CN112041945A - 带有末屏组件的套管 - Google Patents

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CN112041945A CN201980016620.5A CN201980016620A CN112041945A CN 112041945 A CN112041945 A CN 112041945A CN 201980016620 A CN201980016620 A CN 201980016620A CN 112041945 A CN112041945 A CN 112041945A
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Abstract

一种套管，包括：套管，包括：套管主体，包含在所述套管主体中的电极，安装至所述套管主体的法兰主体(5)，末屏组件(7)，包括：从所述法兰主体(5)延伸的中空导电的套筒部(7f)，连接到所述电极并从所述电极延伸到所述套筒部(7d)中的导体(7b)，连接到所述导体(7b)的引脚(7c)，在所述套筒部(7d)中围绕所述导体(7b)设置的绝缘体(7h)，以及被配置为与所述套筒部(7d)组装在一起的导电的盖(7a)，所述盖(7a)具有帽部(7e)和中空的圆柱形的延伸部(7f)，其中，所述帽部(7e)被配置为容纳所述引脚(7c)的端部，其中，所述延伸部(7f)从所述帽部(7e)轴向延伸，并被配置为由所述套筒部(7d)容纳，并且其中，所述延伸部(7f)被配置为当所述盖(7a)与所述套筒部(7d)组装在一起时围绕所述套筒部(7d)中的所述绝缘体(7h)。

Description

带有末屏组件的套管
技术领域
本公开总体上涉及套管。
背景技术
套管可以用来引导高压导体穿过具有与高压导体不同的电势的介质。处于高压导体和介质之间的界面处的高压电气设备的尺寸由此可以小于原本可能的尺寸。
为了获得沿套管主体分布更均匀的电场，套管可以包括电容性电场分级装置，通常称为电容芯子。这种装置包括彼此电绝缘并且沿着套管主体纵向延伸的多个导电层。
套管还可以包括套管法兰，当套管安装时，所述法兰通常接地。借助于套管法兰，套管可以安装到例如变压器箱或电抗器箱上。
套管还可以设置有末屏以使得能够测试套管。通过套管的中心导体和电容芯子的最外导电层之间的电容(通常称为“C1”)的电流、或通过接地的套管法兰和最外导电层之间的电容(通常称为“C2”)的电流，例如可以使用末屏测量。例如，在交付套管之前，通常接地的最外导电层可以出于测试目的被设置一个电势，经由末屏可以测量通过电容C1的电流。因此套管特性(例如电容)可以在交付前被验证。末屏还可以被用作给例如继电器和控制设备提供电压的电压源。
末屏通常包括连接到电容芯子的最外层导电层的导体，以及在正常操作期间连接到末屏主体的盖。盖与接地的套管法兰处于同电势。
套管末屏的实施例在CN105469934和WO2015180001中公开。
发明内容
已经发现在瞬变期间，特别是在非常快速的瞬变情况下，很高的电流可以穿过末屏。电流穿过末屏并经由套管法兰流到地面。阻抗随频率增加，即在非常快速的瞬变期间会导致增大的电压。这会在套管中产生电弧，从而导致断电并损坏套管和其他电气设备。
鉴于以上内容，本公开的目的是提供一种套管，其解决或至少减轻了目前工艺水平的存在问题。
因此提供了一种套管，其包括：套管主体，包含在所述套管主体中的电极，安装至所述套管主体的法兰主体，末屏组件，包括：从所述法兰主体延伸的中空导电的套筒部，连接到所述电极并从所述电极延伸到所述套筒部中的导体，连接到所述导体的引脚，在所述套筒部中围绕所述导体设置的绝缘体，以及被配置为与所述套筒部组装在一起的导电的盖，所述盖具有帽部和中空的圆柱形的延伸部，其中，所述帽部被配置为容纳所述引脚的端部，其中，所述延伸部从所述帽部轴向延伸，并被配置为由所述套筒部容纳，并且其中所述延伸部被配置为当所述盖与所述套筒部组装在一起时围绕所述套筒部中的所述绝缘体。
在低频下，电阻是电流路径的主要参数，因此电流在这些情况下沿着最短路径流动。在高频下，电感将占主导地位，因此电流选择具有最低电感的路径。具有最低电感的路径最接近经由导体和引脚从电极流过的电流。由于在套筒部中围绕绝缘体的导电延伸部填充了绝缘体与法兰主体/套筒部之间的空间，返回电流实际上将尽可能接近于流过导体和引脚的电流，因此，瞬变期间的电感将降至最小，从而降低了套管中电弧的风险。
优选地，上述法兰本体在套管的正常操作期间接地。套筒部与该法兰主体电接触。因此，该套筒部在套管的操作期间也接地。
末屏组件的尺寸可以根据IEEE C57.19.01分类为A型电压末屏。
根据一个实施例，在套筒部中，绝缘体布置在与套筒部的内表面相距一径向距离，由此在其之间形成腔室，其中，延伸部被配置为在该腔室内部从该腔室的盖端且沿着该腔室的长度的至少一半延伸，例如沿着该腔室的长度的至少三分之二，例如沿着该腔室的长度的至少四分之三。
腔室的盖端是腔室的开口端，其被配置为容纳所述盖的帽部。
根据一个实施例，延伸部具有在轴向上沿着套筒部内表面的轮廓的外表面，并且其中，延伸部具有在轴向上沿着绝缘体外表面的轮廓的内表面。
根据一个实施例，延伸部填充腔室的大部分。
根据一个实施例，延伸部的外表面布置在沿延伸部的大部分轴向延伸距套筒部的内表面一距离处。
根据一个实施例，延伸部的外表面被配置为在多个位置与套筒部的内表面机械接触，从而在套筒部和延伸部之间形成多触点连接。
与仅具有几个触点的解决方案相比，通过设置多触点连接，例如至少10个触点，例如至少20个触点，可以进一步减小电感。
例如，套筒部的内表面可具有多个沿圆周延伸的凹槽，借以在凹槽之间形成肋，因此在套筒部的轴向方向上形成波状结构，所述肋被配置为与延伸部的外表面机械接触。可替代地，延伸部的外表面可以设置有沿圆周延伸的凹槽，借以在凹槽之间形成肋，所述肋被配置为与套筒部的内表面机械接触。
根据一个实施例，沿延伸部的整个轴向延伸，外表面布置在距套筒部的内表面一距离处。
根据一个实施例，引脚被配置为与帽部机械接触。
根据一个实施例，引脚和帽部之间的机械接触是在径向方向上。
根据一个实施例，引脚和帽部之间的机械接触是在轴向方向上。
根据一个实施例，帽部具有被配置为容纳引脚的引脚开口，其中，引脚开口具有内表面，当帽部容纳引脚时，所述引脚开口的内表面在轴向方向上基本平行于引脚的外表面。
根据一个实施例，盖包括插入组件，并且帽部具有插入组件开口，所述插入组件开口被配置为容纳所述插入组件，其中所述插入组件包括具有柱塞开口的柱塞，所述柱塞开口被配置为容纳引脚的端部，其中所述柱塞被配置为与所述引脚的端部机械接触，并且其中所述插入组件包括弹性构件，所述弹性构件被配置为使所述柱塞在所述插入组件开口中轴向地朝向所述插入组件开口的底表面偏置，以在所述柱塞和所述帽部之间提供机械接触。
这降低了对引脚和被配置为容纳引脚的插入组件开口的公差要求，同时在非常快速的瞬变期间由于柱塞和柱塞开口内表面的接近而仍然减小了电感。
根据一个实施例，弹性构件布置在柱塞开口中，并且被配置为抵靠引脚的端面。
根据一个实施例，柱塞开口的内表面设置有至少一个径向弹性接触元件，该径向弹性接触元件被配置为在柱塞和引脚之间提供机械接触。
根据一个实施例，所述盖设置有第一螺纹，并且所述套筒部的内表面设置有第二螺纹，所述第二螺纹被配置为与所述第一螺纹配合，从而将所述盖与所述套筒部连接。
根据本公开的第二方面，提供了一种电磁感应装置，其包括根据第一方面的套管。
电磁感应装置可以是高压电磁感应装置。
电磁感应装置比如可以是变压器，例如电力变压器，或电抗器。
通常，除非本文另外明确定义，否则将根据其在技术领域中的普通含义来解释权利要求中使用的所有术语。除非另有明确说明，否则对“一个/元件、设备、组件、装置等的所有引用将被开放地解释为指代该元件、设备、组件、装置等的至少一个实例”。
附图说明
通过示例的方式，现在将参考附图来描述本发明构思的具体实施例，其中：
图1示意性地示出了套管示例的侧视图；
图2以纵向剖视图示出了图1中的套管的一部分；
图3a示意性地描述了末屏组件示例的一部分；
图3b示出了在非常高的瞬变期间流过图3a中的末屏组件的电流；
图4a示意性地示出了末屏组件的另一示例的截面；以及
图4b示出了在非常高的瞬变期间流过图4a中的末屏组件的电流。
具体实施方式
现在，在下文中将参考附图更充分地描述本发明构思，在附图中示出了示例性实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为局限于这里阐述的实施例；准确地说，通过示例的方式提供这些实施例使得本公开是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中，相同的数字表示相同的元素。
图1示出了套管1的示例。特别地，示例性套管3是电容芯子类型的套管。套管1具有套管主体3和法兰主体5。在套管主体3的周围设置有法兰主体5。在法兰主体5上设置有末屏组件7。
法兰主体5被配置为能够将套管1固定/安装到诸如墙壁的对象上。
套管1还可以包括纵向延伸穿过套管主体3的中心导体9。中心导体9可以从套管主体3的一端延伸到套管主体3的相对端。
套管1可以是例如高压套管或中压套管。套管1可以是高压直流(HVDC)套管。
参考图2，示出了图1中套管1的一部分，其内部的某些部件被暴露。特别地，套管1包括设置在中心导体9周围的电容芯子11。电容器芯11布置在套管主体3内部。
电容芯子11包括围绕中心导体9同心设置的多个导电层11a、11b。导电层11a、11b彼此电绝缘。最外导电层11a形成电极并且被配置为接地。在最外导电层11a和形成另一个电极的中心导体9之间存在电容C1。
末屏组件7具有与法兰主体5电连接的盖7a。当已经安装套管1时，法兰主体5接地。因此，当已经安装套管1时，盖7a在正常操作中也接地。在最外导电层11a和盖7a/法兰主体5之间存在电容C2。法兰主体5通常可以通过将套管1附接到例如变压器或电抗器的电磁感应装置的螺钉/螺栓连接来形成其接地连接。
末屏组件7具有连接到最外导电层11a的导体7b和连接到导体7b的引脚7c。盖7a是可移除的，当移除盖7a时，使得能够测量流过导体7b和引脚7c的电流。
要注意的是，套管不必是电容芯子套管。套管也可以是包含以围绕中心导体呈屏蔽形式的电极的气体绝缘套管。在这种情况下，屏蔽层和中心导体之间形成电容C1。当所述盖与末屏组件的其余部分组装在一起时，屏蔽层通常会接地到法兰主体。当所述盖被移除时，屏蔽层将与法兰主体绝缘，使得能够进行测量。
图3a示出了末屏组件的示例。末屏组件7具有从法兰主体5延伸的中空导电套筒部7d。套筒部7d可以是例如环形的。末屏组件7还包括导体7b和引脚7c。导体7b连接到图2中所示的电容芯子11的最外导电层11a。引脚7c连接到导体7b的一端。
末屏组件7还包括盖7a。如图3a中所示，盖7a被配置为附接到套筒部7d。盖7a是导电的。
盖7a包括帽部7e和从帽部7e延伸的延伸部7f或突起。套筒部7d被配置为容纳延伸部7f。当盖7a安装到套筒部7d上时，延伸部7f延伸到中空套筒部7d中。
延伸部7f是中空的。延伸部7f可优选地沿圆周闭合。延伸部7f优选相对于盖7a的中心轴旋转对称。
延伸部7f具有与套筒部7d的截面形状类似的截面形状。因此，在套筒部7d形成圆柱形的内部空间的本实施例中，延伸部7f也是圆柱形的。延伸部7f可以被设计为其外表面遵循套筒部7d的内表面。
帽部7e具有被配置为容纳引脚7c的引脚开口7g。因此，引脚开口7g设置在帽部7e的内表面上。引脚开口7g可以布置在帽部7e的中心。引脚7c或引脚7c的端部与帽部7e机械接触。引脚开口7g可以被配置为以紧密配合的方式容纳引脚7c。引脚7c与引脚开口7g的内表面接触。所述接触可以是径向的和/或轴向的。可以在引脚开口7g的内表面和引脚7c之间设置诸如弹性构件的装置以提供所述接触，或者引脚7c可以与引脚开口7g的内表面直接接触。替代地或附加地，引脚7c在轴向方向上可以是弹性的。所述弹性构件可以在例如引脚与引脚开口的内表面之间提供多个机械接触。
末屏组件7包括绝缘体7h。在套筒部7d中，导体7b的周围设置有绝缘体7h。绝缘体7h在导体7b周围提供电绝缘。绝缘体7h的外表面和套筒部7d的内表面之间在径向上存在距离或间隙。在这两个部件之间，沿套筒部7d的长度形成的空间限定了腔室8。根据示例，腔室8在轴向方向上由内部法兰13界定。
优选地，延伸部7f沿着腔室8的整个长度或大致整个长度延伸到套筒部7d中。因此，在轴向方向上，空间被延伸部7f填充。优选地，在径向方向上，所述空间也被延伸部7f填充。
盖7a可以机械连接到套筒部7d。机械接触可以例如借助于螺纹结构。延伸部7f可以具有例如设置在其外表面上的第一螺纹，且套筒部7d可以具有位于其内表面上的第二螺纹。第一螺纹和第二螺纹可以被配置为彼此协作。由于盖7a与套筒部7d机械接触，因此当已经安装了套管1并且盖7a被安装到套筒部7d时，盖7a也接地。延伸部7f具有与盖7a的其余部分相同的电势，因此延伸部7f也接地。由此，借助延伸部7f，地线被放置得更靠近导体7b。
图3b示出了末屏组件7如何在非常快速的瞬变期间处理电容性电流。在该示例中，延伸部7f的外表面在与套筒部7d和内法兰13相距一距离处布置。电流i从电容芯子11(特别是经由最外导电层11a)，流过导体7b并流入引脚7c。法兰主体5和从法兰主体5延伸的套筒部7d都接地，盖7a也接地。
电流i流过引脚7c并进入盖部7e。电流i继续沿向后的方向流动，即与电流在导体7b中沿引脚开口7g的内表面流动的方向相反。电流i随后将径向地向外流动到延伸部7f，在所述延伸部7f中，电流i将沿着延伸部7f的长度沿延伸部7f的内表面以远离盖7a的方向随着绝缘体7h流动。然后，电流i将沿着延伸部7f的外表面流向盖7a，进入被引导的区域，最后沿着套筒部7d的内表面流向法兰主体5，并接地。
图4a描绘了末屏组件的另一示例。末屏组件7’类似于末屏组件7。但是盖7’a具有不同的结构。盖7’a包括帽部7’e和延伸部7f。延伸部7f与盖7a的延伸部7f相同。以下将更详细的说明其差异。
盖7’a具有插入组件开口7i。特别地，帽部7’e设置有插入组件开口7i。盖7’a还包括插入组件7j。插入组件7j包括柱塞7k和弹性构件7l。插入组件开口7i被配置为容纳插入组件7j。柱塞7k设置有被配置为容纳引脚7c的柱塞开口7m。柱塞开口7m还被配置为容纳弹性构件7l。弹性构件7l布置在引脚7c的端面与柱塞开口7m的底部之间。当引脚7c布置在柱塞开口7m的内部时，引脚7c被压靠在弹性构件7l上。这导致弹性构件7l被压缩。弹性构件7l由此将柱塞7k轴向地朝向插入组件开口7i的底表面偏置，即远离引脚7c的端面。因此，柱塞7k被设置成与帽部7’e机械接触。
柱塞开口7m的内表面可以设置有一个或多个径向弹性接触元件7n，其被配置为在柱塞7k与引脚7c之间提供机械接触。该(一个或多个)径向弹性接触元件可以在例如引脚与柱塞开口的内表面之间提供多个机械接触。
以这种方式，引脚7c被设置成与帽部7’e机械和电接触。由于柱塞7k及其偏置，公差不必如图3a和3b中所示的示例中那样严格以获得在引脚7c和盖7’a之间的机械接触。
作为柱塞的替代，可以使用弹簧垫圈以在引脚7c和盖7’a之间提供轴向接触。
图4b示出了末屏组件7’如何在非常快速的瞬变期间处理电容性电流。电流i从电容芯子11(特别是经由最外导电层11a)，流过导体7b并流入引脚7c。法兰主体5和从法兰主体5延伸的套筒部7d都接地。
电流i流过引脚7c并流入柱塞7k。然后，电流i经由柱塞7k与插入组件开口7i的底表面的机械接触，从柱塞7k流到盖7’a。从这里开始，电流i将以类似于图3b的方式流动。
上面参考一些示例主要描述了本发明构思。然而，如本领域技术人员容易理解的，在由所附权利要求限定的本发明构思的范围内，除了以上公开的实施例以外的其他实施例同样是可能的。

Claims (13)

1.一种套管(1)，包括：
套管主体(3)，
包含在所述套管主体(3)中的电极，
安装至所述套管主体(3)的法兰主体(5)，其中，所述法兰主体(5)在所述套管(1)的正常工作期间接地，
末屏组件(7；7’)，包括：
从所述法兰主体(5)延伸的中空导电的套筒部(7f)，
连接到所述电极并从所述电极延伸到所述套筒部(7d)中的导体(7b)，
连接到所述导体(7b)的引脚(7c)，
在所述套筒部(7d)中围绕所述导体(7b)设置的绝缘体(7h)，以及
被配置为与所述套筒部(7d)组装在一起的导电的盖(7a；7’a)，所述盖(7a；7’a)具有帽部(7e；7’e)和中空的圆柱形的延伸部(7f)，
其中，所述帽部(7e；7’e)被配置为容纳所述引脚(7c)的端部，
其中，所述延伸部(7f)从所述帽部(7e；7’e)轴向延伸，并被配置为由所述套筒部(7d)容纳，并且其中，所述延伸部(7f)被配置为当所述盖(7a；7’a)与所述套筒部(7d)组装在一起时围绕所述套筒部(7d)中的所述绝缘体(7h)，
其中，在所述套筒部(7d)中，所述绝缘体(7h)布置在距所述套筒部(7d)的内表面一径向距离处，从而在其间形成腔室(8)，其中所述延伸部(7f)被配置为在所述腔室(8)内从所述腔室(8)的盖端延伸，并沿着所述腔室(8)的长度的至少一半、或沿着所述腔室(8)的长度的至少三分之二、或沿着所述腔室(8)的长度的至少四分之三延伸，并且
其中，所述延伸部(7f)的外表面布置在沿所述延伸部(7f)的大部分轴向延伸距所述套筒部(7d)的内表面的一距离处。
2.如权利要求1所述的套管(1)，其中，所述延伸部(7f)具有在轴向上遵循所述套筒部(7d)的所述内表面的轮廓的外表面，并且其中，所述延伸部(7f)具有在轴向上遵循所述绝缘体(7h)的外表面的轮廓的内表面。
3.如权利要求1或2所述的套管(1)，其中，所述延伸部(7f)填充所述腔室(8)的大部分。
4.如前述权利要求中任一项所述的套管(1)，其中，所述延伸部(7f)的外表面被配置为在多个位置机械接触所述套筒部(7d)的所述内表面，从而形成所述套筒部(7d)和所述延伸部(7f)之间的多触点连接。
5.如权利要求1至3中任一项所述的套管(1)，其中，所述延伸部(7f)的外表面布置在沿所述延伸部(7f)的整个轴向延伸距所述套筒部(7d)的所述内表面一距离处。
6.如前述权利要求中任一项所述的套管(1)，其中，所述引脚(7c)被配置为与所述帽部(7e；7’e)机械接触。
7.如权利要求6所述的套管(1)，其中，所述引脚(7c)与所述帽部(7e)之间的机械接触是在径向方向上。
8.如权利要求6或7所述的套管(1)，其中，所述引脚(7c)与所述帽部(7’e)之间的机械接触是在轴向方向上。
9.如前述权利要求中任一项所述的套管(1)，其中，所述帽部(7e)具有被配置为容纳所述引脚(7c)的引脚开口(7g)，其中，所述引脚开口(7g)具有内表面，当所述引脚(7c)被所述帽部(7e)容纳时，所述引脚开口的内表面在轴向方向上基本平行于所述引脚(7c)的外表面。
10.如前述权利要求中任一项所述的套管(1)，其中，所述盖(7’a)包括插入组件(7j)，并且所述帽部(7’e)具有被配置为容纳所述插入组件(7j)的插入组件开口(7i)，其中所述插入组件(7j)包括具有柱塞开口(7m)的柱塞(7k)，所述柱塞开口被配置为容纳所述引脚(7c)的所述端部，其中所述柱塞(7k)被配置为机械接触所述引脚(7c)的所述端部，并且其中所述插入组件(7j)包括弹性构件(7l)，所述弹性构件被配置为使所述柱塞(7k)在所述插入组件开口(7i)中轴向地朝所述插入组件开口(7i)的底表面偏置，以在所述柱塞(7k)和所述盖部(7’e)之间提供机械接触。
11.如权利要求10所述的套管(1)，其中，所述弹性构件(7l)布置在所述柱塞开口(7m)中，并且被配置为抵靠所述引脚(7c)的端面。
12.如权利要求10或11所述的套管(1)，其中，所述柱塞开口(7m)的内表面设置有至少一个径向弹性接触元件(7n)，所述径向弹性接触元件被配置为在所述柱塞(7k)和所述引脚(7c)之间提供机械接触。
13.如前述权利要求中任一项所述的套管(1)，其中，所述盖(7a；7’a)设置有第一螺纹，并且所述套筒部(7d)的所述内表面设置有第二螺纹，所述第二螺纹被配置为与所述第一螺纹配合，从而将所述盖(7a；7’a)与所述套筒部(7d)连接。
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