功率电容器的制作方法

专利名称：功率电容器的制作方法
技术领域：
根据第一方面，本发明涉及一种功率电容器，其包括被封在容器中并被至少一种绝缘介质包围的至少一个电容器元件。根据第二方面，本发明还涉及用于制造这种电容器的方法。
根据本发明的功率电容器主要是打算用于超过1kV的额定电压，例如5kV，优选地至少10kV。
背景技术：
在用于交流电和直流电两者的电功率传输与分配的系统中，功率电容器是重要部件。功率电容器设备主要用于通过并联和串联补偿增加功率传输容量，用于通过静态乏系统的电压稳定以及作为用于消除谐波的滤波器。
电容器具有接近90°的相角，因此产生无功功率。通过在消耗无功功率的部件附近连接电容器，期望的无功功率可以在那里产生。因此，线和线缆可以充分用于传输有功功率。负载的无功功率的消耗是可变化的，而且期望始终都产生对应于该消耗的无功功率量。为此，多个电容器串联和/或并联连接互连在电容器组中。对应于所消耗的无功功率，可以连接必要数量的电容器。通过以上述方式使用电容器补偿所消耗的功率称为相位补偿。为此，形式为所谓分流电池的电容器组设置在消耗无功功率的部件附近。这种分流电池包括多个互连的电容器。单独的电容器又包括多个电容器元件。以下将说明这种传统电容器的构造。
分流电池通常包括多个串联连接电容器的若干链。链的数目由相的数目确定，通常是三。链中的第一个电容器连接到用于将电功率传输到消耗部件的线路。用于传输电功率的线路设置在与地面或与周围处于地电位的点的某个距离处。该距离依赖于线路的电压。电容器从连接到该线路的第一电容器向下串联连接。设置在串联连接电容器链与第一电容器一端相对的一端的第二电容器连接到地电位或电系统中具有零电位的点，例如非接地的三相系统。电容器的个数及其设计确定成使串联连接电容器上的也称为额定电压的允许电压对应于线路的电压。多个电容器串联连接并设置在与地电位绝缘的支架中或者平台上。因此，这种电容器组包括多个不同部件并且相对来说对材料的要求是高的。此外，支架/平台要经受住形式为风、地震等的外部影响则需要相对健壮的结构。因此，构造这种电容器组需要大量的工作。
用于交流电压的长线路是电感性的并消耗无功功率。因此，用于所谓串联补偿的电容器组沿这种线路以隔开的关系排列，以便于产生所需无功功率。为了电感性电压降的补偿，多个电容器串联连接。在用于串联补偿的电容器组，与分流电池相反，电容器的串联连接通常只吸收线路的部分电压。此外，包括在用于串联补偿的电容器组中的串联连接电容器链与要补偿的线路串联设置。
传统的电容器组包括多个电容器。这种电容器又包括多个形式为电容器辊(capacitor roll)的电容器元件。电容器辊被扁化并一个堆叠在另一个上面，形成例如1m的堆叠。具有中间金属层的很大数量的电介质膜将平行设置在该堆叠的垂直方向。当施加在该堆叠上的电压增加时，由于作用在金属层之间的库仑力，堆叠将在垂直方向上略微压缩。当降低电压时，由于同样的原因，堆叠将略微垂直地扩张。所形成的堆叠具有确定的机械共振频率或固有频率，该频率是相对低的。堆叠的机械共振频率被特定电流频率放大，这可能导致强噪声。这种频率是主电源频率(mains frequency)，该频率由电流的基音限定且通常是50Hz。但是，机械共振频率的放大也可以由电流的谐波实现。
这种已知类型的功率电容器的例子在美国5,475,272中描述。因此，这个文档描述了由一个堆叠在另一个上面并放置在公用容器中的多个电容器元件构建的高电压电容器。传统上，容器是由金属制成的。其电套管由瓷或聚合物制成。该文档描述了用于串联或并联连接电容器元件的不同的可替选连接。
如上面提到的美国5,475,272中所描述类型的已知类型的电容器的一个缺点是其中所包括的电容器元件必须与容器绝缘。这种绝缘必须经受住比电容器额定电压高得多的电压应力。期望尽可能用电容器元件有效地填充电容器的容积。对于由于突出箔片、小半径等造成的电场加强，它们外部的扁平形状是不利的。它们还必须通过内部插塞式线缆互连，使得常常会造成电场曲线中进一步的局部不规则。就对相对于容器的绝缘的关注而言，这导致对电强度相当大的需求。
在例如根据美国5,475,272的已知类型的电容器中，电容器元件被浸渍了油。油也设置成围绕电容器元件并填充这些电容器元件与容器壁之间的空间。从绝缘的角度来看，油是令人满意的，但还伴随着某些缺点。对容器的损坏或者不充分的密封会导致油泄漏，这可能损坏电容器的功能，此外还会对周围产生污染。
传统功率电容器的另一缺点是发生了声音生成。当由电压应力产生的振动与电容器的机械共振频率重合时，声音生成最强。共振频率与垂直于电极层的电容器封装的硬度之间商的平方根成比例并与垂直于电极层的封装的尺寸成反比。
本发明的目的是实现消除上述缺点而且从电安全的角度看可以露天使用的功率电容器。

发明内容
根据本发明的第一方面，以上目的已经实现，其中权利要求1前序部分中所述类型的用于高电压的功率电容器包括如下特定特征容器基本上是圆筒形的且在其封套表面包括基本上第二聚合物材料的多个爬电距离延长突起，及容器是基本上包括第一聚合物材料的材料的。突起关于其厚度和径向长度而成形，使得它们还冷却电容器。
由于容器是包括第一聚合物材料的材料的，因此减小了对电容器元件与容器之间的绝缘的需求。这还消除了电容器元件与容器之间击穿的危险。此外，可以使电容器的电连接非常简单，而且这些电容器元件之间的爬电距离可以部分地通过容器本身获得。通过绝缘需求的减小并且因为电套管可以简化，因此电容器将相对紧凑，从而提供了设计紧凑电容器组的可能。
容器材料的选择使容器变得有某种程度的弹性；它表现出对破裂很小的敏感性并将良好的绝缘特性与诸如强度、处理能力和成本等其它期望特性相结合。
因为容器的圆筒形形状，可以实现它紧紧围绕电容器元件以便获得紧凑电容器的优点，此外，该电容器将具有从制造技术的角度看有利而且从电的角度上看有利的形状。
非导电材料的爬电距离延长突起使得在下雨和潮湿的户外使用的情况下也有足够的爬电距离。利用突起的合适设计，还可以实现电容器的充分冷却。突起的常用名称还分别是裙(shed)和凸缘。当突起的主要目的是延长爬电距离时通常使用名称裙，当突起的主要目的是冷却设备时通常使用名称凸缘。利用合适的设计，突起既可以用作爬电距离延长器又可以用作冷却凸缘。
根据本发明的一个实施例，电容器元件包含在至少一种绝缘介质中，在电容器的工作温度区间内，该绝缘介质处于不同于液态的状态。
通过以这种方式替换通常用作绝缘介质的油，由于不存在自由浮动的油，因此在容器损坏的情况下发生油泄漏的危险得以消除。
根据紧挨着的前一实施例的可替选设计，绝缘介质、容器及容器的突起均为其大部分是基于例如环氧物、聚酯或聚氨酯的热固物(thermoset)的。
根据上面提到的实施例的另一设计，绝缘介质、容器及容器的突起的大部分是橡胶的，优选地是硅橡胶的。
硅橡胶是能很好地适用于上述部件要实现的所有任务并开发出有利制造工艺可能性的材料。
在上述实施例中，一个可替选方案是所提到的部件是与基于例如环氧物、聚酯、聚氨酯或硅橡胶的聚合物材料相同种类的。例如，这些部件以一个单独件制成。从制造技术的角度看，这种电容器是非常有利的，而且导致健壮且耐用的电容器。
根据本发明的一个实施例，容器与容器的突起是不同聚合物材料的。这种设计的优点是每种材料可以针对相应部件的功能而被优化。通过对容器使用与突起中不同的聚合物材料，可以给予容器所需的强度特性，然而在这个方面，对突起中的材料要求较低。用于容器的适当材料的一个例子是聚乙烯，而用于突起的适当材料的一个例子是硅橡胶或EPDM(乙烯-丙烯橡胶)。因此，这种材料的组合构成了本发明功率电容器的实施例的另一例子。
根据本发明的一个实施例，容器是纤维加强热固物的，而突起是硅橡胶或EPDM(乙烯-丙烯橡胶)的。
根据本发明的一个实施例，所述绝缘介质是凝胶状态的硅。这种类型的绝缘介质可以以简单的方式以液态施加并成为凝胶状态，因此实现了所述泄漏安全性。
根据本发明的一个实施例，所述绝缘介质是基于例如环氧物、聚氨酯或聚酯的热固物的。
根据本发明的一个实施例，基本上功率电容器的整个封套表面都覆盖着厚度为0.2-10mm区间，优选地是1-4mm，径向长度为5-50mm区间，优选地是10-25mm的小突起。通过设置多个小突起，在电容器外实现了用于空气冷却的表面的增加以及太阳加热的延迟，这确保电容器不会过热。
根据本发明的另一实施例，多个较小的突起设置在至少两个较大的突起之间。根据这个实施例的较小突起具有0.2-10mm区间的厚度和5-30mm区间的径向长度。根据这个实施例，较大的突起具有2-10mm区间的厚度和20-60mm区间的突起径向长度。多个较小突起和至少一个较大突起的模式沿基本上电容器的整个长度重复。较小突起基本上是为最大冷却而形成的，但也延长了沿容器的爬电距离，而较大突起基本上是为产生改善的击穿性能而形成的。例如，10和30之间，优选地10和20之间的较小突起接近于至少一个较大突起而设置。
根据本发明的一个实施例，至少两个突起以5-25mm区间的轴向节距(a2)排列。
根据本发明的一个实施例，电容器包括在圆筒方向延伸并延伸通过电容器中的所有电容器元件的管状元件。借助于这种管状元件，确保了电容器的机械强度和稳定性。根据一个优选实施例，该管状元件被加强；可替选地，作为附加的加强，单独的管与该管状元件相邻而设置。
根据本发明的另一实施例，容器被加强以确保电容器的机械强度和稳定性。
根据第二方面，本发明的目的已经实现，其中在权利要求25前序部分中所描述种类的方法包括如下特定特征基本上圆筒形的容器由基本上包括第一聚合物材料的材料制成并在其封套表面上提供了第二聚合物材料的爬电距离延长突起，以及电容器元件封装在容器中。突起是关于其的厚度和径向长度而形成的，以便于它们也冷却电容器。
通过在制造过程中对电容器的容器使用所述材料并以所述方式施加突起，可以实现权利要求1中所述种类的功率电容器，它显示了以上参考所发明电容器的描述而描述的优点。
根据本发明方法的一个实施例，容器的制造、突起的施加及电容器元件在绝缘介质中的封装都通过注模来进行。注模伴随着合理的制造工艺，其中以上所述并拥有这种电容器优点的种类的电容器可以以简单且成本有效的方式实现。
根据本发明方法的一个实施例，当应用注模时，这是以一个单独步骤并利用一种单独材料执行的。这意味着以最优方式利用了合理制造工艺的可能性。
根据本发明方法的可替选实施例，当应用注模时，这是以两个步骤执行的。在第一步骤，电容器元件被封入绝缘介质。在第二步骤，进行容器的制造及突起的施加。在第一步骤中，使用具有比在第二步骤中所使用材料低的粘度的聚合物材料。在这个实施例中，用于不同部件的材料适于这些部件要实现的相应功能。
在本发明方法的实施例的另一例子中，电容器元件最初施加到延伸通过所有电容器元件的管状元件。以这种方式，实现了对电容器元件的机械支撑。
在本发明方法的另一实施例中，提供了圆筒形聚合物管，用于形成容器，突起施加到该聚合物管，而电容器元件放置到充有绝缘介质的容器中。在这种方法中，用于容器的材料可以为其用途而优化，而突起中的材料无需局限于对应的材料。
根据本发明的一个实施例，管状元件被加强；可替选地，单独的管接近于该管状元件施加以作为加强。
根据另一实施例，容器被加强。
根据如下的任何一种方法来施加突起例如，注模，通过围绕聚合物管将它们缠成线圈状或者通过将它们提供为穿到管上的预制套筒状元件。这些方法中每一种都具有多个方面的优点，其中当前的制造条件可能对哪种方法最合适是决定性的。
根据本发明的一个实施例，在施加突起之前，聚合物管被涂上RTV(室温硫化)硅酮或LSR(液体硅橡胶)。这方便了突起与聚合物管之间的粘附，而且使得有可能制造如硅橡胶的橡胶材料的突起。当突起不沿整个聚合物管施加时，该涂层还用作聚合物管的保护。
在本发明的附加实施例中，突起通过注模施加到聚合物管，并且聚合物管在注模之前进行表面处理。如在紧挨着的前面的实施例中，当突起是橡胶的时，这方便了粘附。表面处理包括例如利用溶剂清洗表面，然后对它进行表面处理，然后涂上底料，所有这些措施都为粘附创造了良好的条件。
根据本发明的另一实施例，在注模之前对聚合物管应用机械支撑。以这种方式，可以消除在注模过程中聚合物管变形的危险。
本发明还涉及在电压超过1kV，优选地至少5kV时，根据权利要求1-24任何一项的功率电容器的使用。此外，本发明还涉及在用于传输交流电(ac)的系统中，根据权利要求1-24任何一项的功率电容器的使用。
本发明将通过其实施例的后续描述并参考附图更具体地说明。


图1是本发明适于应用的种类的电容器的示意性透视图，图2示出了图1的细节，图3是说明在根据图1的电容器的电容器元件中的热生成的曲线图，图4是通过图2细节的放大径向局部剖面，图4a是对应于图4的剖面，但说明了可替选实施例，图4b是对应于图4的剖面，但说明了另一可替选实施例，图5是通过根据可替选实施例的电容器元件的纵向剖面，图6示出了根据图5的两个互连的电容器元件，图7是通过根据本发明的电容器的纵向剖面并说明了其设计的实施例，图8是通过根据本发明的电容器的纵向剖面并说明了其设计的可替选实施例，图9是根据本发明的通过电容器的纵向剖面并说明了其设计的另一实施例，图10是通过电容器的纵向剖面并说明了其设计的另一可替选实施例，
图11是通过根据另一实施例的电容器的纵向剖面。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的电容器的基本设计。它包括聚乙烯的外容器1，在这种情况下它包围了四个电容器元件2a-2d。容器1及电容器元件2a-2d是圆筒形的。电容器元件2a-2d串联连接。在电容器的每一端，设置了连接端子3、4。每个端子都包括附着到容器材料并延伸通过其中的导电箔片。在电容器元件2a-2d与容器之间，设置了凝胶10。该凝胶充当电绝缘并充当热导体。
图2示出了单独的电容器元件。其包括紧紧卷在辊上的金属涂覆的聚合物膜。电容器元件2具有可以用于元件冷却的中心轴通孔6。这种电容器元件的典型尺寸是20-400mm的直径，优选地是150-250mm，10-250mm的镗孔直径，优选地是至少50mm，及50-800mm的高度，优选地是125-200mm。这种电容器元件打算用于大约1-100kV的电压。具有例如180mm直径、60mm镗孔直径和150mm高度的电容器元件打算用于大约1-20kV的电压。因此，如在图1中，通过串联连接的四个这样的元件，可以获得高达80kV的电压。利用八个，获得160kV，等等。
热损耗在电容器元件2中发生，导致元件的内部发热。最高温度对于电容器元件的尺度设计是关键的。图3示出了关于半径R的温度T，其中C是电容器元件的中心。在具有均匀热生成的圆筒容积中，而且在中心没有任何开口，径向的温度分布将具有根据图3短划线曲线的样子。如果电容器元件在中心6形成有半径为Ri的开口，则温度分布将与图3的连续曲线一致。此外，在必要时，冷却是有可能的。所获得的温度分布将与图3的点线曲线一致。Ri、外半径Ry及电功率且因此还有损耗的合适选择都有助于控制电容器元件中的最高温度。每个电容器元件2中的中心开口6还可以用于确定电容器元件的中心。为此，电容器元件穿到延伸通过所有电容器元件的定心管上。
图4示出了通过图2中电容器元件的放大径向局部剖面。该局部剖面示出了金属涂覆膜的两个相邻设置的匝。膜8a和8b分别具有10μm的厚度，而且材料是聚丙烯。金属层9a、9b具有大约10nm的厚度并包括铝或锌或其混合物，金属层在卷绕之前已经通过气相淀积施加到聚丙烯膜。以这种方式制造电容器元件的技术本身是已知的，因此更具体的描述是多余的。可替选地，电容器元件可以利用膜箔片技术组成，其中丙烯膜和铝箔片卷在一起。但是，使用金属化膜具有自修复的优点并允许比使用膜箔片技术更高的电应力和更高的能量密度。
金属层从塑料膜的一侧边缘直到其另一侧边缘的短距离处覆盖塑料膜。因此，膜8a的边界区域16a没有金属涂层。对应地，膜8b的边界区域16b也没有金属涂层。但是，膜8b的空边界区域16b与膜8a的边界区域相比位于相对端边缘。如在该元件上端所看到的，在图中获得了用于层9a的电连接，并且对于层9b是在下端，因此在一个方向上将有正电极，而在另一个方向将有负电极。为了有效的电接触，所述端部可以例如用锌进行金属喷涂。
在根据图4a的修改实施例中，电容器元件是利用所谓内串联连接制成的。在此，每个塑料膜8a、8b上的金属层9a、9b分别分成分别由非涂覆部分17a和17b分开的两个部分9a’、9a”和9b’、9b”。还有可能将金属层分成多于两个部分。每对金属层部分，例如9a’和9b’，形成串联连接的子电容器元件。
图4b示出了根据图4a的修改的实施例的变体，其中只一个塑料层8a上的金属层9a分成由非涂覆部分17a分开的两个部分9a’、9a”，而另一塑料膜8b上的金属层9b未分割。每个部分9a’和9a”都一直延伸到膜8a的边缘，因此这种情况下的电连接对同一个膜8a发生。另一塑料膜上的金属层9b在两侧终结于与膜边缘距离16a、16b的地方，因此未在任何方向电连接。
图5以纵向剖面示出了根据本发明电容器元件的可替选实施例2’。电容元件分成与表示为A的公共轴线同心的三个子元件201、202、203。最外的子元件201几乎是管状的，具有以小距离围绕中心子元件202的内侧204。以类似的方式，中心子元件具有紧紧围绕最内的子元件203的内侧205。最内的子元件203具有中心通过通道206。三个子元件具有不同的径向厚度，最外的元件具有最小的厚度。以这种方式，它们具有基本相同的电容。在子元件之间设置绝缘207。
子元件是串联连接的。两个径向相邻的子元件在同一端具有它们各自的连接点之一。因此，在电容器元件2’的一端，通过连接组件210，最外的子元件201连接到中心子元件202，并且在电容器元件2’的另一端，通过连接组件211，中心子元件202连接到最内的子元件203。以这种方式，用于电容器元件2’的连接212、213将设置在其相应端。
如果子元件的个数大于三，例如五或者七，则交替地将在子元件端的连接点连接到一起的过程将以相同的方式继续。
图6说明了多个图5所示类型的电容器元件如何串联连接。该图示出了两个这种电容器元件2’a、2’b。下电容器元件2’b到内子元件203上端的连接212连接到上电容器元件2’a到外子元件201下端的连接。在电容器元件之间设置绝缘214，以便经受住随这种电容器元件而引起的电位差。
图7是通过根据本发明一个实施例的功率电容器的剖面。该电容器由若干参考图1-6更具体描述的种类的圆筒形电容器元件2a、2b、2c构成。电容器元件2a、2b、2c同轴地穿到绝缘材料的圆筒形管20上，该绝缘材料具有足够的强度特性以便支撑功率电容器的重量而没有振动的危险。圆筒形管20可以例如通过铠装(armouring)来机械加强；可替选地，圆筒形管20由单独的管(未示出)来补充。圆筒形管可以是实心的或者是中空的。电容器元件2a、2b、2c封在圆筒形容器22中。该容器包含围绕电容器元件2a、2b、2c的绝缘介质21。若干爬电距离延长突起23以圆裙的形式设置在容器22外。
绝缘介质21、容器22和突起23是同一种材料的并形成一个单独件。所述材料是基于例如环氧物、聚氨酯、聚酯或橡胶，优选为硅橡胶的聚合物材料。
容器22、绝缘介质21和突起23的制造是通过注模执行的。在注模之前，电容器元件2a、2b、2c以预定的彼此隔开的关系排列在中心管20上。然后，一次性地进行注模，其中既形成了绝缘介质21，又形成了容器22及其突起23。结合注模，电容器可以被提供端部封闭(未示出)，电连接通过其中引出。
图8是通过可替选实施例的对应于图7的剖面。根据图7和图8的实施例之间的一个区别在于根据图8的实施例，绝缘介质21a是与容器22a及其突起23不同的材料的。在这个实施例中，绝缘介质21a是第一聚合物品质的。绝缘介质21a中的聚合物材料具有比容器22a及其突起23a中的材料低的粘度。
同样在根据图8的实施例中，容器22a、绝缘介质21a和突起23是由注模制成的。但是，在这种情况下，注模是以两个步骤进行的。在第一步骤，在电容器元件首先安装到管20上之后，绝缘介质21a被注模于电容器元件2a、2b、2c之间。在第二步骤，容器22a和突起23a被注模于第一步骤之后获得的单元上。
在根据参考图7和8所描述的方法的制造过程中，采取措施保护电容器元件2a、2b、2c及电容器中如电阻和连接的其它部件(未示出)不受注模过程中所施加的压力的破坏是有利的。
电容器元件2a、2b、2c还可以有利地提供有防止氧和水蒸汽在其之间渗透的保护。这是因为某些聚合物材料具有对气体相对大的渗透率。电容器元件2a、2b、2c还可以预处理成实现对诸如硅橡胶的聚合物材料的良好粘附。
图9是通过根据另一实施例的功率电容器的剖面。容器22b包括圆筒形聚合物管，其适当地是聚乙烯的。在容器上设置有若干突起23b。这些适当地是硅橡胶或EPDM的。根据这个实施例，聚乙烯的容器22b是挤压的，而突起23b通过直接注模到管上而施加到聚乙烯管。为了满足必要的强度需求，容器22b可以例如通过铠装来加强。
根据紧挨着的前面实施例的另一可替选实施例，容器22b是纤维加强热固物的，而突起23b是硅橡胶或EPDM的。
根据另一可替选实施例，通过在管上缠绕成螺旋状或类似地将预制套筒状元件引到管上，将突起23b施加到聚合物管。电容器元件2a、2b、2c放置到容器22b中的管子20上，而且容器填充有适当地是硅酮的绝缘介质21b。
图10是通过根据另一实施例的功率电容器的纵向剖面。根据图10的突起23c具有0.2-10mm区间的厚度t2，优选地是1-4mm，5-50mm区间的径向长度L2，优选地是10-25mm，及5-25mm的轴向节距a2。突起适当地是硅橡胶或EPDM的，并且设置在适当地是聚乙烯的聚合物管上。突起充当爬电距离延长器，而且当必要时还充当电容器的冷却凸缘。
图11是通过根据附加实施例的功率电容器的剖面。容器22c包括例如聚乙烯的圆筒形聚合物管。在容器上，设置有若干突起23d、23e。这些是例如硅橡胶或EPDM的。至少一个较大突起23e和多个较小突起23d的模式沿电容器的整个长度重复。根据图11用于较小突起23d的典型尺度是0.2-10mm区间的厚度t2，5-30mm区间的径向长度L2及5-25mm的轴向节距a2。根据图11用于较大突起23e的典型尺度是2-10mm区间的厚度t3及20-60mm区间的径向长度L3。突起可以具有与图11所示不同的几何外观，这是由功率电容器的制造和性能控制的。
在根据图7-11任何一个的功率电容器中，圆筒形管20通常例如通过铠装来机械加强；可替选地，单独的管(未示出)设置在圆筒形管20附近。圆筒形管20是实心的或者中空的。
在根据图7-11的功率电容器的制造中，突起23、23a-f的制造通常通过注模执行。在注模之前，电容器元件2a、2b、2c通常以预定的彼此隔开的关系排列在中心管20上。
具备带有根据前面任一方法制造的突起的容器的功率电容器可以制造成使具有突起的容器坯(container blank)直接对应于功率电容器的大小。该方法还可以执行成以运行长度来制成容器坯，使得适于电容器大小的合适长度从那里切割。
为了方便突起23b与容器22b之间的粘附，可以在施加突起之前给容器涂上硅酮。
在图7-11所示的实施例中，容器沿其整个长度都提供了突起。在许多情况下，几个突起或一个单独突起就足以获得必要的爬电距离。
通过适当的设计，突起还可以具有改善电容器冷却和在将其放置成使其暴露于太阳辐射的情况下充当太阳保护以便减少电容器加热的任务。突起的颜色应当适当地是浅色，例如白色或灰色，以便减少电容器的太阳加热。
在根据图8-11所说明实施例的制造过程中，在例如聚乙烯的容器22b材料和例如硅橡胶的突起23b材料之间实现良好的粘附是重要的。为此，在施加之前允许容器22b经历可以以多种不同方式实现的表面改性。一种常用且已知的方式是利用溶剂清洗表面，然后使表面变干。其后，对表面进行表面处理，以化学地改变表面特性，使得创建用于后续底料施加的粘附区域。表面处理可以通过使用氧化低电晕放电或微波等离子体来进行。
在最后一步，施加底料。在已经使表面变干后，突起23b注模到表面上。
在根据图7-11所说明实施例的制造过程中，例如聚酰胺的适于此目的的材料的扩散阻挡(未示出)可以施加到容器22、22a-d的至少内侧。该扩散阻挡例如通过与容器22、22a-d挤压在一起来施加。在必要时，扩散阻挡(未示出)还施加到管20。
本发明不限于所示出的实施例；在由权利要求限定的本发明范围内，本领域技术人员当然可以以多种不同的方式修改它。因此，本发明不限于所示出的大和小突起的设置，而是可以改变成例如使得五个小突起被至少两个大突起在小突起的每一侧包围。
此外，本发明不限于所述容器的实施例与所述突起的实施例组合，而是所有容器的实施例都可以与任一所述突起的实施例组合。
本发明也不限于注模；容器、突起和绝缘可以例如通过铸造制成。
权利要求
1.一种功率电容器，包括封在基本上包括第一聚合物材料的材料的基本上圆筒形的容器(1、22-22c)中的至少一个电容器元件(2a-2d)，其中容器(1、22-22c)在其封套表面上包括设计成延长沿容器的爬电距离的多个突起(23-23e)，特征在于突起(23-23e)基本上是第二聚合物材料的，还在于突起是关于其厚度和径向长度形成的，以便于它们冷却电容器。
2.如权利要求1所述的功率电容器，特征在于突起(23-23e)包括至少一个具有0.2-10mm区间的厚度(t2)和5-50mm区间的径向长度(L2)的突起(23c)。
3.如权利要求2所述的功率电容器，特征在于突起(23-23e)包括至少一个具有1-4mm区间的厚度(t2)和10-25mm区间的径向长度(L2)的突起。
4.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于基本上功率电容器的整个封套表面都覆盖着多个突起(23-23e)。
5.如权利要求1所述的功率电容器，特征在于突起(23-23e)包括多个具有0.2-10mm区间的厚度(t2)和5-30mm区间的径向长度(L2)的较小突起(23c、23d)，还在于小突起(23c、23d)设置在至少一个具有2-10mm区间的厚度(t3)和20-60mm区间的径向长度(L3)的较大突起(23e)附近。
6.如权利要求5所述的功率电容器，特征在于突起包括具有多个较小突起(23d)和至少一个较大突起(23e)的模式，还在于该模式沿基本上电容器的整个封套表面重复。
7.如权利要求6所述的功率电容器，特征在于10-20个较小突起(23d)设置在至少一个较大突起(23e)的附近。
8.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于所述突起以5-25mm区间的轴向节距(a2)排列。
9.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于电容器元件(2a-2d)封在至少一种绝缘介质(10、21、21a)中，在电容器的工作温度区间内，该介质处于不同于液态的状态。
10.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于第一聚合物材料和第二聚合物材料是相同种类聚合物材料的。
11.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)、容器(1、22-22c)及容器的突起(23-23e)均为其大部分是橡胶的，优选地是硅橡胶的。
12.如权利要求11所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)、容器(1、22-22c)及容器的突起(23-23e)是相同种类橡胶的。
13.如权利要求1-10任何一项所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)、容器(1、22-22c)及容器的突起(23-23e)均为其大部分是热固物的。
14.如权利要求13所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)、容器(1、22-22c)及容器的突起(23-23e)是相同种类热固物的，还在于该热固物基于以下材料的一种环氧物、聚氨酯、聚酯。
15.如权利要求11-14任何一项所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21)、容器(1、22-22c)及容器的突起(23-23e)注模成一个单独件。
16.如权利要求1-9任何一项所述的功率电容器，特征在于容器(1、22a-22c)及容器的突起(23a-23e)是不同聚合物材料的。
17.如权利要求16所述的功率电容器，特征在于容器(1、22a-22c)是聚乙烯的，而突起(23a-23e)是硅橡胶或EPDM的。
18.如权利要求16所述的功率电容器，特征在于容器(1、22a-22c)是纤维加强热固物的，而突起(23a-23e)是硅橡胶或EPDM的。
19.如权利要求16-18任何一项所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)是凝胶状态的硅酮的。
20.如权利要求16-18任何一项所述的功率电容器，特征在于绝缘介质(10、21、21a)基于热固物。
21.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于所述电容器包括在圆筒方向延伸并延伸通过每个电容器元件(2a-2d)的至少一个管状元件(20)。
22.如权利要求21所述的功率电容器，特征在于管状元件(20)通过铠装该管状元件来加强。
23.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于容器(1、22a-22c)通过铠装该容器来加强。
24.如前面任何一项权利要求所述的功率电容器，特征在于扩散层设置在容器(1、22a-22c)的至少内侧。
25.一种用于制造功率电容器的方法，该功率电容器包括封在由基本上包括第一聚合物材料的材料制成的基本上圆筒形的容器(1、22a-22c)中的至少一个电容器元件(2a-2d)，并且其中容器(1、22a-22c)在其封套表面上包括设计成延长沿容器的爬电距离的多个突起(23-23e)，特征在于突起(23-23e)由第二聚合物材料制成，在于突起(23-23e)是关于其长度和宽度形成的，以便于它们冷却电容器，还在于电容器元件被封装在容器(1、22a-22c)中。
26.如权利要求25所述的方法，特征在于电容器元件(2a-2d)被封到至少一种绝缘介质中，在电容器的工作温度区间内，该介质处于不同于液态的状态。
27.如权利要求26所述的方法，特征在于制造容器、施加突起、封装电容器元件和封在绝缘介质中是通过注模实现的。
28.如权利要求27所述的方法，特征在于所述材料是橡胶，优选地是硅橡胶。
29.如权利要求27或28所述的方法，特征在于所述注模以一个单独步骤且利用一种单独材料进行。
30.如权利要求27或28所述的方法，特征在于所述注模以两个步骤进行，其中在第一步骤，将电容器元件(2a-2d)封在绝缘介质中，以及在第二步骤制造容器(1、22-22c)并施加突起(23a-23e)，并且其中在第一步骤，聚合物材料用作具有比第二步骤所用聚合物材料低的粘度的材料。
31.如权利要求25所述的方法，特征在于提供圆筒形聚合物管用于形成容器(1、22-22c)，在于将突起(23a-23e)施加到该聚合物管，其中该管优选地是聚乙烯的，还在于将电容器元件(2a-2d)放置在该聚合物管中。
32.如权利要求27-31任何一项所述的方法，特征在于在注模之前，将每个电容器元件(2a-2d)施加到延伸通过每个电容器元件的管状元件(20)。
33.如权利要求32所述的方法，特征在于管状元件(20)通过铠装来加强。
34.如权利要求31-33任何一项所述的方法，特征在于突起(23a-23e)通过注模、通过围绕容器将它们绕成螺旋状或者通过将它们提供为穿到容器上的预制套筒状元件而施加到容器(1、22a-22c)。
35.如前面任何一项权利要求所述的方法，特征在于容器(1、22-22c)通过铠装来加强。
36.如前面任何一项权利要求所述的方法，特征在于将扩散层施加到容器(1、22-22c)的至少内侧。
37.如权利要求34所述的方法，特征在于容器(1、22-22c)的至少外侧在施加突起之前涂上硅酮。
38.如权利要求31所述的方法，特征在于所述突起通过注模施加到容器(1、22-22c)，还在于在注模之前对容器进行表面改性。
39.如权利要求31-38任何一项所述的方法，特征在于在注模之前将机械支撑应用于容器。
40.在超过1kV，优选地至少5kV的电压，根据权利要求1-24任何一项所述的功率电容器的使用。
41.在用于传输交流电(AC)的系统中，根据权利要求1-24任何一项所述的功率电容器的使用。
全文摘要
一种功率电容器，包括封在容器(1、22－22c)中的至少一个电容器元件(2a－2d)，其中容器是基本上包括第一聚合物材料的材料的。此外，容器是圆筒形的，并且在其表面提供了第二聚合物材料的爬电距离延长突起(23－23e)。突起是关于其厚度与径向长度形成的，以便冷却电容器。在用于制造这种功率电容器的方法中，基本上圆筒形的容器由基本上包括第一聚合物材料的材料制成。在容器(1、22－22c)的封套表面提供第二聚合物材料的爬电距离延长突起(23－23e)，且电容器元件封装在容器中。
文档编号H01C7/12GK1894759SQ200480037605
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月17日 优先权日2003年12月19日
发明者比格尔·德鲁格, 约翰·莫德, 肯尼思·道林, 萨里·莱霍恩, 卡尔-奥洛夫·奥尔松, 汤米·霍姆格伦 申请人:Abb技术有限公司