用於大電流絕緣套管的電流導體的製作方法

2023-10-11 10:15:34

專利名稱：用於大電流絕緣套管的電流導體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種如專利權利要求的前序部分所述的電流導體(Stromleiter)。本 發明還涉及一個具有這種電流導體的大電流絕緣套管(HochstromdurchfUhrung)和一種 用於製造這種大電流絕緣套管的方法。
背景技術：
大電流絕緣套管在電廠變壓器中使用，並且在發電機與變壓器初級繞組之間的電 流路徑中位於一般封罩構成的發電機分路中，它們在相對較低的額定電壓(低至52kV)時 承受達40kA的額定電流。由於低的介電負荷和高的熱負荷，大電流絕緣套管具有相對較短 的、大直徑的電流導體。因此在絕緣套管的電流導體中，由於電流損失產生的熱量快速地導 引到其兩個分別構成為電流接口(Stromanschluss)的端部上。兩個電流接口中的第一個 位於變壓器的油中，並且與變壓器的初級繞組連接。如同由變壓器製造者規定地那樣，該電 流接口具有兩個相互平行取向的接觸面。第二電流接口通常位於發電機分路的以空氣充滿 的外罩中，並且與分路的傳導電流的導體連接。大電流絕緣套管的額定電流承載性完全由在電流接口上產生的相對較高的溫度 和在絕緣套管中使用的絕緣材料的許用溫度來確定。上述形式的電流導體在GOH型的變壓器絕緣套管中使用，並且在由ABB Power Technologies AB Components 77180Ludvika/Schweden 出版的技術說明 1 ZSE 2750-107 de,Rev 1，2000_04_15中進行描述。這種電流導體含有剛性的鋁銷，在其插入到變壓器油中 的第一端部中銑出電流接口以及冷卻部件，此電流接口具有兩個相互平行取向的接觸面。 鋁銷的在空氣中導引的第二端部配有四個鑽孔的扁平接頭，它們與鋁銷焊接在一起。在由Micafil AG Ziirich/Schweiz出版的公司文獻D 4317中描述了一個用在變 壓器中的大電流絕緣套管的電流導體，型號RTXF。這個電流導體管狀地構成，並且含有設置 在管的兩個端部上的、板狀的電流接口，它們固定在兩個端面板上，此端面板將管的兩個端 部封閉。按照現有技術的電流導體含有多個通過焊接或釺焊相互連接的導電部件。因此接 頭位於在兩個電流接口之間延伸的電流路徑中，它們增加了電流路徑中的電阻，並因此會 加大電損失。

發明內容
本發明的目的是，如同在專利權利要求中給出的那樣，給出一種上述形式的電流 導體和一種具有這種電流導體的大電流絕緣套管，它們以緊湊的結構形式顯示出微小的電 損失。在按照本發明的電流導體中，所述第一電流接口空心地構成，並且具有垂直 於軸線的橢圓輪廓，它具有兩個形成兩個接觸面的縱向側，在第一電流接口與導體塊 (Leiterstuck)的第一端部之間設置空心的電流導體段，它使第一電流接口與導體塊連接，
3並且形成從第一電流接口的兩個接觸面到導體塊的圓柱形外殼面(ManteliMche)上的平 滑過渡，並且第二電流接口無接頭(FUgestelle)地與導體塊的第二端部連接。按照本發明的電流導體只包括唯一的導電的部件，並因此可以直接由適合的金屬 或適合的合金(例如以鋁為基礎)製成，無需費事的連接技術。與按照現有技術的電流導體 相比，由於沒有接頭，在電流導體運行時在兩個電流接口之間延伸的電流路徑具有更小的 電損失。因為兩個電流接口分別無拼接地集成到電流路徑中，因此如果所述電流絕緣套管 不對稱地或不完全地與連接導體連接的時候，也可以在電流導體中實現電流的均勻分布。 此外，由於第一電流接口的橢圓輪廓，還由於從兩個相互平行取向的接觸面到空心導體塊 的圓柱形外殼面的平滑過渡，一方面附加地減少了電流路徑中電損失，另一方面由此避免 電流導體過度的局部高受熱。第一電流接口的橢圓輪廓含有兩個圓弧體，它們使兩個接觸 面相互連接。這些圓弧體負責，使第一電流接口具有高的機械強度並且還顯示出相對較大 的表面，它迅速地向外排出由於電損失在電流導體中產生的熱量。為了在運行中提高在電流導體中流動的額定電流，有利的是，在空心電流導體段 的內部設置第一冷卻系統。通過軸向取向的冷卻部件，在製造技術方面有利地把這個冷卻 系統集成到電流導體中，所述冷卻部件設置在空心電流導體段的徑向延伸的壁段上。同時， 最好由針或筋構成的冷卻部件通過空心電流導體段的包圍壁保護，免受機械損傷。如果在徑向向外限制空心電流導體段的壁體中成形開孔，則可以更好地更換受熱 的冷卻劑(尤其是變壓器油)，它位於空心電流導體段中並且從第一冷卻系統和電流接口 中排出熱量。如果在空心電流導體段中成形徑向向外延伸的託環(Tragring)，此託環具有軸向 取向的軸頸(Zapfen)，則可明顯簡化使用電流導體的大電流絕緣套管的製造。如果所述導體塊由空心圓柱體構成，如果第二電流接口成形在空心圓柱體的管狀 凸肩中，並且如果所述空心圓柱體與管凸肩(Rohrfortsatz)通過徑嚮導引的封閉板相互 隔開，則按照本發明的電流導體可達到更高的額定電流承載性。因為額定電流在空心的、盡 可能直線延伸的電流路徑中導引，該電流路徑既沒有接頭也沒有稜邊，因此在電流導體運 行時特別明顯地減小了電損失。如果在管凸肩內部設置第二冷卻系統，它具有設置在分隔 壁上的、軸向取向的冷卻部件，則由於加大的冷卻效率還可以進一步提高額定電流。按照本發明的電流導體和上述的可能集成到電流導體中的裝置中至少一個(如 第一或第二冷卻系統或可從外部接觸到的託環)可以由澆鑄體構成。由此以簡單的方式可 以避免不期望的接頭，並且通過集成一個或多個附加裝置實現許多功能，它們有助於電流 導體的冷卻，並有助於含有電流導體的大電流絕緣套管的製造。一種大電流絕緣套管具有按照本發明的電流導體，並具有用於預緊軸承的壓簧 和固定在電流導體上的第一託環。所述電流導體在同軸的布置中由以下部件包圍，即支 承在預緊壓簧(Druckfedern)上的、空心圓柱形的場控制體(Feldsteuerk^rper);支承在 場控制體上的裝配法蘭；支承在裝配法蘭上的絕緣體；支承絕緣體且與電流導體力鎖合 (kraftschlussig)連接的第二託環。第一託環成形在空心電流導體段中，並且具有軸向取 向的用於導引壓簧的軸頸。這種大電流絕緣套管顯示出微小的電損失和相應較高的額定電流承載性。它還可 以在適用於批量製造的方法中製成。在這個製造方法中，所述壓簧插到軸向取向的軸頸上，支承環從上面推到電流導體上並且支承在壓簧的向上外露的端部上。接著在電流導體上推 上密封環、場控制體、裝配法蘭、絕緣體和第二託環。這樣構成的疊摞以作用於第二託環上 的力進行預緊，並且使第二託環在保持預應力的條件下最終與電流導體力鎖合地連接。


下面藉助於附圖詳細描述本發明的實施例。附圖中圖1示出沿著軸線A取向的大電流絕緣套管的徑向俯視圖，具有按照本發明的電 流導體，其中絕緣套管在右半部部分地沿著軸線剖開地示出；圖2示出按照圖1的絕緣套管的電流導體從下面看去的視圖；以及圖3示出按照圖1的絕緣套管的電流導體的俯視圖。附圖標記清單10電流接口11，11，接觸面12開孔13，13，圓弧體20電流接口21接觸面22 開孔30導體塊，空心圓柱體31管凸肩32封閉板40電流導體段41壁段42開孔43管套(Rohrstutzen)44 封閉板50冷卻系統51冷卻部件60託環61軸頸、導向部件70冷卻系統71冷卻部件A軸線D壓簧F場控制體I絕緣體M裝配法蘭S電流導體SR 支承環
T託環
具體實施例方式在圖1中所示的大電流絕緣套管沿著軸線A儘可能圓柱形對稱地構成，並且具有 以附圖標記S表示的電流導體，它在同軸布置中由空心圓柱形場控制體F和圍繞場控制體 導引的空心圓柱形絕緣體I包圍。如同由現有技術已知的那樣，所述場控制體F設計成支承絕緣體，並且具有以硬 化的熱固塑料的聚合物加固的、電容地控制絕緣套管電場的繞組體，它含有絕緣膜和襯入 到絕緣膜中的、相互電絕緣的平面狀的金屬覆層。所述場控制體F通過其下端部放置在支 承環SR上，支承環本身由預緊的壓簧D彈性地固定在輪緣上，此輪緣固定在電流導體的下 方部件上。在場控制體的外殼面中成形由附圖中不可見的軸肩，在其上放置具有下端面的 裝配法蘭M。在裝配法蘭M的上端面上放置配有屏蔽的絕緣體I的下端面。在絕緣體I的 上端面上放置託環T，它藉助於未示出的(例如構成為漲圈)固定部件固定在電流導體S的 上方部件中。在附圖中不可見的環形空心腔通過未示出的密封件封閉並且通過絕緣的澆鑄 物充滿，此空心腔由電流導體S向內、託環T向上、支承環SR和裝配法蘭M向下和場控制體 F和絕緣體I向外限定。所述絕緣套管可以以任意的安裝位置安裝在變壓器外殼的開孔中，並且通過裝配 法蘭M空氣密封和油密封地固定在外殼上。所述電流導體S的下端部構成為電流接口 10， 並且在裝配絕緣套管時藉助於在電流接口 10的孔12中導引的連接螺栓與變壓器的初級繞 組導電地連接。在絕緣套管運行期間，所述電流接口 10位於以絕緣油充滿的變壓器的內 部。電流導體S的上端部構成為電流接口 20，並且在裝配絕緣套管時同樣藉助於在孔22中 導引的螺栓與發電機分路的相導體導電地連接，此相導體一般設置在接地的、充滿空氣的 金屬罩中。這樣設計絕緣套管，使它在運行中以達40kA的額定電流和達52kV的額定電壓 進行加載。所述電流導體S由導電的澆鑄體構成，它典型地由可澆鑄的鋁合金製成。這個澆 鑄體除了兩個電流接口 10和20以外還具有構成為空心圓柱體30的、沿著軸線A延伸的 導體塊，它具有圓柱形的外殼面。所述電流接口 10具有兩個相互平行延伸的接觸面11， 11』(由圖2看出)，其中在圖1中示出了接觸面11的一部分。兩個電流接口 10，20空心地 構成。由圖2可以看出，所述電流接口 10具有垂直於軸線A的橢圓形輪廓，它具有兩個形 成兩個接觸面11，11』的縱向側。在電流接口 10與導體塊30下端部之間設置空心的電流 導體段40。這個部段使電流接口 10與導體塊30連接，並且形成從兩個接觸面11，11』到導 體塊30的圓柱形外殼面上的平滑過渡。空心構成的電流接口 10和20和空心的電流導體 段40保證，電流導體S不僅在構成為空心圓柱體的導體塊30中，而且在其端部部位中在抑 制渦流和集膚效應方面都是最佳的。由於它構成為澆鑄體，所述電流導體1在兩個電流接口 10，20之間延伸的電流路 徑中沒有接頭。否則在由兩個或多個部件製造成電流導體時，會產生接頭。在此兩個部件 在形成接縫的條件下在拼接面上接合到一起，然後通過填充接縫(例如在焊接或釺焊時以 金屬填充)來材料鎖合地相互連接。因此在絕緣套管運行中產生的電損失和與此相關的絕 緣套管受熱小於按照現有技術的可類比尺寸和可類比負荷的絕緣套管，該絕緣套管包含帶有至少一個接頭的電流導體。由於電流接口 10的橢圓輪廓，還由於從兩個相互平行取向 的接觸面11，11』到空心導體塊30的圓柱形外殼面上的平滑的、沒有稜邊和突然方向變化 (它們在現有技術中一般為90)的過渡，附加地減少電流路徑中的電損失，並且在很大程度 上避免了局部受熱，此局部受熱在現有的非剛性位置上是由於增加的損失功率而引起的。所述電流接口 10的橢圓輪廓具有兩個由圖2可以看出的圓弧體13，13』，它們使兩 個接觸面11，11』相互連接。這些圓弧體起到使電流接口 10具有高機械強度的作用。它們 還加大其表面，並因此使由於電損失在電流導體S中產生的熱量快速地給到周圍的變壓器 油上。設置在變壓器油中的空心電流導體段40容納冷卻系統50。這個冷卻系統集成在 空心電流導體段40的徑向延伸的壁段41中，並且具有構成為針或筋的冷卻部件51。所述 空心電流導體段40徑向向外通過壁體限定，在壁體中成形開孔42。這些開孔負責使在冷卻 系統50中通過接收損失熱量而加熱的變壓器油從電流導體段40和電流接口 10的內部徑 向向外流出，並且可通過軸向流入的冷油迅速替換。在空心電流導體段40中成形從外面可以接觸到的託環60，其具有軸向取向的軸 頸61。產生預應力的壓簧D軸向可移動地支承在這個軸頸上。由圖1和3看出的電流接口 20成形在空心圓柱體30的管狀凸肩31中，並且具有 多個(在這裡是八個)以正多邊形的形式設置的接觸面21。通過徑嚮導引的封閉板32使 環形圓柱體30與管凸肩31或電流接口 20相互分開，冷卻系統70可以集成在此封閉板中， 此冷卻系統70有選擇地設置在充滿空氣的管凸肩31內部。該冷卻系統70具有軸向取向 的且構成為針或筋的冷卻部件71，並且如同冷卻系統50 —樣通過額外地冷卻電流導體S來 增加絕緣套管的額定電流承載性。為了製造電流導體S，在兩體的澆鑄模具中設置一個固定在杆(Stange)上的且確 定管凸肩31、空心圓柱體30和壁段41的內輪廓的澆鑄芯。在此澆鑄模具確定管凸肩31 或電流接口 20和空心圓柱體30的外輪廓，以及確定空心電流接口 10和空心電流導體段 40 (包括含有軸承頸61的託環60)和冷卻系統50的內輪廓和外輪廓。封閉的澆鑄模具以 鋁合金熔液填充，並且在冷卻和脫模後得到由澆鑄體構成的電流導體S。由於杆固定了澆鑄 芯，澆鑄體具有居中地設置在壁段41中的開孔，它通過軸向向下延伸的管套43限定。為了 防止油擠入到空心圓柱體30的內部，管套通過垂直於軸線A引導的板44進行封閉。以相 應的方式防止空氣穿過垂直於軸線A引導的壁32擠入到通過空心圓柱體30限定的電流導 體S的空心腔中。為了確定地滿足對於電流導體提出的規範，必要時以切屑加工的方式再加工澆鑄 體。所述接觸面11，11』，21 —般通過銑削成形，並且形成用於導引連接螺栓的孔，以及通過 鑽孔形成孔42。在製造大電流絕緣套管時，首先將壓簧D插到軸向取向的軸頸61上，並且將支承 環SR從上面推到電流導體S上，並支承在壓簧的向上外露端部上。接著在電流導體S上推 上密封環、場控制體F、裝配法蘭M、絕緣體I和託環T。這樣構成的疊摞通過作用於託環T 上的力在形成預應力的條件下擠壓在一起，並且將託環T在保持預應力的條件下藉助於固 定部件力鎖合地固定在電流導體S上。
權利要求
一種用於大電流絕緣套管的電流導體(S)，其包括沿著軸線(A)延伸的、具有圓柱形外殼面的導體塊(30)和兩個電流接口(10，20)，其中第一電流接口(10)無接頭地與導體塊(30)的兩個端部中的第一端部連接並具有兩個相互平行取向的接觸面(11，11』)，而兩個電流接口(10，20)中的第二電流接口(20)無接頭地與導體塊(30)的第二端部連接，其特徵在於，所述第一電流接口(10)空心地構成並且具有垂直於軸線(A)的橢圓輪廓，該輪廓具有兩個形成兩個接觸面(11，11』)的縱向側，並且在第一電流接口(10)與導體塊(30)的第一端部之間設置空心的電流導體段(40)，它使第一電流接口(10)與導體塊(30)連接並且形成從第一電流接口(10)的兩個接觸面(11，11』)到導體塊(30)的外殼面上的平滑過渡。
2.如權利要求1所述的電流導體，其特徵在於，在空心電流導體段(40)內部設置有第 一冷卻系統(50)。
3.如權利要求2所述的電流導體，其特徵在於，所述第一冷卻系統(50)具有軸向取向 的冷卻部件(51)，它們設置在空心電流導體段(40)的徑向延伸的壁段(41)上。
4.如權利要求1至3中任一項所述的電流導體，其特徵在於，在徑向向外限定所述空心 電流導體段(40)的壁體中成形有開孔(42)。
5.如權利要求1至4中任一項所述的電流導體，其特徵在於，在所述空心電流導體段 (40)中成形徑向向外延伸的託環(60)，其具有軸向取向的軸頸(61)。
6.如權利要求1至5中任一項所述的電流導體，其特徵在於，所述導體塊(30)構成為 空心圓柱體，第二電流接口(20)成形在空心圓柱體的管狀凸肩(31)中，所述空心圓柱體 (30)與管凸肩(31)通過徑嚮導引的封閉板(32)相互隔開。
7.如權利要求6所述的電流導體，其特徵在於，在管凸肩(42)內部設置有固定在封閉 板(32)上的第二冷卻系統(70)，它具有軸向取向的冷卻部件(71)。
8.如權利要求1至7中任一項所述的電流導體，其特徵在於，所述電流導體(S)構成為 澆鑄體。
9.一種大電流絕緣套管，具有如權利要求1至4或6至8中任一項所述的電流導體， 它具有用於固定預緊的壓簧(D)的、固定在電流導體(S)上的第一託環(60)，在該託環中所 述電流導體(S)以同軸布置的方式由以下部件包圍著，即支承在預緊壓簧(D)上的、空心圓 柱形的場控制體(F)；支承在場控制體上的裝配法蘭(M)；支承在裝配法蘭上的絕緣體(I)； 支承絕緣體且與電流導體(S)力鎖合連接的託環(T)，並且其中第一託環(60)成形在空心 電流導體段(40)中，並且具有軸向取向的用於導引壓簧⑶的軸頸(61)。
10.一種用於加工如權利要求9所述的大電流絕緣套管的方法，其特徵在於，所述壓簧 (D)插到軸向取向的軸頸(61)上，支承環(SR)從上面推到電流導體(S)上並且支承在壓 簧⑶的向上外露的端部上，在電流導體⑶上推上密封環、場控制體(F)、裝配法蘭(M)、 絕緣體(I)和第二託環(T)，這樣構成的疊摞以作用於第二託環(T)上的力進行預緊，並且 使第二託環(T)在保持預應力的條件下與電流導體(S)力鎖合地連接。
全文摘要
一種電流導體(S)，用於在變壓器的大電流絕緣套管中導引額定電流。該電流導體含有沿著軸線(A)延伸的、具有圓柱形外殼面的導體塊(30)和兩個電流接口(10，20)，其中第一電流接口(10)具有兩個相互平行取向的接觸面(11，11』)。第二電流接口(20)無接頭地與導體塊(30)連接，第一電流接口(10)空心地構成並且具有垂直於軸線(A)的橢圓輪廓，它具有兩個形成兩個接觸面(11，11』)的縱向側，並且在第一電流接口(10)與導體塊(30)之間設置空心的電流導體段(40)，它使第一電流接口(10)與導體塊(30)連接，並且形成從第一電流接口(10)的兩個接觸面(11，11』)到導體塊(30)外殼面上的平滑過渡。
文檔編號H02G5/00GK101902023SQ20101019483
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者A·戴斯, M·克裡斯滕 申請人:Abb技術有限公司