高压设备和制造高压设备的方法_2

文档序号:9422894阅读:来源:国知局
0的末端边缘127典型地形成阶梯,使得电极120的末端边缘127未被任何外电极120覆盖,如在图1中示出的。术语末端边缘127在这里用于指这样的边缘,其典型地形成差不多圆形(螺旋形)形状,并且其限定差不多垂直于导体110的平面,如与轴向边缘(其大致平行于导体110)相对。
[0035]如期望的话,冷凝器芯115可以另外或备选地设置至少一些电极120使得内电极120在轴向方向上比冷凝器芯115末端的至少一个处的外电极120延伸更短的距离,使得由电极边缘127采用与在图1中示出的相对的方式在从冷凝器芯末端朝冷凝器芯115的中心的方向上形成阶梯。
[0036]在这样的设置(其中电极120的末端边缘127在冷凝器芯末端处形成阶梯)中,电极120的末端边缘127处的局部电场将大大高于套管100内部的电场,并且将在径向和轴向方向两者上具有明显的分量。然而,电极120的变化轴向长度进一步导致末端边缘127之间的轴向距离、末端边缘127处以及末端边缘127之间的轴向场由此减少。
[0037]在两个电极120之间没有另外的电极120,使得这两个电极120仅通过介电部分125分离,这样的两个电极120在这里将称为邻近电极120。
[0038]图1的套管100进一步包括环绕冷凝器芯115的细长绝缘体130,以及法兰(flange)135,其可以用于使套管100电连接到接地平面140,典型地经由冷凝器芯115的最外电极120或经由冷凝器芯115的外电极120中的一些。应注意接地平面140不必接地,但可具有与地面不同的电势。然而,接地平面140将具有与导体110在使用中时的电势不同的电势,并且术语接地平面在下文将为了便于描述而使用。
[0039]典型地,最外电极120连接到处于接地平面140的电势的法兰135,或其他部分。在一些套管100中,最内电极120设置成处于导体110的电势,而在其他套管100,最内电极120设置成处于浮动电势。定位在最内和最外电极120之间的电极120典型地设置成处于浮动电势,但套管可具有定位在最内和最外电极之间并且设置成处于固定电势的一个(或多个)电极120,该固定电势与导体11的电势和接地平面140的电势不同。
[0040]在套管100中提供电极120的主要原因是使导体110周围的电场在接地平面140位点周围几何成形,以便避免导体110与接地平面140之间的闪络。在套管内部,两个邻近电极120之间的电场将主要在套管100的径向方向上。然而,在电极120的末端边缘127处,电场将在轴向和径向方向两者上具有明显分量。轴向场从避免在套管轴向方向上延伸的空隙方面产生特殊要求:空隙(例如,空气、其他气体的间隙/泡或真空)的数量在高压套管中需要保持为最小。在存在在轴向方向上延伸的空隙的情况下,轴向场可以促使电荷在电极120之间移动,并且树枝化的风险将增加。树枝化可能引起电场中的不利改变,并且可以最终引起电击穿。此外,空隙的存在可以引起部分放电,其除导致介电材料老化外还将产生电信号。在套管连接到需要监视的设备(例如,变压器)的情况下,这样的电信号可以扰乱监视测量。因此,存在使套管100中空隙的存在最小化的期望。
[0041]冷凝器芯115常规用将形成介电部分125的介电材料(例如纸或无纺塑料)片缠绕。电极120常规在缠绕过程期间在适合的位置处进入绕组。在缠绕后,介电材料常规用例如油或热固聚合物(例如,树脂)等电气绝缘浸渍剂浸渍。通过使用浸渍剂,可以获得介电部分125,其从空气、其他气体的间隙/泡或真空方面来看基本上没有空隙。
[0042]具有浸渍纸作为介电间隔材料的冷凝器芯115的制造中的后缠绕处理是非常耗时的并且因此昂贵。纸典型地首先缠绕在导体上。纸然后被干燥、浸渍和固化(在热固聚合物情况下)或被干燥且浸渍(在油情况下)。冷凝器芯采用干燥/浸渍/固化形式的该后缠绕处理通常花费约一周或更多。因此,有找到不太耗时但仍然提供具有充分电气和机械性质的套管的改进制造方法的强烈期望。
[0043]根据本发明,包括至少两个电极120 (其通过介电部分125分离)的电设备可以通过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而获得。不可浸渍绝缘膜的任何相邻匝彼此结合,使得形成固体。在制造电气设备的方法中,不可浸渍绝缘膜的匝结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝(如果存在的话),而电极120结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝。定位在两个电极之间的匝不是由可浸渍膜形成。此外,在制造方法中,不可浸渍绝缘膜的匝的结合在形成匝时进行,使得特定匝到定位在下面的匝/电极的结合将在该特定匝安全被下一个匝完全覆盖之前开始。
[0044]在这里,如果膜无法被电气绝缘浸渍流体(例如油、树脂、酯油或电气绝缘气体)浸渍,则它称为不可浸渍的。另一方面,可浸渍膜具有结构使得在膜的一侧上存在开口,这样的开口经由连接/空隙(在这里称为通道,其中浸渍流体可从膜的一侧运输到另一侧)连接到膜的另一侧上的开口。当可浸渍膜被浸渍时,这样的通道将用浸渍流体(固化或不固化)填充。因此,如果膜具有填充有例如油、固化树脂、酯油或电气绝缘气体等电气绝缘浸渍剂,则它在这里称为被浸渍。因此,如果存在填充有电气绝缘浸渍剂的通道(其引导通过匝(通常采用蜿蜒方式)),匝称为被浸渍。另一方面,不可浸渍膜不具有这样的通道。如果不可浸渍膜暴露于浸渍过程,在浸渍剂可以运输所通过的膜结构中将没有通道。在一些境况下,扩散可起到便于浸渍剂也进入不可浸渍膜的作用。在一些情况下,不可浸渍膜可包含例如电气绝缘浸渍剂的重量的5%。然而,扩散是比浸渍过程慢得多的过程并且未导致填充有浸渍剂的通道,并且由此未导致浸渍膜。
[0045]通常,介电部分125由超过一个匝形成,使得形成多匝介电部分。
[0046]通过由至少一个不可浸渍绝缘膜的匝(其结合到固体)形成介电部分,将不需要浸渍剂并且冷凝器芯115的后缠绕处理可以明显减少或消除。典型地,在冷凝器芯115中将不存在已经用电气绝缘流体浸渍的材料(但在一些境况下,可以使用预先浸渍膜,其在介电部分125缠绕时是不可浸渍的,从而导致其中存在浸渍膜的匝的冷凝器芯115)。通过在匝的形成期间使不可浸渍绝缘膜的相邻匝结合在一起,并且使电极120结合到不可浸渍膜的相邻匝,介电部分125从空气、其他流体的间隙/泡或真空方面可以基本上没有空隙。从而可以避免部分放电而没有冷凝器芯115的任何浸渍。同时,冷凝器芯115将从吸附力和防止流体迀移通过套管100方面获得适合的机械性质。通过使电极和不可浸渍绝缘膜结合到固体内而获得的固体冷凝器芯115可以充当塞子,其密封法兰135并且阻止任何油或气体在接地平面140的两侧之间传递。该性质典型地对于用于连接充油或充气电气设备(例如充油变压器)的套管100是有用的。
[0047]适合的不可浸渍绝缘材料的示例包括热塑性材料、玻璃和陶瓷。适合的热塑性塑料的示例包括聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)等。
[0048]热塑性塑料、玻璃和陶瓷典型地对环境的危害比常常用作可浸渍介电材料(例如,纸或无纺塑料)的浸渍剂的热固聚合物或油要小。然而,热固塑料的膜也可以用于在介电部分125中形成不可浸渍绝缘匝(如期望的话)。
[0049]由不可浸渍绝缘膜的匝(其结合并且与电极120 —起形成固体)形成冷凝器芯115的方法便于使用这样的绝缘材料,其具有比常用的浸渍纸更好的电和/或机械性质。例如,许多热塑性塑料和玻璃/陶瓷在套管100中的境况下展现比环氧树脂或油浸渍纸明显更高的介电强度,其中材料厚度(通过邻近电极120之间的距离确定)是相对低的。因此,通过使用热塑性塑料、玻璃或陶瓷,具有比如果在介电部分125中使用浸渍纸的情况更小直径的冷凝器芯110可以典型地用于指定电压。从而,套管占据的空间以及到安装现场的运输成本可以减少。此外,适合于在不可浸渍绝缘膜中使用的许多绝缘材料展现与传统绝缘材料(例如油或树脂浸渍纸)相似的导热性。从而,具有较小直径的套管还将在套管100内导致较低温度这一优势。
[0050]图1图示根据本发明的实施例沿套管轴向方向的横截面图。图2示意地图示根据本发明的实施例的冷凝器芯115的示例的横截面,其中垂直于冷凝器芯115的轴地取该横截面。图2的介电部分125由不可浸渍绝缘膜205的结合匝200形成。在图2的示意图中,冷凝器芯115包括三个电极120。电极120的数量可以取大于一的任何数量。在许多实现中,冷凝器芯115包括更高数量的电极120,例如两个、三个、五个、十个、二十个、一百个或以上。绝缘膜205的不同匝200之间的边界由标号210指示。在两个电极120之间将存在不可浸渍绝缘膜的至少一个匝200。在图2中图示的示例中,两个电极120之间的匝200的数量是2-3个。两个邻近电极120之间的匝200的平均数量可以例如位于1_100的范围内。然而,在一些境况下,在邻近电极120之间可以使用更高数量的匝200,例如大约数百或数千个匝200。通过使用更低数量的匝200,介电部分125内接口的数量可以保持为低的。另一方面,如果不可浸渍绝缘膜具有一些缺陷,因为在套管的相同位置处检测在两个匝中出现缺陷的风险是小的,在邻近电极120之间使用至少两个匝可以是有利的。两个邻近电极之间的匝200的数量通常将落在1-50的范围内,例如在1-20个匝的范围内。
[0051]在图2中示出的电极设置仅仅是示例。例如,在图2中,所有电极120电气分离,并且每个电极120的两个轴向边缘展现小的重叠。可使用其他电极设置。两个或以上邻近电极120可以例如短路;可以设置每个电极120使得
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