CN1894754B - 套管 - Google Patents
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Abstract
一种用于电气设备的套管，包括绝缘芯(1，7，9)，其中绝缘芯(1，7，9)的至少部分包括牢固附着于绝缘芯(1，7，9)的连续扩散阻挡(2，8)。套管通过将绝缘芯(1，7，9)的至少部分覆以连续扩散阻挡(2，8)来制造。套管可用于变压器。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内或室外套管及构造所述套管的方法。
背景技术
套管的主要功能是将电流载运过接地阻挡(grounded barrier)，如电气设备的壁或壳。套管凭借它的绝缘特性防止电流进入接地阻挡。套管用或不用冷凝器来构建。
无冷凝器套管包括由固体，液体或气体介电介质和陶瓷或弹性绝缘体包围的电流载运中心导体。
用于中和高压的冷凝器套管具有称为绝缘芯的另外的件，其帮助沿套管长度的电场分布。该绝缘芯设置在位于套管的电流载运路径中的中心管周围。对于某些类型的套管，该中心管不在套管的电流载运路径中。中和高压套管绝缘芯由例如油浸渍纸(OIP)或树脂浸渍纸(RIP)构造。用纸所缠绕的是同心设置在该芯内的多个均衡板(equalization plate)。这些层由以下来构造：金属箔，优选为铝箔，或导电墨，其用以控制套管组件内部和外部的电场。
树脂浸渍纸绝缘芯可以通过将纸和均衡板缠绕在中心管上，然后在模子内用树脂浸渍来产生。用在树脂浸渍纸绝缘芯中的树脂是例如环氧物。该模子也可以是实际的弹性护套，其成为成品组件的部分。该模子也可以由在固化工艺之后去除的纸或金属制成。当使用可去除的模子时，弹性护套直接挤压到树脂浸渍纸绝缘芯上。该树脂浸渍纸绝缘芯也可以放置在中空玻璃纤维强化环氧物圆筒内，其中弹性护套直接挤压在其外表面上，或放置在中空陶瓷圆筒内。存在某些构造，在从模子中去除之后不需要弹性护套或中空陶瓷圆筒。配备安装法兰，连同几个其它部件，如机械配件，可能是一膨胀箱(expansion tank)，完成了该套管组件。
由硅或EP橡胶制成的弹性护套，连同陶瓷绝缘体，用来防止沿套管组件外表面的蠕变电流。弹性和陶瓷绝缘体都有称作裙(shed)的钟形凸起，其增加沿着其长度的蠕变距离，并进一步减小蠕变电流的发生率。
当将中空玻璃纤维强化环氧物圆筒或中空陶瓷圆筒用作绝缘体时，绝缘芯和外中空绝缘体之间的空间被填充以固体，半固体，液体或气体介电介质。液体介电介质的实例是油，并且气体介电介质的实例是SF6。
当暴露于大气环境时，环氧物和弹性体吸收湿分。在长期暴露于大气环境时，有或没有弹性护套直接挤压在其绝缘芯上的树脂浸渍纸套管易受湿分吸收的影响。吸收到绝缘芯中的湿分会导致套管的介电完整性的降级，并减小其用于其预期目的的能力。
为防止水到达环氧物，存在公知的工业上采用的临时解决方案，如，塑料或干燥剂，或成本过高的金属壳。当前没有成本效率高且可靠的公知方法来具有使湿分远离环氧物的保护层。其中的一个原因是此类公知保护层的有限附着和温度稳定性。
因此需要一种其中防止了冷凝器芯中的湿分吸收的套管，以及制造这种套管的方法，其比公知方法简单，经济，并得到高质量的成品。
发明概述
本发明的目的是为电气设备提供一种中压或高压套管，该套管包括绝缘芯，其中防止了来自套管外部大气的湿分扩散到该绝缘芯中。进一步的目的是提供用于制造所述套管的方法。
本发明的所述目的通过根据独立权利要求1特征部分中的特征的套管而实现。该目的也通过根据独立权利要求12特征部分中的特征的用于制造套管的方法而实现。从以下的描述以及从属权利要求中，本发明的有利实施例将是清楚的。
本发明目的的实现在于，套管绝缘芯的至少部分包括连续扩散阻挡以防止湿分进入。该扩散阻挡包括牢固附着于绝缘芯的薄且柔性的金属的连续膜。该连续膜是电绝缘体并且是热稳定的。柔性金属指的是能够忍受应变而不受到永久影响和损伤的材料。牢固附着指的是在机械和热应变时扩散阻挡保持其对绝缘芯的附着。
套管和制造方法的进一步有利的特征在以下的描述和从属权利要求中陈述。
所述扩散阻挡包括以下的至少一种：无机膜，有机膜或有机/无机混合膜。根据本发明的优选实施例，所述扩散阻挡包括多层膜。
根据进一步的优选实施例，所述扩散阻挡包括混合或无机特性的粒子。粒子被结合在无机膜，有机膜，有机/无机混合膜或多层膜的基质中。
例如，扩散阻挡通过以下施加覆层的方法之一沉积在绝缘芯的至少部分上：涂、浸、喷、等离子体弧，溶胶-凝胶技术(sol-gel technique)、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。当扩散阻挡是包括二或多层的多层膜时，扩散阻挡可以通过上述方法的组合来施加。
因为扩散阻挡由牢固附着于绝缘芯的连续且柔性的材料制成，扩散阻挡的断裂会消除。在操作，储存和运输过程中，扩散阻挡保护绝缘芯以防止水吸收。
另一个优点是，与用于套管的公知保护层相比，具有用上述方法中的至少一个施加的扩散阻挡的套管容易制造。
进一步的优点是消除了对目前作为用于绝缘芯的保护结构而起作用的外部中空套管的需要。扩散阻挡也使得有可能在绝缘芯的外侧直接施加包括弹性体的外部管状构件作为蠕变电流保护。外部管状构件配有称为裙的钟状凸起。
扩散阻挡使得能够在潮湿环境中开放运输和储存，这消除了激励电气系统时对诸如加热或慢启动的预处理的需要，所述预处理目前用于将水排出绝缘芯。
附图简述
参照附图，通过实施例的描述，将对本发明进行更加详细的描述，其中，
图1以侧视图且部分以纵向横截面示意性地示出根据本发明的优选实施例的套管，
图2以侧视图且部分以纵向横截面示意性地示出根据本发明的另一个实施例的套管，
图3以纵向横截面示出根据本发明的另外实施例的带有外部中空绝缘体的套管。
优选实施例描述
以下描述涉及方法和装置两者。
图1示出根据本发明的优选实施例的套管。该套管包括，包括扩散阻挡2的绝缘芯1。扩散阻挡2包括连续膜，在图1中其基本上覆盖绝缘芯的整个表面。中心管3设置在套管的中心。该中心管3可以在或不在电流载运路径中。绝缘芯由例如包括环氧物的复合材料制成，如环氧树脂浸渍纸(RIP)。绝缘芯可以通过在中心管上缠绕纸和均衡板、然后在模子中用树脂浸渍来产生。这些均衡板(未示出)由金属箔，优选为铝箔，或导电墨制成，其用于控制套管组件内部和外部的电场。
为避免蠕变电流，弹性材料，如硅或EP-橡胶，或陶瓷材料的外部管状构件4设置在绝缘芯的外侧。外部管状构件4配有称为裙的钟状凸起5。法兰6径向设置在绝缘芯上，以便将套管固定到诸如变压器的电气设备的壁上。
在图1-3中，根据本发明的扩散阻挡2，8，11，12被制成连续膜，其为薄的且柔性的。扩散阻挡具有对环氧物的牢固附着性，并具有绝缘特性。
扩散阻挡2，8，11，12具有低的水渗透性。水渗透性系数优选地低于0.1g.m-2.day-1。水渗透性系数最优选地低于1mg.m-2.day-1。
根据一个实施例，扩散阻挡2，8，11，12包括有机基质，如聚合物，例如聚氯乙烯(PVC)。在一优选实施例中，有机基质包括所结合的小无机粒子或混合材料粒子，处于从纳米到几微米的范围。混合粒子是这样的粒子，其包括在基质中以及无机粒子的表面上的有机和无机两种键。
本发明的另一个实施例中，扩散阻挡2，8，11，12包括无机基质，如氧化铝(Al2O3)或氧化硅(SiOx)。在一优选实施例中，无机基质包括所结合的小无机粒子或混合粒子，处于从纳米到几微米的范围。
根据本发明的一个优选实施例，扩散阻挡2，8，11，12包括有机/无机混合基质。有机/无机混合膜是例如这样的膜，其包括至少一个具有有机基质的层和至少一个具有无机基质的层。有机/无机混合膜的另一个实例是具有有机/无机基质网络的组合的膜。有机/无机混合基质也可以包括所结合的小无机粒子或混合粒子，处于从纳米到几微米的范围。带有小粒子的混合膜的一个实例是以溶胶-凝胶技术施加的基于二氧化硅的膜，包括六方氮化硼(h-BN)的小扁平无机粒子。
根据本发明的另一个优选实施例，扩散阻挡2，8，11，12包括多层膜。多层膜包括至少上述带有或不带有粒子的基质中的两个。多层膜是例如这样的膜，其包括至少一个具有有机基质的层以及至少一个具有无机基质的层。多层膜的其它实例是包括至少两个带有不同有机基质的层的有机膜，或包括至少两个带有不同无机基质的层的无机膜。
根据本发明另一个优选实施例，所结合的粒子具有设计的形状，如片状或扁平粒子。片状或扁平粒子具有的优点是，如果在表面排列得平坦，它们将不会增加膜厚度，并且它们有效地增加了用于扩散分子的扩散路径。优选粒子的实例是具有片状特性的h-BN和云母，以及扁平SiO2和Al2O3粒子。
扩散阻挡2，8，11，12例如通过以下施加覆层的方法之一来施加：涂，浸，喷，等离子体弧，溶胶-凝胶技术，物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。
混合材料的覆层优选地通过溶胶-凝胶技术来产生，其意味着将包含覆层材料前体的化学溶液施加在表面上，并且之后将表面干燥和硬化。硬化可在室温通过UV和/或在升高的温度进行。溶液的施加通过对要施加覆层的对象的例如浸，喷或涂来进行。
扩散阻挡的厚度取决于覆层的材料。优选地，有机膜的扩散阻挡具有小于5mm的厚度，而无机或混合膜的扩散阻挡优选地具有微米到几十微米数量级的厚度。
尽管图1所示的绝缘芯1直接设置在中心管3上，该绝缘芯也可以制造成带有纵向设置的通孔以便于以后组装在中心管3上的单独部分。图2以侧视图且部分以纵向横截面示出根据本发明的另一个实施例的套管。中空绝缘芯7的内侧和外侧至少部分覆有包括连续膜的扩散阻挡8。
根据本发明的进一步实施例，中空绝缘芯7在内侧和外侧两者上都覆有扩散阻挡。
本发明的进一步优选实施例在图3示出，其中示出包括绝缘芯9和外部中空绝缘体10的套管的示意性纵向横截面。外部中空绝缘体10至少部分覆有包括连续膜的扩散阻挡11，12。
根据本发明进一步的优选实施例，外部中空绝缘体10的基本上整个表面覆有包括连续膜的扩散阻挡2，8，11，12。当套管已经附着到电气设备而且顶盖14已经设置到另一侧时，绝缘芯9和外部中空绝缘体10之间的空间13被填充以固体，半固体，液体或气体介电介质，如油或SF6。包括几个诸如硅橡胶或EP橡胶的弹性材料的径向凸起裙5的管状构件4附着于外部中空绝缘体10。
因为仅描述了本发明的某些优选实施例，借助于描述和附图，处于本发明范围内的许多修改和改变对本领域的技术人员是显而易见的，如在所附权利要求中所限定的那些。
因此，扩散阻挡2，8，11，12可以施加在绝缘芯1，7，9的外侧和/或内侧，和/或外部中空绝缘体10的外侧和/或内侧。扩散阻挡也可以施加在管状构件4的外侧。
Claims (14)
1.一种用于电气设备的套管，包括绝缘芯(1，7，9)、以及布置在所述绝缘芯(1)的外侧的弹性材料的外部管状构件(4)，特征在于，绝缘芯(1，7，9)的至少部分被覆以牢固附着于绝缘芯(1，7，9)的连续的湿分扩散阻挡膜，并且所述绝缘芯(1，7，9)由包括环氧物的复合材料制成，并且所述湿分扩散阻挡膜布置在所述绝缘芯与所述外部管状构件之间。
2.根据权利要求1的套管，特征在于，所述复合材料是环氧树脂浸渍纸。
3.根据权利要求1的套管，特征在于，所述绝缘芯(1，7，9)是中空的，并且绝缘芯(1，7，9)内侧的至少部分覆有湿分扩散阻挡膜。
4.根据权利要求1的套管，特征在于，所述湿分扩散阻挡膜包括以下的至少一种：无机膜，有机膜，或有机和无机混合膜。
5.根据权利要求1的套管，特征在于，所述湿分扩散阻挡膜包括多层膜。
6.根据权利要求1的套管，特征在于，所述湿分扩散阻挡膜包括混合特性的粒子或无机特性的粒子。
7.根据权利要求1的套管，特征在于，所述湿分扩散阻挡膜具有低于0.1g.m-2.day-1的水渗透性系数。
8.根据权利要求1的套管，特征在于，通过以下方法之一：浸、涂、喷、等离子体弧、溶胶-凝胶技术、物理气相沉积PVD或化学气相沉积CVD，将湿分扩散阻挡膜沉积在绝缘芯(1，7，9)的至少部分上。
9.一种制造用于电气设备的套管的方法，该套管包括绝缘芯(1，7，9)、以及布置在所述绝缘芯(1)的外侧的弹性材料的外部管状构件(4)，特征在于，将绝缘芯(1，7，9)的至少部分覆以牢固附着于绝缘芯(1，7，9)的连续的湿分扩散阻挡膜，并且所述绝缘芯(1，7，9)由包括环氧物的复合材料制成，并且所述湿分扩散阻挡膜布置在所述绝缘芯与所述外部管状构件之间。
10.根据权利要求9所述的方法，特征在于，所述复合材料是环氧树脂浸渍纸。
11.根据权利要求9的方法，特征在于，所述绝缘芯(1，7，9)是中空的，并且将绝缘芯(1，7，9)内侧的至少部分覆以湿分扩散阻挡膜。
12.根据权利要求9的方法，特征在于，将绝缘芯(1，7，9)覆以包括以下的至少一种的湿分扩散阻挡膜：无机膜，有机膜，或有机和无机混合膜。
13.根据权利要求9的方法，特征在于，将绝缘芯(1，7，9)覆以包括多层膜的湿分扩散阻挡膜。
14.根据权利要求9的方法，特征在于，通过以下方法之一：涂、浸、喷、等离子体弧、溶胶-凝胶技术、物理气相沉积PVD或化学气相沉积CVD，将湿分扩散阻挡膜沉积在绝缘芯(1，7，9)的至少部分上。
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