制造电容式电气装置的方法与流程

文档序号:13985209
制造电容式电气装置的方法与流程

本公开总体上涉及电气装置(诸如变压器和套管)。具体地,本公开涉及制造电容式电气装置的方法。



背景技术:

电气装置(诸如套管、电缆终端和测量变压器)以及电容器可以包括电容式电气装置。

例如,电容器可以包括围绕轴进行缠绕的导电层,它们一起形成电容式电气装置。导电层借助于电绝缘体(诸如绝缘薄膜)与另一导电层进行绝缘。

套管可以包括形成电容式电气装置的电容器芯。电容器芯包括多个导电层,该多个导电层彼此电绝缘并且沿着电气装置主体纵向地延伸。为了改善耐电强度,每个导电层的轴向长度比对应绝缘层的轴向长度要短,其中导电层夹在两个对应绝缘层之间。

对于大型电气装置,市场上可用的形成电绝缘的薄膜宽度可能小于电气装置所需的宽度。在这种情况下,可能需要将形成电容式电气装置的电绝缘的若干薄膜或薄片进行接合。一种已知的接合绝缘薄膜的方法是通过将薄膜重叠缠绕在一起。这种重叠在接头处创建了双层薄膜厚度区。此外,这在重叠的接头附近创建了具有空隙和空腔的高风险区。这又减少了接头区域的介电强度和/或可能在使用中造成局部放电。这样的搭接接头将使得难以或不可能制造出层叠薄膜的充分均匀的电容器芯。

当前另一种用于接合的方法涉及将纸张或其它多孔薄膜重叠放置,并在重叠中切割纸张并除去多余的材料,然后在用流体填充空腔、不均匀和裂缝的真空浸渍过程中用浸渍液来浸渍电容器芯。流体也可以为通过固化过程对例如树脂进行凝固的类型。这种方法需要大量的时间以用于浸渍和固化过程,这增加了制造成本。

GB1129995A公开了一种制造电绝缘套管的方法。该套管通过将至少两片柔性绝缘材料(例如纸张)并排缠绕在成形器等上而制成,这些材料起初重叠一段距离W,然后随着它们在成形器上一起向前供给,通过在该重叠区域用往复式切割器切割以产生互补的邻接锯齿形或锥形边缘。箔层可以与绝缘薄片交错以减少电应力。可以通过以下来增加绝缘:用例如绝缘油或绝缘气体、或者塑料树脂来浸渍套管材料,该塑料树脂可以通过使用加热辊在制造套管期间来固化。

DE2757256A1公开了一种用于电缆的同轴绝缘体,并且使用信号内导体或围绕柔性内导体的刚性内管来作为用于绝缘带或绝缘网的缠绕芯轴。若干这样的绝缘网以重叠的方式连续地施加到缠绕芯轴。在接触卷绕机之前,两个相邻网的重叠部分被修整成使得在两个相邻网之间形成一个狭窄的间隙。当缠绕芯轴和网切割装置中的一个静止时,它们可以被轴向地移动。因此,单个长度中的间隙被覆盖。作为备选,若干层中的间隙可以被顶层覆盖。

GB1339259A公开了一种制造套管的方法,其中两段绝缘薄片材料围绕成形器被缠绕。该文献旨在制造其中绝缘体的轴向长度明显超过所使用的纸张或其他绝缘薄片的宽度的套管。下图示出了两个绝缘片11和12以形成重叠15和16的重叠的方式被布置,其中当绝缘片被辊压到成形器13上时,切割器17切割重叠部分。以这种方式,两段纸张的相邻倾斜地切割的直边缘将以边缘对边缘邻接的关系来布置,形成具有螺旋形状且具有恒定轴向节距的对接接头。通过真空工艺用液体浇铸树脂可以浸渍完成的套管绝缘体,该液体浇铸树脂在固化时将纸卷结合缠绕在一起。



技术实现要素:

本公开的目的是提供一种制造具有接合薄膜的电容式电气装置的方法,其解决或至少减轻了现有技术的现存问题。

因此,根据本公开的第一方面,提供了一种制造电容式电气装置的方法,其中该方法包括:a)将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合,以获得单个电绝缘薄膜,该单个电绝缘薄膜具有比第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜中的任一个电绝缘薄膜单独具有的表面积更大的表面积,b)向单个电绝缘薄膜上提供导电层,以及c)将单个电绝缘薄膜和导电层围绕轴进行缠绕以获得缠绕到轴上的一层单个电绝缘薄膜和一层导电层,从而形成电容式电气装置。

借助于使第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜结合的接合过程,以在它们围绕轴进行缠绕之前形成单个电绝缘薄膜。借助于该结合,可以创建没有任何显著不均匀或空隙的电容式电气装置。在缠绕过程中可以创建接头,而不需要对电容器芯进行任何后处理。不需要浸渍过程,以获得单个电薄膜,该单个电薄膜具有单个电绝缘薄膜的基本均匀的介电特性、并且在第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜之间的接头中具有基本均匀的介电特性。

一个实施例包括:在步骤a)之前,将第一电绝缘薄膜的第一边缘和第二电绝缘薄膜的第二边缘朝向彼此放置,以获得第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜之间的槽,其中步骤a)包括:将结合剂施加到该槽中并且施加到第一边缘和第二边缘上,从而将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合。

一个实施例包括:在步骤b)之前,从单个电绝缘薄膜的表面去除多余的结合剂材料。

根据一个实施例,步骤a)包括:沿着整个第一边缘和整个第二边缘移动与槽平行的注射工具,其中当注射工具沿着整个第一边缘和整个第二边缘相对于第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜移动时,通过注射工具将结合剂提供到槽中。

根据一个实施例,所述放置包括:将第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜放置在第一辊上,并且通过旋转第一辊而朝向喷嘴供给第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜,其中步骤a)包括:借助于喷嘴将结合剂施加到槽中,以及a’)通过对第一辊与第二辊之间的单个电绝缘薄膜进行辊压来使结合剂在槽中成形。

根据一个实施例,结合剂是胶水或热塑性材料。

一个实施例包括:在步骤a)之前,将第一电绝缘薄膜的第一端部分与第二电绝缘薄膜的第二端部分重叠放置以获得重叠部分,其中步骤a)包括加热该重叠部分以将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合。

根据一个实施例,第一端部分包括第一电绝缘薄膜的第一边缘,并且第二端部分包括第二电绝缘薄膜的第二边缘,其中步骤a)包括:沿着重叠部分移动加热工具,该重叠部分平行于并沿着第一边缘和第二边缘的整个延伸部。

一个实施例包括:在步骤b)之前,从在步骤a)中创建的单个电绝缘薄膜的表面去除多余材料的步骤a”)。

一个实施例包括:在步骤a)之后,辊压在第一辊与第二辊之间的重叠部分以平整单个电绝缘薄膜。

根据一个实施例,第一辊和第二辊被加热,使得第一辊和第二辊中的每一个辊的最高温度处于接触重叠部分的相应分段。

根据一个实施例,步骤a)包括:将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合,以使得单个电绝缘薄膜获得比单独的第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜中的任一个电绝缘薄膜更长的轴向延伸部,其中该轴向延伸部被限定在轴的轴向方向上。

根据一个实施例,电容器芯是用于中压电气装置或高压电气装置的电容器芯。

根据一个实施例,导电层是导电箔。

根据本公开的第二方面,提供了一种可通过根据第一方面的方法获得的电容式电气装置。

一般而言,权利要求中使用的所有术语应当根据其技术领域中的普通含义进行解释,除非本文另有明确定义。所有对于“一/一个/该元件、设备、部件、装置等”的引用都应当被公开解释为指代元件、设备、部件、装置等的至少一个实例,除非另有明确说明。

附图说明

现在将通过参考附图借助于示例,来描述本发明构思的具体实施例,其中:

图1a至图1c示出了制造电容式电气装置的方法的流程图;

图2a至图2c示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第一示例;

图3示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第二示例;

图4a至图4d示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第三示例;

图5示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第四示例;

图6a至图6d示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第五示例;和

图7a至图7d示出了将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以用于制造电容式电气装置的第六示例。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明构思,其中示出了示例性实施例。然而,本发明构思可以以许多不同的形式来实施,并且不应当被解释为限于本文阐述的实施例;相反,这些实施例是作为示例提供的,以使得本公开将是彻底和完整的并将向本领域技术人员充分传达本发明构思的范围。在整个说明书中,相同的数字指代相同的元素。

本公开涉及一种制造电容式电气装置的方法。参考图1a,该方法包括:a)将第一电绝缘薄膜与第二电绝缘薄膜结合以形成单个电绝缘薄膜。该单个电绝缘薄膜具有比第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜中的任一个电绝缘薄膜单独具有的表面积更大的表面积。为此,步骤a)中的结合是第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜的接合。

第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜以这样的方式来结合:使得在它们之间形成的接头具有与第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜中的任一个电绝缘薄膜的厚度基本相同的厚度。如将在下文中更详细描述的,单个电绝缘薄膜的这种基本上均匀的厚度可以例如通过结合后的机械加工或成形接头而获得。

第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜中的每一个电绝缘薄膜可以例如由聚合物制成,例如热塑性膜、玻璃纤维网或玻璃。特别地,第一电绝缘薄膜和第二电绝缘薄膜可以由能够承受其使用时所产生高温的材料或材料的组合来制成。

在步骤b)中,向单个电绝缘薄膜上提供导电层。导电层可以例如是箔,或者其可以是施加到单个电绝缘薄膜的涂层。在涂层的情况下,该涂层例如可以是导电化合物层(诸如导电墨水或导电聚合物),或者其可以是金属化层。可以例如借助于物理气相沉积或通过借助于印刷装置印刷来施加涂层。这种印刷技术可以例如基于丝网印刷、喷墨印刷、间歇式网状涂层或槽模涂层。

在步骤c)中,将单个电绝缘薄膜和设置在单个电绝缘薄膜上的导电层同时围绕轴缠绕,以获得缠绕到轴上的一层单个电绝缘薄膜和一层导电层。因此,轴和在围绕轴缠绕的单个电绝缘薄膜形成电容式电气装置。

借助于上述过程可获得的电容式电气装置的示例是电容器芯和电容器。在电容器的情况下,电容性电气装置可以包括借助于单个电绝缘薄膜而与第一导电层电绝缘的第二导电层。在这种情况下,在步骤b)中,可以在单个电绝缘薄膜的两个相对表面中的每一个表面上设置相应的导电层。在步骤c)中,将单个电绝缘薄膜和设置在单个电绝缘薄膜的任一侧上的两个导电层缠绕在轴周围。

在电容式电气装置是电容器芯的情况下,可以在单个电绝缘薄膜上设置具有导电层的若干区域。没有设置导电层的那些区域限定了电容式电气装置的电绝缘区域。在步骤c)中将设置有若干导电层区域的单个电绝缘薄膜缠绕在轴周围,从而形成电容器芯。由此在轴周围获得多个电绝缘层和导电层。

参考图1b至图7d,将更详细地描述如何制造用于电气装置的电容式电气装置的若干示例。

图2a示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第一示例。在图2a中,第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b的边缘朝向彼此放置。特别地,第一电绝缘薄膜1a的第一边缘3a与第二电绝缘薄膜1b的第二边缘3b相邻且平行放置。第一边缘3a和第二边缘3b以彼此间隔很小的距离被放置,以使得在第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘系统1b之间形成槽5。

在图2b中,示出了注射工具7被放置在槽5周围,以使得注射工具可以将结合剂注入到槽5中,如借助于箭头A所示。注射工具7被布置成相对于槽5移动,该槽5沿着第一边缘3a的整个长度和第二边缘3b的整个长度平行于第一边缘3a和第二边缘3b。为此,注射工具7可以例如在第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b处于空间静止的情况下沿着槽5是可移动的,或者作为备选或附加地,第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b可以被布置成例如借助于进料辊移动以获得相对于注射工具7的相对运动。第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b(特别是槽5)由此可以经过注射工具7移动,以使得注射工具7可以用结合剂填充槽5。

在图2c中,示出了通过结合第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b而形成的单个电绝缘薄膜1c。结合剂因此填充槽5,并粘附到第一边缘3a和第二边缘3b。因此,在第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b之间形成接头9。然后可以在步骤b)和步骤c)中使用单个电绝缘薄膜1c来制造电容式电气装置。

注射工具7可以具有抵靠第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b并布置在槽5的一侧处的第一部分7a。第一部分7a具有基本上平面的表面并且形成槽5的底面。注射工具7还具有布置在槽5的相对侧的第二部分7b。第二部分7b包括可以注入结合剂的流道。随着注入工具7沿着槽5相对于薄膜1a和薄膜1b移动,已经被提供到槽5中的结合剂被成形。这样,通过接合薄膜1a和薄膜1b而创建的单个电绝缘薄膜1c可以获得基本上均匀的厚度。

参考图3,示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第二示例。根据该示例,第一电绝缘薄膜1b的第一边缘3a朝向第二电绝缘薄膜1b的第二边缘3b被放置,以使得在第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b之间创建槽5。第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b被放置在第一辊R1上,该第一辊R1将两个薄膜1a和1b朝向喷嘴11向前供给。当在第一辊R1上彼此相邻放置两个薄膜1a和1b时,喷嘴11基本上与两个薄膜1a和1b的组合宽度一样宽。第二辊R2与第一辊R1相邻设置,以使得在第一辊R1与第二辊R2之间创建小的间隙13。间隙13正好足够大,以使得薄膜1a和1b可以穿过。喷嘴11被放置在第一辊R1与第二辊R2之间的间隙13的上方。喷嘴11被布置成随着薄膜1a和1b移动到间隙13中并在第一辊R1与第二辊R2之间被挤压,将结合剂B输送到槽5中并输送到第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b上。第一辊R1和第二辊R2以相反的方向旋转,并且通过借助于结合剂B结合两个薄膜1a和1b而创建的单个电绝缘薄膜1c可以被辊压到第二辊R2上。

作为备选,喷嘴可以被放置在第一辊R1或第二辊R2中任一个辊的上方,距离间隙13有一个偏移。由此,从喷嘴排出的加热后的液体结合剂B可以在到达间隙13之前允许稍微冷却。由此,可以减少施加到第一薄膜1a和第二薄膜1b的结合剂B的任何滴落。

当在这些辊之间供给时,单个电绝缘薄膜1c在步骤a’)中借助于第一辊R1和第二辊R2成形。在步骤b)中可以向以这种方式获得的单个电绝缘薄膜1c上提供导电层,并且在步骤c)中将导电层缠绕到轴上以形成电容式场梯度装置。特别地,导电层可以有利地借助于印刷或喷涂来提供。导电层例如可以在单个电绝缘薄膜1c被辊压到第二辊R2上时施加。为此,导电层施加装置可以被布置在图3中的第二辊R2的右侧。

根据一个变型,第二辊R2可以是在图3中描述的过程中创建的电容式电气装置的轴。因此,当单个电绝缘薄膜1c已经完全缠绕在第二辊R2周围时,可以移除第二辊R2。

图4a至图4d示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第三示例。如上所述,第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b以第一边缘3a面向第二边缘3b的方式彼此相邻放置。在第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b之间形成的槽5的周围放置注射工具7’。注射工具7’具有空腔15,为了用结合剂填充槽5,可以在该空腔15中提供结合剂,以由此形成单个电绝缘薄膜。注射工具7’沿着第一边缘3a的整个延伸部和第二边缘3b的整个延伸部、平行于第一边缘3a和第二边缘3b是可移动的。注射工具7’可以沿着槽5移动,或者薄膜1a和1b可以被布置成在注射工具7’被布置成空间固定的同时而移动。

在图4c中,借助于图4b所示的结合过程已经获得单个电绝缘薄膜1c。在接合步骤之后存在的多余结合剂材料17可以从单个电绝缘薄膜1c的表面被去除。以这种方式,可以获得基本上均匀厚的单个电绝缘薄膜1c,如图4c所示。

图5示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第四示例。除了喷嘴11’更窄,并且通过结合过程形成的单个电绝缘薄膜1c在已经穿过第一辊R1与第二辊R2之间时被进一步向前供给之外,该示例与第二示例类似。更窄的喷嘴11’将结合剂B施加到槽5,其中大部分施加的结合剂B被限制为分布在槽5的附近。结合剂B的量适于使溢出量最小化。

可以向单个电绝缘薄膜1c上提供导电层,并且可以在步骤b)和c)中将单个电绝缘薄膜1c和导电层同时辊压到轴上以形成电容式电气装置。

根据一个变型,喷嘴可以被放置在第一辊R1或第二辊R2中任一个辊的上方,距离间隙有一个偏移。由此,从喷嘴排出的加热后的液体结合剂B可以在到达间隙13之前允许稍微冷却。由此,可以减少施加到第一薄膜1a和第二薄膜1b的结合剂B的任何滴落。

根据一个变型,用于接合的装置包括环形带,第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b在被结合在一起之前被放置在该环形带上。环形带的路径借助于由图5中的虚线形成的环路被示意性地示出。环形带为第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b提供支撑,并且在两个薄膜1a和1b已经被结合的情况下环形带还为单个电绝缘薄膜1c提供支撑。由此可以确保第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b被适当地结合在一起。

图6a至图6d示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第五示例。第一电绝缘薄膜1a的第一端部分19a与第二电绝缘薄膜1b的第二端部分19b重叠放置以获得重叠部分19c。在这种情况下,步骤a)包括加热该重叠部分19c以将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合。为此可以使用加热工具21。加热工具21可以沿着重叠部分19c移动,该重叠部分19c平行于并沿着第一边缘3a和第二边缘3b的整个延伸部。以这种方式,第一电绝缘薄膜1a和第二电绝缘薄膜1b可以借助于加热工具21被焊接在一起。所得到的单个电绝缘薄膜1c可能因加热过程而变形。为此,在执行步骤b)之前的步骤a”)中,在上述步骤a)中创建的单个电绝缘薄膜1a的表面上去除多余材料23。

根据一个变型,在使用中,加热工具21可以具有这样的温度梯度:其朝向被布置成加热重叠部分19c的部分而增加。

图7a至图7d示出了将第一电绝缘薄膜1a与第二电绝缘薄膜1b结合的第六示例。除了在结合之后,单个电绝缘薄膜1a借助于第一辊R1和第二辊R2被成形之外,该示例与第五示例相似。特别地,重叠部分19c被供给到第一辊R1与第二辊R2之间以使得单个电绝缘薄膜1c平整。由此可以获得单个电绝缘薄膜1a的更均匀的厚度。

根据第六示例的一个变型,第一辊R1和第二辊R2可以被加热,以使得第一辊R1和第二辊R2中的每一个辊的最高温度处于接触重叠部分19c的相应部分。在此,第一辊R1和第二辊R2中的每一个辊可以具有例如朝向它们与重叠部分19c接触的中部而增加的热梯度。

在本文公开的任何示例中,结合剂可以例如是胶水或热塑性材料。例如,可以通过烧蚀(例如激光烧蚀、机械去除工艺、热熔融、或不同的去除技术的组合)来去除由结合步骤所导致的多余结合材料或多余材料。

借助于本文公开的制造电容式电气装置的示例,在薄膜1a与1b之间形成的接合可以具有与单个电绝缘薄膜的其余部分基本相同的厚度。这导致更低的空隙风险,因此增加了单个电绝缘薄膜的介电耐受强度。

电容式场梯度装置可以特别适用于电气装置以及电容器(诸如套管、电缆终端、测量变压器等)。电容式场梯度装置可以适用于中压或高压应用,例如高压直流(HVDC)应用。示例电压从1kV到超过1000kV,例如10kV及以上。

以上主要参照几个示例来描述本发明构思。然而,如本领域技术人员容易理解的,在由所附权利要求限定的本发明构思的范围内,除了以上公开的实施例以外的其他实施例是同样可能的。

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