CN103038965B - 高压直流电缆终端装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于终结高压直流电缆的直流电缆终端装置，该装置包括：载流设备(102；502)，其包括该直流电缆的端子部分(104；504)，该电缆至少包括电导体(106；506)、位于电导体外部的电绝缘层(108；508)以及位于绝缘层和电导体外部的导电屏蔽体(110；510)；外罩(111)，其包括具有内部外围(114)的管状外壳(112)，该管状外壳由电绝缘并且含聚合物的材料形成。该载流设备(102；502)被适配为在该外壳的轴向方向中延伸。外壳沿载流设备的轴向延伸的至少一部分轴向延伸，且在外壳的内部外围(114)与载流设备(102；502)之间存在空间(118)。外罩(111)被适配成将空间(118)与外壳外部(120)的大气分隔，并且用电绝缘流体(125)填充该空间。外壳(112)具有第一末端部分(132)和第二末端部分(134)。导电屏蔽体(110)终结在外壳内部。电缆的端子部分(104；504)的第一部分(142；542)具有导电屏蔽体(110；510)，而电缆的端子部分(104；504)的剩余部分(144；544)被去除导电屏蔽体。该装置包括位于载流设备(102；502)周围的至少一个场分级材料层(150；550)，该至少一个场分级材料层被电连接到导电屏蔽体(110；510)并且可被电连接到电导体(106；506)。一种包括上述装置的电力设施。
Description
技术领域
本发明涉及用于终结高压直流电缆(HVDC电缆)的直流电缆终端装置。该装置包括载流设备，该载流设备包括直流电缆的端子部分，该电缆至少包括电导体、位于该电导体外部的圆周电绝缘层以及位于绝缘层和电导体外部的圆周导电屏蔽体。该装置包括外罩，该外罩包括具有内部外围的管状外壳，该外壳定义纵向轴线并且由电绝缘和含聚合物材料形成，并且该载流设备被适配为在该外壳的轴向方向中延伸。外壳沿载流设备的轴向延伸的至少一部分轴向延伸，在它的内部外围与载流设备之间存在空间，并且外壳被适配为将该空间与该外壳外部的大气分隔，并且用电绝缘流体填充该空间。该外壳具有第一末端部分和第二末端部分。此外，本发明涉及包括上述类型的装置的电力设施。
背景技术
如今，在高压直流HVDC的技术领域中增加了HVDC应用的额定电压的电平。随着这一发展，需要可以经受更高的电压电平的改进的HVDC电缆终端。
HVDC电缆用于配电网路和输电网络中的电力供应。通常，HVDC电缆包括由例如铜或铝制造的至少一个内部或中央带电导体、圆周围绕该电导体的电绝缘层以及圆周围绕该绝缘层和该电导体的导电屏蔽体(又被称为外部半导体)，该导电屏蔽体被保持处于地电势。可以提供附加层，例如所谓内部半导体，其可以是圆周围绕该电导体并且位于该绝缘层内部的导电层，以及圆周围绕该导电屏蔽体的外部电缆套。
当将HVDC电缆电连接到其他电子设备时，HVDC电缆被终结或被切断。当终结HVDC电缆时，应该采取措施确保持久并且可靠的电性能并且保护该HVDC电缆的末端与该电缆的末端被连接到的该电力设备之间的连接。当终结HVDC电缆时，在终结内部的电导体的之前终结或切断导电屏蔽体和电绝缘层以及有任意其他有可能出现的层，以便暴露该电导体并且将其连接到电力设备。
WO2007/147755-A1公开了一种用于终结HVDC电缆的电缆终端，该终结具备用于电场控制的设备，该设备包括被适配为电连接到带电高压部分并且电连接到地电势的场分级材料层。
US2009/0071684-A1公开了一种高压电力电缆终端。
DE19845006-C1公开了一种特别用于介质电压的架空电缆连接器，其中漏斗形的场控制电极围绕电缆的外导电屏蔽体或屏的终端。
US6,124,549-A描述了一种电缆终端，其中，非线性压力控制层围绕电缆的端子部分并且电接触该电缆的半导电屏并且电接触高压侧。
DE3822288-A1公开了一种高压电缆结，其包括用电绝缘气体SF6填充的外壳。该外壳由金属制成。在外导电屏或屏蔽体的终端处，设置场控制漏斗。在两个电缆的接点处，围绕电缆设置XLPE带和由EPDM型材料形成的绕组。
US7,495,172-B2描述了一种室外干燥密封末端。该密封末端包括由聚合物材料制造的固体绝缘体。金属场控制圆柱体突出到绝缘体中。电缆的导体被引导通过位于绝缘体中的金属支撑管。
EP2026438-A1描述了一种具有非线性电阻性场分级层的电缆连接设备。该场分级层与电缆的导电屏蔽体或半导电层的末端直接接触。
WO2006/015735-A1公开了一种用于高压电缆的露天电缆密封末端，其包括外壳和导电连接线，该外壳与内部外围与该连接线之间的空间轴向地延伸，并且用例如六氟化硫SF6等电绝缘气体来填充该空间。
发明目的
本发明的目的在于提供一种可以经受高压电平的改进的高压直流HVDC电缆终端。本发明的另一个的目的在于改进HVDC电缆终端的电绝缘属性。本发明的目的还在于改进HVDC电缆终端的机械性能。
发明内容
通过提供用于终结高压直流电缆(用于处于例如50kV及以上的电压的DC电缆)的直流电缆终端装置来实现本发明的上述目的，该装置包括：
载流设备，其包括该直流电缆的端子部分，该电缆至少包括电导体、位于该电导体外部的圆周电绝缘层以及位于该电绝缘层和该电导体外部的圆周导电屏蔽体，
外罩，其包括具有内部外围的管状外壳，该外壳限定纵向轴线并且由电绝缘并且含聚合物的材料形成，
该载流设备被配置为在该外壳的轴向方向中延伸，
该外壳沿该载流设备的轴向延伸的至少一部分轴向延伸，在该外壳的内部外围与该载流设备之间存在空间，
该外壳被适配为将该空间与该外壳的大气外部分隔，并且用电绝缘流体填充该空间，
该外壳具有第一末端部分和第二末端部分，其中：
该导电屏蔽体终结在该外壳内部，
该电缆的该端子部分的第一部分具有圆周地导电屏蔽体，而该电缆的端子部分的剩余部分被去除该导电屏蔽体，该第一部分和该剩余部分位于该外壳内部，
至少一个场分级材料层位于该载流设备周围，并且
该至少一个场分级材料层在该外壳内部轴向延伸并且被电连接到该电缆的端子部分的该导电屏蔽体并且可被电连接到该电缆的该端子部分的该电导体。
通常，该外壳的该第一末端部分可以与高压侧(例如架空线)或者将要与该电缆连接的电力设备相邻，并且该电缆经由该外壳的该第二末端部分进入该终结装置。
至少一个场分级材料层可以包括分别直接或间接被电连接到或可被电连接到该导电屏蔽体和该电导体的一个或多个层。该至少一个场分级材料层可以例如经由高压侧的电力设备被电连接到电缆的电导体。该至少一个场分级材料层可以分别被直接或间接物理连接到或可被物理连接到该导电屏蔽体和该电导体。该至少一个场分级材料层可以例如经由导电中间元件或层被连接到导电屏蔽体。
场分级材料FGM是被适配为分级电场的材料。可用于本发明的所谓的场分级材料FGM的示例例如在WO-A1-2008/076058和EP-A1-1736998中介绍了。但是也可以使用其他合适的FGM。
该圆周导电屏蔽体又被称为外半导体或屏，其终结在该外壳内部并且形成圆周边缘(又被称为半导体边缘)形式的终端。本发明的发明人认识到通常保持处于地电势的该圆周导电屏蔽体的终结是主要的问题区域，其中在该区域中发现最高电场和电场应力。通过提供至少一个FGM层，可以获得电场分布的有效控制和电场应力的降低，并且根据本发明的电缆终端更加有弹性并且可以用有效的方式适应各种应用。通过提供至少一个FGM层，以有效的方式几何地分级脉冲测试电压之下的电场压力。参考上文，提供了用于高压的改进的电缆终端，其经受更高的电压电平并且其中改善了电绝缘属性和机械性能。
绝缘流体可以是液体(例如油或凝胶体)、气体或气体混合物等的形式。
外壳的电绝缘并且含聚合物的材料可以包括一个聚合物或多个聚合物。该材料可以是合成物、强化环氧树脂或树脂。该聚合物可以是热塑聚合物(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))或聚酯或热硬化聚合物(例如热硬化树脂)。外壳可以是环氧强化结构。根据本发明的装置的一个有利的实施方式，由聚合物或多个聚合物形成该外壳。该外壳可以具备硅外包，例如以裙或翼的形式。
DC电缆可以包括其他层，例如圆周地围绕导电屏蔽体的外电缆套，其是熟练技术人员已知的并且在下文不详细讨论。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，载流设备包括高压直流HVDC电缆的端子部分。通常，保持该导电屏蔽体处于地电势。
根据本发明的装置对于终结电压高于200kV的DC电缆特别有利。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，该流体包括电绝缘气体。该绝缘气体可以是气体混合物。易于现场处置的绝缘气体(例如SF6、N2或CO2)具有低的重量并且具有有利的对流冷却效应。通过该至少一个FGM层，可以获得电场压力的降低并且减小在电绝缘气体中电击穿的风险，从而获得电场的进一步改进的有效控制。通过该实施方式，提供改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，该电绝缘气体包括SF6(即六氟化硫)、CO2和/或N2。通过该实施方式，进一步改进了HVDC电缆终端的绝缘特性和电场控制，提供了进一步改进的HVDC电缆终端。该电绝缘气体还可以包括空气，例如压缩空气。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层位于所述电缆的所述端子部分的所述电绝缘层的周围和外部。从而，提供用于高压的改进的电缆终端。
根据本发明的装置的又一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层至少沿所述剩余部分的主要部分轴向地延伸。通过该实施方式，还提供电场控制。
根据本发明的装置的再一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层至少沿所述剩余部分轴向地延伸。通过该实施方式，还提供电场控制。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，所述装置包括位于所述载流设备周围并且将所述至少一个场分级材料层电连接到所述电缆的所述端子部分的所述导电屏蔽体的导电或半导电层或构件。这是一种将至少一个FGM层连接到导电屏蔽体的有利方式，并且提供一种改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层邻接所述电缆的所述端子部分的所述导电屏蔽体。有利地，至少一个FGM层邻接全部位于载流设备周围的导电屏蔽体。通过这些实施方式，提供了至少一个FGM层和导电屏蔽体之间的有效连接，提供了改进的电场控制。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层沿所述电缆的所述端子部分的所述第一部分的所述轴向延伸的至少一部分位于所述导电屏蔽体周围和外部。通过该实施方式，该至少一个FGM层重叠并且在该导电屏蔽的终端处覆盖该导电屏蔽的一部分，并且因此提供该至少一个FGM层与导电屏蔽体之间的有效并且可靠的连接，提供获得进一步改进的电场控制的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的又一个有利的实施方式，所述电缆的所述端子部分的所述第一部分从所述外壳的所述第二末端部分延伸到所述导电屏蔽体的所述终端，并且所述电缆的所述端子部分的所述剩余部分从所述导电屏蔽体的所述终端延伸到所述外壳所述第一末端部分，并且所述至少一个场分级材料层延伸到所述外壳的所述第一末端部分。通过该实施方式，进一步改进电场控制。
根据本发明的装置的再一个有利的实施方式，所述电缆的所述端子部分的所述电导体终结在所述外壳的外部。通过该实施方式，助于该电缆终结装置到高压侧(例如架空线)的电力系统的连接。
根据本发明的装置的一个另外的有利的实施方式，所述载流设备包括连接体，所述电导体在所述连接体中终结，并且所述连接体位于所述外壳内部并且被适配为将所述终结的电导体电连接到被适配为在所述空间中轴向延伸并且形成所述载流设备的一部分的导电构件。该连接体可以包括用于将该终结的电导体连接到该导电构件的连接元件并且可以包括螺丝钉和静态导电屏/屏蔽体。该导电构件可以以由例如金属(如铝、铜)等制造的棒或管的形式。在该外壳的该空间中具有被气体(例如SE6)填充的裸导电构件对于DC电缆终端的热和机械性能是有益的。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，由电绝缘并且含聚合物的材料形成的场控制体被设置在所述外壳内部并且定位在所述载流设备周围，所述场控制体沿所述电缆的所述端子部分的所述第一部分的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，沿所述至少一个场分级材料层的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且位于所述导电屏蔽体和所述至少一个场分级材料层的外部，并且所述场控制体覆盖所述导电屏蔽体的终端。通过该实施方式，进一步改进电场控制。可以由一个或多个诸如橡胶的弹性体(例如乙烯丙烯二烯单体，EPDM，或硅橡胶)来形成场控制主体。可以用导电颗粒或粉末(例如碳)填充弹性体材料。场控制体材料的相对电容率可以高于10，例如高于20，或者甚至高于30。
根据本发明的装置的又一个有利的实施方式，所述电缆的所述端子部分的所述剩余部分具有第一外表面，所述载流设备的所述第一外表面的至少一部分形成所述至少一个场分级材料层的一部分。通过该实施方式，进一步改进电场控制，并且提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的又一个有利的实施方式，所述剩余部分的整个所述第一外表面基本上形成所述至少一个场分级材料层的一部分。通过该实施方式，进一步改进电场控制，并且提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的再一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层包括非线性场分级材料。有利地，所述至少一个场分级材料层包括电阻性场分级材料。有利地，所述至少一个场分级材料层包括非线性电阻性场分级材料，其电阻率是电场的函数。可替换地，可以使用具有基于电场的电容率的电容性场分级材料。通过这些实施方式，进一步改进电场控制，并且提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，所述装置包括位于所述外壳内部并且位于所述直流电缆的所述端子部分周围的导电管状元件，其中，所述管状元件沿着所述电缆的端子部分的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且，所述导电屏蔽体沿所述管状元件所述轴向延伸在任意处终结。通过该实施方式，进一步改进电场控制并且进一步减小在电绝缘气体中电击穿的风险，从而提供进一步改进的HVDC电缆终端。该管状元件可以包括任意合适的导电材料例如金属(如铝、铜等)或者一个或多个导电聚合物。有利地，管状元件是坚硬的。有利地，管状元件保持在地电势。可以用多种合适的方式形成管状元件。根据本发明的装置的一个有利的实施方式，该管状元件的最靠近该外壳的该第一末端部分的末端部分背离该载流设备。该管状元件可以受到该装置的外罩的支撑或者被装配到该装置的外罩或者可以例如通过被装配到该电缆的该端子部分周围，受到该载流设备的支撑或者处于该载流设备中。该管状元件的该轴向延伸可以是该外壳的轴向延伸至少1/5。该管状元件的该轴向延伸可以小于该外壳的轴向延伸的1/3。
根据本发明的装置的一个另外的有利的实施方式，所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分的所述第一部分的所述轴向延伸轴向地延伸。可替换地，该管状元件可以沿该电缆的该端子部分的该第一部分的该轴向延伸的至少一部分轴向地延伸。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分的所述剩余部分的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸。通过该实施方式，进一步改进电场控制，并且提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述管状元件邻接所述导电屏蔽体。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的再一个有利的实施方式，所述外壳沿所述管状元件的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述外壳的内部外围与所述管状元件之间存在间隙。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，所述管状元件具有内部外围，并且所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述管状元件的内部外围与所述电缆的所述端子部分之间存在间隙。有利地，使用电绝缘流体尤其是绝缘气体来填充该间隙。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的一个另外的有利的实施方式，伴随所述管状元件的内部外围与所述至少一个场分级材料层之间的间隙定位所述管状元件。有利地，使用电绝缘流体填充该间隙。通过该实施方式，避免了当管状元件邻接FGM层时由FGM层、流体/气体和管状元件材料形成的三相点，并且进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的另一个有利的实施方式，所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分的所述第一部分的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述管状元件的内部外围与所述电缆的所述端子部分之间存在间隙。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的又一个有利的实施方式，所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分的所述剩余部分的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且与所述管状元件的内部外围与所述电缆的所述端子部分之间存在间隙。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的再一个有利的实施方式，用电绝缘流体填充所述间隙。有利地，用绝缘气体填充该间隙。通过该实施方式，进一步改进电场控制，因此提供进一步改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的一个有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层具有沿所述载流设备的所述轴向延伸改变的厚度。通过该实施方式，可以考虑电场沿该载流设备的该轴向延伸的改变，并且该至少一个场分级材料层可以有效地适应不同的HVDC应用，提供进一步改进的电场控制。
根据本发明的装置的一个另外的有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层基于带子。因此，进一步助于该装置的组装，提供改进的HVDC电缆终端。
根据本发明的装置的另一个的有利的实施方式，所述至少一个场分级材料层基于管套。因此，进一步助于该装置的组装，提供改进的HVDC电缆终端。可替换地，该至少一个场分级材料层可以具有适用于该载流设备的涂层或漆层的形式。
此外，通过提供一种电力设施来实现本发明的上述目的，该电力设施包括高压直流电缆并且包括用于终结所述电缆的直流电缆终端装置，所述高压直流电缆至少包括电导体、位于所述电导体的外部的圆周绝缘层以及位于所述绝缘层和所述电导体的外部的圆周导电屏蔽体，其中，该装置包括如权利要求1到41中的任一项所述的特征和/或该装置的上述实施方式的任意一个的特征。根据本发明的电力设施的积极的技术效果以及其实施方式对应于结合根据本发明的装置以及其实施方式所述的上述技术效果。
分别可以用提供进一步的有利实施方式的多种可能的方式来组合直流电缆终端装置和电力设施的上述实施方式和特征。
根据本发明的直流电缆终端装置和电力设施的其他有利的实施方式以及使用本发明的其他优点分别从实施方式的详细描述中呈现。
附图说明
将出于示例的目的，通过实施方式的方式并且参考附图更详细地描述本发明，其中：
图1是用于显示根据本发明的直流电缆终端装置的第一实施方式的纵剖面的示意性侧视图；
图2是用于显示根据本发明的直流电缆终端装置的第二实施方式的纵剖面的示意性侧视图；
图3是用于显示根据本发明的直流电缆终端装置的第三实施方式的纵剖面的示意性侧视图；
图4是用于显示根据本发明的直流电缆终端装置的第四实施方式的纵剖面的示意性侧视图；以及
图5是用于显示根据本发明的直流电缆终端装置的第五实施方式的纵剖面的示意性侧视图。
具体实施方式
图1-5示意性地显示了根据本发明的用于终结用于高压(例如10kV和以上，特别是50kV和以上)的HVDC电缆的直流电缆终端装置的实施方式。
图1-5中所示的每个实施方式是实质上围绕轴线z-z旋转对称的。在图1-3中，通过将所示截面绕轴线z-z旋转180度获得该装置的结构，并且在图4-5中，通过将所示截面绕轴线z-z旋转360度获得该装置的结构
参考图1-5，该装置的每个实施方式包括载流设备102、502或载压设备，其包括HVDC电缆的端子部分104、504，电缆至少包括通常由合适的金属(例如铜或铝)制造的中央电导体106、506，圆周地围绕电导体106、506并且位于电导体106、506外部的圆周电绝缘层108、508，以及又被称为外部半导体的圆周地围绕并且位于绝缘层108、508和电导体106、506外部的圆周导电屏蔽体110、510或层/屏。圆周导电屏蔽体110、510可以由导电聚合物制造。HVDC电缆和它的部件(它可以包括进一步的层)的结构是本领域普通技术人员已知的并且在这里不更详细地讨论。HVDC电缆可以包括例如所谓的内部半导体，其可以是圆周地围绕该电导体并且位于该绝缘层内部的层/屏。该内部半导体可以由导电聚合物制造。
此外，该装置包括外罩111，其包括管状外壳112，该外壳具有内部外围114。外壳112可以具有大约7米的轴向延伸，但是其他尺寸也是可能的。外壳112的尺寸取决于DC电缆的尺寸和结构、操作条件(例如电压电平)和其他参数。外壳112定义纵向轴线z-z并且由电绝缘和含聚合物的材料(例如合成物)形成。该装置实质上围绕轴线z-z旋转对称。外壳112的外围设有例如由半导体制造的裙116或唇/翼。载流设备102、502被适配为在外壳112的轴向方向上延伸。外壳112沿载流设备102、502的轴向延伸的至少一部分轴向延伸，在它的内部外围114与载流设备102的外围之间存在空间118。外罩111被适配为将空间118与外壳112外部的大气120分隔。导电屏蔽体110、510终结在外壳112的内部。
外壳112具有与高压侧相邻的第一末端部分132，其中，该装置被连接到例如架空线或母线。外壳112具有第二末端部分134，HVDC电缆经由第二末端部分134进入外壳112。外罩111还可以包括在外壳112的第二末端部分134处的例如由金属制造的第一法兰138以及在外壳112的第一末端部分132处的第二法兰152。电缆的端子部分经由由第一法兰138定义的第一开口136进入外壳112。载流设备102、502经由由第二法兰158定义的第二开口157退出外壳112，以便连接到高压侧的电力设备。
电缆的端子部分104、504的第一部分142、542具有圆周导电屏蔽体110、510，而电缆的端子部分104、504的剩余部分144、544被去除导电屏蔽体110、510，因而可以暴露绝缘层108、508。电缆的端子部分104、504的第一部分142、542和剩余部分144、544位于外壳112内部。第一部分142、542可以被称为半导体末端并且剩余部分144、544可以被称为剥离电缆。
装置包括至少一个圆周场分级材料层FGM150、550，其位于载流设备102、502周围，并且在该实施方式中更准确地说，位于电缆的端子部分104、504的被去除导电屏蔽体110、510的剩余部分144、544周围。因此，至少一个FGM层150、550位于电缆的端子部分104、504的电绝缘层108、508的周围和外部。至少一个FGM层150、550在外壳112的内部轴向地延伸并且至少沿电缆的端子部分104、504的剩余部分144、544轴向地延伸。电缆的端子部分104、504的剩余部分144、544具有第一外表面154、554，并且剩余部分144、544的实质上整个第一外表面154、554可以形成至少一个FGM层150、550的一部分。至少一个FGM层150、550被电连接到电缆的端子部分104、504的电屏蔽110、510。至少一个FGM层150、550可被间接电连接到电缆的端子部分104、504的电导体106、506。
至少一个FGM层150、550在这里由非线性FGM制造，FGM例如具有基于电场的电阻率的电阻性场分级材料，例如以合适的聚合物基的SiC或ZnO填料的形式。FGM层150具有合适的厚度。FGL层具有沿载流设备102、502的轴向延伸改变的厚度。可以使用的FGM的示例参考WO-A1-2008/076058和EP-A1-1736998。但是，可以使用其他合适的FGM。可以用多种方式将FGM层或多个FGM层应用于装置，例如以缠绕在载流设备102、502周围的带子的形式，以位于载流设备102、502的周围的管套的形式或者以应用于载流设备102、502的涂层或漆层的形式。至少一个FGM层150、550可以具有沿载流设备102、502的轴向延伸改变的厚度。
可以使用以电绝缘气体(例如SF6或N2或它们的混合物)形式的电绝缘流体来填充实施方式的空间118，。但是可以使用其他气体或流体。
图1-4中所示的每个实施方式具有在电缆的端子部分104的周围邻接导电屏蔽体110的FGM层150。至少一个FGM层150沿电缆的端子部分104的第一部分142的轴向延伸的至少一部分位于导电屏蔽体110的周围和外部。因此，FGM层150与导电屏蔽体110的一部分重叠。当外壳112的轴向延伸是大约7米时，至少一个FGM层150可以沿电缆的端子部分104的第一部分142的大约5厘米的轴向延伸位于导电屏蔽体110周围。导电屏蔽体110终结并且形成圆周边缘(又被称为半导体边缘)形式的终端109。电缆的端子部分104的第一部分142从外壳112的第二末端部分134延伸到导电屏蔽110的终端109，并且电缆的端子部分104的剩余部分144从导电屏蔽体110的终端109延伸到外壳122的第一末端部分132。至少一个FGM层150从导电屏蔽体110的终端109延伸到外壳122的第一末端部分132。将电缆的端子部分104的电导体106和电绝缘层108终结在外壳112的外部120。在图1-4中公开的实施方式中，可以通过常规连接装置，将FGM层150间接或直接电连接到外壳112的外部120的电导体106。
图2中所示的第二实施方式包括场控制体228，其由电绝缘并且含聚合物的材料形成，设置在外壳112内部并且位于载流设备102周围。场控制体沿电缆的端子部分104的第一部分142的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，沿至少一个FGM层150的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且位于导电屏蔽体110和至少一个FGM层150的外部。场控制体228覆盖导电屏蔽体110的终端109。场控制体228可以用各种方式成形，并且可以由一个或多个弹性体形成。可以用导电颗粒或粉末(例如碳)填充弹性体材料。场控制体材料的相对电容率可以高于30。
图5中所示的第五实施方式包括载流设备502，其包括位于外壳112内部的连接体546。电导体506和绝缘层508都在连接体546中终结。连接体546被适配为将终结的电导体506电连接到被适配为在空间118中轴向延伸并且形成载流设备502的一部分的导电构件548，例如，以棒的形式。导电构件548可以延伸到外壳112的外部并且可以经由由第二法兰158定义的第二开口157退出外壳112。在从外壳112退出之后，可以用本领域熟练技术人员已知的常规方式将导电构件548电连接到高压侧的电力设备。可替换地，可以经由第二法兰158将导电构件548连接到高压侧的电力设备，而例如无需退出外壳。可以经由连接体546将FGM层550电连接到电导体506。此外，图5中所示的第五实施方式包括导电或半导电层560或构件560，其位于载流设备502周围并且将至少一个FGM层550电连接到电缆的端子部分504的导电屏蔽体510。导电屏蔽体510终结并且形成圆周边缘(又被称为半导体边缘)形式的终端509。电缆的端子部分504的第一部分542从外壳112的第二末端部分134延伸到导电屏蔽体510的终端509，并且电缆的端子部分504的剩余部分544从导电屏蔽体510的终端509延伸到连接体546。至少一个FGM层550从导电或半导电层560或构件560延伸到连接体546。当外壳112的轴向延伸是大约7米时，连接体546与导电屏蔽体510的终端509之间的轴向距离可以是至少约1米，例如1-2米。从连接体546到外壳112的第一末端部分132的轴向距离以及从连接主体546到外壳112的第二末端部分134的轴向距离可以实质上相等。但是其他尺寸是可能的。
参考图3-图5，图3-5中所示的装置的每个实施方式包括例如由金属制造的、位于外壳112内部并且位于直流电缆的端子部分104、504周围的刚性导电管状元件370、470、570。管状元件370、470、570沿电缆的端子部分104、504的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且导电屏蔽体110、510沿管状元件370、470、570的轴向延伸在任意处终结。管状元件370、470、570具有内部外围372、472、572，并且管状元件370、470、570沿电缆的端子部分104、504的轴向延伸的至少一部分轴线地延伸，在它的内部外围372、472、572与电缆的端子部分104、504之间存在间隙374、474、574。管状元件370、470、570沿电缆的端子部分104、504的剩余部分144、544的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸。外壳112沿管状元件370、470、570的轴向延伸轴向地延伸，在它的内部外围114与管状元件370、470、570之间存在间隙376、476、576。管状元件370、470、570通常被保持处于地电势。在这里，导电管状元件370、470、570以漏斗形元件的形式，但是可以用多种方式成形管状元件370、470、570。管状元件370、470、570具有第一末端部分378、478、578和第二末端部分380、480、580，管状元件的第一末端部分378、478、578比管状元件的第二末端部分380、480、580更靠近外壳112的第一末端部分132。管状元件的第一末端部分378、478、578可以背离载流设备102、502，这提供改进的电场控制。
在图4中所示的装置的第四实施方式中，管状元件470邻接导电屏蔽体110并且被装配在电缆的端子部分104周围。管状元件470可以沿电缆的端子部分104的第一部分142的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且因此轴向地重叠导电屏蔽体110的一部分。可替换地，管状元件470可以沿电缆的端子部分104的第一部分142的整个轴向延伸轴向地延伸。
在图3和图5中所示的装置的第三和第五实施方式中，例如，通过将管状元件370、570装配到第一法兰138的凹槽中，将管状元件370、570装配到外罩111的第一法兰138或者由外罩111的第一法兰138支撑管状元件370、570。但是，可以用其他方式支撑管状元件370、570。伴随管状元件370、570的内部外围与至少一个FGM层150、550之间的间隙374、574定位所述管状元件。管状元件370、570至少沿电缆的端子部分104、504的第一部分142、542的轴向延伸轴向地延伸.管状元件370、570至少沿电缆的终结部分104、504的第一部分142、542的轴向延伸，在它的内部外围372、572与电缆的端子部分104、504之间存在间隙374、574。当外壳112的轴向延伸是大约7米时，电缆的端子部分104、504与管状元件370、570的内部外围372、572之间的间隙可以是大约5-10厘米，但是精确的距离取决于各种参数，例如流体/气体压力、电压电平等。管状元件370、570沿电缆的端子部分104、504的剩余部分144、544的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，在它的内部外围372、572与电缆的端子部分104、504之间存在间隙374、574。
使用填充空间118的上述电绝缘气体来填充上述间隙374、474、574、376、476、576。
本发明不应该被视为限于所示实施方式，相反，本领域的熟练技术人员在不脱离所附权利要求的范围内可以用多种方式修改并且改变该实施方式。例如，所公开的实施方式可以以各种可能的方式进行组合。
Claims (26)
1.一种用于终结高压直流电缆的直流电缆终端装置，所述装置包括:
载流设备(102)，其包括所述直流电缆的端子部分(104)，所述电缆至少包括电导体(106)、位于所述电导体(106)外部的圆周电绝缘层(108)以及位于所述电绝缘层和所述电导体外部的圆周导电屏蔽体(110)，
外罩(111)，其包括具有内部外围(114)的管状外壳(112)，所述外壳(112)定义纵向轴线(z-z)并且由电绝缘并且含聚合物的材料形成，
所述载流设备(102)被适配为在所述外壳的轴向方向中延伸，
所述外壳(112)沿所述载流设备的轴向延伸的至少一部分轴向延伸，且在所述外壳的内部外围(114)与所述载流设备(102)之间存在空间(118)，
所述外罩(111)被适配为将所述空间(118)与所述外壳外部(120)的大气分隔，并且用电绝缘流体(125)填充所述空间，
所述外壳(112)具有第一末端部分(132)和第二末端部分(134)，其特征在于，
所述导电屏蔽体(110、510)终结在所述外壳内部，
所述电缆的所述端子部分(104)的所述电导体(106)终结在所述外壳(112)的外部(120)，
所述电缆的所述端子部分(104)的所述电绝缘层(108)终结在所述外壳(112)的外部(120)，
所述电缆的所述端子部分(104)的第一部分(142)具有所述圆周导电屏蔽体(110)，而所述电缆的所述端子部分(104)的剩余部分(144)被去除导电屏蔽体，所述第一部分(142)和所述剩余部分(144)位于所述外壳(112)内部，
至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)，位于所述载流设备(102)的周围，
所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层在所述外壳内部轴向延伸并且至少沿着所述剩余部分(144)轴向延伸，并且
所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层被电连接到所述电缆的所述端子部分(104)的所述导电屏蔽体(110)并且被直接或间接电连接到所述外壳的所述电导体(106)外部。
2.如权利要求1所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述流体(125)包括电绝缘气体。
3.如权利要求2所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述气体包括SF6、CO2和/或N2。
4.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)位于所述电缆的所述端子部分(104)的所述电绝缘层(108)的周围和外部。
5.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述装置包括位于所述载流设备(502)周围并且将所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(550)电连接到所述电缆的所述端子部分(504)的所述导电屏蔽体(510)的导电或半导电层(560)或构件(560)。
6.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)邻接所述电缆的所述端子部分(104)的所述导电屏蔽体(110)。
7.如权利要求6所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)沿所述电缆的所述端子部分(104)的所述第一部分(142)的所述轴向延伸的至少一部分位于所述导电屏蔽体(110)周围和外部。
8.如权利要求l到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述电缆的所述端子部分(104)的所述第一部分(142)从所述外壳(112)的所述第二末端部分(134)延伸到所述导电屏蔽体(110)的所述终端(109)，并且所述电缆的所述端子部分(104)的所述剩余部分(144)从所述导电屏蔽体(110)的所述终端(109)延伸到所述外壳(112)的所述第一末端部分(132)，并且所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)延伸到所述外壳(112)的所述第一末端部分(132)。
9.如权利要求l到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，由电绝缘并且含聚合物的材料形成的场控制体(228)被设置在所述外壳(112)内部并且定位在所述载流设备(102)周围，所述场控制体(228)沿所述电缆的所述端子部分(104)的所述第一部分(142)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且沿所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且位于所述导电屏蔽体(110)和所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)的外部，并且所述场控制体(228)覆盖所述导电屏蔽体(110)的终端(109)。
10.如权利要求l到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述电缆的所述端子部分(104)的所述剩余部分(144)具有第一外表面(154)，所述载流设备(102)的所述第一外表面(154)的至少一部分形成所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)的一部分。
11.如权利要求l0所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述剩余部分(144)的整个所述第一外表面(154)形成所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150)的一部分。
12.如权利要求l到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述非线性电阻性场分级材料的电阻率是电场的函数。
13.如权利要求l到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述装置包括位于所述外壳(112)内部并且位于所述直流电缆的所述端子部分(104、504)周围的导电管状元件(370、470、570)，其中，所述管状元件(370、470、570)沿着所述电缆的端子部分(104、504)的轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，并且，所述导电屏蔽体(110、510)沿所述管状元件(370、470、570)的所述轴向延伸在任意处终结。
14.如权利要求13所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(370、470、570)沿所述电缆的所述端子部分(104、504)的所述第一部分(142、542)的所述轴向延伸轴向地延伸。
15.如权利要求13所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(370、470、570)沿所述电缆的所述端子部分(104、504)的所述剩余部分(144、544)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸。
16.如权利要求13所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(470)邻接所述导电屏蔽体(110)。
17.如权利要求13所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述外壳(112)沿所述管状元件(370、470、570)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述外壳的内部外围(114)与所述管状元件之间存在间隙(376、476、576)。
18.如权利要求13所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(370、470、570)具有内部外围(372、472、572)，并且所述管状元件沿所述电缆的所述端子部分(104、504)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述管状元件的内部外围与所述电缆的所述端子部分(104、504)之间存在间隙(374、474、574)。
19.如权利要求18所述的直流电缆终端装置，其特征在于，伴随所述管状元件(370、570)的内部外围(372、572)与所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150、550)之间的间隙(374、574)定位所述管状元件。
20.如权利要求18所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(370、570)沿所述电缆的所述端子部分(104、504)的所述第一部分(142、542)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述管状元件的内部外围(372、572)与所述电缆的所述端子部分(104、504)之间存在间隙(374、574)。
21.如权利要求18所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述管状元件(370、470、570)沿所述电缆的所述端子部分(104、504)的所述剩余部分(144、544)的所述轴向延伸的至少一部分轴向地延伸，且在所述管状元件的内部外围(374、474、574)与所述电缆的所述端子部分(104、504)之间存在间隙。
22.如权利要求17所述的直流电缆终端装置，其特征在于，用电绝缘流体(125)填充所述间隙(374、376；474、476；574、576)。
23.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150、550)具有沿所述载流设备(102、502)的所述轴向延伸改变的厚度。
24.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150、550)基于带子。
25.如权利要求1到3中任一项所述的直流电缆终端装置，其特征在于，所述至少一个包括非线性电阻性场分级材料的场分级材料层(150、550)基于管套。
26.一种电力设施，包括高压直流电缆并且包括用于终结所述电缆的直流电缆终端装置，所述高压直流电缆至少包括电导体(106、506)、位于所述电导体的外部的圆周绝缘层(108、508)以及位于所述绝缘层和所述电导体的外部的圆周导电屏蔽体(110、510)，其特征在于，所述装置包括如权利要求1到25中的任意一个所述的直流电缆终端装置。
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