CN203325604U

CN203325604U - 高压套管

Info

Publication number: CN203325604U
Application number: CN2013200991664U
Authority: CN
Inventors: A.戴斯; D.埃格; L.埃尔德
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: RU132247U1

Abstract

高压套管包括沿轴线延伸的中心导体和电容器芯，该电容器芯具有用电绝缘物质卷绕的分层隔离物，并且具有设置在该隔离物的连续层之间的至少一个导电或半导电场分级元件。该隔离物和场分级元件嵌入电绝缘基质中。该隔离物和场分级元件中的至少一个包括具有空隙的敞开结构，空隙用该绝缘基质的材料填充。该隔离物和场分级元件中的至少一个包括至少第一层，其用细丝采用第一螺旋的形式并且采用在该第一螺旋的连续匝（在轴向上接续）之间具有螺距（P）的形式卷绕，使得形成创建该敞开结构的间隙。这样的套管展现优秀的机械和电性能，并且可以采用经济方法制造，该方法允许高度自动化。

Description

高压套管

技术领域

本实用新型涉及高压技术领域，并且关注高压套管。

背景技术

高压套管是主要用来以高电势将电流从第一高压部件（例如变压器、发电机或断路器等）的封装有源部分通过阻挡件（如该第一部件的接地外壳）输送到第二高压部件（例如高压线路等）的部件。这样的套管在高达数百kV的电压、典型地在24和800kV之间的电压的开关设备中或高压机（如发电机或变压器）中使用。为了减小并且控制电场，该套管包括电容器芯，其有助于通过至少一个导电或半导电场分级元件的电应力控制，该元件采用电绝缘方式嵌入该电容器芯的绝缘体中。该电容器芯减小电场梯度并且沿套管的长度均匀分布电场。

电容器芯包括分层隔离物，其用电绝缘物质围绕中心导体卷绕，和设置在该隔离物的连续层之间的场分级元件。该隔离物和场分级元件嵌入可以是气体、液体或固体的电绝缘基质材料。

电容器芯的隔离物典型地可以用片状绝缘材料（如纸张或基于无机或有机纤维的织物）卷绕。场分级元件可以实现为金属（典型地铝）片或非金属（典型地油墨、石墨糊）贴片。它们可以同轴安置，以便在外部闪络（flashover）和内部击穿强度之间取得最佳平衡。它们充当浮置电容，其使电场均匀并且控制电场，由此减小电场梯度。一般，场分级元件可以提供为通过隔离物的电绝缘层而彼此分开的层。隔离物确保场分级元件的限定位置和电容器芯的机械稳定性。

隔离物和场分级元件中的至少一个可以包括具有空隙的敞开结构（open structure），其在真空工艺中用填充或未填充聚合物树脂（特别地基于环氧树脂或聚氨酯）实现敞开结构的快速浸渍。然后，聚合物可以在室温或升高温度（优选地高达130oC）下固化。这样的套管的优势是它是干燥的。

在大多数情况下，套管包括室外侧，其具有用瓷或耐风雨侵蚀聚合材料（典型地基于硅酮或环氧化物）制成的绝缘体，并且具有确保必要爬电距离的裙部以在所有操作条件下耐受电压。

（现有技术）高压套管在EP 1177866 B1和EP 1798740 B1中公开。这些套管包括沿轴线延伸的中心导体和电容器芯，其中该电容器芯包括用电绝缘片状物质（包括具有孔洞的网状结构）卷绕的分层隔离物，和设置在该隔离物的连续层之间的导电或半导电场分级元件。该隔离物和场分级元件嵌入电绝缘基质材料中，其中该隔离物（EP 1177866 B1）或场分级元件（1798740 B1）包括具有用绝缘基质材料填充的空隙的敞开结构。

片状物质主要包括具有透孔编织或针织结构的织物，其允许制造套管的方法中容易的浸渍、干燥和处理。

进一步从DE 19653527 C1知道通过嵌入固化聚合物基质中的细丝卷绕结构来提高高压变压器中使用的电容器套管的强度。该结构施加在套管的锥形末端上。该末端可以安装在变压器内的特定地点。该结构包括单根细丝的一些层，其采用螺旋的形式卷绕。

实用新型内容

本实用新型的目的是创建具有改进的机械和电性能的高压套管，并且同时提供采用简单和经济的方式制造该套管的方法。

根据本实用新型的高压套管具有沿轴线延伸的中心导体和电容器芯。该电容器芯包括用电绝缘物质卷绕的分层隔离物，和设置在该隔离物的连续层之间的至少一个导电或半导电场分级元件。该隔离物和场分级元件嵌入电绝缘基质中。该隔离物和场分级元件中的至少一个包括具有空隙的敞开结构，空隙用绝缘基质材料填充。该隔离物和场分级元件中的至少一个包括至少第一层，其用细丝采用第一螺旋的形式并且采用在该第一螺旋的连续匝（在轴向上接续）之间具有螺距的形式卷绕，使得形成创建敞开结构的间隙。

由于电容器芯具有用细丝采用螺旋的形式并且采用在螺旋的连续匝之间具有螺距的形式来卷绕的层，根据本实用新型的套管可以展现优秀的机械和电性能。这是由于电容器芯或电容器芯的至少一部分由细丝卷绕层来建立的原因。不像电容器芯完全用片状隔离物建立且轴向延伸的织物施加在可旋转载体上的套管那样，在根据本实用新型的套管中，细丝可以以具有螺距的形式并且以可变力和可变角度施加在载体上。从而可以优化电容器芯的机械强度，并且可以使隔离物和场分级元件的连续层的建立厚度更一致。此外，细丝卷绕工艺创建具有空隙的敞开结构。这些空隙的大小可以容易调节到用于敞开结构浸渍的电绝缘材料可包含的填料的颗粒大小。这产生具有高尺寸公差、具有良好的高介电应力耐受力并且具有减小的总体绝缘厚度的套管。

此外废料并且从而成本可以显著减少。当卷绕具有开口的片状物质时，该物质（主要是织物）必须在卷绕期间整修以便获得期望的敞开结构。当卷绕细丝时，敞开结构可以直接建立成具有一个或两个锥形末端的期望形状。

由于细丝的材料成本可以比片状物质的成本小很多，由于存在少很多的细丝处理并且由于细丝不将货源采购锁定到少数供应商，根据本实用新型的套管的制造成本与根据现有技术的织物卷绕套管相比可以显著减少。

织物的可用大小的宽度的限制在卷绕更长或更宽的电容器芯中提出另外的处理和机器设计挑战。这样的限制在根据本实用新型的套管中减少，其中完整的电容器芯或电容器芯的至少一部分采用细丝卷绕工艺制造。

细丝可以包括单股或在轴向上接续的多股。单股的横截形状可以是任何便利的形状，例如圆形或正方形等。细丝可以结合在电容器芯的期望位点，特别地用如下列出的连接手段中的至少一个：超声、热、激光或摩擦焊和打结。

当细丝嵌入固化浸渍材料的刚性基质中时，并且当细丝的热膨胀系数和该刚性基质的热膨胀系数不同时，细丝可以包括粘合剂。多余的间隙或空隙在固化聚合物基质中的形成的风险于是可以大大减小，并且套管的这样的实施例的介电应力行为可以在根本上改进。浸渍材料可以是填充或未填充聚合物树脂，特别地基于环氧树脂或聚氨酯。

该基质必然不是刚性的并且可以包括例如变压器油等液体介质，或例如六氟化硫等气体。

为了获得改进的敞开结构，隔离物和场分级元件中的至少一个进一步包括至少第二螺旋层，其直接施加在第一螺旋层上并且其用细丝采用第二螺旋的形式并且采用在第二螺旋的连续匝（在轴向上接续）之间具有螺距的形式卷绕，使得形成促成敞开结构的间隙，其中在第二螺旋中的细丝的布置与在第一螺旋中的细丝的布置相反。这些螺旋与邻近层或螺旋中的相反布置的细丝同心设置，并且从而创建非常稳定的敞开结构，其保留织物的益处但关于敞开结构的建立具有高很多的灵活性。

在根据本实用新型的套管的第一实施例中，至少第一和至少第二层是隔离物的部分，并且用绝缘材料的单根细丝卷绕。该细丝可以是如在EP 1771866 B1和EP 1798740 B1中提到的任何适合的绝缘纤维材料，特别地如芳族聚酰胺的聚合物。由于敞开结构的几何形状在细丝卷绕期间建立，至少一个场分级元件插入该结构内或在该结构内的适当位点形成。这可以采用众所周知的方式通过在细丝卷绕工艺期间在这些层至少其中之一的表面上施加导电层或插入预制金属箔（特别地基于铝）而取得。这还可以用细丝卷绕工艺中创建的场分级元件取得。

在从第一到第二层的过渡中，第二螺旋中的细丝的布置可以反转方向并且可以安置成使得形成隔离物的锥形末端。

在根据本实用新型的套管的第二实施例中，至少第一层是至少一个场分级元件的部分，并且用导电细丝卷绕。当第一层的螺旋的螺距变化使得螺旋在它的两个末端合拢或包括比末端之间（特别在它的中间部分中）螺距更小的螺距时，这样的场分级元件的控制功能可以改进。第二螺旋层的使用增加场分级元件的稳定性，并且从而改进套管的机械和电性能。该第二螺旋层可以是直接施加在第一螺旋层上并且用细丝采用第二螺旋的形式并且采用在第二螺旋的连续匝（在轴向上接续）之间具有螺距的形式卷绕的层，使得形成促成敞开结构的间隙，其中在第二螺旋中的细丝的布置与第一螺旋中的细丝的布置相反。

细丝可以是如金属线的任何适合的传导材料，但推荐导电细丝包括用导电或半导电材料涂覆的绝缘体。细丝的该绝缘体可以是如在EP 1771866 B1和EP 1798740 B1中提到的任何适合的绝缘纤维材料，特别地如芳族聚酰胺的聚合物。这样的场分级元件包括比金属场分级元件低的电导率，并且从而在瞬时条件下的电行为中具有一定优势。

隔离物的至少一部分可以形成为螺旋形，其用片状隔离物（特别地织物）卷绕，或形成为在细丝卷绕工艺中制造的主体。当隔离物在细丝卷绕工艺中形成时，绝缘体和隔离物的细丝的材料可以包括相同的绝缘材料。在电绝缘基质的固化期间不同材料的收缩的不同可以引起例如脱层和关联失效等问题。使用相同基体材料的细丝作为隔离物减少这些类型的问题。细丝的涂覆可在单独的操作中或可能在卷绕电容器芯时随即完成。

在根据本实用新型的套管的第三实施例中，至少第一和至少第二层是隔离物的部分，并且至少第三螺旋层担当场分级元件。该第三层用导电细丝采用第三螺旋的形式并且采用在连续匝（在轴向上接续）之间具有螺距的形式卷绕，使得形成促成敞开结构的间隙。该第三螺旋采用与在第二螺旋中的细丝的布置相对的细丝布置直接卷绕在第二螺旋层上。由于可排除宽织物的人工处理和场分级元件的人工插入，这样的套管可以用高度自动化制造。

用于制造本实用新型的高压套管的方法包括如下步骤：

分层隔离物用电绝缘物质卷绕，

在卷绕期间至少一个传导或半导场分级元件设置在隔离物的连续层之间，

所得的卷绕体（包括分层隔离物和至少一个场分级元件）用电绝缘材料浸渍，该电绝缘材料浸渍该卷绕体的敞开结构，并且

卷绕体的至少第一层用细丝采用第一螺旋的形式且采用在该第一螺旋的连续匝（这些匝在轴向上接续）之间具有螺距的形式卷绕，使得形成创建敞开结构的间隙（可以变化）。

根据本实用新型的方法采用简单的方式实现空隙的大小和敞开结构的强度的变化。从而制造的套管的性能可以采用高效和节省成本的方式调节到期望的要求。此外，至少第一层的卷绕可以用大规模生产中（尤其在纺织工业中）使用的机器形成，并且从而促成制造成本的减少。另外，使用的细丝卷绕工艺有助于更高程度的自动化。

细丝可以用物理手段结合在卷绕体的选择位点，这些手段包括超声、热、激光或摩擦焊和打结中的至少一个。

当细丝选择为如聚酯的绝缘材料时，可以确定从第一到第二层的过渡并且从而确定第二层的轴向延伸使得所得的卷绕体包括至少一个锥形末端。

当细丝用于制造至少一个场分级元件时，细丝可以选择为导电材料，其包括在细丝卷绕之前或期间提供有导电涂层的绝缘体。

在卷绕之前或期间，细丝可以用粘合剂润湿。

本实用新型的另外的优势和应用在图中并且在接着的描述的一部分中给出。

附图说明

根据本实用新型的高压套管的示范性实施例和用于制造这些实施例的装置在图中如下示出：

图1至3示出根据本实用新型的套管的第一、第二和第三实施例的横截面的部分视图，其中该横截面沿套管的轴线延伸，以及

图4示出细丝卷绕机，其中卷绕根据图1至3的套管的电容器芯的卷绕体。

在图中使用的标号和它们的含义在标号列表中总结。一般，同样或同样功能的部件给予相同的标号。描述的实施例意为示例并且不应限制本实用新型。

部件列表

A	轴线	P	螺距
				10	支撑体，中心导体	20	电容器芯
30	隔离物	31、31’	通过细丝卷绕产生的隔离物30的层
				32	通过细丝卷绕以外的方式产生的隔离物30的层	33	细丝
331、332	细丝33的股	34	过渡
				40	场分级元件	41	场分级元件40的层
42	通过细丝卷绕以外的方式产生的元件40的层	50	安装法兰
				60	露天保护外壳	70	卷绕体
71	空隙	72	固化聚合物基质
				80	细丝卷绕机	81	轴
82	细丝导向物

具体实施方式

在图1、2和3中示出的套管的实施例关于对称轴线A大致上旋转对称。在套管的中心，设置柱形支撑体10，其可以是实心金属杆或金属管。示范性的金属杆是电导体10，其可以连接封装装置的有源部分（例如变压器或开关）与室外部件（例如电力线）。如果支撑体10形成为金属管，该管也可以用作电导体，并且还可以收容电缆的末端，其从下面引导进入管中并且其电流导体可以电连接到管。

导体10部分由电容器芯20环绕，该电容器芯20也关于对称轴线A大致上旋转对称。该电容器芯20包括分层绝缘隔离物30和场分级元件40，这些元件成形为空心圆筒并且分别设置在隔离物30的邻近层31之间。这些层31设计为空心圆筒并且与场分级元件40一起关于轴线A同轴设置。

在电容器芯20的外侧上，提供安装法兰50，其允许将套管固定在封装装置的接地罩中。在操作条件下，导体10可以处于高电势，并且电容器芯20可以确保导体10和法兰50之间的电绝缘。在可以位于接地罩外侧的套管的该侧上，电绝缘露天保护外壳60环绕电容器芯20。

露天保护外壳60可以用瓷或基于硅酮或疏水环氧树脂的耐风雨侵蚀聚合物制造。外壳60包括裙部并且可以模塑在电容器芯20上使得它从安装法兰50的顶部沿电容器芯20的毗连外表面延伸到导体10的上端（未示出）。外壳保护电容器芯20的上部免于由辐射（UV）和天气引起的老化，并且在套管的整个寿命期间维持良好的电绝缘性能。

包括隔离物30和场分级元件40的卷绕体70包括在卷绕细丝33的匝之间具有空隙71的卷绕细丝结构。该卷绕细丝结构至少包括层31或41，其用细丝33采用螺旋的形式并且采用在轴向上接续的该螺旋的邻近匝之间具有螺距P的形式来卷绕。从而形成螺旋的匝之间的间隙，其创建卷绕体70的或电容器芯20的空隙71或敞开结构。

如在根据图1的实施例中示出的，卷绕细丝层31是分层隔离物30的部分。另外卷绕细丝层31、31’提供来使隔离物30完整。在图1的实施例中，场分级元件40可以包括没有或优选地具有开口的导电箔或织物的层42。通过细丝卷绕以外的方式产生的层42可以在隔离物30的制造期间插入隔离物30的邻近层31之间。

如在根据图2的实施例中示出的，卷绕细丝层产生场分级元件40中的一个并且命名为层41。可以提供另外的层41来产生另外的场分级元件并且增强所有的场分级元件40。在图2的实施例中，隔离物30包括没有或优选地具有开口的导电箔或织物的层32。

如在根据图3的实施例中示出的，卷绕体70包括卷绕细丝层31和41。可以提供另外的层31和41来使卷绕体70完整。

用于创建卷绕体70的细丝卷绕机80在图4中表示。该机器包括沿轴线A调节并且可以绕轴线A旋转的可旋转轴81。该轴81牢固地固定心轴，其可以是导电支撑体10。轴向可移位的细丝导向物82使细丝33能够采用螺旋层31或41（未示出）的形式施加在隔离物30或场分级元件40（在图4中未示出）的已经存在的部分上。螺距P可以具有几mm、典型地1或2mm。细丝33的直径典型地可以在几十μm和几mm之间变化。如在图4中指示的，细丝33可以包括单股或多股331、332，其在轴向上接续并且其实现更快的卷绕工艺。第二螺旋层31’可以直接施加在螺旋层31上。该层31’ 用细丝33采用螺旋的形式以螺距P卷绕，并且细丝的布置与在层31中的细丝的布置相反。层31’的间隙促成所得的卷绕体70的敞开结构。

在从层31到层31’的过渡34处，细丝33反转匝的布置的方向。可以安置该过渡34使得可以形成隔离物30的锥形末端。

在细丝卷绕工艺中的步骤结束时，细丝33可以结合在卷绕体70的期望位点，特别地用如下列出的连接手段中的至少一个：超声、热、激光或摩擦焊和打结。

当卷绕体70是完整的时，卷绕体可以在真空下用气体或液体电绝缘材料浸渍，该材料浸渍在卷绕体70的敞开结构的空隙71中。当浸渍材料是可固化树脂时，尤其是混有无机填料（特别地基于SiO₂或Al₂O₃或其类似物的粉末）的环氧树脂时，可以容易地选择细丝卷绕工艺的工艺参数（主要是螺距P、细丝角度和细丝拉伸），使得填料颗粒可以进入卷绕体70的敞开结构的空隙71。树脂的固化产生具有刚性聚合物基质72的稳定电容器芯20。在增加法兰50和露天外壳60后，根据图1和3的套管的三个实施例中的一个完成了。

在根据图2和3的场分级元件40实施例的制造期间，细丝33的材料可以选择为导电材料，如金属或如涂覆有导电材料的电绝缘材料（典型地，聚合物）。隔离物30的层32（图2）或31（图3）中的一个一旦施加，场分级元件40中的一个的细丝卷绕就可以开始。如果细丝33是导电涂覆的绝缘材料，（未涂覆的）绝缘材料可以在细丝卷绕之前或期间涂覆。在细丝卷绕工艺期间的涂覆实现卷绕工艺，其中如聚合物细丝的电绝缘材料的单个细丝实现完整卷绕体70的生产。

为了改进卷绕体70的敞开卷绕细丝结构和固化绝缘基质72之间的结合，细丝33可以在卷绕之前或期间用粘合剂润湿。

Claims

1.一种高压套管，具有沿轴线（A）延伸的中心导体（10）和电容器芯（20），

其中所述电容器芯（20）包括用电绝缘物质卷绕的分层隔离物（30），和设置在所述隔离物（30）的连续层（31、31’）之间的至少一个导电或半导电场分级元件（40），

其中所述隔离物（30）和场分级元件（40）嵌入电绝缘基质中，其中所述隔离物（30）和场分级元件（40）中的至少一个包括具有空隙的敞开结构，所述空隙用绝缘基质的材料填充，

其特征在于

所述隔离物（30）和场分级元件（40）中的至少一个包括至少第一层（31、41），其用细丝（33）采用第一螺旋的形式并且采用在所述第一螺旋的在轴向上接续的连续匝之间具有螺距（P）的形式来卷绕，使得形成创建所述敞开结构的间隙。

2.如权利要求1所述的套管，其特征在于，所述细丝（33）包括单股。

3.如权利要求1所述的套管，其特征在于，所述细丝（33）包括多股（331、332），其在轴向上接续。

4.如权利要求1至3中任一项所述的套管，其特征在于，所述细丝（33）结合在所述电容器芯的期望位点（34），其中特别地用如下列出的连接手段中的至少一个来结合：超声、热、激光或摩擦焊和打结。

5.如权利要求1至3中任一项所述的套管，其中所述细丝（33）嵌入固化浸渍材料的刚性基质（72）中，其特征在于，所述细丝（33）和所述刚性基质的热膨胀系数不同，并且所述细丝（33）包括粘合剂。

6.如权利要求1至3中任一项所述的套管，其特征在于，所述隔离物（30）和场分级元件（40）中的至少一个进一步包括至少第二螺旋层（31’），其直接施加在所述第一螺旋层（31）上并且用所述细丝（33）采用第二螺旋的形式并且采用在所述第二螺旋的在轴向上接续的连续匝之间具有螺距（P）的形式卷绕，使得形成促成所述敞开结构的间隙，其中在所述第二螺旋中的细丝（33）的布置与在所述第一螺旋中的细丝的布置相反。

7.如权利要求6所述的套管，其中所述至少第一层（31）和至少第二层（31’）是所述隔离物（30）的部分，其特征在于，所述第一层（31）和第二层（31’）用绝缘材料的单根细丝卷绕。

8.如权利要求7所述的套管，其特征在于，从所述第一层（31）到第二层（31’）的过渡（34）安置成使得形成所述隔离物（30）的锥形末端，所述第二螺旋中的细丝（33）的布置在所述过渡（34）中反转方向。

9.如权利要求1-3、7-8中任一项所述的套管，其中所述至少第一层（41）是所述场分级元件（40）的部分，其特征在于，所述第一层（41）用导电细丝（33）卷绕。

10.如权利要求9所述的套管，其特征在于，所述至少第一层（41）的螺旋的螺距（P）变化使得所述螺旋在它的两个末端合拢或具有比在所述末端之间的螺距小的螺距（P）。

11.如权利要求9所述的套管，其特征在于，所述导电细丝（33）包括用导电或半导电材料涂覆的绝缘体。

12.如权利要求11所述的套管，其特征在于，所述绝缘体和所述隔离物（30）的细丝（33）的材料包括相同的绝缘材料。

13.如权利要求7或8所述的套管，其特征在于，所述电容器芯（20）进一步包括至少第三螺旋层（41），其担当所述场分级元件（40）并且用导电细丝（33）采用第三螺旋的形式且采用在所述第三螺旋的在轴向上接续的连续匝之间具有螺距（P）的形式卷绕，使得形成促成所述敞开结构的间隙，其中所述第三螺旋直接卷绕在所述第二螺旋层（31’）上且其中细丝的布置与在所述第二螺旋中的细丝（33）的布置相反。