專利名稱：插塞式套管和具有這樣的套管的高電壓設施的制作方法
技術領域：
本發明涉及根據專利權利要求1的前序部分的插塞式高電壓套管，其用于將外部電導體連接至高電壓設施的金屬封裝構件，該金屬封裝構件填充有液態或氣態絕緣介質。 本發明還涉及一種高電壓設施，其具有填充有液態或氣態絕緣介質的金屬封裝構件并且具有根據專利權利要求1的插塞式套管。插塞式套管將內部電導體連接至外部電導體，內部電導體布置于構件中并通過液態或氣態絕緣介質而與金屬封裝物絕緣，外部電導體大體上通過周圍空氣而絕緣，但其也可通過某些其它絕緣介質(例如固體、油或SF6)而絕緣，并且其可為高電壓電纜、電纜終端、電纜套筒或氣體絕緣的開關設備組件的部分。
背景技術：
最初提到的類型的插塞式套管例如在GB 689560、DE 10200702^41A1以及在 2006 年由 Pfisterer Kontaktsysteme GmbH&Co. KG 作為公司文獻出版的 Th. Klein 等人的文章"A New Separable 170kV Outdoor Bushing System Creates a Multi-Purpose Transformer or Switchgear”中描述。所描述的插塞套管各自具有能插入配對插頭部分中的插頭部分，當變壓器安裝于安裝位置處時，配對插頭部分以對于絕緣介質形成密封的方式應用至變壓器。這在很大程度上簡化變壓器的運輸和維護。在套管插入期間，在配對插頭部分的絕緣套筒以及套管的插頭部分(其通常為插頭的形式)之間形成接頭，該接頭在變壓器和套管操作期間經受強電場的影響，并且其可例如借助于絕緣油(GB 689560)、借助于集成在套管中的場控制裝置以及通過使用限界接頭的彈性體而介電加強。
發明內容
如在專利權利要求中所指出的那樣，本發明基于以下目的提供一種最初提到類型的插塞式套管，其特征為簡單和緊湊的設計并且同時適于有效地控制在套管的操作期間 (甚至在很高的操作電壓下)起作用的電場。根據本發明，提供了一種用于將外部電導體連接至高電壓設施的金屬封裝構件的插塞式套管，該金屬封裝構件填充有液態或氣態絕緣介質，該插塞式套管包括處于同軸布置的下列項電導體，其沿著軸線排布并具有插塞接觸件以及用于外部導體的連接件；以及，絕緣體，其附連至電導體；安裝凸緣，其附連至絕緣體；以及，包圍電導體的裝置，其用于控制在施加高電壓時起作用的電場。絕緣體具有漸縮部段，漸縮部段在套管插入插頭部分中之后使接頭介電加強，插頭部分以對于絕緣介質形成密封的方式封閉高電壓設施的構件，該接頭布置于插頭部分的絕緣套筒以及絕緣體的漸縮部段之間。場控制裝置為電容器繞組的形式。電容器繞組具有電容器板，電容器板彼此電隔離，在徑向方向上通過絕緣膜保持彼此相距一定距離，并且通過將電容器繞組嵌入固化的聚合物化合物中而集成在絕緣體中。電容器板穿過安裝凸緣延伸到絕緣體的漸縮部段內。
因此，在根據本發明的套管的情況下，用作場控制裝置的電容器繞組被集成在絕緣體中并同時配備有安裝凸緣，顯著地簡化了制造套管的過程并且套管同時具有簡單和緊湊設計的特征。在電容器繞組的制造期間，容易在合適位置將合適大小的臺階式電容器板卷繞到絕緣膜中。這在高電壓設施的操作期間導致對作用于電導體與安裝凸緣以及構件的金屬外殼之間電場很精確的控制。對于外部區域和內部區域以及因此對于接頭而言，可容易地實現制造期間板的合適的臺階式布置，外部區域位于安裝凸緣的一側上并包括用于外部電導體的連接件，并且內部區域位于安裝凸緣的另一側上并與該構件相關聯。因此以對于制造而言簡單的方式解決了在兩個區域的其中每個區域中以及接頭中出現的特定場控制問題。因此，盡管具有簡單和緊湊的設計，但根據本發明的套管適于有效地控制和均化在高電壓設施的操作期間(甚至在很高的操作電壓下)作用于安裝凸緣的兩側上以及接頭中的電場。漸縮絕緣體部段的限界接頭的表面可由可彈性變形的絕緣物形成，該可彈性變形的絕緣物被保持在電容器繞組上并有利地為彈性體的形式。在根據本發明的插塞套管的一個有利的實施例中，為了使可彈性變形的絕緣物良好地集成在絕緣體中，其可接合在臺階之后，該臺階形成于電容器繞組中。接頭的前述邊界面可為錐形，并且然后以錐形形狀漸縮。然而，其也可呈郁金香的形式漸縮。其然后在朝向插塞接觸件的部段中比在背向插塞接觸件的部段中以顯著更大的程度漸縮，其中，其可平行于接頭的邊界面的相應部段延伸，邊界面由插頭部分的絕緣套筒形成。可將屏蔽件應用到該絕緣體的外表面上并在軸向方向上從安裝凸緣延伸至電導體的連接件。為了避免不利地影響場控制電容器繞組的電特性，固化聚合物化合物可包括填料，該填料用作對于從外部進入的水的擴散屏障。合適填料可包含無機粉末，例如石英粉末。備選地或另外地，屏蔽件也可布置在絕緣體的涂層上，其用作擴散屏障。為了實現電容器板的合適臺階以及因此接頭中的電場的均勻分布，電容器板的朝向插塞接觸件的那些端部可位于匹配接頭的輪廓的包絡面上。本發明還包括一種高電壓設施，其具有填充有液態或氣態絕緣介質的構件并且具有前述的插塞式套管，該插塞式套管被插入插頭部分中，插頭部分包括絕緣套筒并且以對于絕緣介質形成密封的方式封閉高壓絕緣物的構件，該插頭部分為場控制元件的形式。在該高電壓設施的一個實施例中，插頭部分的絕緣套筒可配備有控制電極，該控制電極可承載高電壓電位。備選地或另外地，絕緣套筒可包括場控制絕緣材料。絕緣套筒的限界接頭的表面可由可彈性變形的絕緣物形成，其有利地為彈性體的形式。
在下文中將參照附圖更詳細地解釋本發明，在附圖中圖1示出根據本發明的插塞式套管的一實施例在插入高電壓設施的形式為變壓器的構件期間沿著穿過其軸線的截面圖，圖2示出如圖1中所示的插塞套管在插入變壓器內之后的側視圖，其示出在插入期間所形成的插塞連接的沿著軸線的截面圖，以及圖3示出對于圖2中所示的套管的插塞連接的方框中的區域的部段的放大圖示。
參考標記列表
10電導體
11插塞接觸件
12外部連接件
20絕緣體
21，22絕緣體20的部段
23固化聚合物材料
24絕緣物
30安裝凸緣
40電容器繞組
41電容器板
42絕緣膜
43電容器繞組的圓柱形部段
44電容器繞組的漸縮部段
45臺階
50屏蔽件
60插頭部分
61色緣介質
62金屬外殼
63電導體
64色緣套筒
65插塞接觸件
66控制電極
67絕緣物
A軸線
D套管
F接頭
H包絡面
T變壓器
具體實施例方式在所有附圖中，相同的參考標記表示具有相同作用的部件。在圖1和圖2中示出并沿著軸線A延伸的套管D包括處于同軸布置的下列部件-電導體10，其沿著軸線A排布，其下端具有形式為銷的插塞接觸件11，并且在其上端形成連到外部高電壓導體的連接件12，-絕緣體20，其為旋轉體的形式并具有安裝在電導體10的外表面上的剛性電容器繞組40以及安裝在電容器繞組40的端面上的可彈性變形的絕緣物M，
-安裝凸緣30，其安裝在絕緣體20的外表面上，以及-屏蔽件50，其由疏水性聚合物(通常為例如硅酮或三元乙丙橡膠(EPDM))形成， 其大體上被應用至絕緣體20的外表面的部段以作為對天氣、污垢和/或輻射的防護，其沿軸向方向從安裝凸緣30延伸至電連接件12。絕緣體20具有漸縮的下部段21以及與該部段相鄰并主要為圓柱形的部段22。部段22穿過安裝凸緣30延伸到外界空氣連接件12，而相比而言，部段21僅在安裝凸緣30下方布置于安裝凸緣30與插塞接觸件11之間。電容器繞組40被集成于絕緣體20中并具有電容器板41，電容器板41彼此電隔離并在徑向方向上通過絕緣膜42保持彼此相距一定距離，絕緣膜42通常包括紙和/或塑料。電容器板41在外界空氣連接件12的方向上以及插塞接觸件11的方向上的長度隨著距電導體10的徑向距離增加而持續減小。導電的電容器板41 (并且尤其是其面對插塞接觸件11的端部)被嵌入固化聚合物基質23中，該導電的電容器板41被纏繞到膜42中或被壓到膜上。固化聚合物樹脂23具有填充或未填充的聚合物(通常基于環氧樹脂)。如果需要，絕緣材料23可額外地包括形式為粉末的填料(例如基于石英)。如果絕緣膜40和(如果需要)電容器板41也具有合適大小的開口，那么制造電容器繞組40和套管的過程會簡化。在利用未固化的聚合物樹脂使電容器繞組(其通過纏繞絕緣膜42以及通過引入電容器板41而預制)飽和(Impragnieren)期間，然后可允許填料的顆粒易于通過這些開口。電容器繞組40用于控制在套管D操作期間形成于電導體10與安裝凸緣30之間的電場，電導體10然后處于高電壓電位并且安裝凸緣30然后保持在接地電位。絕緣體部段21的漸縮外表面通過保持于電容器繞組40的一個端面上的可彈性變形的絕緣物M而形成。這種絕緣物有利地包括彈性體(例如基于EPDM或硅酮)。其從安裝凸緣30的下部面延伸至插塞接觸件11。直到安裝凸緣30固定至電容器繞組40 (例如通過夾持或通過粘合劑結合)之后才將絕緣物應用到電容器繞組40上。絕緣物M然后同屏蔽件50 —起以從制造觀點而言有利的方式灌注到電容器繞組40上。如可從圖1看到的那樣，套管D可沿軸線A向下延伸并可插入到變壓器T的插頭部分60內，插頭部分60呈插座的形式。變壓器T具有金屬外殼62，該金屬外殼62處于接地電位并填充有液態或氣態絕緣介質61，尤其是例如絕緣油。變壓器T的電導體63在其上端保持于插頭部分60的絕緣套筒64上并具有形式為套筒的插塞接觸件65，電導體63同樣沿著軸線A延伸并連接至高電壓繞組(未圖示)。絕緣套筒64以對于絕緣介質形成密封的方式而附連至外殼62的形式為凸緣附接件的部分，并且沿著軸線A從附連點向下朝變壓器 T的內部逐漸漸縮，絕緣套筒64保持電導體63并使插塞接觸件65在軸線A上居中。插塞接觸件65以及電連接至電導體63的控制電極66被保持在絕緣套筒64的下端(位于變壓器內部)。絕緣套筒64的朝向內的表面具有與漸縮絕緣部段21的朝向外的表面大致相同的輪廓。如可從圖2到的那樣，在套管D插入插頭部分60 (其為插座的形式，如可看到的那樣)期間，在絕緣套筒64的朝向軸線A的內表面與漸縮絕緣體部段21的遠離軸線A朝向外的表面之間形成接頭F。在插入期間，插塞接觸件11和65彼此接合，從而在兩個電導體 10與63之間產生電連接。安裝凸緣30然后借助于螺釘(其未圖示)固定至金屬外殼62。 在該過程中，絕緣物M被壓靠在絕緣套筒64的內表面上并且彈性地變形，從而使接頭F介
7電加強。在電容器繞組40的制造期間，可通過在合適位置引入電容器板41 (其沿著長度合適地堆疊)而很準確地控制作用于電導體10與安裝凸緣30以及金屬外殼62之間的電場。 這導致外部區域和內部區域以及因此還有接頭F中的電場的精細分級的均化，外部區域暴露于作為絕緣介質的空氣并位于安裝凸緣30上方，內部區域位于安裝凸緣30下方并暴露于變壓器T的絕緣介質(更確切地說特別是絕緣油)。因此從制造觀點而言以簡單方式解決了兩個區域中的每個區域中以及接頭中出現的特定場控制問題。如圖所示，盡管在外部區域中絕緣介質通常為空氣，但也可存在不同的絕緣介質，例如在電纜終端的情況下為油， 或者在氣體絕緣的開關設備組件中為絕緣氣體，通常例如為SF6。作為填充有絕緣油的變壓器T的替代，高電壓設施還可包括填充有絕緣氣體(特別是例如SF6)的金屬封裝的開關設備組件的構件(例如開關裝置)。如果插頭部分60為場控制元件的形式，可在絕緣套筒64的區域中并且尤其是在接頭F中特別精細地控制高電壓設施(其包括套管D)中的電場。這可通過控制電極66(其在該設施的操作期間承載高電壓電位)實現，或者通過在絕緣套筒64中使用場控制材料而實現，或者通過在絕緣套筒中一起使用控制電極66和場控制絕緣材料而實現。如可從圖3看到的那樣，作為可彈性變形的絕緣物M的補充或替代，可彈性變形的絕緣物67也可集成在絕緣套筒64中。如果此絕緣物(其優選地為基于硅酮或EPDM的彈性體形式)形成絕緣套筒64的限界接頭F的表面，那么當套管D插入變壓器T內時額外地改進接頭的介電強度。如可從圖3看到的那樣，電容器板41的朝向插塞接觸件11的那些端部位于匹配接頭F的輪廓的包絡面H上。這導致對接頭F中的電場的特別均勻的控制。如還可從圖3看到的那樣，電容器繞組40具有位于漸縮絕緣體部段21中的兩個部段43、44。部段43為圓柱形，并通過臺階45而呈臺階狀，臺階45以環形形狀繞軸線A 引導并以臺階的形式遠離部段44，部段44具有更小的直徑并向下(沿插塞接觸件11的方向)漸縮。絕緣物接合在臺階45之后并因此改進絕緣物M在電容器繞組40上的粘附性。 這在套管D插入插頭部分60期間很重要，因為從此絕緣物M在與插入方向相反的方向上具有施加于其上的高剪切力。該臺階吸收該剪切力的一部分并因此改進絕緣物M在電容器繞組40上的粘附性。
權利要求
1.一種用于將外部電導體連接至高電壓設施的金屬封裝構件(T)的插塞式高電壓套管(D)，所述金屬封裝的構件(T)填充有液態或氣態絕緣介質(61)，所述插塞式高電壓套管包括處于同軸布置的下列項電導體(10)，所述電導體(10)沿著軸線(A)排布并具有插塞接觸件(11)以及用于外部導體的連接件(1 ；絕緣體(20)，所述絕緣體00)附連至所述電導體(10)；安裝凸緣(30)，所述安裝凸緣(30)附連至所述絕緣體00)；以及，包圍所述電導體(10)的裝置，所述裝置用于控制在施加高電壓時起作用的電場，其中所述絕緣體 (20)具有漸縮部段(21)，所述漸縮部段在所述套管(D)插入插頭部分(60)中之后使接頭(F)介電加強，所述插頭部分(60)以對于所述絕緣介質形成密封的方式封閉所述高電壓設施的構件(T)，所述接頭(F)布置在所述插頭部分(60)的絕緣套筒(64)以及所述絕緣體的漸縮部段之間，其特征在于，所述場控制裝置為電容器繞組GO)的形式，其中所述電容器繞組GO)具有電容器板(41)，所述電容器板彼此電隔離，所述電容器板 (41)在徑向方向上通過絕緣膜0 保持彼此相距一定距離，并且所述電容器板Gl)通過將所述電容器繞組GO)嵌入固化的聚合物化合物中而集成在所述絕緣體O0)中，并且，其中，所述電容器板Gl)穿過所述安裝凸緣(30)延伸到所述絕緣體O0)的漸縮部段中。
2.根據權利要求1所述的套管，其特征在于，所述絕緣體部段的限界所述接頭 (F)的表面由保持在所述電容器繞組GO)上的可彈性變形的絕緣物04)形成。
3.根據權利要求2所述的套管，其特征在于，所述可彈性變形的絕緣物04)為彈性體的形式。
4.根據權利要求2或3中任一項所述的套管，其特征在于，所述可彈性變形的絕緣物 (24)接合在形成于所述電容器繞組GO)中的臺階05)之后。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的套管，其特征在于，屏蔽件(50)被應用至所述絕緣體OO)的外表面并在軸向方向上從所述安裝凸緣(30)延伸至所述電導體(10)的連接件(12)。
6.根據權利要求5所述的套管，其特征在于，所述固化的聚合物化合物包括填料， 所述填料用作對于從外部進入的水的擴散屏障。
7.根據權利要求5或6中任一項所述的套管，其特征在于，所述屏蔽件(50)布置于所述絕緣體OO)的涂層上，其用作對于進入的水的擴散屏障。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的套管，其特征在于，所述電容器板的朝向所述插塞接觸件(11)的那些端部位于匹配所述接頭(F)的輪廓的包絡面(H)上。
9.一種高電壓設施，所述高電壓設施具有填充有液態或氣態絕緣介質(61)的構件(T) 并且具有根據權利要求1至8中任一項所述的插塞式套管(D)，所述插塞式套管被插入插頭部分(60)內，所述插頭部分(60)包括絕緣套筒(64)并且以對于所述絕緣介質形成密封的方式封閉所述高電壓絕緣物的構件(T)，其特征在于，所述插頭部分(60)為場控制元件的形式。
10.根據權利要求9所述的高電壓設施，其特征在于，所述絕緣套筒(64)配備有控制電極(66)，所述控制電極(66)能承載高電壓電位。
11.根據權利要求9或10中任一項所述的高電壓設施，其特征在于，所述絕緣套筒 (64)包括場控制絕緣材料。
12.根據權利要求9至11中任一項所述的高電壓設施，其特征在于，所述絕緣套筒 (64)的限界所述接頭(F)的表面由可彈性變形的絕緣物(67)形成。
13.根據權利要求12所述的高電壓設施，其特征在于，所述可彈性變形的絕緣物(67) 為彈性體的形式。
全文摘要
本發明涉及插塞式套管和具有這樣的套管的高電壓設施。具體而言，本發明提供了用于將電導體連接至高電壓設施的金屬封裝構件(T)的插塞式高電壓套管(D)，該金屬封裝構件(T)填充有絕緣介質。其被設計成關于軸線(A)旋轉對稱并具有居中排布的電導體(10)、場控制裝置和絕緣體(20)，絕緣體(20)包圍電導體并具有漸縮部段(21)，漸縮部段(21)在套管(D)插入插頭部分(60)中之后使接頭(F)介電加強，插頭部分(60)以對于絕緣介質形成密封的方式封閉構件(T)，該接頭(F)布置在插頭部分(60)的絕緣套筒(64)以及絕緣體的漸縮部段(21)之間。
文檔編號H01F27/29GK102568757SQ20111029164
公開日2012年7月11日 申請日期2011年9月21日 優先權日2010年9月21日
發明者A·戴斯, J·羅克斯, O·利克 申請人:Abb技術有限公司