专利名称：高压直流套管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高压直流套管，其具有外部管状刚性绝缘体壳，该壳包围沿壳轴
向方向延伸的高压导体。壳内的导体至少部分被具有容性电气特性的本体包围。在壳内壁
与所述本体或导体之间形成有空隙。形成空隙的体积通常填充电绝缘油，SF6或其它凝胶 化合物。
背景技术：
这种高压套管的目的是用来在导体穿过接地屏障如墙时屏蔽导体，来避免短路、 闪络(flashover)或从导体到屏障的电流泄露。 这种套管的一个示例是用于连接变压器到高压电网的变压器套管。套管将导体的 高压与接地的变压器壳的壁屏蔽开。 高度隔离介质可能对沿空气_绝缘体长度的场分布产生负面影响。 这种类型的高压套管的外部和内部都必须经得住很大的随时间的温度变化。这些
温度变化可能是由于它完全或至少部分的位于户外，那里的温度由一年中的时间决定，可
能在-4(TC到+40°〇之间变化。更进一步地，即流经所述高压导体的电流的负载可能变化，
由于阻性损耗这将会产生导体中热量的变化。产生的热量会影响导体和至少部分包围导体
的容性本体的温度。 壳的温度主要由所述部件的环境温度决定，然而其内部部件、导体和容性本体的 温度主要取决于流过导体的电流的强度。 壳和导体/本体之间温度的差异和改变导致内部体积即气隙的改变。当这个体积 填充绝缘性油时，体积的改变导致增大的压力，其必须能够被适应以防止壳的损坏。解决方 法是建造套管，这样可以照顾到增大的压力，例如通过连接所述填充液体的气隙到扩展容 器，这是复杂和昂贵的。 充油的套管造成起火的危险/可能。在电力故障的情况下，壳可能破损，并且燃烧 的油可能漏出并损害设备并引起二次起火。 增大的压力和火的问题可以通过用SF6气体替代油来解决，但是这种气体具有消 极的环境影响并且只是用其它的问题代替了一个问题。更进一步地，充入套管的SF6由于 可能出现气体泄漏，通常需要气体监控系统，并且这些监控系统很昂贵。
实用新型内容本实用新型的目的是提供在引言中所定义类型的高压直流(DC)套管，提出不同 的解决方案来解决当温度改变时油压力改变以及套管防火和环保等有关的问题。这不需要 扩展容器(对于充油套管)或者气体监控系统(对于用充SF6的套管)。与充SF6或油绝 缘体相比，使用凝胶的解决方案使得绝缘体内部的压力也降低，并且由于交联凝胶实际上 是固体，因此如果外壳损坏也没有泄漏的危险。 根据本实用新型这个目的是通过提供这种高压直流套管来得到的，其中通常充油、气体或凝胶的体积填充低于典型空气电阻系数的电阻在4(TC温度时低于10el5的电力 绝缘凝胶。保持凝胶的电阻系数低于典型空气的电阻系数会改进沿绝缘体的场分布，并且 产生沿空气-绝缘长度相当平均的场分布。凝胶填充空洞，该空洞至少部分充入气体，使得 凝胶为可压縮的流体。 如果凝胶遇到体积收縮，在凝胶中的压力增加，这种压力进一步压縮凝胶中的空 洞。凝胶填充减少的体积，只比原来的压力略有增加。如果凝胶遇到体积扩张，凝胶中的压 力减少，这种压力的减少，增加了凝胶中空洞的尺寸。凝胶填充扩张的体积，只比原来的压 力略微减小。 这意味着，取代建立高压，当套管内体积收縮时，凝胶允许通过压縮所述空洞而使 自身收縮，从而可减小压力。这样，绝缘体壳被保护不受压力损坏，并且不需要为了照顾必 须能达到的压力的复杂并昂贵的布置。 根据本实用新型实施例的所述空洞由可变形的球形成，当来自所述材料的外部压
力减少时，其可在变形后恢复其形状。这形成了得到提供关于温度变化的所述凝胶的柔性
的所述空洞的有利方式。甚至所述空洞可能在室温下关于其状态扩张和增加体积。 根据本实用新型的另一实施例，所述材料是内部有微型球的交联凝胶。这种凝胶
与微型球的组合提供了方便地选择所述空洞的总体积关于适合所述部件预期使用的气隙
的总体积的关系的可能性。根据本实用新型的另一实施例，所述微型球在没有变形时具有0. Olmm-O. lmm的
直径。已经证明这是用于保证保持所述目标凝胶良好的电绝缘性能的这种空洞的合适的尺 寸。根据本实用新型的另一实施例，所述微型球是扩张了的微型球。 根据本实用新型的另一实施例，所述微型球填充液体和气体的混合物。根据本实 用新型的另 一 实施例，所述微型球只填充气体。 根据本实用新型的另一实施例，所述空洞的总体积在室温下为所述交联凝胶的总 体积的10-50%，最好是20-40%。这意味着所述材料有能力在减少所述空洞体积的同时显 著的扩张，而基本不增加对套管元件的压力。 根据本实用新型的另一实施例，所述可压縮凝胶的阻抗根据电应力改变。所述凝 胶在环绕导体的电场分布电容器本体和外部管状刚性绝缘体壳之间形成电应力释放和场 控制层。 根据本实用新型的另一实施例，所述凝胶在室温下在0 < p < 2巴的压力p充入 所述气隙，来使其中具有过压力，即影响所述壳的外壁。这种在室温下的过压力被证明足够 用于保证在所述部件温度较低时整个气隙也完全填充所述凝胶。 根据本实用新型的又一实施例，所述套管被设计为用于引导高压导体穿过壁和活 性核心，然后包括包围所述导体的电场分布电容器，这样从所述导体向外到绝缘体壳的电 场会接近恒定。这里的"壁"是给出广泛的意义，并且可能只是外壳的壁，如变压器外壳，或 建筑的墙壁。 根据本实用新型的另一实施例，部件被设计具有处于至少12kV，如12kV-1200kV， 尤其是50kV-1200kV的系统电压下的所述导体。这些是本实用新型涉及的部件中的导体的 电压的可能的范围。 根据本实用新型的另一实施例，所述部件被设计为具有至少是1A，如1A-100kA，尤其是500A-25kA的电流流过其导体。这种电流强度可能典型的发生在使用这种类型的部 件的设备中，并且这些电流的变化可能导致在所述气隙中的所述凝胶的温度的显著变化。 根据本实用新型的另一实施例，套管配置在高压变电站，用于引导高压导体穿过 电流阀厅的壁和室外，或从一个这样的厅到另一这样的厅。套管也可以适用于连接至任何 高压设备的外壳，如套管连接到高压断路器，其中有需要将导体和它必须穿过的接地平面 相绝缘。 本实用新型更多的优点和有利的特点将从以下具体实施方式
的描述中明显看出。
参考附图，以下接着引用本实用新型实施方式的具体描述作为示例。
图中 图1示出根据本实用新型第一实施例的变压器套管的局部纵向分割视图， 图2是根据图1套管的壳体和及其内部的部分的放大视图，和两个示出在所述凝
胶的两个不同压力下所述套管中的电绝缘材料的凝胶结构的放大视图。
具体实施方式图1示出根据本实用新型实施例的变压器套管状式的细长部件，该变压器套管包 括具有外部凸缘2的外部管状刚性陶瓷或聚合物绝缘体壳l，该壳可以具有5dm-30m数量级 的长度，并且在其端部连接到金属凸缘3、4，该金属凸缘可以是铝的。管状高压导体5，如铝 管或铜管，穿过整个壳1来在一端连接到变压器并且在另一端(参见接触销6)连接到高压 电网的高压导体。导体5被许多层9形式的电场分布电容器包围，许多层9例如为交替缠绕 在其上的纸和金属。这些层的数量和由此而来的电容器的数量在远离套管与变压器外壳8 的连接的端7和浸入在变压器外壳内的油浴的端处减小。这意味着电场将逐渐从导体5和 向外到壳l基本恒定。此外，锥形电容层9导致套管内轴向的平滑电场。在径向中，整个场 将由其中电容层9很厚的套管接收，然而其中的部分由套管接收，部分由远离地电势的端7 处的空气接收，部分由电容层接收，部分由另一端的油浴接收。 此外，气隙或体积10在壳1内部靠近壳内壁形成，并且这个体积填充具有电绝缘 性的凝胶11。这种凝胶包括扩张的中空微型球，其填充气体或混合成硅树脂凝胶、或其它类 型的凝胶的液/气混合物。此后混合硅树脂交联凝胶，这形成可压縮的硅树脂，它的功能将 在下面参考图2进行解释。微型球空洞的总体积在室温下为所述凝胶(因此为所述气隙) 的总体积的10-50%，优选为20% -40%。 具有包括在其中的微型球的硅树脂凝胶充入气隙以在其中具有过压，即该过压影 响所述壳的内壁12，在室温时具有过压p，0 < p < 2巴。这意味着在变压器套管如图1所 示垂直放置时，由于重力的影响，在顶端7的过压将会比在低端小。 在所述气隙10中的凝胶11的作用如下。凝胶的温度在所述壳位于室外时可以随 室外温度的改变而改变，并随流过导体5电流的强度的改变而改变。图2示出当所述凝胶 的温度增加导致所述凝胶的状态从A变到B时发生了什么。由此，在压縮微型球14的同时 凝胶13将会扩张，并且由此减少体积，从而保持壳内压力在一个可以接收的低水平。这样， 微型球反过来被压縮，这意味着当所述凝胶的温度再一次下降时它们会扩张并增加体积。
5[0034] 本实用新型当然不会限定在以上所述的实施例，然而在不背离由所附权利要求书 限定的本实用新型的基本构思的情况下，许多其可能的改变对于本领域技术人员来说都是 显然的。 所述空洞可以具有除球状之外的其它形状，它们可以形成封闭的单元并且由形成 其余所述凝胶的材料限定。
权利要求一种高压直流套管，包括外部管状刚性绝缘体壳(1)，该壳包围在壳的轴向延伸的高压导体(5)，所述高压导体至少部分由具有容性电气特性的本体(9)包围；和在所述壳(1)内壁和本体(9)或高压导体(5)之间的填充具有电绝缘性的介质(11)的体积(10)，其特征在于所述介质是包括空洞的交联可压缩凝胶，该空洞至少部分填充气体，并且所述交联可压缩凝胶在40℃具有10e11-10e14欧姆米的电阻系数。
2. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述空洞由可变形球形成，当来自可压縮凝胶 的外部压縮力减少时适于在变形后恢复它们的形状。
3. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述交联可压縮凝胶是交联硅凝胶，并且所述空洞是当没有变形时直径为0. OlOmm-O. lmm的微型球。
4. 根据权利要求3的套管，其特征在于所述微型球是扩张的微型球。
5. 根据权利要求3或4的套管，其特征在于所述微型球充有液体和气体的混合物。
6. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述交联可压縮凝胶在25t:和正常压力下包 括在10% _50%之间的空洞的体积比。
7. 根据权利要求6的套管，其特征在于所述空洞的体积比为20-40%。
8. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述交联可压縮凝胶在室温下在O < p < 2巴 的过压P下被充入所述体积(10)，影响所述空洞的内壁。
9. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述体积(10)将壳(1)的内壁从包括所述高 压导体(5)和本体(9)的部件的活性核心分开。
10. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述高压导体具有至少为12kV的系统电压。
11. 根据权利要求10的套管，其特征在于，所述高压导体具有12kV-1200kV的系统电压。
12. 根据权利要求11的套管，其特征在于所述高压导体具有50kV-1200kV的系统电压。
13. 根据权利要求1的套管，其特征在于流过所述高压导体的电流至少为1A。
14. 根据权利要求13的套管，其特征在于流过所述高压导体的电流为1A-100kA。
15. 根据权利要求14的套管，其特征在于流过所述高压导体的电流为500A-25kA。
16. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述套管是用于引导高压导体穿过壁的套管。
17. 根据权利要求16的套管，其特征在于所述套管是变压器套管或发电机套管。
18. 根据权利要求1的套管，其特征在于所述交联可压縮凝胶的电阻随电场改变，并且所述交联可压縮凝胶形成壳(1)内壁和本体(9)或高压导体(5)之间的场控制层。
专利摘要一种高压直流套管，包括外部管状刚性绝缘体壳(1)，包围在壳的轴向延伸的高压导体(5)，所述导体至少部分由具有容性电气特性的本体(9)包围；和在所述壳(1)内壁和本体(9)或导体(5)之间的填充交联可压缩凝胶的体积(10)，所述交联可压缩凝胶包括空洞(14)，该空洞至少部分填充气体，并且所述凝胶在40℃具有10e11-10e14欧姆米的电阻系数。
文档编号H01F27/32GK201503735SQ20092015084
公开日2010年6月9日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者J-A·博热松, P·斯若贝尔格 申请人:Abb技术有限公司