專利名稱：伸長部件及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伸長部件，該伸長部件包括外部套筒式剛性 絕緣體殼，圍繞著在殼的縱向方向上延伸的高電壓導(dǎo)體；以及靠近 殼內(nèi)壁的在殼內(nèi)的間隙，至少部分地圍繞所述導(dǎo)體并且填充有由具 有電絕緣性的材料制成的介質(zhì)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及任何這樣的部件，其中將針對(duì)環(huán)境屏蔽高電壓，以 防止設(shè)備、罩或者通常接地的其它物體出現(xiàn)閃絡(luò)(flash-over)。
此類部件的一個(gè)例子是將變壓器連接到高電壓網(wǎng)絡(luò)的套管，其 中必需將待連接到高電壓網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)體的高電壓屏蔽到距變壓器有相 當(dāng)距離如例如4米的位置。
線纜接頭(cable termination)和高電壓裝置是此類部件的其它 例子。
這類部件必須經(jīng)受隨時(shí)間的較大溫度變化。這些溫度變化可以 歸因于如下事實(shí)部件完全地或者至少部分地位于室外，在室外取 決于一年的時(shí)間的溫度可以在-40。C與+40。C之間改變。另外，所述高 電壓導(dǎo)體的負(fù)載可以變化、即流過的電流可以變化很大以至于該導(dǎo) 體的溫度并且因此所述伸長部件在所述殼內(nèi)部分的溫度可以變化很 大。事實(shí)上，殼的溫度將主要地取決于所述部件的環(huán)境溫度，而其 內(nèi)部部分如所述介質(zhì)的溫度還將取決于流過導(dǎo)體的電流的強(qiáng)度。必 須填充所述間隙的具有特定電絕緣性的材料的介質(zhì)將傾向于隨溫度 而改變體積，這意味著如果介質(zhì)完全地封閉于所述殼中，則在溫度 上升時(shí)將在殼內(nèi)產(chǎn)生壓力。該壓力可能造成外絕緣體殼被損壞。
有針對(duì)該問題的兩種已知解決方案。第一解決方案構(gòu)造具有外絕緣體殼的部件以使得它能夠經(jīng)受所產(chǎn)生的壓力，這實(shí)現(xiàn)起來困難 并且成本高。另 一解決方案構(gòu)造部件以使得例如通過將填充有流體 的所述間隙連接到膨脹容器來應(yīng)對(duì)所產(chǎn)生的壓力，這既復(fù)雜成本又 高。另外，這涉及到所述介質(zhì)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，該泄漏風(fēng)險(xiǎn)可能構(gòu)成火 突風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種背景技術(shù)中所定義類型的部件，從 而建議一種針對(duì)所述部件及其部分的溫度變化問題的不同解決方案。
該目的根據(jù)本發(fā)明通過提供這樣的部件來實(shí)現(xiàn)，其中所述介質(zhì) 由包含至少部分地填充有氣體的空腔的電絕緣材料形成，其中所述 材料適于在材料的溫度上升時(shí)通過可逆地壓縮所述空腔以及減小空 腔的體積來膨脹。
這意味著不是在所述介質(zhì)的溫度上升時(shí)產(chǎn)生的高壓，而是允許 該材料通過壓縮所述空腔來自身膨脹，以使得可以減小壓力。因此， 無需使絕緣體殼的尺寸過大即可保護(hù)它免受損壞，并且無需實(shí)現(xiàn)用 于應(yīng)對(duì)所產(chǎn)生的壓力的復(fù)雜并且成本高的布置。
才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述空腔由可變形J求體形成，該可 變行球體適于在變形之后在來自所述材料的外部壓縮力由于溫度降 低而減小時(shí)恢復(fù)它們的形狀。這構(gòu)成一種獲得以下空腔的有利方式， 所述空腔提供所述介質(zhì)相對(duì)于溫度變化而言的靈活特性。在溫度下 降到室溫以下時(shí)，所述空腔甚至可以相對(duì)于它在室溫的狀態(tài)而言膨 脹并且增加體積。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，所述材料是其中嵌入有微球體的交
的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述微球體在未變形時(shí)具有10pm-100Mm的直徑。已經(jīng)表明這些直徑用于保證維持所針對(duì)的所述 介質(zhì)的優(yōu)良電絕緣性的這種空腔的適宜尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，所述微球體是膨脹微球體。 根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，所述微球體填充有液體和氣體的混 合物，其中氣體含量適于隨所述材料的溫度并且由此隨微球體的溫 度而增加。由于氣體含量隨溫度增加而增加，所以增加的溫度有助 于所述微球體的體積減小。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述微球體 僅填充有氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，所述空腔的總體積在室溫為所述介 質(zhì)的總體積的以及相應(yīng)地為所述間隙的總體積的10%-50%、優(yōu)選為 20%-40% 。這意味著在減小所述空腔的體積之時(shí)所述材料能夠明顯 地膨脹而基本上不增加對(duì)限定所述間隙的部件部分上的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述介質(zhì)被填充到所述間隙中，結(jié) 果在間隙中具有過壓，即影響所述殼的內(nèi)壁，在室溫時(shí)壓力P為 0<P<2巴。已經(jīng)表明在室溫時(shí)的此類過壓足以保證整個(gè)間隙在所述 部件的較低溫度也完全地填充有所述介質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述導(dǎo)體是穿過基本上整個(gè)殼的導(dǎo) 體管。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，所述間隙將所述殼的內(nèi)壁與包括所 述導(dǎo)體的部件的有源芯(active core)分離。因此，所述間隙無需填 充在所述導(dǎo)體與外殼之間的整個(gè)體積，并且根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例，所述部件是設(shè)計(jì)用于穿過壁來引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體的套管，而所述 有源芯于是包括圍繞所述導(dǎo)體的電場分布電容器，使得電場將從所 述導(dǎo)體并且向外朝著絕緣體殼幾乎恒定。"壁"在這里被賦以廣泛含
義，并且也可以僅僅是罩(如變壓器罩)的壁以及建筑物的壁。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，所述殼是優(yōu)選地具有外法蘭的陶瓷
套筒。該陶瓷套筒可以在其端部固定到例如鋁制的金屬法蘭。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，該部件被設(shè)計(jì)為具有系統(tǒng)電壓至少
為12kV的所述導(dǎo)體，如12kV-800kV,尤其是50kV-800kV。這些是根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，所述部件被設(shè)計(jì)為具有流過其導(dǎo)體
的至少為1A，如1A-100kA、尤其是500A-25kA的電流。這樣的電 流強(qiáng)度通?？赡艹霈F(xiàn)在這樣的應(yīng)用中，即在該應(yīng)用中這類部件是有 用的，且這些電流的變化可能造成所述間隙中所述介質(zhì)的明顯溫度 變化。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，該部件是將布置于高電壓變換器站 的套管，以便引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體穿過電流閥通道(hall)的壁和室外或 者從一個(gè)這樣的通道到另一這樣的通道。該部件也可以是適于連接 到任何高電壓裝置的外罩的套管，比如適于連接到高電壓斷路器的 套管，其中需要將導(dǎo)體相對(duì)于它必須穿過的接地平面而言絕緣。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 實(shí)施例，該部件可以是變壓器套管或者發(fā)電 機(jī)套管，或者它可以是壁套管。
根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，所述部件被設(shè)計(jì)為布置于用于引導(dǎo) 高電壓導(dǎo)體穿過壁的套管的周邊上，以便從該套管分接電壓。如果 所述材料不能通過減小所述空腔的體積來膨脹，則此類部件的所述 電絕緣介質(zhì)的溫度變化就也可能構(gòu)成與產(chǎn)生的壓力相關(guān)的嚴(yán)重問 題。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述部件被設(shè)計(jì)成線纜接頭，該線 纜接頭適于具有連接到其一端的高電壓線纜。這樣的線纜接頭可以 用于將電線纜如P E X線纜連接到高電壓網(wǎng)絡(luò)的功率線路、變壓器或 者氣體絕緣開關(guān)設(shè)備，其中所述部件可以被布置用以在其線纜端駐 立于地上。
本發(fā)明也涉及根據(jù)本發(fā)明的部件作為壁套管、變壓器或發(fā)電機(jī) 套管、或者作為線纜接頭、或者作為高電壓裝置的用途。
本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)以及有利特征將從對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的以下描 述中顯現(xiàn)。


8參照附圖，下文是對(duì)作為例子引用的本發(fā)明實(shí)施例的具體描述。
在附圖中
圖1以部分縱向截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的變壓器 套管，
圖2是根據(jù)圖1的套管的殼的一部分和殼內(nèi)部分的放大圖，以 及示出所述套管中由電絕緣材料制成的介質(zhì)在所述介質(zhì)的兩個(gè)不同 溫度的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)放大圖，
圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的部件的局部截面圖，該 部件被布置于用于引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體穿過壁的套管的周邊上，以便從 該套管分接電壓，以及
圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的線纜接頭形式的部件的局部截 面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的變壓器套管形式的伸長部 件，該變壓器套管具有外部套筒式剛性陶瓷殼或者聚合物絕緣體殼 1，該殼具有外法蘭2，該殼可以具有l(wèi)dm-10m數(shù)量級(jí)的長度并且在 端部固定至可由鋁制成的金屬法蘭3、 4。比如鋁管或者銅管的管形 式的高電壓導(dǎo)體5穿過整個(gè)殼1延伸，以便在一端連接到變壓器而 在另一端連接到高電壓網(wǎng)絡(luò)的高電壓導(dǎo)體(見接觸銷6)。導(dǎo)體5 由電場分布電容器圍繞，該分布電容器例如是周圍交替纏繞的紙和 金屬的多個(gè)層9的形式。層的數(shù)目以及相應(yīng)地電容器的數(shù)目在遠(yuǎn)離 變壓器罩8的連接的套管端部7以及在浸入變壓器罩內(nèi)的油浴(oil bath) 25中的套管端部減小。這意味著電場將從導(dǎo)體5并且向外朝 著殼1逐漸地基本上恒定。另外，電容器層9的錐式形狀在套管內(nèi) 軸向方向上產(chǎn)生了平滑的電場。在徑向方向上，整個(gè)場將由厚的電 容器層9所在處的套管獲得，而其中一部分將由套管獲得， 一部分 由在遠(yuǎn)離地電勢(shì)的端部7處的空氣獲得， 一部分由電容器層獲得， 以及一部分由在另一端的油浴獲得。另外，間隙IO靠近殼1的內(nèi)壁形成于殼1內(nèi)，并且該間隙利用
由具有電絕緣性的材料制成的介質(zhì)11填充。該材料包含填充有氣體 或者混合到硅凝膠或另 一類凝膠中的液體/空氣混合物的膨脹中空微 球體。在該混合之后，硅凝膠進(jìn)行交聯(lián)，結(jié)果獲得可壓縮凝膠，其
功能將在下文參照?qǐng)D2描述。微球體的空腔的總體積在室溫為所述 介質(zhì)的總體積的10%-50%，并且相應(yīng)地為所述間隙的總體積的 10%-50%。
其中包含有微球體的硅凝膠被填充到間隙中，結(jié)果在該間隙中 具有過壓，即影響了所述殼的內(nèi)壁12,在室溫時(shí)壓力P為0<P<2巴 (bar)。在如圖1中所示豎直定向的變壓器套管情況下，這意味著 由于重力的影響過壓在頂端7處將比在下端處更高。
所述間隙10中的介質(zhì)11的功能將如下所述。該介質(zhì)的溫度可 以由于在所述殼位于室外時(shí)室外溫度的變化、以及由于流過導(dǎo)體5 的電流的強(qiáng)度變化而改變。在圖2中示出了當(dāng)所述介質(zhì)的溫度增加 從而造成所述介質(zhì)的狀態(tài)從A改變成B時(shí)發(fā)生了什么。因而，凝膠 13將膨脹，同時(shí)壓縮微球體14并且由此減小其體積，從而使殼內(nèi)產(chǎn) 生的任何壓力都保持在可接受的低水平。以該方式可逆地壓縮微球積。
圖3圖示了也在圖1中示出的根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的部件15, 該部件被設(shè)計(jì)為布置于套管的周邊上，以便從該套管分接電壓。這 通過接線16來實(shí)現(xiàn)，該接線延伸到電容器層9中，并且連接到在與 地顯著不同的電勢(shì)上的電容器，該電勢(shì)將是抵靠金屬法蘭17的最外 電容器層的電勢(shì)。因此，接線16必須相對(duì)于法蘭17而言電絕緣， 而圍繞該接線16的間隙10填充有上述類型的介質(zhì)11。因此，該介 質(zhì)11將在其溫度改變時(shí)如上所述動(dòng)作，從而保護(hù)圍繞接線的絕緣體 18避免因在填充有所述介質(zhì)的間隙10內(nèi)產(chǎn)生的壓力而受損。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的線纜接頭形式的部件。該 部件中與圖1中套管的部分對(duì)應(yīng)的部分已經(jīng)用相同標(biāo)號(hào)表示。該線纜接頭在高電壓線纜21如PEX線纜與該線纜接頭連接的一端具有 線纜夾具20。該夾具20連接到導(dǎo)體管5，該導(dǎo)體管在陶瓷殼l內(nèi)延 伸到其另一端，以便連接到高電壓網(wǎng)絡(luò)的架空線路22。線纜接頭的 底端優(yōu)選地通過鋁法蘭24固定到接地導(dǎo)板23。在導(dǎo)體5與殼1之間 的間隙IO填充有上文結(jié)合圖1和圖2所描述類型的介質(zhì)ll,從而實(shí) 現(xiàn)與上文所述相同的性能和優(yōu)點(diǎn)。
多對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的修改可能性，而不脫離如所附權(quán)
利要求限定的本發(fā)明的基本思想。
所述空腔可以具有除了球體之外的其它形狀，并且它們可以是 由形成所述介質(zhì)其余部分的材料形成和界定的閉合單元。
權(quán)利要求
1. 一種伸長部件，具有外部套筒式剛性絕緣體殼(1)，圍繞著在所述殼的縱向方向上延伸的高電壓導(dǎo)體(5，16)；以及靠近所述殼的內(nèi)壁在所述殼內(nèi)的間隙(10)，至少部分地圍繞所述導(dǎo)體并且填充有具有電絕緣屬性的材料的介質(zhì)(11)，其特征在于所述介質(zhì)由包含至少部分地填充有氣體的空腔(14)的電絕緣材料(13)形成；以及所述材料適于在該材料的溫度上升時(shí)通過可逆地壓縮所述空腔以及減小該空腔的體積來膨脹。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的部件，其特征在于，所述空腔由可變 形球體(14)形成，所述球體適于在變形之后當(dāng)來自所述材料(13) 的外部壓縮力由于溫度降低而減小時(shí)恢復(fù)它們的形狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的部件，其特征在于，所述材料是其中 嵌入有微球體(14)的交聯(lián)凝膠(13)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的部件，其特征在于，所述微球體(14) 在未變形時(shí)具有10nm-100pm的直徑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的部件，其特征在于，所述凝膠(13) 是硅凝膠。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一權(quán)利要求所述的部件，其特征在于， 所述微球體(14)是膨脹微球體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一權(quán)利要求所述的部件，其特征在于， 所述微球體(14)填充有液體和氣體的混合物，其中所述氣體含量
8. 根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一權(quán)利要求所述的部件，其特征在于， 所述微球體(14)僅填充有氣體。
9. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，所述空腔(14) 的總體積在室溫時(shí)為所述介質(zhì)(11)的總體積的并且相應(yīng)地 為所述間隙(10)的總體積的10%-50%,優(yōu)選為20%-40%。
10. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，所述介質(zhì)填充到所述間隙中以在其中具有過壓，即影響所述殼的內(nèi)壁，在室溫時(shí)壓力P為0<P<2巴。
11. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，所述導(dǎo)體是穿過基本上整個(gè)殼(1 )延伸的導(dǎo)體管(5 )。
12. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，所述間 隙(10)將所述殼(1)的內(nèi)壁與包括所述導(dǎo)體(5)的所述部件的 有源芯分離。
13. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，所述殼 (1)是優(yōu)選地具有外法蘭(2)的陶瓷或者聚合物套筒。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的部件，其特征在于，所述陶瓷或者 聚合物套筒(1)在其端部固定到金屬法蘭(3、 4)。
15. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，它被設(shè) 計(jì)為使所述導(dǎo)體的系統(tǒng)電壓至少為12kV,如12kV-800kV,尤其是 50kV-800kV。
16. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，它被設(shè) 計(jì)為具有流過所述導(dǎo)體的至少為1A如1 A-100kA、尤其是500A-25kA的電流。
17. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，它是設(shè) 計(jì)用于引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體穿過壁的套管。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12和17所述的部件，其特征在于，所述有 源芯包括圍繞所述導(dǎo)體(5)的電場分布電容器(9)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的部件，其特征在于，它是將布置于 高電壓變換器站的套管，用于引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體穿過電流閥通道的壁 和室外或者從一個(gè)這樣的通道到另 一這樣的通道。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的部件，其特征在于，它是適于連接 到任何高電壓裝置的外罩的套管。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的部件，其特征在于，它是適于連接 到高電壓斷路器的套管。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的部件，其特征在于，它是變壓器套管或者發(fā)電機(jī)套管。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的部件，其特征在于，它是壁套管。
24. 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的部件，其特征在于，它被設(shè) 計(jì)為布置在用于引導(dǎo)高電壓導(dǎo)體穿過壁的套管的周邊上，用于從該 套管分接電壓。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的部件，其特征在 于，它被設(shè)計(jì)成線纜接頭，所述線纜接頭適于具有連接到該線纜接 頭的一端的高電壓線纜。
26. —種根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的部件作為壁 套管的用途。
27. —種根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的部件作為變 壓器或者發(fā)電機(jī)套管的用途。
28. —種根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的部件作為線 纜接頭的用途。
29. —種根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的部件作為高 電壓裝置的用途。
全文摘要
一種伸長部件，具有外部套筒式剛性絕緣體殼(1)，圍繞著在殼的縱向方向上延伸的高電壓導(dǎo)體(5)；以及靠近殼內(nèi)壁的在殼內(nèi)的間隙(10)，至少部分地圍繞所述導(dǎo)體并且填充有具有電絕緣性的材料的介質(zhì)(11)。所述介質(zhì)由包含至少部分地填充有氣體的空腔的電絕緣材料形成，而該材料適于在材料的溫度上升時(shí)通過可逆地壓縮所述空腔以及減小空腔的體積來膨脹。
文檔編號(hào)H01B17/00GK101427325SQ200780013861
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者G·A·查利基亞, P·斯喬伯格, R·赫德倫德 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司