高压设备和制造高压设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压技术的领域，并且特定地涉及具有通过介电间隔材料而分离的至少两个电极的高压设备。
【背景技术】
[0002]高压套管用于在高电势携带电流通过平面(通常称为接地平面)，其中该平面处于与电流路径不同的电势。套管设计成使定位在套管内部的高压导体与接地平面电气绝缘。接地平面可以例如是变压器箱或壁。
[0003]为了在导体与接地平面之间获得电势分布的平滑，套管通常包括冷凝器芯。冷凝器芯是这样的本体，其典型地包括由导电材料制成的许多浮动同轴电极，其中这些电极通过介电间隔材料而分离。介电间隔材料通常是油浸渍或树脂浸渍纸。
【发明内容】
[0004]本发明涉及电气设备，其设置成提供延伸通过该设备的导体的电气绝缘。该电设备可以例如是套管或电缆终端。电设备包括通过介电部分而分离的至少两个电极。这些电极中的至少一个设置成处于浮动电势以便控制导体周围的电场。介电部分包括在两个邻近电极之间的至少一个不可浸渍电气绝缘膜的至少一个匝。电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，并且邻近彼此的不可浸渍绝缘膜的匝(如果存在的话)彼此结合，使得不可浸渍绝缘膜的匝和电极形成固体。
[0005]本发明还涉及制造电气设备的方法，该电气设备包括通过介电部分而分离的至少两个电极。方法包括:由至少一个不可浸渍电气绝缘膜的至少一个匝形成介电部分；以及使不可浸渍绝缘膜的任何相邻匝彼此结合，以及使电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，使得形成固体。在制造方法中，定位在两个电极之间的匝并未由可浸渍膜形成，并且所述匝中的至少一个的结合在形成所述匝时进行，使得所述匝到下面的匝/电极的结合将在所述匝将被下一个匝覆盖之前开始。
[0006]在方法中，结合可以例如通过使用表面等离子体激活或通过使用在结合期间处于黏滞相(即，处于液相或半液相)的物质来进行。这些方法是在匝被下一个匝覆盖之前便于该匝开始结合的方法的示例。也可使用便于这样的结合的其他方法。通过在匝被下一个匝覆盖之前发起该匝的结合，电气设备中空隙的数量以及由此部分放电和/或树枝化(treeing)的风险可以大大降低。
[0007]在方法的一些实现中，匝的结合实际上在添加下一个匝之前完成。在其他实现中，匝的结合在匝已经被下一个匝覆盖之后继续。然而，使匝结合到位于所述匝下面的匝或电极的过程的至少部分在所述匝被下一个匝覆盖之前进行。
[0008]在一个实施例中，介电部分不包括在两个邻近电极之间的任何浸渍匝。在另一个实施例中，已经浸渍以及由此不可浸渍的膜在制造过程中使用以在两个邻近电极之间形成匝。在该实施例中，介电部分将包括浸渍膜。
[0009]因为电气设备不必被浸渍、固化或后加热，制造时间和成本可以大大减少。此外，因为从制造过程消除使用环氧树脂或油，从制造过程消除浸渍步骤的可能性产生环境效益。
[0010]不可浸渍电气绝缘膜可以例如包括热塑性材料、玻璃材料和/或陶瓷材料。许多热塑性材料、玻璃材料和陶瓷材料展现比油或树脂浸渍纸更高的介电强度。这在材料厚度是低的时尤其真实，例如在两个电极之间的介电部分中。因此，在设备的指定额定电压处，这样的材料的使用允许更小的设备直径。
[0011]不可浸渍膜可以典型地比油或树脂浸渍纸的层要薄很多地制成，并且电极因此可以放置在离彼此更小的距离处。随着电极之间的较小距离，材料的介电强度增加，介电强度是在出现电击穿之前材料中维持的最高电场的度量。这还允许在电极之间的距离减少时电气设备的直径减少。
[0012]邻近电极之间的适合距离典型地位于4-5000 μm的范围内。通常，电极距离将位于50-1000 μ m的范围内，例如在50-300 μ m或100-250 μ m的范围内。
[0013]典型地，两个邻近电极之间的不可浸渍绝缘膜的匝的平均数量位于1-100的范围内，但可使用甚至更高数量的匝。通常，两个邻近电极之间的匝的平均数量将位于1-50的范围内，并且例如在1-20的范围内。
[0014]不可浸渍绝缘膜的厚度中的精度典型地也大大高于常规使用的浸渍纸的厚度中的精度。膜厚度中这样的精度改善导致电极之间的距离中的精度改善。此外，因为结合在形成匝期间已经开始，电极将在缠绕过程期间已经固定在它的位置处。这在其中在缠绕期间弓I入分离电极的制造方法中特别有益。电极的固定位置以及电极之间的距离中的精度提高两者都是将提高设备的场分级性质的可预测性的因素。电极组的场分级性质的可预测性改善还允许设备直径的减少。
[0015]减少的直径提供在设备的生产期间使用较少材料以及较低重量和较少空间占用的优势(既在运输时又在安装期间)。此外，减少的直径典型地导致热从电气设备中心的运输增强，从而使电气设备的热损坏的风险降低。
[0016]在一个实施例中，至少一个不可浸渍膜(介电部分由其形成)包括至少两个层，其中第一层具有第一材料并且第二层具有第二材料，该第一和第二材料展现不同的性质。由此实现介电部分可以从不同材料的有利性质获益。例如，第一和第二材料的机械性质的温度依赖性可以是这样的，其使得存在这样的温度范围，其中第一材料提供比膜的其他材料更好的粘合性质，而第二材料提供比其他材料更好的机械稳定性。
[0017]不可浸渍绝缘膜的相邻匝之间的边界和/或不可浸渍绝缘膜的匝与相邻电极之间的边界可包括具有与不可浸渍绝缘膜的匝的组成不同的组成的粘合物质。因此，在制造这样的电气设备时，在匝/电极之间引入粘合物质。备选地，形成结合使得外部粘合物质不是必需的，例如通过加热形成不可浸渍绝缘膜的部分的材料或通过表面等离子体激活。
[0018]电极可以由印刷或涂覆到至少一个不可浸渍绝缘膜中的至少一个上的导电材料形成。印刷或涂覆电极可以非常薄，使得可以实现在电场分布中具有高精度的电场的细分级。电极也可以由插入不可浸渍膜的匝之间的导电材料的箔形成。电极的厚度可以例如落在10nm-300 μ m的范围内。
[0019]在制造方法的一个实施例中，并排定位在设备的轴向方向上的至少两个膜用于形成匝，其具有比该至少两个膜中的单个的宽度更长的轴向长度。由此，可以获得具有任何轴向长度的电设备。当在制造过程中使用处于黏滞相的粘合物质时，两个这样的膜之间的间隙将用粘合物质填充，并且由此可以避免空隙。由并排定位的至少两个膜制造的电气设备从而将典型地沿至少一个匝的周边具有接头。
[0020]通常设置电设备使得所述电极中的至少两个在电设备的轴向方向上具有不同长度，并且使得至少一个电极的至少一个末端边缘未被任何外电极覆盖。在根据本发明的该方面的一些电气设备中，末端电极边缘中没有一个被外电极覆盖，而在根据该方面的其他电设备中，电极中的一些(至少一个)具有未被外电极覆盖的至少一个末端边缘(并且典型地在设备是套管时是两个末端边缘)，而外电极具有被外电极覆盖的末端边缘。在这里，如果外电极延伸到或超越末端边缘的轴向位置，外电极被说成覆盖内电极的末端边缘。术语末端边缘在这里用于指这样的边缘，其限定差不多垂直于导体的平面，如与轴向边缘(其与导体平行)相对。
[0021 ] 通过设置电极使得电极的至少一个末端边缘未被任何外电极覆盖，导体周围的电场将被高效分级。在该配置中，在未被任何外电极覆盖的末端边缘处的电场将在径向和轴向方向两者上具有明显分量。轴向电场分量可以产生不期望的树枝化和/或部分放电，除非电设备内部基本上没有空隙。凭借上文描述的制造方法，可以获得电设备，其中任何空隙的延伸小于ΙΟμπι，或更小。由此，可以在高压范围操作的电设备可以例如在36kV-1100kV或更高的范围内实现。
[0022]本发明的另外的方面在下面的详细描述以及附上的权利要求中阐述。
【附图说明】
[0023]图1是具有冷凝器芯的套管的示例的示意横截面图。
[0024]图2是根据本发明的实施例的冷凝器芯的示例的示意横截面图。
[0025]图3a图示不可浸渍绝缘材料的单层的膜。
[0026]图3b图示两个不同不可浸渍绝缘材料的双层膜。
[0027]图3c图示至少两个不同不可浸渍绝缘材料的三层膜。
[0028]图4示意地图示用于制造冷却器芯(其包括不可浸渍绝缘膜的匝)的设备的实施例。
[0029]图5a示意地图示用于制造冷却器芯(其包括不可浸渍绝缘膜的匝)的设备的实施例。
[0030]图5b示意地图示用于制造冷却器芯(其包括不可浸渍绝缘膜的匝)的设备的实施例。
[0031]图5c示意地图示可以在图5a或5b中示出的设备中使用的挤出嘴的口的示例。
[0032]图6示意地图示根据制造过程的实施例由两个分离的不可浸渍绝缘膜制造的冷凝器芯的介电部分的示例。
【具体实施方式】
[0033]图1示意地图示套管100的实施例，其中导体110延伸通过冷凝器芯115。导体110可以形成套管100的部分，或可以独立于套管100。图1是沿套管100的轴的横截面图。在两个末端处，导体110提供有端子112，用于使套管100连接到例如电缆、变压器等电气设备。冷凝器芯115作为分压器操作并且使电场沿套管100的长度分布，由此提供电势分布的平滑。
[0034]冷凝器芯115包括至少两个(并且通常至少三个或以上中的多个)电极120，其通过介电间隔材料的介电部分125而分离。介电部分125起到使电极120彼此分离的作用。电极120典型地同轴设置，其中内电极的半径小于外电极的半径。为了获得电场的高效分级，外电极120的轴向长度通常小于内电极120的轴向长度，使得实现不同电极120的相似区域。因此，电极12