采用烧结工艺和接地屏蔽技术的电工设备绝缘绕组的制作方法

本发明涉及的是电工设备绝缘绕组结构及其生产工艺，特别涉及的是电工设备绝缘绕组、电感线圈的绝缘结构及其烧结成型生产工艺。

背景技术：

目前，一般电工设备包括变压器、互感器、电抗器、仪器仪表、控制电器等，现有技术中上述电工设备的绝缘绕组和电磁线圈均采用带绝缘的导体或不带绝缘的金属箔在绝缘筒或骨架上绕成单层或多层的线圈，有的烘干后，再抽真空浸绝缘油，有的抽真空浸绝缘漆再烘干，有的抽真空浇注环氧树脂。

上述现有技术的绕组结构存在如下缺陷：首先，当绝缘层内存在杂质或气体时，绝缘强度(即每毫米能承受的最高电压)会急剧降低，尤其是气体的存在，影响最严重。传统的绝缘工艺主要靠抽真空来除去空气，即靠绕组绝缘层内气体压力同罐内真空环境之间压差来使气体逸出，并使液体绝缘介质渗入。当绝缘层内气体压力逐渐减小，同罐内即使是极高的真空度环境之间的压差越来越小时，绕组绝缘层内的残留气体便很难逸出。尤其当绝缘材料很光滑，又包得很紧，液体介质的稠黏度较高时，就更难渗入。于是，绕组在较低的电场强度下就容易产生局部放电。而局部放电的存在与发展，正是逐渐导致绝缘击穿的主要因素。因此，采用真空浸渍或浇注工艺的复合绝缘，不可避免会引发第二个缺点，即：不得不增加线圈绝缘材料的厚度，或者增加干式绝缘结构线圈绝缘材料表面至其它带电导体或接地体之间的空气绝缘距离，把残存在绕组绝缘层的气体计入到该空气绝缘距离内，靠调整固体绝缘材料层与空气层之间的电场强度分配来降低固体绝缘材料层和空气层承受的电压。于是就加大了电工设备整机的结构尺寸。第三，生产过程复杂，延长了生产周期。所有这一切，意味着产品生产成本和能耗的增加。

本发明人在专利号为2011101998401“电工设备绝缘绕组、电磁线圈及其烧结成型工艺”专利中，将绝缘材料采用烧结成型后，尽管绝缘材料内部气体排除较干净，不易产生局部放电，但是要做到一相绕组带电导体与其他相带电导体或接地部件之间绝缘层和空气层之间的场强合理分配，避免空气层产生游离和局部放电，还会使得空气层的厚度不能减到最小，得到最好的技术经济指标。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术的不足，提供一种新的绝缘结构和制造工艺，以提高绝缘材料的电气强度、减小绕组或线圈的结构尺寸、简化产品工艺过程、缩短产品生产周期和降低能耗和成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电工设备绝缘绕组、电磁线圈，其结构包括：金属导体、匝间绝缘、层间绝缘、内主绝缘层、外主绝缘层、端绝缘层、引线和绝缘表面导电屏蔽层，所述金属导体采用金属箔或有绝缘层的绝缘金属线。其特征在于：除绝缘金属线的匝间绝缘是靠自身的绝缘覆盖层外，绕组或线圈所有绝缘体均由含有热熔性绝缘材料的一种或一种以上绝缘材料包覆构成。

前述电工设备绝缘绕组、线圈结构，其特征在于：高压绕组或线圈的内主绝缘层、外主绝缘层、上端绝缘层、下端绝缘层的一侧外表面或两侧外表面或三侧外表面或四侧外表面贴附有一层接地导电屏蔽层。

前述电工设备绝缘绕组、线圈结构，采用的是烧结成型制造工艺，所述烧结工艺按如下主要步骤进行：

1)、在模芯和端盖上先绕制一定厚度的内屏蔽保护层(如果有)和端绝缘屏蔽保护层、连接有接地导线的导电端绝缘屏蔽层(如果有)，将接地导线在规定的位置引出模具端盖或模套；

2)、绕制连接有接地导线的导电内屏蔽层(如果有)，将接地导线在规定的位置引出模具端盖或模套；

3)、在模芯或接地屏蔽层(如果有)外绕制内主绝缘层到设计厚度；

4)、绕制焊好引线10的金属箔或绝缘金属线4、层间绝缘5、端绝缘9到设计规定匝数、层数和尺寸，将引线10包好绝缘11在规定位置引出模具端盖或模套；

5)、绕外主绝缘层6到设计厚度；

6)、绕制连接有接地导线的导电外屏蔽层7，将接地导线在规定的位置引出模具端盖或模套；

7)、卷绕一定厚度的外屏蔽保护层8；

8)、合上并紧固外模；

9)、在真空环境中加热模具内绕组，使绕组或线圈烧结成一整体、再在惰性气体加压条件下冷却凝固成型：将模具连同绕组或线圈一起放入真空容器内，在真空状态下逐渐加热至热熔性绝缘材料熔融温度，靠真空和绝缘材料自身具有的热收缩力、熔融时产生的热膨胀力三重作用逐渐排除绕组内气体，直到全部热熔性绝缘材料融化，并同金属导体和引线融合烧结成一整体，然后注入惰性气体，在加压状态下逐渐冷却凝固成型，脱模后形成一个包括引线和接地屏蔽层在内的整体绕组或线圈。

10)、所述内外绝缘和端绝缘外壁的导电屏蔽层的材料是金属箔、非金属导电膜、金属镀层、导电涂层。

本发明的有益效果是：

(1)、绕组或线圈的关键部位绝缘(主绝缘、端绝缘、匝间绝缘和层间绝缘)均采用全部或部分为高介电强度的热熔性绝缘材料烧结成型，使绕组或线圈的介电性能在同等结构尺寸下比传统绝缘结构的产品更优越。

(2)、绕组或线圈内的气体靠抽真空和绝缘材料自身热收缩力和熔融时热膨胀力的三重作用来祛除的，比起任何一种传统结构和工艺来会排除得更干净，从而可极大地降低绕组或线圈内部的局部放电量水平、提高电气绝缘强度。

(3)、高压绕组或线圈的部分或全部外表面贴附有接地的导电屏蔽层，使得绕组内带电导体与接地屏蔽层之间的场强全部由固体绝缘来承担，可大大减少电工设备高压绝缘绕组或线圈的相与相之间、相对地之间、以及高压对低压绕组或线圈之间的空气绝缘距离，从而大大缩小电工设备的整体外形尺寸、减少材料消耗、降低有功功率损耗和电能损耗。

(4)、绕组或线圈具有更好的整体性和一致性，大大提高了机械强度和抗突发短路能力。

(5)、简化了工艺流程，缩短了生产制造周期。

(6)、降低了设备的整体生产成本。

附图说明

图1是本发明电工设备以圆形为例的高压绝缘绕组、线圈结构纵剖面示意图；

图2是图1的结构平面剖视图。

《附图中序号说明》

1：内屏蔽保护层2：导电内屏蔽层3：内主绝缘层

4：绝缘金属线5：层间绝缘层6：外主绝缘层

7：导电外屏蔽层8：外屏蔽保护层9：端绝缘

10：引线11：引线绝缘层12：屏蔽层接地线

13：端屏蔽保护层14导电端屏蔽层

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进一步详述。

本发明提供一种电工设备绝缘绕组、线圈结构，其结构包括：内屏蔽保护层1，导电内屏蔽层2，内主绝缘层3、绝缘金属线4、层间绝缘层5、外主绝缘层6、导电外屏蔽层7、外屏蔽保护层8、端绝缘9、引线10、引线绝缘层11，屏蔽层接地线12，端绝缘屏蔽保护层13，导电端绝缘屏蔽层14

所述金属导体采用的是金属箔或有绝缘层的绝缘金属线，除绝缘金属线的匝间绝缘是靠自身的绝缘覆盖层外，绕组或线圈所有绝缘体均由含有热熔性绝缘材料的一种或一种以上绝缘材料包覆构成。

所述热收缩热熔性绝缘材料是.聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚酯、聚酰亚胺、尼龙、硅橡胶等等及其复合物。

所述内外绝缘和端绝缘外壁的导电屏蔽层的材料是金属箔、非金属导电膜、金属镀层、导电胶涂层。

所述电工设备绝缘绕组、线圈结构，采用的是烧结成型制造工艺，所述烧结工艺按如下主要步骤进行：

1)、在模芯和端盖先绕制一定厚度的内屏蔽保护层1(如果有)和端绝缘屏蔽保护层13、连接有接地导线10的导电端绝缘屏蔽层14(如果有)，将屏蔽层接地导线12在规定的位置引出模具端盖或模套；

2)、绕制连接有接地导线的导电内屏蔽层2(如果有)，将接地导线在规定的位置引出模具端盖或模套；

3)、在模芯或接地屏蔽层(如果有)上绕制内主绝缘层3到设计厚度；

4)、绕制焊好引线10的金属箔或绝缘金属线4、层间绝缘5、端绝缘9到设计规定匝数、层数和尺寸，将引线包好绝缘11在规定位置引出模具端盖或模套；

5)、绕外主绝缘层6到设计厚度；

6)、绕制连接有接地导线的导电外屏蔽层7，将接地导线在规定的位置引出模具端盖或模套；

7)、卷绕一定厚度的外屏蔽保护层8；

8)、合上并紧固外模和引线套管；

9)、在真空环境中加热模具，使绕组或线圈烧结成一整体、再在惰性气体加压条件下冷却凝固成型：将模具连同绕组或线圈一起放入真空容器内，在真空状态下逐渐加热至热熔性绝缘材料熔融温度，靠真空和绝缘材料自身具有的热收缩率、熔融时产生的热膨胀力三重作用逐渐排除绕组内气体，直到全部热熔性绝缘材料融化，并同金属导体和引线融合烧结成一整体，然后注入惰性气体，在加压状态下逐渐冷却凝固成型，脱模后形成一个包括引线和接地屏蔽层在内的整体绕组或线圈。

所述绝缘绕组或电磁线圈当采用金属箔作导体时，每一绕组或线圈可以将两层或三层同相或不同相的金属箔，其间分别加上匝间或层间绝缘薄膜一起并绕烧结成型。

所述绝缘绕组或电磁线圈可以用一套模具将同一相、同一电压等级或不同电压等级的两段或三段绕组留出气道，一起缠绕，一起烧结成型。

所述惰性气体是氮、氩、二氧化碳等等或其混合物。