高压直流套管以及包含该套管的高压直流设备.pdf

一种高压直流套管的中空绝缘子，包括复合层(12a)和提供于该复合层内部上的电各向同性内部绝缘子(12b)。

1.  一种高压直流套管，包括：
中空绝缘子外壳(12)，具有纵轴，并包括具有每轴向单位长度第一电阻的主层(12a)，以及
提供于中空绝缘子外壳内的高压导体(10)；
其特征在于，
在所述主层(12a)的内部上提供的内部层(12b)，该内部层具有低于每轴向单位长度第一电阻的每轴向单位长度第二电阻。

2.  根据权利要求1的高压套管，其中所述内部层为电各向同性的。

3.  根据权利要求1或2的高压套管，其中所述内部层提供在中空绝缘子外壳(12)的高电应力部分。

4.  根据权利要求1至3中任一项的高压套管，其中所述内部层(12b)包括硅橡胶、复合材料或清漆中的任一种。

5.  根据权利要求1至4中任一项的高压套管，其中所述内部层的厚度范围为10-1000微米。

6.  根据权利要求1的高压套管，包括提供在主层外部上的电各向同性的外部层(12c)。

7.  一种高压直流设备，包括至少一个套管，该至少一个套管中的每个套管包括：
中空绝缘子外壳(12)，具有纵轴并包括：
具有每轴向单位长度第一电阻的主层(12a)，以及
提供于中空绝缘子外壳内的高压导体(10)；
其特征在于，
在所述外壳的内部上提供的内部层(12b)，该内部层具有低于每轴向单位长度第一电阻的每轴向单位长度第二电阻。

高压直流套管以及包含该套管的高压直流设备
技术领域
本发明通常涉及高压套管，更特别地，涉及具有受控的内部电介质应力的高压套管。本发明还涉及一种包含该套管的高压设备。
背景技术
众所周知，例如高压直流变压器的电力装置和设备一般都装配有套管，这些套管适合于穿过诸如变压器箱或者墙壁的接地屏障以高电势传输电流。
常规的套管由用陶瓷或复合材料制成的绝缘子构成，这种绝缘子设置有裙部且一般是中空的，并且在利用或不利用导电体通过其中的电容器主体的情况下，在其内部均可实现电压分级，从而允许将其上安装有套管的设备的内部与外部连接起来。
现参考图1-图3，说明适用于高压直流变压器的现有技术套管的一个实例，其中图1显示了该套管的整体结构，套管概括地标示为1，图2为该安装于变压器外壳的套管的整体横截面图，以及图3为图2中虚线所包围的区域的详细截面图。
高压导体10通过中空套管绝缘子12的中心，该绝缘子形成围绕所述高压导体的外壳。在所述绝缘子外壳内，设置有用于电压分级的电容器芯14，其形成在高压导体10周围。提供凸缘16以通过箱组件外壳将所述套管的外壳连接至地，在图2中箱组件外壳示意性地显示为18。可向凸缘安装地电势分级屏蔽件(未示出)。
所述高压导体10的底端部分形成底部触点20，其被设置为连接至变压器外壳18内提供的匹配内触点22。为了将所述变压器设备电连接至外部电源，在与底部触点端相对的套管端部提供上方外部端子24。
在中空套管绝缘子12内的空间26中提供有隔离气体，通常为SF6。
在图3中示出了图2中为虚线所包围的区域中示出的套管绝缘子12的详细截面图。该绝缘子12包含纤维强化复合主层12a，其包围填充有隔离气体的空间26。
该纤维强化复合层12a可通过不同方式制造。一种制造方式为所谓的湿法缠绕，这是一种丝绕工艺，其中恰恰在与心轴接触之前，用树脂浸渍丝股。这种方法通常用于制造纤维强化热固基体复合圆柱。这种制造方法导致电各向异性复合层，亦即，导电率沿着复合层随着方向而不同。
为了用于直流应用，例如用于HVDC应用的套管，中空套管绝缘子的纤维强化复合层12a内的材料电阻率可以是非常各向异性的。这样可提供在复合层12a内部需要考虑的电场集中。这种电场集中在设计中可能变得十分关键。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种高压直流套管以及一种高压直流设备，其中在套管绝缘子中的复合层中的直流场可被降低和控制。
本发明基于以下实现：通过在该中空套管绝缘子的复合层内部提供具有较低电阻率的各向同性层，使在复合层中的直流场得到降低和控制。
根据本发明的第一方面，提供了一种高压直流套管，包含：中空绝缘子外壳，其具有纵轴并包括具有每轴向单位长度第一电阻的主层；以及在中空绝缘子外壳内提供的高压导体；该套管其特征在于，在主层的内部提供有内部层，该内部层具有低于每轴向单位长度第一电阻的每轴向单位长度第二电阻。
根据本发明的第二方面，还提供了包含该套管的高压直流设备。
利用本发明的套管，可实现了若干优点。在该中空套管绝缘子的复合层中的直流场降低了，从而使在产品中具有更多受控电压分配。更多的受控电压分配提供减小套管整体尺寸的可能性。另外，在该绝缘子内的静电降低了，其继而降低了在制造过程中向套管内部引入灰尘的危险。
在从属权利要求中限定了更多的实施例。
附图说明
现参考附图通过示例描述本发明，其中：
图1为现有技术的高压套管的整体图；
图2为图1的套管装配至变压器外壳的横截面图；
图3为图2中虚线所包围的区域的详细截面图；
图4为类似于图3的详细截面图，但是示出了根据本发明的套管的中空绝缘子；
图5为相似于图4的视图，但示出了根据本发明的套管的可替换实施例；以及
图6为相似于图4的视图，但示出了根据本发明的套管的又一可替换实施例。
具体实施方式
以下提供了对本发明的优选实施例的详细描述。在此描述中，术语“高压”将用于50kV或更高的电压。如今，商用高压设备的上限为800kV或更高，但是在不久的将来可建造或设想甚至更高的电压，诸如1000kV或更高。
本发明适用于在背景技术部分参照图1和图2给出的高压直流套管的一般说明，并且以下将参考这些图。然而，将首先参考图4，其类似于图3的详细截面图，但示出了根据本发明的套管的中空绝缘子。该绝缘子12包含纤维强化复合主层12a，其包围填充隔离气体的空间26，见图2。在复合层12a的内部上，亦即，在面对填充有隔离气体的空间26的复合层的表面上，提供有内部绝缘子层12b。优选地，该内部绝缘层12b由硅橡胶、复合材料或合适的清漆制成。用于内部层的优选厚度范围为10-1000微米。
为了平衡在复合层12a内部的直流场的产生，内部绝缘子层12b的每轴向单位长度的电阻应低于复合主层12a和外部绝缘子12c的每轴向单位长度的电阻。
由此，通过在中空套管绝缘子的复合层内部上提供绝缘子，实现了在该绝缘子中具有的直流场降低的套管。
优选地，该内部绝缘子12b为电各向同性，但也可以为电各向异性，只要每轴向单位长度的电阻低于复合主层12a的每轴向单位长度的电阻。
在图4中所示的可替换的实施例中，在复合主层12a的外部上提供有外部绝缘子12c，由聚合材料制成，通常为硅橡胶。提供该外部绝缘子12c以便增加爬距以及改善雨中性能。这种具有较低电阻率的外部绝缘子层12c，能够有助于在复合层12a内所需考虑的电场集中。该电场集中在设计中可变得十分关键，从而使得该内部层12b对于减小直流应力变得尤为重要。
该内部层12b已经被示出为具有均匀厚度的层。这层沿着套管的轴向具有不同厚度也是可以很好的。在图6中示处了其中一个示例，其中该内部层12b的较厚部分设置在套管的高直流应力部分。
已经描述了根据本发明的高压直流套管和高压直流设备的优选实施例。本领域内技术人员可以认识到，在所述权利要求书限定的范围内可以对这些实施例进行改变。因此，虽然附接有发明的高压直流套管的高压设备已经被描述为变压器，但是可以理解这种设备还可以为其它装置，例如电抗器、短路器、墙壁、发电机或高压系统中应用的其它装置。