电气绝缘体套管以及可拆卸的热导管的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及电气绝缘体套管以及可拆卸的热导管。该电气绝缘体套管(1)包括：电气绝缘套筒(2)，其具有围绕该套管的中心纵向轴线(5)的中心纵向通孔(4)；和通过该套筒的中心纵向通孔进行定位的电导体(3)；其中该导体包括沿该导体纵向延伸并且在其一端具有开口的空腔(6)；其中该空腔被布置为用于容纳热导管，该热导管包括被布置为用于沿该套管传输热量的封闭系统内所包含的流体，并且其中该空腔被布置为允许该热导管经由其开口而被引入所述空腔并且经由其开口从所述空腔去除。
【专利说明】电气绝缘体套管以及可拆卸的热导管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电气绝缘体套管，其包括具有中心纵向通孔的电气绝缘体套筒，以及通过该套筒的中心纵向通孔进行定位的电导体，还涉及一种可拆卸的热导管。
【背景技术】
[0002]套管是导体可以通过其中的中空的电绝缘体。套管用在高压线路必须穿过墙壁或其它表面的地方，或者在开关装置、变压器、电路断路器和其它高压设备上使用。套管被用于使得来自充油式变压器的高压线路穿过，由此该套管是一部分处于变压器中的油中而且一部分处于变压器外的空气中的油-空气套管。其它套管是空气-空气的套管，例如使得通过墙壁的高压线路穿过。
[0003]套管中的电阻热损失沿导体均匀上升。该热量主要消散在套管的上端和下端处消散到环境之中。该热量通过传导以及有时通过对流而从中心部分输送至端部。即使很少使用，但是也知道热量能够通过蒸发介质进行传输，该蒸发介质是所谓的热导管。为了防止导电杆的高温升高，能够使用较厚的导电杆来减少电流密度并且因此减少所生成的热量。然而，较厚的杆导致增加的材料消耗和成本。
[0004]热导管或热销是将导热性和相位变换两者的原则相结合以有效地对热界面和冷却器界面之间的热传输进行管理的热传输设备。热导管的功能是对管道热界面处的流体进行蒸发并且使其在热量所要消散的冷却器界面处进行凝结。
[0005]由于取决于所设有的导体的大小的热生成，具有用于导体的所定义中心空间的给定套管具有不同的载流容量。通常，柔性导体给出相对低的载流容量，而实心杆或管导体则给出较高容量。以相同的方式，与铝相比铜导体给出更高的容量。相同的基本套管能够根据其上所配备的导体而被给予各种额定电流。如果套管设有热导管，则额定功率能够增加。因此，如果导体配备有热导管，则套管能够应对较高电流而无需使用较大导体。然而，热导管使得套管的生产和维护更为昂贵而且对于常规套管可能并不需要。代替地，具有热导管的特殊套管特别针对需要这样有所改进的热传输的应用而生产。
[0006]CN101369483(申请号CN200810115462.2)公开了一种用于变压器的热导管套管，包括导电导管、散热器、主绝缘层、绝缘套筒和连接套管。该导电导管是中空金属导管，其在一端连接至散热器并且被填充有环境友好的、非易燃冷却流体。该导电导管的外部被包裹有主绝缘层，并且绝缘套筒和连接凸缘则安装在主绝缘层的外部。该散热器是中空金属空腔，其内部空腔连接至导电导管的中空空腔。该冷却流体吸收导电导管所生成的热量并且蒸发为气体，该气体上升至散热器用于外部热排放；随后，其在冷却时凝结并且回流至导电导管。
[0007]W02007/107119公开了一种与热导管相结合的电流载体，该热导管包括具有低沸点的流体。该电流载体能够被用于电器设备的套管、电流互感器的主绕组、大电流母线等。
【发明内容】
[0008]本发明的目标是通过允许套管被用于更大范围的电流，可根据需要针对不同额定电流可调节而提高套管的灵活性和可用性。
[0009]根据本发明的第一方面，提供了一种电气绝缘体套管，包括:电绝缘体套筒，其具有围绕该套管的中心纵向轴线的中心纵向通孔；和通过该套筒的中心纵向通孔定位的电导体；其中该导体包括沿该导体纵向延伸并且在其一端具有开口的空腔；其中该空腔被布置为用于容纳热导管，该热管包括被布置为用于沿该套管传输热量的封闭系统内所包含的流体，并且其中该空腔被布置为允许该热导管经由其开口而被引入所述空腔并且从所述空腔去除。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供了一种可拆卸的热导管，该热管包括:导热管；和部分填充该管的流体；其中该导热管至少部分形成包含该流体的封闭系统；并且其中该热导管被配置为可拆卸地插入通过电气绝缘体套管的中心纵向通孔进行定位的电导体的纵向延伸的空腔之中。
[0011]通过对套管及其电导体进行设计以使得能够可选地增加或去除热导管，使得该套管在其能够用于的电流方面更为灵活，并且在使用热导管时该套管能够设有附加的额定功率。与此同时，如果电流并不需要热导管，则能够在没有热导管的情况下使用相同套管。
[0012]通常，除非这里另外明确有所定义，否则权利要求中所使用的所有术语要根据其在【技术领域】中的普遍含义进行解释。除非明确另外指出，否则所有对“一个元件、装置、组件、器件、步骤等”的引用都开放式地被解释为指代该元件、装置、组件、器件、步骤等的至少一个实例。除非明确指出，否则这里所公开的任何方法的步骤都并非必然要以所公开的确切顺序来执行。针对本公开的不同特征/组件使用“第一”、“第二”等仅意在将该特征/组件与其它类似特征/组件加以区分而并非对该特征/组件给予任何顺序和等级。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]现在参考附图通过示例对本发明进行描述，其中:
[0014]图1是具有本发明的套管的实施例的变压器的示意性侧视图。
[0015]图2是本发明的套管的实施例的示意性纵向截面图。
[0016]图3是根据本发明的可拆除热导管的实施例的示意性纵向截面。
[0017]图4是根据本发明的可拆除热导管的另一实施例的示意性纵向截面。
[0018]图5是根据本发明的导体的实施例的示意性截面图。
[0019]图6是根据本发明的导体的另一实施例的示意性截面图。
[0020]图7是根据本发明的导体的另一实施例的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0021]现在将参考其中示出本发明的某些实施例的附图随后对本发明进行更为全面地描述。然而，本发明可以以许多不同形式所体现并且不应当被理解为限制于这里所阐述的实施例；相反，这些实施例通过示例而提供以使得本公开将是全面且完整的，并且将向本领域的其它技术人员完全传递本发明的范围。同样的附图标记贯穿描述指代同样的元件。
[0022]导体被配置为通过套管传导电流。因此，导体的至少一部分由例如诸如铜的金属的导电材料所制成。在特别是用于交流(AC)的高电压应用中，导体便利地包括导电管，这是因为集肤效应使得电流仅在导体表面行进，因此能够使用管来节省导电材料。根据本发明的实施例，由这样的导电材料的壁表面限定出热导管的一个或多个空腔，例如在导电管之间、在导电管和另一结构之间、或者在这样的导电管的壁之内，因此该一个或多个空腔能够形成管的壁中的纵向导管。
[0023]该空腔是沿导体纵向轴线延伸的通孔或盲孔或空间，并且在该开孔的至少一个纵向端处具有开口，热导管能够经由该开口而被布置到空腔之中。
[0024]该流体可以是其沸点处于电导体的所期望的操作温度的任意适当流体。该流体例如可以是水或碳氟化合物。
[0025]应当注意的是，根据本发明的不同实施例，该套管可以被配置为容纳任意数量的热导管。
[0026]套筒由电绝缘材料所制成，例如，诸如硅橡胶的橡胶、塑料、玻璃或者诸如瓷器的陶瓷、或者它们的组合。该套筒的功能是使得导体与例如该套管意在通过的壁绝缘。在一些实施例中，该套筒可以包括绝缘冷凝器芯部，该芯部可以由绝缘材料或材料组合所形成，其例如包括塑料、纸、油等。这样的冷凝器芯部可以至少部分沿空腔(或其中所形成的热导管)进行延伸并且与该空腔平行，其中该空腔(或其中所形成的热导管)的纵向延伸的其它部分可以由例如气体的另一种媒介所覆盖/隔绝。该套筒具有沿套管的中心纵向轴线的纵向通孔或开口，该套筒因此围绕套管的所述中心纵向轴线但是并不与所述中心纵向轴线相交。
[0027]本发明的套管在直流(DC)和交流(AC)两者应用中都是有利的。
[0028]在一些实施例中，通过将所述空腔布置为允许流体经由其开口而被引入空腔并且允许该开口被堵塞而形成封闭系统，所述空腔被布置为容纳热导管。根据这些实施例，通过将液态流体倾倒或以其它方式直接引入空腔而形成了热导管。该空腔的开口随后例如利用盖子或塞子堵塞，或者利用(以下所讨论的)附加在开口上的冷凝器堵塞。因此，能够通过空腔自身并且堵塞其开口而形成热导管的封闭系统。这可以是一种在套管的冷凝器中形成热导管的方便且廉价的方式。本发明还覆盖了在其被引入空腔之后进一步包括流体的套管，并且其中该开口已经被堵塞而形成封闭系统。
[0029]在一些实施例中，通过将该空腔布置为用于接收部分填充流体的导热管而将所述空腔布置为用于容纳热导管。根据这些实施例，流体并非直接被引入空腔。相反，该流体已经包含导热管中，即由导热材料所制成的管，并且该导热管可以位于该空腔之中。这可以是一种将热导管引入导体的更为简单的方式，其中热导管可以被容易地引入空腔和/或从空腔去除，而并没有溢出流体等的风险。这还使得流体能够更为容易地可重复使用。而且，该热导管可以已经被制备为持久性封闭的系统，这减少了例如在空腔封堵处出现泄漏的风险。本发明覆盖了被布置为接收这样的热导管的套管，并且还覆盖了进一步包括被部分填充以流体、通过/经由其开口可拆除地插入空腔的导热管的套管。
[0030]在一些实施例中，该套管还包括导热冷凝器(S卩，由导热材料制成的冷凝器)，该导热冷凝器是该热导管封闭系统的一部分并且经由开口在空腔之外进行延伸。通过使用冷凝器，能够改善从冷凝器到套管外部的热量传输。该流体因此能够在空腔内该导体可以具有热点的下部汽化，并且上升至冷凝器，其能够在冷凝器处被冷却和凝结，与热导管完全包含在导体内的情况相比，这使得热量更为有效地消散。然而，注意到在一些实施例中，可以不需要冷凝器并且在那些实施例中，热导管能够被用于将热量从导体的热点传输至导体的冷却部分。
[0031]在一些实施例中，该空腔偏离中心地位于导体中以使得所述空腔并不与套管的中心纵向轴线相交。使用偏离中心定位的空腔对于在套管中形成热管是有利的，因为这允许固态导管所形成的导体的中心空间(沿套管的中心纵向轴线的空间)可被用于其它用途。方便使用该中心空间的示例包括被布置为将电力线路/线缆从与套管相反的第二端一侧连接至套管导体处于套管的第一端的一端。也可能使用实心杆式导体而不是管，或者通过中心空间拉动柔性导体(线缆)。使用热导管是一种通过将套管内的电阻所形成的热量从套管传输至外界介质的对套管进行冷却的有效方式。然而，在其它实施例中，使用导体的中心空间来容纳热导管可能是方便的，因此可以不需要例如在管式导体中钻(多个)额外的开孔来容纳热导管。该空腔是并不位于套管的中心纵向轴线或者沿该中心纵向轴线定位的偏心器件。因此，该空腔并不与套管的中心纵向轴线相交。该空腔沿套管的纵向延伸的至少部分进行纵向延伸，以使得热导管能够将热量从期望降低温度的一个纵向位置(通常是套管的内部位置)传输至另一个纵向位置(通常是套管的外部位置，甚至可能由于套筒也隔绝热量而是套筒端点以外的位置)。使用传导导管的中空空腔作为热导管所存在的问题在于，该空腔因此无法被用于套管的其它部分或者与套管其它部分关联。经常出于其它目的而需要中心空腔，例如用以定位承载套管电流的柔性或实心杆式导体、或者用以布置保持连接至套管端点的将变压器绕组与套管导体电连接的底部触点的拉杆
[0032]图1是变压器8的示意性图示，其中套管I用于通过变压器8的外壳传导电流(I，U)。该变压器可以是充油式变压器。该变压器可以是高压变压器，因此高压电流从该变压器通过套管I的导体进行传输。套管I因此可以具有在变压器8内的套管下端处的内部油浸部分，以及在变压器以外的套管上端处的空气中的外部部分，因此该套管利用其导体可以将电流例如从变压器的绕组通过变压器的外壳传导至例如配电网络的空运线路，套管I使得电流与外壳绝缘并且因此与任何其它外部结构绝缘。
[0033]图2示意性图示了本发明的套管I的实施例。沿套管的中心纵向轴线5的纵向截面中示意性地示出了套管I。图1的套管I是管状或实质圆柱体的装置，其中电绝缘套筒2形成在其与纵向轴线5平行的纵向方向围绕套管的封套表面。该套筒使得电导体3与诸如套管要通过其布置套管的壁的外部结构绝缘。导体3被布置在套筒纵向中心通孔4内并且通过套筒纵向中心通孔4进行布置，中心纵向轴线5也通过该孔4行进。导体3被配置为通过套管I传导电流(AC或DC)(在图中这由在套管下端进入并且在所述套管的上端离开的电流(I，U)示意性地图示，但是是相反的方向、或者交流也是同样可能的)。在图中的实施例中，导体3为中空管或圆柱体的形式，其形成中心纵向轴线5从中通过的中心空间或空腔9。如以上所讨论的，该中心空间9能够被用于诸如拉杆等的不同事物，或者用于容纳热导管。可替换地，能够使用没有中心空间9的实心导体3。在导体3内，可以形成至少一个(图中所示为两个)沿导体3纵向延伸的偏心定位的空腔6。图2的实施例中的空腔是偏心的且并不与中心纵向轴线5相交。例如通过至少部分地被填充以流体或通过部分填充流体的导热导管，形成用于将套管内的热量朝向套管的至少一端向外传输的热导管，空腔6能够容纳热导管。空腔6例如能够包括在导体3管或圆柱体的壁内形成的纵向导管。在图中的实施例中，空腔6的热导管还包括一个或多个冷凝器7。冷凝器7可以处于套管I的一端，优选地在套筒2之外纵向延伸以改善热量消散。如果冷凝器7位于套管7的上端，则凝结的流体将通过重力的作用而流回到热管的空腔部分之中(以再一次被蒸发)。在一些实施例中，每个冷凝器7专有地包括在一个热管中，但是也预见到冷凝器7可以包括在多个热导管中。考虑到重力，如以上所提到的，冷凝器7—般位于套管I中在使用时预计要作为套管上端的一端。然而，在一些实施例中，将冷凝器7布置在套管的两端会是便利的，例如允许热导管在套管的每一端连接至冷凝器7，或者允许一个热管在套管的一端连接至冷凝器而另一个热管则在所述套管的另一(相反)端连接至冷凝器。
[0034]图3图示了用于插入导体3的空腔6或9和/或从导体3的空腔6或9抽出的可拆除热导管的实施例。导热导管10形成在其中密封流体11的封闭系统。
[0035]图4图示了用于插入导体3的空腔6或9和/或从导体3的空腔6或9抽出的可拆除热管的另一个实施例。导热导管10连同冷凝器7 —起形成在其中密封流体11的封闭系统。
[0036]图5示意性图示了导体3的实施例。该导体以垂直于轴向轴线5的横截面被示出。根据图5的实施例，导体3包括导电材料的中空管或圆柱体。该中空管导体3形成以上结合图2所讨论的中心空间9。在导体管3的纵向封装壁中，限定多个管状空腔6。空腔6的数量可以根据套管/导体的设计以及对热交换的需求而大幅变化。这里，作为示例示出了四个空腔。如这里所讨论的，每个空腔6被配置用于容纳热导管。该空腔可以方便地在所述管3的壁内沿管3的圆周等距分布，以便在导体3的周围相对均匀地实现热交换。除此之外或可替换地，中心空间9能够被用于容纳热导管。
[0037]图6示意性地图示了导体3的另一个实施例。该导体以垂直于纵向轴线5的横截面被示出。根据图6的实施例，导体3包括导电材料的中空管或圆柱体。该中空管导体3形成以上结合图2所讨论的中心空间9。在导体3的纵向封装壁6中，限定至少一个(这里示出了多个)空腔6。根据图6的实施例，遵循壁的曲线，一个或多个空腔6具有沿导体3的壁延伸的延长横截面。空腔6的数量可以根据套管/导体的设计以及对热交换的需求而大幅变化。这里，作为示例示出了两个空腔。如这里所讨论的，每个空腔6被配置用于容纳热导管。该空腔6 (这里多于一个)可以方便地在所述管3的壁内沿管3的圆周等距分布，以便在导体3的周围相对均匀地实现热交换。除此之外或可替换地，中心空间9能够被用于容纳热导管。
[0038]图7示意性图示了导体3的另一个实施例。该导体以垂直于纵向轴线5的横截面被示出。根据图7的实施例，导体3包括两个中心布置的导电材料的中空管或圆柱体。导体3的内部中空管3a形成套管的中心纵向轴线5通过其行进的中心空间9。偏心定位的空腔6形成在导体3的内部管3a和外部管3b之间。如这里所讨论的，每个空腔6被配置用于容纳热导管。在该实施例中，空腔6在导体3内在360°包围中心空间9的横向平面内延伸，允许热量更为均匀地在导体3中进行交换。除此之外或可替换地，中心空间9能够被用于容纳热导管。
[0039]以上已经参考数个实施例对本发明进行了描述。然而，如本领域技术人员容易理解的，以上所公开的以外的其它实施例同样可能处于如所附专利权利要求所限定的本发明的范围之内。
【权利要求】
1.一种电气绝缘体套管(1)，其特征在于，包括: 电绝缘套筒⑵，其具有围绕所述套管的中心纵向轴线(5)的中心纵向通孔⑷；以及 通过所述套筒的所述中心纵向通孔⑷进行定位的电导体⑶； 其中所述导体(3)包括沿所述导体(3)纵向延伸并且在一端处具有开口的空腔(6 ；9)； 其中所述空腔(6 ；9)被布置为用于容纳热导管，所述热导管包括被布置为用于沿所述套管(I)传输热量的封闭系统内所包含的流体，并且 其中所述空腔被布置(6 ；9)为允许所述热导管经由其开口而被引入所述空腔并且从所述空腔去除。
2.根据权利要求1所述的电气绝缘体套管，其特征在于，通过将所述空腔布置为允许所述流体经由其开口而被引入所述空腔并且允许所述开口被堵塞而形成封闭系统，所述空腔(6 ；9)被布置为容纳所述热导管。
3.根据权利要求2所述的电气绝缘体套管，其特征在于，进一步包括已经被引入所述空腔出;9)的所述流体(11)，其中所述开口被堵塞以形成所述封闭系统。
4.根据权利要求1所述的电气绝缘体套管，其特征在于，通过将所述空腔布置为接收被部分填充有所述流体(11)的导热管(10)而将所述空腔(6 ；9)布置为用于容纳所述热导管。
5.根据权利要求4所述的电气绝缘体套管，其特征在于，进一步包括被所述流体(11)部分填充的所述导热管(10)，所述导热管(10)通过其开口可拆卸地插入到所述空腔(6 ；9)中。
6.根据权利要求3或5所述的电气绝缘体套管，其特征在于，进一步包括导热冷凝器(7)，所述导热冷凝器(7)作为热导管封闭系统的一部分并且经由所述开口在所述空腔(6 ；9)之外进行延伸。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的电气绝缘体套管，其特征在于，所述空腔(6；9)在所述导体(3)中偏心定位以使得所述空腔并不与所述套管的所述中心纵向轴线(5)相交。
8.一种可拆卸的热导管，其特征在于，包括: 导热管(10);以及 部分填充所述导热管的流体(11); 其中所述导热管(10)至少部分形成包含所述流体(11)的封闭系统；并且其中所述热导管被配置为可拆卸地插入通过电气绝缘体套管(I)的中心纵向通孔(4)进行定位的电导体(3)的纵向延伸的空腔(6 ；9)之中。
9.根据权利要求8所述的可拆卸的热导管，其特征在于，进一步包括: 导热冷凝器(7)，其作为热导管封闭系统的一部分并且被配置为在所述空腔(6 ；9)之外延伸。
【文档编号】H01B17/58GK203950620SQ201320811097
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2012年12月19日
【发明者】L·约翰森, R·斯塔尔, L·王, P·考夫曼, J·伯格森 申请人:Abb技术有限公司