CN101911414A - 制造电力设备的方法和电力设备 - Google Patents

Abstract

一种制造电力设备的方法，该电力设备包括电绝缘聚合物的管形壳(2)，在该管形壳中提供有导电材料的掩蔽件(12)，其中将所述掩蔽件(12)放置于模具中，利用树脂填充模具，并且允许树脂在所述模具中固化。将掩蔽件(12)定位于所述模具中，使得其外围表面(13)与所述模具的部分支撑接触。

Description

制造电力设备的方法和电力设备

技术领域

本发明涉及一种制造电力设备的方法，该电力设备包括电绝缘聚合物的管形壳，在该管形壳中提供电绝缘材料的掩蔽件，其中将所述掩蔽件放置于模具中；利用树脂填充模具；以及允许树脂在所述模具中的所述掩蔽件周围固化。本发明也涉及一种根据本发明的方法制造的电力设备。

优选的但是并非必要的是本发明的设备是用于将线缆连接到任何又一电力设备的套管，或者是从可以容纳电力设备的容器以外在其中插入熔丝的罐。熔丝罐可以视为套管的一个特定实施例。

根据本发明的设备将经过其壁而突出的容器可以容纳电力设备，比如电开关设备、断路器、变压器等。

中压或者高压是指1kV及以上的电压。

背景技术

比如开篇限定的设备这样的电缆连接设备根据现有技术已经使用由如环氧树脂的热固树脂制成的绝缘部分，该绝缘部分直接模制于接触部分上并且形成套筒或者套管而且留下用于连接到线缆配对端的接触部分自由端。环氧树脂套管的厚度已经适应于其相对于接地元件而言的绝缘能力的需要，该接地元件由设备所突出的电站壁形成。并且由于环氧树脂以少量几何容差固化，所以对于在中压和高压领域中的应用而言实现所需厚度没有问题。

在互连接触部分与线缆之后，已经对通常由橡胶制成并且接地的外部又一绝缘构件进行定位，该绝缘构件比如是包围接触部分和线缆的配对端并且也包围电连接设备的绝缘部分端部的套筒或者护套。绝缘部分的形状和外部尺度以及又一绝缘构件的形状和尺度已经随时间的过去变成世界标准。

现有技术的熔丝罐的罐已经利用由固体环氧树脂制成的绝缘部分而制成，该绝缘部分的厚度足以防止在电压承载部分与罐所突出的电站接地壁之间出现短路。

为了实现连接设备的成本更低的制造，已经设想使用热塑树脂而不是作为更昂贵树脂的热固树脂。由此，已经提出薄壁套管和熔丝罐，其中已经将热塑树脂而不是热固树脂用于形成薄壁套管和熔丝罐。这样的设备的设计优选地包括提供如下外壳，该外壳在它的内围与中心部分的外围之间具有间隔，该中心部分承载电压承载元件如导体。由此可以制造一种重量更轻而成本更低的设备。优选地，当模制所述设备时使用注入模制。

套管以及熔丝罐常常包括导电材料的屏蔽件或者掩蔽件，该屏蔽件或者掩蔽件被布置用于抑制或者控制由所述套管或者罐中的电压承载元件生成并且在电压承载元件周围延伸的电场。通常，这样的掩蔽件通过放置于模具中的由导电材料(如金属或者传导聚合物)的环形件形成，待形成的套管或者罐的聚合物树脂然后在该模具中被模制并且允许其固化。由此，掩蔽件嵌入于大量聚合物中。然而，热塑树脂的模制优选地利用比热固树脂的模制期间使用的模制压强更高的升高模制压强，因此在模具中保持掩蔽件可能相当困难。当模制热固树脂时，在较低压强的情况下，用于将掩蔽件电连接到又一设备或者接地的导线可以用于在模具中保持掩蔽件。然而，在热塑树脂的模制期间使用的升高压强将需要更多保持元件。要么掩蔽件保持器已经在模制期间定位与其中的模制本体中将有开放穴或者孔，要么所述掩蔽件在模制期间位置将有移位的风险(如果未使用额外保持器)。

现有技术也已经提出让模制操作在模制本体中留下掩蔽件将在所述模制之后插入于其中的穴，或者在模制之后处理这样的穴、然后在其中插入所述掩蔽件。然而，这两种方式包括制造工艺的额外工作和额外成本，并且也将要求在已经插入掩蔽件时后来填充孔或者开口。

发明内容

本发明的目的在于通过一种用来至少部分地弥补现有技术的上述缺点的如开篇限定的方法。

本发明的目的借助开篇限定的方法来实现，其特征在于，将掩蔽件定位于所述模具中，使得其外围表面与所述模具的部分支撑接触。由此可以避免对用于保持掩蔽件的额外保持器的需要，并且将实现对掩蔽件的非常牢固的定位。在形成所述壳的树脂固化之后，掩蔽件或者其至少部分或者与之连接的部分将由周围壳材料牢固地保持。因而，树脂在掩蔽件或者与之连接的保持器的至少部分周围固化，从而使得掩蔽件将由壳牢固地保持就位。

根据一个优选实施例，掩蔽件与之支撑接触所倚靠的模具部分是其芯部。由于掩蔽件和它将嵌入于其中的外壳将被定位成比如封装电压承载元件而在掩蔽件、壳和所述元件之间有间隔，所以在模制期间使芯定位于其中将生成所述间隔的区域中将是一种自然的措施。这样的芯将在模制期间形成用于壳以及掩蔽件的稳定支撑元件。因而优选的是，布置成与模具的所述部分支撑接触的是掩蔽件的内围表面。然而，根据设备的个别设计，也会设想如下解决方案，其中允许掩蔽件的外围与模具的内围(例如管形芯的内围)支撑接触。

优选的是，所述掩蔽件由环形元件形成。优选地，掩蔽件限定管形元件。掩蔽件应当比壳更短，它优选地嵌入于该壳中，从而使得它的相反端嵌入于周围壳材料中并且由周围壳材料覆盖。由此将保证掩蔽件的功能，并且由于它在其端部嵌入，所以减少了使在设备的以后使用期间从那些区域发出局部放电的机会。

根据本发明的一个实施例，在树脂的模制和固化之后，从掩蔽件移去掩蔽件在模制期间已经与之支撑接触所抵靠的模具部分，此后使掩蔽件的暴露表面由电绝缘材料覆盖。这看似可能是使提出的本发明方法不那么有利的又一步骤。然而如后文将说明的那样，这一步骤可以视为无论掩蔽件的接触表面是否已经暴露总之都将采取的措施，以便防止在电压承载元件与本发明的设备将在其使用期间装配于其中的接地元件(如壁)之间的放电。

根据一个优选实施例，所述管形壳包围所述电力设备的中心部分，在该中心部分中将容纳导电材料的电压承载元件，并且所述掩蔽件用来与模具的所述部分支撑接触的表面面向并远离所述中心部分。

优选的是，在移去模具的所述部分之后，利用除了所述热塑聚合物之外的电绝缘材料填充在掩蔽件的所述表面与所述中心部分之间的间隔。由此进一步防止在电压承载部分与设备将在其使用期间连接到的任何接地构造之间的放电，并且同时掩蔽件变成完全嵌入。应当理解，绝缘材料(后装配到所述间隔中的填充物材料)优选地在壳的纵向方向上观察时在掩蔽件的整个长度上延伸，并且它填充所述间隔的整个横截面，从而在电压承载元件的位置与掩蔽件之间未留下空隙或者气穴。因而，填充物将覆盖由于在固化树脂之后移去模具的所述部分而已经暴露的掩蔽件表面，并且掩蔽件将完全地嵌入于周围电绝缘材料中。

又一电绝缘材料可以在液态下引入到所述间隔中并且使其在其中被固化，由此保证完全填充空的空间，或者在固态下(例如以几何形状与所述空的空间的几何形状匹配的橡胶本体的形状)引入，从而使得在管形壳的纵向方向上观察时它填满所述空间，特别是其沿着其整个长度的整个横截面。

优选的是树脂在升高压强之下引入到模具中，并且特别地，优选的是，所述树脂通过注入模制工艺来引入到模具中。这样的工艺非常适合于制造薄壁聚合物产品并且从经济观点来看常常有利。它例如将处境利用树脂对模具中的空的空间完全填充。升高压强是指明显在周围大气压以上的压强。

根据一个优选实施例，所述树脂为热塑树脂。尽管可以设想热固树脂，但是从技术观点和经济观点两者来看优选热塑树脂。

本发明的目的也借助一种根据本发明的方法制造的设备来实现。这样的设备包括其中提供掩蔽件的管形外壳，其中掩蔽件被布置成抑制电场并且防止在电压承载元件与设备在其操作位置时延伸经过的接地元件(如壁)之间出现放电。通常但是并非必需的是，所述设备是用于电连接到中压和高压供能导体的设备。这样的设备可以包括：电压承载元件；管形壳，对应于上文提到的管形壳并且由聚合物形成而且连接到电压承载元件。优选地，电压承载元件在所述管形壳的纵向方向上延伸，或者至少生成由所述壳包围的电场，其中外壳至少沿着电压承载元件的部分长度，在所述纵向方向上延伸，而在它的内围与电压承载元件的外围之间有空间。设备的部分(优选为所述外壳)优选地在沿着电压承载元件的所述部分长度的某处设有将连接到容器壁的外接触表面。优选地，所述外壳被布置成将所述空间与所述设备可以连接到的容器以外的大气分离。

清楚的是掩蔽件应当由模具牢固地支撑。

也可以补充说明支撑接触具有这样的特性，该特性使得掩蔽件在模制工艺期间起支配作用的条件之下(特别是在模制工艺是注入模制工艺时向其施加的力升高的条件下)由模具牢固地保持就位。

将在对本发明优选实施例的下文具体描述中，示出本发明的更多特征和优点。

附图说明

现在将参照以下附图通过例子进一步描述本发明的优选实施例，其中：

图1是根据本发明的方法制造的套管的横截面侧视图，

图2是沿着图1中的II-II取得的横截面，并且

图3是根据本发明的方法制造的熔丝罐的横截面侧视图。

具体实施方式

图1示出了借助本发明的方法制造的套管1。套管1包括由聚合物制成的管形外壳2。在其第一端中，外壳2连接到延伸经过套管的电压承载元件3。电压承载元件3限定在套管1的操作期间将在一端连接到配对导体4(优选为线缆的导体)的导体。将在套管1的电压承载元件3与配对导体4之间的接头区域中，以本身已知的方式提供优选由橡胶制成的套筒或者护套5作为又一电绝缘。

套管1也包括内套筒6，该内套筒从端部区域(外壳在其中连接到套管1的导体3)延伸，从而紧密地封装导体3。内套筒6由与外壳2相同的树脂制成，并且已与外壳在相同的模制工艺中加以制造。事实上，内套筒6和外壳2形成同一个集成本体，该本体包围和封装延伸经过所述本体的导体3。在外壳2在其中连接到导体3的端部中，它与内套筒合并，并且如在外壳2的纵向方向上所见，所述外壳按照截锥的外围从所述端部延伸，从而在它的内围表面与内套筒6的外围表面并且相应地与导体3之间留下间隔。在这一实施例中，内套筒6在其纵向方向上具有如下长度，该长度对应于并且甚至略微超过外壳2的长度。然而也可以设想其它解决方案。

如图2中可见，还提供在内套筒6与外壳2之间延伸的加固元件7。加固元件7可以是支柱或者如这里为也在套管的纵向方向上延伸并且出于增加套管1的机械强度和硬度这一目的而提供的鳍状物。优选地，加固元件7如在外壳的纵向方向上所见，从内套筒6与外壳2合并时所在的区域延伸到外壳2的相反端。优选地，加固元件7与外壳2和内套筒6由相同材料并且在相同的模制工艺中形成。它们将内套筒6与外壳2之间的空间划分成多个扇区。为了生成所述元件7，可以在套管1的模制期间使用对应的多个芯元件。

套管1也具有用于其连接到套管1在它的操作位置时将延伸经过的壁等的装置。这样的连接装置可以如在这一实施例中那样包括从外壳2的外围在径向方向上突出的突出物或者法兰8，和用于抵靠这里用标号10表示的所述壁紧固所述突出物或者法兰8的紧固装置，如螺栓或者螺丝9。

外壳2在其中连接到导体3或者与内套筒6合并的端部形成将套管6与外壳2之间的空间与外部周围大气分离的气密密封。

在壳2与套管6之间的空间由又一绝缘材料或者填充物11填充。填充物由除了形成外壳2、内套筒6和加固元件7的树脂之外的电绝缘材料制成。由于外壳2、套筒6和加固元件7可以适于作为套管的主要负荷承载部，所以填充物11的材料可以针对它作为电绝缘和防放电元件这一目的加以优化。填充物11优选地沿着其预定长度(优选为其整个长度)填充套管6与壳2之间空间的整个横截面。填充物可以包括适合于该目的的任何材料，比如弹性体或者橡胶，并且可以处于固体或者凝胶式状态。也可以设想其中填充物处于液体状态的解决方案，但是必须提供某种类型的封装，从而填充物保持于所述空间中。优选地，在模制形成套管负荷承载部的树脂之后，在所述空间中引入填充物。可以至迟在套管1已经装配于它的操作位置时将填充物引入所述空间中。优选地，填充物11转向套管1在它的操作位置穿透经过其壁的容器或者站的内部，并且通过由壳2、套管6和导体3形成的上述密封来与大气分离。

在外壳2中提供由导电材料如金属的环形或者管形件形成的掩蔽件12。掩蔽件的任务在于抑制或者控制由导体3生成并且在导体3周围延伸的电场。掩蔽件12与外壳2同轴，并且至少部分地嵌入于其中。然而它的内围表面13暴露于在外壳2与套管6之间的空间中提供的填充物11并且由填充物11覆盖。也可以提供用来将掩蔽件12连接到地和/或任何又一设备的电连接元件(未示出)，比如线等。掩蔽件12在壳2的如下区域中延伸，在该区域壳2设有它的突出物或者法兰8，由此与套管1在它的操作位置时将连接到的壁的平面相交。掩蔽件12的端部由壳2的材料覆盖，从而使得仅掩蔽件12的内围表面暴露于填充物11。

以如下方式形成套管1。提供如下模具，在该模具中将进行将套管1的树脂模制成套管1的最终或者接近最终形状。导体3装配于模具中，并且在模具周围以如下图案布置分离的芯部，该图案在模具内造成几何形状与前述聚合物部分的几何形状对应的空体积。然后通常通过本身已知的注入模制过程在高压强之下将树脂如聚酰胺引入到模具中，此后允许注入的树脂固化。

在树脂固化之后，去除生成内套筒6与外壳2之间以及各加固元件7之间空间的芯部，并且最终将填充物11引入所述空间中并且允许填充物11完全填充后者。可以在将套管装配于它在壁中的操作位置之前或者之后执行这一最后步骤。填充物11可以在引入到所述空间中时处于液体、半固体或者固体状态，然后可以根据它包括什么具体材料来被允许固化，或者如果不固化则例如借助密封元件来进一步将其封装于所述空间中。

图3示出了根据本发明的设备、更具体为熔丝罐14的另一实施例。类似于前述套管1，熔丝罐14包括由优选为已经注入模制的树脂制成的薄壁本体。为求简洁已经省略熔丝。应当理解，熔丝将从图3中的右侧插入到罐14中，并且当熔丝就位时，电导体15将如图3中的虚线所示延伸经过罐。导体15在其与将插入熔丝的端部相反的短端部穿过罐壁。它经过管14的内部延伸一段距离并且穿过其盖壁。

类似于上述套管，罐14将连接到容器的壁10。在壁10与罐14之间的连接如从图3中的左侧所见，超出其中电导体18穿过罐的盖壁的部位。导体15本身没有穿过相交壁10的平面。

为了抑制导体15在罐内从导体15的区域向罐14的熔丝插入端延伸的区域中生成的电场，提供在罐14的盖壁中嵌入的由导电材料制成的屏蔽件16。所述屏蔽件16如这里那样可以由管形薄金属片或者网制成。屏蔽件16在壁10与罐14之间的相交平面的区域中延伸经过罐壁。因而，它突出经过所述壁10中的开口。另外，屏蔽件16通过暴露于导体15将穿过的在盖壁中的孔(尽管在图3中未清楚地示出)来与导体15电接触。在操作期间，当向导体15施加中压或者高压时，屏蔽件16将采用与导体15相同的电压。

罐14可以描述为包括主要由聚合物制成的电绝缘部分和由上述屏蔽件形成的电压承载元件16。在壁10与电压承载元件16之间的相交区域或者平面中，最重要的是具有令人满意的绝缘性质以便防止在电压承载元件16与壁10之间出现任何短路。因此，电压承载元件16由所述绝缘部分形成的管形外壳17包围，其中外壳17至少沿着电压承载元件16的部分长度延伸，而在它的内围与电压承载元件16的外围之间有间隔，由此在其间限定空间18。具体而言，应当在电压承载元件16将在其中突出经过壁的区域中，即在壁10与罐14之间的相交平面中，提供间隔和所述空间18。

类似于图1和图2中所示套管1，在管形外壳17中提供掩蔽件19，用于抑制所述空间18中的电场。掩蔽件19包括导电材料(优选为金属)的管形或者环形件。其内围暴露于所述空间18，由于类似于套管1的掩蔽件，已经允许掩蔽件18在周围树脂的模制期间靠在模具的芯部上。类似于套管1，罐14具有用于将罐14紧固到壁10的法兰20和紧固元件21，如螺栓或者螺丝，并且掩蔽件18在罐14经由所述法兰20和紧固元件21连接到壁10时与壁10的延伸平面相交。

空间18由包括除了形成外壳17的树脂之外的电绝缘材料的填充物22填充。填充物22可以例如包括可模制弹性体，比如聚亚安酯。作为一种替代，填充物22可以包括坚固到足以在罐14的使用期间在所述空间中保持就位的凝胶。填充物22完全地填充外壳17与电压承载元件16之间的开放空间，而未留下气穴或者空隙。

电压承载元件16可以嵌入于如下内套筒23中或者至少由内套筒23支撑，该内套筒是绝缘部分的一部分。优选地，内套筒23限定如下管形本体，熔丝将插入到该管形本体中，并且可经由其熔丝插入端从外部访问该管形本体的内部。外壳17优选地在罐14的熔丝插入端的区域中连接到内套筒23，并且由此连接到电压承载元件16。

以与先前针对套管1描述的方式对应的方式制造罐14，尽管有不同模具设计和芯设计以便提供形状与罐14的形状对应的本体。允许掩蔽件19在注入模制工艺期间用它的内围表面24抵靠模具的芯部取得支撑，以便将所述掩蔽件19牢固地保持于固定位置。在这一背景中应当强调，电压承载元件16也具有管形套筒的形状并且实际上也充当掩蔽件，以便抑制在操作期间存在于所述套筒内部的电场，并且相应地也可以在罐14的模制期间与模具的部分支撑接触地对电压承载元件16进行定位，其中优选为它的外围与如下芯的内围支撑接触，该芯与掩蔽件19用它的内围取得支撑所抵靠的芯相同。

应当理解，已经仅通过例子描述本发明并且本领域技术人员可以清楚替代实施例。然而保护范围仅由受说明书和附图支持的所附权利要求书限制。

例如，关于由独立权利要求覆盖的保护范围，应当理解“外壳”不应视为最外的壳而是如在讨论的设备的径向方向上所见在所述外壳以外可能提供有更多壳。然而，优选的是外壳事实上是最外壳。

在上述实施例中，所述树脂优选为热塑树脂。因而，由所述树脂形成的所述聚合物是热塑聚合物。

也应当注意，尽管已经关于其中壁10的延伸平面与掩蔽件12、24的位置和其周围布置有掩蔽件12、24的电压承载元件3、16的位置相交的优选实施例描述本发明，但是本发明的原理也适用于其它设计，例如其中掩蔽件和电压承载元件均未与所述延伸平面相交的设计。

Claims (13)

1.一种制造电力设备(1，14)的方法，所述电力设备包括电绝缘聚合物的管形壳(2，17)，在所述管形壳中提供有导电材料的掩蔽件(12，19)，其中：

-将所述掩蔽件(12，19)放置于模具中，

-利用树脂填充所述模具，以及

-允许所述树脂在所述模具中固化，其特征在于：

-将所述掩蔽件(12，19)定位于所述模具中，使得其外围表面(13，24)与所述模具的部分支撑接触。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩蔽件(12，19)与之支撑接触所抵靠的所述模具的部分是其芯部。

3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，所述掩蔽件(12，19)由管形元件形成。

4.根据权利要求1-3中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，布置成与所述模具的所述部分支撑接触的是所述掩蔽件(12，19)的内围表面(13，24)。

5.根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，从所述掩蔽件(12，19)移去所述掩蔽件(12，19)在模制期间已经处于支撑接触中与之抵靠的所述模具的部分，并且由电绝缘材料(11，12)覆盖所述掩蔽件(12，19)的暴露表面。

6.根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述管形壳(2，17)包围所述电力设备的中心部分(6，23)，在所述中心部分中将容纳导电材料的电压承载元件(3，19)，并且所述掩蔽件(12，19)用以与所述模具的所述部分支撑接触的表面(13，24)面向并远离所述中心部分。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在移去所述模具的所述部分之后，利用除了所述聚合物以外的绝缘材料(11，22)填充在所述掩蔽件(12，19)的所述表面与所述中心部分(6，23)之间的间隔。

8.根据权利要求1-7中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述树脂在升高压强之下被引入到所述模具中。

9.根据权利要求1-8中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述树脂通过注入模制工艺被引入到所述模具中。

10.根据权利要求1-9中的任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述树脂是热塑树脂。

11.一种电力设备，其特征在于，该电力设备根据权利要求1-10中的任一权利要求来制造。

12.根据权利要求11所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备是套管(1)。

13.根据权利要求11所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备是熔丝罐(14)。

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