專利名稱：高壓直流套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓直流套管，其具有外部管狀剛性絕緣體殼，該殼包圍沿殼軸
向方向延伸的高壓導(dǎo)體。殼內(nèi)的導(dǎo)體至少部分被具有容性電氣特性的本體包圍。在殼內(nèi)壁
與所述本體或?qū)w之間形成有空隙。形成空隙的體積通常填充電絕緣油，SF6或其它凝膠 化合物。
背景技術(shù)：
這種高壓套管的目的是用來(lái)在導(dǎo)體穿過(guò)接地屏障如墻時(shí)屏蔽導(dǎo)體，來(lái)避免短路、 閃絡(luò)(flashover)或從導(dǎo)體到屏障的電流泄露。 這種套管的一個(gè)示例是用于連接變壓器到高壓電網(wǎng)的變壓器套管。套管將導(dǎo)體的 高壓與接地的變壓器殼的壁屏蔽開。 高度隔離介質(zhì)可能對(duì)沿空氣_絕緣體長(zhǎng)度的場(chǎng)分布產(chǎn)生負(fù)面影響。 這種類型的高壓套管的外部和內(nèi)部都必須經(jīng)得住很大的隨時(shí)間的溫度變化。這些
溫度變化可能是由于它完全或至少部分的位于戶外，那里的溫度由一年中的時(shí)間決定，可
能在-4(TC到+40°〇之間變化。更進(jìn)一步地，即流經(jīng)所述高壓導(dǎo)體的電流的負(fù)載可能變化，
由于阻性損耗這將會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)體中熱量的變化。產(chǎn)生的熱量會(huì)影響導(dǎo)體和至少部分包圍導(dǎo)體
的容性本體的溫度。 殼的溫度主要由所述部件的環(huán)境溫度決定，然而其內(nèi)部部件、導(dǎo)體和容性本體的 溫度主要取決于流過(guò)導(dǎo)體的電流的強(qiáng)度。 殼和導(dǎo)體/本體之間溫度的差異和改變導(dǎo)致內(nèi)部體積即氣隙的改變。當(dāng)這個(gè)體積 填充絕緣性油時(shí)，體積的改變導(dǎo)致增大的壓力，其必須能夠被適應(yīng)以防止殼的損壞。解決方 法是建造套管，這樣可以照顧到增大的壓力，例如通過(guò)連接所述填充液體的氣隙到擴(kuò)展容 器，這是復(fù)雜和昂貴的。 充油的套管造成起火的危險(xiǎn)/可能。在電力故障的情況下，殼可能破損，并且燃燒 的油可能漏出并損害設(shè)備并引起二次起火。 增大的壓力和火的問(wèn)題可以通過(guò)用SF6氣體替代油來(lái)解決，但是這種氣體具有消 極的環(huán)境影響并且只是用其它的問(wèn)題代替了一個(gè)問(wèn)題。更進(jìn)一步地，充入套管的SF6由于 可能出現(xiàn)氣體泄漏，通常需要?dú)怏w監(jiān)控系統(tǒng)，并且這些監(jiān)控系統(tǒng)很昂貴。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供在引言中所定義類型的高壓直流(DC)套管，提出不同 的解決方案來(lái)解決當(dāng)溫度改變時(shí)油壓力改變以及套管防火和環(huán)保等有關(guān)的問(wèn)題。這不需要 擴(kuò)展容器(對(duì)于充油套管)或者氣體監(jiān)控系統(tǒng)(對(duì)于用充SF6的套管)。與充SF6或油絕 緣體相比，使用凝膠的解決方案使得絕緣體內(nèi)部的壓力也降低，并且由于交聯(lián)凝膠實(shí)際上 是固體，因此如果外殼損壞也沒(méi)有泄漏的危險(xiǎn)。 根據(jù)本實(shí)用新型這個(gè)目的是通過(guò)提供這種高壓直流套管來(lái)得到的，其中通常充油、氣體或凝膠的體積填充低于典型空氣電阻系數(shù)的電阻在4(TC溫度時(shí)低于10el5的電力 絕緣凝膠。保持凝膠的電阻系數(shù)低于典型空氣的電阻系數(shù)會(huì)改進(jìn)沿絕緣體的場(chǎng)分布，并且 產(chǎn)生沿空氣-絕緣長(zhǎng)度相當(dāng)平均的場(chǎng)分布。凝膠填充空洞，該空洞至少部分充入氣體，使得 凝膠為可壓縮的流體。 如果凝膠遇到體積收縮，在凝膠中的壓力增加，這種壓力進(jìn)一步壓縮凝膠中的空 洞。凝膠填充減少的體積，只比原來(lái)的壓力略有增加。如果凝膠遇到體積擴(kuò)張，凝膠中的壓 力減少，這種壓力的減少，增加了凝膠中空洞的尺寸。凝膠填充擴(kuò)張的體積，只比原來(lái)的壓 力略微減小。 這意味著，取代建立高壓，當(dāng)套管內(nèi)體積收縮時(shí)，凝膠允許通過(guò)壓縮所述空洞而使 自身收縮，從而可減小壓力。這樣，絕緣體殼被保護(hù)不受壓力損壞，并且不需要為了照顧必 須能達(dá)到的壓力的復(fù)雜并昂貴的布置。 根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的所述空洞由可變形的球形成，當(dāng)來(lái)自所述材料的外部壓
力減少時(shí)，其可在變形后恢復(fù)其形狀。這形成了得到提供關(guān)于溫度變化的所述凝膠的柔性
的所述空洞的有利方式。甚至所述空洞可能在室溫下關(guān)于其狀態(tài)擴(kuò)張和增加體積。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述材料是內(nèi)部有微型球的交聯(lián)凝膠。這種凝膠
與微型球的組合提供了方便地選擇所述空洞的總體積關(guān)于適合所述部件預(yù)期使用的氣隙
的總體積的關(guān)系的可能性。根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述微型球在沒(méi)有變形時(shí)具有0. Olmm-O. lmm的
直徑。已經(jīng)證明這是用于保證保持所述目標(biāo)凝膠良好的電絕緣性能的這種空洞的合適的尺 寸。根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述微型球是擴(kuò)張了的微型球。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述微型球填充液體和氣體的混合物。根據(jù)本實(shí) 用新型的另 一 實(shí)施例，所述微型球只填充氣體。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述空洞的總體積在室溫下為所述交聯(lián)凝膠的總 體積的10-50%，最好是20-40%。這意味著所述材料有能力在減少所述空洞體積的同時(shí)顯 著的擴(kuò)張，而基本不增加對(duì)套管元件的壓力。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述可壓縮凝膠的阻抗根據(jù)電應(yīng)力改變。所述凝 膠在環(huán)繞導(dǎo)體的電場(chǎng)分布電容器本體和外部管狀剛性絕緣體殼之間形成電應(yīng)力釋放和場(chǎng) 控制層。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述凝膠在室溫下在0 < p < 2巴的壓力p充入 所述氣隙，來(lái)使其中具有過(guò)壓力，即影響所述殼的外壁。這種在室溫下的過(guò)壓力被證明足夠 用于保證在所述部件溫度較低時(shí)整個(gè)氣隙也完全填充所述凝膠。 根據(jù)本實(shí)用新型的又一實(shí)施例，所述套管被設(shè)計(jì)為用于引導(dǎo)高壓導(dǎo)體穿過(guò)壁和活 性核心，然后包括包圍所述導(dǎo)體的電場(chǎng)分布電容器，這樣從所述導(dǎo)體向外到絕緣體殼的電 場(chǎng)會(huì)接近恒定。這里的"壁"是給出廣泛的意義，并且可能只是外殼的壁，如變壓器外殼，或 建筑的墻壁。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，部件被設(shè)計(jì)具有處于至少12kV，如12kV-1200kV， 尤其是50kV-1200kV的系統(tǒng)電壓下的所述導(dǎo)體。這些是本實(shí)用新型涉及的部件中的導(dǎo)體的 電壓的可能的范圍。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，所述部件被設(shè)計(jì)為具有至少是1A，如1A-100kA，尤其是500A-25kA的電流流過(guò)其導(dǎo)體。這種電流強(qiáng)度可能典型的發(fā)生在使用這種類型的部 件的設(shè)備中，并且這些電流的變化可能導(dǎo)致在所述氣隙中的所述凝膠的溫度的顯著變化。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一實(shí)施例，套管配置在高壓變電站，用于引導(dǎo)高壓導(dǎo)體穿過(guò) 電流閥廳的壁和室外，或從一個(gè)這樣的廳到另一這樣的廳。套管也可以適用于連接至任何 高壓設(shè)備的外殼，如套管連接到高壓斷路器，其中有需要將導(dǎo)體和它必須穿過(guò)的接地平面 相絕緣。 本實(shí)用新型更多的優(yōu)點(diǎn)和有利的特點(diǎn)將從以下具體實(shí)施方式
的描述中明顯看出。
參考附圖，以下接著引用本實(shí)用新型實(shí)施方式的具體描述作為示例。
圖中 圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施例的變壓器套管的局部縱向分割視圖， 圖2是根據(jù)圖1套管的殼體和及其內(nèi)部的部分的放大視圖，和兩個(gè)示出在所述凝
膠的兩個(gè)不同壓力下所述套管中的電絕緣材料的凝膠結(jié)構(gòu)的放大視圖。
具體實(shí)施方式圖1示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的變壓器套管狀式的細(xì)長(zhǎng)部件，該變壓器套管包 括具有外部凸緣2的外部管狀剛性陶瓷或聚合物絕緣體殼l，該殼可以具有5dm-30m數(shù)量級(jí) 的長(zhǎng)度，并且在其端部連接到金屬凸緣3、4，該金屬凸緣可以是鋁的。管狀高壓導(dǎo)體5，如鋁 管或銅管，穿過(guò)整個(gè)殼1來(lái)在一端連接到變壓器并且在另一端(參見(jiàn)接觸銷6)連接到高壓 電網(wǎng)的高壓導(dǎo)體。導(dǎo)體5被許多層9形式的電場(chǎng)分布電容器包圍，許多層9例如為交替纏繞 在其上的紙和金屬。這些層的數(shù)量和由此而來(lái)的電容器的數(shù)量在遠(yuǎn)離套管與變壓器外殼8 的連接的端7和浸入在變壓器外殼內(nèi)的油浴的端處減小。這意味著電場(chǎng)將逐漸從導(dǎo)體5和 向外到殼l基本恒定。此外，錐形電容層9導(dǎo)致套管內(nèi)軸向的平滑電場(chǎng)。在徑向中，整個(gè)場(chǎng) 將由其中電容層9很厚的套管接收，然而其中的部分由套管接收，部分由遠(yuǎn)離地電勢(shì)的端7 處的空氣接收，部分由電容層接收，部分由另一端的油浴接收。 此外，氣隙或體積10在殼1內(nèi)部靠近殼內(nèi)壁形成，并且這個(gè)體積填充具有電絕緣 性的凝膠11。這種凝膠包括擴(kuò)張的中空微型球，其填充氣體或混合成硅樹脂凝膠、或其它類 型的凝膠的液/氣混合物。此后混合硅樹脂交聯(lián)凝膠，這形成可壓縮的硅樹脂，它的功能將 在下面參考圖2進(jìn)行解釋。微型球空洞的總體積在室溫下為所述凝膠(因此為所述氣隙) 的總體積的10-50%，優(yōu)選為20% -40%。 具有包括在其中的微型球的硅樹脂凝膠充入氣隙以在其中具有過(guò)壓，即該過(guò)壓影 響所述殼的內(nèi)壁12，在室溫時(shí)具有過(guò)壓p，0 < p < 2巴。這意味著在變壓器套管如圖1所 示垂直放置時(shí)，由于重力的影響，在頂端7的過(guò)壓將會(huì)比在低端小。 在所述氣隙10中的凝膠11的作用如下。凝膠的溫度在所述殼位于室外時(shí)可以隨 室外溫度的改變而改變，并隨流過(guò)導(dǎo)體5電流的強(qiáng)度的改變而改變。圖2示出當(dāng)所述凝膠 的溫度增加導(dǎo)致所述凝膠的狀態(tài)從A變到B時(shí)發(fā)生了什么。由此，在壓縮微型球14的同時(shí) 凝膠13將會(huì)擴(kuò)張，并且由此減少體積，從而保持殼內(nèi)壓力在一個(gè)可以接收的低水平。這樣， 微型球反過(guò)來(lái)被壓縮，這意味著當(dāng)所述凝膠的溫度再一次下降時(shí)它們會(huì)擴(kuò)張并增加體積。
5[0034] 本實(shí)用新型當(dāng)然不會(huì)限定在以上所述的實(shí)施例，然而在不背離由所附權(quán)利要求書 限定的本實(shí)用新型的基本構(gòu)思的情況下，許多其可能的改變對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是 顯然的。 所述空洞可以具有除球狀之外的其它形狀，它們可以形成封閉的單元并且由形成 其余所述凝膠的材料限定。
權(quán)利要求一種高壓直流套管，包括外部管狀剛性絕緣體殼(1)，該殼包圍在殼的軸向延伸的高壓導(dǎo)體(5)，所述高壓導(dǎo)體至少部分由具有容性電氣特性的本體(9)包圍；和在所述殼(1)內(nèi)壁和本體(9)或高壓導(dǎo)體(5)之間的填充具有電絕緣性的介質(zhì)(11)的體積(10)，其特征在于所述介質(zhì)是包括空洞的交聯(lián)可壓縮凝膠，該空洞至少部分填充氣體，并且所述交聯(lián)可壓縮凝膠在40℃具有10e11-10e14歐姆米的電阻系數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述空洞由可變形球形成，當(dāng)來(lái)自可壓縮凝膠 的外部壓縮力減少時(shí)適于在變形后恢復(fù)它們的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述交聯(lián)可壓縮凝膠是交聯(lián)硅凝膠，并且所述空洞是當(dāng)沒(méi)有變形時(shí)直徑為0. OlOmm-O. lmm的微型球。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的套管，其特征在于所述微型球是擴(kuò)張的微型球。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的套管，其特征在于所述微型球充有液體和氣體的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述交聯(lián)可壓縮凝膠在25t:和正常壓力下包 括在10% _50%之間的空洞的體積比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的套管，其特征在于所述空洞的體積比為20-40%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述交聯(lián)可壓縮凝膠在室溫下在O < p < 2巴 的過(guò)壓P下被充入所述體積(10)，影響所述空洞的內(nèi)壁。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述體積(10)將殼(1)的內(nèi)壁從包括所述高 壓導(dǎo)體(5)和本體(9)的部件的活性核心分開。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述高壓導(dǎo)體具有至少為12kV的系統(tǒng)電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的套管，其特征在于，所述高壓導(dǎo)體具有12kV-1200kV的系統(tǒng)電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的套管，其特征在于所述高壓導(dǎo)體具有50kV-1200kV的系統(tǒng)電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于流過(guò)所述高壓導(dǎo)體的電流至少為1A。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的套管，其特征在于流過(guò)所述高壓導(dǎo)體的電流為1A-100kA。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的套管，其特征在于流過(guò)所述高壓導(dǎo)體的電流為500A-25kA。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述套管是用于引導(dǎo)高壓導(dǎo)體穿過(guò)壁的套管。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的套管，其特征在于所述套管是變壓器套管或發(fā)電機(jī)套管。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的套管，其特征在于所述交聯(lián)可壓縮凝膠的電阻隨電場(chǎng)改變，并且所述交聯(lián)可壓縮凝膠形成殼(1)內(nèi)壁和本體(9)或高壓導(dǎo)體(5)之間的場(chǎng)控制層。
專利摘要一種高壓直流套管，包括外部管狀剛性絕緣體殼(1)，包圍在殼的軸向延伸的高壓導(dǎo)體(5)，所述導(dǎo)體至少部分由具有容性電氣特性的本體(9)包圍；和在所述殼(1)內(nèi)壁和本體(9)或?qū)w(5)之間的填充交聯(lián)可壓縮凝膠的體積(10)，所述交聯(lián)可壓縮凝膠包括空洞(14)，該空洞至少部分填充氣體，并且所述凝膠在40℃具有10e11-10e14歐姆米的電阻系數(shù)。
文檔編號(hào)H01F27/32GK201503735SQ20092015084
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者J-A·博熱松, P·斯若貝爾格 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司