CN106716560B - 电气套管 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种电气套管(1)，包括具有包围套管的中心纵向轴线(5)的中心纵向通孔(4)的电气绝缘套筒(2)和被定位穿过套筒的中心纵向通孔(4)的电气导体(3)。导体包括纵向外管和同心位于外管(3a)内的纵向内管(3b)使得外管与内管之间形成管状空间。管状空间的第一端部由外管与内管之间的管间隔件(10)定界，且管状空间的第二端部被加盖以形成封闭管状空间。封闭管状空间包含热传递流体由此在导体的外管与内管之间形成热管(6)。外管在管状空间的第一端部纵向延伸超过由管间隔件定界的热管，且内管在所述第一端部具有使得流体可从外管与内管之间通过进入形成在内管中的中心纵向空间(9)内而不会通过纵向超过外管的延伸的设计。

Description

电气套管

技术领域

本公开涉及包括热管的电气套管。

背景技术

套管是导体可以穿过的中空电气绝缘件。在开关柜、变压器、断路器和其他高压设备上的高压线路必须穿过壁或其他表面的地方使用套管。套管例如用于使来自填充油的变压器的高压线路穿过，由此套管是具有在变压器中的油中的一部分和在变压器外侧的空气中的一部分的油到空气套管。其他套管是例如使高压线路穿过壁的空气到空气套管。

套管中的电阻热损失沿着导体均匀地发生。热主要在套管的上和下端部处消散到环境中。热通过传导并且有时通过对流从中心部分传送至端部。尽管很少使用，但也知道热可以通过蒸发介质、所谓的热管传送。为了防止导电杆的高的温度上升，可以使用较粗的导电杆来降低电流密度并由此减少所生成的热。然而较粗的杆导致增加的材料消耗和成本。

热管或热针是将热传导和相变两者的原理结合以高效地管理热界面与冷却器界面之间的热的传递的热传递装置。热管的功能是使液体在管道的热界面处蒸发并使其在要使热消散的冷却器界面处冷凝。

具有用于导体的限定的中心空间的给定套管归因于取决于其具有什么尺寸导体的热生成而具有不同的载流能力。典型地，柔性导体给予相对低的载流能力并且实心杆或管导体给予较高的能力。以相同的方式，铜导体比铝给予更高的能力。相同的基础套管可以取决于其配备有哪个导体而被给予各种电流额定值。如果套管设置有热管，则额定值也可以增加。因此，如果导体配备有热管，则套管可以处理较高电流，而不需要使用较大导体。然而，热管致使套管生产和维持更加昂贵并且可能对于常规套管不需要。代替地，生产具有热管的特殊套管，尤其是对于需要这样的改进的热传递的应用。

CN101369483(申请号CN 2008 10115462.2)公开了一种用于变压器的热管套管，包括导电管、散热器、主绝缘层、绝缘套筒和连接套管。导电管是在一个端部处被连接至散热器并填充有环境友好的不可燃的冷却液体的中空金属管。导电管的外部缠绕有主绝缘层，并且绝缘套筒和连接凸缘被安装在主绝缘层的外部上。散热器是内腔被连接至导电管的中空腔的中空金属腔。冷却液吸收由导电管生成的热并蒸发成气体，该气体上升到用于外部热排放的散热器；此后，其在冷却时冷凝并回流到导电管。

WO 2007/107119公开了一种与包括具有低沸点的流体的热管结合的电流载体。该电流载体可以用于电气设备的套管、电流变压器的初级绕组、大电流母线诸如此类的。

EP 2 704 157公开了一种电气绝缘套管，其中导体包括沿着导体纵向延伸并在一个端部具有开口的腔。腔被布置用于容纳热管。腔被布置用于允许热管经由其开口被引入所述腔内和从所述腔移除。

在套管中使用热管的问题是，如果存在有从热管的泄漏，则其中的热传递流体可能以液体或气体形式泄漏到套管与之一起使用的设备、例如变压器中，潜在地引起了闪络或其他问题。在一些情况中，例如在热管与填充油的变压器一起使用的情况下，热管在处于大气压力的热管中的热传递流体的沸腾温度低于变压器的油温度的压力下工作。这意味着在套管的油侧上的热传递流体的泄漏将是气体形式。在变压器的高电气应力塔架区域中的气体的释放将很可能引起闪络。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的电气套管，其包括用于冷却套管中的导体的热管，这降低了热传递流体泄漏到套管附接所至的电气设备中的风险。

根据本发明的一方面，提供有一种电气套管，包括：电气绝缘套筒，具有包围套管的中心纵向轴线的中心纵向通孔；和电气导体，被定位穿过套筒的中心纵向通孔。导体包括纵向外管和同心地位于外管内的纵向内管，使得在外管与内管之间形成管状空间。管状空间的第一端部由在外管与内管之间的管间隔件定界，并且管状空间的第二端部被加盖以形成封闭管状空间。封闭管状空间包含热传递流体，由此在导体的外管与内管之间形成热管。外管在管状空间的第一端部处纵向延伸超过由管间隔件定界的热管，并且内管在所述第一端部处具有如下设计：使得流体可以从外管与内管之间经过进入形成在内管中的中心纵向空间内，而不会纵向超过外管的延伸。

根据本发明的另一方面，提供有一种电气设备，包括本公开的套管的实施例。

本发明的优点在于，导体的内管在打算附接至/插入至电气设备内的端部处被设计成，使得在热传递流体的从热管泄漏的情况下降低其进入电气设备的风险。依照本发明，内管在所述端部处具有如下设计：使得热传递流体(典型地呈气体形式)可以从外管与内管之间的空间通过进入形成在内管中的中心纵向空间，而不会纵向超过外管的延伸。这意味着外管可以延伸到电气设备内，但是任何泄漏的流体可以逸出到内管中而不是由于被困在内和外管之间而被迫进入电气设备中。依照本发明的实施方式，内管的该设计可以例如通过内管比外管短来实现，由此内管可以在套管处于使用中时在进入电气设备之前终结。因此，内管在导体的端部处比外管短在本文中意味着外管在纵向方向上比内管延伸超过热管更远。如本文所讨论的，可能(取决于导体及其热管的设计，并取决于套管如何安装到电气设备)足够的是：内管沿着其圆周的一部分较短，以让泄漏的流体进入中心空间内。另外地或可替代地，内管的夹套(mantle)可以设置有将内管和外管之间的空间与超过(当套管被安装时，典型地是低于)热管的内管内侧的中心空间之间连接的(多个)孔，以允许泄漏的流体穿过(多个)孔并到中心空间内。

一般情况下，权利要求中使用的所有术语应根据其在本技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确限定。对“一/一个/该元件、设备、组成部件、装置、步骤等等”的所有引用应开放地解释为是指元件、设备、组成部件、装置、步骤等等中的至少一个实例，除非另有明确说明。本文公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。对于本公开的不同特征/组成部件的“第一”、“第二”等等的使用仅旨在将特征/组成部件与其他类似特征/组成部件区分开，而不向特征/组成部件赋予任何顺序或层次。

附图说明

将参照附图通过示例的方式来描述示例，其中：

图1是具有本发明的套管的实施例的变压器的示意性侧视图。

图2是本发明的套管的实施例的示意性纵向截面。

图3a是依照本发明的导体的实施例的在纵向截面上的示意性透视图。

图3b是依照本发明的导体的实施例的示意性横截面图。

图3c是依照本发明的导体的一部分的实施例的在纵向截面上的示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参照在其中示出某些实施例的附图更充分地描述示例。然而，呈很多不同形式的其他实施例也可能在本公开的范围内。而是，以下实施例通过示例的方式来提供使得该公开将是彻底和完整的，并且会将本公开的范围充分地传达给本领域技术人员。类似的标号贯穿本描述是指类似的元件。

本发明的套管可以用于变压器，例如，如本文所举例的电力变压器，但是本发明的套管可以替代地用于其他电气装置，尤其是填充流体(例如，油)的电气装置，诸如电动机或开关。

图1是变压器8的示意性图示，其中套管1用于传导电流(I，U)穿过变压器8的壳体。变压器可以是填充油的变压器、例如填充有矿物油或酯基油。变压器可以是高压电力变压器，由此使高压电流从变压器穿过套管1的导体。套管1因此可以具有在变压器8内侧的套管的下端部处的内浸油部分，和在变压器8外侧的套管的上端部处的在空气中的外部分，或者外部分也可以被填充流体。套管借助于其导体可以传导来自例如变压器的绕组的电流穿过变压器的壳体并且到例如配电网的架空线路，套管1使电流与壳体和任何其他外部结构绝缘。

图2示意性地图示出本发明的套管1的实施例。套管1被以沿着套管的中心纵向轴线5的纵向截面示意性地示出。套管1是管状或基本筒状的装置，其中电气绝缘套筒2形成在其平行于纵向轴线5的纵向方向上包围套管的包络面。套筒2将电气导体3与诸如套管待布置穿过的壁等的外部结构绝缘。导体3布置在套筒的纵向中心通孔4内并穿过该通孔，中心纵向轴线5也穿过该孔4走向。导体3被配置成传导电流(AC或DC)穿过套管1(在附图中，这通过从电气设备8、例如填充液体的变压器在套管的下端部进入并在所述套管的上端部离开的电流(I，U)示意性地图示出，但是相反方向或者交流电流当然同样是可能的)。

在附图的实施例中，导体3呈两个同心定位的中空管(可以称作管道或中空筒体)、外管3a和内管3b的形式，该内管3b的内侧形成中心纵向轴线5所穿过的中心空间或腔9。导体3的至少一部分被配置用于传导电流I，因此由电气传导的材料制成，诸如铜，这是优选的，或者铝。典型地，外管3a由导电的材料制成。内管3b可以例如经由管间隔件10被电气连接至外管3a，并且可以是导电材料或不导电的材料的，诸如不导电的陶瓷或合成/塑料材料。

外管和内管3a和3b在其间形成当至少部分填充有热传递流体时充当热管6的环形/管状纵向空间。管状空间在套管1的上端部处被加盖(例如，借助于管间隔件、盖子或类似物)，并且在套管的下端部处借助于环形管间隔件10定界，该环形管间隔件例如通过钎焊或焊接被紧固至内管3b的外表面和外管3a的内表面两者，由此管状空间是形成了热管6的封闭空间，使得热传递流体不会逸出热管，除非存在有不期望的泄漏。依照本发明，管间隔件10将热管6的下端部定界在设备8上方的一段距离处，允许了内管3b也至少部分结束于设备8上方的一段距离处，由此允许穿过或经过管间隔件10泄漏的任何气体进入中心空间9、穿过那里向上上升而不进入设备8、例如变压器8的塔架区域，由此避免设备中的由这样的泄漏气体引起的闪络。

中心空间9可以用于不同的东西，诸如拉杆或类似物，或者用于容纳附加的热管。中心空间9可以至少部分用液体、典型地是诸如填充流体的变压器8的变压器油等的电气设备8的冷却和绝缘液体来填充。中心空间9中的液体可以有助于套管的冷却和套管中的热分布，并因此可以为此与热管6协作。

图3a在纵向截面中示意性地图示出本发明的导体3的实施例的端部部分。所示的导体3的端部是被配置成待连接至/插入电气设备8中的端部，并因此典型地是当套管1被安装至设备时导体的下端部。外管3a形成导体3的外侧，并且可以具有沿着其整个纵向延伸有着基本相同的半径的基本圆形的横截面。内管3b被同心地定位在外管3a的内侧，限定出在内管和外管3b和3a之间的管状空间，以及限定出在内管3b内侧的中心纵向空间9，中心纵向轴线5穿过该纵向轴线空间走向。内管3b也具有沿着其整个纵向延伸有着基本相同的半径(小于外管的半径)的基本圆形的横截面。热管6形成在外管和内管3a和3b之间的管状空间中。因此，管状空间在两个纵向端部处被定界，以形成热传递流体可以被封闭在其中以形成热管6的封闭空间。在所描绘的(下)端部处，使用了典型为环形的管间隔件10，既用于将外管和内管相对于彼此固定也用于在该端部处定界热管6。管间隔件典型地被钎焊在适当位置，但是可以替代地被焊接在适当位置或者被楔入内管和外管之间不动。如可以在附图中看出的，内管3b比外管3a大幅地短。外管3a延伸超过(低于)由管间隔件10定界的热管6大幅距离，而内管3b在管间隔件10处或之后不久终结。通过内管3b的该较短的设计，例如归因于钎焊中的裂纹而穿过或经过管间隔件10泄漏的任何气体的或液体的(典型地是气体的，归因于设备8和导体3的高温度)热传递流体不会由于被困在内管和外管3b和3a之间而被迫进入设备8中。代替地，如用从热管6到中心空间9的曲线箭头图示出的，泄漏流体被允许进入中心空间9而不必纵向超过(典型地低于)外管3a的纵向延伸。中心纵向空间可以在套筒被安装且在使用中时典型地至少部分填充有设备8、例如填充流体(例如，油)的变压器或电机的绝缘流体、例如油。

图3b和图3c示意性地图示出图3a的导体，但是没有示出在导体的端部处的内管的特殊设计。而是，附图用于说明可以如何在外管3a与内管3b之间在导体中形成热管。

图3b示意性地图示出图3a所示的导体3的实施例。导体3被以垂直于纵向轴线5的横截面示出。导体3包括电传导材料的两个同心布置的中空管(也可以称作管道或中空筒体)。导体3的内中空管3b形成套管的中心纵向轴线5穿过其走向的中心空间9。在导体3的内管3b与外管3a之间形成处于偏心位置的腔6。腔6被配置用于当填充有热传递流体时形成如本文所讨论的热管。在该实施例中，热管6在横向平面中围绕导体3内的中心空间9延伸360°，允许热在导体3中更均匀地交换。然而，也可以设想的是，可以在内管3b与外管3a之间形成一个或多个离散的热管6，例如多个平行的纵向热管。另外地或可替代地，中心空间9可以用于容纳一个或多个热管。

图3是也在图3a和图3b中示出的导体3的一部分的示意性纵向截面。同心的外管3a和内管3b形成在其间的热管6。纵向轴线5穿过形成在中空内管3b内的内空间9走向，内空间9典型地在导体被安装在填充油的电气设备8、例如变压器的套管中时被填充油。

在本发明的一些实施例中，内管3b的在第一端部(即，被配置用于连接至设备8的端部，典型地是当套管在使用中时的下(或底)端部)处的设计是使得内管的至少一些圆周部分比外管3a的相应的圆周部分短，因此在第一端部处纵向延伸超过内管。如上面所提到的，这是允许泄漏的热传递流体从外管3a与内管3b之间的空间传入中心纵向空间9中而不会在所述第一端部处纵向超过外管3a的延伸的一个途径。在一些实施例中，内管3b简单地比外管3a短(围绕其整个圆周)，因此该外管在第一端部处纵向延伸超过内管。

另外地或可替代地，在本发明的一些实施例中，内管3b的在第一端部(底端部)处的设计是使得内管3b的纵向超过热管6的侧向表面(也称作夹套)包括至少一个开孔(也称作通孔或孔)。如上面所提到的，这是允许泄漏的热传递流体从外管3a与内管3b之间的空间通过进入中心纵向空间9内而不会在所述第一端部处纵向超过外管3a的延伸的另一途径(任选地可与较短的内管结合)。

内管3b的缩短或开孔/孔的圆周位置或尺寸可以取决于套管1如何安装到设备8，例如，如果它被竖直地或倾斜地安装到设备，则记住泄漏气体会试图在液体(油)中向上移动。

在本发明的一些实施例中，中心纵向空间9被至少部分填充液体、典型地填充有电气设备8所填充的冷却/绝缘液体。这改善了套管1、特别是内管3b中的冷却和热传递。

在本发明的一些实施例中，热管6包括延伸超过套筒2的冷凝器。因此，在一些实施例中，热管可以在其第二(典型地是上)端部处延伸超过(高于)套筒2，并且典型地还超过导体3的内管和外管3b和3a，以便使远离套筒2的热绝缘效果的热传递流体更容易地冷却下来和冷凝。冷凝器可以例如形成为本文所讨论的热管6的加盖的一部分。

热传递流体11可以是具有处于电气导体3的期望操作温度的沸点的任何合适的流体。流体可以例如是水或碳氟化合物。作为示例，热传递流体可以具有在大气压下的处于75℃-80℃的沸点，这意味着如果设备的油温度较高，例如，约90℃，则热传递流体的任何泄漏将呈气体形式。热管6中的热传递流体将经受过压，这允许热管的合适的两相系统。

以上主要参照几个实施例描述了本公开。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上面所公开的那些之外的其他实施例同样可能在由所附权利要求限定的本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种电气套管(1)，包括：

电气绝缘套筒(2)，具有包围所述套管的中心纵向轴线(5)的中心纵向通孔(4)；和

电气导体(3)，被定位穿过所述套筒的所述中心纵向通孔(4)；

其中所述导体(3)包括纵向外管(3a)和同心地位于所述外管(3a)内的纵向内管(3b)，使得在所述外管(3a)与所述内管(3b)之间形成管状空间；

其中所述管状空间的第一端部由在所述外管(3a)与所述内管(3b)之间的管间隔件(10)定界，并且所述管状空间的第二端部被加盖以形成封闭管状空间；

其中所述封闭管状空间包含热传递流体，由此在所述导体的所述外管(3a)与所述内管(3b)之间形成热管(6)；且

其中所述外管(3a)在所述管状空间的所述第一端部处纵向延伸超过由所述管间隔件(10)定界的所述热管(6)，并且所述内管(3b)在所述第一端部处具有如下设计：使得流体能够从所述外管(3a)与所述内管(3b)之间通过，进入形成在所述内管(3b)中的中心纵向空间(9)内，而不会通过纵向超过所述外管(3a)的延伸部。

2.根据权利要求1所述的套管，其中所述内管(3b)的在所述第一端部处的所述设计是使得所述内管的至少一些圆周部分比所述外管(3a)的相应的圆周部分短，并且因此所述外管(3a)在所述第一端部处纵向延伸超过所述内管。

3.根据权利要求2所述的套管，其中所述内管(3b)比所述外管(3a)短，因此所述外管在所述第一端部处纵向延伸超过所述内管。

4.根据权利要求1所述的套管，其中所述内管(3b)的在所述第一端部处的所述设计是使得所述内管的纵向超过所述热管(6)的侧向表面包括至少一个开孔。

5.根据任一项前述权利要求所述的套管，其中所述中心纵向空间(9)至少部分是液体填充的。

6.根据权利要求1所述的套管，其中所述热管(6)包括延伸超过所述套筒(2)的冷凝器。

7.一种电气设备(8)，包括根据任一项前述权利要求所述的套管(1)。

8.根据权利要求7所述的电气设备，其中所述电气设备是电力变压器。

9.根据权利要求7或8所述的电气设备，其中所述电气设备是液体填充的。