專利名稱：氣體絕緣的高壓設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種氣體絕緣的高壓設備。
背景技術：
這類設備例如逐段地預制，預制的部段輸送到一個線路上，然后在該線路上或在該線路中通過焊接、借助于插塞連接或借助于法蘭連接互相連接在一起。所述各預制的部段由一個或多個管狀內(nèi)導體和一同樣為管狀的外導體組成。所述內(nèi)導體借助絕緣子固定在外導體內(nèi)。這種支撐絕緣子除了可以隔離設備部段外，或可通過適當?shù)脑煨蛯崿F(xiàn)沿軸向的氣流流動。
例如在此類型的DE 19725311A1中采用了一種氣體絕緣的高壓設備，其中至少一個內(nèi)導體借助絕緣子支承在一管狀外導體內(nèi)，絕緣子一側固定在內(nèi)導體上以及另一側固定在外導體上。在這里，在外導體上的固定是在一第一環(huán)形外電極和一第二環(huán)形外電極之間進行的。
在此類設備中非常重要的是，在內(nèi)導體與外導體之間形成一種無可指摘的電絕緣，因為當內(nèi)外導體之間的電位差相當大時，局部放電已經(jīng)可能至少導致功能破壞。在現(xiàn)有技術中已指明，通過增大內(nèi)導體與外導體之間的環(huán)腔以及絕緣子的漏斗形結構，可以顯著減小局部放電的危險。
然而存在的缺點是，由于所述大的環(huán)腔，通常鋁制的外導體具有很大的質量并因而在制造和運輸上的成本很高。用昂貴的澆注樹脂制成的漏斗形絕緣子同樣是這種情況，為保證均質的介電特性它們必需要很高的制造費用。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明所要解決的技術問題是，創(chuàng)造一種小型化和低成本的、盡管如此也可以最大程度地避免由于意外放電造成功能破壞的氣體絕緣的高壓設備。
上述技術問題通過一種氣體絕緣的高壓設備得以解決，該氣體絕緣的高壓設備尤其用于傳輸245kv以上范圍內(nèi)的高壓，其中，至少一內(nèi)導體借助絕緣子支承在一管狀外導體內(nèi)，絕緣子一側固定在所述內(nèi)導體上以及另一側借助一第一環(huán)形外電極和一第二環(huán)形外電極固定在所述外導體上，按照本發(fā)明，至少一絕緣子設計為平的盤狀，以及，所述絕緣子朝所述內(nèi)導體的方向與一澆注的基本上有蘑菇狀橫截面的控制電極連接，該控制電極可被夾緊在所述內(nèi)導體的截面縮小區(qū)段中。
在這里，所述平的盤狀絕緣子保證按體積而言絕緣子只須使用最少的材料，并由此尤其在批量生產(chǎn)時保持低的成本。
此外，通過可夾緊在內(nèi)導體的橫截面縮小區(qū)段中的蘑菇狀控制電極這種特殊的結構形式，以及通過設計兩個設置在外導體上的外電極形狀，可以將電場設計為，可使電力線基本上平行和甚至在絕緣子的區(qū)域內(nèi)本身也有盡可能大的間距，從而減小放電的危險。
為此，兩個外導體優(yōu)選地設計為均勻的環(huán)形，確切地說具有倒圓的內(nèi)輪廓。此外相應地要設計圍繞內(nèi)導體的區(qū)域。所述朝內(nèi)導體的方向定向的控制電極可夾緊在內(nèi)導體的橫截面縮小的區(qū)段內(nèi)。這就是說，通過橫截面為蘑菇狀的控制電極的“蘑菇頭”可以“橋接”內(nèi)導體的橫截面縮小區(qū)段以及沿軸向向兩側方向使內(nèi)導體的輪廓和諧地或基本上沿切向地過渡到“蘑菇頭”上。在這里特別有利的是，控制電極可例如通過螺釘夾緊在一個分成兩部分的內(nèi)導體的端面區(qū)域內(nèi)。在這種情況下主電路電流經(jīng)內(nèi)導體區(qū)段在端側的端部通過蘑菇的“腳”流過。這一方面可以實現(xiàn)一種非常簡單的可裝配性，以及另一方面保證可以采用便于制造和輕的構件工作，這些構件能輕易地就地裝配在一起。
因此，通過本發(fā)明提供了一種盤狀的支撐絕緣子，它有良好的示蹤特性、高的持續(xù)使用溫度、尤其對于工作電壓例如為420KV的單極封閉式設備來說有介電的耐用性和機械的耐久性，它取代了在此處通常用的錐形絕緣子。盤狀支撐絕緣子和澆注的控制電極設計為，盡管采用比較小的外徑和小的澆注樹脂質量，但仍能達到高的介電耐受電壓特性和足夠的機械特性。在這里的優(yōu)點在于降低了絕緣子和導體連接部分的制造成本以及高的介電耐受電壓特性，盡管具有小的外徑、高的機械強度(就允許的軸向力和扭矩而言)以及絕緣子比較小的外徑。
下面說明本發(fā)明的一些有利的擴展設計。
在本發(fā)明的一項有利的擴展設計中規(guī)定，沿平的盤狀絕緣子的軸向，在內(nèi)邊緣面的中心與外邊緣面的中心之間的偏移，小于絕緣子沿軸向最大尺寸的四分一。由此，這種絕緣子與已知的“漏斗形”支撐絕緣子形成鮮明的對比。實際上這樣是有利的，即，絕緣子相對于垂直于軸向的平面設計為基本上鏡象對稱(然而與絕緣子的基本形狀沒有密切的關系的用于防止轉動的小孔等除外)。由此保證絕緣子的體積盡可能地小并因而能保持低成本。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，絕緣子的表面至少在橫截面內(nèi)局部是彎曲的。由此導致在內(nèi)導體與外導體之間漏電路徑少量延長，可以控制為更小的場干擾，制造絕緣子所需的材料更少。所述的彎曲也可以調(diào)諧在三聚點(亦即在控制電極、澆注樹脂和氣體充注彼此在這里相遇的那一點)的位置上。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，絕緣子在沿徑向的外部區(qū)域內(nèi)有第二控制電極。這并不是絕對必要的，因為通過設計第一和第二外電極可以建立一個已經(jīng)非常均勻的場。在這里還應注意，在沿徑向的外部區(qū)域內(nèi)安置另一個控制電極成本很高，但為了保證最高的場均勻性，盡管如此仍應是有利的。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，絕緣子用一種均勻的絕緣材料制成，可能由選用的澆注樹脂制成。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，絕緣子有徑向和軸向間隙地設在外電極之間以及有一個相對于它們的防轉動裝置。由此保證，尤其在非氣密的“支撐絕緣子”的情況下，存在高的機械強度和高的耐溫度交變性能。這樣一種支撐絕緣子有一些沿軸向用于氣體通過的有序的孔。當然也有可能將按照本發(fā)明的絕緣子設計為基本上是氣密的“隔離絕緣子”，在這里由于難以密封寧可推薦無間隙地固定。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，所述朝內(nèi)導體方向設置的控制電極具有一用于鑲嵌一密封圈的環(huán)形槽，以用于使控制電極與內(nèi)導體氣密地夾緊。這一設計結構主要體現(xiàn)在上面已提及的“隔離絕緣子”中，以保證盡可能最佳的氣密性。
本發(fā)明最重要的是澆注在絕緣子內(nèi)的控制電極的設計。對此有利的是，這些控制電極沿徑向在內(nèi)部設有一基本上為圓柱形的，亦即橫截面為矩形的“蘑菇腳”，該“蘑菇腳”沿徑向在外側設一展寬部分(“蘑菇頭”)。在這里，蘑菇頭的橫截面有一種基本上無棱角的輪廓形狀。因此，控制電極一方面首先要制得輕而小，以及可與絕緣子一起輕便地攜帶和裝配。另一方面沿徑向設在內(nèi)側的圓柱環(huán)還促使待連接的內(nèi)導體“旋緊”到控制電極上。這尤其當內(nèi)導體至少分成兩部分以及此圓柱環(huán)形的部分安裝在內(nèi)導體段的兩個端面之間并用螺釘固定內(nèi)導體段時更能良好地實現(xiàn)。
在這里有利的是，在內(nèi)導體側面(相隔間距)連接的內(nèi)導體部分在其輪廓形狀方面例如與蘑菇頭形狀相協(xié)調(diào)。例如，這些內(nèi)導體部段在其端側區(qū)域具有例如增粗或逐漸變細區(qū)段，以便在支撐絕緣子區(qū)域內(nèi)獲得一種均勻的輪廓形狀。
在另一項有利的擴展設計中規(guī)定，第一和第二外電極設在外導體內(nèi)輪廓之內(nèi)?！皟?nèi)輪廓”在這里指的是外導體內(nèi)部“無凹槽”的正常橫截面。因此不再需要設技術上復雜的(以及為了裝配嚴格控制公差的)外法蘭，而在這些外法蘭內(nèi)則必須要裝入沿徑向超過外導體直徑的絕緣子。因此可以使用簡單的管子作為外導體，其中只須設置一些用于固定所述絕緣子的環(huán)。為此有利的是，第一和第二外電極優(yōu)選地在一個大于外電極內(nèi)徑的直徑區(qū)域內(nèi)用螺釘互相連接，以便于因此不影響外電極的面朝內(nèi)導體方向的輪廓形狀。為外所述第一外電極例如可以是一熱壓配合、熔焊或釬焊在外導體的內(nèi)徑內(nèi)部的環(huán)，或是外導體的一固定組成部分(在這里例如在采用角連接件時第一外電極整體式地制造在一個例如鋁鑄件內(nèi))。
在這里所示結構尤其推薦用于模件式構造的結構中。例如外導體可設計為由簡單的管件或角連接件構成的簡單模件，它們例如焊在一起。
內(nèi)導體優(yōu)選地也可以設計為模件，此時各內(nèi)導體模件可由多個部分組成。因此一個內(nèi)導體模件可各有一個用于夾緊控制電極的“固定區(qū)段”。尤其是所述內(nèi)導體模件可逐個互相插接時是有利的。為此，內(nèi)導體的一個端部總是有一個比內(nèi)導體的另一端減小的直徑，所以相鄰的內(nèi)導體模件可互相插接。為了在絕緣子區(qū)域內(nèi)使電場均勻，在這里推薦，一個有較小橫截面的端部在其朝絕緣子方向的邊界區(qū)有一增粗段，以及內(nèi)導體連接在絕緣子另一側上的部段朝絕緣子方向有一逐漸變細區(qū)段，所以總起來得到一個非常均勻的輪廓形狀并因而達到非常均勻的場變化控制。
內(nèi)導體的直徑有利地界于5cm至20cm之間，特別優(yōu)選界于15cm至20cm之間。在這種情況下外導體的內(nèi)徑優(yōu)選地為30cm至80cm，特別優(yōu)選為40cm至60cm。這樣一種設備適用于確保在工作中在內(nèi)導體與外導體之間優(yōu)選為245kv至550kv、特別優(yōu)選為420kv至550kv的電位差。


下面借助多個

本發(fā)明。附圖中圖1表示一按照本發(fā)明的氣體絕緣高壓設備的一縱向段；以及圖2表示一按照本發(fā)明的氣體絕緣高壓設備的一個角段。
具體實施例方式
圖1表示一按照本發(fā)明的氣體絕緣高壓設備1。它尤其設計用于傳輸高于250kv范圍內(nèi)的高壓，也就是說，在一縱向延伸的內(nèi)導體2與一外導體之間的電位差總共可超過245kv。內(nèi)導體2借助絕緣子3支承在管狀外導體4內(nèi)，其中，絕緣子一側固定在內(nèi)導體上以及另一側借助一第一電極5和一第二電極6固定在外導體上。外導體由管模件組成。這些管模件在交接位置11互相接合。所述管優(yōu)選地用鋁制成(內(nèi)導體以及所有在這里說明的電極只要不另外指出也優(yōu)選地都由鋁制)。
絕緣子3設計為平的盤形，在本例中給出理想的情況，即，絕緣子3相對于垂直于軸向8的平面設計為基本上是鏡象對稱的(這種鏡象對稱性在這里主要涉及對于力線有決定意義的造型，在邊緣區(qū)內(nèi)例如用于防轉動裝置的小的標記或孔不必強制性地設計為鏡象對稱)。但無論如何絕緣子3沿軸向8在內(nèi)邊緣面中心與外邊緣面中心之間的偏移量小于絕緣子沿軸向8的最大尺寸的0.25倍。絕緣子3沿徑向的外側有小的徑向和軸向間隙(約5/10mm)地、防轉動地固定在電極5與電極6之間。例如通過熱壓配合或通過熔焊或釬焊，第一外電極5固定地安裝在外導體的內(nèi)輪廓10上。
特別有利的是，所述第一電極5在外導體的連續(xù)的內(nèi)輪廓(亦即沒有凹槽的截面)內(nèi)延伸。因此沒有必要在絕緣子區(qū)域內(nèi)設置例如為形成外法蘭所必需的截面擴張區(qū)段，這些外法蘭要用更大的費用加工以保證密封或必要的公差。與第一外電極5一樣是環(huán)形的第二外電極6沿軸向8通過螺釘與第一外電極連接，確切地說優(yōu)選地在一個比最小外電極的內(nèi)徑大的直徑區(qū)內(nèi)用螺釘連接。由此得到圖1所示的形式，其中，絕緣子3在徑向的外邊緣沿軸向有所要求的間隙地用螺釘12固定。由此可以將第一外電極5和第二外電極6完全置于外導體的內(nèi)輪廓內(nèi)。絕緣子3由一種均勻的絕緣材料制成，在本例中采用澆注樹脂。此絕緣子具有通孔13，以便使在壓力作用下充入外導體與內(nèi)導體之間的氣體沿軸向8導引通過絕緣子的平面。也就是說在這里涉及一種設有用于供氣體通過用的孔13的支撐絕緣子。當然，也可以采用一種沒有孔的基本上是氣密的隔離絕緣子，它例如可在設備的端部區(qū)內(nèi)用于構成封閉的區(qū)段。此外，在環(huán)形槽9內(nèi)可裝入一密封圈。
本絕緣子3在其沿徑向的外部區(qū)域中沒有澆注的可以用于場調(diào)制的控制電極。但也可以選用它。絕緣子3的表面在橫截面內(nèi)至少局部彎曲，以便一方面達到在內(nèi)導體和外導體之間延長漏電路徑的目的，以及除此之外保證能將絕緣子的體積保持得盡可能小。絕緣子3沿徑向在內(nèi)側與一個例如澆注在絕緣子內(nèi)的控制電極7連接，該控制電極有一種基本上為蘑菇狀的橫截面并且可被夾緊在內(nèi)導體的一個截面縮小的區(qū)段內(nèi)。在圖1中表示的內(nèi)導體仍具有一種模件式的結構。此內(nèi)導體2包含構件2a、2b和2c。
下面要特別說明在與絕緣子的交接處的右側內(nèi)導體2?？刂齐姌O7設計為基本上是圓柱形并有一個沿徑向在外側的“蘑菇頭”形狀的展寬段。因此，如前言已詳細說明的那樣，控制電極很輕且很小以及可輕便地與絕緣子一起攜帶。控制電極固定在內(nèi)導體2的右側模件的一固定區(qū)內(nèi)，也就是說，通過夾緊固定在部段2a與2b之間。因此可以說內(nèi)導體在此區(qū)域內(nèi)分成兩個部分以及表現(xiàn)為明顯的截面縮小，控制電極可夾緊在其中(在這里可借助螺釘連接夾緊)。在圓柱形區(qū)域內(nèi)進行對控制電極的夾緊，所以部段2a和2b的端面在控制電極相應的端面上作用有一個壓力，因而電流主要可經(jīng)過控制電極的這一部段進行流通。
因此，如前言已說明的那樣，保證了內(nèi)導體與控制電極的整體性，在內(nèi)導體與外導體之間的區(qū)域內(nèi)提供了電場的一種優(yōu)化控制。為此，一方面設計外電極5和6的輪廓形狀，以及另一方面設計控制電極和相鄰的內(nèi)導體部段(2a、2b和2c)的輪廓形狀。通過在這里分別在兩個方面(也就是內(nèi)導體方面和外導體方面)涉及設計為彼此對應的“削平”和“修圓”的輪廓形狀，可將電力線的距離保持得盡可能大并因而可將工作時局部放電的危險降到最低程度。
在本例中，將內(nèi)導體2的各模件的互相插接設計為，右側的內(nèi)導體模件具有比左側的內(nèi)導體模件更大的橫截面，所以如圖1中區(qū)段14所示這些模件可以互相插接。為了獲得上述場強優(yōu)化的輪廓形狀，截面縮小的左部段2c在其右端加粗，以及連接在控制電極7上的右側部段2a朝控制電極的方向逐漸變細，所以總體上產(chǎn)生一種逐漸的過渡，以及直徑差在區(qū)段14的區(qū)域內(nèi)盡可能“逐漸地”消除，以便在這里不形成任何會增加局部放電危險的躍變點。
圖1中表示的設備部分的裝配可如下進行。首先將外導體的右側模件置于裝配位置并將外電極5(可能已經(jīng)預加工)固定在它里面。絕緣子3的沿徑向外區(qū)域隨后的固定，借助多個沿周向分布的螺釘12通過螺釘連接這兩部分5和6后完成。在內(nèi)導體的區(qū)域內(nèi)，將右邊的內(nèi)導體模件的右側部段2a定位并安裝在控制電極7的右側上。接著將部段2c從左側移近，在該部段2c上已經(jīng)借助多個沿圓周分布的螺釘連接有部段2b。然后借助多個沿圓周分布的螺釘15完成部段2a、2b和2c之間的連接，從而固定了絕緣子以及澆注在它里面的控制電極7。本發(fā)明的一個突出的優(yōu)點在于，在旋緊螺釘15前，內(nèi)導體部段2a或2b和2c還可以轉動。此外，此結構的特點還在于在此區(qū)域內(nèi)特別高的機械強度。螺釘15的旋緊總是通過部段2c左側的孔區(qū)進行。在結束圍繞絕緣子的區(qū)域內(nèi)的裝配后，可以插接和固定左側的內(nèi)導體模件或右側的外導體模件。
圖2表示按照本發(fā)明的高壓設備1的另一部分。所有用相同的附圖標記表示的構件均與已在圖1中詳細說明的構件相同。那些形狀略有不同的構件通過標注撇號表示有所改變。
圖2涉及一個確保氣體絕緣高壓設備1的90°偏移的部分。
在這里，絕緣子3與圖1中的設計相同。絕緣子沿徑向的外側在外導體角形外殼上的連接，仍通過兩個環(huán)形電極實現(xiàn)，但其中第一環(huán)形電極5′整體式地制造在鋁澆注體內(nèi)，以及第二外電極6′與此澆注體借助螺釘12連接。有關電極輪廓形狀的設計，在本質上與針對圖1所述的一致。在圖2內(nèi)，在澆注體右側通過一法蘭連接外導體的另一部段。
沿徑向在內(nèi)側，控制電極7(它與圖1中形狀相同)向內(nèi)通過一個圓柱環(huán)沿徑向伸入地與內(nèi)導體2′連接。在這里仍提供一個由部段2a′、2b′和2c′組成的固定區(qū)段，其中機械結構略有修改。但針對圖1中有關部段2a、2b和2c的說明仍適用于有關圍繞控制電極7區(qū)域內(nèi)的部段2c′、2a′和2b′的輪廓設計。
因此，在圖2中也表示了一個氣體絕緣的高壓設備，它尤其用于傳輸高于245kv范圍內(nèi)的高壓，其中內(nèi)導體2′借助絕緣子3支承在一個至少部分是管狀的外導體4′內(nèi)，絕緣子一側固定在內(nèi)導體上，以及另一側借助一第一外電極5′和一第二外電極6′固定在外導體上。至少一絕緣子3設計為平的盤狀，以及絕緣子朝內(nèi)導體2′的方向與一澆注的基本上有蘑菇狀橫截面的控制電極7連接，其中，控制電極可夾緊在內(nèi)導體2′的橫截面縮小的區(qū)域內(nèi)。有關所有的擴展設計可明確地參見前面的說明或針對圖1的說明。只要在那里沒有強調(diào)一特征不能適用于圖2，便可以明確地參照之。
權利要求
1.一種氣體絕緣的高壓設備(1)，尤其用于傳輸245kv以上范圍內(nèi)的高壓，其中，至少一內(nèi)導體(2)借助絕緣子(3)支承在一管狀外導體(4)內(nèi)，絕緣子一側固定在所述內(nèi)導體上以及另一側借助一第一環(huán)形外電極(5)和一第二環(huán)形外電極(6)固定在所述外導體上，其特征為至少一絕緣子(3)設計為平的盤狀，以及，所述絕緣子朝所述內(nèi)導體(2)的方向與一澆注的基本上有蘑菇狀橫截面的控制電極(7)連接，該控制電極可被夾緊在所述內(nèi)導體的截面縮小區(qū)段中。
2.按照權利要求1所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)相對于垂直于軸線方向(8)的平面設計為基本上是鏡象對稱的。
3.按照權利要求1或2所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)的表面至少在橫截面內(nèi)局部是彎曲的。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)在沿徑向的外部區(qū)域內(nèi)有一第二控制電極。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)用一種均質的絕緣材料制成。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)有徑向和軸向間隙地設在所述外電極(5、6)之間以及有一個相對于它們的防轉動裝置。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的設備，其特征為所述絕緣子(3)設計為基本上是氣密的隔離絕緣子，或設計為設有供氣體通過用的孔(13)的支撐絕緣子。
8.按照權利要求1至7中任一項所述的設備，其特征為所述朝內(nèi)導體(2)的方向設置的控制電極具有一用于鑲嵌一密封圈的環(huán)形槽(9)，以用于使控制電極與內(nèi)導體(2)氣密地夾緊。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的設備，其特征為所述朝內(nèi)導體(2)的方向設置的控制電極(7)設計為具有一沿徑向在外側的展寬段的基本上是圓柱環(huán)形。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的設備，其特征為所述第一外電極(5)與第二外電極(6)設在所述外導體的內(nèi)輪廓(10、10′)之內(nèi)。
11.按照權利要求1至10中任一項所述的設備，其特征為所述第一外電極(5)與第二外電極(6)通過螺釘互相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體絕緣的高壓設備(1)，尤其用于傳輸245kv以上范圍內(nèi)的高壓，其中，至少一內(nèi)導體(2)借助絕緣子(3)支承在一管狀外導體(4)內(nèi)，絕緣子一側固定在所述內(nèi)導體上以及另一側借助一第一環(huán)形外電極(5)和一第二環(huán)形外電極(6)固定在所述外導體上，其特征為至少一絕緣子(3)設計為平的盤狀，以及，所述絕緣子朝所述內(nèi)導體(2)的方向與一澆注的基本上有蘑菇狀橫截面的控制電極(7)連接。通過本發(fā)明可以提供一種在外導體的外圓周相對而言很小的情況下成本低廉、工作可靠的高壓設備。
文檔編號H02G5/06GK1592016SQ20041006413
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月19日 優(yōu)先權日2003年8月25日
發(fā)明者馬里奧·基珀 申請人:西門子公司