Высоковольтный ввод

Заявлен высоковольтный ввод, который содержит проводник (2), проходящий вдоль оси (А), сердцевину (3) конденсатора, защитный корпус (20), обеспеченный вокруг сердцевины (3) конденсатора, причем сердцевина (3) конденсатора содержит электроизолирующую прокладку (4), намотанную в форме спирали вокруг проводника (2), множество секций (5, 11, 12) проводящего слоя, обеспеченных в качестве выравнивающих емкость вставок, выполненных между витками изолирующей прокладки (4), при этом окружная длина по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций (5, 11, 12) проводящего слоя либо меньше, либо больше соответствующей длины окружности, так что между двумя оконечными участками (13, 14, 15, 16) секции (11, 12) имеется либо зазор (9) по окружности, либо перекрытие (8), и при этом перекрытие (перекрытия) (8) или зазор (зазоры) (9) по окружности по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций (11, 12) расположены в разных угловых положениях а и b по окружности таким образом, что существует определенное минимальное смещение L по окружности между центрами зазора (зазоров) (9) и/или перекрытия (перекрытий) (8) по меньшей мере двух секций (11, 12).

(Фиг. 2)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное раскрытие относится к области техники высокого напряжения и касается высоковольтного ввода.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Высоковольтный ввод представляет собой компонент, который используется главным образом для проведения тока высокого напряжения от герметичной активной части первого компонента высокого напряжения, такого как трансформатор, генератор или автоматический прерыватель, через изолирующую гильзу, подобную заземленному корпусу первого компонента, ко второму компоненту высокого напряжения, такому как высоковольтная линия. Такой ввод используется в установках высоковольтных распределителей (таких как GIS (размыкатель с газовой изоляцией)) или в высоковольтной машине, подобной генератору или трансформатору, для напряжений вплоть до нескольких сотен кВ, как правило, для напряжений от 24 до 800 кВ. В целях снижения и управления электрическим полем, ввод содержит сердцевину конденсатора, которая облегчает управление электростатическим напряжением по меньшей мере посредством одного электропроводящего или полупроводящего выравнивающего поле элемента, который электроизолирующим образом встроен в изолятор сердцевины конденсатора. Сердцевина конденсатора уменьшает градиент электрического поля и однородно распределяет электрическое поле по всей длине ввода. Сердцевина конденсатора содержит разделенную на слои прокладку из электроизолирующего вещества, которая намотана вокруг центрального проводника, и выравнивающие поле элементы, которые выполнены между последовательными слоями прокладки. Прокладка и выравнивающие поле элементы погружены в электроизолирующий связующий материал, который может быть газом, жидкостью или твердым веществом.

Таким образом, для выравнивающих поле элементов обычно задают такие размеры, чтобы они имели окружную длину, которая примерно совпадает с длиной окружности сердцевины конденсатора по меньшей мере на частичной секции сердцевины конденсатора, так что оба конца выравнивающих поле элементов либо перекрываются по окружности, либо между оконечными участками имеется зазор по окружности. Взаимные расположения их областей перекрытий или зазоров относительно соответствующих положений внутренних и внешних областей перекрытий или зазоров могут неблагоприятно влиять на диэлектрические свойства сердцевины конденсатора, или могут способствовать неравномерному распределению по толщине сердцевины. Например, если несколько областей зазоров соседних выравнивающих элементов находятся в одних и тех же, или очень похожих угловых положениях по окружности, это может невыгодно влиять на распределение напряженности электрического поля в конденсаторе.

В связи с вышеизложенным, существует необходимость в создании высоковольтного ввода, имеющего улучшенные свойства.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

В первом аспекте, предлагается высоковольтный ввод. Он содержит проводник, проходящий вдоль оси, сердцевину конденсатора, защитный корпус, изготовленный, например, из электроизолирующего полимерного материала или из фарфора, и обеспеченный вокруг сердцевины конденсатора, при этом сердцевина конденсатора содержит электроизолирующую пластинчатую прокладку, намотанную в форме спирали вокруг проводника, причем множество секций проводящего слоя обеспечено в качестве выравнивающих емкость вставок, выполненных между витками изолирующей пластинчатой прокладки, при этом окружная длина по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций проводящего слоя либо меньше, либо больше соответствующей длины окружности, так что между двумя оконечными участками секций имеется либо зазор по окружности, либо перекрытие, и при этом перекрытие (перекрытия) или зазор (зазоры) по окружности по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций расположены в разных угловых положениях а и b по окружности таким образом, что существует определенное минимальное смещение L по окружности между центрами зазора (зазоров) и/или перекрытия (перекрытий) этих по меньшей мере двух секций.

Обеспечив высоковольтный ввод описанным образом, можно быть уверенным, что различные зоны перекрытия проводящего слоя, образующие выравнивающие поле элементы, будут способствовать однородной толщине сердцевины конденсатора по всей окружности ввода и сердцевины конденсатора. Таким образом, можно избегать появления зон, имеющих увеличенную толщину, и это увеличивает механическую и электрическую прочность и устойчивость.

Другие аспекты, преимущества и признаки настоящей полезной модели станут очевидными из зависимых пунктов формулы полезной модели, описания и прилагаемых чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В остальной части описания для специалистов в данной области техники более конкретно сформулировано полное и достаточное раскрытие, включающее в себя его лучший вариант осуществления, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематически изображает частичный вид в разрезе (в осевой плоскости) высоковольтного ввода в соответствии с вариантами осуществления,

Фиг. 2 схематически изображает вид в разрезе (в радиальной плоскости) внутренней части высоковольтного ввода в соответствии с вариантами осуществления;

Фиг. 3 схематически изображает углы, угловые соотношения и расстояния на виде в разрезе внутренней части высоковольтного ввода в соответствии с вариантами осуществления;

Фиг. 4 схематически изображает углы, угловые соотношения и расстояния на виде в разрезе внутренней части высоковольтного ввода в соответствии с вариантами осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Теперь будет сделана более подробная ссылка на различные варианты осуществления, один или несколько примеров которых проиллюстрированы на каждом чертеже. Каждый пример обеспечен для объяснения, и его не следует рассматривать в качестве ограничения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут использоваться в других вариантах осуществления или в сочетании с ними для получения дополнительных вариантов осуществления. Предполагается, что настоящая полезная модель включает в себя такие модификации и варианты.

В последующем описании чертежей, одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым компонентам. В общем, описаны только различия в отношении отдельных вариантов осуществления. Когда на чертеже показаны несколько идентичных элементов или частей, с целью упрощения внешнего вида не у всех таких частей имеются ссылочные позиции.

Системы и способы, описанные в данном документе, не ограничиваются конкретными описанными вариантами осуществления, а скорее, компоненты систем и/или этапы способов могут быть использованы независимо и отдельно от других компонентов и/или этапов, описанных в данном документе. Скорее, этот примерный вариант осуществления может быть реализован и использован в связи со многими другими применениями.

Хотя конкретные признаки различных вариантов осуществления полезной модели могут быть показаны на некоторых чертежах и не показаны на других, это сделано только для удобства. В соответствии с принципами настоящей полезной модели, ссылка может быть сделана на любой признак, представленный на чертеже, и/или он может быть заявлен в сочетании с каким-либо признаком, представленным на любом другом чертеже.

В общем, в вариантах осуществления, описанных в данном документе, выравнивающие поле элементы, как правило, обеспечены в виде слоев, которые отделены друг от друга посредством электроизолирующих слоев прокладки. Прокладка гарантирует определенное положение выравнивающих поле элементов и механическую устойчивость сердцевины конденсатора. По меньшей мере один элемент из прокладки и выравнивающего поле элемента может содержать открытую структуру с пустотами, что обеспечивает возможность быстрого пропитывания открытой структуры в вакуумном процессе наполненной полимером или ненаполненной полимером смолой, в частности, на основе эпоксидной смолы или полиуретана. После этого полимер может быть отвержден при комнатной температуре или при повышенной температуре, предпочтительно вплоть до 150°C. Такой ввод имеет преимущество, заключающееся в том, что он сухой. В большинстве случаев ввод содержит наружную сторону с изолятором, изготовленным либо из фарфора, либо из атмосферостойкого полимерного материала, как правило, на основе силикона или эпоксидной смолы, и с юбками изоляторов, которые обеспечивают необходимую длину пути тока утечки для выдерживания напряжений при всех рабочих условиях эксплуатации.

Фиг. 1 схематически изображает частичный вид в разрезе высоковольтного ввода 1 в соответствии с вариантами осуществления. Ввод 1 является по существу вращательно-симметричным с осью симметрии А, которая представляет собой продольную ось ввода. В центре ввода 1 находится сплошной металлический проводник 2, который также может быть выполнен в виде трубки или провода. Проводник 2 частично окружен сердцевиной 3, которая также является по существу вращательно-симметричной с осью симметрии А. Сердцевина 3 содержит прокладку в форме электроизолирующей пластинчатой прокладки 4 спиральной навивки, которая намотана вокруг сердцевины 3 и в вариантах осуществления пропитана отверждаемой эпоксидной смолой 6 в качестве связующего материала 6. Электроизолирующая пластинчатая прокладка 4 может быть выполнена, например, в виде ленты, крепированной бумаги, тканого полотна, изготовленного из полимерного материала, или нетканого полотна, изготовленного из полимерного материала. На задаваемых расстояниях от оси А, детали или секции 5 проводящего слоя, например, металлической фольги, в частности, алюминиевой фольги, вставлены между соседними витками прокладки 4 так, чтобы функционировать в качестве выравнивающих пластин, в данном документе также называемых выравнивающими емкость вставками. На внешней стороне сердцевины обеспечен фланец 10, который позволяет зафиксировать ввод на заземленном корпусе трансформатора или высоковольтного распределителя или подобного устройства. В условиях эксплуатации проводник 2 будет находиться под высоким напряжением, и сердцевина обеспечивает электрическую изоляцию между проводником 2 и фланцем 10, имеющим нулевой потенциал. Защитный корпус 20, изготовленный в виде изоляционной оболочки, окружает все внутренние части ввода, такие как проводник 2 и сердцевину 3 конденсатора. Защитный корпус 20 может быть полым составным объектом, изготовленным, например, из фарфора, стеклопластика (GFP) с выкрашиванием силикона или эпоксидной смолой. Оболочка 20 может быть обеспечена юбками изоляторов или, как показано на фиг. 1, обеспечивать юбки изоляторов. Защитный корпус 20 или оболочка 20 должна защищать сердцевину 3 от старения (от ультрафиолетового излучения, непогоды) и поддерживать хорошие электроизолирующие свойства в течение всего срока службы ввода 1. Форма юбок изоляторов выполнена таким образом, что они имеют по существу самоочищающуюся поверхность, когда они подвергаются воздействию дождя. Это предотвращает накопление пыли или загрязняющих веществ на поверхности юбок изоляторов, которые могут влиять на изоляционные свойства и приводить к электрическому поверхностному пробою. В случае, если между сердцевиной 3 и защитным корпусом 20 имеется промежуточное пространство, может быть предусмотрена изолирующая среда 21, например, электроизолирующая жидкость 21, такая как силиконовый гель или полиуретановый гель, чтобы заполнить это промежуточное пространство.

На фиг. 1 между каждой из секций 5 показаны приблизительно пять-шесть слоев электроизолирующей пластинчатой прокладки 4, или прокладки, которые следует рассматривать в качестве не имеющего ограничительного характера примера. Количество слоев прокладки, или количество витков слоя, может быть любым количеством, как правило, составляющим от 1 до 10.

Фиг. 2 схематично иллюстрирует вид в разрезе (в радиальной плоскости) внутренней части высоковольтного ввода, подобного вводу, показанному на фиг. 1. В иллюстративных целях показаны только две выравнивающие емкость вставки, в дальнейшем называемые секциями 11, 12. В середине находится проводник 2. Электроизолирующая пластинчатая прокладка 4 намотана в виде спирали вокруг проводника 2. Для ясности, на фиг. 2 соседние слои нарисованы, как весьма удаленные друг от друга, что обычно бывает не так. Как правило, сердцевину 3 конденсатора наматывают с применением некоторой силы, так что соседние слои соприкасаются друг с другом. Указаны две секции 11, 12. Секции 11, 12, образующие выравнивающие емкость вставки, служат в качестве выравнивающих пластин, и в вариантах осуществления могут больше чем целиком окружать по периферии проводник 2, например, как показано на фиг. 2. Таким образом, перекрытие 8, означающее угловое перекрытие между обоими оконечными участками одной и той же секции 11, 12, в вариантах осуществления может иметь периферический размер от 1° до 30°. В вариантах осуществления секции 11, 12 также могут быть обеспеченными так, чтобы не полностью окружать по периферии проводник 2. В этом случае, они могут образовывать зазор 9, который более подробно показан ниже в отношении фиг. 4.

Фиг. 3 схематически изображает, как последовательные секции 11, 12, образующие выравнивающие емкость вставки, расположены друг относительно друга в соответствии с вариантом осуществления, который показан на фиг. 2. Окружная длина секций 11, 12 проводящего слоя выбирается так, чтобы она была больше соответствующей длины окружности в этом положении, чтобы оконечные области 13, 14, 15, 16 секций 11, 12 перекрывались по окружности, образуя перекрытие 8. Перекрытие 8 может локально увеличивать толщину сердцевины 3 конденсатора. В вариантах осуществления, перекрытия 8 следующих друг за другом, соседних секций 11, 12 расположены в разных угловых положениях а, b по окружности таким образом, что отдельные увеличения толщины выравниваются по множеству перекрытий 8, так что сердцевина 3 конденсатора имеет по существу цилиндрическую конфигурацию. Это достигнуто путем расположения центров последовательных перекрытий 8 с минимальным смещением L по окружности. Таким образом, L определяется как минимальное смещение по окружности между периферическими центрами а и b зазора (зазоров) 9 и/или перекрытия (перекрытий) 8 по меньшей мере двух секций 11, 12. L в вариантах осуществления составляет по меньшей мере 20 мм в направлении по окружности, независимо от внешнего диаметра сердцевины 3 конденсатора. L определяется как минимальное расстояние по окружности между периферическими центрами перекрытий 8 или зазоров 9 соседних секций 11, 12. Кроме того, в вариантах осуществления, L определяется как угол, составляющий по меньшей мере от, приблизительно, 5° до, приблизительно, 90°. На фиг. 3, n^-ая секция имеет ссылочную позицию 11, а (n+1)^-ая секция имеет ссылочную позицию 12. Угловое положение центра зоны перекрытия n^-ой секции 11 обозначено ссылочной позицией а, тогда как угловое положение центра зоны перекрытия (n+1)^-ой секции 12 обозначено ссылочной позицией b. Определяется «запрещенная зона» 50, причем она определяется расстоянием L или углом L, определяемым как минимальное расстояние между положениями а и b. В не имеющих ограничительного характера примерах на фиг. 3 и фиг. 4, L составляет приблизительно 30°, что приводит к запрещенной зоне 50, составляющей приблизительно 60°. Это означает, что центр перекрытия (n+1)^-ой секции 12 имеет угловое смещение, превышающее приблизительно 30°, относительно n^-ой секции 11. В не имеющем ограничительного характера примере, показанном на фиг. 3 и фиг. 4, угловое смещение между перекрытиями 8, и соответственно, зазорами 9, составляет приблизительно 130°, таким образом, смещение значительно больше, чем минимальное смещение L.

В процессе намотки, участки изолирующей пластинчатой прокладки, которые должны образовывать выравнивающие емкость вставки или секции 5, 11, 12, должны быть вставлены во вполне определенных положениях, определяемых вышеупомянутыми взаимосвязями. В вариантах осуществления, последовательные участки/секции изолирующей пластинчатой прокладки могут быть обеспечены таким образом, что угловое смещение между последовательными секциями 5, 11, 12 будет оставаться постоянным при увеличивающемся диаметре витков.

В этом письменном описании используются примеры, чтобы раскрыть сущность полезной модели, в том числе лучший вариант осуществления полезной модели, а также, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники практически использовать полезную модель, в том числе для изготовления и использования любых устройств или систем и выполнения любых включенных в него способов. Хотя в вышеизложенном описании были раскрыты различные конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что сущность и объем формулы полезной модели дают возможность выполнять в равной степени эффективные модификации. В частности, взаимно неисключительные признаки описанных выше вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом. Патентоспособный объем полезной модели определяется формулой полезной модели и может включать в себя другие примеры, которые могут приходить на ум специалистам в данной области техники. Такие другие примеры предназначены для того, чтобы находиться в пределах объема формулы полезной модели, если они имеют структурные элементы, которые не отличаются от буквального изложения формулы полезной модели, или если они включают в себя эквивалентные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального изложения формулы полезной модели.

1. Высоковольтный ввод (1), содержащий

- проводник (2), проходящий вдоль оси (А),

- сердцевину (3) конденсатора,

- защитный корпус (20), обеспеченный вокруг сердцевины (3) конденсатора,

причем сердцевина (3) конденсатора содержит

- электроизолирующую пластинчатую прокладку (4), намотанную в форме спирали вокруг проводника (2),

- множество секций (5, 11, 12) проводящего слоя, обеспеченных в качестве выравнивающих емкость вставок, выполненных между витками изолирующей прокладки (4), при этом окружная длина по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций (5, 11, 12) проводящего слоя либо меньше, либо больше соответствующей длины окружности, так что между двумя оконечными участками (13, 14, 15, 16) секции (11, 12) имеется либо зазор (9) по окружности, либо перекрытие (8),

и при этом перекрытие (перекрытия) (8) или зазор (зазоры) (9) по окружности по меньшей мере двух соседних в радиальном направлении секций (11, 12) расположены в разных угловых положениях а и b по окружности таким образом, что существует определенное минимальное смещение L по окружности между центрами зазора (зазоров) (9) и/или перекрытия (перекрытий) (8) этих по меньшей мере двух секций (11, 12).

2. Ввод по п. 1, в котором минимальное смещение L по окружности составляет от, приблизительно, 5° до, приблизительно, 90°.

3. Ввод по п. 1, в котором минимальное смещение L по окружности составляет по меньшей мере приблизительно 20 мм.

4. Ввод по п. 1, в котором по меньшей мере одно из перекрытия (9) или зазора (8) имеет угловой размер по окружности, составляющий от, приблизительно, 1° до, приблизительно, 30°.

5. Ввод по любому из предыдущих пунктов, в котором последовательные секции (5, 11, 12) проводящего слоя обеспечены таким образом, что угловое смещение между угловыми положениями а и b последовательных секций (11, 12) является постоянным при увеличивающемся диаметре витков сердцевины (3) конденсатора.

6. Ввод по п. 5, в котором электроизолирующая прокладка (4) представляет собой тканый полимерный материал.

7. Ввод по п. 5, в котором электроизолирующая прокладка (4) представляет собой нетканый полимерный материал.

РИСУНКИ