CN105144308B - 高压设备和制造高压设备的方法 - Google Patents

Abstract

方法涉及电设备，其包括通过介电部分而分离的至少两个电极。所述电极中的至少一个设置成处于浮动电势。介电部分包括在两个邻近电极之间的至少一个不可浸渍电气绝缘膜的至少一个匝。电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，并且不可浸渍绝缘膜的相邻匝（如有的话）彼此结合，使得不可浸渍绝缘膜的匝和电极形成固体。本发明进一步涉及制造电设备的方法，其中至少一个匝的结合在形成所述匝时进行，使得所述匝到下面的匝/电极的结合将在所述匝完全被下一个匝覆盖之前开始。

Description

高压设备和制造高压设备的方法

技术领域

本发明涉及高压技术的领域，并且特定地涉及具有通过介电间隔材料而分离的至少两个电极的高压设备。

背景技术

高压套管用于在高电势携带电流通过平面（通常称为接地平面），其中该平面处于与电流路径不同的电势。套管设计成使定位在套管内部的高压导体与接地平面电气绝缘。接地平面可以例如是变压器箱或壁。

为了在导体与接地平面之间获得电势分布的平滑，套管通常包括冷凝器芯。冷凝器芯是这样的本体，其典型地包括由导电材料制成的许多浮动同轴电极，其中这些电极通过介电间隔材料而分离。介电间隔材料通常是油浸渍或树脂浸渍纸。

发明内容

本发明涉及电气设备，其设置成提供延伸通过该设备的导体的电气绝缘。该电设备可以例如是套管或电缆终端。电设备包括通过介电部分而分离的至少两个电极。这些电极中的至少一个设置成处于浮动电势以便控制导体周围的电场。介电部分包括在两个邻近电极之间的至少一个不可浸渍电气绝缘膜的至少一个匝。电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，并且邻近彼此的不可浸渍绝缘膜的匝（如果存在的话）彼此结合，使得不可浸渍绝缘膜的匝和电极形成固体。

本发明还涉及制造电气设备的方法，该电气设备包括通过介电部分而分离的至少两个电极。方法包括：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；以及使不可浸渍绝缘膜的任何相邻匝彼此结合，以及使电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，使得形成固体。在制造方法中，定位在两个电极之间的匝并未由可浸渍膜形成，并且所述匝中的至少一个的结合在形成所述匝时进行，使得所述匝到下面的匝/电极的结合将在所述匝将被下一个匝覆盖之前开始。

在方法中，结合可以例如通过使用表面等离子体激活或通过使用在结合期间处于黏滞相（即，处于液相或半液相）的物质来进行。这些方法是在匝被下一个匝覆盖之前便于该匝开始结合的方法的示例。也可使用便于这样的结合的其他方法。通过在匝被下一个匝覆盖之前发起该匝的结合，电气设备中空隙的数量以及由此部分放电和/或树枝化（treeing）的风险可以大大降低。

在方法的一些实现中，匝的结合实际上在添加下一个匝之前完成。在其他实现中，匝的结合在匝已经被下一个匝覆盖之后继续。然而，使匝结合到位于所述匝下面的匝或电极的过程的至少部分在所述匝被下一个匝覆盖之前进行。

在一个实施例中，介电部分不包括在两个邻近电极之间的任何浸渍匝。在另一个实施例中，已经浸渍以及由此不可浸渍的膜在制造过程中使用以在两个邻近电极之间形成匝。在该实施例中，介电部分将包括浸渍膜。

因为电气设备不必被浸渍、固化或后加热，制造时间和成本可以大大减少。此外，因为从制造过程消除使用环氧树脂或油，从制造过程消除浸渍步骤的可能性产生环境效益。

不可浸渍电气绝缘膜可以例如包括热塑性材料、玻璃材料和/或陶瓷材料。许多热塑性材料、玻璃材料和陶瓷材料展现比油或树脂浸渍纸更高的介电强度。这在材料厚度是低的时尤其真实，例如在两个电极之间的介电部分中。因此，在设备的指定额定电压处，这样的材料的使用允许更小的设备直径。

不可浸渍膜可以典型地比油或树脂浸渍纸的层要薄很多地制成，并且电极因此可以放置在离彼此更小的距离处。随着电极之间的较小距离，材料的介电强度增加，介电强度是在出现电击穿之前材料中维持的最高电场的度量。这还允许在电极之间的距离减少时电气设备的直径减少。

邻近电极之间的适合距离典型地位于4-5000μm的范围内。通常，电极距离将位于50-1000μm的范围内，例如在50-300μm或100-250μm的范围内。

典型地，两个邻近电极之间的不可浸渍绝缘膜的匝的平均数量位于1-100的范围内，但可使用甚至更高数量的匝。通常，两个邻近电极之间的匝的平均数量将位于1-50的范围内，并且例如在1-20的范围内。

不可浸渍绝缘膜的厚度中的精度典型地也大大高于常规使用的浸渍纸的厚度中的精度。膜厚度中这样的精度改善导致电极之间的距离中的精度改善。此外，因为结合在形成匝期间已经开始，电极将在缠绕过程期间已经固定在它的位置处。这在其中在缠绕期间引入分离电极的制造方法中特别有益。电极的固定位置以及电极之间的距离中的精度提高两者都是将提高设备的场分级性质的可预测性的因素。电极组的场分级性质的可预测性改善还允许设备直径的减少。

减少的直径提供在设备的生产期间使用较少材料以及较低重量和较少空间占用的优势（既在运输时又在安装期间）。此外，减少的直径典型地导致热从电气设备中心的运输增强，从而使电气设备的热损坏的风险降低。

在一个实施例中，至少一个不可浸渍膜（介电部分由其形成）包括至少两个层，其中第一层具有第一材料并且第二层具有第二材料，该第一和第二材料展现不同的性质。由此实现介电部分可以从不同材料的有利性质获益。例如，第一和第二材料的机械性质的温度依赖性可以是这样的，其使得存在这样的温度范围，其中第一材料提供比膜的其他材料更好的粘合性质，而第二材料提供比其他材料更好的机械稳定性。

不可浸渍绝缘膜的相邻匝之间的边界和/或不可浸渍绝缘膜的匝与相邻电极之间的边界可包括具有与不可浸渍绝缘膜的匝的组成不同的组成的粘合物质。因此，在制造这样的电气设备时，在匝/电极之间引入粘合物质。备选地，形成结合使得外部粘合物质不是必需的，例如通过加热形成不可浸渍绝缘膜的部分的材料或通过表面等离子体激活。

电极可以由印刷或涂覆到至少一个不可浸渍绝缘膜中的至少一个上的导电材料形成。印刷或涂覆电极可以非常薄，使得可以实现在电场分布中具有高精度的电场的细分级。电极也可以由插入不可浸渍膜的匝之间的导电材料的箔形成。电极的厚度可以例如落在10nm-300μm的范围内。

在制造方法的一个实施例中，并排定位在设备的轴向方向上的至少两个膜用于形成匝，其具有比该至少两个膜中的单个的宽度更长的轴向长度。由此，可以获得具有任何轴向长度的电设备。当在制造过程中使用处于黏滞相的粘合物质时，两个这样的膜之间的间隙将用粘合物质填充，并且由此可以避免空隙。由并排定位的至少两个膜制造的电气设备从而将典型地沿至少一个匝的周边具有接头。

通常设置电设备使得所述电极中的至少两个在电设备的轴向方向上具有不同长度，并且使得至少一个电极的至少一个末端边缘未被任何外电极覆盖。在根据本发明的该方面的一些电气设备中，末端电极边缘中没有一个被外电极覆盖，而在根据该方面的其他电设备中，电极中的一些（至少一个）具有未被外电极覆盖的至少一个末端边缘（并且典型地在设备是套管时是两个末端边缘），而外电极具有被外电极覆盖的末端边缘。在这里，如果外电极延伸到或超越末端边缘的轴向位置，外电极被说成覆盖内电极的末端边缘。术语末端边缘在这里用于指这样的边缘，其限定差不多垂直于导体的平面，如与轴向边缘（其与导体平行）相对。

通过设置电极使得电极的至少一个末端边缘未被任何外电极覆盖，导体周围的电场将被高效分级。在该配置中，在未被任何外电极覆盖的末端边缘处的电场将在径向和轴向方向两者上具有明显分量。轴向电场分量可以产生不期望的树枝化和/或部分放电，除非电设备内部基本上没有空隙。凭借上文描述的制造方法，可以获得电设备，其中任何空隙的延伸小于10μm，或更小。由此，可以在高压范围操作的电设备可以例如在36kV-1100kV或更高的范围内实现。

本发明的另外的方面在下面的详细描述以及附上的权利要求中阐述。

附图说明

图1是具有冷凝器芯的套管的示例的示意横截面图。

图2是根据本发明的实施例的冷凝器芯的示例的示意横截面图。

图3a图示不可浸渍绝缘材料的单层的膜。

图3b图示两个不同不可浸渍绝缘材料的双层膜。

图3c图示至少两个不同不可浸渍绝缘材料的三层膜。

图4示意地图示用于制造冷却器芯（其包括不可浸渍绝缘膜的匝）的设备的实施例。

图5a示意地图示用于制造冷却器芯（其包括不可浸渍绝缘膜的匝）的设备的实施例。

图5b示意地图示用于制造冷却器芯（其包括不可浸渍绝缘膜的匝）的设备的实施例。

图5c示意地图示可以在图5a或5b中示出的设备中使用的挤出嘴的口的示例。

图6示意地图示根据制造过程的实施例由两个分离的不可浸渍绝缘膜制造的冷凝器芯的介电部分的示例。

具体实施方式

图1示意地图示套管100的实施例，其中导体110延伸通过冷凝器芯115。导体110可以形成套管100的部分，或可以独立于套管100。图1是沿套管100的轴的横截面图。在两个末端处，导体110提供有端子112，用于使套管100连接到例如电缆、变压器等电气设备。冷凝器芯115作为分压器操作并且使电场沿套管100的长度分布，由此提供电势分布的平滑。

冷凝器芯115包括至少两个（并且通常至少三个或以上中的多个）电极120，其通过介电间隔材料的介电部分125而分离。介电部分125起到使电极120彼此分离的作用。电极120典型地同轴设置，其中内电极的半径小于外电极的半径。为了获得电场的高效分级，外电极120的轴向长度通常小于内电极120的轴向长度，使得实现不同电极120的相似区域。因此，电极120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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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迁移通过套管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。

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。

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）。

由不可浸渍绝缘膜的匝（其结合并且与电极120一起形成固体）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。

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。

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使得没有重叠或有较大重叠等。

不可浸渍绝缘膜205的匝200可以例如凭借缠绕和/或凭借挤出而增加。当膜205的匝200凭借挤出而增加时，膜205在挤出过程期间形成，并且因为挤出材料将典型地在挤出时处于粘合状态，膜205的最近增加的匝200的结合可以在与增加匝200相同的时间发生。当膜205的匝200凭借缠绕膜205（其处于固态）而增加时，结合也可以有利地在缠绕过程期间进行。结合可以例如通过以下实现：使用外部粘合物质（外部结合）；凭借加热使得膜205的至少一部分进入粘合状态并且膜205自身提供粘合物质（内部结合）或凭借表面等离子体激活（内部结合）。术语内部和外部分别指粘合物质在用于形成介电部分125的膜205的内部或外部。

在表面等离子体激活的结合过程中，膜205的两个表面典型地用等离子体处理，以便在表面处实现化学结合以便于与相邻匝200或与相邻电极120结合。

在其中膜205自身进入粘合状态的内部结合过程中，在内部结合过程中膜的粘合状态可以例如是液态，使得提供结合的材料在结合时熔融；或半液态，其可以例如在非结晶热塑性塑料中出现，这取决于在膜205中存在哪个（些）材料。

因此，在挤出过程和其中固体膜缠绕到绝缘部分125内的过程两者中，匝200的结合可以例如通过使用这样的物质来实现，该物质在形成匝200的至少一部分期间处于黏滞相，其中物质的黏滞相在这里限定为这样的相，其中物质的黏性落在10^-3至10⁸ Pa·s的范围内。通过使用粘合物质（其至少在形成匝205的时间的部分期间处于黏滞相）并且通过在匝200被下一个匝200或电极120覆盖之前开始它的结合，冷凝器芯115中空隙的数量以及因此对于部分放电的风险可以大大减少。这也可以通过在缠绕过程期间发起结合的其他方法（例如通过表面等离子体激活）来实现。

外部粘合物质可以例如是这样的，其使得它凭借热、时间、压力、冷却和/或增加部件（两个部件粘合）或采用任何其他适合的方式固化成固态。这样的粘合物质可以例如具有良好的电气绝缘性质。可以充当外部粘合物质的适合物质的示例包括环氧树脂、聚氨酯、甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和硅烷封端聚合物。

不可浸渍且电气绝缘膜205可以是具有单层300的单层膜、具有带不同材料的两个层300的双层膜或具有至少两个不同材料的三个或以上层300的膜205。单层膜205i、双层膜205ii和三层膜205iii的示例分别在图3a-3c中示出。当在膜205中使用超过一个层300时，不同层300的材料可以选择成具有不同性质，使得膜205将从不同材料的性质获益。在图3a-3c中，示出不可浸渍绝缘膜205的不同设计的示例，这三个示例在这里分别通过使用标号205i、205ii和205iii所引用。当共同指这些膜设计或一般不可浸渍绝缘膜205时，使用标号205。相似地，相同膜205的不同层300在图3a-3c中由标号300i、300ii和300iii指示。当一般指膜层时，将使用标号300。包括超过一个层300的膜205将称为层状膜205。

可以在膜205的层300之间变化的性质的示例包括粘合性质、电气绝缘、机械稳定性、耐热性、成本等。

在本发明的一个实施例中，选择层状膜205中的材料使得材料的机械性质的温度依赖性是这样的，其使得存在这样的温度范围，在该温度范围内不同层300的机械性质中的差异更加突出。在不同匝200结合时，膜205可以例如被加热以达到这样的温度范围内的温度。在该实施例的第一实现中，第一材料在温度范围内提供比其他材料更好的粘合性。在该实现中，这样的第一材料可以有利地面对膜205的表面中的至少一个。如果膜205被加热到在该范围内的温度，则第一材料可以有助于膜205的匝之间和/或电极120与膜205的相邻匝之间的结合。在另一个实现中，选择材料使得第一材料在温度范围内提供比其他材料更好的机械稳定性。在再另一个实现中，第一材料提供最佳粘合性质，而第二材料在膜205在结合过程期间被加热到的温度范围内提供最佳机械稳定性。在一个示例中，第一材料处于粘合状态，而第二材料在该温度范围内处于固态、非粘合状态。第二材料然后将在结合过程期间确保膜205的机械稳定性，而第一材料将有助于结合。

材料组合可以例如包括以下的组合：不同的热塑性材料；热塑性材料和玻璃材料；热塑性材料和陶瓷材料，等。适合的材料组合的示例包括：聚乙烯&聚醚砜（PES），其中聚乙烯可以提供粘合并且典型地具有较低成本，而PES材料提供机械稳定性；或聚丙烯&聚苯硫醚（PPS），其中聚丙烯具有较低成本并且PPS更耐热，使得PPS在更高温度的环境中在套管的操作期间提供更好的机械稳定性；或玻璃和聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。这些组合仅仅作为示例给出，并且存在许多另外适合的材料组合。

例如玻璃和一些热塑性塑料等一些材料以玻璃态而不是有序固态出现。术语固态在这里用于指材料的有序固态和玻璃态两者。

制造具有电极120（其通过不可浸渍绝缘膜的匝200而分离（或结合到匝200））的冷凝器芯115的不同方式将关于图4和5论述。在由图4图示的实施例中，不可浸渍绝缘膜205缠绕导体110（或，如果导体110在冷凝器芯115中不存在，缠绕导体要插入的空间）来形成匝200。膜205的平坦部分接触冷凝器芯115所在的点将在这里称为切点405，并且恰好缠绕到冷凝器芯115上的匝200将称为最外匝410。力403可以施加于膜205的部分，其在远离冷凝器芯115的方向上在膜205的平面中还未形成匝200，以便使膜205伸展。这样，从空气或其他气体的穴或甚至真空方面的空隙在冷凝器芯115中可以避免。

如上文提到的，相邻匝200之间以及电极120和它的相邻匝之间的结合可以例如通过以下形成：通过使用外部粘合物质；通过加热切点405附近的膜205以便使膜205的至少部分进入粘合状态；或通过表面等离子体激活。在图4中，热的滚筒415图示为热源。热源可以用于使膜205的至少部分进入粘合状态，或使热固化外部粘合物质固化（如使用的话）。来自热源的热可以有利地在切点405附近应用，但热也可以或备选地在匝200的其他位置处应用。其他可能热源包括例如红外（IR）光的源或热空气源。在制造方法的一些实现中，不需要热源。

压力可以施加到切点附近的最外匝410。在图4中，压力的施加凭借热的滚筒（力417施加到其上）而图示。向切点405附近的最外匝410施加压力可以是有益的，以便降低在冷凝器芯115中形成空隙的风险，和/或固化压力固化外部粘合物质（如使用的话）。压力的其他可能来源包括例如冷的滚筒、加压流体或压力诱导传送带。在制造方法的一些实现中，不需要压力源。

在切点405附近施加热和/或压力在这里应解释为向最外匝410的一部分施加热和/或压力，该部分最近已缠绕到冷凝器芯115上，例如在沿由切点405和角度α在冷凝器芯115的旋转方向上限定的弧的区域中，其中α可以例如取0与90度之间的值，例如在0-25度的范围内。备选地，压力/热可以在角度α取较大值所针对的区域中施加。

如期望的话，散热片420可以在超越热（如有的话）施加到冷凝器芯115的表面所在的区域的位置处施加于最外匝410，以便冷却最外匝410。散热片420可以例如在沿由角度α（取在180与360度之间的范围内的值）限定的弧的区域中施加。在一个实施例中，散热片420被定位以便从由在180至270度范围内的α值限定的区域去除热。在另一个实施例中，热从热源415（如存在的话）的热未施加到的弧的整个部分去除。散热片420可以例如凭借如在图4中示出的一个或多个冷的滚筒；凭借低于最外匝410的温度的空气源或采用任何其他适合的方式实现。作为散热片420的备选，在结合处理期间的环境温度对于由热源415加热的膜可以低到足以在被膜的下一个匝覆盖之前返回适合的温度。在其他实现中，可以施加下一个匝200，而之前的匝近似处在凭借热源415获得的温度处。

在图4的方法的另一个实现中，超过一个膜205可以同时缠绕在导体110。不同的膜205然后将在缠绕时彼此结合，而膜205的内部将结合到冷凝器芯115的已经缠绕的部分（由外膜形成）。作为使用具有超过一个层300的膜205的备选或除使用具有超过一个层300的膜205外，该方法可以例如在期望在冷凝器芯115中具有两个或以上不同材料时是有用的。不同膜205中的材料可以例如是这样的，其使得一个（或多个）膜205在凭借热的滚筒415（或其他热源）实现的温度处于粘合状态，而其他膜205在该温度处于固态。使超过一个膜205同时缠绕导体110的另一个原因可以是增加缠绕的速度。在该情况下，不同的膜205可以具有相同材料（如期望的话）。

在通过使一个或多个膜205缠绕冷凝器芯115的中心部分而形成匝200时，冷凝器芯115典型地绕它的轴旋转。

图5a示意地图示对于制造方法的实施例的装置，其中不可浸渍绝缘膜205在缠绕过程期间凭借挤出而创建。设置挤出嘴500使得挤出材料形成“幕帘（curtain）”，其将落在冷凝器芯115上以在冷凝器芯115旋转时形成匝200，该挤出方法称为幕帘挤出。挤出嘴500通常设置在冷凝器芯115上面，使得重力将有助于将挤出材料施加到冷凝器芯115上。挤出材料典型地可以是热塑性材料，但可以使用其他可挤出、不可浸渍绝缘材料。挤出嘴500可以例如连接到如本领域内已知的挤出装置（未示出），其中处于固态的不可浸渍绝缘材料（例如采用珠子或小球的形式）熔融并且被推动通过挤出嘴500。在图5a中示出的装置的实现中，采用冷的滚筒形式的散热片420在切点405附近施加以便使挤出材料冷却下来并且施加压力（参看力箭头417）使得空隙的风险将降低。可以使用散热片和/或压力提供者的其他手段。在一些实现中，散热片或压力提供者可不是必需的。

在图5a中示出的装置的实现中，挤出膜205与缠绕的固态膜205a组合，该缠绕固态膜205a在与形成挤出膜205相同的时间缠绕到冷凝器芯115上。缠绕的固态膜205a有助于匝200的机械稳定性，并且可以具有与挤出膜205相同或不同的材料。

在另一个实现中，整个介电部分125可以由挤出膜205的匝制成。这样的冷凝器芯115可以例如凭借挤出嘴500制造，该挤出嘴500的口放置在接近冷凝器芯的最外匝410的距离处并且包括尾部部分和头部部分，在该挤出材料之间存在挤出嘴500。包括这样的挤出嘴500的制造设备的示例在图5b中示出。尾部部分500a在挤出嘴500进行关于冷凝器芯115表面的相对移动时跟随头部部分500b（该相对移动典型地由冷凝器芯115的旋转引起）。挤出材料在箭头505的方向上在头部与尾部部分之间流动。尾部部分500a从而在头部部分500b横穿新近施加的匝之前几乎360度地横穿新近施加的匝。冷凝器芯115的表面与尾部部分500a之间的距离d确定挤出匝200的厚度。头部部分500b可以设置成比尾部部分500a更接近冷凝器芯115的表面以便在尾部部分500a的方向上指引熔融热塑料，以及从冷凝器芯115的表面刮去任何多余材料。也可以施加散热片420（参看图4和5a），例如采用冷的滚筒或冷空气源的形式。为了进一步成形热塑性材料的挤出层并且降低在冷凝器芯115中形成气泡的风险，滚筒可以施加到最外层410的一部分，其最近已经缠绕到冷凝器芯115上（参看图4的标号415或图5a的标号420）。备选地可以使用除已经在图5a和5b中示出的以外的其他挤出嘴500的设计。

挤出嘴500的口可以例如采用如在图5c中示出的细长矩形的形状，使得挤出形状将具有厚度t和长度ℓ，其中ℓ对应于冷凝器芯115的期望轴向长度。

在制造方法的所有实施例中，将在形成匝200的过程期间在适合的位置处在膜205的匝200之间引入电极120（如果冷凝器芯115仅包括两个电极120，一个将典型地在两个匝200之间被引入并且另一个将典型地在（最后的）最外匝410的顶部上引入）。电极120可以例如由铝、铜或任何其他导电材料的箔制成，其在形成匝200期间在适合的位置处插入。在匝200之间引入电极120的该方式在图4和5a中图示。备选地，电极120可以由金属化绝缘层形成，其中金属化例如通过在绝缘膜上印刷或涂覆金属材料而实现。也可以使用由导电非金属材料（例如碳黑或石墨）制成的电极120。电极120（金属或非金属）可以例如直接印刷或涂覆在形成介电部分125的匝200的不可浸渍绝缘膜205上，或在插入匝200之间的绝缘材料的独立片上。当直接印刷或涂覆在形成匝200的膜205上，印刷/涂覆可以在形成匝之前进行，或在介电部分125形成期间在最近增加（最外）的匝410上。电极印刷在本领域内是众所周知的并且例如在由2009年Helsinki University Print的Yrjӧ Neuvo & Sami Ylӧnen编辑的“Bit Bang - Rays to the Future”的章节1.3中描述。印刷技术包括例如丝网印刷、苯胺印刷、凹印、平版胶印和喷墨印刷。也可以使用对卷处理。用于将电极沉积到绝缘膜上的其他可能技术包括物理气相沉积技术（例如溅射）和化学气相沉积技术。

在其中电极120由导电材料的独立箔形成的套管中，电极120在缠绕或挤出过程期间的结合将确保箔停在原地并且将不在轴向方向上移位，这可以在其他设计的套管100中出现。通过确保电极120在固定位置，由电极120实现的场分级的精度将提高，并且由此，可以使用电极120之间的较小距离。因为设置电极所在的匝200的结合在匝形成期间开始，当电极120设置在不可浸渍绝缘膜205上时也获得该益处（例如采用印刷形式）。

因为电极120可以施加到处于固态的膜205上，或设置到由目前增加的匝200形成的固体上，可以使用具有非常低厚度的电极。从而可以在场分布中以高精度实现电场的细分级。电极120的厚度可以例如在1-10μm的范围内，或小至10nm，或更小。还可以使用较厚电极。电极120的厚度典型地落在10nm-300μm的范围内。

在其中外部粘合物质用于在不可浸渍绝缘膜的匝200之间以及在电极120与它们的相邻匝200之间形成结合的实施例中，如与在两个匝200之间使用的相同的粘合物质可以用于在不可浸渍绝缘匝与电极120之间形成结合，或如期望的话，不同的粘合剂可以用于形成这些结合。在其中使用内部结合并且绝缘膜205本身被加热到熔融或半熔融状态来提供结合的实施例中，电极120可以采用相同方式结合到绝缘膜205的相邻匝200，即通过熔融或半熔融绝缘膜205的相邻匝200的至少部分。备选地或另外，可以施加外部粘合物质以在电极120与它的不可浸渍绝缘膜205的相邻匝200之间形成结合。

具有由不可浸渍电气绝缘膜205的结合匝200形成的介电部分125的冷凝器芯115的制造将比具有由浸渍材料（例如纸）或浸渍塑料无纺层（如在US6452109中描述的）形成的介电部分的冷凝器芯115的制造消耗明显更少的时间。该生产时间减少的主要原因是可以消除例如浸渍、固化或后处理等后缠绕步骤。

结合在一起的不可浸渍绝缘膜的使用导致冷凝器芯115中两个邻近电极120之间的距离中的精度可能提高，因为与纸可以制成的相比，许多不可浸渍材料可以制成更薄的膜205。纸典型地具有约100μm或以上的厚度。此外，在树脂浸渍冷凝器芯115中使用的纸必须起皱（crepped）以便允许树脂（具有高黏性）流入冷凝器芯115的内部部分。起皱禁止在纸匝的厚度中有高的精度，并且典型地使纸的平均厚度增加到约300μm。因此，在浸渍纸用作绝缘材料时，邻近电极120之间的距离将是至少300μm。

许多不可浸渍膜205（例如热塑性膜）可以制成薄至4μm或更少，并且邻近电极120之间的距离因此可以以比在使用浸渍纸时好得多的精度来控制，例如以4μm为级。因此，电极之间的距离在包括不可浸渍绝缘膜而不是浸渍纸的匝的套管中可以更小。由此，因为如果可以更好地控制如果电极之间的距离则场分级可以更高效，具有较小直径的套管100可以在特定电压使用，或具有特定直径的套管可以用于较高电压。此外，材料的介电场强度在材料厚度减小时增加。因为薄的膜将允许在邻近电极之间有更小的距离，介电部分的介电场强度可以增加，并且套管的直径由此可以减少。减少的直径意指可以既在运输期间又在安装现场进行空间节省，

典型地，不可浸渍膜的厚度位于4-600μm的范围内，例如在4-500μm的范围内。

将不可浸渍绝缘材料的电气绝缘膜205的匝200增加到彼此之上同时使最近增加的匝结合到由之前增加且结合的匝/电极形成的固体的制造过程可以视为叠层过程，其中最近增加的匝叠层到由之前结合的匝和电极形成的固体之上。从而，由这样的过程形成的冷凝器芯115可以视为叠层冷凝器芯125。

凭借使绝缘膜205的匝和电极120结合在一起的方法，可以产生具有介电部分125的大的固体冷凝器芯115，该介电部分具有高绝缘性质的材料（例如热塑性塑料）。从而，具有热塑性介电部分125的冷凝器芯115可以为高压应用设计。

实际上，上文描述的制造方法适合于制造具有任意长度的冷凝器芯115：如果期望获得具有轴向长度（其超过膜205的宽度）的冷凝器芯115，可以并排施加两个或以上的膜205。这适用于使用挤出的制造方法，以及适用于其中固体膜205用于形成匝200的方法。在并排放置两个或以上的膜205时，匝200的部分由第一膜205a形成，并且匝205的另一个部分由第二膜205b形成，等等。图6示意地图示冷凝器芯115的示例，其的介电部分125由并排放置的两个分离固体膜205a和205b形成。

当在形成匝200时进行相邻匝200的结合（和/或电极120到相邻匝200的结合）的时候，通过使用处于黏滞相的内部或外部粘合物质，粘合物质将填充第一膜205a与第二膜205b之间的任何间隙，使得将形成完整的匝200。因此，冷凝器芯115的不可浸渍绝缘匝200（其由并排设置的两个或以上的膜205形成）将沿匝200的周边具有接头600。粘合物质可以是外部或内部粘合物质。如期望的话，可以在接头处施加额外数量的粘合物质，来确保接头被充分填充。在制造方法的一个实现中，外部粘合物质可以凭借幕帘涂布而施加到匝200，其中粘合物质沿冷凝器芯115的长度施加（作为“幕帘”）。外部粘合物质凭借幕帘涂布的施加也可以在制造实施例上使用，其中滤波器芯的长度由单个膜宽度形成（如期望的话）。

为了提高介电部分125的介电强度，接头的位置可以在形成匝205的期间变化，使得接头与冷凝器芯115的末端之间的距离将在不同匝205之间和不同匝205内变化。

在由并排放置的两个或以上分离的不可浸渍膜205形成的冷凝器芯115中，电极120中的至少一些还可以沿滤波器芯的长度分成两个或以上部分，使得处于离导体110特定径向距离处的电极120包括至少在冷凝器芯115的第一末端处的第一部分，和在冷凝器芯115的第二末端处的第二部分，其中该第一和第二部分未电连接。如期望的话，电极120也可以在由单个膜205形成的冷凝器芯115中分成这样的部分。

因为电极120的长度随着离导体110的径向距离的增加而减小，最外匝200通常可以由单个膜205形成，如期望的话，甚至在具有大长度的冷凝器芯115中也如此。

如上文提到的，电极120的轴向长度典型地对于外电极120比对于更接近导体110的电极更小。由不可浸渍膜的结合匝和电极120形成的固体可以具有圆锥或锥形末端（如期望的话）。通常使用圆锥或锥形末端以便使导体芯115的重量减少，并且/或节省不可浸渍膜材料。当用一个或多个已经存在的膜缠绕导体芯115（如关于图4论述的）时，膜的宽度可以例如在使膜缠绕到冷凝器芯115上之前被切割，以便在缠绕之前使膜的宽度随着冷凝器芯115的半径的增加而减小。备选地，代替具有圆锥或锥形末端的固体，固体可以具有圆柱形形状，或具有另一个形状的末端，例如球形末端。

上文描述的套管（其中冷凝器芯115由结合在一起来形成固体的不可浸渍绝缘膜205的匝和电极120形成）可以在AC和DC应用两者中施加。套管特别适合于高压应用，例如在36-1100kv或更高的电压范围内，但也可以在更低电压使用。

通过使用上文描述的制造方法，可以产生电装置，其中介电部分125中或介电部分125与电极120之间的任何空隙小到可以忽略。例如，可以获得这样的电设备，其基本上未包含具有大于15μm的延伸的空隙。还可以实现其中空隙（如有的话）具有甚至更小延伸（例如10μm或5μm或更小）的电设备。

当冷凝器芯115的介电部分125通过使不可浸渍绝缘膜205的匝200和电极120结合来形成固体而形成时，将不需要浸渍介质，并且不需要环绕冷凝器芯115的外壳。如期望的话，外壳仍可以用于保护滤波器芯115以免弄脏和磨损，和/或提供增加的爬电距离等。然而，因为冷凝器芯115是固体，不一定需要外壳。

尽管关于套管100描述，使不可浸渍电气绝缘膜205的匝200和电极120结合来形成固体的技术也可以用于其中至少两个电极通过介电部分125而分离的其他电气设备。这样的其他设备的示例包括电容器、测量变压器（也称为仪器变压器）和电缆终端。电缆终端典型地用于在从电缆到设备（例如传输线、变压器套管、母线等）的过渡处提供导体的电气绝缘。一种类型的电缆终端包括冷凝器芯115，其具有处于浮动电势的至少一个电极120。关于上文中的套管100的设备所谈论的也可以适用于该类型的电缆终端的设计。

上文论述的制造方法从使至少一个不可浸渍绝缘膜205的匝200设置在旋转导体110周围方面描述。这对应于使冷凝器芯115的内部部分绕它的旋转轴旋转。在例如电容器的情况下，不存在导体110，但电容器的内部部分将在将膜205设置到匝200内时旋转。在电容器的情况下，内部部分可以具有非圆柱形形状（如期望的话）。所得的电容器可以取更细长形状-例如椭圆形状或平行六面体形状、三角形形状等。此外，在一些情况下，可期望不包括导体110的冷凝器芯115，以便允许套管100的用户使他自己的导体110适应冷凝器芯115。在制造不包括导体110的电气设备时，第一匝200的轴向边缘可以暂时固定到旋转轴，第一匝的该轴向边缘对应于设备的内部部分。

尽管在附属的独立权利要求中阐述本发明的各种方面，本发明的其他方面包括在上文的描述和/或附属的权利要求中呈现的任何特征的组合，而不仅仅是在附属的权利要求中明确阐述的组合。

本领域内技术人员将意识到本文呈现的技术不限于在附图和前述的详细描述中公开的实施例（其仅为了说明目的而呈现），但它可以采用许多不同的方式来实现，并且它由下面的权利要求限定。

Claims (25)

1.一种电设备（100），其设置成提供延伸通过所述电设备的导体（110）的电气绝缘，所述电设备包括通过介电部分（125）而分离的至少两个电极（120），其中

所述电极中的至少一个设置成处于浮动电势以便控制所述导体周围的电场；

所述介电部分包括在两个邻近电极之间的至少一个不可浸渍绝缘膜（205）的至少一个匝（200）；

所述电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，并且在存在情况下的邻近彼此的不可浸渍绝缘膜的匝彼此结合，使得不可浸渍绝缘膜的匝和所述电极形成固体。

2.如权利要求1所述的电设备，其中

至少两个邻近电极通过不可浸渍绝缘膜的至少两个匝而分离。

3.如权利要求1或2所述的电设备，其中

两个邻近电极之间的空间不包括任何浸渍匝。

4.如权利要求1或2所述的电设备，其中

形成所述介电部分的至少一个不可浸渍绝缘膜包括热塑性材料的至少一个层。

5.如权利要求1或2所述的电设备，其中

形成所述介电部分的至少一个不可浸渍绝缘膜包括玻璃材料的至少一个层。

6.如权利要求1或2所述的电设备，其中

邻近电极之间的距离位于4-5000μm的范围内。

7.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述介电部分中两个邻近电极之间匝的平均数量位于1-100的范围内。

8.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述电设备的介电部分没有大于10μm的空隙。

9.如权利要求1或2所述的电设备，其中

形成所述介电部分的至少一个不可浸渍绝缘膜包括至少两个层（L1，L2，L3），其中第一层具有第一材料并且第二层具有第二材料，所述第一和第二材料展现不同的性质。

10.如权利要求1或2所述的电设备，其中

不可浸渍绝缘膜的相邻匝之间的边界（210）和/或不可浸渍绝缘膜的匝与相邻电极之间的边界包括具有与不可浸渍绝缘膜的匝的组成不同的组成的粘合物质。

11.如权利要求1或2所述的电设备，其中

不可浸渍绝缘膜的至少一个匝沿所述匝的周边具有接头。

12.如权利要求1或2所述的电设备，其中

不可浸渍绝缘膜的至少一个匝到膜的下面的相邻匝或电极的结合在所述匝被下一个匝或电极覆盖之前开始。

13.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述电极由印刷或涂覆到所述至少一个不可浸渍绝缘膜中的至少一个上的导电材料形成。

14.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述电极由插入不可浸渍绝缘膜的匝之间的导电材料的箔形成。

15.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述电极中的至少两个在所述电设备的轴向方向上具有不同长度，并且设置所述电极使得至少一个电极的至少一个末端边缘（127）不被任何外电极覆盖。

16.如权利要求1或2所述的电设备，其中

所述电设备是套管（100）或电缆终端。

17.制造电设备（100）的方法，所述电设备包括通过介电部分（125）而分离的至少两个电极（120），所述方法包括：

由至少一个不可浸渍绝缘膜（205）的至少一个匝（200）形成介电部分；以及

使不可浸渍绝缘膜的任何相邻匝彼此结合，以及使电极结合到不可浸渍绝缘膜的相邻匝，使得形成固体，其中

定位在两个电极之间的匝并非由可浸渍绝缘膜形成，并且

所述匝中的至少一个的结合在形成所述匝时进行，使得所述匝到下面的匝/电极的结合将在所述匝将被下一个匝完全覆盖之前开始。

18.如权利要求17所述的方法，其中

所述结合通过使用物质来进行，所述物质在结合步骤的至少部分期间处于液相或半液相。

19.如权利要求17或18所述的方法，其中

在形成所述介电部分期间，至少沿从所述电设备的一个末端到另一个末端的线，向已经形成的匝施加压力。

20.如权利要求17或18所述的方法，其中

所述结合包括将形成不可浸渍绝缘膜的部分的热塑性材料加热到超越一定温度，在所述温度以上的热塑性材料具有粘合性质。

21.如权利要求17或18所述的方法，其中

所述结合包括在不可浸渍绝缘膜的匝之间和/或不可浸渍绝缘膜的匝与电极之间使用外部粘合物质。

22.如权利要求17或18所述的方法，其进一步包括

在用下一个匝覆盖目前的最外匝之前冷却所述目前的最外匝的至少部分。

23.如权利要求17或18所述的方法，其中

所述形成包括通过使至少一个不可浸渍绝缘膜至少一个匝缠绕所述电设备的内部部分（110）而增加匝。

24.如权利要求17或18所述的方法，其中

所述形成包括通过使所述电设备的内部部分（110）在挤出嘴（500）附近绕轴旋转而增加匝，同时不可浸渍电气绝缘材料从所述挤出嘴挤出，使得在挤出过程期间形成并且结合不可浸渍绝缘膜的匝。

25.如权利要求17或18所述的方法，其中

并排定位在所述电设备的轴向方向上的至少两个膜用于形成匝，所述匝具有比所述至少两个膜中的单个膜的宽度更长的轴向长度。