专利名称：高压套管和包括这种套管的高压设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压电力系统领域， 压设备内使用的高压套管。背景纟支术尤其涉及形成这种系统的部件的高众所周知，诸如高压变压器、电抗器和开关i更备之类的高压装置 和设备通常配有套管，这些套管适于穿过接地的屏障在高电势下输送 电流，例如，所述接地屏障可以是电力设备的壁或外壳，比如变压器 箱。传统的高压套管包括由陶瓷或复合材料制成的绝缘体，该绝缘体 通常设有外壳并且大体是中空的。在套管的内侧，通过电容器芯部或 某种其它类型的电压分级设备来进行电压分级，导电体穿过该电容器 主体或电压分级设备。导电体将套管的一侧与另一侧相连，在所述一 侧处连接有高压电力设备，在所述另一侧处连接有另一个电力设备。 例如，当第一电力设备是变压器时，将套管装配在变压器外壳上，并且套管的导体将变压器的内侧与外侧相连，在外侧处可连接另一个电 力设备，例如总线、电涌放电器或直流电阀。现在将参照图l描述适于与高压变压器一起使用的现有技术套管 的一个示例，图l示出了在变压器的情形下，安装在诸如箱体壁的壁 18中的套管1的示意性剖视图。高压导体10穿过中空的套管绝缘体 12的中央，套管绝缘体12形成围绕该高压导体的外壳。在绝缘体外 壳内设有电容器芯部14，用于对形成在高压导体10周围的电压应力 进行电压分级。在外壳12的外侧设有凸缘16,套管的外壳通过凸缘 16经由变压器箱体壁18而接地。在图1中还示出了高压导体IO的底端部分如何形成底部触头20，该底部触头20设置成连接到变压器的内部部件。为此，在变压器的 内部设置相配的内部触头22。在套管的与底部触头20端相反的上端 处设置用于导体10的上外部端子24。该外部端子24通过界面电连 接到导体10，并且形成套管的顶盖，以便将导体进而将变压器电连 接到外源或设备。常规地，使用术语高压来表示高于约50kV的电压。如今，商用 高压设备中的上限一般为1100kV，但在不久的将来，如1200 kV甚 至更高的电压都是可以预见的。另外，电流等级正在升高，可能达到 4000-5000 A或甚至更高。对于800kV及以上的范围中的高压以及2000 A及以上的额定电 流，例如当涉及套管的散热和冷却、电场和电绝缘等时，对套管的要 求自然提高。在本文中，低损耗是必要的，特别是要能够达到目标电 流。如今的套管中发生损耗主要是由于导体中的损耗以及套管的不同 部分之间的电流通路中的每个触头或接头中的损耗。能够通过选择导 体的材料、形状和尺寸使导体自身中的损耗最优化。当涉及图1中所 示的现有技术套管的外部端子24中的损耗时，电流被迫从导体10经 由通过套管的顶盖自身的触头区域流到顶盖，然后经由顶盖外侧上的 另一个触头流到外部端子24和外部接线。应当认识到，较少的接合 点将减少损耗，这在高压和高电流应用场合中是有利的。发明内容本发明的目的在于提供一种改进现有技术套管的高压套管，该高 压套管能够达到上述高压等级和高额定电流。本发明还有一个目的是提供一种包括这种高压套管的高压设备。其中，通过在独立权利要求中限定的高压套管和高压设备实现了 这些目的。才艮据本发明，限定了一种高压套管，该高压套管包括中空的绝缘 体外壳、设于该外壳内的高压导体、第一连接装置和第二连接装置， 所述导体能够在第一连接装置处连接到第一电力设备，所述导体能够 在第二连接装置处连接到第二电力设备，其特征在于所述第 一连接置和所述第二连接装置中的至少 一个设计成外部连接装置，在该外部 连接装置中，所述导体具有延伸的端部，并且套管包括出口，导体的 延伸的端部穿过该出口从套管伸出，以使导体的延伸的端部能够连接 到电力设备。本发明的优点在于减少了损耗，这是因为减少了接触表面和接合 点。利用本发明，使得现有技术外部端子的触头区域中的至少一个成 为多余，这是因为电流不必通过顶盖流到外壳外，而是能够直接从导 体流到安装在导体上的触头。在本申请人申请的并且与本申请同日提 交的欧洲专利申请"高压套管触头、包括该触头的高压套管、以及包 括具有该触头的套管的高压设备"中描述了合适的触头的示例。损耗 减少将减少对套管冷却的需要。另一个优点在于，通过直接向周围空气热传递而改善了导体的冷 却，当导体延伸出套管时，这是能够实现的。冷却的改善使得能够通 过套管传递更高的功率，即增加电压和/或电流。另 一个优点是增加了对高电流的鲁棒性，这是因为需要具有电流 接触功能的部件较少。根据本发明另一个方面，高压套管包括保持器设备，该保持器设 备用于在出口处相对于外壳固定导体。如果需要的话，可在外壳外或 外壳内安装该保持器设备。根据一个特征，保持器设备可包括至少一个夹紧构件，用于通过 对导体的延伸端部的径向夹紧压力来提供旋转锁紧。夹紧构件可包括至少一个楔元件，该楔元件适于在出口外安装 在导体上；锁紧环，该锁紧环安装在楔元件上方；和紧固元件，如螺 钉，用于在出口外将楔元件和锁紧环固定到外壳。外壳、至少一个楔 元件以及锁紧环设有适合用于螺钉的孔，并且外壳中的孔设有内螺 紋，用于与所述螺钉上的外螺紋相配合。作为另一个特征，外壳和所述至少一个楔元件相互热接触和电接 触。这有助于套管内部的冷却，因为来自导体的热能够通过外壳和楔 传递到周围空气。这还具有如下的优点，即借助于通过楔元件的接触， 导体和外壳具有相同的电势。为了相对于外壳定位导体，导体在其外周上设有第一轴向定位元 件，用于与所述至少一个夹紧构件的内周上的相应的第二轴向定位元 件相配合，以实现导体相对于外壳的预定轴向位置。
第一轴向定位元件和第二轴向定位元件中的任一个设计成至少 一个环形沟槽，而另一个轴向定位元件设计成至少一个突出轮廓。
轴向定位元件的一个示例是位于导体的延伸端部中的至少一个 环形沟槽和沿着所述至少一个夹紧构件的内周的相应的突出轮廓。通 过这种设计，在将导体连接到顶盖时，不需要校正导体端部的角度方 位，而在现有技术中需要进行校正。
根据本发明另一个方面，套管包括形成外壳的一部分的盖子，并 且用于导体的出口设计成盖子中的孔，导体的延伸的端部穿过该孔从 套管伸出。所述盖子可制成单独的部件，这种情形与现有技术中的大 多数情况相似。通过让导体穿过盖子，与现有技术相比减少了接合点 的数目，并且降低了损耗。
本发明的高压套管主要用作直流电套管。然而，该高压套管也可 以是交流电套管。
本发明的高压套管可以是气体绝缘套管。
本发明的套管的外部连接装置可以是外部空气触头，即本发明的 套管的细节应用于套管的触头，该触头位于套管的与周围空气接触的 端部处，例如与图1中的现有技术的外部端子相对应的触头。
套管还可以是外壳为被密封的外壳的套管，因此，套管的内部与 套管的周围密封。当套管内存在不可以泄漏到周围中的绝缘介质时需 要这样。
最后，根据本发明，限定了一种高压设备，该高压设备包括根据 限定套管的任一项权利要求所述的套管，并且所述高压设备是能够与 导体连接的第一电力设备或第二电力设备中的一个。
从下文详细描述中，本发明的更多的特征、优点和目的将变得更 加明显。
现在将参照附图描述本发明，附图仅以示例的方式示出本发明的
实施方式，其中
图l示意性地示出根据现有技术的高压套管的剖视图，
图2a示意性地示出根据本发明的高压套管的一个实施方式的剖 视图，
图2b示意性地示出图2a所示的实施方式的变型的剖视图，
图3示出根据本发明的套管的示意性局部剖视图，
图4示出根据本发明的设有本发明的保持器设备的图2a、图2b 和图3中的本发明套管的细节，以及
图5示出根据本发明的套管中的保持器设备的细节。
具体实施例方式
在本说明书中，将使用术语"高压"(HV)表示50kV及以上的电 压。当前对商用高压的上限是U00kV，但是应当预见到，本发明也能 够用于高达1200kV或甚至更高的电压。一般地，本发明应用于约200kV 及以上。
在图2a中示意性地示出了根据本发明的套管的一个实施方式。 原则上，除了具有外部端子24的上部之外，该实施方式的套管具有 与图1中的现有技术套管相同的主要部分，而且事实上本发明并不限 于具有电容器14的套管。在下文的描述中，只要合适，将在不同的 附图中使用相同的参考标号表示相同或相应的部件。
图2a中的本发明的套管包括形成外壳12的中空的套管绝缘体。 高压导体10穿过该外壳的中央。围绕外壳设有凸缘16,以通过与壁 18接触而将套管的外壳连接到地电位。壁18可以是使用高压套管的 任何类型的高压电力设备的壁。例如，当电力设备是变压器时，壁 18为变压器箱体壁。在套管内，围绕导体10还设有某些类型的电压 分级设备14。然而，需要指出的是，所述壁和凸缘并不是本发明的套管所必需的。
在套管的底端处设有采用触头形式的第一连接装置30，其用于将 导体与位于套管该侧上的电力设备的对应的触头22相连。套管该侧
上的电力设备将称为第一电力设备。当第一电力设备为变压器时，采 用触头形式的第一连接装置30将位于变压器内，并且变压器将具有 相配的内部触头22。在壁18的另一侧，在套管的上端处设有第二连 接装置32，该第二连接装置32釆用在外壳12中包括出口 34的外部 连接装置的形式，导体10穿过该出口 34从套管伸出。这在图3中更 详细地示出。在所示的实施方式中，外壳12包括具有孔36的顶盖 35,导体10穿过孔36到达套管的外部。在下文中将该外部称为套管 的第二侧。在所示的实施方式中，孔36实际上形成出口 34。通过4吏 导体具有形成延伸自由端的延伸的端部38，导体10可被描述成延伸 到套管的外壳外。延伸到套管外的导体端部38适于与第二电力设备 接触。在套管装配到变压器的情况下，套管的第二侧可以连接到诸如 外部设备、总线或电缆之类的部件。
在图2b中示出了图2a的实施方式的变型并使用了相同的参考标 号。图2b中的变型与图2a中的实施方式的不同之处在于，外壳12 的壁延伸超过导体10的延伸的自由端部38。图2b中的变型的另一 种描述方式是，盖子35和导体的突出的延伸的端部38都布置成凹进 在套管的外壳12的上端中。图3、图4和图5的细节等同地适用于 这两个变型。
才艮据本发明，导体10在出口 34处通过安装在外壳上即所示实施 方式中的盖子35上的保持器设备40相对于外壳被定位并固定，即被 保持稳固。保持器设备示出于图4中，并更详细地示出在图5中。保 持器设备用于对导体提供径向夹紧压力，从而使导体相对于盖子旋转 摩擦锁紧。能够通过与锁紧环46 —起对导体施加径向压力的夹紧构 件42、 43来实现该径向夹紧压力。在本实施方式中，夹紧构件42、 43设计成两个圆锥楔形构件。锁紧环46与楔42、 43设有用于紧固 元件44的孔47、 48，紧固元件44在本实施方式中为螺钉。紧固元 件44用来当紧固于锁紧环46中的孔49时在锁紧环46和顶盖35之 间提供轴向夹紧力。借助于圆锥楔42、 43，该轴向夹紧力在导体端 部38上产生径向压力。另外，需要相对于外壳12和盖子35在轴向方向和旋转方向两个 方向上固定导体。为了在轴向方向上定位并固定导体10，导体的延 伸的端部38设有轴向定位元件50,用于与圆锥楔42、 43上相应的 轴向定位元件51相配合。导体10的端部38上的轴向定位元件50被 设计成至少一个外部环形沟槽。圆锥楔42、 43上的轴向定位元件51 被设计成至少一个相应的突出轮廓，如沿着各个楔的内周的环或一部 分环。需要指出的是，每个楔当然仅包括沿着内周的每个突出环的一 部分，并且仅当两个楔安装在一起时才获得更完整的突出环。在所示 的实施方式中，沟槽和诸如环的突出轮廓的数目是3，当然该数目是 可以改变的。
通过首先靠着导体放置圆锥楔42、 43而将保持器设备安装在导 体10的延伸自由端部38上。借助于相配合的沟槽50和突出环51实 现了楔的正确轴向定位。然后，在楔的上方安装锁紧环46，并且将 螺钉44穿过锁紧环中的孔48插入，并进一步穿过楔42、 43中的孔 47，最后拧到盖子35中的孔49中，从而将保持器设备的各部分紧固 到盖子35。当螺钉被拧紧时，借助于相接合的沟槽50和突出环51， 导体在轴向方向上由楔定位并锁紧，并且导体还由摩擦力在旋转方向 上被锁紧。不管导体在旋转方向上相对于盖子35如何定向，都能获 得这种锁紧。
对相配合的沟槽和相应的突出轮廓来说，当然存在其它的替代形 式，例如沟槽和单独的游环，或与相应的孔配合的销。
当然还可以包括一种装置，该装置具有适于从多个方向对导体施 加径向力的径向设置的销或螺钉，从而实现锁紧。
在安装保持器设备时，楔被压靠在导体和盖子上。这有助于套管 内部的冷却，因为热量能够从导体通过楔进而传递到盖子、外壳和周 围空气。这还确保了盖子、外壳以及导体之间的电接触。当选择导电 且导热材料时实现了这两个优点。然而，也可使用其它的材料来获得 保持器设备的这些特征。
当然，楔的数目是可以改变的，只要当楔在装配到导体时形成环 或环的至少主要部分即可，以便获得对称的夹紧分配。然而，应当提 到的是，还能够具有仅覆盖导体的圆周的一部分的圆锥楔形元件。例如，能够使用覆盖半个周边的仅仅一个圆锥楔。
还能够设想出使用切口楔形环，该切口楔形环借助于对环提供必 要的弹性的切口而被拉过导体的端部。然后，借助于相配合的沟槽和 突出的轮廓，可将该楔形环压合在导体上的适当位置。
由于套管的位于导体IO和外壳12之间的空间通常充满了诸如气 体的绝缘介质，所以在导体10和盖子35之间设有密封件52，例如 径向密封件。
在图2a和图2b的所示实施方式中，套管仅设有一个根据本发明 的外部连接装置，即上端处的第二连接装置32。第一连接装置30图 示为在现有技术使用的常规触头。然而，应当很清楚的是，只要合适 的话，也可以采用与所示的第二连接装置32相同的方式来设计第一 连接装置30。例如，这可以是当套管是阀厅之间的穿墙套管时的情 形。
另外，在所示的实施方式中，套管包括外壳12的单独的盖子35。 可替代地，盖子可以与外壳整合为一体并且与外壳形成一件式构件。 从而，可以将外壳描述成具有向内延伸的凸缘或者可能是多个凸缘， 然后，用于导体10的出口 34设置在该凸缘或多个凸缘的边缘之间。
常规地，外壳和盖子由金属制成以便进行导电和导热。然而，可
能存在外壳和盖子中的至少一个由诸如环氧材料的非传导性材料制 成的应用场合。
导体10可以是实心导体或中空导体。 所述套管可用于直流电和交流电应用场合。
在所示的实施方式中已经表明，变压器可以是在其上使用本发明 的高压套管的高压设备。然而，需要强调的是，本发明的高压套管还 可以与其它类型的高压设备一起使用，例如抗电器、断路器、发电机、 开关设备或其它任何合适的应用于高压系统中的设备。此外，在本发 明的上下文中，术语电力设备和高压设备还应当理解为包括电缆、总 线、电涌放电器和直流电阀等。
当在变压器中使用本发明的套管时，在变压器内使用油作为绝缘 介质，而在套管的另一侧例如在高压直流阀厅中，介质为空气。这种类型的套管通常称为空气-油套管。然而，如上文所表明的，根据本发明的套管适于在多种电力设备中使用，而不管套管各侧的介质是什么，如空气-空气(穿墙套管)，空气-气体(气体开关设备)等。还应当提到，本发明对套管内绝缘介质的选择没有限制。例如，绝缘介质可以是气体、油、凝胶或它们的组合。
本领域普通技术人员将意识到，本发明不限于仅以示例方式给出的所述实施方式，而是可以在权利要求的范围内以多种方式进行修改和变型。
权利要求
1.一种高压套管，包括中空的绝缘体外壳(12)；设于所述外壳内的高压导体(10)；第一连接装置(30)，所述导体能够在所述第一连接装置(30)处连接到第一电力设备；以及第二连接装置(32)，所述导体能够在所述第二连接装置(32)处连接到第二电力设备；其特征在于，所述第一连接装置和所述第二连接装置中的至少一个被设计成外部连接装置，在所述外部连接装置中，所述导体(10)具有延伸的端部(38)，并且所述套管包括出口(34)，所述导体的所述延伸的端部(38)穿过所述出口(34)从所述套管伸出，以便所述导体的所述延伸的端部能够连接到电力设备。
2. 如权利要求1所述的高压套管，其特征在于，所述高压套管包 括保持器设备(40),所述保持器设备(40)用于在所述出口 (34)处 相对于所述外壳(12)固定所述导体(10)。
3. 如权利要求2所述的高压套管，其特征在于，所述保持器设备 (40)包括至少一个夹紧构件(42、 43),用于通过对所述导体(10)的所i^伸的端部(38)的径向夹紧压力来提供旋转锁紧。
4. 如权利要求3所述的高压套管，其特征在于，所述保持器设备 (40)包括至少一个楔元件(42、 43)，其形成夹紧构件并适于安装在所述导体(10)的所^伸的端部(38)上；安装在所述楔元件上方 的锁紧环U6);以及紧固元件(44)，其用于在所述出口 (34)外将所 述楔元件和所述锁紧环固定到所述外壳(12 )。
5. 如权利要求4所述的高压套管，其特征在于，所述紧固元件为螺 钉(44)，并且所述外壳(12)、所述至少一个楔元件(42、 43)以及所 述锁紧环(46)设有适合用于所述螺钉的孔(47、 48、 49)，并且所述 外壳中的所述孔设有与所述螺钉上的外螺紋相配合的内螺紋。
6. 如权利要求4-5中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述外 壳(12)和所述至少一个楔元件(42、 43)相互热接触并电接触。
7.如权利要求3-6中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述导 体(10 )的所述延伸的端部(38 )在其外周上设有第一轴向定位元件(50 )， 所述第一轴向定位元件(50)用于与所述至少一个夹紧构件(42、 43) 的内周上的相应的第二轴向定位元件(51 )相配合，以实现所述导体(10 ) 相对于所述外壳(12)的预定轴向位置。
8.如权利要求7所述的高压套管，其特征在于，所述第一轴向定位 元件和所述第二轴向定位元件中的任一个设计成至少一个环形沟槽 (50)，并且另一个所述轴向定位元件该:计成至少一个突出轮廓(51)。
9.如权利要求l-8中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述套 管包括形成所述外壳(12)的一部分的盖子(35),并且用于所述导体 (10)的所述出口 (34)设计成所述盖子中的孔(36)，所述导体(10) 的所^1伸的端部(38)穿过所述孔从所述套管伸出。
10.如权利要求9所述的高压套管，其特征在于，所述盖子(35) 制成单独的部件。
11.如权利要求1-10中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述 高压套管是直流电套管。
12.如权利要求1-10中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述 高压套管是气体绝缘套管。
13.如权利要求1-10中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述 外部连接装置是外部空气触头。
14.如权利要求1-10中任一项所述的高压套管，其特征在于，所述 外壳是密封的外壳，由此，所述套管的内部与所述套管的周围密封开。
15. —种高压设备，包括如权利要求1-14中任一项所述的套管，并 且所述高压设备是能够与所述导体连接的所述第一电力设备或所述第 二电力设备中的任一个。
全文摘要
本发明涉及高压套管，其包括中空的绝缘体外壳(12)；设于外壳内的高压导体(10)；第一连接装置(30)，导体能够在该第一连接装置处连接到第一电力设备；以及第二连接装置(32)，导体能够在该第二连接装置处连接到第二电力设备。本发明还具有如下特征，所述第一连接装置和所述第二连接装置中的至少一个被设计成外部连接装置，在该外部连接装置中，导体(10)具有延伸的端部(38)，并且套管包括出口(34)，导体的延伸端部(38)穿过该出口从套管伸出，以便导体的延伸的端部能够连接到电力设备。本发明还涉及包括这种套管的高压设备。
文档编号H01B17/58GK101577154SQ20081011123
公开日2009年11月11日 申请日期2008年6月5日 优先权日2008年5月6日
发明者克斯廷·埃克罗特·雷姆, 弗雷德里克·格拉斯, 托马斯·埃里克松 申请人:Abb技术有限公司