高壓設(shè)備和制造高壓設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高壓技術(shù)的領(lǐng)域，并且特定地涉及具有通過介電間隔材料而分離的至少兩個電極的高壓設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓套管用于在高電勢攜帶電流通過平面(通常稱為接地平面)，其中該平面處于與電流路徑不同的電勢。套管設(shè)計成使定位在套管內(nèi)部的高壓導(dǎo)體與接地平面電氣絕緣。接地平面可以例如是變壓器箱或壁。
[0003]為了在導(dǎo)體與接地平面之間獲得電勢分布的平滑，套管通常包括冷凝器芯。冷凝器芯是這樣的本體，其典型地包括由導(dǎo)電材料制成的許多浮動同軸電極，其中這些電極通過介電間隔材料而分離。介電間隔材料通常是油浸漬或樹脂浸漬紙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及電氣設(shè)備，其設(shè)置成提供延伸通過該設(shè)備的導(dǎo)體的電氣絕緣。該電設(shè)備可以例如是套管或電纜終端。電設(shè)備包括通過介電部分而分離的至少兩個電極。這些電極中的至少一個設(shè)置成處于浮動電勢以便控制導(dǎo)體周圍的電場。介電部分包括在兩個鄰近電極之間的至少一個不可浸漬電氣絕緣膜的至少一個匝。電極結(jié)合到不可浸漬絕緣膜的相鄰匝，并且鄰近彼此的不可浸漬絕緣膜的匝(如果存在的話)彼此結(jié)合，使得不可浸漬絕緣膜的匝和電極形成固體。
[0005]本發(fā)明還涉及制造電氣設(shè)備的方法，該電氣設(shè)備包括通過介電部分而分離的至少兩個電極。方法包括:由至少一個不可浸漬電氣絕緣膜的至少一個匝形成介電部分；以及使不可浸漬絕緣膜的任何相鄰匝彼此結(jié)合，以及使電極結(jié)合到不可浸漬絕緣膜的相鄰匝，使得形成固體。在制造方法中，定位在兩個電極之間的匝并未由可浸漬膜形成，并且所述匝中的至少一個的結(jié)合在形成所述匝時進行，使得所述匝到下面的匝/電極的結(jié)合將在所述匝將被下一個匝覆蓋之前開始。
[0006]在方法中，結(jié)合可以例如通過使用表面等離子體激活或通過使用在結(jié)合期間處于黏滯相(即，處于液相或半液相)的物質(zhì)來進行。這些方法是在匝被下一個匝覆蓋之前便于該匝開始結(jié)合的方法的示例。也可使用便于這樣的結(jié)合的其他方法。通過在匝被下一個匝覆蓋之前發(fā)起該匝的結(jié)合，電氣設(shè)備中空隙的數(shù)量以及由此部分放電和/或樹枝化(treeing)的風(fēng)險可以大大降低。
[0007]在方法的一些實現(xiàn)中，匝的結(jié)合實際上在添加下一個匝之前完成。在其他實現(xiàn)中，匝的結(jié)合在匝已經(jīng)被下一個匝覆蓋之后繼續(xù)。然而，使匝結(jié)合到位于所述匝下面的匝或電極的過程的至少部分在所述匝被下一個匝覆蓋之前進行。
[0008]在一個實施例中，介電部分不包括在兩個鄰近電極之間的任何浸漬匝。在另一個實施例中，已經(jīng)浸漬以及由此不可浸漬的膜在制造過程中使用以在兩個鄰近電極之間形成匝。在該實施例中，介電部分將包括浸漬膜。
[0009]因為電氣設(shè)備不必被浸漬、固化或后加熱，制造時間和成本可以大大減少。此外，因為從制造過程消除使用環(huán)氧樹脂或油，從制造過程消除浸漬步驟的可能性產(chǎn)生環(huán)境效益。
[0010]不可浸漬電氣絕緣膜可以例如包括熱塑性材料、玻璃材料和/或陶瓷材料。許多熱塑性材料、玻璃材料和陶瓷材料展現(xiàn)比油或樹脂浸漬紙更高的介電強度。這在材料厚度是低的時尤其真實，例如在兩個電極之間的介電部分中。因此，在設(shè)備的指定額定電壓處，這樣的材料的使用允許更小的設(shè)備直徑。
[0011]不可浸漬膜可以典型地比油或樹脂浸漬紙的層要薄很多地制成，并且電極因此可以放置在離彼此更小的距離處。隨著電極之間的較小距離，材料的介電強度增加，介電強度是在出現(xiàn)電擊穿之前材料中維持的最高電場的度量。這還允許在電極之間的距離減少時電氣設(shè)備的直徑減少。
[0012]鄰近電極之間的適合距離典型地位于4-5000 μm的范圍內(nèi)。通常，電極距離將位于50-1000 μ m的范圍內(nèi)，例如在50-300 μ m或100-250 μ m的范圍內(nèi)。
[0013]典型地，兩個鄰近電極之間的不可浸漬絕緣膜的匝的平均數(shù)量位于1-100的范圍內(nèi)，但可使用甚至更高數(shù)量的匝。通常，兩個鄰近電極之間的匝的平均數(shù)量將位于1-50的范圍內(nèi)，并且例如在1-20的范圍內(nèi)。
[0014]不可浸漬絕緣膜的厚度中的精度典型地也大大高于常規(guī)使用的浸漬紙的厚度中的精度。膜厚度中這樣的精度改善導(dǎo)致電極之間的距離中的精度改善。此外，因為結(jié)合在形成匝期間已經(jīng)開始，電極將在纏繞過程期間已經(jīng)固定在它的位置處。這在其中在纏繞期間弓I入分離電極的制造方法中特別有益。電極的固定位置以及電極之間的距離中的精度提高兩者都是將提高設(shè)備的場分級性質(zhì)的可預(yù)測性的因素。電極組的場分級性質(zhì)的可預(yù)測性改善還允許設(shè)備直徑的減少。
[0015]減少的直徑提供在設(shè)備的生產(chǎn)期間使用較少材料以及較低重量和較少空間占用的優(yōu)勢(既在運輸時又在安裝期間)。此外，減少的直徑典型地導(dǎo)致熱從電氣設(shè)備中心的運輸增強，從而使電氣設(shè)備的熱損壞的風(fēng)險降低。
[0016]在一個實施例中，至少一個不可浸漬膜(介電部分由其形成)包括至少兩個層，其中第一層具有第一材料并且第二層具有第二材料，該第一和第二材料展現(xiàn)不同的性質(zhì)。由此實現(xiàn)介電部分可以從不同材料的有利性質(zhì)獲益。例如，第一和第二材料的機械性質(zhì)的溫度依賴性可以是這樣的，其使得存在這樣的溫度范圍，其中第一材料提供比膜的其他材料更好的粘合性質(zhì)，而第二材料提供比其他材料更好的機械穩(wěn)定性。
[0017]不可浸漬絕緣膜的相鄰匝之間的邊界和/或不可浸漬絕緣膜的匝與相鄰電極之間的邊界可包括具有與不可浸漬絕緣膜的匝的組成不同的組成的粘合物質(zhì)。因此，在制造這樣的電氣設(shè)備時，在匝/電極之間引入粘合物質(zhì)。備選地，形成結(jié)合使得外部粘合物質(zhì)不是必需的，例如通過加熱形成不可浸漬絕緣膜的部分的材料或通過表面等離子體激活。
[0018]電極可以由印刷或涂覆到至少一個不可浸漬絕緣膜中的至少一個上的導(dǎo)電材料形成。印刷或涂覆電極可以非常薄，使得可以實現(xiàn)在電場分布中具有高精度的電場的細分級。電極也可以由插入不可浸漬膜的匝之間的導(dǎo)電材料的箔形成。電極的厚度可以例如落在10nm-300 μ m的范圍內(nèi)。
[0019]在制造方法的一個實施例中，并排定位在設(shè)備的軸向方向上的至少兩個膜用于形成匝，其具有比該至少兩個膜中的單個的寬度更長的軸向長度。由此，可以獲得具有任何軸向長度的電設(shè)備。當在制造過程中使用處于黏滯相的粘合物質(zhì)時，兩個這樣的膜之間的間隙將用粘合物質(zhì)填充，并且由此可以避免空隙。由并排定位的至少兩個膜制造的電氣設(shè)備從而將典型地沿至少一個匝的周邊具有接頭。
[0020]通常設(shè)置電設(shè)備使得所述電極中的至少兩個在電設(shè)備的軸向方向上具有不同長度，并且使得至少一個電極的至少一個末端邊緣未被任何外電極覆蓋。在根據(jù)本發(fā)明的該方面的一些電氣設(shè)備中，末端電極邊緣中沒有一個被外電極覆蓋，而在根據(jù)該方面的其他電設(shè)備中，電極中的一些(至少一個)具有未被外電極覆蓋的至少一個末端邊緣(并且典型地在設(shè)備是套管時是兩個末端邊緣)，而外電極具有被外電極覆蓋的末端邊緣。在這里，如果外電極延伸到或超越末端邊緣的軸向位置，外電極被說成覆蓋內(nèi)電極的末端邊緣。術(shù)語末端邊緣在這里用于指這樣的邊緣，其限定差不多垂直于導(dǎo)體的平面，如與軸向邊緣(其與導(dǎo)體平行)相對。
[0021 ] 通過設(shè)置電極使得電極的至少一個末端邊緣未被任何外電極覆蓋，導(dǎo)體周圍的電場將被高效分級。在該配置中，在未被任何外電極覆蓋的末端邊緣處的電場將在徑向和軸向方向兩者上具有明顯分量。軸向電場分量可以產(chǎn)生不期望的樹枝化和/或部分放電，除非電設(shè)備內(nèi)部基本上沒有空隙。憑借上文描述的制造方法，可以獲得電設(shè)備，其中任何空隙的延伸小于ΙΟμπι，或更小。由此，可以在高壓范圍操作的電設(shè)備可以例如在36kV-1100kV或更高的范圍內(nèi)實現(xiàn)。
[0022]本發(fā)明的另外的方面在下面的詳細描述以及附上的權(quán)利要求中闡述。
【附圖說明】
[0023]圖1是具有冷凝器芯的套管的示例的示意橫截面圖。
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的冷凝器芯的示例的示意橫截面圖。
[0025]圖3a圖示不可浸漬絕緣材料的單層的膜。
[0026]圖3b圖示兩個不同不可浸漬絕緣材料的雙層膜。
[0027]圖3c圖示至少兩個不同不可浸漬絕緣材料的三層膜。
[0028]圖4示意地圖示用于制造冷卻器芯(其包括不可浸漬絕緣膜的匝)的設(shè)備的實施例。
[0029]圖5a示意地圖示用于制造冷卻器芯(其包括不可浸漬絕緣膜的匝)的設(shè)備的實施例。
[0030]圖5b示意地圖示用于制造冷卻器芯(其包括不可浸漬絕緣膜的匝)的設(shè)備的實施例。
[0031]圖5c示意地圖示可以在圖5a或5b中示出的設(shè)備中使用的擠出嘴的口的示例。
[0032]圖6示意地圖示根據(jù)制造過程的實施例由兩個分離的不可浸漬絕緣膜制造的冷凝器芯的介電部分的示例。
【具體實施方式】
[0033]圖1示意地圖示套管100的實施例，其中導(dǎo)體110延伸通過冷凝器芯115。導(dǎo)體110可以形成套管100的部分，或可以獨立于套管100。圖1是沿套管100的軸的橫截面圖。在兩個末端處，導(dǎo)體110提供有端子112，用于使套管100連接到例如電纜、變壓器等電氣設(shè)備。冷凝器芯115作為分壓器操作并且使電場沿套管100的長度分布，由此提供電勢分布的平滑。
[0034]冷凝器芯115包括至少兩個(并且通常至少三個或以上中的多個)電極120，其通過介電間隔材料的介電部分125而分離。介電部分125起到使電極120彼此分離的作用。電極120典型地同軸設(shè)置，其中內(nèi)電極的半徑小于外電極的半徑。為了獲得電場的高效分級，外電極120的軸向長度通常小于內(nèi)電極120的軸向長度，使得實現(xiàn)不同電極120的相似區(qū)域。因此，電極12