电气衬套以及制造电气衬套的方法与流程

1.本发明涉及一种电气衬套，尤其涉及一种具有用于防止锁定复合物中的热致应力的装置的衬套。另外的方面涉及一种用于制造衬套的方法。


背景技术：

2.电气衬套用于通过具有不同电势的平面(例如接地变压器壳体)绝缘和转换电力。这种衬套的结构和尺寸取决于相应的要求，并且大多数类型的衬套根据特定的应用需求和参数范围进行制造。
3.冷凝器芯衬套是用于中压至高压应用的常见电气衬套。在冷凝器芯衬套中，包括多层间断的导电层和介电膜的芯围绕中心导体设置，从而通过电容分级来控制电场的分布。将这种衬套的芯和凸缘彼此固定的一种方式是使用如文献ep3579 252a1中所述的锁定复合物。
4.在某些应用中，衬套在操作期间可能会承受大温度变化，尤其是在室外应用中。例如，在室外变压器应用中，出现的最高温度与变压器的热油填充有关，并且如果变压器不在高功率负载下运行，则最低温度对应于环境温度。由于用于衬套的材料的热膨胀系数不同，在固化的锁定复合物内以及芯和凸缘的界面处的重复机械应力可能导致接合件过早失效并因此导致衬套过早失效。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，减轻芯和凸缘的相对热膨胀对锁定复合物和芯材料的影响。
6.该目的尤其通过根据独立权利要求的电气衬套以及用于制造电气衬套的方法来实现。改进和有益性是其他权利要求的主题。
7.根据电气衬套的至少一个实施例，电气衬套包括具有彼此固定的下部和上部的凸缘，并且还包括被凸缘围绕的芯。凸缘通过锁定复合物(locking compound)固定到芯，该锁定复合物设置在凸缘和芯之间的接合件的体积中。接合件的体积还容纳有可压缩材料，可压缩材料被配置为响应于接合件的体积的变化而压缩或膨胀。
8.术语“凸缘的下部”和“凸缘的上部”并不意味着对这些元件在空间中的实际位置的限制。例如，凸缘的下部是提供用于将衬套安装到电气设备(例如变压器壳体、开关设备或电抗器)的安装面的部分。
9.因此，接合件包括接合件的体积中填充有可压缩材料的部分。例如，由于用于凸缘和芯的材料的不同的热膨胀系数，接合件的体积可以在衬套的操作期间发生变化。例如，可压缩材料可设置为与锁定复合物直接相邻。例如，可压缩材料填充接合件的体积的10％到90％之间的体积。可压缩材料可在衬套的整个寿命期间保持稳定或者可以在衬套的制造期间在锁定复合物固化之后完全或部分分解或降解。
10.除了锁定复合物之外，还提供了包括可压缩材料的部分并且该部分在高负载循环和低负载循环之间具有更高温度耐受性的优点。这是由易于可压缩的材料所保持的增加体
积的效果，当衬套材料(例如芯、凸缘或锁定复合物本身)的热膨胀或收缩将以其他方式导致对锁定复合物的压缩或剪切时，该易于可压缩的材料用作膨胀接合件。这意味着，相比于传统的衬套，本文公开的衬套可在更宽的环境温度范围和更高的负载下运行。另一个优点是对更广泛的合适的锁定复合物的潜在使用，例如，现在可以使用一些高韧性但易碎的树脂代替耐用性更差的橡胶状聚合物，从而改善衬套的机械性能。
11.例如，锁定复合物可以防止芯相对于其他衬套部件，例如相对于凸缘的轴向或径向运动。
12.用于将衬套安装到电气设备的装置包括、但不限于螺栓、铆钉、夹具等。芯可以延伸穿过凸缘并进入电气设备的体积中。凸缘可以在凸缘的圆柱形部分的内部具有一个或多个凹部、通道或凹槽，当芯位于凸缘中时，在凸缘和芯之间形成接合件体积。凹槽可以是环形的或者其可以沿着环形路径被中断成各段。接合件体积可以由一个或多个单独的体积组成。凹槽可包括附加的特征，当形成接合件时，这些附加的特征提供用于改进形状锁定的部分，例如凹痕、槽等。凸缘可设置有一个或多个注射通道，该一个或多个注射通道允许将锁定复合物注射到接合件体积中。凸缘可具有附加的垫圈通道，当提供垫圈时，该垫圈通道将凸缘密封抵靠芯和/或将凸缘的下部密封抵靠凸缘的上部。
13.凸缘(例如凸缘的上部)可被构造为接收围绕芯的绝缘体。绝缘体可与凸缘形成封闭密封。然而，根据衬套的应用，也可省去这种绝缘体。
14.根据至少一种实施例，芯具有第一部段，其直径大于第二部段的直径以及第三部段的直径，其中，第一部段沿衬套的轴向设置于第二部段和第三部段之间。例如，第一部段是芯在凸缘内具有芯的最大直径的部分。在轴向方向上，第一部段由芯的直径减小的两个过渡部界定。
15.例如，凸缘形成用于芯的第一部段和第二部段之间的第一过渡部的基座，其中，接合件的体积位于芯的第一部段和第三部段之间的第二过渡部处。第二部段可以设置成比第三部段更靠近衬套的安装面，或者反之亦然。当在衬套的横截面图中观察时，第一部段和第二部段之间的过渡部和/或第一部段和第三部段之间的过渡部可以具有锥形或阶梯形状。凸缘的基座可被充分地形状锁定，使得芯相对于凸缘的运动自由度被限制为在一个或多个方向上。例如，基座为圆锥形基座、球面基座、阶梯式基座等。
16.例如，可压缩材料位于锁定复合物的背离基座的侧上。因此，可压缩材料可随着接合件的体积的减小而被压缩。
17.根据至少一种实施例，基座位于凸缘的下部并且接合件至少部分地位于凸缘的上部，或者反之亦然。换言之，基座和接合件至少部分地与凸缘的不同部分相邻。
18.根据至少一种实施例，可压缩材料相对于其无负载体积可压缩至少10％或至少20％或至少30％。例如，可压缩材料的轴向范围在轴向方向上压缩至少10％可以弹性地执行，使得可压缩材料随着接合件的体积又增加而膨胀。
19.根据至少一种实施例，可压缩材料包括以下中的至少一种：弹性体、凝胶、可压缩填料、膨胀剂。例如，可使用泡沫聚合物或泡沫弹性体材料。使用这些材料可获得接合件的长期高可靠性。原则上，可以使用任何提供足够的可压缩性并且在衬套的制造和操作期间提供足够机械稳定的材料。
20.根据至少一种实施例，接合件是跨芯的周缘的环形接合件。因此，接合件在平行于
衬套的安装面延伸的平面中完全围绕芯。
21.根据至少一种实施例，锁定复合物为环氧型树脂、环氧树脂型粘合剂、硅酮型粘合剂或聚氨酯型粘合剂。这些材料能够在芯和凸缘之间实现可靠且机械稳定的接合件。
22.根据至少一种实施例，衬套是电容分级衬套。
23.此外，还限定了一种用于制造电气衬套的方法。该方法适用于制造例如上述衬套。因此，结合衬套所描述的特征也可适用于该方法，或者反之亦然。
24.根据至少一种实施例，该方法包括以下步骤：提供芯以及具有上部和下部的凸缘，围绕芯设置凸缘的上部和下部，将上部和下部彼此固定，以及在凸缘和芯之间形成接合件。例如，形成接合件包括注射锁定复合物的步骤，锁定复合物填充接合件的体积的第二部分，其中，在接合件的体积的第一部分中提供可压缩材料。锁定复合物在其与可压缩材料接触时固化。这些方法步骤例如以上述顺序执行。
25.例如，凸缘的上部和凸缘的下部例如以机械方式彼此连接。例如，在凸缘部分彼此连接之前，将芯插入到凸缘的上部或下部之一，将凸缘的另一部降低到芯上方。例如，下部和上部形成密封。
26.通常，锁定复合物由技术人员通过一个或多个注射通道进行注射，但该过程也可以自动化。例如，接合件体积被填充为使得可压缩材料和锁定复合物一起填充整个体积。换句话说，锁定复合物填充接合件的之前尚未被可压缩材料填充的剩余体积。然而，部分填充是可接受的。在填充之后，注射通道可以被密封，例如通过插塞密封。
27.例如，可压缩材料被提供为附接到凸缘部之一的预制元件，例如在凸缘部彼此连接之前附接到凸缘部之一的预制元件。这有利于可压缩材料在待成形的接合件的体积内的设置。
28.根据至少一种实施例，在将上部和下部彼此固定之后，将锁定复合物注入到接合件中。换句话说，芯在凸缘部已经彼此连接的状态下固定到凸缘。
29.根据至少一种实施例，使用手持设备或混合设备执行注射，其中，在注射后密封接合件。
30.根据至少一种实施例，锁定复合物通过将其加热到至少50℃的温度而硬化。固化步骤的温度和时间通常取决于锁定复合物并且可适当地选择。一旦锁定复合物硬化，则芯相对于凸缘的位置就固定。
附图说明
31.所述衬套和所述方法的另外的实施例和改进方案将从下面结合附图描述的示例性实施例中变得明显。作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于任何其他实施例或与任何其他实施例结合使用以产生另外的实施例。本公开旨在包括这种修改和变型方案。
32.在附图中：
33.图1示出了根据本公开的衬套的示例性实施例的截面图；
34.图2示出了根据本公开的衬套的另一示例性实施例的截面图；以及
35.图3示出了用于制造衬套的方法的示例性实施例。
36.在示例性实施例和附图中，相似或类似作用的构成部件具有相同的附图标记。通常，仅描述相对于各个实施例的差别。除非另有说明，否则一个实施例中的部分或方面的描
述也适用于另一实施例中的相应部分或方面。
37.附图中所示的元件及它们彼此之间的大小关系不一定按比例绘制。而是为了更好的表示性和/或为了更好的理解，可能用扩大尺寸表示单个元件或层厚度。
具体实施方式
38.图1是根据本发明实施例的衬套的示意图。衬套1具有位于凸缘3中的芯2。凸缘包括下部31和上部32。下部31形成用于将凸缘3安装到设备的安装面30。
39.凸缘3，例如下部31和上部32可以由金属或金属合金制成，例如由铝合金或不锈钢制成。
40.例如，芯2是机加工树脂浸渍纸冷凝器芯。沿着衬套1的轴向方向，芯包括设置在第二部段22和第三部段23之间的第一部段21，其中，第一部段21的直径大于第二部段22和第三部段23的直径。凸缘3的下部31具有形成基座6的锥形部段，该基座6匹配芯的第一部段21和第二部段22之间的第一过渡部26。在所示的示例性实施例中，第一过渡部26是芯2的锥形部段，从而提供用于将芯2对准并固定在凸缘3的下部31内的部件。然而，其他形状也可用于该第一过渡部26。
41.凸缘3的上部32连接，例如夹持或螺栓连接(未明确示出)到凸缘3的下部31，并通过o形环垫圈5a密封。垫圈设置在形成于上部32和下部31中的至少一个中(例如如图1所示形成在下部中)的环形轴向凹槽中。此外，凸缘3(例如上部32)通过三个o形环垫圈5b密封抵靠芯2。这些垫圈位于凸缘3的上部32的内表面上的凹部内。垫圈5a、5b防止污染物和湿气进入并且防止在注射过程中液态的锁定复合物的损失。
42.凸缘3的上部32还具有凹部，当该上部32安装在芯2上时，该凹部形成接合件10的体积。形成接合件体积的凹槽是环形的并且由第一部分11和与该的一部分相邻的第二部分12组成。
43.当沿轴向方向观察时，接合件10的体积在一侧由凸缘过渡部15界定并且在相反侧由芯2的第一部段21和第三部段23之间的锥形第二过渡部27界定。这种布置使芯2在锁定之后相对于凸缘3固定至适当位置。在所示的实施例中，凸缘过渡部15构成为形成垂直于轴向方向延伸的凸缘表面的台阶。然而，也可以使用不同于90
°
的角度。
44.在径向方向上，第二过渡部27与凸缘的锥形部段14相邻从而形成接合件10的体积，该接合件在轴向方向上朝安装面30对称地逐渐变细。
45.第一部分11是接合件10的填充有可压缩材料4的部分，并且第二部分12填充有锁定复合物45。例如，可压缩材料包括(诸如闭孔硅酮泡沫的)泡沫并且锁定复合物为热固性环氧树脂。然而，也可以使用其他材料，例如在说明书的其他部分中提到的那些材料。
46.第一部分11设置在第二部分的背离基座6的一侧上。
47.如果由于不同的热膨胀系数，芯2在轴向方向上比凸缘3膨胀得更强烈，则接合件10的体积减小并且可压缩材料4被弹性压缩。在这种情况下，第二过渡部27沿远离安装面30的方向轴向运动，从而将力施加在锁定复合物45上，该力通过可压缩材料4传递到凸缘过渡部15。通过这种构造，凸缘过渡部15提供了足够的固定以使衬套1对于其功能而言足够刚性，同时通过可压缩材料4，非常小的运动能够补偿不同的热膨胀。因此，衬套1的其他元件上的机械负载(例如，锁定复合物45和凸缘3上的机械负载)减小，特别是与接合件的体积被
刚性的锁定复合物完全填充的情况相比。
48.在图1的示例性实施例中，基座6位于凸缘3的下部31处并且接合件10位于凸缘3的上部32处。例如，接合件的整个体积位于凸缘3的一个部分，即上部32中。然而，该设置也可以颠倒，使得基座6由凸缘3的上部32提供。
49.图2是根据本发明的另一实施例的衬套的示意图。
50.该另一示例性实施例基本上对应于先前描述的实施例。
51.与先前描述的实施例不同的是，接合件10的体积至少部分地形成为与凸缘3的与基座6相同的部分相邻，即在凸缘3l的下部31中。换言之，该体积位于凸缘3的下部31和凸缘的上部32之间的界面处。例如，该体积的第一部分11与上部32相邻并且第二部分12与凸缘3的下部31相邻。例如，接合件10的体积由上部32内的环形凹槽以及下部31内的另一个环形凹槽形成，使得当上部和下部围绕芯2安装时，每个部分各自形成接合件10的体积的一部分。
52.如前面的实施例，凸缘3的下部31通过三个o形环垫圈5a密封抵靠芯。凸缘的下部31被螺栓连接或夹持到凸缘3的上部32。凸缘3的上部32通过o形环垫圈5b密封抵靠芯。垫圈5a、5b位于凸缘3的上部和下部的内表面上的凹部内。
53.上部32具有环形凹部325，其被构造为接收绝缘体(图中未示出)的端部。
54.如前面的实施例，芯2的第一部段21由第一过渡部26和第二过渡部27界定，其中，第一过渡部位于基座6处并且第二过渡部位于接合件10处。芯2的位于第一部段21外的直径小于第一部段中的直径，使得在制造衬套1期间芯可以被容易地插入到凸缘的下部31中。然而，第一部段21的直径不必在第一部段的整个轴向范围内保持恒定，如图2所示。
55.图3示出了一种用于制造衬套1的方法，该衬套可以例如结合图1和图2所述的构造。为了更好的理解，尽管图3中没有示出各个构件，但对衬套的构件使用与图1和图2中相同的附图标记。
56.在方法步骤701中，提供芯2以及具有上部32和下部31的凸缘3。上部和下部是凸缘的分开的元件，它们被构造为在后续步骤中彼此固定。例如，上部和下部可以通过铸造形成。
57.在方法步骤702中，凸缘3的上部32和下部31围绕芯2设置。例如，芯2被插入到下部31中。这可以通过将芯2手动或借助升降机或吊机降低到凸缘3的下部31中实现。在这个阶段，芯2可以搁置在下部31的基座6上。在降低芯2之后，可以检查芯2的正确安置并且可以进行对芯的位置的调整。
58.之后，可以以类似的方式将上部32降低到芯2上方。可替代地，基座6也可以由凸缘3的上部32提供。在这种情况下，芯被插入到凸缘的上部32中。
59.例如，可压缩材料4被设置在要在芯2和凸缘3之间形成的接合件10的体积的第一部分中。例如，可压缩材料4是搁置在凸缘部之一中的预制环形元件。
60.在方法步骤703中，上部32和下部31彼此固定，例如(诸如通过夹持或螺栓连接)机械地彼此固定。例如，上部32和下部31之间的密封可以通过两个部之间的一个或多个垫圈实现。在这个阶段，芯2已经保持在凸缘3内。
61.在方法步骤704中，形成凸缘和芯之间的接合件10。为此目的，将锁定复合物45注射至接合件10的体积的第二部分12中。例如，锁定复合物45填充接合件10的之前尚未填充
有可压缩材料4的整个剩余体积。通常，锁定复合物45由技术人员通过一个或多个注射通道进行注射，但是该过程也可以是自动化的。在注射之后，注射通道被密封，例如通过插塞密封。
62.在注射之后，锁定复合物45在其与可压缩材料4直接接触的同时固化直到锁定复合物硬化。固化步骤可以涉及加热衬套1或衬套1的部分，例如通过使用烤箱或加热垫。固化步骤的温度和时间通常取决于锁定复合物，例如热固性聚合物可能需要在80℃的温度下持续4小时。
63.一旦锁定复合物硬化，则芯2在凸缘3内对齐并在径向方向和轴向方向上保持在适当位置。然而，如果在衬套1的操作期间接合件10的体积由于芯的轴向热膨胀大于凸缘3的体积，则可压缩材料4被弹性压缩，从而减轻衬套1的其他元件上的机械应力，例如锁定复合物45和凸缘3上的机械应力。
64.衬套1已经结合冷凝器芯衬套进行了描述，但是本发明的概念也可以用于任何其他类型的电气衬套，例如实心衬套，也称为块状衬套。本领域的普通技术人员将意识到，衬套的部件可以由多种可用材料和复合材料制成，因此不能将提及的特定材料理解为限制。衬套的芯2可由任何合适的材料或化合物制成，例如树脂浸渍纸、树脂浸渍合成材料或固体环氧树脂。
65.通过基于所述示例性实施例的描述，本发明不限于示例性实施例。而是，本发明包括任何新的特征以及各特征的任何组合，其特别包括权利要求中的特征的任何组合以及示例性实施例中的特征的任何组合，即使这些特征或组合本身未明确在权利要求或示例性实施例指定。
66.附图标记列表
[0067]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬套
[0068]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
接合件
[0069]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一部分
[0070]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二部分
[0071]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
锥形部段
[0072]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
凸缘过渡部
[0073]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
芯
[0074]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一部段
[0075]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二部段
[0076]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第三部段
[0077]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一过渡部
[0078]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二过渡部
[0079]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凸缘
[0080]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀ
安装面
[0081]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀ
下部
[0082]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀ
上部
[0083]
325
ꢀꢀꢀꢀ
凹部
[0084]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
可压缩材料
[0085]
45
ꢀꢀꢀꢀꢀ
锁定复合物
[0086]
5a、5b 垫圈
[0087]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
基座
[0088]
701
ꢀꢀꢀꢀ
步骤
[0089]
702
ꢀꢀꢀꢀ
步骤
[0090]
703
ꢀꢀꢀꢀ
步骤
[0091]
704
ꢀꢀꢀꢀ
步骤。