CN102077081A - 测试体、测试装置、用于制造测试体的方法和用于在干燥期间确定功率变换器的绝缘体的湿气含量的方法 - Google Patents

测试体、测试装置、用于制造测试体的方法和用于在干燥期间确定功率变换器的绝缘体的湿气含量的方法 Download PDF

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Abstract

一种测试体(21)用于在借助测量测试体的介电频率响应来确定功率变换器的叠层绝缘体(4)中的湿气含量中使用。该测试体具有与叠层绝缘体相同材料的叠层结构，并且具有用于获得与叠层功率变换器绝缘体的湿气含量特性类似的湿气含量特性的形状和尺寸。该测试体还包括在叠层结构中嵌入的电极(23a-23b)。

Description

测试体、测试装置、用于制造测试体的方法和用于在干燥期间确定功率变换器的绝缘体的湿气含量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在确定功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量中使用的测试体。另外，本发明涉及一种包括上述测试体的测试装置和一种用于制造测试体的方法。
另外，本发明涉及一种用于在干燥期间或者之后确定功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量的方法。优选地，湿气含量的确定是基于介电频率响应的测量、也就是电容或者介电常数和介电损耗对频率的依赖性的测量。
背景技术
在制造功率变换器期间，绝缘体、纸绕组以及由木材或者纤维素制成的绝缘体将具有依赖于周围氛围湿度的某一湿度水平。通常，绝缘体材料在生产功率变换器期间暴露于自由空气时将具有近似百分之五至八的湿度。
然而，在操作条件之下，绝缘材料的湿度应当低至近似百分之零点五以便确保所需绝缘性质。因此，功率变换器的制造包括干燥步骤，在该步骤期间变换器面临真空和热并且根据所用具体技术而面临气相处理或者循环的热空气和真空以便降低电绝缘体的湿度。
根据现有技术，在功率变换器的干燥过程期间，通过在真空处理期间测量水提取来限定该过程的时长。当达到预定水提取值(例如以毫升水每吨绝缘体和小时为单位来表达)时停止该过程。这一方法具有的弊端在于并非绝缘体中的实际湿度的测量而仅为去除水量的测量。另外，如果绝缘体的某一部分比绝缘体的主要部分干燥得更慢，则现有技术可能并不足够精确并且不能确定这样的部分的瞬时湿度。因此，为了确保达到所需湿度水平，需要施加过量时长的真空处理。
WO 2007/050583公开了一种解决上述问题的确定功率变换器的绝缘体的一部分中的湿气含量的方法。该方法包括以下步骤：提供测试体，该测试体的湿气含量特性对应于功率变换器绝缘体的该部分的湿气含量特性；使测试体面临与功率变换器绝缘体的该部分面临的氛围对应的氛围；借助测试体的介电频率响应的测量来确定其湿气含量；以及基于测试体的确定的湿气含量来确定功率变换器绝缘体的该部分的湿气含量。通过在测试体的对侧上施加电压板并且在测试体两端施加电压来进行测量。
发明内容
已经注意到上述方式并未恰当地起作用。具体而言，该测量并未提供可靠结果。
因此，本发明的目的在于提供一种可以用来准确和精确地确定在干燥过程期间干燥功率变换器的绝缘体的需要的测试体、测试装置和方法。
另外，本发明的目的在于提供一种允许缩短功率变换器绝缘体干燥时间从而缩短功率变换器生产时间的测试体、测试装置和方法。
另外，本发明的目的在于提供一种实现上述目的的用于制造测试体的方法。
这些以及其它目的由如在所附专利权利要求书中限定的测试体、测试装置、测试体制造方法和用于确定湿气含量的方法实现。
根据本发明的第一方面，提供一种测试体，该测试体用于在借助测量测试体的介电频率响应来确定功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量中使用。该测试体具有与所述叠层绝缘体相同材料的叠层结构、具有用于获得与所述叠层绝缘体的湿气含量特性类似的湿气含量特性的形状和尺寸并且还包括在叠层结构中嵌入的电极。
优选地，叠层结构包括相互粘附的多个板，比如纤维纸板片，其中电极在一个或者多个纤维纸板片上形成为薄层。
借助本发明实现功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量的更准确和精确测量。由此可以优化干燥过程并且整个变换器生产将更快和更廉价。
根据本发明的第二方面，提供一种包括本发明第一方面的测试体的测试装置。
根据本发明的第三方面，提供一种用于制造测试体的方法，该测试体用于在借助测量测试体的介电频率响应来确定功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量中使用。根据该方法，电极形成于由与叠层绝缘体相同的材料制成的多个板或者片的一个或者多个的一个或者多个表面上。多个板然后叠放在一起，其中电极变成嵌入于叠层结构中。选择叠层结构的形状和尺寸以获得叠层结构的与功率变换器的叠层绝缘体的湿气含量特性类似的湿气含量特性。
优选地，借助在一个或者多个板的一个或者多个表面上印刷或者涂刷一个或者多个传导图案来形成电极。
根据本发明的第四方面，提供一种用于在干燥期间或在干燥之后确定功率变换器的叠层绝缘体中的湿气含量的方法。根据该方法，提供电极嵌入于其中的叠层测试体，其中测试体的湿气含量特性对应于功率变换器的叠层绝缘体的湿气含量特性。用于测量介电频率响应的设备连接到电极。测试体面临与叠层功率变换器绝缘体面临的氛围对应的氛围。接着借助测量测试体的介电频率响应来确定其湿气含量，并且最终基于测试体的确定的湿气含量来确定叠层功率变换器绝缘体的湿气含量。
优选地，测试体中的电容或者介电常数和介电损耗对频率的依赖性的测量是在干燥过程期间进行的在线测量。
更优选地，测试体在整个干燥步骤期间并且可选地在装配叠层变换器绝缘体的先前步骤期间面临与叠层功率变换器绝缘体面临的氛围对应的氛围。
根据下文给出的本发明优选实施例的具体描述和仅通过示例给出且不限制本发明的附图1-7将清楚本发明的更多特征及其优点。
附图说明
图1是在干燥步骤期间位于真空箱中的功率变换器的示意侧视图和根据本发明的测试装置。
图2-图3是图1的测试装置的更具体示意侧视图和俯视图。
图4是如在图2的测试装置中包括的测试体的板上形成的电极的示意俯视图。
图5是根据本发明一个替代实施例的测试体的板上形成的电极布置的示意俯视图。
图6-图7各自为根据本发明又一替代实施例的测试体的示意侧视图。
具体实施方式
图1示出了功率变换器的有功部分2在生产功率变换器期间的干燥步骤中位于其中的箱1。功率变换器的有功部分2包括由标号3示意地表示的纸绝缘铜导体、纸板细节等以及各自包括压缩纤维板叠层结构(所谓纤维纸板)的底部和顶部绝缘部分4。另外，也示出了变换器芯或者变换器芯板12作为变换器的有功部分2的部分。
在干燥步骤期间，在箱或容器1中生成真空而又同时使功率变换器面临气相加热以便降低电绝缘体的湿度。通常，绝缘材料将在生产功率变换器期间先前暴露于自由空气时已经具有近似百分之五至八的湿度。
变换器的有功部分2的干燥归因于如下事实：在操作条件之下，绝缘材料的湿度应当低至近似百分之零点五以便确保所需绝缘性质。
与箱1中的有功部分2一起，也提供图2-图3中具体示出的一种测试装置。测试装置5包括测试体或者样本21和测试设备27，该测试设备具有用于确定测试体29的湿气含量的连接器28。
测试体21由与电绝缘部分4(即例如借助PE胶来相互粘附的至少三个压缩纤维板22、23、24的纤维纸板这一结构)的材料对应的材料制成。它具有与电绝缘部分4的如下部分的几何结构对应的几何结构(例如厚度)，该部分在实验和经验基础上已知具有最高湿气含量和/或在干燥时的最慢干燥速率。另外，它具有与电绝缘部分4类似或者对应的干燥特性、尤其是干燥速率。
测试体21包括在测试体21的叠层结构中嵌入的更多电极23a-23b。优选地，电极23a-23b是形成于纤维板22、23、24的一个或者多个表面上的层，例如一个电极23a可以形成于板之一的上侧上，如位于中间的电极23，而另一电极23b可以形成于该板23的底侧上。
电极23a-23b形成于其表面上的板23比其它板22、24较长，并且具有端部23c，该端部从其它板22、24突出并且具有用于电极23a-23b的电极连接器25。
可以通过在板23的表面上形成电极23a-23b(例如借助在其上印刷或者涂刷更多传导图案)来制造测试体21。随后，借助将三个板22-24叠放在一起(以承载电极的板为中间板)在测试体21中嵌入电极23a-23b。
在测量湿气含量之前，测试设备27的连接器28连接到测试体的连接器25。测试设备27优选为用于测量介电频率响应的设备并且可以本身已知。提供测试设备27用于在范围为1mHz-10kHz的频率在电极23a-23b两端施加电压。在测量期间，测试体21面临与电绝缘部分4面临的氛围相同的氛围。优选地，测试体21在功率变换器的电绝缘部分4的整个干燥期间面临与电绝缘部分4相同的氛围，并且更优选地，测试体在装配功率变换器的电绝缘部分4的步骤(该步骤在干燥步骤之前进行)期间面临与电绝缘部分4相同的氛围。由此，可以保证测试体21将具有与电绝缘部分4相同的湿气含量特性。
借助测试设备27反复或者连续地测量测试体21的介电频率响应来反复或者连续地确定其湿气含量，并且基于测试体21的确定的湿气含量来确定电绝缘部分4的湿气含量。
计算机(未图示)可以集成于测试设备27中或者连接到测试设备27并且可以具有适合于执行介电频率响应并且呈现其结果的软件。优选地，比较测量的介电响应值与用于针对测试体21或者类似本体先前确定的不同湿气含量的参考介电响应值。可以代之以比较测量的签名与计算的理论介电频率响应。
该比较可以包括比较介电频率响应的一个或者多个图形表示的形状与参考图形表示。
应当理解，测试设备27可以包括为了进行常规介电频率响应测量的步骤而必需的所有装置以便测量测试体21的湿气含量并且因此测量功率变换器的电绝缘部分4的湿气含量。
应当理解，控制装置(未图示)可以连接到测试设备27以便被反复地供应湿气含量数字，并且配置成响应于这些数字来动态地控制功率变换器的电绝缘部分4的干燥。
图5示出了根据本发明一个替代实施例的测试体的板23上形成的电极层布置。这一电极布置替换先前实施例中的电极之一并且包括用于施加上文提到的电压的一个位置居中的贴片电极层23和外条电极层51，该外条电极层包围贴片电极层23a并且作为用于控制通过施加的电压而获得的电场的防护电极。由此，可以更可靠地进行测量和/或可以提高测量的精确度。
图6和图7各自示出了根据本发明又一替代实施例的测试体。图6的测试体61包括两个纤维板62、63的叠层结构，其中电极层63a-63b形成于下板63的上表面上。电极层形成有适当图案以在下板63的端部获得连接。图7的测试体71包括四个纤维板72、73、74、75的叠层结构，其中电极层73a、74a形成于不同板73、74的不同表面上。电极层形成有适当图案以在板73、74的端部获得连接。
应当理解，尽管已经描述测试体的各种实施例，但是本发明并不限于这样的实施例。具体而言，本发明的测试体可以包括更多叠层、具有不同几何结构并且为不同材料。类似地，电极可以具有不同图案、有不同位置和为不同数目。

Claims (16)

1.一种测试体(21)，用于在借助测量所述测试体的介电频率响应来确定功率变换器的叠层绝缘体(4)中的湿气含量中使用，所述测试体具有与所述叠层绝缘体相同材料的叠层结构，并且具有用于获得与所述叠层绝缘体的湿气含量特性类似的湿气含量特性的形状和尺寸，其特征在于，所述测试体还包括在所述叠层结构中嵌入的电极(23a-23b；63a-63b；73a、74a)。
2.根据权利要求1所述的测试体，其中所述叠层结构包括相互粘附的多个板(22-24；62-63；72-75)。
3.根据权利要求2所述的测试体，其中所述板为纤维纸板。
4.根据权利要求2或者3所述的测试体，其中所述电极为形成于所述板(23；63；73-74)的一个或者多个表面上的层。
5.根据权利要求4所述的测试体，其中所述电极形成于所述板之一(23)的不同表面上。
6.根据权利要求5所述的测试体，其中相互粘附的所述多个板(22-24)为至少三个，并且所述电极形成于其不同表面上的所述板之一布置于所述叠层结构的中间。
7.根据权利要求5或者6所述的测试体，其中所述电极形成于其表面上的所述板(23)比其它板(22，24)较长，并且具有端部(23c)，所述端部从所述其它板突出并且具有用于所述电极的电极连接器(25)。
8.根据权利要求4所述的测试体，其中所述电极(73a，74a)形成于所述板的不同板(73，74)的不同表面上。
9.根据权利要求4所述的测试体，其中所述电极(63a-63b)形成于所述板之一(63)的单个表面上。
10.根据权利要求4-9中的任一权利要求所述的测试体，其中防护电极层(51)形成于所述板的一个或者多个表面上。
11.一种测试装置，包括根据权利要求1-10中的任一权利要求所述的测试体(21)和提供用于测量所述测试体的介电频率响应的设备(27)。
12.一种用于制造测试体(21)的方法，所述测试体用于在借助测量所述测试体的介电频率响应来确定功率变换器的叠层绝缘体(4)中的湿气含量中使用，所述方法包括以下步骤：
-将多个板(22-24；62-63；72-75)叠放在一起，所述板为与所述叠层结构相同的材料并且有用于获得叠放在一起的所述多个板的与所述叠层绝缘体的湿气含量特性类似的湿气含量特性的形状和尺寸，其特征在于以下步骤：
-在叠放步骤之前在所述板中的一个或者多个板的一个或者多个表面上形成电极(23a-23b；63a-63b；73a，74a)，其中所述叠放步骤包括在叠放在一起的所述多个板中嵌入所述电极的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述板中的所述一个或者多个板的所述一个或者多个表面上借助在其上印刷或者涂刷一个或者多个传导图案来形成所述电极。
14.一种用于在干燥期间或者之后确定功率变换器的叠层绝缘体(4)中的湿气含量的方法，包括以下步骤：
-提供电极(23a-23b；63a-63b；73a，74a)嵌入于其中的叠层测试体(21)，其中所述测试体的湿气含量特性对应于所述叠层绝缘体(4)的湿气含量特性；
-将用于测量介电频率响应的测试设备(27)连接到所述电极；
-使所述测试体面临与所述叠层绝缘体(4)面临的氛围对应的氛围；
-借助测量所述测试体的介电频率响应来确定所述测试体的湿气含量；以及
-基于所述测试体的确定的湿气含量来确定所述叠层绝缘体的湿气含量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述测试体在所述功率变换器的叠层绝缘体的整个干燥期间面临与所述叠层绝缘体相同的氛围。
16.根据权利要求14或者15所述的方法，其中所述测试体在装配所述功率变换器的叠层绝缘体的步骤期间面临与所述叠层绝缘体相同的氛围。
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