TW200842906A - High voltage power cable termination - Google Patents

Description

200842906 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關電力纜線技術，特別是㈣-高·電力纜 線、、’、端、一凸部應力錐與一幾何形狀電極。 【先前技術】 -電力纜線係廣泛用於在電力分配網路與電力傳輸網路 中的電源供應’且用於將電力從發電廠或發電站傳送到城

市或城鎮的使用者。通常，電力纜線是由銅或㈣料製成 的一導體’使用一多層電屏蔽與-絕緣層包覆，且由橡塑 材料製成’及進-步使用供傳輸接地電流的—金屬屏蔽護 ㈣-防水密封罩。該電力I線係設計可傳輸電力，其電 壓範圍是從1000伏特（V)至5〇〇仟伏。 當電力纔線與其他電氣設備連接時，必需的處理應該在 電力境線的末端進行，以料持續可靠電性能與氣候容許 度。通常’纜線終端是用於在纜線端與其他電氣設備之間 的連接保護。 當電力纜線切斷時，#绩Μ 1Μ & w _ τ 、、見綠的導體係暴露在空氣中，其電 壓電位是100%高電壓。全屬 θ 至屬屏蔽罩亦暴露到外部，其電 壓電位是0。在導體金今屬歷# ”屬屏敝罩之間的橡塑電屏蔽及絕 緣層係以預定距離剝除。 此時，已剝離的導體、梭朔费θt ^ 橡塑電屏蔽與絕緣層、及金屬屏 蔽護套會面對例如環境污举、 兄/可木腐蝕等的問題。在橡塑電屏 蔽切斷之後，纜線的初始遠螬 今始連續電分佈會被破壞。會發生電 局部集中在繞線橡塑電 电辱蔽開口的現象。此現象會改變電 120485.doc 200842906 場分佈’並提高絕緣遭破壞的擁 展的機率。一纜線終端可補償切 斷纜線之電場的不連續分佑， 、 並進一步提供外部絕緣鱼氣 候容忍度的額外保護。 乱 通常’具有電力、㈣終端為油式與全乾式的兩種技術。 j-油式I線終端中，該絕緣部分係包括：—電應力控制 構件，用以隔離液體；及一 中空外部絕緣體，用以適應絕 緣液體與機械保護。一全乾式 ^ 从十“ 王乾式繞、線終端是由具有特定内徑 Ο Ο 的-電應力控制構件與一外部絕緣體所組成。對於一全乾 式鐵線終端而言，具有用於電應力控制的兩方法，一是電 :電應：控制構件，另一者是一幾何形狀電應力控制構 m普遍錢的幾何形狀構件可視為—電應力雜。 該幾何形狀構件可透過半導體材料的選擇與幾何形狀的設 1十而控制集中電場，藉此減少在i線橡塑電屏蔽開口處华 =較大電場。設計上’外部絕緣體表面似乎是幾何形狀 錐體’且—電極是由佈置於其中的半導體材料製成。 =案號_225444·! (CN)係揭示—高電㈣力镜線終 知、、包含-橡膠絕緣傘與一橡膠應力罩組件 力錐係預先嵌人應力罩組件的較低部分’且絕緣傘係覆; 組件。專利案號㈣2助42係揭示_高電^ 橡膠乾式纜線終端， 、其中亦揭不—應力錐結構。該應力錐 物二的财端部分係以一向前增加之内徑的-擴口錐形 =線=口錐形物係嵌人^橡膠的環形側壁，以隔 、，見線周圍的護套。 在如前述兩專利描述的傳統幾何形狀電應力控制構件的 120485.doc 200842906 :廊中，只設計可平穩傳輪的-幾何形狀錐形物（例如一 擴口雜形物)。因此’幾何形狀電應力控制構 为應該製成非常厚，以滿^電屬性的某 ，、例: 二伏㈣’且該幾何形狀電應力控制構件的厂:： 合厘。此外’如果幾何形狀電應力控制構件太厚，它將 έ不利於安裝與生產製造。 、

此外，在電力，纜線終端的傳統設計中，該幾何形狀電岸 力控制構件不會延伸到凸部絕緣體的位置。 - 圖1與圖2係顯示一傳統幾何形狀電應力控制構件盘 力^終端的結構圖。如圖味2所示，幾何形狀電應力控 制構件⑽的輪廓102(即是，一幾何形狀電極）是一平 輸的幾何形狀錐形物，其截面的外輪廓 ::1)。而且，在絕緣體1。…該幾何形狀電應力:： 料延㈣的位置係遠離該凸部絕緣㈣6(請參考圖2)。 即疋，最低凸部絕緣體106的位置係遠高於該幾何形狀電 :力：制構件100的位置。在圖2中，電力镜線終端係以參 考數字108表示。 如貫驗的數據所示，該幾何形狀電應力控制構件的電屬 性係明顯f到其輪廓形狀，及在幾何形狀電應力控制構件 =伸至凸部絕緣體的位置與該凸部絕緣體之間相對距離的 景:響。SUb，本發明的一目的係提供一電力纜線終端，其 Μ文麦成何形狀電應力控制構件的輪廓形狀、及在該幾 ㈣狀電應力控制構件延伸至凸部絕緣體的位置與該凸部 絕緣體之間的相對距離而改善其電屬性。 120485.doc 200842906 【發明内容】 凸部應力錐與 本發明係提供一高電壓電力纜線終端、 一幾何形狀電極。 根據本發明的一第一觀點， π Α 寬昼電力纜線終端的 一邛應力錐中提供一幾何形狀電極， 一砬尨a、# ， w亥成何形狀電極的 知係引導到該電力纜線的一導體， m ^ Μ. 为一端係引導到僉 Ο Ο 體的一複合絕緣體，該複合絕緣體具有向外延伸的 ^形成的複數個凸部絕緣體，纟中該幾何形狀電極 =從該電力規線之導體到該複合絕緣體方向的-變：曲 率半徑，且該曲率半徑#鉬内兮、— 丰牛“糸朝向5亥複合絕緣體逐漸增加，且 料何形狀電極係至少延㈣該凸部絕緣體上方的位置。 較佳地係，該幾何形狀電極係 緣體上方的位置。 L伸到邊弟-凸部絕 «本發明的―第二㈣’提供—高電壓電力境線終端 :^部應力錐，其包含：一複合絕緣體，其係包覆該電 /線的n複數個傘狀凸部絕緣體，其係藉由將該 複合絕緣體向外延伸形成；及一幾何形狀電極，該幾何來 狀電極的—端係、引導到該電力i線的導體，且另-端㈣ 導到該複合絕緣體，其中該幾何形狀電極具有沿著從該電 力’纜線的導體到該複合絕緣體方向的一變化曲率半徑，且 該曲率半徑係朝向該複合絕緣體逐漸增加，且該幾何形狀 電極係至少延伸到該凸部絕緣體上方的位置。 較佳地係，該幾何形狀電極係至少延伸到該第-凸部絕 緣體上方的位置。 120485.doc 200842906 較佳地係，該複合絕緣體的厚度是薄的。 較佳地係’該複合絕緣體的表面具有—小電場強度。 〇 Ο 根據本發明的-第三觀點，提供一高電壓電力1線終 端，其包含：電力纜線的一導體；一密封連接器；一複人 I緣體’其係包覆該導體；複數個伞狀凸部絕緣體，錢 错由將該複合絕緣體向外延伸形成；及一幾何形狀電極， 該幾何形狀電極的-端係引導到該電力纔線的導體，且另 I端係引導到該複合絕緣體，其中該幾何形狀電極具有沿 者從該電力縵線的導體到該複合絕緣體方向的—變化曲率 ，徑’且該曲率半徑軸向該複合絕緣料漸增加，以及 該幾何形狀電極係至少延伸到該凸部絕緣體上方的位置。 較佳地係，該幾何形狀電極係至少延伸到該第— 緣體上方的位置。 較佳地係，該複合絕緣體的厚度是薄的。 較佳地係’該複合絕緣體的表面具有—小電場強度。 透過使用本發明的技術解決方案，幾何形狀電極鱼臂線 的橡塑屏蔽層係緊密接合，由於切斷I線而造成橡塑屏蔽 層開口的曲率半徑變小及電場集中的情況可透過類似錐形 幾何形狀電極逐漸放大’並引導到複合絕緣體的内 /藉此減；在纜線橡塑屏蔽層開口的電場集中分佈。透 過使用本發明的技術解決方案，可滿足電屬性的相同需 求，且包覆幾何开）&電極的複合絕緣體的厚度可實質減 少。此設計可減少製造成本、降低製造困難度、及縮短安 裝時間。在製造中，只有凸部絕緣體、幾何形狀電極與複 120485.doc 200842906 合絕緣體係整體模製成型。 【實施方式】 幾何形狀電極 根據本發明的_觀點，在—高電壓電力繞線終端的凸部 應^錐中提供-幾何形狀電極。請參考圖3，圖3繪示根據 本t明的一具體實施例之一幾何形狀電應力控制構件之結 構圖。或何形狀電極200的一端係引導到電力纜線的一導 ^ 體202，且另一端係引導到包覆導體的一複合絕緣體2〇4。 名複口絕緣體2〇4具有向外延伸的傘狀形成的複數個凸部 絕緣體206。幾何形狀電極具有沿著從電力i線的導體 M2到複合絕緣體2〇4方向的一變化曲率半徑，且該曲率羊 位係朝向複合絕緣體2〇4而逐漸增加。即，幾何形狀電極 的截面部分的外輪廓線是—曲線。而且，幾何形狀電極 200係至少延伸到第一凸部絕緣體206a上方的位置。對於 熟諳此技術者而言，可明白到，可根據特定的應用而調整 Ο 省曲率半徑的變化與該幾何形狀電極200延伸至的位置。 刎如該成何形狀電極200可延伸到第二凸部絕緣體或較 高凸部絕緣體上方的位置。 凸部應力錐 . 根據本發明的一第二觀點’可提供高電壓電力纜線終端 的一凸部應力錐，其使用前述的幾何形狀電極。如圖3所 示’凸部應力錐300包含：包覆導體之複合絕緣體崩；藉 由將該複合絕緣體向外延伸所形成之複數個伞狀凸部絕緣 紙及幾何形狀電極200’其一端係引導到電力纜線的 120485.doc -11 - 200842906 導體202 ’且另一端係引導到複合絕緣體2〇4。幾何形狀電 極200具有沿著從電力纜線的導體202到複合絕緣體204方 向的一變化曲率半徑，其截面部分的外輪廓線是一曲線， 且該曲率半徑係朝向複合絕緣體2〇4逐漸增加。而且，幾 何形狀電極200係至少延伸到凸部絕緣體上方的位置。而 且，如此具體實施例所示，幾何形狀電極2〇〇係至少延伸 到第一凸部絕緣體206a上方的位置。對於熟諳此技術者而 言，應瞭解，可根據特定的應用而調整曲率半徑的變化與 幾何形狀電極200延伸至的位置。例如，幾何形狀電極2〇〇 可延伸到第二凸部絕緣體或較高凸部絕緣體上方的位置。 透過使用前述凸部應力錐，複合絕緣體2〇4可被製成為 較薄，且在複合絕緣體204的表面上存在小電場強度。 電力纜線終端 根據本發明的—第三觀點’可提供—高電壓電力境線終 端，其係使用前述凸部應力錐。如圖4所示，冑力纔線終 〇 端彻包含：電力麟的導體202 密封連接器402，·包 覆該導體之複合絕緣體氣·複數個傘狀凸部絕緣體篇， 其係藉由將該複合絕緣體向外延伸所形成；與幾何形狀電 . 極細’其—端係引導到電力纜線的導體2〇2,且另一端係 .引導到複合絕緣體204。幾何形狀電極2〇〇具有沿著從電力 境線的導體202到複合絕緣體2咐向的_變化曲率半徑， 幾何形狀電極截面的外輪廓線是一曲線，且該曲率半徑係 朝向複合絕緣體204逐漸增加。而且， 戏何形狀電極200係 伸到凸部絕緣體206上方的位置。而且，如此具體 120485.doc • 12 - 200842906 實施例所示，幾何形狀電極2〇〇係至少延伸到第一凸部絕 緣體j〇6a上方的位置。對於熟諳此技術者而言，可瞭解 ， 根據特疋的應用而調整曲率半徑的變化與幾何形狀 電極200延伸至的位置。例如，幾何形狀電極可延伸到 . 第一凸部絕緣體或較高凸部絕緣體上方的位置。 透過使用岫述凸部應力錐，複合絕緣體204可被製成為 車乂薄且在複合絕緣體204的表面上存在一小電場強度。 實驗效果 〇 、使用根據本發明《幾何形狀電極的設言十，可獲得相同的 電屬〖生，且包覆幾何形狀電極的複合絕緣體實質上可被製 、二_薄因此，可減少製造成本，也可降低製造困難 度:且可縮短安裝時間。在製造中，只有凸部絕緣體、幾 何形狀電極與複合絕緣體係整體模製成型。使用上，幾何 形狀電極與镜線的橡塑屏蔽層係緊密接合，由於切斷電欖 而每成橡塑屏蔽層開口的曲率半徑變小且電場集中的情況 〇 料過類似錐形物的幾何形狀電極逐漸放大，並引導到在 複合絕緣體的内部，藉此減少在I線橡塑屏蔽層開口的電 場集中分佈。 _ 為了比較幾何形狀電極的效果’本發明的凸部應力錐與 - 冑力II终端係與傳統幾何形狀應力控制構件與凸部應力 錐做比較，達成下列的實驗。對於在圖心所示的先前技 術中所使用、及在圖3和4所示的本發明中所使用的不同社 :而言’三維CAD軟體Aut0CAD可用來繪製個別圖案，： 後，該個別圖案可匯入一電場計算軟體哪(整合工程軟 120485.doc -13- 200842906 體），以將在1 1 0仔伏（kV)電力一 _ 、、、σ僻丁 Μ保 Ο Ο 型化，其包含一纜線核心、纜線的一主絕緣結構、與一外 部屏蔽。而且，設定個別材料的功能參數。然後，在圖工 和2、及在圖3和4所示的結構係分成格線，其他部分係自 動分開（參考圖1、2、3、和4的格線）。然後，在導體和纜 線的金屬屏蔽上施加的AC電壓係匯入一分析軟體程式。 透過執行該程式，可分別經由有限元素數值法與邊界元素 數值法而獲得解決方案。如分析結果所示，透過使用如圖 3和4所示的結構，在複合絕緣體表面上的最大電場強度是 入20 kV/mm ;當使用如圖丨和2所示的結構時，複合絕緣體 表面上的最大電場強度是97Q kv/mm，其遠大於如圖加 所不結構的電場強度。即是’在正常使用中’在圖_所 不結構的電屬性係遠大於在圖斤2所示結構的電屬性。 =合前述，透過使用本發明的技術解決方案，該幾何形 造^與纜，的橡塑屏蔽層係緊密接合，由於切斷纜線而 ^過類I:敝層開口的曲率半徑變小及電場集中的情況可 絕緣體的幾何形狀電極逐漸放大，並引導到複合 =的内部，猎此減少在镜線橡塑屏蔽層開口的電場华 的I:需:過Si發明的技術解決方案，可滿足… 的厚度。此設計；：覆幾何形狀電極的複合絕緣體 短安裝時門又^ ;造成本、降低製造困難度、及縮 m文衣野間。在製造中，口 π白 與複合絕緣體係整體模製成°Μ邑緣體、幾何形狀電極 揭示具體實施例的先前說明可讓任何熟諸此技術者製作 120485.doc 200842906 或使用本發明。這些具體實施例的各種修改對於熟諳此技 術者而言為顯然易見的，且本文中定義的一般原理可應用 到其他具體實施例，⑸脫離本發明之精神或範嘴。因 此本發明並不受限於本文所示的具體實施例，而是符合 本文所揭示原理及新特徵的最廣泛範疇。 【圖式簡單說明】

本發明的前述及其他特徵、觀點與優點可訂面連同附 圖詳細描述的具體實施例而更瞭解，纟中相同元件在整個 描述是以相同參考數字表示。圖式中·· 圖1係顯不-傳統幾何形狀電應力控制構件之結構圖； 幾何形狀電應力控·件的傳統電力 、、見線〜、之結構圖； 一具體實施例之一幾何形狀電應 一具體實施例之包括一幾何形狀 纜線終端之結構圖。 圖3繪示根據本發明的 力控制構件之結構圖；及 圖4繪示根據本發明的 電應力控制構件的一電力 【主要元件符號說明】 100 幾何形狀電應力控制構件 102 幾何形狀電極 104 絕緣體 106 凸部絕緣體 108 電力境線終端 200 幾何形狀電極 202 導體 120485.doc -15- 200842906 204 206 206(a) 300 400 402 Γ. 複合絕緣體 凸部絕緣體 第一凸部絕緣體 凸部應力錐 電力纜線終端 密封連接器 ο 120485.doc -16-

Claims (1)

1. 200842906 十、申請專利範圍： 1. 種在 電[電力纜線終端的一凸部應力錐中的一幾 何形狀電極，哕绻h w f T J q 、可形狀電極的一端係引導到該電力纜 ^艚一體，且另—端係引導到包覆該導體的一複合絕 、-心旻合絕緣體具有向外延伸的伞狀形成的複數個 凸部絕緣體，其中 “ 4何化狀電極具有沿著從該電力I線的導體到該複 Ο Ο 合絕緣體方向的_變化曲率半徑，且該曲率半徑係朝向 該複合絕緣體逐漸增加；及 /成何幵夕狀電極係至少延伸到該凸部絕緣體上方的位 ——置。 2·如睛求項1之幾何形狀電極，其中該幾何形狀電極係至 少延伸到該第一凸部絕緣體上方的位置。 3· 一種高電壓電力I線終端的一凸部應力錐，其包含··一 稷合絶緣體’其包覆該電力纜線的-導體；複數個傘狀 凸邛絕緣體，其係藉由將該複合絕緣體向外延伸而形 成；及一幾何形狀電極，該幾何形狀電極的一端係引導 到4電力境線的導體，且另一端係引導到該複合絕緣 體，其中 。亥成何形狀電極具有沿著從該電力纜線的導體到該複 e、、、巴緣體方向的一變化曲率半徑，且該曲率半徑係朝向 ΰ亥複合絕緣體逐漸增加；及 ϋ亥成何形狀電極係至少延伸到該凸部絕緣體上方的位 置。 120485.doc 200842906 4. 5. 如請求項3之幾何形狀 少延伸到該第一凸，S’其中該幾何形狀電極係至 凸一、纟e緣體上方的位置。 如請求項4之幾何形肤 方大電極，其中該複合 是薄的。 /攸σ系巴緣體的厚度 6.如請求項4之幾何形狀電極 中該複合絕緣體的表面 具有一小電場強度 一種高電壓電力纜線終 妒· 其包含·该電力纜線的一導 體，一畨封連接器；一複人 守 、— 旻ϋ、、邑緣體，其係包覆該導艚· 複數個傘狀凸部絕緣靜， ’ ' ，、係猎由將該複合絕緣體向外 延伸而形成；及一幾你其彡处+ ^ 、 成仃形狀電極，該幾何形狀電極的一 知係引導到該電力續綠沾道 电H㈣導體H端係料到該複 合絕緣體，其中 該幾何形狀電極具有沿著從該電力I線的導體到該複 合絕緣體方向的-變化曲率半徑，且該曲率半徑係朝向 該複合絕緣體逐漸增加；及 ο σ亥成何形狀電極係至少延伸到該凸部絕緣體上方的位 置。 8·如凊求項7之高電壓電力纜線終端，其中該幾何形狀電 極係至少延伸到該第一凸部絕緣體上方的位置。 9.如請求項8之高電壓電力纜線終端，其中該複合絕緣體 的厚度是薄的。 10·如請求項8之高電壓電力纜線終端，其中該複合絕緣體 的表面具有一小電場強度。 120485.doc