用于气体绝缘开关设备的电力线缆终端装置的制造方法
【专利摘要】提供用于高压直流气体绝缘开关设备1的电力线缆终端装置3。电力线缆终端装置3包括：导电材料制成的外壳体4，外壳体4可在其第一端被固定连接至高压直流气体绝缘开关设备1；电力线缆10的端子部，电力线缆10包括电导体101、周向包围电导体101的电绝缘层103、和周向包围绝缘层103与电导体101的导电屏蔽104，其中导电屏蔽104被沿电力线缆10的第一部分剥掉；电场分级系统11，包括电阻性场分级材料层7，其周向围绕电力线缆10布置以至少沿电绝缘层103的一部分轴向延伸并且覆盖导电屏蔽104的边缘，在该处导电屏蔽104终止，电阻性场分级材料层7与导电屏蔽电接触的；以及可连接至气体绝缘开关设备1并布置成提供机械支撑和与气体绝缘开关设备1的电接触的连接装置5。
【专利说明】
用于气体绝缘开关设备的电力线缆终端装置
技术领域
[0001]本文所公开的技术大体涉及电力线缆终端的领域，并且特别涉及高压直流气体绝缘开关设备线缆终端。
【背景技术】
[0002]高压直流(HVDC)技术可以预期在未来电网中起关键作用。随着HVDC技术成熟和安装的DC链路的数量增加，对于改进的DC开关设备的需要和需求很可能会产生。气体绝缘开关设备(GIS)具有与更传统的露天开关设备设施相比大幅减小的物理尺寸，并且很可能会作为用于这样的改进DC开关设备的潜在候选而引起人们的兴趣，特别是因为GIS还具有与传统开关设备设施相比增加了的安全性。
[0003 ]为了将电力线缆连接至GIS系统，需要GIS线缆终端。对于交流电(AC)而言，这样的终端在宽范围的电压电平内可用。相比之下，对于DC而言没有这样的高电压GIS线缆终端可用。GIS系统的受限的尺寸使得稳健的GIS线缆终端的实现困难，特别是考虑到对于DC而言独特的电现象。例如，与用于AC应用的线缆终端相比，用于DC应用的线缆终端遇到更困难的电场并且这些线缆终端因而不得不考虑能够应对DC场进行设计。另外，在增加用于DC线缆系统的输送功率上有普遍困难，例如要求DC解决方案能够处理由导致较高温度的较高电流产生的热问题。较高电压还造成使线缆终端暴露于较高电场，这急剧地增加了材料击穿的风险。
[0004]当设计线缆终端时绝缘和机械性能也很重要并且不得不在各关键位置上小心地控制电场。
[0005]当前可用的DC线缆终端自立在空气中并且在较低电压处包括固体/橡胶材料，或者在增加的电压处包括填充流体/瓷绝缘体。自立的DC终端归因于在空气中的长闪燃距离而要求大的覆盖区。
【发明内容】
[0006]图1被提供以进一步描述当开发用于HVDC应用的GIS线缆终端装置时牵涉到的困难。图1是被提供以图示出所提到的电场困难的高度简化图示。典型地具有接地壳体的GIS系统可以制得比传统开关设备系统小得多。在图1中，最左侧部分图示出对于在GIS室中创建的电场的等位线，并且最右侧部分图示出对于在传统终端装置中创建的电场的等位线。首先请看最右侧部分:在传统终端装置中，在终端装置的上部分(高电压)与下部分(接地)之间有电位差，因此是图示出的等位线。相比之下，GIS室的壳体被接地、即没有电位差，因此是对于该情况(是指图1的最左侧部分)的图示出的等位线。早前提及的电场困难因而包括例如困难在于等位线被保持或多或少平行且靠近到一起并且电场因而比对于等位线分开、即电场减小的传统端子装置而言高得多。当设计用于GIS的线缆终端装置时，这不得不进行处理，例如考虑到避免弓I起击穿的在绝缘介质(例如气体)中的电场的增加。
[0007]因而有当开发HVDCGIS线缆终端时牵涉到的数个困难或问题。首先有电困难、例如与图1有关地描述的以上问题。此外，在电力线缆外屏(也表示为半导体边缘)的终端处，在不同位置典型地看到高电场，例如在固体材料中沿着不同材料与组成部件之间的界面、在三个组成部件或层彼此交界所在的位置(这样的位置也称作三重点)中和在包围电力线缆的导体的绝缘材料中，并且在线缆终端内的诸如例如油或气体等的绝缘介质中也有增加的电场。
[0008]此外，在DC应用中，在不同材料与组成部件之间的这些界面处的电荷聚集是个严重的问题并且不得不小心地控制电场，特别是在诸如上面提到的位置等的各种关键位置中。
[0009]其次有热困难。GIS线缆终端的受限的几何形状可能会增强局部加热，这进而可能会导致电力线缆的热击穿。
[0010]第三有机械困难。GIS系统与GIS线缆终端之间的机械连接必须能够提供在各种操作温度下的良好的电接触。此外，必须结实到足以承受处理并为敏感部件提供机械支撑。再此外，终端必须在不同隔室之间并且还有与大气压力被充分地压力密封。
[0011]本公开的目的是解决或者至少减轻上面提到的问题中的至少一个。
[0012]目的根据第一方面通过一种用于高压直流气体绝缘开关设备的电力线缆终端装置来实现。电力线缆终端装置包括由导电材料制成的外壳体。外壳体可在其第一端被固定地连接至高压直流气体绝缘开关设备。电力线缆终端装置进一步包括:电力线缆的端子部，电力线缆包括电导体、在周向上包围电导体的电绝缘层、和在周向上包围绝缘层与电导体的导电屏蔽，其中导电屏蔽被沿着电力线缆的第一部分剥掉；电场分级系统，包括电阻性场分级材料层，电阻性场分级材料层在周向上围绕电力线缆布置以至少沿着电绝缘层的一部分轴向延伸并且覆盖导电屏蔽的边缘，在该处导电屏蔽终止，电阻性场分级材料层与导电屏蔽电接触的。电力线缆终端装置进一步包括连接装置，可连接至气体绝缘开关设备并且被布置成提供机械支撑和与气体绝缘开关设备的电接触。
[0013]所提供的电力线缆终端允许HVDC线缆直接在DCGIS系统内侧终止。通过提供调整以适应处理在这样的GIS系统中发生的DC特定现象的电场分级系统，克服了与HVDC GIS线缆终端的提供有关的电困难。电力线缆终端能够处理DC特定要求，而仍然满足减小的尺寸的一般期望。
[0014]在实施例中，电场分级系统包括电场控制构件，电场控制构件至少沿着电阻性场分级材料层的一部分在周向上包围电阻性场分级材料层布置，电场控制构件被布置成沿着电力线缆的长度控制电场。
[0015]在上面的实施例的变型中，电场控制构件包括电阻性场分级材料。
[0016]在上面的实施例的变型中，电场控制构件的电阻性场分级材料和电阻性场分级材料层的电阻性场分级材料是非线性电阻性场分级材料。电阻性场分级材料层和电场控制构件可以被制造为单个装置，提供了有成本效益的解决方案并且避免了电阻性场分级材料层与电场控制构件之间的电界面。电阻性场分级材料层和电场控制构件的电阻性场分级材料分别可以被选取成具有相同的电性质、即包括相同的场分级材料。在其他实施例中，电阻性场分级材料层和电场控制构件的电阻性场分级材料分别可以被选取成具有不同的电性质。
[0017]在实施例中，电力线缆终端装置包括由电绝缘材料制成的内壳，在其第一端被紧固至连接装置并在其第二端被紧固至外壳体的电力线缆接收部分。内壳提供了在安装和操作期间的机械支撑并且还使得能够实现待使用的不同绝缘介质的使用、即最靠近电力线缆的第一介质和内壳外侧的另一介质。
[0018]在上面的实施例的变型中，内壳在其第一端经由第一金属板被紧固至连接装置，并且其中内壳在其第二端经由第二金属板被紧固至外壳体。这样的实施例获得了成本降低，因为相同内壳可以用于各种应用。
[0019]在上面的实施例的变型中，第一金属板和第二金属板包括绝缘介质可通过的多个孔。该实施例提供了绝缘介质的增加的循环，使得能够实现电力线缆的改进的冷却。
[0020]在实施例中，内壳包括多个孔。由此使得能够实现绝缘介质的再进一步改进的循环。
[0021 ]在实施例中，电阻性场分级材料层由非线性电阻分级材料制成。非线性电阻性场分级材料调整以适应在HVDC GIS中创建的变化的应力，并且是动态的，因为电导率在电场变高的位置处增加、即电导率是电场的函数。由此处理了 DC特定电困难。
[0022]在实施例中，电场分级系统包括导电电极，导电电极被紧固至在周向上包围电力线缆的外壳体的第二端并且被布置成与电阻性场分级材料层相距一距离。导电电极提供了几何形状的场控制并且避免或至少减轻了在导电屏蔽被切断所在的边缘处创建的场增强。
[0023]在实施例中，壳体包括用于在使用中接地的接地部件。这是典型的使用情况。
[0024]目的根据第二方面通过一种高压直流气体绝缘开关设备系统来实现，包括高压直流气体绝缘开关设备和如上的电力线缆终端装置。
[0025]本公开的进一步特征和优点将在阅读以下描述和附图时变得清楚。
【附图说明】
[0026]图2图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0027]图3图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0028]图4图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0029]图5图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0030]图6图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0031]图7图示出依照本公开的实施例的线缆终端。
[0032]图8A和图8B在不同视图中图示出电力线缆终端。
[0033]图9图示出应力锥。
【具体实施方式】
[0034]在以下描述中，为了说明并且不是限制的目的，阐述了诸如特定材料、接口、技术等的具体细节以便提供全面理解。在其他实例中，公知装置、电路和方法的详细描述被省略以免由于不必要的细节而使描述模糊不清。相同附图标记贯穿描述是指相同或相似的元件。
[0035]简要地，本公开在各种方面中提供了用于GIS的HVDC线缆终端装置。
[0036]图2图示出依照本公开的实施例的线缆终端。电力线缆10待连接至气体绝缘开关设备I。电力线缆10可以是诸如参照图8A和图SB描述的电力线缆等的线缆。在图2中，图示出这样的气体绝缘开关设备(GIS)I的一部分。GIS I可以是传统开关设备设施，包括例如开关、母线、变压器等(未图示)。
[0037]GIS终端室3(在本文也表示为电力线缆终端装置3)可连接至GIS UGIS终端室3包括壳体、在下文中表示为外壳4，其被固定至GIS I。外壳4提供了用于电场分级系统11的机械支撑并且还提供与外壳4外侧的大气的分离。外壳4包括导电的壳体、例如由导电材料制成。外壳4可以包括用于作为典型使用情况的在使用中接地的部件。
[0038]如术语在本公开中使用的，GIS系统2包括GIS I和GIS终端室3。
[0039]GIS终端室3在外壳4内包括电场分级系统11、用于将电场分级系统11连接至GIS I的连接装置5和电力线缆10的终端部分。连接装置5可以是提供电接触和机械支撑的电屏蔽的机械连接。连接装置5应该考虑能够处理如与图1有关地描述的电场而进行设计。连接装置5可以例如设置有被设计成以便能够处理这样的电场的场控制装置。
[0040]连接装置5可以考虑到致使安装更容易而进行设计，特别是当电场分级系统11已经异地组装并且之后被安装到GIS终端室3内时。这样的设计方面的示例包括例如是待附接至布置在GIS2处的相应的阳连接器的阴连接器的连接装置5，或者相反地，即连接装置是阳连接器而相应的阴连接器被布置在GIS I处。引导销或类似物的使用可以进一步便于安装。为连接装置5提供用于这样的阳和阴连接器之间的电连接的接触弹簧使得能够通过弹簧的柔度实现牢靠的电接触;柔度补偿了由温度改变引起的组成部件的体积上的差异。
[0041]连接装置5通过提供在各种操作温度下的良好的电接触克服了早前提到的机械困难中的至少一些。在实施例中，连接装置5的至少第一(上)部分由具有相当大的表面面积的具有高的电和热传导性的材料(例如金属)制成。由金属制成并具有朝向周围的冷却介质(例如气体)的大的表面面积的第一部分使得能够实现这样的冷却。
[0042]需要注意的是，连接装置5可以包括进一步的组成部件、例如装配套筒、密封套筒等。
[0043]简要地转向图8A和图SB，图示出了电力线缆，并且特别是其终端，这将在下面描述。图8A图示出电力线缆10，并且图SB是沿着图8A的线A-A的截面图并且需要注意的是各种层的相对厚度可以与实际电力线缆相异。如图SB中图示出的，电力线缆10至少包括例如由铜制成并且包括例如若干绞合导体的内电导体101、在周向上包围电导体101的电绝缘层103和在周向上包围电绝缘层103和电导体101的导电屏蔽104(也表示为外半导体，semicon)。导电屏蔽104可以被连接至大地并且被布置成使绝缘层103上的介电应力均衡。电力线缆10还包括电绝缘外套105。如图SB中图示出的，也可以有进一步的层。例如，典型地有在电导体101与电绝缘层103之间的内屏(inner screen)，即，这样的内屏102(也表示为内半导体)在周向上包围电导体101并且在周向上由电绝缘层103包围。作为绝缘层材料的特定示例，可以提到交联聚乙烯(XLPE)。还可以存在其他层、例如金属铠装层。
[0044]在将电力线缆10电连接至开关设备或者更一般地连接至其他电设备时，电力线缆10被切断(终止)并且所有层被剥掉以便使导体101从切断端并沿着第一长度露出。沿着该第一长度，电力线缆10的终端端因而包括仅露出的导体101。由此导体101可以被连接至电设备，该电设备在本公开中可以包括气体绝缘开关设备I的接收端。此外，电力线缆10被沿着其第二长度(跟随露出的导体101的第一长度)部分剥掉、特别是向下至电绝缘层103。沿着第二长度的该部分剥离造成电力线缆10的几何形状的破坏、也就是在露出的电绝缘层103的第二长度的端部与导电屏蔽104(外半导体)之间的部分处的几何形状改变。在该几何形状破坏中、即在(外)半导体边缘处，如果没有对特别是高电场和电场应力做出应对的话，将会有大量的应力集中。在导电屏蔽104(外半导体)的终端、即导电屏蔽104结束并形成周向边缘(也表示为半导体边缘)的位置处，有特别高的电场和电应力。为了减轻这样的电场和场应力，场分级材料(FGM)层7被布置成在周向上包围电力线缆10的半导体边缘、即包围导电屏蔽104的边缘。这高效地控制了电场分布并降低电场应力。在图8A中，FGM层7被图示为覆盖在电力线缆10的导电屏蔽104已被剥掉的部分到电力线缆10的仍然被屏蔽(即导电屏蔽104存在处)的部分之间边缘(半导体边缘)。虽然被图示为靠近被破坏的导电屏蔽104(半导体边缘)结束，但FGM层7可以典型地被布置成沿着其整个轴向长度覆盖电绝缘层103。
[0045]回到图2，在该实施例中电场分级系统11被安装在内壳6内。电场分级系统11特别地被布置成处理对于HVDC GIS线缆终端而言产生的电困难并且至少包括电阻性场分级层、特别是场分级材料(FGM)层7(对照图SAhFGM优选地是依赖于电场改变其电阻的非线性电阻FGM。本公开因而提供了用于处理当提供用于HVDC GIS的线缆终端时产生的电困难的解决方案。非线性电阻FGM调整以适应在DC应用(特别是HVDC GIS应用)中创建的变化应力，并且可以被看作动态电应力分级系统。电阻非线性场分级材料也可以通过以非线性方式调整电导率以适应所经历的电场应力而动态地对电压脉冲形状做出响应。可以提供稍后更详细描述的场控制构件8，其可以处理这样的脉冲(S卩，快且高的脉冲，在FGM响应可能不足处)，而FGM层7可以被提供以处理较低且较慢的脉冲电压。非线性电阻材料是动态的，因为电导率在电场变高的位置处增加、即电导率是电场的函数。
[0046]如早前提到的，FGM层7被布置成覆盖半导体边缘(对照覆盖图8A的导电屏蔽104的边缘的FGM层7)。也就是，FGM层7围绕电力线缆10的导电屏蔽(对照图8B的参考标记104)并且与导电屏蔽104电接触地布置。FGM层7由此将顶部连接上的高电压连接至大地，导电屏蔽104被接地。需要注意的是，在一些实施例中，FGM层7被沿着其一定轴向长度围绕导电屏蔽布置，但是不是所有的路径都到顶部连接。FGM层7可以适于考虑到即将来临的特定应用通过使其厚度沿着其长度变化和/或通过调整FGM以具有用以满足特定应用的预期电场应力的期望的电导率而进行调整。FGM可以以不同方式特征化。非线性FGM的电导率取决于电场并且大大地变化、特别是至比其他材料大得多的程度。FGM具有可以从低电导率值强烈地增加至高电导率值、即从高度绝缘(高电阻)改变至高度导电(低电阻)的依赖场的电导率。作为特定的非限制性示例，FGM可以在暴露于低电场的情况中具有在10—16西每米(S/m)至10—14S/m的区域中的电导率，并且在暴露于高电场的情况中变成具有在10—3S/m或0.1S/m的区域中的电导率。FGM可以例如包括例如SiC和/或ZnO和/或炭黑填充的聚合物，并且FGM的特性可以被设计成包括一定电导率。FGM也可以被设计成具有考虑到获得一些电容场分级、例如通过选取填充材料和相应地选取的填充材料的浓度而设定的电容率(也表示为介电常数)。
[0047]电场分级系统11可以进一步包括电场控制构件8、也表示为应力锥。应力锥8被包围着FGM层7布置，如例如图2中示意性地图示的。应力锥8被更详细地图示在图9中，在部分截面中以侧视图示出了应力锥8。应力锥8被布置成提供几何形状的电阻和/或电容场控制，并且包括例如与导电或半导体橡胶组合的绝缘或应力分级橡胶。应力锥的在附图标记Sb处指示出的导电或半导体橡胶部分可以在其第一端具有圆筒的形状并且沿着该端围绕电力线缆10并且特别是包围着FGM层7被布置。半导体橡胶部分Sb可以在其第二端从圆筒形式偏离，并且而是跟随绝缘橡胶部分的表面。应力锥8的在附图标记8a处指示出的绝缘橡胶部分8a可以例如具有基本锥状形式，该形式适于即将来临的应用。
[0048]电场分级系统11可以进一步包括被置于远离FGM层7—定距离处的金属或导电电极9。导电电极9可以被紧固至外壳体，并且特别地被紧固至电力线缆接收端(在图中，被图示为下端)。导电电极9可以被布置成在周向上包围电力线缆并且被布置在与电阻性场分级材料层7相距一距离处。需要注意的是，导电电极可以被紧固在外壳体内的别处，诸如例如被紧固至电力线缆或被紧固至外壳体的(竖直)壁。在包括应力锥8和导电电极9两者的实施例中，在这些装置之间也隔开一定距离，即导电电极9也被布置在远离应力锥8—定距离处。
[0049]电极9被表示为屏蔽电极并提供了几何形状场控制并且通过将屏蔽电极9置于远离FGM层7的一定距离(例如几厘米，作为特定示例可以提到大约5cm至1cm)处，在三重点处的场增强被避免;最关键的三重点被创建在半导体边缘:FGM层7/电力线缆的具有导电屏蔽的部分/电力线缆的没有导电屏蔽的部分(即线缆绝缘层)和在FGM层7/应力锥8的半导体橡胶/应力锥8的绝缘材料处。需要注意的是，也有其它的三重点C3FGM层7与屏蔽电极之间的间隙在图2中被指示在附图标记12处。
[0050]包括上面提到的FGM层7和任选的应力锥8和/或导电电极9的电场分级系统11被设计成克服当开发HVDC GIS线缆终端时牵涉到的早前指示出的电困难中的一个或多个。高电场通过可考虑到即将来临的应用而例如通过调整其厚度进行适应的FGM层7被很大程度降低。FGM层7提供了电场的电阻性场分级，并且FGM的电性质可以被选取成使得电场变得被分布在材料内并且散布在较大区域，由此大大地降低了电应力。非线性FGM展现出随着电场增加而减小的非线性电阻值。典型地，越靠近半导体边缘，电场在FGM层7中越高。通过使用非线性FGM层7，沿着FGM层7的电压降将在轴向方向上更均匀地分布，因为FGM层7中的电阻值将随着电场增加而减小。在固体材料中看到的沿着不同材料与组成部件之间的界面、在三个组成部件或层彼此交界所在的位置(这样的位置也称作三重点)中和在包围电力线缆的导体的绝缘材料中在半导体边缘处的高电场由此被处理。
[0051 ]仍然参照图2，GIS终端室3在各种实施例中进一步包括早前提到的内壳6。内壳6在被安装并在使用中时与高电压和大地直接接触，并且因此由电绝缘材料、例如复合绝缘材料(composite isolant)制成。内壳6优选地是归因于其低重量的复合绝缘体，但需要注意的是，可以使用其他材料，例如陶瓷。内壳6被布置成在安装与操作期间提供机械支撑。特别地，电场分级系统11可以如早前提到的被异地组装并且之后被安装到GIS终端室3内，并且内壳6提供了在这样的安装期间的机械支撑并且由此也便于安装。
[0052]内壳6进一步用作电场分级系统11与外壳4之间的压力屏障。内壳6由此使得能够实现在内壳6内和在内壳6的外侧与外壳4内侧之间的容积中的不同绝缘介质的并且还有在不同压力上的使用。内壳6可以考虑到处理这样的压力差、通过例如调整内壳6的厚度以适应处理这样的压力差而进行设计。
[0053]由外壳4与内壳6创建的各个容积(或室)可以彼此以及与GISI气密密封，并且在内壳6内的绝缘介质和在上面提到的容积中的绝缘介质因而可以独立地选取。为了实用的目的，外壳4可以填充有与GIS I相同的绝缘介质，并且SF6(六氟化硫)气体归因于其高绝缘强度、低重量和容易处理而被优选地使用。虽然取决于即将来临的应用，但内壳6(即，上面所提到的容积内)的绝缘介质可以不同于内壳6外侧的绝缘介质。GIS终端室根据本公开的各种实施例是有利的，因为它可以由此容易地适于与油或与气体一起使用。内壳6的绝缘介质可以例如是SF6或油。油具有良好的热性质并且能够在比SF6更高等级上传递热。
[0054]内壳6还被布置成居中并且使电力线缆10保持拉伸。
[0055]内壳6可以具有锥状形式、特别是具有在第一端(在图2中，其最上端)有着第一直径并且在第二端(在图2中，其下端)有着第二直径的截止(cut-off)锥体的形状，其中第一端被紧固至连接装置5、即被机械地连接至其上，内壳6的第二端例如在对于电力线缆10的入口部分处被连接至外壳4。第一直径因而可以小于第二直径。内壳6可以在其第一端(在图2中，其上端)被紧固至连接装置5并且在相反端、即其第二端(在图2中，其下端)被紧固至外壳4、特别是电力线缆接收部分、即电力线缆进入外壳4所在的部分。然而，在另一实施例中，内壳6被布置在金属板上、特别是在其第一端被紧固至第一金属板(在图中，上端)、在附图标记13处指示出，并且在其第二端被紧固至第二金属板(在图中，下端)、在附图标记14处指示出。第一(上)金属板13接着被紧固至连接装置5，并且第二(下)金属板14被紧固至外壳4的电力线缆10进入外壳4所在的部分。这样的实施例使得能够实现对于不同实施例的相同内壳6的使用，如稍后将描述的，仅要求金属板13、14调整以适应不同实施例。虽然内壳6被描述并图示为具有锥状形式，但其他形式也是可能的，例如筒状内壳。还需要注意的是，内壳6在具有截止锥体的形状时可以以与上面描述的那个方式相反的方式布置。也就是，第二直径可以小于第一直径。
[0056]在进一步的方面中，内壳6可以通过相应地设计内壳来调整以适应处理热问题以及电问题。特别地，内壳在具有锥体或截止锥体的形状时的角度可以是变化的以便避免“热点”(即，容积/面积，内部具有增加的温度)，角度是指内壳的壁与竖直线之间的角度。因而，内壳的上第一部分和下第二部分的半径(/直径)可以考虑到提高热对流而增加或减小，使得电力线缆10的端部被较大程度冷却并且避免“热点”。该直径的选取对应于增加或减小电力线缆10与内壳6之间的角度，其中锐角典型地造成热点被创建的风险增加。
[0057]在另一方面中，内壳6的设计可以考虑到电击穿而进行调整。特别地，内壳6提供了满足不同介质的两个界面:在气体与内壳6的外侧之间的界面，和在内壳6的内侧与气体之间的界面。在这两个界面处都有界面击穿的风险，该击穿风险可以通过调整内壳的所提到的角度和/或形状以便使引起该类型击穿的电场的部分最小化来降低。
[0058]图3图示出本公开的实施例。在该实施例中，内壳6被气密密封并填充有油。油比SF6更高效地将电力线缆10冷却，并且因为电力线缆10可以在提供高电流时被实质性地加热，所以该实施例在其中温度控制很重要的应用中是有利的。
[0059]图4图示出本公开的实施例。在该实施例中，内壳体6填充有SF6或另一气体。气体被允许在内壳6内的空间与内壳6外侧的空间之间(即，内壳6与外壳4之间的空间)循环。这样的气体循环可以通过将内壳6设计具有孔来完成。在另一实施例中，内壳6没有孔，并且气体而是通过用早前提到的设置有孔的上金属板13和下金属板14将内壳6和外壳4彼此连接来循环。气体接着经过下金属板14的孔流入内壳6内的空间内并经过上金属板13的孔离开相同空间。图4中的箭头指示出根据后一实施例的气体流动。内壳6内的最靠近电力线缆10的气体(通过高电流时电力线缆10的增加的温度)被加热至与内壳6外侧空间中的气体相比较大的程度。气体的循环由此通过使内壳6内的较温暖的气体循环至内壳外侧的还具有有着较低温度的气体的较大空间、低温度气体因而被循环至内壳6内而提供电力线缆10的更好的冷却。
[0060]开发HVDC GIS线缆终端时牵涉到的早期指示出的热困难中的一个或多个通过以上实施例克服。特别地，进而会导致电力线缆的热击穿的增加的局部加热可以避免。
[0061 ]图5图示出本公开的实施例。在该实施例中，应力锥8由应力分级材料制成，并且特别是应力锥8a的绝缘橡胶部分(参见应力锥8和图9的早前描述)。应力分级材料可以例如是非线性电阻FGM AGM层7和应力锥8因而可以两者都包括非线性电阻FGM。电阻FGM可以具有相同或不同的电性质，例如具有相同或不同的介电常数。对于比应力锥8更靠近电力线缆10布置的FGM层7而言，可以选取与应力锥8的FGM相比具有较高导电率(较低电阻率)的材料。FGM层7和应力锥8可以被制造为由FGM制成的集成体。由此可以省略一个电界面，即这样的应力锥8避免在电场分级系统11的电敏感部分中形成三重点。开发HVDC GIS线缆终端时牵涉到的早期指示出的电困难中的一个或多个因而也通过这样的实施例克服。特别地，通过为应力锥8和FGM层7使用相同材料，避免了涉及电荷聚集的困难。也就是，相同材料的使用事实上消除了传统上由不同材料制成并因而具有不同材料性质的组成部件之间的一个电界面、即应力锥8与FGM层7之间的界面，避免了相应的高电场。
[0062]图6图示出本公开的实施例。在该实施例中，屏蔽电极9(例如参见图2)被省略。取决于GIS终端室3的要求和FGM层7的材料特性，屏蔽电极9可以从所描述的实施例中的任一个中省略。
[0063]至此所描述的实施例已被图示为包括内壳6，其进而包括电场分级系统。电场分级系统11的在内壳6内的安装具有诸如内壳6提供了电场分级系统11的机械支撑和保护等的优点。
[0064]图7图示出本公开的实施例。在该实施例中，省略了内壳6。该实施例中使用的电应力分级系统11可以依照所描述的实施例中的任一个进行设计，即包括至少FGM层7，并且任选地还有应力锥8和导电电极9中的一个或两者。这样的实施例可以提供仍然改善的热性能。典型地，包括附件(电场分级系统等)的线缆系统被设计成接近任何可用冷却的极限操作。由被加热的气体或油引起的局部热点因而可以触发电击穿。理想地，附件应该比电力线缆10更谨慎地进行设计以便获得最佳电力输送，因为电力线缆10最经常被设计成接近其热极限操作。通过省略内壳6，内壳6内侧的较小气体体积被去除并且通过该实施例使得能够实现电力线缆10的进一步改善的对流冷却。线缆终端部分在该实施例中位于较大容积内，其准许较大气体体积更自由地循环并且电力线缆10的对流冷却被进一步改善。
[0065]此外，图7的实施例还消除了两个界面、特别是气体与内壳6的外侧之间的界面，和内壳6的内侧与气体之间的界面。在这两个界面处都有界面击穿的风险，该风险因而通过本实施例被消除。该实施例提供了有成本效益的解决方案;例如由复合绝缘材料制成的内壳6的成本被避免，并且降低的复杂度通过使得能够实现较容易的安装并且还有重量减轻而提供了进一步的成本节省。
[0066]有数个DC特定独特的现象，例如极化现象、电荷聚集在线缆终端的电界面处、电荷在DC场内移动、气体移动并因而使电荷移动。各种实施例克服了涉及当开发HVDC GIS线缆终端时牵涉到的DC特定现象的这样的困难:电、热以及机械困难。
[0067]所描述的实施例的各种特征可以以不同方式还有以本文未明确提到的方式进行组合。因而提供了用于高压直流气体绝缘开关设备I的电力线缆终端装置3。电力线缆终端装置3包括由导电材料制成的外壳体4。外壳体4可在其第一端被固定地连接至高压直流气体绝缘开关设备I的气体绝缘开关设备系统2。
[0068]电力线缆终端装置3包括电力线缆10的端子部。电力线缆10包括电导体101、在周向上包围电导体101的电绝缘层103和在周向上包围绝缘层103与电导体101的导电屏蔽104，其中导电屏蔽104被沿着电力线缆10的第一部分剥掉。
[0069]电力线缆终端装置3包括电场分级系统11，其包括电阻性场分级材料层7，该电阻性场分级材料层7在周向上围绕电力线缆10布置，以至少沿着电绝缘层103的一部分轴向延伸，并且以覆盖电力线缆10的第一部分的至少一部分并以覆盖导电屏蔽104的边缘，在该处导电屏蔽104终止，电阻性场分级材料层7与之电接触。
[0070]电力线缆终端装置3包括连接装置5，其可连接至气体绝缘开关设备系统2并且被布置成提供机械支撑和与气体绝缘开关设备系统2的电接触。
[0071]本公开还包括包含高压直流气体绝缘开关设备I的高压直流气体绝缘开关设备系统2和如在各种实施例中描述的电力线缆终端装置3。
[0072]在本文已参照各种实施例主要描述了发明。然而，如本领域技术人员领会的，除了本文所公开的特定实施例外的其他实施例同样可能在如随附权利要求所限定的发明的范围内。
【主权项】
1.一种用于高压直流气体绝缘开关设备(I)的电力线缆终端装置(3)，所述电力线缆终端装置(3)包括: -由导电材料制成的外壳体(4)，所述外壳体(4)能在其第一端被固定地连接至所述高压直流气体绝缘开关设备(I)， -电力线缆(10)的端子部，所述电力线缆(10)包括电导体(101)、在周向上包围所述电导体(101)的电绝缘层(103)、和在周向上包围所述绝缘层(103)与所述电导体(101)的导电屏蔽(104)，其中所述导电屏蔽(104)被沿着所述电力线缆(10)的第一部分剥掉， -电场分级系统(11)，包括电阻性场分级材料层(7)，所述电阻性场分级材料层(7)在周向上围绕所述电力线缆(10)而布置以至少沿着所述电绝缘层(103)的一部分轴向延伸并且覆盖所述导电屏蔽(104)的边缘，在该处所述导电屏蔽(104)终止，所述电阻性场分级材料层(7)与所述导电屏蔽电接触，和 -连接装置(5)，能连接至所述气体绝缘开关设备(I)并且被布置成提供机械支撑和与所述气体绝缘开关设备(I)的电接触。2.如权利要求1所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述电场分级系统(11)包括电场控制构件(8)，所述电场控制构件至少沿着所述电阻性场分级材料层(7)的一部分在周向上包围所述电阻性场分级材料层(7)而布置，所述电场控制构件(8)被布置成控制电场。3.如权利要求2所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述电场控制构件(8)包括电阻性场分级材料。4.如权利要求3所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述电场控制构件(8)的电阻性场分级材料和所述电阻性场分级材料层(7)的电阻性场分级材料是非线性电阻性场分级材料。5.如前述权利要求中的任一项所述的电力线缆终端装置(3)，包括由电绝缘材料制成的内壳(6)，在其第一端被紧固至所述连接装置(5)并在其第二端被紧固至所述外壳体(4)的电力线缆(10)接收部分。6.如权利要求5所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述内壳(6)在其所述第一端经由第一金属板(13)被紧固至所述连接装置(5)，并且其中所述内壳(6)在其所述第二端经由第二金属板(14)被紧固至所述外壳体(4)。7.如权利要求6所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述第一金属板(13)和所述第二金属板(14)包括绝缘介质能通过的多个孔。8.如权利要求5至7中的任一项所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述内壳(6)包括多个孔。9.如前述权利要求中的任一项所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述电阻性场分级材料层(7)由非线性电阻性场分级材料制成。10.如前述权利要求中的任一项所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述电场分级系统(11)包括导电电极(9)，所述导电电极被紧固至在周向上包围所述电力线缆(10)的所述外壳体(4)的第二端并且被布置成与所述电阻性场分级材料层(7)相距一距离(12)。11.如前述权利要求中的任一项所述的电力线缆终端装置(3)，其中所述壳体(4)包括用于在使用中接地的接地部件。12.—种高压直流气体绝缘开关设备系统(2)，包括高压直流气体绝缘开关设备(I)和 ONI/3/(\置装端终览线力电的述所项I任的中求要利权述前如
【文档编号】H02G15/22GK106030947SQ201480075911
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年2月19日
【发明人】F·法尔斯, M·萨尔策, C·索哈格, T·阿尔伯格, L·亚多尔夫森, A·林德格伦
【申请人】Abb瑞士股份有限公司