电套管和制造电套管的方法转让专利
申请号 : CN200580037593.8
文献号 : CN100580822C
文献日 : 2010-01-13
发明人 : 彼得·舍贝里 , 罗伯特·斯塔尔
申请人 : ABB技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于穿过接地层(2)的电流和/或电压的套管(1)，其包括 环绕中心的电导体(4)旋转对称的绝缘体(3)，所述套管在导体和绝 缘体之间具有用于气体和/或液体密封的密封部件(5)，所述绝缘体(3) 通过在导体上缠绕绝缘材料然后灌注硬化材料并且通过硬化处理转变 为固体形状而形成，其特征在于：所述密封部件(5)包括至少一个具 有槽(7a)的密封元件(6)，其设置在绝缘体(3)和导体(4)之间的 导体(4)的部分轴向长度上，在所述硬化处理过程中通过外部设置的 绝缘体使所述密封元件处于压缩状态，然后所述密封元件在导体(4) 和绝缘体(3)之间形成与绝缘体整合的气体和/或液体密封。
2.如权利要求1所述的套管，其特征在于：所述槽(7a)形成在 环带上并且垂直于面向所述槽的导体的轴向设置。
3.如权利要求1所述的套管，其特征在于：密封元件(6)包括气 体填充腔(7b)。
4.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：密封元件(6)形 成有在朝向套管中心(c)的方向上具有渐增厚度的横截面，以实现密 封元件的几何锁闭。
5.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：密封元件(6)设 置在绝缘体的外端(9)处并设有朝向该端的唇缘(10)，在制造过程中 该唇缘作为用于释放导体(4)和绝缘体外端(9)之间的力的弹性垫片。
6.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：密封元件(6)包 括橡胶材料。
7.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：处于非压缩状态的 密封元件具有0.5至10毫米的最大厚度(t)，10到100毫米的宽度(b)， 以及20到300毫米的内径(d)，所述内径略小于导体的外径(D)。
8.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：套管(1)设计用 于36kV的最低系统电压。
9.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：套管(1)设计用 于从170kV直到800kV及以上的最高系统电压。
10.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：除了绝缘材料之 外，绝缘体(3)还包括场控制器件。
11.如权利要求10所述的套管，其特征在于：所述场控制器件的 形式是场控制衬套。
12.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：套管(1)设置在 变压器中并且构成其与电力线的电连接的一部分，从而接地层(2)由 变压器箱的壁构成。
13.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：套管(1)与气体 绝缘设备一起设置，从而接地层(2)由绝缘气体周围的外壳构成。
14.如权利要求1-3所述的套管，其特征在于：套管(1)构成电 缆终端的一部分，从而接地层(2)由电缆段中的接地壳构成。
15.如权利要求1所述的套管，其特征在于：所述绝缘材料包括绝 缘纸。
16.如权利要求1所述的套管，其特征在于：所述硬化材料包括环 氧树脂。
17.一种制造根据上述权利要求的用于穿过接地层(2)的电流和/ 或电压的套管(1)的方法，所述套管包括环绕中心的电导体(4)旋转 对称的绝缘体(3)，所述套管在导体(4)和绝缘体(3)之间具有用于 气体和/或波体密封的密封部件(5)，所述绝缘体(3)通过在导体上缠 绕绝缘材料然后向所述绝缘材料(3)灌注硬化材料并且通过硬化处理 转变为固体形状而形成，其特征在于：包括至少一个具有槽(7a)的密 封元件(6)的所述密封部件(5)在缠绕绝缘材料之前被施加到绝缘体 (3)和导体(4)之间的导体(4)的部分轴向长度上，施加所述绝缘 材料使其覆盖密封元件(6)，然后在接下来制造过程期间通过周围的绝 缘体(3)利用密封元件的槽(7a)使永久的和径向的压缩力施加到密 封元件(6)上，从而处于压缩状态的密封元件(6)作为导体(4)和 绝缘体(3)之间的气体和/或液体密封件。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：由橡胶材料构成的 密封元件(6)通过使槽(7a)与导体(4)接触变形而被压缩。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于：由橡胶材料构成的 密封元件(6)通过使密封元件(6)中包含的气体填充腔(7b)压缩变 形而被压缩。
20.如权利要求17-19所述的方法，其特征在于：在硬化处理之 后，通过机加工使套管(1)获得最终形状。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：通过在车床上车使 套管(1)获得最终形状。
22.如权利要求17-19所述的方法，其中朝向绝缘体外端(9)的 密封元件(6)的端部形成有唇缘(10)，其特征在于：在绝缘体(3) 的机加工过程中，所述唇缘(10)被暴露或被移除。
23.如权利要求17-19所述的方法，其特征在于：场控制器件绕 在绝缘材料之间的绝缘体(3)中。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：场控制器件的形式 为场控制衬套。
25.如权利要求17-19所述的方法，其特征在于：压力调整层(12) 应用于部分导体和绝缘体之间。
26.如权利要求17-19所述的方法，其特征在于：该制造工艺适 用于36kV的最低系统电压的套管制造。
27.如权利要求17-19所述的方法，其特征在于：该制造工艺适 用于从170kV直到800kV及以上的最高系统电压的套管制造。
28.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述绝缘材料包括 绝缘纸。
29.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述硬化材料包括 环氧树脂。
30.如权利要求17所述的方法，其特征在于：所述硬化处理包括 硬化收缩。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种用于穿过接地层的电流和/或电压的套管，在该套管中 导体被绝缘体所包围，该绝缘体通过注入和硬化缠绕在导体周围的绝缘材 料形成。本发明还涉及一种制造套管的方法。根据本发明的套管例如被用 于变压器，用于穿过变压器箱壁将变压器绕组连接到配电网。套管的其他 应用是应用于电缆终端和气体绝缘设备。
本发明还涉及一种制造套管的方法。
背景技术
WO 00/55872公开了一种用于连接到变压器箱壁的套管。根据该专利 的套管具有应用于导体15的绝缘体17。该专利涉及将套管密封地连接到 变压器外壳的装置。绝缘体和导体之间的密封问题在该专利中没有涉及。
US 3,775,547公开了另一种套管，其具有整合在绝缘体中用以将套管 连接到变压器外壳的装置。为了解决绝缘体和导体之间的密封问题，其提 出，通过向绝缘材料加入添加剂，试图使得绝缘材料的热膨胀系数适应于 导体的热膨胀系数(第3栏第22行以及下列等等)。此处的绝缘体优选地 通过浇注并且接着硬化环氧材料进行制造并且其意在用于低电压；例如， 该专利中提到了7kV的电压水平。在本发明涉及的更高电压的情况下，该 解决泄漏问题的方法是不充分的。
在用于更高电压的套管中，也就是说，高于36kV并且达到发生的最 高系统电压，800kV以及以上，因为绝缘体的尺寸增大，出现了难以获得 满意密封的困难，其中在温度变化的情况下，由于通常由诸如铝或铜或其 合金之类的金属构成的导体材料的热膨胀系数和绝缘体材料的热膨胀系 数不同，其会导致绝缘体和导体之间产生滑动的问题。绝缘体和导体之间 的接触会松动，这接着会导致气体/液体出现不期望的泄漏。
通常在导体和绝缘体之间施加例如软木橡胶形式的压力释放层。然而， 该层不能确保导体和绝缘体之间的密封，因此泄漏的问题依然存在。
为了确保密封，公知的是为绝缘体端部的密封件，例如O形环形式的 密封件，设置槽。该密封措施制造复杂并且成本昂贵。
发明内容
这可以由一种用于穿过接地层的电流和/或电压的套管实现。所述套 管包括环绕中心的电导体旋转对称的绝缘体，所述套管在导体和绝缘体 之间具有用于气体和/或液体密封的密封部件，所述绝缘体通过在导体 上缠绕绝缘材料然后灌注硬化材料并且通过硬化处理转变为固体形状 而形成，其特征在于：所述密封部件包括至少一个具有槽的密封元件， 其设置在绝缘体和导体之间的导体的部分轴向长度上，在所述硬化处理 过程中通过外部设置的绝缘体使所述密封元件处于压缩状态，然后所述 密封元件在导体和绝缘体之间形成与绝缘体整合的气体和/或液体密 封。
通过本发明，实现了具有整合的密封件的套管，该套管适于高达发生 的最高系统电压(800kV)及以上的电压，同时确保绝缘体和导体之间的 气体或者液体密封功能，在温度变化显著的情况下也能确保该密封。
本发明的另一个方面在于提出一种制造根据上述用于穿过接地层的 电流和/或电压的套管的方法，所述套管包括环绕中心的电导体旋转对 称的绝缘体，所述套管在导体和绝缘体之间具有用于气体和/或液体密 封的密封部件，所述绝缘体通过在导体上缠绕绝缘材料然后向所述绝缘 材料灌注硬化材料并且通过硬化处理转变为固体形状而形成，其特征在 于：包括至少一个具有槽的密封元件的所述密封部件在缠绕绝缘材料之 前被施加到绝缘体和导体之间的导体的部分轴向长度上，施加所述绝缘 材料使其覆盖密封元件，然后在接下来制造过程期间通过周围的绝缘体 利用密封元件的槽使永久的和径向的压缩力施加到密封元件上，从而处 于压缩状态的密封元件作为导体和绝缘体之间的气体和/或液体密封 件。
优选实施方式说明
根据一个优选实施方式，套管的密封元件被设计为环带，在该环带处 可压缩器件包括面向导体的槽。所述槽的一个好处在于在导体和绝缘体的 温度变化的期间，它们将处于压缩状态下防止导体表面滑动，并且仍然保 持密封能力。
根据一个优选实施方式，密封元件的可压缩器件包括气体填充腔。这 些腔提高了密封部件的弹性。
根据一个优选实施方式，密封元件的可压缩器件包括槽以及气体填充 腔。
根据一个优选实施方式，密封元件被设计为密封元件的几何锁闭，例 如其形式为锁槽。该密封元件可替代地在朝向套管中心的方向上具有渐增 厚度的横截面用于形成这种锁闭。
根据另一个优选实施方式，密封元件设置在绝缘体的外端并且具有朝 向该端的唇缘(lip)，在制造过程中该唇缘用作弹性垫片用以移除导体和 绝缘体外端之间的力。
密封元件由橡胶或者类似橡胶的材料构成，所述材料具有对气体或者 液体的耐化学腐蚀性。在非压缩状态，密封元件优选地具有0.5至10毫米 的最大厚度，10到100毫米的宽度，以及20到300毫米的内径，所述直 径略小于电导体的外径。
根据一个优选实施方式，本发明所述的套管设计用于36kV的最低系 统电压，可替代地从170kV直到出现的800kV及以上的最高系统电压， 这意味着为此要确定绝缘体的尺寸。
根据一个实施方式，除了绝缘材料之外，绝缘体还包括场控制器件， 例如形式为场控制衬套(field-controlling lining)的场控制器件。
根据一个优选实施方式，根据本发明的套管设置在变压器中并且构成 其与电力线电连接的一部分，从而接地层由变压器箱的壁构成。套管还设 置于气体绝缘设备中，从而接地层由绝缘气体周围的外壳构成。可替代地， 套管构成部分电缆终端，从而接地层由电缆段中的接地壳构成。
根据本发明第二方面，提出了一种制造用于穿过接地层的电流和/或电 压的套管的方法。
根据优选方法，由橡胶或者类似橡胶的材料构成的密封元件通过使包 括槽的可压缩器件变形使其与导体接触而被压缩。
根据优选方法，密封元件通过使其包括腔的可压缩器件变形而被压缩。
根据优选方法，密封元件通过使槽以及气体填充腔变形而被压缩。
根据优选方法，在硬化处理之后，通过机加工例如在机床上车使套管 获得最终形状。
根据优选方法，朝向绝缘体外端的密封元件的端部形成有唇缘，在绝 缘体的机加工过程中，所述唇缘被暴露或者被移除。
根据优选方法，例如场控制衬套形式的场控制器件绕在绝缘材料之间 的绝缘体中。
根据优选方法，压力调整(pressure-equalizing)层应用于部分导体 和绝缘体之间。
根据优选方法，该制造工艺适用于36kV的最低系统电压，可替代地 从170kV直到目前出现的800kV及以上的最高系统电压的套管制造。
附图说明
图1显示了根据本发明的套管的截面；
图2详细显示了套管外端处的密封元件的截面；
图2a详细显示了具有锁槽的密封元件的截面；
图2b详细显示了具有可压缩气体腔的一段密封元件；
图3详细显示了一段密封元件；
图4示意性地显示了设置在变压器的变压器箱中的套管。
附图标记：
1 套管
2 接地层
3 绝缘体
4 电导体
5 密封部件
6 密封元件
7a 槽
7b 气体填充腔
8 固定元件
9 绝缘体的外端
10 唇缘
11 场控制衬套
12 压力释放层
13 锁槽
14 变压器
15 变压器绕组
16 电力线
17 变压器箱
18 绝缘体
具体实施方式
套管1包括环绕中间的电导体4大致旋转对称的绝缘体3。该导体通 常用金属材料制成，例如铝或铜或其合金，但是也可以包括其他导电材料。
套管具有密封部件5，以实现导体和绝缘体3之间的气体/液体密封。 绝缘体通过下述方式形成：以公知的方式将绝缘材料(例如绝缘纸)缠绕 在导体上，然后向其灌注硬化材料例如环氧树脂。通过硬化处理，绝缘体 以所谓的RIP(树脂浸渍纸(Resin Impregnated Paper))体的形式呈现为 固体形状。例如软木橡胶形式的压力释放层12可应用于导体和绝缘体之间 的边界层各部分之间的导体上。然而，该层不能确保密封功能但是具有压 力释放功能。
根据本发明，密封部件5包括至少一个具有可压缩器件的密封元件6， 该密封元件被设置在绝缘体3和导体4之间的导体上，在所述硬化处理中， 对于该密封元件，由外部设置的绝缘体3实现压缩状态，然后该密封元件 在导体4和绝缘体3之间形成与绝缘体整合的气体/液体密封。由适于该目 的的品质的橡胶材料或者类似橡胶材料构成的密封元件被塑形为环带。为 了使密封元件实现永久性的压缩状态，密封元件具备可压缩器件。根据本 发明的一个实施方式，可压缩器件包括面向导体的槽7a，所述槽在压缩过 程中变形。根据本发明的另一个实施方式，密封元件6的可压缩器件包括 在压缩过程中被压缩和变形的气体填充腔7b。这些通过使槽7a和气体填 充腔7b变形使密封元件产生永久性压缩的方法的结合可能处于本发明的 范围之内。
根据本发明，密封部件5包括设置在导体4的一部分轴向长度上的至 少一个具有可压缩器件的密封元件6。优选地，密封元件可以设置在绝缘 体的两端。可替代地，密封元件6可以设置在绝缘体的端部之间或者设置 在端部处以及端部中间。
图2详细显示了套管1的外端处的密封元件6的截面。此处，密封元 件6形成为在朝向套管1的中心c的方向上具有渐增厚度的横截面，并且 在绝缘体中形成相应的空隙。这意味着当从套管中心朝向外端的气体或者 液体的过压在密封件上导致朝向其外端的轴向压力时，实现了密封元件的 几何锁闭。
另外，图2显示了密封元件6具有朝向绝缘体外端的唇缘10。该唇缘 作为柔性垫片用于释放导体3和绝缘体外端9之间的力。12标示压力释放 层。
图2a显示了密封元件6的截面，其中借助于锁槽13实现了与绝缘体 相抵的几何锁闭。锁槽13在图中呈波浪形。此处，可压缩器件包括槽7a。
图2b显示了与图2a类似的密封元件6的截面，其中可压缩器件包括 气体填充腔7b以及槽7a。
图3显示了一段密封元件6的截面，其中在非压缩状态下，密封元件 展示出的最大厚度t为0.5到10毫米之间，宽度b为10到100毫米之间， 以及内径d为20到300毫米之间，所述直径略小于电导体的外径D(图1)。
图2和3中的密封元件6也可以设置如图2b所示的气体填充腔7b。
优选地，套管设计用于从36kV，可替代地从170kV的最低系统电压， 直到出现的最高系统电压，即800kV以及以上。在这些应用中，除了绝缘 材料之外，绝缘体3还适于包括场控制器件，例如其形式为图2中示意性 示出的场控制衬套。
在图4中，根据本发明的套管1被显示为设置在变压器14中并且构成 变压器绕组15和电力线(force line)16之间的电连接的一部分。此处， 接地层2由变压器箱17的壁构成。18标示连接到套管的绝缘体。
可替代地，套管可与气体绝缘设备(未示出)一起设置，其中接地层 2由绝缘气体周围的外壳构成。
在套管构成电缆终端(未示出)的一部分的情况下，接地层2的形式 为连接到电缆终端的电缆段中的接地壳。
当密封元件6如上所述位于绝缘体外端时，优选地密封元件附接到绝 缘体的每个外端。可替代地，密封元件可中心定位。在该情况下，密封元 件优选地不形成唇缘10。
本发明还涉及上述用于穿过接地层2的电流和/或电压的套管的制造方 法。
套管因此包括围绕中心的电导体4大致旋转对称的绝缘体3，在导体4 和绝缘体3之间具有用于气体/液体密封的密封部件5。该绝缘体3使用公 知技术形成，从而例如绝缘纸形式的绝缘材料缠绕在导体上(或者缠绕在 可能应用在其上的压力释放层上)。此后，向绝缘体灌注硬化材料，如环 氧树脂，因此通过硬化处理，该材料变为固态形状。在该处理过程中，出 现了绝缘材料的收缩，即所谓的硬化收缩(hardening shrinkage)，该收缩 使得绝缘体变得附着到导体的包络面并且对其进行密封。
在用于更高电压和电流的套管中，套管必须相应地确定尺寸，其意味 着这些套管呈现较大的尺寸。依次地，由此可见，沿绝缘体和导体的轴向 长度的接触表面变得相当大，例如1-2米。
因为导体材料和绝缘材料二者的温度膨胀系数各不相同，所以作为温 度变化的结果，在边界层上将出现剪力，这意味着在导体和绝缘材料之间 无法维持密封，这会导致其间的气体/液体泄漏。
根据制造本发明套管的方法，可压缩弹性密封元件6形式的密封部件 5在缠绕在绝缘材料上之前被应用于导体4。施加绝缘材料使其至少大致覆 盖密封元件6，从而在接下来的制造过程中，永久的和大致径向的压缩力 从周围的绝缘体3施加到密封元件上，借此处于压缩状态的密封元件6用 作导体4和绝缘体3之间的气体/液体密封件。
密封元件6由橡胶或者类似橡胶的材料制造，并且为了使压缩永久， 重要的是要给该材料变形的空间。因为密封元件具有例如槽7a之类的可压 缩器件，该可压缩器件在压缩过程中弹性变形，因此在这些槽之间提供了 膨胀空间。
可替代地，密封元件6的可压缩器件包括可被压缩的空气腔或者气体 填充腔。
可替代地，密封元件6的可压缩器件包括槽7a以及空气腔或者气体填 充腔7b。
在硬化处理之后，通过机加工该绝缘体，例如通过在车床上将绝缘体 车为期望的形状，套管可获得最终形状。
当密封元件设置在绝缘体的外端9处时，优选地，其形成有唇缘10， 当绝缘材料缠绕在其上时，允许唇缘完全或部分覆盖该端。在绝缘体3的 机加工过程中，唇缘被暴露或者可替代地被移除。通过这种方法，避免了 绝缘体外端9处机械应力集中。
在套管被设计用于高电压时，通常需要场控制器件，例如其形式为场 控制衬套11，该衬套以公知的方式绕在绝缘材料之间的绝缘体3中。
优选地，该制造工艺适用于36kV的最低系统电压，可替代地从170kV 直到目前出现的800kV及以上最高系统电压的套管制造，但是根据本发明 其也适用于较低电压的套管制造。