Устройство высокого напряжения

Авторы патента:

ХАРТИНГС Ральф (SE)

ЛАРССОН Томми (SE)

ЭМИЛЬССОН Дэвид (SE)

H01B17/26 - вводные изоляторы; проходные изоляторы

Владельцы патента RU 2531259:

АББ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Изобретение относится к устройству высокого напряжения для обеспечения электрической изоляции проводника, проходящего через устройство. Устройство содержит полый изолятор; проводник, проходящий через полый изолятор; компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения. Сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения расположены вокруг проводника внутри полого изолятора таким образом, что экран выравнивания напряжения расположен вокруг, по меньшей мере, части сердечника конденсатора. Изобретение обеспечивает эффект выравнивания напряжения с возможностью использования меньшего сердечника конденсатора благодаря наличию экрана выравнивания напряжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области техники высокого напряжения, в частности, к устройствам высокого напряжения, таким как проходные изоляторы для обеспечения электрической изоляции проводника.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Проходные изоляторы высокого напряжения используются для проведения тока высокого напряжения через поверхность, обычно называемую заземленной поверхностью, причем поверхность имеет отличный от контура прохождения тока потенциал. Проходные изоляторы предназначены для электрической изоляции проводника высокого напряжения, расположенного внутри проходного изолятора, от заземленной поверхности. Заземленная поверхность может, например, быть корпусом трансформатора или стеной, такой как, например, стена вентильного зала постоянного тока высокого напряжения (ПТВН).

Для того чтобы добиться сглаживания распределения электрического потенциала между проводником и заземленной поверхностью, проходной изолятор часто включает в себя сердечник конденсатора. Сердечник конденсатора представляет собой тело, которое обычно включает в себя множество свободных коаксиальных фольгированных пленок, выполненных из проводящего материала, причем фольгированные пленки разделены диэлектрическим отделяющим материалом, который может, например, быть пропитанной маслом или пропитанной смолой бумагой. Примеры проходных изоляторов, включающих в себя сердечник конденсатора, раскрыты в патентном документе EP1798740.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Различные аспекты изобретения описаны в приложенной формуле изобретения.

Один вариант осуществления предоставляет устройство высокого напряжения для обеспечения электрической изоляции проводника, проходящего через устройство. Устройство включает в себя полый изолятор; проводник, проходящий через полый изолятор; и компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения. Сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения расположены вокруг проводника внутри полого изолятора таким образом, чтобы экран выравнивания напряжения был расположен вокруг, по меньшей мере, части сердечника конденсатора. В этом варианте осуществления достигается возможность использования меньшего сердечника конденсатора по сравнению с компоновкой для уменьшения градиента поля, включающей в себя сердечник конденсатора, но без экрана выравнивания напряжения, при этом достигается такой же эффект выравнивания напряжения.

Сердечник конденсатора обычно включает в себя множество коаксиально расположенных фольгированных пленок, проходящих вдоль осевого направления проводника, где, по меньшей мере, одна фольгированная пленка выполнена так, чтобы иметь потенциал, наиболее близкий к потенциалу фланца, из потенциалов множества фольгированных пленок, для соединения устройства высокого напряжения с заземленной поверхностью. Такая(ие) фольгированная(ые) пленка(и) обычно называются заземленной(ыми) фольгированной(ыми) пленкой(ами). В соответствии с одним вариантом осуществления экран выравнивания напряжения проходит за пределами, по меньшей мере, одного конца заземленной фольгированной пленки в осевом направлении проводника, при этом, по меньшей мере, одна другая фольгированная пленка сердечника конденсатора проходит за пределами конца экрана выравнивания напряжения в том же направлении. Таким образом, достигают того, что сердечник конденсатора, так же как и экран выравнивания напряжения, способствует выравниванию напряжения в направлении земли вне устройства напряжения. Более того, достигают того, что сердечник конденсатора обеспечивает сглаживание электрического поля между проводником и экраном выравнивания напряжения.

В другом варианте осуществления экран выравнивания распределения напряжения проходит за пределами, по меньшей мере, одного конца сердечника конденсатора в осевом направлении проводника. Таким образом, достигают того, что распределение электрического поля внутри экрана выравнивания напряжения в радиальном направлении от проводника в основном получается с помощью сердечника конденсатора, в то время как распределение электрического поля по направлению к земле вне устройства в основном получается с помощью экрана выравнивания напряжения.

Устройство высокого напряжения может включать в себя фланец для соединения устройства высокого напряжения с заземленной поверхностью. Экран выравнивания напряжения может быть расположен так, чтобы проходить с обеих сторон фланца в осевом направлении проводника, или экран выравнивания напряжения может быть ограничен одной стороной фланца в осевом направлении проводника. Если экран выравнивания напряжения проходит с обеих сторон фланца, размер сердечника конденсатора может быть уменьшен с обеих сторон фланца по сравнению с сердечником конденсатора компоновки для уменьшения градиента поля, не имеющей экрана выравнивания напряжения, таким образом, усиливая возможное уменьшение размера сердечника конденсатора.

В одном варианте осуществления устройство высокого напряжения включает в себя экран высокого напряжения, расположенный вокруг проводника на, по меньшей мере, одном конце сердечника конденсатора. Экран высокого напряжения способствует уменьшению градиента поля вблизи от конца сердечника конденсатора. Экран высокого напряжения может, например, быть расположен на конце сердечника конденсатора на стороне фланца в осевом направлении проводника, на котором проходит экран выравнивания напряжения.

Устройство высокого напряжения может, например, быть проходным изолятором. В одном аспекте трансформаторная подстанция включает в себя такой проходной изолятор. В другом аспекте высоковольтная подстанция постоянного тока включает в себя такой проходной изолятор.

Хотя различные аспекты изобретения описаны в независимых пунктах приложенной формулы изобретения, другие аспекты изобретения включают комбинацию любых признаков, представленных в описанных вариантах осуществления и/или в приложенной формуле изобретения, а не только комбинации, однозначно описанные в приложенной формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему проходного изолятора, имеющего компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора;

Фиг.2 - пример проходного изолятора, имеющего компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения;

Фиг.3 - другой пример проходного изолятора, имеющего компоновку уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения;

Фиг.4 - пример экрана выравнивания напряжения;

Фиг.5a - пример проходного изолятора, в котором экран выравнивания напряжения проходит за пределами сердечника конденсатора в осевом направлении проводника на, по меньшей мере, одном конце сердечника конденсатора.

Фиг.5b - пример проходного изолятора, в котором экран выравнивания напряжения короче, чем сердечник конденсатора в осевом направлении проводника, причем экран выравнивания напряжения проходит за пределами заземленной фольгированной пленки в осевом направлении проводника, по меньшей мере, на одном конце сердечника конденсатора.

Фиг.6 - пример проходного изолятора, включающего в себя экран высокого напряжения, расположенный на одном конце сердечника конденсатора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 схематически изображен проходной изолятор 100, включающий в себя полый вытянутый изолятор 105, через который проходит проводник 110. На каждом конце проводника 110 обеспечен электрический зажим 112 для соединения проводника 110 с электрическими устройствами. Проходной изолятор 100 с Фиг.1, дополнительно, включает в себя сердечник 115 конденсатора.

Сердечник 115 конденсатора включает в себя множество фольгированных пленок 120, которые разделены твердым диэлектрическим материалом, таким как пропитанная маслом или смолой бумага. Фольгированные пленки 120 обычно расположены коаксиально. Фольгированные пленки 120 могут, например, быть выполнены из алюминия или другого проводящего материала. Фольгированные пленки 120 могут быть интегрированы в диэлектрический материал, например, как проводящие чернила на бумаге или отделены от диэлектрического материала. Фольгированные пленки 120 и разделяющий диэлектрический материал могут, например, быть намотаны в желаемой форме. Сердечник 115 конденсатора может, например, быть в форме цилиндра или в форме цилиндра, имеющего коническую концевую связь, как показано на Фиг.1, и т.д. Обычно длина в осевом направлении внешней фольгированной пленки 120 меньше, чем длина в осевом направлении внутренней фольгированной пленки 120 для того, чтобы сохранить одинаковую площадь различных фольгированных пленок 120 в сердечнике 115 конденсатора. Таким образом, конические концевые части сердечника 115 конденсатора часто применяются.

Фольгированная(ые) пленка(и) 120, которая(ые) будет(ут) иметь потенциал, который является наиболее близким к потенциалу заземленной поверхности 130, когда проходной изолятор 100 находится в эксплуатации, будет(ут) здесь и далее называться заземленной(ыми) фольгированной(ыми) пленкой(ами) 120а (хотя заземленная фольгированная пленка 120а не обязательно должна иметь потенциал земли). Заземленная фольгированная пленка 120а является обычно наименьшей фольгированной(ыми) пленкой(ами) сердечника 115 конденсатора.

Проходной изолятор дополнительно включает в себя фланец 125, к которому прикреплен изолятор 105. Фланец 125 может быть использован для соединения проходного изолятора 100 с поверхностью 130, через которую проходит проводник 110, причем такая поверхность 130 называется заземленной поверхностью. Следует отметить, что заземленная поверхность 130 не обязательно должна быть соединена с землей, но может иметь потенциал, отличный от потенциала земли. Тем не менее, термин заземленная поверхность будет здесь и далее использован для облегчения описания.

Когда проходной изолятор 100 находится в эксплуатации, сердечник 115 конденсатора выступает в роли делителя напряжения и распределяет поле вдоль длины изолятора 110, тем самым, обеспечивая сглаживание распределения электрического потенциала. Чем больше разница потенциалов между проводником 110 и заземленной поверхностью 130, тем больше размер сердечника 115 конденсатора, который обычно потребуется для того, чтобы достичь эффективного сглаживания распределения электрического потенциала.

На Фиг.2 схематически изображен альтернативный вариант осуществления проходного изолятора 100. Проходной изолятор 100 с Фиг.2 включает в себя компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник 115 конденсатора в сочетании с экраном 205 выравнивания напряжения, который расположен вокруг, по меньшей мере, части сердечника 115 конденсатора и проводника 110 внутри полого изолятора 105. Экран 205 выравнивания напряжения выполнен так, чтобы иметь потенциал, как потенциал фланца 125 (и, следовательно, потенциал, схожий или такой же, как потенциал заземленной поверхности 130, когда проходной изолятор 100 находится в эксплуатации). Таким образом, используя схожую терминологию, как и для заземленной фольгированной пленки 120а и заземленной плоскости 130, экран 205 выравнивания напряжения можно называть заземленным экраном 205выравнивания напряжения. Экран 205 выравнивания напряжения и сердечник 115 конденсатора могут быть преимущественно расположены коаксиально.

Проходной изолятор 100 на Фиг.2 может, например, быть использован как настенный проходной изолятор. Настенный проходной изолятор обычно используют в областях применения, когда обе стороны заземленной поверхности 130 находятся в контакте с воздухом, как, например, когда проводник 110 должен проходить через стену в вентильном зале ПТВН. Таким образом, можно сказать, что настенный проходной изолятор имеет две воздушные боковые части 210.

Путем использования сочетания сердечника 115 конденсатора и экрана 205 выравнивания напряжения в качестве компоновки для уменьшения градиента поля в проходном изоляторе 100, требования к уменьшению градиента поля на сердечнике 115 конденсатора будут уменьшены, так как экран 205 выравнивания напряжения обеспечивает геометрическое уменьшение градиента поля вокруг, по меньшей мере, одной стороны заземленной поверхности 130. Таким образом, часть сглаживания распределения электрического потенциала достигается с помощью сердечника 115 конденсатора, и часть с помощью экрана 205 выравнивания напряжения. Следовательно, размер сердечника 115 конденсатора, нужный для определенной разницы потенциалов между проводником 110 и заземленной поверхностью 130 будет меньше, чем соответствующий размер сердечника 115 конденсатора в проходном изоляторе 100, который не включает в себя экран 205 выравнивания напряжения. Таким образом, сердечник конденсатора 115 такой компоновки для уменьшения градиента поля может быть уменьшен в размере, по сравнению с сердечником 115 конденсатора обычной компоновки для уменьшения градиента поля, включающей в себя сердечник 115 конденсатора без экрана выравнивания напряжения.

Пример проходного изолятора 100 в соответствии с другим вариантом осуществления схематически изображен на Фиг.3. Проходной изолятор с Фиг.3 подходит для использования в качестве трансформаторного проходного изолятора, в этом случае заземленной поверхностью 130, от которой проходной изолятор 100 обеспечивает изоляцию проводника 110, будет корпус 300 трансформатора. Проходной изолятор 100 с Фиг.3 может проходить из воздуха с внешней стороны корпуса 300 трансформатора внутрь корпуса 300 трансформатора. Проходной изолятор 100 с Фиг.3 выполнен с возможностью крепления к корпусу 300 трансформатора посредством фланца 125, причем фланец 125, таким образом, разделяет проходной изолятор на воздушную боковую часть 307 на воздушной стороне проходного изолятора 100 и на трансформаторную боковую часть 310 на трансформаторной стороне проходного изолятора 100. В проходном изоляторе 100 с Фиг.3 полый изолятор 105 проходит в основном по воздушной стороне фланца 125. Трансформаторная боковая часть 310 проходного изолятора 100 с Фиг.3 обычно будет погружена в трансформаторное масло или в другое изоляционное вещество, используемое в трансформаторах. Проходной изолятор 100 с Фиг.3 может быть альтернативно использован в другой окружающей среде так, чтобы воздушная боковая часть 307 проходного изолятора 100 была в контакте с чем-то, отличным от воздуха, и/или так, чтобы трансформаторная боковая часть 310 была в контакте с чем-то, отличным от трансформаторного масла. На конце воздушной части проводника 110 проходного изолятора 100 с Фиг.3 обеспечен электрический зажим 112а для соединения проводника 110 с другими электрическими устройствами. На конце трансформаторной стороны проводника 110 обеспечен электрический зажим 112b для соединения проводника 110 с обмотками трансформатора.

Проходной изолятор 100 на Фиг.3 включает в себя компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник 115 конденсатора, выполненный в соединении с экраном 205 выравнивания напряжения. В проходном изоляторе 100 с Фиг.3 экран 205 выравнивания напряжения проходит от фланца 125 только в воздушной боковой части 307 проходного изолятора. Тем не менее, в другом варианте осуществления экран 205 выравнивания напряжения может проходить как в воздушной боковой части 307, так и в трансформаторной боковой части 310 проходного изолятора.

Как обсуждалось выше, использование экрана 205 выравнивания напряжения в сочетании с сердечником 115 конденсатора снижает требования к уменьшению напряжения на сердечнике 115 конденсатора, таким образом, позволяя уменьшить размер сердечника 115 конденсатора. Размер сердечника 115 конденсатора с Фиг.3 в значительной степени уменьшен в воздушной боковой части 307 проходного изолятора 100, где присутствует экран 205 выравнивания напряжения, по сравнению с обычной формой сердечника конденсатора для схожих целей, тогда как размер сердечника 115 конденсатора на трансформаторной боковой части 310 проходного изолятора 100 с Фиг.3, по существу, совпадает с размером сердечника 115 конденсатора на трансформаторной боковой части обычного проходного изолятора.

Экран 205 выравнивания напряжения может быть выполнен из проводящего материала, такого как металл, например алюминий, или из пластика, покрытого проводящим покрытием, или из любой другой подходящей, по меньшей мере, частично проводящей структуры. Экран 205 выравнивания напряжения может быть, например, в форме трубы или горловины экрана и может, например, быть изготовлен из прокатанного металла путем сворачивания металла под давлением, отливки металла, отливки пластика или любым другим подходящим способом.

Пример экрана 205 выравнивания напряжения изображен на Фиг.4. Экран 205 выравнивания напряжения, который проходит по обе стороны от фланца 125 проходного изолятора 100 может быть выполнен в виде одной части или в виде двух или более частей, как описано в WO2008/027004. Экран 205 выравнивания напряжения может преимущественно иметь вращательно симметричную форму. Он может, например, быть выполнен в форме цилиндра, он может иметь выпуклые части, он может быть выполнен в форме цилиндра с одной или более коническими частями, как изображено на Фиг.4, и т.д. Конец экрана 205 выравнивания напряжения, который расположен так, чтобы быть направленным от заземленной поверхности 130, может преимущественно иметь закругленный край 400 для того, чтобы обеспечить ровное распределение потенциала вокруг края 400.

Кроме обеспечения сглаживания электрического поля, сердечник 115 конденсатора выступает в роли механической опоры для проводника 110 проходного изолятора 100 так, чтобы гарантировался достаточный зазор между проводником 110 и любыми частями проходного изолятора 100, для которых требуется зазор между ними и проводником 110 (например, изолятором 105 и экраном 205 выравнивания напряжения), даже в случае землетрясений или других механических нагрузок, приложенных к проходному изолятору 100. Уменьшенный в размере сердечник 115 конденсатора, который в сочетании с экраном 205 выравнивания напряжения обеспечивает соответствующее уменьшение градиента поля, обычно также обеспечивает эффективную механическую опору для проводника 110.

Компоновка для уменьшения градиента поля, включающая в себя 115 сердечник конденсатора и экран 205 выравнивания напряжения, будет иметь меньший вес, чем компоновка для уменьшения градиента поля, используемая для достижения такого же уменьшения градиента поля и состоящая из сердечника 115 конденсатора без экрана 205 выравнивания напряжения, так как сердечник 115 конденсатора, используемый в сочетании с экраном 205 выравнивания поля, может быть выполнен значительно меньшим. Таким образом, сочетание более маленького сердечника 115 конденсатора и экрана 205 выравнивания напряжения будет создавать меньшую нагрузку на заземленную поверхность 130, к которой они будут прикреплены. Более того, транспортировка проходного изолятора 100, имеющего компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник 115 конденсатора в сочетании с экраном 205 выравнивания напряжения менее требовательна в отношении расхода топлива и простоты обращения.

Более того, изготовление более маленького сердечника 115 конденсатора обычно легче и быстрее, чем изготовление большого сердечника 115 конденсатора. Оборудование, используемое в процессе производства больших сердечников 115 конденсатора, обычно требуется затруднительно большое. Кроме того, время, требуемое для производства пропитанных смолой сердечников 115 конденсатора увеличивается с увеличением их размера, так как продолжительность отвердевания смолы (например, эпоксидной смолы) увеличивается с объемом сердечника конденсатора. Таким образом, так как сердечник 115 конденсатора может быть значительно меньше, когда сочетается с экраном 205 выравнивания напряжения, изготовление проходного изолятора 100, имеющего компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник 115 конденсатора в сочетании с экраном 205 выравнивания напряжения, может быть осуществлено проще и быстрее, чем изготовление проходного изолятора 100, имеющего компоновку для уменьшения градиента поля с сердечником 115 конденсатора без экрана 205 выравнивания напряжения.

Как было упомянуто выше, полый изолятор 105 воздушной боковой стороны проходного изолятора 100 может, например, содержать газ, имеющий хорошие диэлектрические и термические свойства, такой как SF₆. Альтернативно, гель или жидкость, такая как масло, может полностью или частично заменить газ в качестве наполняющей среды. Газ, гель или жидкость, который содержит полый изолятор 105, обычно обеспечивает электрическую изоляцию, так же как и термическое охлаждение проводника 110. Если сердечник 115 конденсатора включает в себя пропитанный маслом диэлектрический материал, а полый изолятор 105 содержит газ, экран, который предотвратит смешивание газа и масла, может быть размещен вокруг сердечника 115 конденсатора. Такой экран может, например, быть выполнен из полимерного материала, такого, как эпоксидная смола.

Так как длина в осевом направлении сердечника 115 конденсатора может быть уменьшена, когда сердечник 115 конденсатора сочетается с экраном 205 выравнивания напряжения, термическое охлаждение проводника 110 может быть улучшено, по сравнению с проходным изолятором 100, имеющим такие же свойства уменьшения градиента поля без экрана 205 выравнивания напряжения. Газ, гель или жидкость, который занимает пространство внутри полого изолятора 105, может переносить больше тепла, так как у него есть доступ к большей части проводника 110, когда сердечник 115 конденсатора меньше. Охлаждающий эффект газа, геля или жидкости, таким образом, усиливается.

Экран 205 выравнивания напряжения и сердечник 115 конденсатора могут, например, быть прикреплены к фланцу 125. Альтернативно, экран 205 выравнивания напряжения может быть выполнен как неотъемлемая часть фланца 125. Экран 205 выравнивания напряжения может прилегать к заземленной фольгированной пленке 120а сердечника 115 конденсатора, или экран 205 выравнивания напряжения может быть расположен так, чтобы имелся зазор между экраном 205 выравнивания напряжения и сердечником 115 конденсатора.

Сочетание сердечника 115 конденсатора и экрана 205 выравнивания напряжения также может обеспечить преимущества над проходным изолятором, имеющим экран 205 выравнивания напряжения без сердечника 115 конденсатора.

Фланец 125 и сердечник 115 конденсатора могут совместно обеспечить эффективное разделение двух частей проходного изолятора 100, проходящих по обе стороны от фланца 125. Таким образом, соседние наполняющие среды, на соответствующих сторонах фланца 125 могут быть эффективно разделены без необходимости в каком-либо дополнительном экране. Например, в трансформаторном проходном изоляторе 100, в котором сердечник 115 конденсатора окружен SF₆ на воздушной боковой части 307 проходного изолятора и трансформаторным маслом на трансформаторной боковой части 310, сердечник 115 конденсатора может эффективно отделить SF₆ от трансформаторного масла. Уплотнитель может быть применен между фланцем 125 и сердечником 115 конденсатора, чтобы улучшить герметизирующий эффект.

Так как сердечник 115 конденсатора механически стабилизирует проводник 110, может быть использован проводник 110 меньшего диаметра, чем в проходном изоляторе 100 без сердечника 115 конденсатора, что позволяет уменьшить диаметр проходного изолятора 100.

Также, когда проводник 110 окружен сердечником 115 конденсатора, требования к сглаживанию на проводнике 110 уменьшаются в части проводника 110, закрытой сердечником 115 конденсатора. Диэлектрическое сопротивление диэлектрического газа, такого как SF₆, очень чувствительно к неоднородности поверхностей, с которыми газ находится в контакте. Тем не менее, если место соединения проводника закрыто сердечником 115 конденсатора, риск уменьшения диэлектрического сопротивления газа устраняется. Следовательно, две или более части проводника могут быть соединены вместе таким образом, чтобы место(а) соединения было(и) скрыто(ы) под сердечником 115 конденсатора, таким образом, облегчая изготовление проходного изолятора 100, содержащего диэлектрический газ. В проходных изоляторах 100, где нет сердечника 115 конденсатора, и в которых изолятор заполнен газом, таким как SF₆, чувствительность газа ограничивает допустимую шероховатость проводника 110, и обычно будет сложно создать места соединения на проводнике 110.

Одна сторона различных примеров проходных изоляторов 100, имеющих компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник 115 конденсатора и экран 205 выравнивания напряжения схематически изображена на Фиг.5а и 5b. Проходной изолятор 100 с Фиг.5а или 5b может, например, быть настенным проходным изолятором или трансформаторным проходным изолятором, одна сторона которого изображена. На Фиг.5а экран 205 выравнивания напряжения проходит за пределами сердечника 115 конденсатора в осевом направлении проводника 110. В этом варианте осуществления сердечник 115 конденсатора распределяет электрическое поле сглаженным образом в области между проводником 110 и экраном 205 выравнивания напряжения, в то время как сглаживание напряжения в направлении извне проходного изолятора 100 в основном достигается с помощью экрана выравнивания напряжения. Следовательно, распределение электрического поля в радиальном направлении от проводника 110 внутри экрана 205 выравнивания напряжения в основном достигается с помощью сердечника 115 конденсатора, в то время как распределение по направлению к земле вне проходного изолятора 100 в основном достигается с помощью экрана выравнивания 205 напряжения. Сглаживание электрического поля между проводником 110 и экраном 205 выравнивания напряжения, которое достигается с помощью сердечника 115 конденсатора, гарантирует, что электрическая нагрузка на проводник 110 уменьшается. Таким образом, потребуется меньше учитывать факторы, касающиеся сопротивления проводника 110 электрической нагрузке, и обычно, если требуется, может быть использован проводник 110 меньшего диаметра, по сравнению с проходным изолятором 100, где нет сердечника 115 конденсатора.

На Фиг.5b экран 205 выравнивания напряжения проходит за пределами заземленной фольгированной пленки 120а сердечника конденсатора в осевом направлении проводника 110, но часть сердечника 115 конденсатора проходит за пределами экрана 205 выравнивания напряжения в этом направлении. Сердечник 115 конденсатора позволяет достичь сглаживания электрического поля между проводником 110 и экраном 205 выравнивания напряжения также в этом варианте осуществления. Более того, сердечник 115 конденсатора, так же как и экран 205 выравнивания напряжения, участвуют в выравнивании напряжения по направлению извне проходного изолятора 100. Хотя это и не изображено, экран 205 выравнивания напряжения проходного изолятора 100, изображенного на Фиг.5а и 5b, может иметь закругленный край 400, как показано на Фиг.4.

Путем применения экрана 205 выравнивания напряжения в сочетании с сердечником 115 конденсатора для того, чтобы получить эффективное уменьшение градиента поля, длина сердечника 115 конденсатора может быть значительно уменьшена, по сравнению с сердечником 115 конденсатора проходного изолятора, в котором нет экрана 205 выравнивания напряжения. Предполагаются уменьшения в длине в основном на 10-20% или более. Длина заземленной фольгированной пленки 120а может быть значительно уменьшена, по сравнению с обычным сердечником 115 конденсатора, например, таким образом, чтобы заземленная фольгированная пленка 120а незначительно проходила за пределами электрического соединения между заземленной фольгированной пленкой 120а и фланцем 125 (или другой частью проходного изолятора 100, имеющей потенциал, соответствующий заземленной фольгированной пленке 120а). Альтернативно, заземленная фольгированная пленка 120а может проходить за пределами такого соединения. Длина в осевом направлении сердечника 115 конденсатора может быть уменьшена путем уменьшения длины заземленной фольгированной пленки 120а вместе с уменьшением длины оставшихся фольгированных пленок 120, что становится возможным вследствие уменьшения длины заземляющей фольгированной пленки 120а (обычно необходима одинаковая площадь разных фольгированных пленок 120 сердечника конденсатора). Тем не менее, сердечники 115 конденсатора большей длины альтернативно могут быть использованы.

Для того чтобы улучшить градиент поля вокруг конца сердечника 115 конденсатора, может быть применен экран высокого напряжения. Это показано на Фиг.6, на которой схематически изображена одна сторона проходного изолятора 100, имеющего экран 600 высокого напряжения. Экран 600 высокого напряжения с Фиг.6 расположен на конце 605 сердечника 115 конденсатора и обеспечивает уменьшение поля на конце сердечника 605 конденсатора. Экран 600 высокого напряжения может, например, быть выполнен из подходящего металла, такого как алюминий, или из другого проводящего материала. Экран 600 высокого напряжения может быть, например, прикреплен к сердечнику 115 конденсатора или проводнику 110. Экран 600 высокого напряжения может преимущественно быть выполнен во вращательно симметричной форме, имеющей гладкую площадь поверхности, направленную от проводника 110. Экран 600 высокого напряжения может, например, быть кольцом, окружающим проводник 110, или экран высокого напряжения 600 может быть выполнен в форме вытянутого кольца, в котором внутренняя окружность кольца плоская и прилегает к проводнику 110 как изображено на Фиг.6, и т.д. В проходном изоляторе 100, изображенном на Фиг.6, экран 205 выравнивания поля проходит за пределами экрана 600 высокого напряжения в осевом направлении проводника 110. Экран 600 высокого напряжения может также быть расположен на конце 605 сердечника 115 конденсатора, который проходит за пределами экрана 205 выравнивания напряжения.

Экран 205 выравнивания напряжения и заземленная фольгированная пленка 120а сердечника 115 конденсатора могут, например, быть выполнены так, чтобы иметь одинаковый электрический потенциал, который может быть равен потенциалу фланца 125 и, таким образом, потенциалу заземленной поверхности 130, когда проходной изолятор 100 находится в эксплуатации. Тем не менее, экран 205 выравнивания напряжения и заземленная фольгированная пленка 120а альтернативно могут быть соединены с различными потенциалами. Например, заземленная фольгированная пленка 120а, или экран 205 выравнивания напряжения, или оба могут быть соединены с точкой измерения, электрически отделенной от потенциала фланца 125.

На Фиг.1-6 полый изолятор 105 был показан в виде конической формы. Тем не менее, полый изолятор 105 может быть выполнен в любой подходящей форме, например в виде цилиндра, в виде цилиндра с коническим окончанием(ями) и т.д.

Приведенное выше описание было сделано относительно проходных изоляторов высокого напряжения проводника 110. Тем не менее, компоновка для уменьшения градиента поля, включающая в себя сочетание сердечника 115 конденсатора и экрана 205 выравнивания напряжения, как описано выше, может также быть использована в других устройствах для изоляции проводника высокого напряжения 110, которые не всегда называют проходными проводниками. Такая компоновка для уменьшения градиента поля может, например, быть использована в соединении высоковольтных кабелей, или в соединении элегазовых выключателей для соединения элегазового выключателя с, например, трансформатором и т.д. Устройство высокого напряжения, включающее в себя такую компоновку для уменьшения градиента поля, может включать то, что в вышеприведенном описании называлось воздушной боковой частью 210, 307, где воздушная боковая часть 210, 307 может быть соединена с, например, кабелем или элегазовым выключателем, вместо того, чтобы быть присоединенной к другой воздушной боковой части 210 (как на Фиг.2) или к трансформаторной боковой части 310 (как на Фиг.3).

Специалист в данной области техники поймет, что представленная здесь технология не ограничивается вариантами осуществления, раскрытыми в приложенных чертежах и последующем детальном описании, которые представлены только с целью иллюстрации, но она может быть применена множеством различных способов, и это определено следующей формулой изобретения.

1. Устройство высокого напряжения для обеспечения электрической изоляции проводника, проходящего через устройство, содержащее:
полый изолятор;
проводник, проходящий через полый изолятор;
компоновку для уменьшения градиента поля, включающую в себя сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения, причем сердечник конденсатора и экран выравнивания напряжения расположены вокруг проводника внутри полого изолятора таким образом, чтобы экран выравнивания напряжения был расположен вокруг, по меньшей мере, части сердечника конденсатора.

2. Устройство высокого напряжения по п.1, дополнительно содержащее
фланец для соединения устройства высокого напряжения с заземленной поверхностью;
при этом сердечник конденсатора содержит множество коаксиально расположенных фольгированных пленок, проходящих вдоль осевого направления проводника, причем, по меньшей мере, одна фольгированная пленка расположена так, чтобы иметь потенциал, наиболее близкий к потенциалу фланца, из потенциалов множества фольгированных пленок;
при этом экран выравнивания напряжения проходит в осевом направлении проводника за пределами, по меньшей мере, одного конца, по меньшей мере, одной фольгированной пленки/пленок, выполненной(ых) так, чтобы иметь потенциал, наиболее близкий к потенциалу фланца.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором
экран выравнивания напряжения проходит за пределами, по меньшей мере, одного конца сердечника конденсатора в осевом направлении проводника.

4. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее
экран высокого напряжения, расположенный вокруг проводника на, по меньшей мере, одном конце сердечника конденсатора.

5. Устройство по п.1, дополнительно содержащее
фланец для соединения устройства высокого напряжения с заземленной поверхностью; при этом
экран выравнивания напряжения расположен так, чтобы проходить по обе стороны от фланца в осевом направлении проводника.

6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее
фланец для соединения устройства высокого напряжения с заземленной поверхностью; при этом
экран выравнивания напряжения ограничен с одной стороны фланца в осевом направлении проводника.

7. Устройство по п.5 или 6, в котором экран выравнивания напряжения электрически соединен с фланцем.

8. Устройство по п.1 или 2, в котором
полый изолятор содержит изолирующий газ, такой как SF₆.

9. Устройство по п.1 или 2, в котором
сердечник конденсатора включает в себя пропитанную смолой бумагу, обеспечивающую изоляцию между фольгированными пленками.

10. Устройство по п.1 или 2, в котором устройство высокого напряжения является проходным изолятором, таким как настенный проходной изолятор или трансформаторный проходной изолятор.

11. Трансформаторная подстанция, содержащая устройство по любому из предыдущих пунктов.

12. Высоковольтная подстанция постоянного тока, содержащая устройство по любому из пп.1-10.

Похожие патенты:

Проходной изолятор // 2525227

Изобретение относится к электротехнике, в частности к проходным изоляторам, предназначенным для ввода электрического тока или напряжения внутрь зданий или корпусов электрических устройств.

Электрический проводник сильноточного проходного изолятора // 2521963

Электрический проводник (S) предназначен для пропускания номинального тока в сильноточном проходном изоляторе трансформатора электростанций, расположенном в токовой цепи между генератором и первичными обмотками трансформатора в прерывателе генератора.

Герметичный кабельный ввод // 2502145

Изобретение относится к герметичным кабельным вводам электрических проводников в электрооборудование глубоководных аппаратов. Кабельный ввод содержит металлический цилиндрический корпус с отверстиями для электрических проводников, снабжен токопроводящими контактными стержнями и фиксирующими их гайками, изолирующими втулками и центрующими втулками.

Система с газонепроницаемым измерительным вводом // 2501110

Изобретение относится к устройствам измерения высокого напряжения. Газонепроницаемый измерительный ввод имеет пронизанное измерительной жилой (8, 8а) в направлении основной оси (3) изоляционное тело (7, 7а).

Изолятор высоковольтный опорный // 2491673

Изобретение относится к электротехническим изделиям, а именно, к изоляторам высоковольтным опорным, предназначенным для закрепления токопровода высокого напряжения на силовых опорах электрических (электрошоковых) заграждений.

Конструкция проволочного припоя и способ ее изготовления, герметичный соединитель и способ его изготовления // 2487788

Высоковольтное устройство ввода высокого давления // 2460185

Изобретение относится к высоковольтному устройству ввода высокого давления для подводного, надводного и наземного применения. .

Способ изготовления сборных изделий и способ подготовки сборных изделий перед нанесением покрытия на их поверхности // 2460162

Изобретение относится к области изготовления сборных изделий, таких как гермовводы и волноводные фильтры, а также к гальванотехнике, в частности к металлизации, преимущественно серебрению изделий, состоящих из разнородных металлических материалов.

Переход высоковольтный // 2457564

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ввода электрических проводников в загрязненную зону, в частности используется во взрывозащитной камере (ВЗК).

Проходной изолятор для электрических трансформаторов // 2455717

Изобретение относится к электротехнике, к проходным изоляторам средневысоких напряжений и может быть использовано во всех типах проходных изоляторов, применяющихся между электрическим вводом и баком трансформатора.

Гермоввод // 2538093

Изобретение относится к области изготовления миниатюрных гермовводов и может быть использовано во всех изделиях электровакуумного приборостроения. Гермоввод состоит из наружного корпуса, в котором установлено не менее одного неметаллизированного изолятора, внутри которого размещен один или несколько токовводов, при этом между каждым токовводом и каждым изолятором, каждым изолятором и наружным корпусом образованы зазоры, заполненные путем капиллярного течения активным медно-титановым припоем, посредством которого соединены все элементы гермоввода. Токоввод выполнен в виде полой трубки с размещенным и герметично соединенным с ней центральным контактом, при этом с противоположной стороны поступления припоя в наружном корпусе и изоляторе выполнены кольцевые проточки, диаметр которых больше внутренних диаметров наружного корпуса и изолятора, выполненных из материалов, температурные коэффициенты линейного расширения которых близки к температурному коэффициенту линейного расширения припоя. Изобретение обеспечивает возможность получения надежного паяного соединения, упрощение конструкции гермоввода с упрощением технологического процесса изготовления. 1 ил.

Способ изготовления проходного вакуумного изолятора высокого напряжения // 2556879

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим изоляторам, предназначенным для использования в конструкциях генераторов высокого напряжения, в ускорителях заряженных частиц и в других вакуумных высоковольтных установках. В способе изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения, заключающемся в том, что изолятор собирают из одинаковых по конструкции и геометрическим размерам диэлектрических секций и чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих градиентных колец, которые располагают межу двумя электродами, одним из которых служит отрицательно заряженная крышка изолятора, а другим электродом служит заземленный фланец, при этом крышку, упомянутые секции, чередующиеся с ними градиентные кольца и фланец стягивают в единую конструкцию при помощи диэлектрических стяжек, а напряжение между упомянутыми секциями равномерно распределяют при помощи делителя напряжения, снабжают градиентные проводящие кольца цилиндрическими электропроводящими экранами, внутренний диаметр которых выполняют равным внутреннему диаметру градиентных колец. Способ позволяет увеличить электрическую прочность конструкции при одинаковых размерах изоляторов, изготовляемых по заявляемому способу и способу-прототипу, более чем в 2 раза. 2 ил.

Способ изготовления проходного вакуумного изолятора высокого напряжения // 2557064

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим изоляторам, предназначенным для использования в конструкциях генераторов высокого напряжения, в ускорителях заряженных частиц и в других вакуумных высоковольтных установках. Способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения заключается в том, что изолятор собирают в виде расположенных между крышкой изолятора и фланцем изолятора и одинаковых по конструкции и геометрическим размерам кольцеобразных диэлектрических секций, чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих градиентных колец и уплотнительных эластичных манжет и распределяют напряжение равномерно между упомянутыми секциями при помощи делителя напряжения, предварительно определяют оптимальную толщину диэлектрической секции. Способ позволяет снизить габариты изолятора и существенно упрощает процесс сборки и конструкцию изолятора. 3 ил.

Способ изготовления проходного вакуумного изолятора высокого напряжения // 2560965

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим изоляторам, предназначенным для использования в конструкциях генераторов высокого напряжения, в ускорителях заряженных частиц и в других вакуумных высоковольтных установках. Способ изготовления проходных вакуумных изоляторов высокого напряжения заключается в том, что изолятор собирают в виде расположенных между крышкой и фланцем изолятора из одинаковых по конструкции и геометрическим размерам кольцеобразных диэлектрических секций и чередующихся с ними идентичных между собой электропроводящих прокладок и уплотнительных эластичных манжет, а напряжение между упомянутыми секциями равномерно распределяют при помощи делителя напряжения, в одном из торцов кольцеобразной диэлектрической секции делают углубление в виде цилиндрического стакана, на боковой внутренней стенке которого нарезают резьбу. В дне стакана делают проточку под эластичную манжету. Способ существенно упрощает технологию сборки и конструкцию изолятора, так как в нем отсутствуют элементы, усложняющие конструкцию и сборку, что в значительной мере позволяет снизить габариты изолятора. 1 ил.

Кабельный ввод для герметичного прохода электрических цепей // 2561608

Изобретение относится к герметичным кабельным вводам электрических проводников в электрооборудовании глубоководных аппаратов, при изготовлении объектов аэрокосмической техники, для ввода электрической энергии в герметичные помещения, например, в атомных электростанциях, для этого кабельный ввод содержит металлический цилиндрический корпус, который выполнен единой конструкцией с внутренней упорной пластиной, в которой имеются отверстия для электрических проводников, а токопроводящие контакты между собой и корпусом изолируются путем заполнения полимерным компаундом. 1 ил.

Кабельный ввод и способ его монтажа // 2567763

Изобретение относится области электротехники, а именно к конструкции кабельного ввода, использующегося в ракетной технике при строительстве специальных фортификационных сооружений и предназначенного для обеспечения связи в диапазоне частот от 0,5 до 10 ГГц. Кабельный ввод содержит полый корпус с размещенной внутри коаксиальной линией с соосно расположенными центральным внутренним и внешним токонесущими элементами. Полый корпус состоит из фланца и трубы, соединенных резьбой. Коаксиальная линия содержит цилиндрический волновод и силовой огнестойкий коаксиальный узел, соединенные с коаксиальными радиочастотными (РЧ) разъемами, закрепленными на торцах полого корпуса и состоящими из корпусов, изоляторов и контактов. Силовой огнестойкий коаксиальный узел размещен в передней части полого корпуса со стороны внешнего воздействия и состоит из опорной муфты, имеющей резьбовое соединение с фланцем полого корпуса, керамического изолятора, проводника, проходника и заглушки в виде стержня с конической головкой с углом конусности 45°, сопрягающейся с коническим входом отверстия в керамическом изоляторе под заглушку. Опорная муфта со стороны внешнего воздействия выполнена с внутренней проточкой для фиксации керамического изолятора и с наружной проточкой для резьбового соединения с корпусом РЧ разъема, а с противоположной стороны имеет внутреннюю проточку для резьбового соединения с цилиндрическим волноводом, противоположный конец которого имеет резьбовое соединение с корпусом второго РЧ разъема. В качестве внешнего токонесущего элемента использована последовательная цепочка элементов, состоящая из корпусов РЧ разъемов, опорной муфты и цилиндрического волновода, а в качестве центрального токонесущего элемента использована цепочка элементов, состоящая из контактов РЧ разъемов, заглушки, проходника и проводника, скрепленных между собой пайкой припоем ПОС-61М с предварительной подготовкой мест под пайку покрытием олово-висмут О-Ви (99,8)9. Стержень заглушки выполнен диаметром в пределах от 1,5 до 1,7 мм, а проходник и проводник выполнены диаметром 4,34 мм. Обеспечивается прохождение радиосигнала требуемого диапазона частот, повышается стойкость к внешним поражающим факторам и сохраняется герметичность специального фортификационного сооружения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ герметичного ввода электрических проводников через защитную оболочку // 2579155

Изобретение относится к электроэнергетическим устройствам и может быть использовано для передачи электрической энергии посредством кабелей, проводов, жгутов различных конструкций в герметичных системах. В способе герметичного ввода электрических проводников через защитную оболочку перед сборкой гермоввода проводят объемное, трехмерное моделирование деталей, узлов и всей конструкции гермоввода в соответствии с установленными требованиями к геометрии и качеству используемых материалов, а в начале сборки соединяют керамические изоляционные модули с металлической арматурой посредством спекания с использованием припоя из серебра Ср999,9, при этом изоляционные модули и арматура подвергаются высокотемпературному нагреву и последующему ступенчатому охлаждению в нейтральной среде до полного прохождения релаксационных процессов в месте соединения и в объеме керамики. При осуществлении изобретения достигается высокая стабильность и качество электромеханических характеристик при сейсмических, термических и др. аварийных воздействиях и токах короткого замыкания, обеспечивается постоянный контроль герметичности в процессе эксплуатации гермоввода. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ определения оптимального числа секций секционированного изолятора // 2581617

Изобретение относится к изготовлению секционированных проходных изоляторов. В способе определения оптимального числа секций N секционированного изолятора заданной высоты H, выполненного в виде чередующихся кольцевых, дисковых или цилиндрических элементов из изоляционного материала и прокладок из проводящего материала заданной толщины b, предварительно снимают зависимость пробивного напряжения U по поверхности диэлектрика, помещенного в вакуум, от толщины диэлектрика d, аналитическое описание которой представляют в виде степенной функции U=kdα, и, используя полученные при снятии зависимости пробивного напряжения по поверхности диэлектрика от его толщины экспериментальные данные, определяют коэффициенты k и α в упомянутой функции. Заявляемый способ имеет более высокую точность определения оптимального числа секций в изоляторе, что позволяет при заданной высоте изолятора H и заданной толщине градиентной прокладки b получить максимально возможное пробивное напряжение для указанных габаритов изолятора. 1 ил., 3 табл.

Проходной элемент для тяжелых условий окружающей среды // 2584236

Проходной элемент для прохода функционального элемента через отверстие электрически изолированным образом, при этом проходной элемент пригоден для использования в условиях окружающей среды с температурами выше 260°С и/или давлением выше 289,6 МПа (42000 фунтов/дюйм2), при этом проходной элемент включает в себя опорный корпус, по меньшей мере, с одним отверстием для прохода, в котором расположен, по меньшей мере, один функциональный элемент в электрически изолирующем фиксирующем материале; электрически изолирующий материал электрически изолирует функциональный элемент от опорного корпуса, при этом электрически изолирующий материал содержит стекло или стеклокерамику с удельным объемным сопротивлением более 1,0·1010 Ом.см при температуре 350°C. Указанное стекло или стеклокерамика имеет определенный диапазон составов в системе SiO2-B2O3-MO. Изобретение обеспечивает высокие электроизоляционные свойства проводника.. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ определения оптимального количества секций секционированного изолятора // 2584543

Изобретение относится к электротехнике, а именно к изготовлению секционированных проходных изоляторов. В способе определения оптимального числа секций в проходном высоковольтном вакуумном изоляторе, выполненном в виде чередующихся кольцевых, дисковых или цилиндрических элементов из изоляционного материала и прокладок из проводящего материала заданной толщины b, предварительно снимают зависимость пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала, помещенного в вакуум, от толщины d указанного элемента, строят график снятой зависимости, аппроксимируют построенный график степенной функцией вида U=kdα, определяют коэффициенты k и α в упомянутой зависимости, используя экспериментальные данные, полученные при снятии зависимости пробивного напряжения по поверхности элемента из изоляционного материала от его толщины, затем рассчитывают оптимальную толщину и количество секций по определенным зависимостям. При заданном рабочем напряжении изолятора выбором оптимального количества его секций можно добиться сокращения габаритов и уменьшения стоимости изолятора. 4 ил., 2 табл.