端。各种希望的端部可通过接合过渡导体实现，例如，过渡到端部上的铜导体，或者在端部上减小管子直径(以允许在接合点中更多的绝缘空间)。
钠导体预想在几个不同的设计中；一个示例如图13所示，其中一定体积的钠150包含在强的外壳151中，外壳151支配着图13的线段模块部件的轴向膨胀。所述强外壳可由金属或纤维增强复合物组成；强外壳的具体希望的实施例是钢、不胀钢(invar steel)合金和碳纤维增强拉挤成型体。在端部上，强外壳不覆盖端部，而是取而代之地连接到钠单元端板适配器152；也可以强外壳在所述钠单元端板适配器周围卷曲。所述端板适配器152优选由铝或铜制造。端板152和容积中的钠150之间的电连接由连接杆153帮助，连接杆153通过钠中的孔157插入钠中；连接杆153机械地且电连接到端板152，并且延伸为足够远以进入钠中，从而产生端板152到容积中的钠150的优良电连接。在该设计中，线段155的轴向长度由金属封套151决定，只要封装的钠150具有足够的在封装容积内的体积(由外金属管151和端板152内的体积限定)以便膨胀和收缩。因为钠与封套相比是非常柔软和有延展性的，所以它将变形，从而主要为径向而不是纵向地迫使其容积膨胀，只要钠不被容积受限。这可要求封套足够强以迫使实心钠的塑性流动而不允许钠支配图13的线段模块部件的整个热膨胀性；然而，钠引入图13的线段模块部件导体中的方法意味着通常的钠将收缩到比外壳151小的尺寸，而不是膨胀推压端板。
容积补偿装置154设在钠块内，容积补偿装置154在液体钠150通过进口156流入所示的体积中时可易于被压缩。在154的所述压缩中，154的体积变化至少应为与下降到模块的最小运行温度时钠结晶和经受热收缩时钠150中所预期的体积减小一样大。所述容积补偿装置应希望也能经历真空，因为非常希望图13的实施方案可涉及在通过端口156引入加压的液体钠前通过真空口159使体积150抽真空。在正确量的钠已经设置在图13的线段模块部件中后，端口156和159被密封。在用熔化的钠填充体积150后，钠结晶且收缩，并且它可拉向远离一个或两个端盖，但是它将通过连接杆153保持与端板的良好电接触。
实施容积补偿装置154的一种方式是使其为柔性的管子随着非反应气体膨胀。容积补偿装置154也可为聚合物泡沫，其中泡沫单元随着非反应气体膨胀，非反应气体例如为氮气或氩气，例如，可由Process of Trexel,In.,Woburn,MA,USA生产。诸如容积补偿装置的任何部件直接暴露到金属钠的外表面必须在电管线段可运行的预期温度范围内的任何温度下不与钠反应。类似地，可能从容积补偿装置内逃逸的任何分子(例如，膨胀的气体)也不应与钠反应。然而，气体不是唯一的能够用于设计体积补偿器的可压缩相，因为各种多微孔的和/或纳米多孔开口单元聚合物泡沫或者某些形式的气凝胶(例如，CabotCorporation,Boston,MA,USA作为NanogelTM出售的憎水性颗粒气凝胶)也可用于提供可压缩体积的功能，以补偿钠由于热膨胀和/或熔化引起的体积变化。
图13的电管线段设计的所希望特性是轴向热膨胀由壁材料151支配，壁材料151可选择为具有远低于铝的热膨胀系数(TCE)。钢的TCE约是铝的三分之一，并且不胀钢(铁/镍合金)的TCE约为铝的l/30。[通常级别的不胀钢的热膨胀系数在20-100℃之间测量为约1.2×10-6K-1(1.2ppm/℃)。然而，非常纯的等级(<0.1％Co)可容易地产生低至0.62-0.65ppm/℃的值]。TCE对于诸如纤维增强复合物的各向异性的固体可在不同的方向上变化，确实某些等级的碳纤维增强聚合物复合物在纤维取向方向上具有零热膨胀性。采用这样低的TCE材料使其易于处理电管线段的热膨胀，并且可简化接合模块的设计。
图14示出了采用钠的替换的且灵活的方法，其中用于钠的袋囊形成在挤压铝导体中。铝挤压体117内的中空腔118由固体转变为密封腔，冶金地连接铝端盖173。这些密封腔可单独地留下，在此情况下它们包含气体，或者它们可填充有钠。当它们填充有钠时，腔体通过端盖156上的填充孔填充，在腔体以适当的压力(<1MPa)填充有液体钠后被密封。填充有钠的每个腔体也包含可压缩的容积补偿装置154，其通过到铝端盖的连接点安装到腔体的端部，并且在腔体的端部之间保持在张力下。当腔体填充有钠时，其首先被抽真空，钠在压力下受力进入腔体，从而容积补偿装置充分受压，钠结晶且收缩时，容积补偿装置膨胀且防止在钠内形成空隙。优选地，容积补偿装置应设置在填充钠的腔体内，使其被钠最后结晶的部分围绕。这样的导体可设计为使得大部分电流由钠传递，而钠安全地包含在铝壳内(采用钠承载大部分电流的优点是钠远比铝经济)。
铝挤压体内可仅有一个腔体，其可填充有钠以调整和优化特定电管线段的电阻，与简单的挤压管110一样，与冶金连接的端盖、钠填充适配器和容积补偿装置配合(与图13类似，但是具有铝壁)。然而，该形状像所希望的那样提供很小的精细调整线段电阻的机会；可用钠填充内腔或不填充内腔，但是部分填充是危险的，因为钠可能在工作中熔化，并且如果电管线段安装在斜坡上，则汇集在一端上。图14的铝挤压设计117也如图11所示；该挤压设计具有与简单管110相同的外径120，其中每单位长度使用相同的铝量，并且因此每单位长度的直流电阻与简单铝管110的相同。117的设计具有九个独立的腔体(八个楔形和一个中心中空圆柱)，其可填充有钠，或者不填充有钠，取决于每单位长度的电管电阻的经济优化(其取决于很多因素)。独立腔体的数量也可在宽范围上调整；当然，两个至十二个独立的腔体对于挤压铝形状是可行的，并且不是所有的腔体需要相同的尺寸，也不需要内部容积像117的那样(响应于特定电管线路的经济性导致甚至更大的能力来精细调整线段的电阻)。
在制造电管导体时，所述腔体可在工厂中以钠填充，或者该系统可设计为通过在安装时或其初步投入使用后减小其电阻而升级现有的电管是可能的。任何的方法，这样的设计都导致灵活的选择，在HVDC电管连接可对2-200GW容量范围进行很好的设计的情况下，其将减少部件的存货成本，并且传输期间的能量损耗可在每1000km 0.5-5％间变化，这取决于设计标准。
具有117所示的形状的铝挤压件将具有更大的耐破碎强度，并且因此比具有相同的直径120和单位铝长度的质量m/L且由相同合金制造为简单管110的铝管相比具有更大的扭曲和弯曲耐性。对于给定直径和给定每单位长度铝量的铝挤压件存在优选的形状和定向，以具有最大的破碎和弯曲耐性，这可通过机械设计的已知技术发现。在图11和图14中的117所示的具体八腔体的情况下，设定的直径120和每单位长度的铝量意味着限定形状的各种尺寸121、122、123、124之间的关系；在产生正确的每单位长度铝量的这些尺寸的所有组合的可允许空间内，存在具有最大破碎强度的设计；该设计可对铝和铝/钠基电管可优化，因为希望电管线段是坚固的。还应当注意的是，功能性类似的形状可由楔形组装，如112、113和114所示，并且如图4至图6所示。在楔形组装成中空拱顶石导体112的情况下，非连接复合物中空拱顶石结构的弯曲强度和扭曲强度二者远小于图11的对应的单一件结构117，但是它可通过沿着外周边焊接各种楔形在一起而大大提高，或者通过另外的结构互连楔形，例如，通过在中空拱顶石导体周围紧密包封高模量玻璃或碳纤维基复合物。
接合拱顶石线段在一起以产生单一大导体结构的另一个方法如图56至图58所示。挤压件2900具有沿着其全长(full length)的一个或多个阴性锁槽(female lockingslot)2901。在挤压件的相对侧上的对应位置，具有相等数量的阳性锁定片2903，其可布置在挤压件的全长上，或者部分去除以使它们仅跨越长度的一部分。图57示出了这样方法的细节，以设计阴性锁槽2901和阳性锁定片2902。在图58中，两个部分已经压在了一起，导致阳性锁定片2902卷成其锁定形状2903。为了形成较大的导体，大量挤压件2900松散地配合在一起，以形成圆柱形，然后在圆周上挤压以抓紧如2903所示的锁定片。尽管描述为单一装配操作，但是可清楚的是装配可以多个步骤进行，其每一步都导致最终接近于楔形2900的完成形式。众多方法，包括但不限于卷起，可用于在楔形之间施加所需的力以实现锁定。
图15示出了由环形中空拱顶石导体加上选择性环形核心193制作的电管线段管状导体。该管状导体由楔形部分(例如，部分190、191、192)和核心193制造，核心193可仅为通过该结构中间的孔、铝实心圆柱、填充有气体或液体散热剂的铝管，或者它可为填充有钠的管子。楔形或核心部分在端部上连接到接合过渡导体(未示出)。楔形部分的形状配合成中空拱顶石图案，从而这八个形状可捆扎在一起以给出环形导体。实际上未必有实心楔形190可与中空铝的填充气体的楔形191和填充有钠的楔形192二者组合在单一导体中，但这是可能的，并且图15示出了该设计的灵活性。
容积补偿装置154，其在任何填充钠的腔体(可能不是标准的)中是需要的，可包括气囊或聚合物泡沫缸体，必须由与钠不反应的材料制造。如果它填充有气体，则它应优选包含氩气或其它非反应、慢渗透气体，从而其从端部到端部保持膨胀，即使电管线段包含液体钠并且倾斜，直到相对于水平面的临界设计角θ。对于简单气囊的情况，这要求气囊壁内的壁张力保持在ρNagLssin(θ)以上，以避免气囊的最低部分由钠熔化的重力压头压力(gravitational head pressure)挤压且封闭，其中ρNa是熔化钠的密度；g是重力加速度，而Ls是电管线段包含液体钠的长度。如果采用泡沫缸体取代气囊，则更容易保证所有的气体不流动到钠腔的一端。膨胀的气囊或者泡沫缸体设置为在钠填充的腔体内，从而它：
-允许熔化钠的热膨胀而不使保持在钠中的壁有超限应力；
-在钠熔化时防止气囊形成在实心相内，并且甚至在电管线段安装在斜面上时重新固化。
应当保持导电元件内的钠的几乎恒定的横截面，在导电元件包含钠的情况下，因为如果气囊或气泡在外壳(外壳为钢或者不胀钢(如151)或者铝(如118、119、125或151)内的一部分体积中降低了钠的横截面面积，则在电管的钠垂直于电流的面积由于气泡或容积补偿装置增加横截面(或二者)而减少的区域中每单位长度的电阻将增加，产生热点。(气囊或缸体泡沫横截面完全均匀化是不可能的，如果在使用期间电管线段是倾斜的，但是希望钠垂直于电流方向的横截面面积的变化不会改变超过约5％左右)。保持气囊或聚合物泡沫缸体的几乎恒定的截面面积要求将气囊在其端部锚固到两个端盖(例如，152、173)，从而它也在轴向张力下。
存在于钠填充腔内的气囊或泡沫缸体在钠熔化时受压，保持管内的压力在可接受的限度内，而防止钠重新固化时气泡形成在实心相中。容积补偿装置154上的轴向张力加上膨胀压力158(在气囊内或在泡沫的各单元内)保持气囊或缸体聚合物泡沫的横截面面积在包封管151内几乎不变。
钠具有用在电管导体中的几个优点。其一是，钠最便宜的常规导体。再者，钠的吸热熔化增加了电管在超负荷中达到绝缘的最大安全运行温度前(XLPE典型地为105℃)的绝热运行时间。另一个优点是，钠的低强度和刚性使其易于以非常低的轴向热膨胀性构造电管线段，如图13所示。
15米铝导体线段在运行温度极限下的预期的膨胀和收缩量为稍小于±2.5cm。尽管XLPE绝缘的无限度的膨胀甚至较大(±21.5cm)，但是可固定接合模块以给XLPE施加力而产生应力而不是移动；铝太硬而不能以这种方式处理其膨胀。处理该铝热膨胀的两个选择性方法是对该整个膨胀和收缩进行接合模块补偿或者以某些方式产生补偿膨胀和收缩的线段模块，与图13的不胀钢合金外壳、钠基电管线段的示例一样，其可设计为给出远比铝管低的纵向膨胀。然而，所希望的是具有用于铝基线段模块的设计，其中模块本身也包括膨胀接合点。这会显著地简化接合模块，于是其仅需允许角位移。通过将铝管状导体分成两个部分，如图41所示，并且在这些部分之间设置图53和图54中详细示出的膨胀连接的接合件(1320)，如图41所示的接合区域(1300)中的铝导体的端部将不随着温度的变化而运动。(在膨胀连接处于管子中间的情况下，当从端部朝着该部分的中心运动时，运动幅度从零到最大，然后置零，并且在膨胀连接的中心改变符号)。在此情况下，图41的电接合件及其接合区域(1300)中绝缘体(1310)不需要承受导体长度上的变化。再者，如果例如由于铝导体的膨胀和收缩引起的铝导体在它们的主绝缘体管内的运动产生任何微粒，则这些微粒将相对远离接合区域。在接合区域中，仅有非常小的运动。
电管线段的金属导体部分的另一个变化如图16所示，图16示出了电管核心导体的一端；另一端是相同的。这涉及管状导体线段211，在每一端上与其连接的是接合过渡导体217。在此情况下，接合过渡导体217是铜套管，其已经插入铝管状导体211的中心，并且与其电连接。导体217具有内螺纹218。
图17示出了不涉及铜的第二种接合过渡导体。在此情况下，作为铝管的管状导体211已经旋转焊接到接合过渡导体132，接合过渡导体132将导电核心的直径从120减小到216；在此情况下，在减小后，核心导体的端部是圆柱体铝，与管状导体具有相同的截面面积。该接合过渡导体例如为铝对接焊接提供可靠的配合表面，尽管对接焊接不是连接到接合模块的有利方法。接合过渡导体132旋转焊接到铝管状导体211的端部；在经过管状导体和接合过渡导体的接合点距离214处，接合过渡导体的直径从管状导体的直径120减小到接合过渡导体在其端部的直径216。在该减小直径的区域内，所希望的是电管线段的每纵向米的电阻不增加。为了满足该条件，每纵向长度米的铝量必须通过减小直径的区域略微增加(因为在该区域中电流以相对于电管线段的轴的一角度流动)。理想地，在接合过渡导体中的每纵向米的电阻应小于管状导体的，因为从接合点去除热量比从管状导体更加困难。这出于两个原因：
1.导体直径的减小意味着散发废热的表面面积较小；
2.在接合点中希望提供较高的绝缘安全余量，这通常意味着接合点中的绝缘体较厚。
接合过渡导体必须足够好地电连接到管状导体线段，以使过渡区域不变成热点。接合过渡导体可通过诸如焊接、卷边、锡焊或简单地通过机械螺纹的方法连接到主导体线段的端部，在螺纹之间可选地具有润滑和导电膏。所有的这些方法能够实现通过管状导体和接合过渡导体之间界面的足够低的电阻，以使电管的每单位长度的平均纵向电阻不通过管状导体和接合过渡导体之间的接合点而增加。适配器到主导体线段的旋转焊接是特别牢固、可靠和自动化的方法，以永久连接适配器到管状主导体线段的端部；图18和图19示出了两个示例，示出了可如何采用旋转焊接连接接合过渡导体到管状主导体线段的端部。
图18示出了通过以旋转速度261旋转焊接两个平面252和253使电管接合过渡导体132连接到电管管状导体211；图19示出了锥形接合点，其中，在以旋转速度261旋转焊接到接合过渡导体256的互补斜切255前，斜面254已经从管状导体213的内侧刮出，以给出通过旋转焊接的更大界面面积。
我们来考虑模块化电管线段的总体形状。如果它们是直线，则电管线段和接合模块之间的边界甚至可能具有比线段模块更大的直径，因为在线段模块和接合模块之间的过渡中，必须具有两个绝缘区域之间的接合点；这通常在这样的区域中重叠绝缘层，使得通过接合点的绝缘体较厚。这是希望减小接合该接合模块的电管线段模块直径的一个原因(如图17的120至216所示)，因为为了将组装的电管(线段模块+接合模块)插入导管的目的，不希望在线段的端部加粗电管。实际上，从简单的几何形状考虑可见，为了使每个电管线段与其相邻电管线段的角偏向(angular divergence)在固定直径的导管限定内(通过接合模块，在下面讨论)，电管线段出现到接合模块接合点的端部上减小直径尤其是希望的。在端部使电管线段较细给出了更大的空间，以在图68所示的电管线段模块和导管壁之间配合在图25和图36的支架模块中。
图68示出了用于电管接合的几个所希望特征。图36的轮子支架用于电管的颈缩区域上，类似于图23和图24，但是具有较长的颈缩区域426，以容纳轮子支架组件和接合过渡二者。空气制动382仅发生在接合模块的一侧上，从而每套锁定的空气制动之间的膨胀/收缩对应于一个线段模块和一个接合模块。嵌套绝缘环的重叠336设在图31中所示的相同距离上。在此情况下，双轴取向的XLPE管状绝缘体131总是延伸到线段模块的端部，其中它套入接合模块102的重叠绝缘环425中，其示出为没有内部细节。接合模块和线段模块之间的连接由反向螺纹铜杆427、428建立，反向螺纹铜杆427、428从接合模块的相对端延伸进入电管模块217、219的端部上的铜螺纹部件。
电管能呈现曲线的主要能力是由于电管线段宽松地配合在导管中。图21和图22与图20相比，示出了较短的线段和较大的导管直径如何允许较小的曲率半径(更大的曲率)。
接合过渡导体的一个方案是将其与端盖绝缘体集成。例如，端盖绝缘体280可如图23所示连接到接合过渡导体，或者端盖绝缘体281可设计为咬合配合在如图24所示的拉紧弹性管状绝缘体131(例如，XLPE或EPDM)的端部上。
(EPDM是指包含45-75％乙烯、2-8％烯类单体(cure site monomer)以及平衡的丙烯的聚合物。更加通用的烯类单体是ENB(ethylidene norbornene，乙叉降冰片烯)，但是其它的烯类单体也是已知的，例如，二环戊二烯和1,4-己二烯。也是指交联弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为EPDM。)
在此情况(图24)下，接合过渡导体132和端盖绝缘体281之间没有粘合或化学连接，但是弹性的管状绝缘体131连接到接合过渡导体132和咬合配合的端盖绝缘体281，这是由于应力弹性体的管状绝缘体131试图向咬合配合的端盖绝缘体膨胀所施加的机械力。在图23中，弹性体的管状绝缘体131重叠在绝缘体280的过渡区域293上，绝缘体280机械地连接或粘合到接合过渡导体。这将在下面更加详细地讨论。
电管的接下来的部件是管状绝缘体。就可采用的材料而言，绝缘的这一部分是绝缘的最灵活的部分，其范围可从液体到陶瓷。如果绝缘体是固体，则它可连接到导体或不连接到导体。如果绝缘体连接到导体，则实质上知道连接的损耗多么严重。如果连接的损耗可能威胁绝缘的完整性，则可能至少必须做大量的试验以证明连接可能在使用中经受住考验。但是，无论做多少试验，因为断开连接是可能的，可靠性总是个问题。因此，优选的方法是在电管管状导体和管状绝缘体之间没有机械连接。下面，我们将对管状绝缘体讨论这些选项：
1.弹性体
2.塑料
3.热固塑料和双组分固化聚合物(2-part curing polymers)
4.玻璃和陶瓷
5.在嵌套设计中涉及硬绝缘材料和弹性体二者的混合设计。
弹性体的带子作为电绝缘体具有很长的历史，并且它们被看好的一个原因是延伸弹性体带的各层产生抑制空隙形成的压力，并且增加弹性体层下的材料的承受电压能力。双轴延伸的弹性体通常用作电接合点上的衬套；两个特定的示例是交联的ETFE或另一种氟塑料，其在ETFE的熔化温度之上双轴取向，并且在取向状态下冻结(晶化)。绝缘安装体在电接合点上设置取向衬套，然后采用热枪加热氟塑料衬套，使其双轴收缩，以形成紧密配合覆盖。Hiroaki Kurihara等在“Cold Shrinkable Joint for 66-kV and 110-kV XLPECables Applied to Practical Transmission Lines”(来自the Furukawa Review#20,2001)中披露了在高电压接合点上安装双轴取向弹性体衬套的另一个方法。
我们现在考虑图12的电管线段导体模块。该模块具有光滑的、流线的轮廓，从端部上的直径140过渡到中间的直径141。在端部上，接合过渡导体通过所希望的手段与端盖绝缘体配合(例如，这可为粘合剂粘合或者基于机械互锁)。该设计的光滑轮廓能在整个线段模块导体上拉伸且牵引弹性体的管子。该应用中可用的弹性体管的示例包括交联聚乙烯和诸如EPDM、EPR(EPR是指"乙烯-丙烯橡胶"，这是指包含40-75％乙烯以丙烯平衡的聚合物；这也指交联弹性化合物，其中存在的大部分聚合物为EPR)的乙烯的共聚物，以及具有1-烯烃的各种乙烯的共聚物，例如为特定的1-辛烯(来自Dow Chemical Company of Midland,Michigan,USA的EngageTM聚合物)；还有硅树脂橡胶和各种溶液聚合二烯基聚合物，例如顺式聚丁二烯(cispolybutadiene，BR)、顺式聚异戊二烯(IR)以及溶液SBR(SBR通常由乳液聚合制作，在此情况下，聚合物包含极性的和/或离子的污染物，对绝缘性有害。当本文中采用时，SBR是指在溶剂中制备的SBR聚合物，采用非自由基聚合机理，例如，来自FirestonePolymers of Akron,Ohio,USA的DuradeneTM and StereonTM聚合物。它也称为交联弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为SBR)。通常，以溶液或块体聚合生产的聚合物优于乳液基聚合物(NR、SBR、NBR)，因为来自乳液乳化剂和/或稳定剂的残留物可影响电绝缘属性。
模块的表面上可能需要润滑流体或油脂，以使弹性体在图12的线段模块导体上能够拉动，如图28所示。该润滑剂可与弹性体兼容(例如，具有EPDM的矿物油)，或者它可在弹性体中是不溶解的(例如，具有聚烯烃基弹性体的硅树脂油基润滑剂)，或者它可为粘合剂，例如，具有足够长的凝成胶体的时间的双组分环氧(two-part epoxy)或聚氨酯反应系统(urethane reactive system)，以允许在其固化前定位弹性体层。当诸如矿物油或矿脂的相容润滑剂用于润滑线段模块导体时，重要的是它不很快溶解在弹性体中；然而，在线段模块导体上拉弹性体的管状导体期间做好了其润滑工作后，它将溶解在弹性体中，并且不再存在于界面上。
弹性体管在线段模块导体上的拉伸可由图28中的机器人钳子或一系列辊子274充分实现，机器人钳子或一系列辊子274在润滑的线段模块导体上拉未取向的弹性体271，并且在此过程中，也在电管线段导体上施加力276，在图28的拉动单元的操作期间需要保持该力。在锥形的线段模块导体上拉弹性体的管状绝缘体导致绝缘体变得在模块的中间段上双轴取向，并且导致在导体表面上的压力，其由取向的弹性体的弹性缩回力引起。
弹性体管可安装在线段模块导体上的另一个方法是用气体或液体膨胀管子，并且在该双轴取向的状态下冻结橡胶；然后，冻结的橡胶管快速插在线段模块导体上，并且由于其加热而使其收缩在线段导体模块上。当弹性绝缘衬套以这样的方法施加时(通过冻结收缩，双轴取向的弹性体管)，弹性体和金属之间的界面处的润滑不是主要的。
在弹性体的管状导体安装在电管线段模块上前，与图28类似的装置可用在其电测试中。在此情况下，测试心轴取代图28的到导电核心，并且弹性体的管路在双轴取向的状态下通过电场进行试验，电场施加在心轴和双轴取向的弹性体的管状导体外面的测试电极之间。
应当注意的是，非常适合电绝缘使用的很多弹性体包含在室温下的聚乙烯晶体畴(例如，XLPE、某些级别的EPDM、EPR和EngageTM聚合物)。对于这样的聚合物，当温度高到足以熔化这些晶体时，硬度有很大的降低(因为通过在交联乙烯弹性体上进行微分扫描热量测定可易于看到)；尽管不是必要的，但是还是希望在至少大部分晶体的熔化温度之上拉伸这些聚合物。
多弹性体管绝缘体可顺序施加在线段模块导体上。这些大体上可具有相同或不同的成分和特性。在足额的弹性体衬套(这是管状绝缘体的实施例)施加到线段模块导体(例如，图12的导电核心)的外面后，得到绝缘的线段模块，附加的端盖绝缘体仍需要增加以完成线段模块。该方法的优点是绝缘体的双轴取向在抑制电击穿的绝缘内产生压力，并且在采用多个衬套的情况下，减小了每个独立衬套的测试电压。
由于橡胶的弹性，应变的弹性体作为膨胀的功能从正热膨胀到负膨胀。应变弹性体的热膨胀在拉伸应力方向上为零时的相当低弹性应变处存在零点(null point)。因此，由应变弹性体制作的管状绝缘体可不比导体具有更大的热膨胀性，这是希望的。至少有两种情况，其中弹性体在电管的管状绝缘层中可保持在预应力的状态下：
1、弹性体的管状绝缘体衬套可在导体上拉伸(如上所述)，在此情况下弹性体的应变是双轴的，并且弹性体衬套在电管导体线段上拉伸的构造是自稳定的；或者，
2、除了双轴应力外，可给弹性体施加单轴应变，在此情况下构造不是自稳定的，并且弹性体套筒的端部需要保持在克服单轴收缩力的位置。
第二种情况上面关于图24的讨论中已经部分讨论，图24示出了咬合锁定机构，单轴和双轴取向的弹性体管状绝缘体通过咬合锁定机构由端盖绝缘体保持在适当位置。这样的布置方法意味着动态张力存在于管状绝缘体(处于拉伸)和管状导体(处于压缩)之间。
用于管状绝缘体的另一个选项是各种热塑性的聚合物。热塑性的弹性体(TPE)是一种热塑性的聚合物，其可以与上面描述的常规弹性体相同的方法与线段导体组装在一起，尽管通常TPE经受比共价交联弹性体更加快速的应力弛豫。在上面讨论的双轴取向的衬套绝缘体中潜在有用的TPE包括三嵌段共聚物(triblock copolymer)，例如
·SBS：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯多嵌段共聚物，例如KratonTM Dl101(为三嵌段)或Dl186(为有分支的，具有多于2的聚丁二烯-聚苯乙烯臂从核心区域延伸)。KratonTM是Kraton Performance Polymer US,LLC of Houston,Texas,USA的商标。这些聚合物的聚丁二烯部分包括两种1,4-聚合单元(顺式和反式)，其中剩余的乙烯基团是聚合物主链，以及相当大量的1-2聚合单元(20-40％)，其中乙烯基团从链下垂。这也是指调配的热塑性的弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为SBS，以及来源于SBS的交联弹性体。
·SIS：苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯，称为嵌段聚合物热塑性弹性体，其中外面的嵌段是聚苯乙烯，而内部的嵌段是聚异戊二烯。这些聚合物的聚异戊二烯部分包括两种1,4-聚合单元(顺式和反式)，其中剩余的乙烯基团处于聚合物主链，以及一些1-2聚合单元(但是远少于SBS中的)，其中乙烯基团从链下垂。与SBS不同，它在每个单体单元中具有甲基基团。它也是指调配的热塑性的弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为SIS，以及来自SIS的交联弹性体。
·SEBS：苯乙烯乙烯-丁烯苯乙烯，称为嵌段聚合物热塑性的弹性体，源自于SBS氢化，例如KratonTM G1650、G1651或G1652。氢化后，SEBS的中嵌段与乙烯-丁烯共聚物具有相同的结构。它也是指调配的热塑性的弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为SEBS。调配的SEBS化合物如KratonTMG 2705常常包含聚丙烯或另一种聚烯烃以及矿物油或另一种低挥发性碳氢化合物流体。
·SEPS："苯乙烯乙烯-丙烯苯乙烯"，它称为嵌段聚合物热塑性的弹性体，源自于SIS氢化。氢化后，SEPS的中嵌段与交互乙烯-丙烯共聚物具有几乎相同的结构。它也是指调配的热塑性的弹性体化合物，其中存在的大部分聚合物为SEPS。调配的SEPS化合物常常包含聚丙烯或另一种聚烯烃以及矿物油或另一种低挥发性碳氢化合物流体。
各种多嵌段TPE在上面讨论的双轴取向的衬套绝缘体中也是有用的，包括弹性体的TPU(例如，TPUs，来自Merquinsa of Montmelo,Spain；以及HytrelTM聚酯多嵌段热塑性的弹性体，来自DuPont of Wilmington,DE,USA)。因为交联化学残留的污染，动态固化的TPE(例如SantopreneTM，由Exxon Mobil of Houston,Texas,USA生产)可比嵌段聚合物基TPE可用性差。采用多嵌段TPE而不是化学交联热塑性的硫化产品(TPV)(如Santoprene)的优点是，这些没有可能危害介电强度的交联残留。任何TPE的优点是任何弹性体管的电试验产生的废料可循环使用(在去除且放弃缺陷区域后)。在TPE当中，那些特别干净且没有聚合残留的如中级SEBS和TPU是尤其希望的。
(TPU包括和来自Bayer AG,Leverkusen,DE。热塑性的聚亚安酯桥接橡胶和塑料之间的间隙。这些材料在从非常柔软到非常坚硬的级别上都是可用到的。)
热塑性的聚合物还包括广泛种类的硬塑料，其某些是良好的绝缘体；例如，聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate，PBT)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfide，PPS)、聚苯醚(polyphenylene ether，PPE)、某些类型的硬热塑性的聚亚安酯(TPU)以及间规聚苯乙烯(syndiotactic polystyrene)。为电管线段模块的管型绝缘体采用这些塑料的一个潜在问题是在几乎每种情况下热塑性的聚合物的热膨胀性显著高于铝，由于导体与绝缘体不同的膨胀产生潜在的问题。确实存在一种聚合物，其聚合物热膨胀性可与金属(包括铜和铝二者)很好地匹配：液晶聚合物(LCP)；它们是正温(thermotropic)液晶聚合物，例如VectraTMLCP，来自Ticona Engineering Polymers of Florence,Kentucky,USA。这些主要是聚酯，可包括某些聚酰胺联接，其中4-羟苯甲酸是主要单体。不幸的是，这些不是最好的聚合物绝缘体。作为一类的某些硬聚合物的优点是某些是不寻常的电绝缘体，好于XLPE，并且因此能够用在较薄的层中。因为用于高压绝缘的现实选择的聚合物的导热性仅以2倍关系变化(大部分在.15-.30watt/meter-Kelvin之间)，降低绝缘的厚度是更多的废热可从电管去除的主要方法。
图27示出了一种方法，其中诸如热塑性的聚合物、玻璃或陶瓷绝缘体的硬绝缘体可用作电管线段模块中的管状绝缘体。图27示出了由连接到接合过渡导体132的管状导体211组成的电管线段导体，其外面是硬管状绝缘体275，它例如可为硬聚合物、玻璃或陶瓷。在此情况下，管状绝缘体275滑动在管状导体211和端盖绝缘体133上。在此情况下，管状绝缘体可在某一点粘合到导电核心；大概在中间，或者大概在相对的端盖绝缘体，类似于133，但是在电管线段模块(未示出)的另一端。这抑制了绝缘体275和导体132、211的不同膨胀，从而图27所示的管状绝缘体275相对于电管线段模块的端部的运动取决于距管状绝缘体连接到线段模块核心导体的点的距离。弹性体的保护罩(未示出)可用于柔性连接管状绝缘体的可运动端到端盖绝缘体，为润滑流体273产生安全储存器。
热固塑料和双组分固化聚合物可用于产生管状绝缘体，例如通过离心浇铸、反应带的铺叠成型、拉挤成型或反应注塑(RIM)。原则上可采用两种其它商业工艺，片状模塑料(SMC)或块状模塑料(BMC)成型，尽管大部分BMC和SMC模塑料包括增强玻璃纤维，而不适合于高压梯度。在热固塑料的选项当中，双组分聚亚安酯和聚脲的离心浇铸成管状绝缘体是尤其有希望的，原因如下：
1、可制造非常精确的聚合物管；
2、组分树脂可在粘度上足够低(它们可能需要加热)，以便通过亚微型过滤器的过滤是可能的；
3、在结合前通过分别除气和过滤组分树脂，能够生产极其均匀的管子，具有极低的大于半微米的缺陷含量。
应当注意的是，聚亚安酯和聚脲的离心浇铸是一种灵活的技术，其可生产化学交联的弹性体、TPE和硬塑料。该生产可用作图12和图28中的弹性体和图27中的硬管状绝缘体。它也能够制造具有多个不同层的浇铸管。
管状绝缘体的另一个聚合物选择方案包括这样的选择方案，其中聚合物条螺旋缠绕以产生绝缘体，如美国专利申请2010/0212932(其公开内容通过引用结合于此)，如果这些缠绕的绝缘体产生在心轴上且在设置在电管模块上前分开测试，它将是优选的。如果所形成的螺旋缠绕结构是弹性的，则它可应用于如上面讨论的以及图24和图28所示的用于弹性体的管状导体的线段导电核心。如果所形成的螺旋缠绕结构比弹性体硬，则它可应用于如图27所示的线段导电核心。
玻璃和陶瓷绝缘体也可用于管状绝缘体，如图27所示。玻璃和陶瓷绝缘体二者相对于聚合物绝缘具有优点，例如较高的最大使用温度、随着温度较低的电阻系数变化以及较高的导热性。玻璃和陶瓷的高硬度以及远低于铜或铝的热膨胀性意味着不可能具有其中导体直接结合到玻璃或陶瓷的电管，但是图27的设计是如何可采用玻璃或陶瓷绝缘体的一个示例。
产生高电压管状绝缘体的另一个方法是包裹很多圈的高绝缘膜，例如在导电核心周围的间规聚苯乙烯(见美国专利5093758)，或者更优选在心轴周围，其后在按照图27在组装成电管线段前进行测试。
假设外径R4和内径R1的匀质圆柱非完美(即导电率>0)绝缘体，其DC电压V施加在外表面(在R4处)和内表面(在R1处)之间，则通过任何同心子圆柱绝缘体的电压(从R2到R3，其中R2在R1和R4之间，R3在R2和R4之间)由欧姆定律给出，为径向流过绝缘体的电流乘以所述子圆柱的径向电阻。因为圆柱的周长随着其半径的增加而增加，并且其径向电阻与其周长成反比，可见，靠近绝缘体内侧(邻接导体)每半径的增加具有较高的电阻，并且靠近绝缘体的外侧每半径的增加具有较低的电阻。通常，这导致邻接导体的电压应力(kV/mm)最大。半径X上的电应力E可表示为：
E＝V/(X*ln(R4/R1))
考虑单一材料460的螺旋包封绝缘，包封在热内导体211周围，其以稳定的速率散发热量到周围环境，如图71所示。为了清楚起见，图71仅示出四个螺旋包封层，但是螺旋缠绕绝缘体可包含数百层(如在现有技术的MIND-绝缘电缆中)。包封的每一层的关键属性定义如下：图71的包封1在图71所示的461的位置具有温度T1和电阻系数ρ1。图71的包封2在图71所示的462的位置具有温度T2和电阻系数ρ2。图71的包封3在图71所示的463的位置具有温度T3和电阻系数ρ3。图71的包封4在图71所示的464的位置具有温度T4和电阻系数ρ4。绝缘体的最内层包封1(461)最热，其给出绝缘体的电阻系数的负温度系数，这典型地为聚合物，意味着该层的电阻系数ρ1最低，并且表示为：
ρ1<ρ2<ρ3<ρ4；T1>T2>T3>T4
在导体半径为无穷大的简单情况下，从而绝缘层为平面，这导致第i层绝缘体上的电压(其中i可为1、2、3、4，并且VT 465是螺旋缠绕绝缘体上的总电压)：
(Vi–Vi-1)＝VT[ρi/(ρ1+p2+p3+p4)]
如果ρ4～100(ρ1)，如在对应于最大稳定状态电流的实际稳定状态温度曲线的以XLPE膜绝缘的实际电缆的情况，则最冷、最外面的包封4的电压应力(千伏/毫米)将显著地高于最热、最内部的包封1上的应力。即使各层精确地构造在由一种材料组成的固体电缆壁内，这也是相同的；这被看作“电压应力倒置问题”，其中最高应力位于绝缘的外表面而不是内表面，并且这在Fothergill等的论文中被特别讨论。
图71的HVDC绝缘的螺旋缠绕方法可精炼为通过由多圈至少这样的两层组成的双层聚合物层螺旋缠绕圆柱导体而大大减小电应力倒置问题，如图72所示：
1、绝缘层A 480具有高DC电压耐性和非常高的电阻系数ρA，具有厚度TA 482和宽度490；以及
2、半导体层B 483，具有高DC电压耐性，但具有远低于层A的电阻系数ρB，具有厚度TB 485和宽度491，其小于宽度490。该半导体层设在高电阻系数层480的外面，但不应始终延伸到叠层的边缘，除非进行特定的调整以防止通过该层短路，例如，以高介电强度的绝缘体包封该结构的端部，例如用特定的环氧树脂和/或聚亚安酯，或者简单地用层A的重叠折翼(flap)覆盖层B的端部。
可限定最大电压梯度，尽管以这样的复合螺旋缠绕方式的绝缘体的任何一层远低于在没有半导体层的图71的类似单一膜缠绕的总电压差。如果适当设计，从内部导体到外部环境的总电压差可几乎均匀分布在每个复合层之间。与厚的单层绝缘体相比可见，这允许材料用在对薄膜所观察到的很高的电压耐性极限(伏特/毫米)。在某种意义上，这类似于MIND纸/油绝缘电缆，其中约250圈的MIND浸油纸"膜"缠绕在500kV电缆周围；这意味着平均每层约2000伏特，除了MIND缠绕绝缘不能克服电压应力倒置问题，当热梯度非常大使得内层比外层热时，从而较高的电压应力发生在最外层中，然而图72的交互绝缘和半导体层使其能够大大减小电压应力倒置(尽管受到某些电流通过半导体层泄露到接地的损失)。
图72示出了螺旋缠绕绝缘结构的倾斜视图，表示图27的环形绝缘体275的一种形式。所述绝缘体120的内径与图27所示的线段模块内部导体和端盖绝缘体套接；这些部分在图72中没有示出。螺旋包封绝缘体466采取螺旋包封双层聚合物层叠的形式。所述叠层包括两个套接的螺旋层，绝缘层A480，具有高DC电压耐性和非常高的电阻系数ρA481，并且具有厚度TA 482；以及半导体层B 483，具有高DC电压耐性，但具有远低于层A的电阻系数ρB 484，且具有厚度TB 485。
所述绝缘层A 480可为塑料膜或弹性体膜。具体的示例包括聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)和其它氟基塑料、间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚、聚苯醚(PPE)和PPE与其它塑料的已知合成品、XLPE以及具有适当耐温性的其它已知的高绝缘聚烯烃，以安全地用作至少105℃下的绝缘体。范围跨越弹性体到硬交联聚合物的某些高绝缘交联聚亚安酯膜也可用于层A，如可为高绝缘TPU，其跨越热塑性的弹性体至硬塑料的范围。
所述半导体层B 483可为任何材料的层A掺杂有亚微米导电和/或半导体颗粒以产生可控的低水平的导电性，使得层B的电阻系数比层A的电阻系数低6-12个数量级(6-12powers of ten)之间，取决于各层的相对厚度和导体120的直径，如下面所讨论。所述亚微米导电和/或半导体颗粒包括氧化锌、碳黑和共沉积的碳/硅石颗粒，例如Eco-BlackTM共煅制硅石/炉黑(co-fumed silica/furnace black)，来自Cabot Corporation of Boston,Massachusetts,USA。层B也可包括本征半导体聚合物。半导体层B也可很薄，并且可施加到层A的表面，如由喷涂、辊子等施加的墨或者涂层；通过在真空中发生的溅射或其它涂覆方法；或者层A的表面可化学改性以产生半导体表面，作为示例，通过电晕处理(coronatreatment)、等离子体蚀刻或UV辐射(用于某些聚合物)。
在一种方法中，首先可适用于高绝缘层A和半导体层B都是弹性体的情况，多层绝缘体的第一层用高温粘合剂粘合到金属芯，然后双层聚合物叠层缠绕在导体周围两次，并且接合到第一层等。该方法仅适合于这样的情况，绝缘体对电管线段导电核心具有适当的适应性和/或很好的匹配热膨胀系数(TCE)，这对如晶体间规聚苯乙烯的硬塑料难于实现。对于这样的硬塑料，优选图27的绝缘方法，其中绝缘环275的热膨胀和收缩独立于导体的膨胀和收缩，并且其中每个缠绕仅结合到其相邻的螺旋绝缘缠绕。图72的螺旋缠绕结构示出为局部展开，以使其易于描述其部件，但是在通常的使用中，该结构缠绕成接近圆柱，具有总数N的螺旋缠绕。对于每个完整的缠绕，半径增加TA,482+TB,485，从而绝缘体的总厚度为N(TA+TB)。通过半导体层(厚度TB,485)的螺旋导电通道沿着螺旋绝缘体的总长度建立，除了在非常端部处。如果沿着该螺旋半导体通道泄漏的电流量超过通过相等厚度的纯绝缘体层的泄漏量，则流过半导体的电流倾向于均衡通过各层绝缘体的电压梯度。这通过故意泄露一些电流到接地来工作，并且从而泄漏电流必须不能变得大到显著减小电管线绝缘的效率。为使其正常工作，通过每个螺旋缠绕(导体长度的每米)的螺旋通道泄漏电流必须至少在相同级别的大小上，并且优选大于通过也分开后续螺旋缠绕的绝缘层的电流。
对于外径对内径的比率接近1.0的绝缘体，这提供了促使对每层绝缘体的几乎均匀的电压梯度的途径，即使绝缘层A的电阻系数ρA可随温度有很大变化。例如，交联聚乙烯或"XLPE"改变其电阻系数两个数量级的幅度，从20℃的～1019ohm-cm到105℃的～1017。如果螺旋通道泄漏的电流远大于20℃的通过绝缘体的泄漏，并且约等于105℃的通过绝缘体的泄漏电流，则螺旋泄漏电流将接近控制每个螺旋回路的电压变化，产生通过绝缘体的更均匀的电压梯度，并且克服作为HVDC电缆绝缘通常问题的"电压应力倒置"。
当绝缘体的外径对内径的比率不接近于1.0时，则如上所讨论，可见典型为圆柱绝缘体没有温度梯度的1/R应力关系。
如果厚度TA、TB或电阻系数ρB改变为层半径的函数而产生缠绕绝缘体，方式为具有每圈恒定的电阻而不是层483的每单位长度恒定的电阻，则电应力为均匀的而不是以1/R变化。
现有技术中已经知晓具有半导体聚合物复合物，其随着温度的增加而具有较高的电阻系数；采用该电阻系数随着温度变化的产品类型的示例是自调整加热器，例如通常用于水管上的热跟踪(防止它们被冷冻)。这与在很好绝缘体中所见的电阻系数随温度的变化相反。通过绝缘层TA,482与半导体层TB,485在相反的方向上具有电阻系数变化，均衡每层电压梯度的所希望效果可以通过半导体螺旋通道以较低的总泄漏实现。这不可能精确地实现，因为电阻系数在层A和层B二者中的变化是非线性的，并且层A的电阻系数不能在第一位置很好控制，不同批次可能变化一个量级的幅度。如果层A和层B的属性在层叠期间被控制(例如，响应于该数据通过测量电阻系数和变化每层的厚度)，则该方法变得更加可行。每个缠绕也可采用三个或更多个层(两个半导体层Bl和B2)以产生合成的电阻系数使其接近于零温度系数，因此遍及绝缘体的电应力分布更加接近于独立于温度梯度。特别有趣的是合并为一层的聚合物变阻器，其倾向于在层B内平衡电压梯度。如果电场作为半径的函数不均衡地建立，则在此区域的变阻器层将具有较低的电阻，降低了其IxR降，并且因此降低了局部电场而在绝缘体内的别处增加电场，导致更加均匀的电场分布。
如果螺旋缠绕绝缘层接合到导体，则希望由本发明的双层聚合物层叠绝缘的刚性电管线用作绝缘层A的材料，其根据热膨胀性很好地匹配(在绝缘膜层的平面中，在典型的r、θ、z坐标系中的rθ·z曲面)到金属导体，或者还是弹性体的，并且具有远低于导体的硬度，加上很好地结合到导体。作为选择，图72的螺旋缠绕弹性体的绝缘体可为双轴取向的，并且如图24所示机械地保持在适当位置。图27所示的方法是利用图72的螺旋缠绕绝缘体的高度灵活性的方法，甚至可与塑料膜一起工作，该塑料膜的TCE不能很好地匹配到线段导体核心。所希望的是选择一种材料作为层A，使其r方向上的导热性对r方向上的DC电压耐性的比率比交联聚乙烯的更好。层A的潜在的良好候选者特别包括聚酰亚胺、间规晶体聚苯乙烯、PTFE(四氟乙烯)、PFA(四氟乙烯/全氟乙烯醚共聚物(tetrafluoroethylene/perfluorovinylether copolymer))、FEP(全氟(乙烯-丙烯)共聚物)、晶体PPS(聚苯硫醚)、PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)和PEEK(聚(芳醚酮)，poly(etheretherketone))膜。应当注意的是，双轴取向的聚合物膜的平面内热膨胀非常依赖于膜的取向程度，这给出某种控制度，以使其更加可行地匹配导体(通常为铝，但是也可能为铜或另外的金属)的热膨胀性。
层A和层B二者的另一个所希望的特性是电阻系数在0-200℃之间相对稳定。遗憾的是，所有可行的绝缘材料在该温度范围上经受电阻系数的主要变化。然而，在能够至少用于得到接近于温度独立的电阻系数的合成物的可行的绝缘体当中有很多变化。从接触导体的内部到较冷的外部增加主绝缘层A的电阻系数越少，需要通过层B泄漏的电流越少，从而控制电场且防止电压应力倒置。
各种"静态消耗"范围(电阻系数106-1012ohm-meters)半导体的弹性体适合于层B；半导体聚合物层的最好目标的电阻系数取决于膜的尺寸、电管线直径和层A的电阻系数。只要层B不直接贡献于绝缘，就希望该层远薄于层A；如果层B的厚度可减小到十分之一且导电性增加到十倍，则控制电场梯度的效果是等同的，而采用较少的材料。层B可如上所述应用为薄膜，直接在层A上。最好是层B在多层缠绕绝缘中直接粘合到绝缘膜层上面或下面，以防止在反复的应力施加中形成间隙(由于热循环可能发生)。如果层B自身是用于层A的粘合剂，则这特别简单地实现。作为选择，整个螺旋缠绕结构可浸没在电介质流体中以防止意外的气泡形成。
由较短(例如，1米)宽度的部件生产长(例如，15米)的这种类型的绝缘体的制造方法为由直径上N(在此情况下，15)倍的更厚且更大的部件产生按比例放大但较短的粗加工成品，然后拉制该粗加工成品至最终的直径，同时其长度也增加到N倍。这类似于用于产生玻璃纤维-光纤的方法。作为选择，可直接生产15米周长的吹制聚合物膜(这对于聚乙烯是平常的，并且以这样的方式可处理大部分而不是全部的聚合物)。
下面特定的示例图解了涉及交互绝缘和半导体层的螺旋包封绝缘体。外径20cm(RA)的铝管导体由双层膜缠绕，该双层膜包括50微米厚(TA)的层A绝缘层(例如，聚酰亚胺、晶体间规聚苯乙烯或PEEK)，其在一侧涂覆有也用作粘合剂的20微米(TB)半导体弹性体膜(在此情况下，每个螺旋缠绕厚度的20/70，或者约28.6％是半导体)。如果绝缘层A可承受5000伏特(意味着100kV/mm，在商业电容器的绝缘膜电压耐性的范围内)，则需要160圈的膜(螺旋缠绕)来承受800kV，用于电管线的一个目标电压。该层将为1.12cm厚，其与单片交联聚乙烯层所需的8cm+厚度相比更有利。在此情况下，第一绝缘层的螺旋通道长度可为2πRA，第二螺旋缠绕具有通道长度2π(RA+TA+TB)等。对于任意的缠绕，令R*表示缠绕的平均半径，并且L是在特定的缠绕中层A和层B之间重叠的长度491。如果绝缘材料的电阻系数受温度影响不是很大，并且如果通过半导体层的泄漏电流大于通过绝缘层的泄漏电流，则促使绝缘体的每个缠绕之间的恒定电梯度的条件很容易满足。这意味着每个缠绕必须满足该条件：
ρATA/2πLR*>ρB(2πR*)/LTB；或ρB(2πR*)2/TB<ρATA
可见，这意味着通过(垂直于)高绝缘层A的电阻必须大于沿着螺旋缠绕方向通过(平行于)层B的电阻。忽略电阻系数随着温度的变化的时刻，如果我们取ρA＝1019ohm-cm(例如，约对应于HDPE、聚酰亚胺或间规聚苯乙烯)，则这意味着对于特定的示例ρB<109ohm-cm。对于ρA＝1019ohm-cm，且ρB＝108ohm-cm的情况，流过螺旋半导体通道的泄漏是流过绝缘层的～63倍。这足以接近均衡后续螺旋缠绕之间的电压梯度，而不足以导致在接近满载容量(full capacity)时来自线路的显著能量损耗(考虑两个方向，在2000km电管线长度上的接地电阻为15500ohms，比较沿着电管线的1.15ohms)。这意味着由于沿着螺旋缠绕半导体的电流泄漏引起的能量损耗为4.14E7瓦特或20.6W/m，这是在10GW的满载容量每千千米传输功率的0.2％(这是满负载下I2R损耗的20％)。在仅以一个GW(10％容量因数)的较低水平的传输功率，该螺旋泄漏是相同的，但是现在呈现每1000km2％的传输损耗。(应注意，在10％容量因数的情况下，接地泄漏会变为主要的传输损耗，尽管总的损耗可能仍然在典型的2000km高架800kV线路的之下)。螺旋包封绝缘体的优点可主要为通过使绝缘体较薄而允许更有效的被动散热，这也允许在特定的额定电流上较高的每1000km损耗和较小的电管直径(从而在电管中采用较少的材料，导致每千米较低的资本成本)。是否该方法对特定的电管适用取决于很多因素，例如，平均容量利用、电管的热环境和部件的相对成本和电损失的相对成本。图72的螺旋包封绝缘技术尤其适合于延伸实际直径被动冷却电管的最大容量，使其以每1000km1％的损耗运行直到20-50GW的容量。
作为选择，在上面的示例中，ρ2＝109ohm-cm的值会意味着螺旋缠绕半导体层B的平面中与通过绝缘层A(垂直于其平面)的通道相比电流为6.3倍，这可足以大约均衡通过每个缠绕层绝缘片的电压梯度，如果绝缘体可发现为使得绝缘体的电阻系数在关心的温度范围上变化小于6.3倍。
这里有时称为“衬套绝缘体”的混合设计对于管状绝缘体是可能的。见图32至图34。这些可涉及硬锥形绝缘体290(弹性模量>10MPa)、弹性体的O型环291以及在硬衬套件之间的其余间隙中的非常柔软的弹性体凝胶甚或液体填充物292。还有这样的情况，291和292二者可为相同的材料，锥形弹性体。因为弹性体的热膨胀性高于铝或铜，而玻璃或陶瓷的热膨胀性低于铝或铜，通过堆叠这两个不同种类的衬套在一起，衬套绝缘体能够匹配导体的热膨胀性。图32至图34所示的高硬度、高电压承受能力和优选高导热性的锥体与弹性体交叉设置的衬套绝缘体，与纯陶瓷、玻璃或硬塑料设计相比具有改善的能力以适应导体的膨胀、收缩和弯曲，并且与纯弹性体相比改善了电管散发废热的能力。如果可减小绝缘层的总厚度，这在某些情况下，即使硬锥形由高介电强度的塑料制造且该塑料具有与塑料锥形之间的弹性体291、292大约相同的导热性，也是适用的。
总之，图32至图34的硬锥形是高效实心绝缘体；其电压承受能力大于它们之间的弹性体，例如，氧化铝、玻璃、晶体间规聚苯乙烯或一定刚性的聚亚安酯。该设计的特征是硬绝缘锥形290与典型的弹性体绝缘体(比如硅树脂橡胶、溶液-聚合物化的二烯基弹性体(IR、BR、SBR)或者交联聚烯烃，例如EPR、EPDM或聚乙烯(XLPE))相比具有较大的电压耐性、较大的导热性或二者。非弹性体绝缘体的锥形形状与平坦堆叠设计相比允许锥形绝缘体相对于导体的较大角运动，并且改变弹性体在锥形之间的形变朝着剪切形变，其中弹性体具有它们的最可靠的性能。
图32示出了嵌套锥形基管状绝缘体，其中硬锥形290与弹性体凝胶锥形292交替以形成堆叠，其包括合成的管状绝缘体。该锥形堆叠围绕管状导体211，并且进而被编织物增强弹性体的软管和/或管子293围绕，管子293可为聚合物的或金属的。优选为油脂295的高介电强度的流体填充形成在嵌套锥形边缘的间隙；该油脂应当不使弹性体凝胶292膨胀。
图33示出了结合在一起且由相对高强度弹性体296的窄条均匀分开的嵌套硬锥形绝缘体290。该锥形堆叠围绕管状导体211和相邻锥形和导体之间的间隙空间由电介质流体295填充，其通常可为液体、油脂或非常柔软的弹性体凝胶；该流体也占据锥形和外管293之间的嵌套锥形外面的空间。所述外管293是编织物增强的弹性体软管和/或管子293，其可为聚合物的或金属的。外管293优选在0.1至10Mpa的液压下在其内保持整个组件，以增加管子内的流体295和弹性体绝缘体296的介电强度和安全余量。每个高绝缘硬锥形290的内表面297可选择性地包含特定的半导体层，用于控制与相邻嵌套硬锥形之间区域上的电场。所述涂层可为薄半导体，其温度对传导行为与绝缘体290、295、296以相反的方式变化，或者该涂层297可具有变阻器的性能。所述半导体层297通过导电接触298电连接到导体，该导电接触298可为由流体295润滑的半导体弹性密封体。
图34示出了由弹性体O型环291均匀分开的嵌套硬锥形绝缘体290；导体211和外保护软管或管子293之间的其余间隔空间由高介电强度的流体填充，该高介电强度的流体在大部分情况下为不使弹性体296膨胀的油脂。
适当的弹性体凝胶的具体示例包括非常柔软的硅树脂弹性体和SEBS凝胶热塑性的弹性体，包含90-95％重量的矿物油(二者均具有低于20的IRHD硬度)。弹性体层控制硬绝缘锥形之间的间隙，并且因为它们受压，所以它们允许图32至图34中的围绕管状导体211的锥体堆叠的端对端长度的高度灵活调节。
应注意压力软管293中包含的嵌套锥形绝缘体也可在液体静压下设置绝缘体，这看作抑制气体、液体和弹性体的击穿。所希望的实施方案可为甚至没有压力的情况下具有适当电压的设计，但是压力会显著增加电压承受的安全余量。电管或电缆的导电核心是在每个核心的最内部或至少在其附近接触。因此，锥形受到导电核心的径向限制。
图32至图34的硬锥形290，其中它们是聚合物，可通过模制单独锥形或者通过从厚壁管状切割出锥形或者通过将盘状物热成型为锥形而生产。如果这些锥形为玻璃或陶瓷，则它们可通过这些领域中熟知的方法生产。
电管线段模块接下来要考虑的部件是端盖绝缘体。如前所述，端盖绝缘体在某些情况下可与接合过渡导体集成，如图12、图23、图24和图27所示。当端盖绝缘体和接合过渡导体集成在一起时，这可通过分别制造两个部件然后将它们结合在一起或者通过在线段模块导体上二次成型(overmolding)绝缘体而实现。关于分开制造和测试管状绝缘体，由管状导体所涉及的模块化的相同观点也适用于这里：如果相对便宜且优选可循环使用的端盖绝缘体分开形成，它可经受更多的苛刻的测试，因此抛掉最大的缺陷。如果这在与非常昂贵的线段模块导体组装前进行，则失效的成本非常低。
通过调整在端盖绝缘体生产期间的测试电压从而平均2-5％的失效，可收集至关重要的质量数据，并且将产品分拣在“质量箱”中。这与通常的QC方法不同，其中每个部件仅测试容许电压(acceptance voltage)；然后来自每个批次的一些部件测试失效。在常规的方法中，QC记录将显示特定的批次非常好，但是容许电压仅做到指定最小电压，从而这些部件不能保证承受比测试电压更高的电压。如果改变测试电压从而保持一致的～3.5％失效的废品率，则某些部件批次可能很好地承受500kv/mm，并且对此有价值知晓。该测试到可变电压的程序，必须在某一最小试验电压之上，并且对每件保持测试结果跟踪，这意味着在很多生产小时的过程上，并且不同的原材料批次，获得已经经受了不同测试电压的批次。这打开了为电管的每个测试部件跟踪的可能性；该信息使其能够对工程的最关键部件选择非常好的部件(例如，修理人员难于接近的过河部分)。
由于前述的原因，可能希望的是分开生产端盖绝缘体，然后将它们与电管线段模块导体组装在一起。为了清楚起见，这些具有端盖的线段模块导体这里仍然看作"线段模块导体"，如图12、图23和图27所示的示例。管状绝缘体和端盖绝缘体之间总是具有重叠区域。如果管状绝缘体是弹性体管，其在线段模块绝缘体上伸展，如图23和图28所示，则希望端盖绝缘体在弹性体管设置在具有端盖的线段模块导体前连接到接合过渡区域。
连接端盖绝缘体到接合过渡导体有用的两个特定方法是粘合剂粘合和咬合配合组装。在这两个方法的比较中，咬合配合组装比粘合剂接合更快且更容易通过QC方法保证50年的寿命，粘合剂接合在测试和保证上比咬合配合接合固有地更加复杂。还有一种情况，置换通过咬合配合连接配合到接合过渡导体的有缺陷端盖绝缘体比这两个部件用粘合剂粘结在一起的情况更加快捷。因此，咬合配合的连接方法在可行的地方是优选的。图29和图30示出了端盖绝缘体连接到线段模块导体端部上的咬合配合连接的示例。在此情况(对应于图24)下，端盖绝缘体具有两个部件，内部咬合配合的端盖320和外部咬合配合的端盖318。图29示出了两个部件的示意图，内部端盖绝缘体320和接合过渡导体314定向为在咬合配合中压接在一起。
应注意的是，尽管如图29所示具有凹陷和凸起的接合过渡导体314在装配内部咬合配合时已经接合到管状导体211，但是也可组装内部端盖绝缘体320到具有凹陷和凸起的接合过渡导体314，然后接合该组件到管状导体211(例如，通过旋转焊接，如图18和19所示)。在图30中，图29中分开示出的这两个部件示出为已经组装在一起，具有两个附加的线段模块部件、管状绝缘体(弹性体管)317和外部端盖绝缘体318。管状绝缘体317的端部限制在内部端盖绝缘体320和外部端盖绝缘体318之间。管状绝缘体的端部与内部端盖绝缘体和外部端盖绝缘体合并的位置之间具有口袋，其被高介电强度油脂319填充。
高电压绝缘应用中咬合配合上可能引起的一个缺陷是小的间隙可能存在于接合过渡导体314的表面和内部端盖绝缘体320之间；如果在该区域中具有高电压梯度，则该区域中的气体击穿可能在相邻绝缘320中引发击穿。为了防止这样的击穿，内部端盖绝缘体321的内表面应为导电的。然而，对于弹性体的管状绝缘体的内表面不能做相同的事情，尽管管子的内表面在一定程度上可比块体管子更加导电，尽管不足以使管状绝缘体内表面造成全部电压在管状绝缘体的端部之外，该管状绝缘体夹在内部端盖绝缘体和外部端盖绝缘体之间。
接下来描述电管接合模块以及组装和安装的方法，但首先描述关于线段模块和接合模块之间界面的几个词语。线段模块和接合模块之间的连接可能是永久的，例如，通过卷边、焊接或高温锡焊，这对于分开接合模块与线段模块可能需要毁坏界面。这从快速修理和/或置换有缺陷的模块的角度看是不希望的，从而可逆地连接线段模块到接合模块而不损坏部件的方案也是适当的。
在可逆的连接方法当中，螺纹是最熟悉且最广泛采用的方法之一。如图54中接合模块核心导体所示的螺纹电接合优选两端上具有锥形螺纹2530，其与线段模块核心导体中的对应螺纹218、2510匹配。一旦拧紧，这保证了整个螺纹区域上接合点和铝导体之间的接触。螺纹可为可逆的(一个右旋，一个左旋)，以允许连接器在各部分之间拧紧，仅旋转连接器而不需要旋转任何部分。采用可逆螺纹，接合点可纵向受压，设置在两个静止的导体部分之间，并且然后在其拧在每一个上的同时，接合点一旦完全定位则膨胀以达到其通常的长度。
通过在端部套管2610的圆周上设置孔2600，如图54所示，适当大的扭矩可用活动扳手施加给接合件，以为低损耗接合点获得必要的接触压力，如下面所讨论的。该接合件具有接合件的最终直径不需大于任何连接导体直径的优点，从而接合的组件可配合在仅依铝导体尺寸制造的主绝缘体内。诸如如图16所示的接合点适配器套管尤其适合于与图54的接合模块的界面连接。
区域2500是轴向和横向适应性的，从而它可弥补主导体的轴向错位。优选实心金属填充物，例如焊料(例如，#604 3-in-l Rod，由Aladdin Welding Products,GrandRapids,MI,USA制造)，填充在编织物接触套管2610的区域中编织物中的各金属线之间间隙，且优选焊料也粘合到端部套管。
编织物的区域2500可选择性地覆盖有弹性体的保护罩，或者注入柔性的化合物以限定任何可能发出的颗粒。然而，在该接合件的区域中没有电场(导体以及绝缘体的围绕壁处于导体的电位)。这样的保护罩也可选择性填充有液体或凝胶。可采用的液体的有用示例包括：
1、不腐蚀的自由对流的液体；一个示例可为水或者包含诸如亚硝酸钠的氧净化剂的酒精；然而，如果水逃逸，则它可损坏其它部件，因此优选具有高燃点和低粘度的无水液体，例如丙烯碳酸酯和乙烯碳酸酯；
2、降低电阻且提高导热性的钠；在此情况下的钠可携载通过接合件的大部分电流；
3、减轻丝线编织物的组成丝线疲劳的弹性体凝胶；这样的凝胶可调配为高导热性和适度的导电性(～1ohm-cm的电阻系数)。
两个螺纹端2530之间除了丝线编织物外的其它形式的连接可用作图54的2500；例如，设置为允许充分运动而不疲劳的铜或铝丝线或者条带；可嵌入在弹性体中以减小疲劳。上面描述了橡胶保护罩内的钠。钠可与铜或铝丝线共享保护罩的内部，可涂镀为在钠界面上抑制金属间化合物的形成。在填充钠的保护罩的情况下，丝线不总是需要布置为从一端上的接合模块连接器到另一端上的接合模块连接器，因为它们的主要功能是将接合模块连接器的每一个电耦合到钠；钠将携载大部分电流通过接合模块。
图31示出了基于钠导体330和弹性体的附加接合模块设计。钠包含在弹性体囊334内，其通过孔331填充。不与钠反应的囊具有所希望的针刺破耐力，如药用瓶塞技术领域中所知。好的药用瓶塞可由针刺破一百次，并且瓶仍然保持压力。很多不同的弹性体可用于该囊，但是在这些选项当中，EPDM、EPR、溶液聚合的顺式聚异戊二烯和溶液聚合物的SBR，它们也与钠相容，是该弹性体囊的很好的热固塑料弹性体候选者。还有一种情况，已经知晓某些热塑性的弹性体(TPE)在瓶塞中是有用的(具体地，SantopreneTM和KratonTM)。优选没有来自弹性体的残留物与钠反应，因为这些残留物可沉淀在后者所用的刺破通过弹性体进入钠的导电针上(增加了电阻)，并且该反应也可能产生氢气。为此，诸如KratonTMG 2705的TPE是特别适合的，因为它非常清洁，具有良好的室温刺破性、良好的耐臭氧性以及足够的高温属性，以安全地运用熔化钠的囊。
为了制作接头，钠330的囊334保持在也为电绝缘体的保护外壳332内。例如，该外壳可为编织物增强弹性体或注塑成型的塑料。该外壳具有端口333，其暴露囊上选择位置335的含钠囊334的橡胶表面。这些端口的每一个还具有绝缘环339，其从端口伸出一定的距离336(环的长度由设计电压决定)。为了进行连接，电管模块337的导电端插入环339中。该导电端具有很多延伸出来的导电针338，其在335刺破通过弹性体334并且进入钠330中进行电连接。电管线段模块的端部还具有电绝缘环340，其滑动在绝缘环339上以产生重叠绝缘的区域336。两个绝缘环339和340之间的区域优选填充有高介电强度油脂或粘合剂，这也能保证该区域设计服务寿命上的耐温性(resisting the temperature)。
导电针338必须足够强以刺破弹性体334且进入钠330中以进行电连接。这可要求采用诸如铜铍或者涂有铜的硬铬、涂有铜的不锈钢的比纯铜强的合金、强度高于铜且至少接近于钠的导电性的不同金属，例如铬或钨。甚至在最好的情况下，也可能电流必须通过导电针的很短区域具有比电管的每单位长度的平均电阻高的电阻，并且因此构成热点。在针的接合模块端部上，围绕的钠将提供良好的热沉，它也可熔化且传递热量远离由针刺破的区域以控制任何的过热。在接合点的相反侧上，在线段模块导体的端部，还希望处理由其余绝缘环引起的散热上的附加困难；图38的345是在接合过渡导体的端部安装在导电金属内的热管，并且在线段模块内向后足够远地延伸348以在线段模块的实质长度上传播接合件上产生的任何过热。可增加鳍状散热器346以帮助热传递。
铝是本发明中导体的选择材料，因为它有历史记录地为铜的成本效率的许多倍(如2009年11月的7.7X)，从而以给定的损耗在给定的距离上传输给定的电流。钠比铝更便宜地传输电流，但是难于处理，并且可能涉及消防队员、安全的职业者和其它的人员。因此，采用钠可能要求特别的设备、工艺和特别训练的技术人员；为此，电管可主要基于用在接合件和连接器中的具有一定铜的铝导体，其中其较大的柔软性和导电性可用于特别的作用。
很多铝合金适合于用作导体。除了需要低的电阻系数外，所选的合金必须不易受压力冷变形的影响。它还需要很好挤压，并且具有低的成本。有很多铝工业优选的铝合金满足这些要求。某些为AA8000系列或
传输线的另一个实施例如图39至图55所示。在图42中，例如，一对绝缘的导体1400在工厂组装成坚固的、刚性的、自支撑容器1150，附加顶部1100，也就是，例如，主要由预应力的混凝土制作。替代将线段模块和接合模块插入前述的埋设导管中，该方法将导管和导体集成，并且由保护套组成的该段与不同类型的接合模块互连，如图43所示，其中电接合和绝缘接合以图45的方式制作，这将在下面更加详细地说明。
图39示出了该类型线段模块的截面图，示出了两个导体1130，其采用前面所讨论的相同构造方法来制造类似的管状导体211，然而，不同的端点和接合方法可用于该方法。这些导体的绝缘1140类似于前述的管状绝缘体，除了其端点外。内部表面和外部表面二者为半导体，例如适当地至2mm的深度。这保证了导体-绝缘体界面远离该表面，从而任何浅表面磨损不导致电场集中。
对于按照本发明的典型安装，图42的线段模块安装为使顶表面处于图40所示的等级上或略在其上。尽管示出了两个导体，但是本发明不受组成一个组件的导体数量的限制。
热量从顶表面1100散射到周围空气1200，不受植被的阻挡。例如，该表面由混凝土制造以提供气候耐久性，同时还给建筑人员清楚地标示它们不能在此挖掘。因为该表面几乎与地形齐平，所以该结构仅最小程度地影响景色，并且不需要阻止野生动物和车辆通过。
可选地，热传递流体1110可用于促进热量从绝缘的导体的侧壁到容器顶表面的去除。该流体可为液体或气体；包括空气、干燥的氮气、具有防冻剂的水、油等。它不需要为电介质，但是需要与其接触的其它材料相容。可选地，通过构造烟囱而加强对流，例如采用柔性封闭单元的泡沫块1120引导对流1210上升且沿着容器1150的上部，如图40所示。因为热传递流体与导体和绝缘体一起随着温度的变化而全部膨胀和收缩，所以泡沫结构也用作蓄液器(hydraulic accumulator)，并且即使热传递流体是不可压缩的，也可仅以压力上的微小变化来调整内部体积(类似于图13、图14和图15的容积补偿装置154的功能)。
该技术给出了可控的和可预知的热量消散，与土壤条件无关，并且与线段模块的结构和接合模块的结构无关。基本结构对于制造、运输和安装是简单的。如果由预应力混凝土制造，则该结构非常类似于通常用于制作预制的停车车库的“双T”梁。结实的增强混凝土顶使该电管设置的特定实施方案比直接埋设设计更加抵御有意或无意的损害。
刚性的液体密封容器1150可由很多防水材料制造。连续部分之间的膨胀接合中所需的柔量(amount of compliance)通过最小化容器壁的热膨胀系数(TCE)而最小化。一些可能的材料选择是增强的(优选预应力的)混凝土、钢(具有抗腐涂层)和纤维增强聚合物或塑料(FRP)；基于碳纤维的拉挤成型的FRP在纤维轴方向上可具有接近零的热膨胀性。
所希望的是如图41所示的主绝缘体1140的TCE匹配或略小于刚性容器1150的TCE。希望较小的原因是主绝缘体在使用中比刚性容器有更大的温度漂移。还希望主绝缘体具有高导热性。因为主绝缘体不被折曲，所以它原则上可由刚性材料制造。候选材料包括聚合物、聚合物复合物、陶瓷和玻璃。
刚性的液体密封容器1150的优选构造方法如图59所示。混凝土壳体2950围绕FRP衬垫2960，其中FRP的配方设计已经选择为匹配混凝土的热膨胀性。同样优选衬垫被金属化以增加其蒸气阻挡的品质。实现这个的一些方法是通过以粘合剂施加金属箔、通过溅射、通过火焰喷涂、通过各种真空沉积法等。液体密封的容器1150然后由混凝土板1100盖顶，混凝土板1100包含拉伸构件以对其施加预应力，如用于构造抗断裂的长混凝土构件的工业所公知的。如果采用液体的热传递流体，特别优选乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯的混合物，则还希望用橡胶囊衬在液体密封的容器的内表面，这将防止一旦容器破裂而造成的泄漏，并且为弹性体衬里使用在液体热传递流体中具有低的膨胀性且与液体热传递流体具有良好的相容性的复合物。任何所用的热传递流体应当极其干燥，并且这可在它插入液体密封容器1150前使其通过能捕获水分子尺寸的分子筛而实现。还希望在流体体积内具有干燥分子筛以吸收任何泄漏进入流体体积中的水。如果采用液体热传递流体，则类似于1120功能的可压缩构件将包括在连接盘内，以保持液体与盖板3200接触，而允许邻接的闷头(bulkhead)响应于热膨胀和收缩向内和向外运动，不让连接盘内的压力随着环境压力显著变化。
闷头1410连接到容器1150的每一端以形成密封的容积。图60以截面图示出了这样的闷头。闷头的基础板3000采用乳香脂或胶合剂3010或可拆卸紧固件和垫圈连接到容器1150的端部。闷头的内部部分由凸起平台3020组成，平台3020包含一个或多个孔3110，主绝缘体1140和导体1130可通过每个孔3110。该件可由两个分开的件组成，如果如1630所示的绝缘体端部大于孔3110。闷头可由FRP制造，再一次优选被金属化，具有或没有混凝土。存取端口3260和关联的插头3270允许液体密封容器1150内部的填充和排放。
如果主绝缘体由在水蒸气存在的情况下劣化的材料组成，例如XLPE，则希望其外表面涂有适当适应性的湿气阻挡物，以承受在使用中仍然导电时绝缘体由于温度漂移引起的直径变化和长度约束。
当有些弹性的材料用于绝缘体1140时，密封3040可由粘合剂1650组成，其抑制绝缘体在闷头和线段模块内的横向运动。在此情况下，闷头1410抵抗绝缘体的纵向膨胀和收缩力，迫使绝缘体在直径上的压缩或拉伸且膨胀或收缩以调整由于变化温度引起的体积变化，温度的变化是由于电负荷以及土壤和表面温度条件的变化产生。绝缘体围绕相对坚硬的铝柱面，它包括柔性的电膨胀接合点1320，从而绝缘体在压缩下弯曲没有问题，除了在膨胀接合点外。在对应于膨胀接合点的点上设置一系列的辊子1160抵靠主绝缘体保证了在该点上足够的刚性，以抵御任何的弯曲趋势。在绝缘体1140为刚性的实施方案中，密封3040可为润滑的O型环，以适应由于热膨胀和收缩引起的绝缘体的横向运动而保持容器的液体密封。
在主绝缘体牢固连接到闷头的情况下，线段模块之间的接合件绝缘体1310必须适应的膨胀和收缩是刚性容器的，并且主绝缘体延伸超过闷头非常小的量1400，如图45所示。在刚性绝缘体的情况下，当主绝缘体通过闷头中的滑动密封时，接合件绝缘体1310必须适应主绝缘体1140的全部线段长度的整个膨胀和收缩，并且因此优选在此情况下绝缘体具有低的TCE。
凸起平台3020结合O型环密封3030，如图61所示。这使闷头根据需要在图62所示的连接盘3100内前后滑动，以适应连接的液体密封容器1150的热膨胀和收缩。如果认为是希望的，则O型环密封随着作为限制意外流体泄漏的阻挡的弹性体保护罩而扩大。
主绝缘体周期性地被支撑在刚性容器的长度上。这样做的一种方式是用辊子支撑1160，辊子支撑1160由支撑1170保持在适当位置，如图39所示。
随着安装后的所期待的温度漂移，作为刚性容器壁的钢或混凝土的膨胀和收缩量对于15米的部分可为±8mm。
每个铝导体1130滑动进入中空主绝缘体管1140中。导体可被润滑，然而，如果是这样，则润滑必须不与主绝缘体管的内部上保持的导体和半导体层之间所希望的电接触干扰。
当被滑动时，该滑动操作最好在没有导体克服主绝缘体的重量的情况下进行。因为导体1130在其中心上选择性地包括柔性的膨胀接合点1320，如图41所示，该绝缘衬套操作可通过首先设置绝缘体管1140在直径小于导体的内径(I.D.)212且比绝缘体长的水平支撑杆上来进行。然后，绝缘体被升高以使其居中在支撑杆上，并且导体导体被升高且运动为使一端滑动在支撑杆的暴露端上且进入绝缘体。然后，导体的另一端用第二杆支撑，第二杆可插入直至接合点1320。因此，导体从两端被支撑，并且绝缘体也支撑在其长度上，从而绝缘体可连续滑动在导体的其余长度上。可选地，远离接合区域的外部导体表面1710可阳极电镀或者另外处理为便于滑动在导体和绝缘体之间而没有任何损坏。
为了装配该类型的电传输线，具有斜坡壁的平底沟槽挖掘到适当的深度，例如，1.5米。如图43所示的"U"状连接盘1510或图62中的3100在每个接合区域1300设置在沟槽中。然后，如图42所示的电管部分1330设置在沟槽中，每个电管部分1330典型地为15米，从而它们易于卡车运输。连接盘1510允许在导体部分之间角位移(例如，至10度)，并且还有一些竖直、横向和纵向的错位。连接盘3100允许较小的错位，但是为如图63所示的水平轴弯曲和图64所示的竖直轴弯曲的各种变化适应方向的改变。
在连接盘1510上，柔性的密封片1520在安装期间接合到闷头1410，以给出到相邻电管部分的水密封连接，而允许每个电管部分的刚性容器的热膨胀和收缩以及前述的错位。盖板1500(也可包含在混凝土中)例如以填空隙(calking)、弹性体封胶、热融化的胶合剂或膨胀密封与连接盘1510以及相邻闷头密封，以在接合完成后覆盖且保持接合区域的干燥。作为选择，接合区域可用热传递流体淹没，该流体可为高导热性的气体(例如氢气或氦气)或液体。如果接合区域不用热传递流体填充，则从该区域提取热的方法将为空气对流到盖板或壁板并且通过铝导体传导返回进入刚性容器中。盖板1500是可移动的，从而接合区域1300需要保养时可易于升起。存取端口3260结合在盖板1500和3200内，其用插头3270密封。如果希望，这允许盖板就位后用热传递流体或气体填充连接盘，还提供在去除盖板前插入吸管去除这样流体或气体以用于工作进出的方法。
交替使用连接盘3100以匹配两个线段模块的程序必须承受选择性去除图62的桥3240而允许线段模块下降，从而它们的连接闷头平台就位在楔形沟槽3250中，如图65所示。然后，可重新安装桥，用可拆卸的紧固件或粘合剂，完成O型环3030和楔形沟槽3250之间的密封。作为选择，线段模块的端部可直接滑动在连接盘中，以与O型环3030进行密封。一旦所有的电接合和绝缘完成，连接盘盖板3200可下降进入位置。相对于表面3220就位的突出部(tab)3210保持盖板的对准。优选桥3240、连接盖板底部3280和楔形沟槽衬垫3290由FRP构造，以提供光滑的表面来实现良好的密封。还优选这些被金属化以最小化水蒸气的进入。连接盘3100的平衡优选由混凝土构造。盖板对垫圈3230的重力形成液密和/或气密密封。按照该技术完成的电管接合模块102如图65所示。
热管可用于从接合区域提取热量，并且以与图38所示类似的方式将其传输到远离接合件的导体1130，从而接合区域内较厚的电绝缘或附加的热产生将不导致热点。
图中未示出的仪表监测每个接合区域的水进入、接合件温度和热传递流体(如果使用)水平以及相邻导体部分和接合区域中的温度。测量结果报告给集中的监测系统，如果观察到劣化，则它可分派服务人员。
主绝缘体的端部与深螺纹1630配合，如图44所示，其优选模制在主绝缘体中，但是可以诸如粘合的其它方法连接，而保留通过螺纹区域的绝缘的完整性。因为电场垂直于螺纹点行进，所以螺纹不在其周围集中电场。该螺纹可选择性地设计有倒圆的(rounded)外形，然而这将在绝缘连接器1310中产生起伏的而不是均匀的电应力，这要求增加厚度。通过这些螺纹的表面通道，从峰到谷到峰等或后面的谷螺旋地在螺纹的长度上，选择为超过大气压下的气柱长度，或者另一个电介质流体选择为填充间隙2240，这可具有等于所希望传输线工作电压的工作击穿电压，具有一定的余量。对于800kVDC，具有清洁空气，在没有任何导致电场集中的情况下，该长度可为0.8米。图55的800kVDC、10GW容量、1000km的1％损耗的主绝缘体端的典型尺寸，其中2730＝15cm、2740＝30cm、2770＝10cm以及2790＝10cm，导致1米的峰到谷到峰以及8米的后面的螺旋螺纹谷。
主绝缘体的内表面和外表面以及端部制成为半导体2000，除了向外延伸通过绝缘体的名义外表面的螺纹2010，如图48所示。
接合区域中的电接合件可采用以下方式制造，图51所示的适应性的铜编织物衬套2310或图52所示的大量适应性的铜编织物条2400或者具有刚性带，因为该接合件是稳定的，或者通过其它方法。
如果编织物与刚性铝导体的重叠是充分的，并且编织物截面面积是充分的，并且编织物到铝的连接点的接触压力是充分的，并且接触区域用氧化铝抑制电接合化合物适当处理，则接合点部分的电阻实际上可小于中空铝导体的相似长度的电阻。
角位移或横向或竖直或纵向位移可通过弯曲编织物或通过采用过大的或椭圆的安装孔而调整。连接衬套2310到导体1130的帽螺丝2300优选选择为与导体(铝)具有相同的TCE，以保持在变化温度下的一致压力。
商业上提供了的各种形式的氧化铝抑制电接合点化合物，例如来自IdealIndustries,Inc.,Sycamore,IL,USA的其由聚丁烯中的锌颗粒与二氧化硅一起的悬浮物组成。Erivelto Luís de Souza,et al的"Improvement of metallic jointelectrical conductivity using a novel conductive paste produced from recycledresidues"的论文显示150kgf/cm2压力下以适当的氧化铝抑制电接合点化合物实现了铝-铝接合点的每平方厘米稍大于0.1微米-欧姆的电阻。
根据该接合点电阻的计算显示，通过使每个接合区域等于接合的铝导体的横截面面积，接合点的电阻损耗相当于非常易于管理的0.1米的附加长度的铝导体。通过增加接合区域对横截面面积的比率，该数量成比例地减小。如果接合区域设定为3X的导体的横截面面积，则计算显示所需的接合点压力可实现为导体外直径(O.D.)上27公吨的紧固力，导致导体壁中42000N-m的扭矩以及44Mpa的张力，基于图55中的导体尺寸2740＝30cm和126＝2.5cm，用于10GW容量的线路±800kVDC上的1％/1000km损耗。
接合区域上的铝也可被脱氧和镀贵重金属或可比铝更不易于氧化的其他金属，例如镍。该方法与上述的氧化物-抑制覆盖方法相比或许更贵，仅在设计的性能上具有适度的改善。
在高电压电接合件中获得低成本的关键是这些接合件的可靠绝缘。图44示出了适应性的绝缘螺纹连接器1310，其设置为使导体1130暴露从而它们可被接合。一旦进行电接合，连接器1310旋转充分多的圈数，以使其螺纹在两个相邻的线段模块的螺纹1630上从图44中的左边运动到右边，直到它全部覆盖接合区域，如图45所示。
如图46中的绝缘所示具有内部进口螺纹1800的连接器可选择性地具有凸缘1900，永久地或临时地连接到其端部，其允许连接器不同地压缩和膨胀，如图47所示，由于它旋转，从而每一侧上的螺纹与该侧的主绝缘体的对应螺纹对准。这便于装入连接器而没有螺纹错扣的可能性，即使主绝缘体在角度、横向、纵向或竖直上错位。
连接器由柔性的电绝缘材料制造(在工厂中在很好的控制条件下)，例如弹性体1810，例如，硅树脂橡胶、EPDM、EPR或乙烯/l-辛烯共聚物(结合)。该材料的硬度可选择性地变化，从而它在螺纹区域上很硬(高硬度，例如，按着ASTM D1415大于90的IRHD硬度)而在球形区域1700上软(中等硬度，例如45-60的IRHD硬度)。这将允许较小连接器尺寸的较大角度错位，并且因此例如与连接器仅由较硬配方制造的情况相比，需要更少的材料。
连接器包括螺纹的整个(内部和外部)表面1620处理为半导体。因为连接器球形1700的内表面电连接到主绝缘体1140的最外层螺纹上的半导体层，如图50所示，所以它保持在导体的电位2110(例如，+或-800kVDC)。同样，球形2100的外表面保持在接地电位，因为它与主导体的外面上的半导体层接触，并且通过支撑和刚性容器1150接地(在0VDC)，如图39所示。
球形物的内部和外部之间的电位差通过覆盖螺纹的半导体层的部分感应电流。该电流在跟随主绝缘体的螺纹和连接器的螺纹之间的间隙2240的区域2230上产生准均匀的电场2250。除了空气外，该间隙可填充有另外的气体、电介质油脂、电介质凝胶等。粗略地通过螺纹2120的半途，电压为导体电位的一半。如上所述，沿着间隙的通道长度设定为使电压梯度小于材料填充间隙2240的安全工作电介质长度。因为该表面是导电的，所以没有通过它的电荷的不均一聚集，而这可能发生在绝缘体上。因此，螺纹之间的间隙中的任何外来颗粒不发生放电现象。
在+/-800kVDC下每1000km损耗1％的传输线的连接器尺寸，因此在图55中，2700＝115cm、2710＝15cm、2720＝15cm、2730＝15cm、2740＝30cm、2750＝10cm、2760＝10cm、2770＝10cm、126＝2.5cm、2790＝10cm和2800＝45cm，3×1012欧姆/□(ohms per square)的片电阻系数将给出1毫安的电流，这将产生每个连接器0.8瓦特的无关紧要的功率损耗，与导体携载的电流无关(只要它们是+或-800kVDC)。
连接器的内部和外部螺纹可确定大小为与主绝缘体上的螺纹产生气密密封。例如，这可防止压力变化促使气流，且因此潜在地促使颗粒，通过具有电场的区域。
连接器的球形物1700的内部可任选地涂有粘性物质。如果有任何颗粒浮动在连接区域中，假如它们与该粘性物质接触，它们将粘合到该物质，并且不再是潜在的放电孕育点。这样，在球形物内没有电位梯度(电场)2200，因为它和导体都在相同的电位2110(例如，+或-800kVDC)，如图49所示。同样，在外面的球形表面上没有电位梯度2200，其中都为接地电位2100。
用于电管安装的一个经济上的有利选项涉及从工厂到铁路轨道旁的安装通道由火车运输长件电管。该选项原则上可能涉及较长的线段模块，或者作为选择，线段模块可不是很长，但是这些模块在工厂组装可大大降低成本。在此情况下，维护地下室，如果实质上使用，可用于接合火车运输的线段而不是现场组装的电管，这可为作为整体的电管/导管单元用火车运输到现场，直到可放在轨道旁或者由协作的卸货起重机放入沟槽中(见图69)。长件的组装电管，涉及很多线段模块101和很多接合模块102，但是仅一件导管103在由很多铁路车厢430组成的列车上运输到安装地点，该安装地点为铁轨旁的沟槽或通道。这样通道的一个示例可包括铁路线，并且电管可安装在地上、相邻于轨道线。
电管可用作HVDC输电线路(图70)的部件。HVDC输电线路可能包括一个或多个高架输电线440、地下电缆448、气体绝缘线449、地上电管442(其支撑在矮的高压线铁塔443上)、齐平安装电管445和完全埋设电管447。可能有这样的情况，其中必须从一种类型的传输线过渡到另一种类型的传输线，并且图70示出了这些当中的一些，例如，441是从高架线到地上电管的过渡段；444是从地上电管到齐平安装电管的过渡段；446是从高架线到完全地下电管的过渡段；450是从高架线到地下电缆的过渡段；而451是从高架线到全部地下气体绝缘线(GIL)的过渡段。在图70中没有具体列举和示出的不同类型的HVDC传输线之间的所有其它互连也可是HVDC输电线路的部件，例如，断路器、AC/DC转换器、高频滤波器，等等。
说明书中使用的首字母缩写
AC是指交流电
BMC是指块状模塑料(bulk molding compound)
BR是指聚丁橡胶(butadiene rubber)
CPV是指污染物、突伸或空隙
DC是指直流电
EPDM是指乙烯-丙烯-二烯单体
EPR是指乙烯-丙烯橡胶
ENB是指亚乙基降冰片烯(ethylidene norbornene)
FRP是指纤维增强聚合物；
GC是指气相色谱分析
GIL是指气体绝缘线
GW是指十亿瓦特
HTS是指高温超导
HVDC是指高电压直流电。如这里所用，HVDC指200千伏(kV)以上的电压
IR是指异戊二烯橡胶
kV是指千伏
LCP是指液晶聚合物
MIND是指整体浸渍、不滴流绝缘(mass-impregnated,non-draining insulation)
NR是指天然橡胶
PBT是指聚对苯二甲酸丁二酯
PPE是指聚苯醚(有时也称作聚苯醚(polyphenylene oxide，PPO))
PPS是指聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)
RIM是指反应注塑
SBR是指苯乙烯-丁二烯橡胶
SBS是指苯乙烯丁二烯苯乙烯
SEBS是指苯乙烯乙烯-丁烯苯乙烯
SEPS是指苯乙烯乙烯-丙烯苯乙烯
SIS是指苯乙烯异戊二烯苯乙烯
SMC是指片状模塑料
TCE是指热膨胀系数
TPE是指热塑性的弹性体
TPU是指热塑性的聚亚安酯
XLPE是指交联聚乙烯
PTFE是指四氟乙烯
PFA是指四氟乙烯/全氟乙烯醚共聚物(tetrafluoroethylene/perfluorovinylether copolymers)
FEP是指全氟(乙烯-丙烯共聚物)
PEEK是指聚(芳醚酮)(poly(etheretherketone))
说明书中采用的附图标记
100 传输线
101 电管线段模块
102 电管接合模块
103 导管
104 导管最内点的曲率半径
105 导管的内径
106 线段长度
110 挤压管导体、圆柱横截面
111 挤压管导体、椭圆柱横截面
112 具有环形横截面的直线中空拱顶石导体
113 椭圆状中空导体
114 螺旋线扭曲中空拱顶石导体
115 挤压实心曲线导体楔形
116 带坯连铸实心导体楔形
117 具有拱顶石间隙的柱状导体
118 拱顶石间隙
119 复合圆环挤压的中空核心
120 导体的外径
121 外壁厚度
122 肋对角(rib subtended angle)
123 间隙高度
124 中心柱面壁厚
125 挤压中空导体楔形
126 导体壁厚
127 中空核心
128 由带坯连铸楔形制造的八角中空拱顶石导体
129 连接到弹性体的管状绝缘体内侧的导电弹性体层
130 连接到弹性体的管状绝缘体外侧的导电弹性体层
131 在线段模块中间的双轴取向弹性体的管状绝缘体
132 具有正方形端部的接合过渡导体
133 端盖绝缘体
140 绝缘的导体模块的端部直径
141 绝缘的导体模块的中间直径
150 填充钠的体积
151 容器
152 端板
153 连接杆
154 容积补偿装置
155 导体长度
156 钠填充孔
157 连接杆孔
158 容积补偿装置的气体内部的压力
159 真空口
173 用于多个拱顶石腔体的端盖
190 实心铝楔形
191 填充气体的楔形
192 填充钠的楔形
193 填充气体的核心
194 实心铝导体、填充有钠和填充有气体的拱顶石楔形
211 管状导体、铝的、具有正方形端部
212 导体内径
213 管状导体、铝的、具有斜面端部
214 接合点引入
216 过渡端的外径
217 具有右旋内螺纹的铜插件
218 螺纹
219 具有左旋内螺纹的铜插件
252 管状导体的正方形端部
253 接合过渡导体的正方形端部
254 阴性斜面
255 阳性斜面
256 具有斜面端部的接合过渡导体
257 电管线段模块的端部
261 旋转
271 弹性体管，无应力
272 用于最外咬合配合的端盖绝缘体的轻微凸起部分(咬合在双轴取向弹性体上以保持其在适当位置)
273 润滑
274 驱动为将弹性体管拉到线段模块导体上的辊子
275 刚性管状绝缘体；可为塑料、陶瓷或玻璃管
276 辊子作用在线段上的力
280 端盖绝缘体(以粘合剂连接)
281 内部咬合配合的端盖绝缘过渡导体
282 在重叠弹性体的管状绝缘体下的绝缘过渡导体
290 硬绝缘锥体
291 弹性体的O型环
292 设计为与硬锥体290嵌套的弹性体凝胶锥体
293 纤维增强弹性体软管或管子(可为塑料或金属)
295 电介质流体，用在锥形堆叠复合绝缘体的空隙部分中(图32、图33、图34)
296 粘合到硬锥形绝缘体的每个侧面上的高强度弹性体层
297 圆锥形绝缘锥体的硬陶瓷锥形内表面上的半导体和/或电流限制(变阻器)涂层
298 硬锥形绝缘体(涂有半导体或变阻器层297)的最内边缘和高电压导体211之间的接触的导电点
300 筒箍(roller harness)形式的以支撑电管线段模块(没有动力)的轮子
301 用于对导管壁保持张力的轮子的弹簧架
311 电管接合过渡导体上的定位块
312 电管接合过渡导体上的凹陷
313 内部端盖绝缘体上的定位块
314 具有凹凸的接合过渡导体
317 具有切削端的管状绝缘体
318 外部支撑端盖
319 高介电强度油脂
320 内部端盖绝缘体
321 内部端盖绝缘体的内表面
330 囊内的钠
331 用于纳的填充孔
332 保护外壳
333 硬塑料配合表面
334 内囊
335 内囊暴露于针的区域
336 绝缘重叠
337 打孔端部-线段类型的接合过渡导体
338 导电针
339 内部绝缘环
340 外部绝缘环
345 热管
346 鳍状散热器
347 填充气体
348 超过接合过渡导体的热管延伸
380 带驱动的电管支架模块的轮子
381 可逆变速和变扭矩电动机
382 刹车
383 倾角计
384 轮子上的扭矩测力传感器
385 线段模块和接合模块之间的测力传感器
386 控制模块
387 局域网连接
388 电缆
401 砂/砾石回填
402 壁
403 清洁室工作区域
405 支撑轨道
406 维护地下室的盖板
407 半圆导管
408 膨胀密封
409 维护地下室的地面
410 强制通风过滤器
411 卡车
412 电管模块线段的储藏库
413 起重机
420 普通维护地下室
421 导管接合点/维护地下室
422 侧轨导管
425 重叠绝缘环
426 颈缩区域
427 铜杆，右旋螺纹
428 铜杆，左旋螺纹
430 铁路车辆
440 高架HVDC输电线
441 到地上电管的过渡段
442 地上电管
443 地上电管的支撑
444 从地上电管到齐平安装电管的过渡段
445 齐平安装电管的表面安装
446 到完全地下电管的过渡段
447 完全地下电管
448 地下HVDC电缆
449 地下HVDC GIL
450 高架HVDC到地下HVDC电缆
451 高架到HVDC GIL
460 具有螺旋缠绕绝缘体的导体
461 绝缘层1
462 绝缘层2
463 绝缘层3
464 绝缘层4
465 导体到外屏蔽的电压
466 螺旋缠绕绝缘体
480 绝缘层A
481 层A的电阻系数
482 层A的厚度
483 半导体层B
484 层B的电阻系数
485 层B的厚度
488 电应力平滑特征
490 层A的宽度
491 层B的宽度
1100 混凝土板
1110 热传递流体
1120 封闭单元可压缩泡沫
1130 中空铝导体
1140 主绝缘体
1150 刚性液体密封容器
1160 辊子支撑
1170 对辊子的支撑
1200 环境空气
1210 热流中的电流
1220 地下
1300 接合区域
1310 适应性绝缘螺纹连接器
1320 电膨胀接合点
1330 电管部分
1400 接合前的被绝缘的导体
1410 闷头(bulkhead)
1500 可移动的密封盖
1510 "U"型盘
1520 密封片
1620 适应性绝缘螺纹连接器的内表面和外表面
1630 模制的深螺纹
1640 柔性电接合
1650 粘合剂
1700 球状区域
1710 中空导体外表面
1800 螺纹进口
1810 绝缘弹性体
1900 凸缘
2000 半导体层
2010 没有涂半导体层的主绝缘体螺纹
2100 接合区域外的电位
2110 接合区域内的电位
2120 螺纹中部的电位
2200 零电场区域
2230 可控的电场区域
2240 薄的但不可控宽度的间隙
2250 电场线
2300 帽螺丝
2310 导电编织物的衬套
2400 导电编织物的条带
2500 编织物的镀锡铜衬套
2510 铝壁中的匹配锥形螺纹
2520 焊接到套管和焊料浸渍的编织物铜
2530 螺纹上具有抗氧化剂接合化合物的锥形-螺纹套管
2600 活动扳手夹持孔
2610 套管
2700 绝缘连接器的外径
2710 内螺纹长度
2720 球体内部长度
2730 外螺纹长度
2740 导体外径
2750 顶部的球体壁厚
2760 螺纹上面的球体内部高度
2770 螺纹深度
2790 主绝缘体厚度
2800 绝缘连接器长度
2900 具有锁定系统的挤压实心弯曲导体楔形
2901 阴性锁槽
2902 配合前的阳性锁定片
2903 配合后的阳性锁定片
2950 外壳
2960 衬垫
3000 基础板
3010 胶合剂
3020 凸起平台
3030 凸起平台O型环
3040 绝缘体密封
3100 连接盘
3110 导体/绝缘体孔
3200 连接盘盖板
3210 连接盘定位突出部
3220 定位表面
3230 盖板垫圈
3240 桥
3250 楔形沟槽
3260 存取端口
3270 插头
3280 连接盖板底部
3290 楔形沟槽衬垫
Claims (23)
1.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体；
将所述导体柔性连接在一起的装置；
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，所述分段且隔离的导体包括一个或多个金属中空拱顶石导体，其中，所述中空拱顶石导体可以由具有一个或多个全长空隙的带坯连铸铝楔形物、实心挤压铝楔形物或由合适的挤压金属形成的中空挤压楔形物制成，并且其中所述全长空隙含有钠，并且含有容积补偿装置，所述容积补偿装置具有足够的容积补偿能力，以允许所述钠在周围的电绝缘体的最大耐热程度以下的温度时安全地熔化并增加。
2.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述中空拱顶石导体在每个端部被密封。
3.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述中空挤压金属楔形物由低热膨胀系数合金组成，并且由所述低热膨胀系数合金组成的所述中空挤压金属楔形物内的所述空隙的至少一部分包含钠，其中流经所述导体的大部分电流在所述钠内流动。
4.如权利要求3所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述低热膨胀系数合金为不胀钢。
5.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，具有钠的每个空隙包含容积补偿装置，其中所述钠和所述容积补偿装置一起实质地填满所述空隙，并且其中所述容积补偿装置被构建和布置以改变其体积足够等于或超过在所述分段且隔离的导体的额定温度范围上所述钠的总体积变化，并且其中所述容积补偿装置处于轴向拉伸，且在所述周围的电绝缘体的最大耐热程度的温度以下时，所述容积补偿装置的横截面在所述钠是固体或完全融化时接近恒定。
6.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述轮子上的分段且隔离的导体包括一个或多个常规电缆线段。
7.如权利要求6所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述在轮子上的分段且隔离的导体包括一个或多个具有通常用于海底电缆的设计的一个或多个常规电缆线段。
8.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述轮子上的所述分段且隔离的导体包括一个或多个超导电缆线段。
9.如权利要求8所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述在轮子上的分段且隔离的导体还包括围绕所述超导电缆线段的低温恒温器。
10.如权利要求1所述的模块化高压直流电力传输系统，还包括：
位于主绝缘体和容纳系统之间的轮子，所述容纳系统支撑所述分段且隔离的导体和所述主绝缘体。
11.如权利要求10所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述轮子为装有动力的支架模块的部分，该装有动力的支架模块包括可逆驱动和制动以允许自推进运动。
12.根据权利要求1所述 的模块化高压直流电力传输系统，还包括：
主绝缘体，所述主绝缘体包括具有至少两层的螺旋包封的绝缘结构，包括至少一个绝缘层和至少一个半导体层。
13.如权利要求12所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述半导体层实现从所述分段且隔离的导体到接地的螺旋半导体通道。
14.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体，
将所述导体柔性连接在一起的装置；以及
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，至少一个分段且隔离的导体包括壳内的钠且包括容积补偿装置，所述壳由金属、陶瓷、聚合物或复合物制成，其中所述壳主要决定所述分段且隔离的导体的轴向热膨胀系数，并且所述容积补偿装置具有足够的容积补偿能力以允许所述钠在周围的电绝缘体的最大耐热程度以下的温度时安全地熔化并增加，其中流经所述分段且隔离的导体的大部分电流在所述钠内流动，并且其中所述容积补偿装置处于轴向拉伸，且在所述周围的电绝缘体的最大耐热程度的温度以下时，所述容积补偿装置的横截面在所述钠是固体或完全融化时接近恒定。
15.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体,
将所述导体柔性连接在一起的装置；以及
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，至少两个分段且隔离的导体通过包含液体或低熔点金属的聚合物弹性体囊被柔性且电连接在一起，其中具有低于10-7ohm-m的电阻系数的金属的尖状物通过将所述尖状物插入到所述弹性体囊内的所述液体或低熔点金属而桥接在所述分段且隔离的导体之间。
16.如权利要求15所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述低熔点金属为钠。
17.如权利要求15所述的模块化高压直流电力传输系统，其中，所述具有低于10-7ohm-m的电阻系数的金属为铜。
18.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体,
将所述导体柔性连接在一起的装置；以及
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，所述分段且隔离的导体中的每一个上覆盖分段模块绝缘体，且每两个相邻所述分段模块绝缘体之间具有接合绝缘体，并且至少一些所述接合绝缘体限定相对的内螺纹端部，所述内螺纹端部连接到围绕所述分段且隔离的导体的两个相邻所述分段模块绝缘体上的外螺纹上。
19.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体,
将所述导体柔性连接在一起的装置；以及
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，主绝缘体包括相对刚性的管状构件，其仅在一个区域内机械连接到所述分段且隔离的导体，在所述主绝缘体和所述分段且隔离的导体之间具有半导体润滑剂。
20.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体,
将所述导体柔性连接在一起的装置；以及
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；
其中，主绝缘体包括设置在所述分段且隔离的导体上且然后允许收缩的一个或多个双轴取向的弹性衬套，其中所述双轴取向的弹性衬套和所述分段且隔离的导体之间的界面是干燥的或被润滑的，并且在采用润滑剂时，所述润滑剂包括以下选择的任何一个：(1)永久性润滑剂；(2)热融化粘结剂，其在正常使用温度被固化，但可被重新融化以允许特定嵌套衬套的维修和置换；(3)不可逆地固化、将衬套连接的粘结剂；以及(4)随时间而溶解到衬套中的油。
21.如权利要求20所述的模块化高压直流电力传输系统，还包括叠置在两个所述双轴取向的弹性衬套的接合点上的外弹性体保护罩，还包括位于两个所述双轴取向的弹性衬套的接合点和所述外弹性体保护罩之间的高介电强度油脂，其中所述外弹性体保护罩被设计为防止油脂从所述接合点损耗。
22.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
在轮子上的分段且隔离的导体,
将所述导体柔性连接在一起的装置；
供所述轮子在其上运行的轨道或配合表面；以及
大体上锥形的绝缘体，所述大体上锥形的绝缘体跨越所述分段且隔离的导体和细长的容纳系统之间的距离；以及
电介质流体，所述电介质流体保持在正压下且填充所述分段且隔离的导体和所述细长的容纳系统之间的其余距离。
23.一种模块化高压直流电力传输系统，包括：
多个细长且大体环形的刚性主导体，其包括分段模块的中间部分，大体上首尾相连地对齐；
大体上环形的主绝缘体，围绕每个所述主导体；
多个适应性导电接合构件，一个接合构件位于所述主导体的相对端之间且与所述主导体的相对端电连接，以建立电连续性同时允许所述导体之间的轴向错位；
多个接合绝缘体，接合绝缘体围绕每个接合构件；以及
轮子，位于并可操作地连接到所述主绝缘体。
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