CN116868292A - 高压柱式电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压柱式电流互感器(1)，所述高压柱式电流互感器包括柱式绝缘体(3)和布置在所述柱式绝缘体(3)上的头部(2)，由此所述头部(2)限定体积(6)并且包括布置在其中的初级绕组导体(7)、具有次级绕组引线(4)的次级绕组芯组件(5)和从基部(10)到顶点(11)逐渐变细的锥形绝缘体间隔件(9)，在其间具有侧面(12)，所述锥形绝缘体间隔件(9)布置成其基部(10)在所述头部(2)的面向所述柱式绝缘体(3)的底部上，并且其顶点(11)保持所述次级绕组芯组件(5)远离所述头部(2)的壁，所述锥形绝缘体间隔件(9)包括嵌入并围绕所述基部(10)的至少一个环形电极(13)和嵌入所述顶点(11)并被所述顶点(11)围绕的另一个扁平圆形电极(13)，并且所述锥形绝缘体间隔件(9)包括在所述侧面(12)中的至少一个开口(15)。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压柱式电流互感器(current transformer)，其包括柱式绝缘体和布置在其上的头部，由此头部限定体积并且包括布置在其中的初级绕组导体和具有次级绕组引线的次级绕组芯组件。本发明还涉及一种方法，包括高压柱式电流互感器，并且包括提供用于在高压电位下操作高压柱式电流互感器的绝缘系统的步骤。
背景技术
高压柱式电流互感器是现有技术中已知的，并且通常包括柱式绝缘体和布置在其上的头部。这种气体绝缘的仪表电流互感器通常能够承受高达4,000A的电流，并且被设计用于高达800kV的AC电压。初级绕组和次级绕组位于电流互感器的上头部内部。然而，许多商业上可用的电流互感器在今天高达535kV的连续DC操作电压下不能承受介电应力，并且将来可能需要甚至更高的电压。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种高压柱式电流互感器，其能够承受在高达535kV或甚至更高电压的连续DC工作电压下的介电应力。
本发明的目的通过独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中详细描述了修改的实施方式。
因此，该目的通过一种高压柱式电流互感器来解决，该高压柱式电流互感器包括柱式绝缘体和布置在柱式绝缘体上的头部，由此
头部限定体积并且包括布置在其中的初级绕组导体、具有次级绕组引线的次级绕组芯组件和从基部到顶点逐渐变细的锥形绝缘体间隔件，在其间具有侧面，
锥形绝缘体间隔件布置成其基部在头部的面向柱式绝缘体的底部上，并且其顶点保持次级绕组芯组件远离头部的壁，
锥形绝缘体间隔件包括嵌入并围绕基部的至少一个环形电极和嵌入顶点并被顶点围绕的另一个扁平圆形电极，并且
锥形绝缘体间隔件包括在侧面中的至少一个开口。
所提出的高压柱式电流互感器允许在连续工作DC电压(例如>535kV DC应用)下承受介电应力。本发明的关键点是提供具有至少一个电极和/或至少一个开口的锥形绝缘体间隔件(也称为间隔件，绝缘系统的部件)。锥形绝缘体间隔件安装在头部的底部部分，这使得可以通过例如用所提出的锥形绝缘体间隔件更换现有技术的纤维塑料管来简化高压柱式电流互感器的绝缘。
通过将锥形绝缘体间隔件与头部的底部机械连接，优选地在底部处的至少一个电极可以承载机械和电气功能。因此，在基部处或在锥形绝缘体间隔件的底部处的电功能是在与头部相同的高电压电位下提供电极，用于在锥形绝缘体内部和周围，特别是在其三相点处提供有利的电场分布。锥形绝缘体间隔件的顶部部分处的顶点的电极分别可以传递由次级绕组芯组件引起的机械负载。电极应具有与次级绕组芯相同的接地电位，以在锥形绝缘体间隔件内部和周围，特别是在三相点处提供有利的电场分布。
锥形绝缘体间隔件的侧面处的至少一个开口可以提供内部流体绝缘气体体积之间的连接，内部流体绝缘气体体积特别地包括SF6、氮气或高压柱式电流互感器内的任何替代气体，捕获金属和污染颗粒和/或可以用于组装期间的视觉检查。因此，所提出的解决方案可以直接实施到现有技术的高压柱式电流互感器的现有头部中，而无需重新确定头部的尺寸。
柱式绝缘体和/或头部，也称为罐，可以以现有技术中已知的任何材料、尺寸和/或形状提供。初级绕组导体优选地连接到网络和/或是网络的一部分。此外，次级绕组芯组件可以如现有技术中已知的那样提供，例如包括具有相应次级绕组引线的环形线圈的形状。至少在头部内的内部绝缘体优选地包括绝缘气体。电流互感器及其部件优选地被设计用于高达4000A的电流和72.5至800kV或甚至更高的AC电压。
锥形绝缘间隔件优选地包括帽状形状和/或可以包括作为一件提供的三个部分。所述部分可以包括侧面，该侧面特别地设置成相对于两个其他部分倾斜。特别是仅径向延伸的另一底部部分可以被基部的电极围绕。另外的顶部部分可以特别地仅径向延伸，从而围绕顶点的电极。在基部处，底部部分可以以环形方式远离侧面向外径向延伸和/或可以轴向地围绕基部的电极。环形电极的内径向表面可以嵌入基部和/或被基部围绕。
因此，基部可以包括凹形外径向表面，例如设置为半圆形。环形电极可以包括对应的凸形内径向表面，例如设置为半圆形。圆形电极的外径向表面可以嵌入顶点和/或被顶点围绕。因此，顶点可以包括凹形内径向表面，例如设置为半圆形。圆形电极可以包括相应的凸形外径向表面，例如设置为半圆形。术语嵌入优选地意味着相应的电极至少部分地，例如一半被基部或顶点覆盖，例如，在截面图中，环形电极的圆周的一半特别地被顶点接触覆盖。此外，基部可以包括U形径向延伸开口，特别是接触覆盖圆形电极。
在截面图中，底部部分在其径向向外端部处可以包括圆形凹形形状，其在轴向上可以被基部的电极围绕。因此，所述电极还可以包括精确配合的圆形凸形形状。类似地，在顶点处，顶部部分可以从侧面径向环形地向内延伸和/或可以轴向地围绕顶点的电极。在截面图中，顶部部分在其径向向内端部处可以包括圆形凹形形状，该圆形凹形形状在轴向方向上可以被顶点的电极围绕，因此顶点的电极可以包括精确配合的圆形凸形形状。这样，两个电极可以被锥形绝缘体间隔件轴向地封装。
在这方面，顶点/或基部的电极可以与锥形绝缘体间隔件集成为一体，或者可以以配合的方式嵌入例如环氧树脂中。因此，嵌入不一定意味着但可以是集成的。顶点的电极可以是平坦的圆形件，而基部的电极可以是环形的。至少一个开口优选地仅存在于侧面中，即不存在于锥形绝缘体间隔件的底部部分和/或顶部部分中。优选地，锥形绝缘体间隔件以其基部与头部的底部机械地固定。远离头部尤其意味着不存在接触连接。电极优选地布置有彼此平行的、远离的接触表面。
在另一优选实施方式中，电极被设置为集成到锥形绝缘体间隔件中的模制金属凸缘。所述金属凸缘优选地集成到锥形绝缘体间隔件中和/或可以与锥形绝缘体间隔件一体地设置。取决于连续DC电压的电平，锥形绝缘体间隔件可以包括在侧面处高达65mm、在底部部分处高达80mm和/或在顶部部分处高达90mm的宽度。在俯视图中，锥形绝缘体间隔件优选地包括圆形形状，该圆形形状在顶点处具有高达365mm的直径并且在基部处具有高达1000mm的直径。其他尺寸也是可能的。
根据进一步优选的实施方式，锥形绝缘体间隔件包括环氧化物。在这方面，环氧化物优选意指环氧树脂，也称为例如聚环氧化物，作为一类包含环氧基团的反应性预聚物和聚合物。
在另一个优选实施方式中，高压柱式电流互感器包括设置在基部和头部的底部和/或顶点和次级绕组芯组件之间的O形环密封件。O形环密封件优选地包括具有圆形横截面的弹性体。凹槽可以设置在基部和/或顶点中，用于安置O形环。优选地，凹槽分别设置在电极中或凸缘中。
根据另一优选实施方式，高压柱式电流互感器包括顶点和次级绕组芯组件之间的螺栓连接。螺栓连接可以包括螺纹，由此顶点和次级绕组芯组件可以设置为相应的螺钉和螺母。由此，可以与顶部部分电极进行螺栓连接。这样，可以实现顶点和次级绕组芯组件的简单且永久的连接。
在另一个优选实施方式中，锥形绝缘体间隔件在侧面中包括两个、三个或四个开口。根据另一优选实施方式，开口相对于彼此以相等的距离布置。此外，大量开口是可能的。
根据另一优选实施方式，初级绕组导体穿过次级绕组芯组件装配，和/或次级绕组芯组件的次级绕组引线穿过柱体。次级绕组芯组件优选地设置为环形，初级绕组导体可以以非接触的方式穿过该环形装配。次级绕组芯组件的次级绕组引线可以穿过柱体，用于与布置在柱体另一端的端子连接。
该目的还通过一种用于操作高压柱式电流互感器的方法来实现，该方法包括如前所述的高压柱式电流互感器，并且包括在高达535kV的DC电压下操作高压柱式电流互感器的步骤。
这样，高压柱式电流互感器可以承受高达535kV DC连续工作电压的介电应力，使得高压柱式电流互感器不仅适用于HVAC、高压AC应用，而且适用于HVDC、高压DC应用。
本领域技术人员根据如前所述的高压柱式电流互感器直接且明确地得出该方法的其他实施方式和优点。
附图说明
参考下文描述的实施方式，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
在附图中：
图1示出了根据示例性实施方式的高压柱式电流互感器的截面图，并且
图2示出了根据图1的高压柱式电流互感器的锥形绝缘体间隔件的透视图。
具体实施方式
图1示出了根据示例性实施方式的高压柱式电流互感器1的截面图。高压柱式电流互感器1包括金属头部2，也称为罐。头部2由电流互感器1的柱式绝缘体3支撑。圆形头部2包括1535mm的高度和1205mm的直径。
柱3表示一根细长的空心绝缘管，该管安装在地面或基座上，图中未示出。次级绕组引线4的端子从位于电流互感器1的头部2的体积6内的至少一个次级绕组芯组件5延伸。次级绕组芯组件5的绕组可以以已知的方式布置在环形铁芯周围，或者可以制成没有磁芯的罗高夫斯基(Rogowski)线圈。由仅示意性地示出为线的初级绕组导体7组成的初级绕组以延伸穿过头部2的中空圆柱体的形式穿过头部开口8。
在头部2内还布置有由环氧树脂制成的锥形绝缘体间隔件9，其包括基部10和与其相对的顶点11，通过它们之间的侧面12相互连接，如图2中更详细所示。锥形绝缘体间隔件9的基部10布置在头部2的面向柱式绝缘体3的底部上，而顶点11将次级绕组芯组件7保持在体积6内远离头部2。环形基部10包括1000mm的直径，而顶点11包括365mm的直径。顶点11还包括90mm的宽度，而基部10包括80mm的宽度。
初级绕组导体7的一端和头部2电连接，以使初级绕组具有与头部2几乎相同的高压DC电位。次级绕组芯组件5处于接地电位，并且锥形绝缘体间隔件9设置为次级绕组芯组件5与头部2之间的主绝缘系统。尽管在示例中提到了由施加连续DC高电压引起的介电应力，但是清楚的是，锥形绝缘体间隔件能够与AC高电压或AC-DC(混合)高电压应用一起使用。
还特别参考图2，锥形帽状绝缘体间隔件9包括作为电极13的模制金属凸缘，其嵌入基部10和顶点11中。基座10的金属凸缘基本上是环形的，并且在径向方向上延伸远离绝缘体间隔件9的锥形环氧树脂主体14，从而在径向方向上围绕锥形环氧树脂主体14。锥形环氧树脂主体14包括设置成一体的三个部分，即由基部10的金属凸缘围绕的所述径向延伸的底部部分、侧面12和围绕顶点11的电极13的径向延伸的顶部部分。
在基部10处，底部部分径向环形向外延伸远离侧面12，并轴向围绕基部10的金属凸缘。即，在截面图中，底部部分在其径向向外端部处包括圆形凹形形状，该圆形凹形形状在轴向方向上被基部10的金属凸缘围绕，因此该金属凸缘也包括精确配合的圆形凸形形状。类似地，在顶点11处，顶部部分从侧面12径向环形向内延伸并且轴向地围绕顶点11的金属凸缘。即，在截面图中，顶部部分在其径向向内端部处包括圆形凹形形状，该圆形凹形形状在轴向方向上围绕顶点11的金属凸缘，因此该金属凸缘也包括精确配合的圆形凸形形状。
这样，两个电极13都被锥形环氧树脂主体14轴向封装。锥形环氧树脂主体14使基部10的电极13和顶点11彼此绝缘。此外，每个O形环密封件17设置在基部10和头部2的底部之间以及顶点11和次级绕组芯组件5之间。
在侧面12中，锥形绝缘体间隔件9包括四个开口15，它们以规则的相等距离彼此远离地布置。此外，螺栓连接16设置在顶点11与次级绕组芯组件5之间，用于分别连接顶点11与次级绕组芯组件5。
具有所述锥形环氧树脂主体14模制的金属凸缘作为电极13的锥形绝缘体间隔件9允许在连续工作DC电压下承受介电应力。在现有技术的高压柱式电流互感器1中，可以去除具有粘附的金属屏蔽的纤维塑料管，并且可以将锥形绝缘体间隔件9简单地安装在头部2的底部部分处。这样，具有所描述的锥形绝缘体间隔件9的高压柱式电流互感器1可以与具有高达535kV的DC电压的初级绕组导体一起操作，而无需重新确定现有技术的高压柱式电流互感器1的尺寸。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于包括所公开的高压额定值的所公开的实施方式。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施方式的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实并不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
附图标记列表
1高压柱式电流互感器
2头部
3柱式绝缘体
4次级绕组引线
5次级绕组芯组件
6体积
7初级绕组导体
8头部开口
9锥形绝缘体间隔件
10基部
11顶点
12侧面
13电极
14锥形环氧树脂主体
15开口
16螺栓连接
17O形环密封件
Claims (9)
1.一种高压柱式电流互感器(1)，所述高压柱式电流互感器包括柱式绝缘体(3)和布置在所述柱式绝缘体(3)上的头部(2)，其中，
所述头部(2)限定体积(6)并且包括布置在其中的初级绕组导体(7)、具有次级绕组引线(4)的次级绕组芯组件(5)和锥形绝缘体间隔件(9)，所述锥形绝缘体间隔件从基部(10)到顶点(11)逐渐变细并且在其间具有侧面(12)，
所述锥形绝缘体间隔件(9)布置成其基部(10)在所述头部(2)的面向所述柱式绝缘体(3)的底部上，并且其顶点(11)保持所述次级绕组芯组件(5)远离所述头部(2)的壁，
所述锥形绝缘体间隔件(9)包括嵌入并围绕所述基部(10)的至少一个环形电极(13)和嵌入所述顶点(11)并被所述顶点(11)围绕的另一个扁平圆形电极(13)，并且
所述锥形绝缘体间隔件(9)包括在所述侧面(12)中的至少一个开口(15)。
2.根据前一权利要求所述的高压柱式电流互感器(1)，其中，所述电极(13)被设置为集成到所述锥形绝缘体间隔件(9)中的模制金属凸缘。
3.根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，其中，所述锥形绝缘体间隔件(9)包括环氧化物。
4.根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，包括设置在所述基部(10)和所述头部(2)的底部和/或所述顶点(11)和所述次级绕组芯组件(5)之间的O形环密封件(17)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，包括在所述顶点(11)和所述次级绕组芯组件(5)之间的螺栓连接(16)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，其中，所述锥形绝缘体间隔件(9)在所述侧面(12)中包括两个、三个或四个开口(15)。
7.根据前一权利要求所述的高压柱式电流互感器(1)，其中，所述开口(15)相对于彼此以相等的距离布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，其中，所述初级绕组导体(7)穿过所述次级绕组芯组件(5)装配，并且所述次级绕组芯组件(5)的次级绕组引线(4)穿过所述柱式绝缘体(3)。
9.一种用于操作高压柱式电流互感器(1)的方法，
构成根据前述权利要求中任一项所述的高压柱式电流互感器(1)，并且
包括以下步骤：
在高达535kV的DC电压下操作所述高压柱式电流互感器(1)。
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