CN107078492B

CN107078492B - 用于高压输电线的管状电绝缘体

Info

Publication number: CN107078492B
Application number: CN201480080848.8A
Authority: CN
Inventors: E.洛加基斯; N.赞特; P.考夫曼恩; M.施耐德; X.科恩曼恩
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: EP3172809A1; WO2016012050A1; CN107078492A

Abstract

供在高压输电中使用的柔性和可弯曲管状电绝缘体(1)。电绝缘体(1)具有由第一导电层(5)、电绝缘层(6)和第二导电层(7)覆盖的导电载体管(4)。第一传导层(5)和绝缘层(6)通过共挤压而共挤压到载体管(4)上，使得绝缘层(6)在径向方向上布置在第一传导层(5)与第二传导层(7)之间，并且使得第一传导层(5)电连接到载体管(4)，其中第一传导层附到电绝缘层，并且其中电绝缘层附到第二传导层。

Description

用于高压输电线的管状电绝缘体

技术领域

本发明涉及设计用于接纳至少一个电未绝缘电导体段以便形成高压输电线的可弯曲且因此柔性的管状电绝缘体、用于生产此种管状电绝缘体的方法及包括此种管状电绝缘体的高压输电线。高压输电线可能用于在陆地上安装，例如，象地下电缆，或者象如海底电缆。

背景技术

用于长距离输电或配电的技术的发展被要求用于连接例如大型太阳能场、若干所连接的风场或大型水电站及诸如此类的远程可再生发电设施到某个枢纽(hub)。例如，在风场的情况下，若干发电机向枢纽馈送功率，从那里它被引导到岸上以供进一步使用。在现有技术中，容量高于3 GW的电功率传输由于经济原因而通常限于架空线。

容量超过2 GW的当前大容量功率高压传输受限于架空线作为仅有的经济可担负的选择。然而，在高压架空传输线靠近密集居住区通过，或者在其内通过的情况下，它们造成了视觉、电污染和磁污染。由于增长的公众反对，在欧洲和美国大部分地区，建设新的架空高压传输线（AC和DC）变得几乎不可能。公用事业面临着不能获得所要求的通行权许可的问题，例如，要求的通道在密集居住区中太大或者具有极高地价。规章制度中关于高压系统的计划扩展的变化加强了对以地下传输线作为架空线的备选解决方案的兴趣。另外，将来的洲际大容量传输将要求新的海底解决方案。现有地下和海底技术通过电缆技术控制(dominate)，并且由于导体大小、绝缘厚度和运输限制，向上按比例加大是具有挑战的。

由于那个原因，存在对于用于传送电功率的地下和水下功率电缆的上升的需求。例如，US 5043538描述了一种防渗水电缆构造，其包含中央电导体、诸如塑料的绝缘材料的覆盖层、由多个个别导体形成的屏蔽层，其中屏蔽层嵌在半导电材料层中、重叠防潮屏障金属箔材料层及绝缘材料的另外覆盖层中。

不幸地，在高电流的几百千伏的高压应用特别要求的此类功率电缆到更高传输容量的仅仅按比例加大受内部导体大小和电缆绝缘厚度限制，使得此种电缆体积极大且极重，从而使得它在处理中几乎不可使用。如果电场将保持在合理的边界内以便允许正当的处理，则更高的电压要求增大电功率电缆绝缘的厚度。更高的电流通常要求增大电功率电缆的内部电导体的实际导体面积的整体截面，或者要求具有更高电导率的材料用于内部电导体和更厚的电缆绝缘。

此种按比例加大的常规功率电缆的所述庞大和重量限制将引起在A点与B点之间建立功率线所需要的电缆段的增加的数量。增加数量的电缆段要求大量的电缆接合处，这些接合处对于在A点与B点之间建立经济的传输线不但是费力的而且是有害的。

本发明的发明者开发了用于通过高压输电线实现容量高于3 GW的电功率传输的经济的解决方案，与常规功率电缆系统相比，该输电线在A点与B点之间不要求过多的接合处。简要地说，解决方案在于首先独立于电导体段生产管状电绝缘体，其次，将其相互独立运输到实际安装点，并且第三，在实际安装点通过将至少一个电未绝缘电导体段插入到诸如由相同申请人提交的PCT/EP2014/052390中公开的管状电绝缘体中，将其组装成高或中压输电线。PCT/EP2014/052390的全部内容通过引用结合于本文中，具体而言，公开的部分涉及管状电绝缘体和导体段的单独生产及其到安装点的单独运输，在安装点，它们被组装以形成高压输电线（例如，盘绕在卷筒上用于运输）。换而言之，电绝缘构件与实际导体构件的分离克服了诸如重量或大小的运输限制，允许更高的导体截面和最终更高的传输容量，而不损害整体段长度。

这允许导体的增大的截面面积，并且因此允许能够达到每线路3GW（在双极操作中为6 GW）或甚至更高的高能传输容量。

然而，PCT/EP2014/052390中公开的发明概念的主要挑战之一在于制造适合的柔性绝缘管。简要回顾，PCT/EP2014/052390的原理能够概括如下：

1. 与常规高压输电电缆相比，通过增大传导截面面积，并且保持高电压“适中”，增大了电流传输能力，

2. 在其相应制造状态中将固体的管状电绝缘与导体绞股线(strand)分开制造，由此实现超过300米的较长段，并且由此减少按照每千米传送的GW的高压输电线的接合处的数量。

管状电绝缘体的弯曲属性允许在卷筒上以高达几百米的段长度的运输。相应地，这对于至少一个导体段同样是真的。在卷筒上的此种盘绕要求参照标准电缆运输卷筒的最大常规大小的明确柔性度。

根据PCT/EP2014/052390申请的管状电绝缘体要理解为用于一旦多个电导体段被插入到管状电绝缘体中，便形成高压输电线布置的管状电绝缘装置，其中，管状电绝缘体是柔性的，在可弯曲性方面的柔性，并且包括用于一旦电导体段插入到管状电导体中，便建立到其的电接触的内部圆周导电层。此外，管状电绝缘体能够使电导体段一旦插入到管状电绝缘体中，便与管状电绝缘装置的外部电绝缘，例如，与地电势绝缘。

导体段和管状电绝缘个别运输到高压输电线的实际安装点。由此，个别的未组装部件运输更轻，并且运输重量限制（例如，用于道路运输的32吨）在更长得多的段长度达到。

例如，如果要在320 kV的电压采用常规电缆技术传送3 GW的功率，则它将要求平行的5条高压电缆以便获得足够的传导面积。此示例的此输电线能够替换五条常规电缆，使得新颖的输电线特别适合用于市区中的大容量输电，在市区，部分地下在近期可能变得经济，并且在市区常规挤压电缆具有无法令人满意的有限传输容量。

因此，不但降低了用于建立输电线的生产成本，而且降低了用于根据PCT/EP2014/052390的输电线的电缆沟的要求的空间。万一在A点与B点之间的输电容量应超过单个传输线的最大输电容量，则多条输电线可在电缆沟中相互并排提供。

发明内容

由本发明要解决的第一目的在于提供用于建立高压输电线的适合柔性且可弯曲的管状电绝缘体。术语“柔性”要理解为不仅在使用方面而且在可弯曲性方面是多用途的。

第二目的在于提升用于制造管状电绝缘体，形成用于形成此种高压输电线的重要元素的方法。

第三目的在于提升包括此种适合的管状电绝缘体的高压输电线。

术语“高压”应在下文理解为在输电线的操作状态中高于至少1 kV的额定或标称电压，但术语“高压”经常用于高于50 kV的标称电压，而术语“中压”经常用于在1 kV与50kV之间的标称电压。

本发明对于具有至少320kV的标称电压的高压输电线是特别经济的。

术语“高压输电线”不仅应理解成限于能够提供例如从应用到其内表面的有效电势(live potential)到应用到其外表面的地电势的持久并且可靠的电绝缘的输电线，而且囊括携带例如诸如5000安培的高电流的输电线。

术语“输电”应理解为永久性运输AC和DC电功率的能力，即，在较长时间期内而不只是瞬间，在短时间期内，例如用于释放闪电冲击(lightning stroke)、故障电流或诸如此类。

第一目的通过用于接纳具有下面特征的电导体的可弯曲且因此柔性的管状电绝缘体而得以实现。在最基本实施例中，管状电绝缘体沿由其管状整体形状定义的纵向轴线是可弯曲的且因此是柔性的，并且包括由第一导电层、电绝缘层和第二导电层覆盖的导电载体管。第一导电层和绝缘层共挤压到载体管上。在电绝缘层外径向应用第二导电层，使得绝缘层相对于纵向轴线在径向方向上布置在第一导电层与第二导电层之间，并且使得第一导电层附到电绝缘层，以及使得电绝缘层附到第二导电层。第一导电层电连接到载体管。

用于电绝缘层的绝缘材料必须承受位于第一与第二导电层之间的至少最大电场。电场相对于纵向轴线在径向方向上不是恒定的。由于减小的接合处曲度，电场在第一导电层到电绝缘层的径向接合处处最大，并且在第二导电层到电绝缘层的径向接合处处最小。在本上下文中，术语“径向接合处”被理解为相对于纵向轴线，层的径向连接。平均电场是介于所述两个径向接合处之间的值。例如，550 kV挤压电缆具有33kV/mm的最大场、14kV/mm的最小场，并且平均场为大约21 kV/mm。

由于在径向外部的第二导电层的径向接合处对由杂质和空隙产生的不均一性不太敏感，因此，有可能允许在第二导电层的应用与第一导电层和电绝缘层的共挤压之间的时延。

术语“共挤压”不应从狭义上理解，使得第一导电层和绝缘层的挤压需要以相当严格的方式同时处在完全相同的时刻。术语“共挤压”应在功能上理解，因为它也囊括管状电绝缘体,其第一导电层和绝缘层已连续一个在另一个上方但在有限的时间量内挤压，允许极其清洁和稳定的过程。在清洁度和空隙的最大数量方面的要求随高压输电线预期用于的标称电压而变化。与如果高压输电线将用于携带高于比如300 kV的标称电压相比，如果高压输电线将用于携带小于比如50 kV的标称电压，则用于将电绝缘层应用到第一导电层的时延更大得多。因此，通过单独的挤压过程，可在用于小于50 kV的标称电压的上述情况中将电绝缘层应用到第一导电层上，而非常可取的是在用于300 kV的标称电压的上述情况中将在电绝缘层应用到第一导电层之间时延尽可能低降低，例如，低于10秒，以便满足用于此种电压的绝缘要求。

一旦被安装，载体管在管状电绝缘体受到作用在高压输电线上的外部机械力时提供用于其内部的充分机械尺寸和形状稳定性。载体管不但充当用于保护导体段免于来自管状电绝缘体的环境的不合需要的机械冲击的机械套，而且通过其形状稳定性，确保充分的截面得以保证，以便在形成实际高压输电线时制造管状电绝缘体后将至少一个电未绝缘导体段插入到管状电绝缘体中。保持载体管的其初始给定形状和截面是有利的形式，因为它消除了在输电线的组装点处对其几何形状整形的任何需要，并且因此便于至少一个导体段的插入。术语“导体段”将不被理解为限于特定几何形状，例如，在整体导体的截面中看上去时全圆的段插入到管状电绝缘体中。与其相反，术语导体段理解为用于传送高压功率的整体标称导体的元素或构件。由于导体段的可弯曲性随着增大其截面而减小，因此，目前输电线将在大多数其实施例中包括基本上在由输电线定义的相同纵向方向上运行的多个导体段，用于确保在对管状电绝缘体的外径的可弯曲比率的匝数(turn)中的所预期的柔性度。

在将至少一个电未绝缘导体段插入到管状电绝缘体中时，它也充当至少一个导体段的引导部件。在高压功率线的操作状态中，载体管也建立到位于其内腔内的至少一个导体段的可靠并且持久的电连接。

第一导电层确保自至少一个插入的电导体段出现的电场在高压输电线的操作状态中被平滑和均匀，而电绝缘层提供用于在制造管状电绝缘体后插入到管状电绝缘体的至少一个电未绝缘的导体段的充分电绝缘，以防备管状电绝缘体的外部或环境，例如，防备地电势。

第二导电层确保电绝缘层内的电场在高压输电线的操作状态中被进一步平滑和均匀。因此，第一和第二导电层实质上有助于在后者的操作状态中控制和分布高压输电线中的电场。与在绝缘层内并且在与第一导电层的径向接合处处的电场相比，由于径向接合处的更低曲度，在绝缘层内并且在与第二导电层的径向接合处处的电场更低。

通过将第一导电层和电绝缘层经由共挤压应用到载体管上，确保了在第一导电层与绝缘层之间中的第一径向接合处基本无任何空隙。虽然已知空隙对任何输电线的绝缘质量是特别有害的，但由于增强的部分放电要求和/或电阻，避免此类空隙对任何高压输电线是特别重要的。空间的避免在第一导电层与绝缘层之间存在最高场的径向接合处处是特别关键的。

另外，共挤压允许在两个相邻层之间，具体而言是在第一导电层与绝缘层之间，并且如果被要求，也在与绕载体管圆周延伸的第二导电层之间，彼此相对于每个纵向轴线在极佳粘合方面的特别密切的粘连。在层之间具有此种密切粘合防止了层在管状电绝缘体的弯曲期间的分层，并且因此也防止了空隙的形成。另外，共挤压过程确保在不同层之间，具体而言在第一导电层与绝缘层之间的敏感接口中不存在诸如尘粒的杂质。

在所述高压功率线的更低电压范围中，第一导电层和绝缘层被共挤压，而第二导电层能够在随后的过程中挤压，其因此包含如果与在第一导电层与绝缘之间的接口相比，场极小的接合处。

为与只采用第一导电层相比实现电场的甚至更佳和更均质屏蔽，极力推荐第二导电层在绝缘层上挤压。

为实现具有超过300 kV AC标称电压的高压应用的高压输电线的优良绝缘质量，可取的是经由三层挤压过程将第二导电层应用在电绝缘层上。该种类的过程确保第一导电层、绝缘层和第二导电层的大约同时挤压。

诸如在例如诸如US2011/041944A1中公开的在常规管状保护器中进行的一样，如具有例如超过300 kV AC标称电压的高压应用所要求的优良部分放电电阻质量难以经由第一导电层和第二导电层到载体管上的常规有序应用来实现，因为常规有序应用不可避免地暗示空隙形成和存在。在其中高压输电线的操作状态中本地电场是最高的第一导电层和绝缘的径向接合处处，抑制空隙的任何形成是特别重要的。

如果第一导电层和电绝缘层及在优选选择中也是第二导电层不但相互紧密物理连接，而且相互每个化学连接，则管状电绝缘体的特别有利的实施例是可实现的。例如，如从聚乙烯知道的一样，两个相邻层之间的化学连接可通过交联来实现。换而言之，管状电绝缘体具有包括聚合物的绝缘层，并且第一导电层和第二导电层中的至少一个也包括聚合物。所述后面的聚合物能够是与用于电绝缘层选择的聚合物类似或甚至相同的聚合物，例如，能够使用具有30 %-wt碳黑以实现低于500 ΩM的电阻率的相同聚合物。

能够使用交联低密度聚乙烯（XMPE或PEX）、合成橡胶（例如，乙丙橡胶(EPR)和三元乙丙橡胶(EPDM)）、硅酮、软化热塑(flexibilized thermoplastics)（例如，通过诸如矿物油等可塑剂柔化的等规聚丙烯(iPP)）及其它烯烃热塑弹体（例如，等规聚丙烯(iPP)和丙烯-乙烯共聚物(PEC)或诸如乙烯、丙烯、丁二烯或苯乙烯等各种单体单元的无规和嵌段共聚物的混合）的绝缘材料。

绝缘的厚度取决于在高压输电线的操作状态中输电线的电压额定和用于挤压绝缘层的选择的绝缘材料。具有300 kV标称ＡＣ电压的高电压应用的管状电绝缘体的示范实施例可具有相对于由管状电绝缘体的管状整体形状定义的中性几何纤维，在径向方向上测量的在20毫米到35毫米的范围中，具体而言在25到35毫米的范围中的绝缘层的壁厚度。这样，对于例如具有420 kV的标称电压的AC高压输电线，大约32毫米的管状电绝缘体的整体壁厚度是可实现的。如果管状电绝缘体将充当用于DC输电线的电绝缘体，则甚至小于25毫米的壁厚度是可实现的。如果传输线的示范实施例的标称电压额定仅为大约50 kV AC，则具有小于20毫米的绝缘层的壁厚度是可实现的。熟练读者将认识到，壁厚度取决于管状电绝缘体的质量。

内部和外部半导电层能够具有与含传导添加剂（例如，碳黑）的高填料含量的绝缘相同或类似的聚合物。在基于碳黑的半导电层的情况下，填料含量例如能够在15-35 wt.%的范围内。如果使用其它高纵横比传导填料（例如，碳纳米管、石墨烯），则此百分比能够显著的更低，即低到1 wt.%。半导电层的电导率例如能够在10^-7- 10^-1 S/cm的范围内。半导电层的典型厚度是在1-3毫米的范围中。

在一个实施例中，绝缘和半导电材料是如下的材料：

• Borealis LE4253（绝缘），一种在小于2.5 wt.%的浓度包含双（α,α-二甲基苄基）过氧化物的可交联均聚物。

• Borealis LE0550（半导电），一种可交联半导电化合物{在小于2.0 wt.%的浓度包含碳黑和[1,3（或1,4）-苯撑二(异丙基亚基)]二叔丁基过氧化物的弹体改性聚乙烯共聚物}。

如果被要求，绝缘也能够包含低量的其它添加剂，例如防焦剂（例如，2,4-二苯基-4-甲基-戊烯-1）和抗氧化剂[例如，3-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸和硫二甘醇的双脂]。

上述绝缘系统将允许在操作中的平均电场对于AC一般低于15 kV/mm，并且对于DC一般低于20 kV/mm。另一规化能够允许甚至高达30 kV/mm的更高电场。

由于管状电绝缘体将充当在高压输电线中的基本电绝缘，因此，在示范实施例中，载体管具有至少80毫米的内径用于接纳其截面必须能够承受根据高压输电线的规范的载流容量的至少一个电未绝缘导体段。术语“内径”也指管状电绝缘体的净内径或最大净内径。载体管的内径主要是定义导体的最小整体截面的预期标称电流额定的函数。在示范实施例中，绝缘层的壁厚度对于在5000 A的420 kV AC电流可能是27毫米，从而导致如140毫米的少量的载体管的可实现内径。

取决于要建立的输电线的应用和可弯曲性的要求，管状电绝缘体的载体管是波纹管，例如，如由规范代码ISO 10380定义的波纹管。

波纹金属管根据由滚压带形成并且在接缝处焊接的圆柱薄壁管制成（图3a）。管能够具有取决于在波纹中的空间的环形或螺旋轮廓，闭合或开阔的螺距，或者甚至在需要更大柔性时取决于omega形轮廓。

在另一实施例中，载体管是所谓的带绕金属软管或管。它通过螺旋卷绕预形成的连续金属带，以便边缘互锁以形成管而制成。

取决于其柔性，带绕管被区分成互锁或宽松卷绕（更柔性）和完全互锁（具有使其更紧密的附加沟槽）。互锁轮廓能够具有各种形状，其中最常见的形状是T形、U形、S形或Z形。为有利于在现场安装期间导体的更轻松拉动，也能够使用带金属的内衬或小轮廓截面的宽松绕管。在一个实施例中，能够使用由“Universal Metal Hose”公司供应的EXTRAFLEX方形锁定宽松绕镀锌钢柔性管。

最终，波纹管及带绕金属管均是柔性（可弯曲）金属管。能够使用由诸如钢（304、316、321级和蒙乃尔合金）、镀锌钢、黄铜、青铜、紫（红）铜及铝（包括任何其合金）的不同金属制成几种类型的柔性金属管，其中厚度在0.25到3.50毫米的范围中。

在被要求的情况下，诸如棉花、合成橡胶、丁腈橡胶(BUNa-N)、各种类型的纤维或甚至金属线的材料能够在互锁内引入以在带绕管的形成过程期间提供一定的紧密度（填充编织层(packed carcass)）。在管状电绝缘体的优选实施例中，存在传导填充材料。适合的填充材料例如是包含传导填料（例如，碳黑）的聚合物（例如，橡胶）或导电纤维（例如，碳纤维）。

为使管状电绝缘体适合在高压输电线中使用，管状电绝缘体的其电绝缘容量是这样的以致于它能够承受一般在AC中高达28 kV/mm和在DC中高达35 kV/mm的最大电场电平。

对于若干原因，附加的导电层能够布置在载体管与第一导电层之间。首先，由于与波纹或带绕管相比，因为材料被防止进入在载体管的两个相邻脊之间的空间，因此，它形成用于共挤压并且因此用于从挤压头的更持续材料流的更平滑表面。其次，它防止在载体管的两个相邻脊之间的空间部分或完全填充有形成第一导电层的材料。与在没有所述附加导电层的情况下的解决方案相比，使空间无此类材料提供用于管状电绝缘体的更小弯曲半径。在示范实施例中，通过使传导带绕载体管螺旋卷绕，建立附加的导电层。

附加的层必须导电，因为它必须在载体管与第一导电层之间的持久并且可靠的电连接。

如果管状电绝缘体也将具有关于湿度的优良绝缘属性，则选择具有这些预期属性的附加的导电层，使得它能够充当防潮屏障是有利的。

如果被要求，则相对于纵向轴线，在第二导电层外径向应用至少一个另外层。所述至少一个另外层可以是包括多个金属线的屏蔽，这些金属线可一个移位到另一个地布置，或相互交织以形成网状屏蔽结构。如果被要求，所述至少一个另外层可形成为防潮屏障、金属筛及诸如聚合物覆盖物的机械保护器。

取决于预期使用，具有不同属性的这些另外层的若干层可能应用在上面公开的管状电绝缘体上，以便授予管状电绝缘体和输电线,其具有附加的属性，比如例如，用于EMV屏蔽、侵蚀性保护、防磨蚀。作为说明性示例，另外层形成为保护性导电网，以便输送短路电流或耗散闪电冲击的能量。

总称“另外层”也包括例如用于保护在地下应用中的高压传输线的PE层。备选地或另外地，对于管状电绝缘体及与其一起形成的输电线的地下应用，可要求象金属丝网筛和/或PE片、另外半导电层及诸如此类的附加的另外层。这些层可能通过使用半导电胶带建立。

为保持在高压输电线的安装中的柔性，管状电绝缘体具有绕在横向延伸到纵向轴线（指上述中性光纤）的弯曲轴线，在管状电绝缘体的外径4到20倍的范围中的弯曲半径。一方面考虑运输方面和另一方面考虑诸如稳定性的其它实际方面，用于弯曲半径的指定范围表示优化用于本发明的目的的弯曲属性。可能弯曲半径对应于在未使用过大的力在那个半径卷绕，而无显著的变形、裂缝或其它缺陷的情况下，管状电绝缘能够弯曲到的半径。

在以D:d表述的电绝缘线的柔性的方面，其中，D是弯曲直径，并且d是绝缘线的外径，能够达到下至10的比率。

如果管状电绝缘体将也用作传送信号的载体，则它能还包括在相对于纵向轴线在第二导电层外径向提供的附加的传导线。技术上不太有利的，但实际上可能的是提供在载体管的相邻中低于第一导电层的附加的导体线。

如果出于某一原因而被要求，则也有可能在电绝缘体层与内壁表面之间提供附加的导体线。在示范实施例中，附加的导体线嵌在电绝缘体层与第一导电层之间。在另外实施例中，附加的导体线嵌在电绝缘体层与第二导电层之间。虽然与在其中附加导体线在导电外层外径向布置的实施例中相比，此类实施例可由于对相对于纵向轴线，在径向方向上从电未绝缘导体段产生的电场不太被屏蔽，而在目前被认为在技术上是不太有利的，但此种实施例可仍足以建立用于监测高压输电线和/或其元素的可靠通信线路。

具有附加的导体线的此类实施例的优点在于无需连同输电线敷设单独的信号线。取决于预期使用，附加的导体线能够是预期用于监测例如接合处的温度或者用于一次性允许通信及大容量功率传输的信号线或光纤。

用于制造更早公开的管状电绝缘体的最基本实施例的适合方法包括以下步骤：

a) 提供导电载体管；

b) 在由载体管的管状整体形状定义的纵向轴线的方向上，通过管嘴系统馈送载体管；

c) 将第一导电层和绝缘层共挤压到载体管上；以及

b) 应用第二导电层，使得绝缘层相对于纵向轴线在径向方向上布置在第一导电层与第二导电层之间，并且使得第一导电层电连接到载体管，其中第一导电层附到电绝缘层，并且其中电绝缘层附到第二导电层。

第一导电层和绝缘层要求提供两个挤压机，每层一个。除这两个挤压机和共挤压管嘴系统外，用于管状电绝缘体的完整生产线由用于处理金属载体管及加热和/或冷却区域并且应用第二导电层的附加系统组成。可将金属载体管预热（例如，在绝缘是XLPE的情况下到大约100°C）以一方面降低在随后的交联部分中必须转移的要求的热能，从而导致更短的交联部分和/或更高生产速率，并且另一方面，避免第一半导电层的熔融物质骤冷到载体管的外壳表面上。

一般作为颗粒材料供应的半导电和绝缘化合物均被馈送到对应挤压机中，以在其通过生产线的各种加热区域时逐渐熔化。随后，通过旋转挤压机螺杆来混合熔融的聚合物质并使其均质。由于温度必须足够高以便实现软的易可成形熔融物质，但由于随后在挤压头中形成前过氧化物交联过程将已经在挤压机中开始，温度不得太高，因此，精确的温度控制（例如，对于XLPE为大约130到135°C）是关键的。熔融的XLPE持续直接挤压到柔性可弯曲载体管上，或者到中间层（例如，通过绕载体管卷绕并因此形成用于充当防潮屏障的箔的传导带形成的另外半导电层）上。如果被要求,将诸如防潮屏障、附加的护套及诸如此类的任何其它内部/外部附加层考虑在内，则上面提及的生产线的描述甚至能够更复杂。

如果均质屏蔽将通过第二导电层实现，则推荐也经由挤压将第二导电层应用到绝缘层上。

通过例如三层挤压头的三层挤压管嘴系统，用于具有高于例如300 kV的几百千伏的标称电压的高电压应用的适合且经济的共挤压方式是可实现的。第一导电层、绝缘层和第二导电层在时间中大约同时生成，从而允许在三个上面提及的层之间中充分清洁和几乎无空隙的径向接合处。

在常规功率电缆的生产中，三种类型的安装对于其中应用持续硫化的生产线是常见的：悬链；垂直和水平线。完整的生产线长度能够占据超过100米。使垂直生产线也证明对用于制造根据本发明的管状电绝缘体的方法是有利的，因为由于无地心力作用于管状电绝缘体，使得管状电绝缘体的属性在管状电绝缘体的所有圆周内是极其相同的，因此，它确保了金属载体管的几何中心定位和绝缘层的精确原度。因此，在地心引力方向延伸的方向上，通过共挤压管嘴馈送载体管。

一个或多个挤压过程确保电绝缘层不但在由管状电绝缘装置的整体管状形状定义的纵向方向是无缝的，而且在圆周方向上是均质的，这对于在例如数年内的长时间期内作为输送电流的输电线的使用是决定性的。

共挤压过程是持续的，因此，不存在管状电绝缘体的生产段的理论长度限制。考虑到运输限制，为预期用于地下（陆地）输电线的线路设想了在700米的范围的段长度。对于输电线的海底安装，由于在安装点对盘绕管状电绝缘体以便运输的卷筒在直径方面的限制远远低于对在常规公路上货运的限制，因此，能够预期在千米范围的更高得多的长度。

例如如果要求诸如更佳防潮保护的某些预期的属性，则在步骤b)前能够应用附加的导电层到载体管。

经常在步骤c)中的挤压后将预期进行管状电绝缘体的固化。固化的步骤在挤压过程后立即进行，称为连续固化或连续硫化。对于后者，使用圆柱形电热炉提升温度（例如，对于XLPE，提升到大约200°C）。在所谓的干固化过程中使用压力下的惰气（氮），确保热的均质转移。用于加热区的典型长度粗略为15到50米。这些后面是至少相同长度的冷却部分，其中，绝缘以明确的慢速率冷却到环境温度。

在导体插入过程，多个导体段可例如通过带、金属线或诸如此类捆绑在一起，以便简化导体段到管状绝缘体中的插入。

测试显示，可轻松采用未绝缘导体段填充高达70%的管状电绝缘体的总体自由内部截面，其本质上有助于经济地建立高压输电线。

采用至少一个导体段超过至少10000 mm²的整体传导截面面积，允许例如分别具有5000安的电流的额定AC电流和420kV的标称电压的连续功率传输。在传导截面面积大于10000 mm²，具体而言大于20000 mm²时，本发明的优点是最相关的。甚至可为高达那个数值的两倍或甚至五倍的传导截面面积应用本发明。

一旦在管状电绝缘体的上面提及的制造后，至少一个电未绝缘导体段插入到管状电绝缘体中，优良的高压输电线便是可实现的。插入必须进行，使得至少一个导体段接触管状电绝缘体的内壁表面，使得载体管在与在高压功率线的操作状态中的至少一个导体段相同的电势上。

导体段可由铜、铝或包括这些元素任何一个元素的合金及任何其它适合的导电材料或材料复合物制成。

具体而言，为建立在A点与B点之间的长距离连接，优选具有其在可弯曲性的匝数中的柔性是相当高的高压输电线。高压输电线的实施例具有更佳或至少类似于常规高压功率电缆的可弯曲性的可弯曲性比率。此种实施例将例如适合用于替换现有高压输电电缆。

目前高压输电线可不但用于在点A与点B之间建立长距离连接，并因此形成相互平行提供的多个常规高压电缆的经济型有利备选方案，而且用于建立从气体绝缘变电站(gasinsulated substation)的第一部分到气体绝缘变电站的第二部分的较短距离连接，例如，用于电连接在高速公路的两侧上延伸的改进的变电站的两个部分，或者通过在现有建筑物中的不同洞室或不同地下室电连接两个部分。目前高压输电线因此形成也称为气体绝缘母线管道(GIB)的所谓气体绝缘线(GIL)的在经济上具吸引力的备选方案。

在示范使用中，目前高压输电线可用于替换GIL或GIB。气体绝缘线(GIL)或气体绝缘母线管道(GIB)通常用来连接气体绝缘开关设备和一般在地上布线并且跨几百米的架空线，从而引起大量并且加压的SF6绝缘气体混合物。用于更高电压的最常见电压电平是420kV AC和至少4000安培。六氟化硫(SF6)是极有力的温室气体，并且因此经受增多的规章和禁令。因此，越来越多的电网运营商需要备选绝缘解决方案，以便最小化加压SF6绝缘气体的体积。将GIL/GIB替换成常规挤压电缆对于大多数情况是不经济的，因为由于高电流额定，一个单GIL/GIB将需要采用相互平行安装的几条常规电缆来替换。

使用根据本申请的可弯曲并且因此柔性的高压输电线的优点在于此种电连接也能够在其中将存在可用于建立常规母线管道的不足空间的情况下建立，例如，在现有变电站或开关场(switchyard)的提供定额的情况下。

与气体绝缘母线管道相比，根据本申请的可弯曲并且因此柔性的高压输电线的另外优点在于不要求用于平衡热膨胀的补偿器组件。

此外，根据本申请中公开的所有实施例的高压输电线比常用气体绝缘母线管道更有利，因为它无SF6，它是安装更容易（由于定向和位置容限更宽容）的方式，它是安装和维护更快（不要求气体排放和气体监测）的方式。与常用气体绝缘母线管道相比，所有此优点允许降低用于与根据本申请的高压输电线建立短距离连接的总成本。

根据本发明的高压输电线能够被授予附加的功能性，因为它还包括用于传送信号的辅助导体，其中，辅助导体也被插入到管状电绝缘体中。由于填充因数远远小于100%，但留有一定的空间用于可选地包含绝缘管内的附加的功能性。作为辅助导体的示范实施例的光纤能够与未绝缘导体段并排敷设。那个辅助导体可用于监测沿轴向方向的温度以便检测部分放电或者用于观察输电线的含水量的任何变化。电绝缘体管适合用于掩蔽例如由强化玻璃光纤制成的辅助线路/导体的用于通信目的的附加线路。备选地，辅助导体可以是基于铜的导体。在任何情况下，辅助导体可受到保护免于损坏，和/或通过其自己的绝缘而受到电保护，或者免于过度的电场,如果被要求的话。

根据所有实施列的高压输电线能够在高或适中压电平操作的AC或DC能量传输系统中使用。全功能系统包括以下基本组件：

a) 至少两个管状电绝缘体段；

b) 至少一个功率终端。

接合处能够在陆地安装的情况下是预制接合处，并且在海底安装的情况下是柔性或所谓的工厂接合处。在示范实施例中，功率终端能够是用来与相邻架空线连接的套管(bushing)和到诸如GIS的气体绝缘模块的连接。接合处和终端可通过按比例加大已知电缆接合处或无油电缆终端而实现。

上述高压输电线能够用于传输具有高于1 kV，具体而言高于50kV的AC或DC电压。对于至少320kV的系统的标称电压，与已知功率电缆解决方案相比经济上特别有利的解决方案是可实现的。

附图说明

描述参照了在以下示意示出的附图，其中

图1是根据第一实施例，包括管状电绝缘体的高压功率线，其中，在制造管状电绝缘体后插入多个电未绝缘导体段；

图2是特写，其包括以具有未填充轮廓的互锁带绕管形式的载体管的第一实施例的断面(sectional breakout)；

图3是形成以具有填充轮廓的互锁带绕管形式的载体的第一实施例的变化的第二实施例的详细特写；

图4是以波纹管形式的载体管的第三实施例；

图5是特写，其包括高压功率线的第一制造方法的断面；

图6是特写，其包括高压功率线的第二制造方法的断面；

图7是部分断开视图中的高压功率线的另外的实施例；以及

图8是通过根据图7的高压功率线的另外实施例的壁的剖面视图。

在图中，相同部分、电流和电压给定相同的参考字符。

具体实施方式

图1中示出的高压输电线14包括管状电绝缘体1和包括用于传输高压功率负载的7个电未绝缘导体元素2的标称导体的第一实施例。图1中示出的输电线14的元素的显示不在单个截面中，而是相对于纵向轴线3以交错方式示出，纵向轴线在本公开中进一步也称为中性光纤，并且其由管状电绝缘体1的管状整体外形定义而与其弯曲半径无关。截面的交错显示允许更好地理解高压输电线14的设定。

管状电绝缘体1包括以在其横向到纵向轴线3的可弯曲性的匝数中是柔性的载体管4，其中，弯曲半径是管状电绝缘体1的外径12的大约20倍。

一组三个连续层组在载体管4上共挤压。所述层组包括由第一导电层5、电绝缘层6和第二导电层7覆盖的导电载体管4。第一导电层5、绝缘层6和导电层7具有三层挤压共挤压到载体管4，使得绝缘层6在相对于纵向轴线3，在径向方向上布置在第一导电层5与第二导电层7之间。第一导电层5在相对于轴线3，在径向方向上与载体管4电接触。

作为选择且因此以虚线显示，用于传送信号的辅助导体30与电未绝缘导体元素2一起插入到管状电绝缘体1中。

图2是特写，其包括在图2的左部中显示的部分纵向截面中查看时以具有未填充轮廓，由不锈钢制成的互锁环绕管4形式的载体管的第一实施例的断面。由于图2中示出的载体管的上部和下部此处不是正好一半，因此，图2中已绘制纵向切线。为简明起见，所述切线也标记有参考数字3。

读者要注意在部分15中示出的载体管4的第一实施例的壁的截面，以便认识到与图3中示出的设计变化相比的其独特设定,如下文所解释的。

图3是载体管40的第二实施例的详细特写，其形成在与上面相对于图2示出和解释的相同部分15中以具有填充轮廓的互锁带绕管形式的载体管4的第一实施例的变化。不锈钢载体管40的填充16通过橡胶（图3中以黑色显示）实现。所述填充6包括碳黑作为导电填料。

载体管的第三实施例在图4中显示。载体管400是由不锈钢制成的波纹管。

图5示出三层挤压头13的特写和在垂直生产线中在其制造过程期间管状电绝缘体4的第一实施例，其中，挤压流在与地心引力的方向相同的方向，即在与象载体管4的馈送方向21相同的轴线3的方向上延伸。在轴线3的左侧，管状电绝缘体1及三层挤压头13的所有元素在截面中示出，而相同元素在轴线3右侧的平面视图中示出。三层挤压过程用于实现在层5、6、7之间在杂质和空隙方面要求的优良的接合处质量，如为建立适合用于输送超过300kV的标称电压的可靠高压输电线所要求的一样。

三层挤压头13包括分别专用于挤压第一导电层5、第二电绝缘层6和第二导电层7的第一管嘴17、第二管嘴18和第三管嘴19。用于分布形成第一导电层5、电绝缘层6和第二导电层7的第一熔融物质22、第二熔融物质23和第三熔融物质24的馈送方向由箭头指示。

在制造方法的此实施例中，在一定程度上允许第一导电层5进入在载体管4的两个相邻线圈之间的螺旋缝隙20。

图6示出三层挤压头13的特写和管状电绝缘体10在其制造过程期间的第二实施例。第二制造过程类似于参照图5示出和描述的过程。因此，将只描述与参照图5示出和描述的制造方法的差异。整体或功能相同的元素在图6中被给定如与图5中相同的参考数字。

图6中示出的制造方法包括在将附加的导电层8插入到三层挤压头13中前将其应用到载体管4上的附加步骤。通过在卷绕方向上卷绕，使得带子的两个相邻边缘重叠，执行形成所述附加的半导电层的导电带到载体管4的外表面上的应用。

不同于管状电绝缘体1，管状电绝缘体10的缝隙20未由第一导电层5的材料穿透，因为附加的导电层8形成熔融物质22的流的屏障。保持两个相邻线圈之间的螺旋缝隙20无形成第一导电层5的任何熔融物质22授予管状电绝缘体10与上面解释的管状电绝缘体1相比更佳的弯曲属性。

请注意，使用波纹管400而不是载体管4或载体管40也是可能的。

图7与图8一起示出在部分断开视图中高压输电线100的另外实施例。同样地，载体管4接纳通过如上解释的共挤压应用的一组连续层5、6、7。高压输电线100的此实施例包括以金属线屏蔽9形式的另外层9，其包括绕轴线3螺旋延伸的多个铜金属线及形成套层(jacket layer)从而使高压输电线适合用于其中高压输电线埋在土中的地下使用的聚乙烯层。

作为选择且因此以虚线显示，相对于纵向轴线在第二导电层7外径向提供了用于传送信号的附加的导体线29。这些另外层9在相互连续的三层挤压过程后应用。

标号列表

1，10，100 管状电绝缘体

2. 电导体段

3. 纵向轴线

4，40，400 . 载体管

5. 第一导电层

6. 电绝缘层

7. 第二导电层

8. 附加的导电层

9. 另外层（用于例如套、金属护套、套层、金属丝屏蔽的总称）

11. PE层

12. 管状电绝缘体的外径

13. 挤压管嘴系统/共挤压头/三层挤压头

14. 高压输电线

15. 载体管的部分

16. 填充

17. 第一管嘴

18. 第二管嘴

19. 第三管嘴

20. 缝隙

21. 馈送方向

22. 第一熔融物质

23. 第二熔融物质

24. 第三熔融物质

26. 带子8的卷绕方向

27. PE层

28. 金属线屏蔽

29. 附加的导体线

30. 辅助导体线

Claims

1.一种管状电绝缘体（1，10，100） , 所述管状电绝缘体（1，10，100）用于接纳电未绝缘电导体(2)，使得形成高压输电线，其特征在于所述管状电绝缘体（1，10，100）沿由其管状整体形状定义的纵向轴线(3)是柔性的和可弯曲的，以及

它包括由第一导电层(5)、电绝缘层(6)和第二导电层(7)覆盖的导电载体管(4)，

a) 其中所述第一导电层(5)和所述绝缘层(6)共挤压到所述载体管（4，40，400）上并且其中所述载体管(4,40,400)被设计用于永久暴露于AC或DC电流；以及

b) 其中在所述绝缘层(6)外径向应用所述第二导电层(7)，使得所述绝缘层(6)相对于所述纵向轴线(3)在径向方向上布置在所述第一导电层(5)与所述第二导电层(7)之间，并且使得所述第一导电层(5)电连接到所述载体管(4)，其中所述第一导电层附到所述电绝缘层，并且其中所述电绝缘层附到所述第二导电层,以及

c）其中附加的导电层(8)布置在所述载体管(4)与所述第一导电层(5)之间。

2.如权利要求1所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述第二导电层(7)在所述绝缘层(6)上被挤压。

3.如权利要求2所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述第一导电层(5)、所述绝缘层(6)和所述第二导电层(7)经由三层挤压而共挤压到所述载体管（4，40，400）。

4.如权利要求1到3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述绝缘层(6)包括聚合物，并且所述第一导电层(5)和所述第二导电层(7)中的至少一个也包括聚合物。

5.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述第一导电层(5)和所述第二导电层(7)中的至少一个包括半导电材料。

6.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体，其特征在于所述载体管(400)是波纹管。

7.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述载体管(4,40)是带绕管。

8.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述载体管(4,40)是互锁绕管(4)。

9.如权利要求7所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述带绕管被填充，使得所述载体管(4)的内部相对于所述纵向轴线(3)在所述径向方向上与外部隔离。

10.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于所述管状电绝缘体的电绝缘容量使得它能够承受在AC中高达25 kV/mm和在DC中高达35 kV/mm的平均电场电平。

11.如权利要求1所述的管状电绝缘体(10)，其特征在于形成所述附加的导电层(8)，使得它能够充当防潮屏障。

12.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体(100)，其特征在于相对于所述纵向轴线(3)在所述第二导电层外径向应用至少一个另外层（9，11）。

13.如权利要求12所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于形成所述至少一个另外层（9，11），使得它能够充当防潮屏障。

14.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于它具有绕横向延伸到所述纵向轴线(3)的弯曲轴线的在所述管状电绝缘体的所述外径(12)的4到20倍的范围中的弯曲半径。

15.如权利要求1-3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于相对于所述纵向轴线(3)在所述第二导电层(7)外径向提供附加的导体线(29)。

16.如权利要求1到3中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100），其特征在于相对于所述纵向轴线(3)在所述第一导电层(7)与所述载体管（4，40，400）之间径向提供附加的导体线(29)。

17.一种用于制造要在高压输电线中使用的管状电绝缘体（1，10，100）的方法，包括以下步骤

a) 提供导电载体管（4，40，400）,其被设计用于永久暴露于AC或DC电流；

b) 将附加的导电层（8）应用到所述载体管（4，40，400）上；

c)在由所述载体管（4，40，400）的管状整体形状定义的纵向轴线(3)的方向上，通过挤压管嘴系统(13)馈送所述载体管（4，40，400）；

d）将第一导电层(5)和绝缘层(6)共挤压到所述载体管（4，40，400）上；

e) 应用第二导电层(7)，使得所述绝缘层(6)相对于所述纵向轴线(3)在径向方向上布置在所述第一导电层(5)与所述第二导电层(7)之间，

并且使得所述第一导电层(5)电连接到所述载体管（4，40，400），其中所述第一导电层附到所述电绝缘层，并且其中所述电绝缘层附到所述第二导电层。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于通过将所述第二导电层(7)挤压到所述绝缘层(6)上来执行步骤(d)。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于通过将所述第一导电层(5)、所述绝缘层(6)和所述第二导电层(7)经由三层挤压而共挤压到所述载体管（4，40，400）上来执行步骤d)和e)。

20.如权利要求17到19中的任一项所述的方法，其特征在于在地心引力方向延伸的方向上，通过所述挤压管嘴系统(13)馈送所述载体管（4，40，400）。

21.如权利要求17到19中的任一项所述的方法，其特征在于所述管状电绝缘体是如权利要求1到16中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100）。

22.如权利要求17到19中的任一项所述的方法，其特征在于在步骤c)中的挤压后，固化所述管状电绝缘体（1，10，100）。

23.一种高压输电线(14)，包括如权利要求1到16中的任一项所述的管状电绝缘体（1，10，100）和至少一个电未绝缘导体段(2)，所述至少一个电未绝缘导体段(2)在所述管状电绝缘体（1，10，100）制造后插入到所述管状电绝缘体（1，10，100）中，使得所述至少一个导体段(2)接触所述管状电绝缘体（1，10，100）的内壁表面，使得所述载体管（4，40，400）在高压功率线(14)的操作状态中处于与所述至少一个导体段(2)相同的电势上,其中所述载体管(4,40,400)被设计用于永久暴露于AC或DC电流。

24.如权利要求23所述的高压输电线(14)，其特征在于其可弯曲性比率使得它能够用作高压输电电缆。

25.如权利要求23所述的高压输电线(14)，其特征在于它具有绕横向延伸到所述纵向轴线(3)的弯曲轴线的在所述管状电绝缘体的外径(12)的4到20倍的范围中的弯曲半径。

26.如权利要求23所述的高压输电线(14)，其特征在于

如权利要求1到16中的任一项所述的至少两个管状电绝缘体（1，10，100），其中至少一个电未绝缘导体段(2)被插入，使得所述至少一个导体段(2)接触所述管状电绝缘体（1，10，100）的内壁表面，使得所述载体管（4，40，400）在所述高压功率线(14)的操作状态中处于与所述至少一个电未绝缘导体段(2)每个相同的电势上，以及

用于连接所述至少一个电未绝缘导体段(2)以及用于相对于所述纵向轴线在径向方向上在两个相邻管状电绝缘体（1，10，100）的末端处使接合处连接电绝缘的所述接合处，

以及用于连接所述高压输电线(14)的至少一个功率终端。

27.如权利要求23所述的高压输电线(14)，其特征在于用于传送信号的辅助导体(30)，其中所述辅助导体(30)也被插入到所述管状电绝缘体（1；10；100）中。

28.一种如权利要求23到27中的任一项所述的高压输电线(14)的用途，其用于传送具有高于1kV的AC或DC电流。

29.如权利要求28所述的高压输电线(14)的用途，其用于传送具有高于50kV的AC或DC电流。