CN109559861A - 一种干式高压电容芯子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干式高压电容芯子，包括电容屏、绝缘层、接地末屏和均压屏蔽环；所述电容屏由若干层不同长度的同轴电容极板组成，每层电容极板均采用导电或半导电的带状材料均匀缠绕而成；所述绝缘层采用玻璃纤维缠绕而成；电容屏的各层电容极板和绝缘层交替缠绕间隔设置直至设计尺寸；所述电容屏最外层电容极板为接地末屏；在所述接地末屏的两端分别设有一个均压屏蔽环，所述均压屏蔽环为环状结构的导电弹簧触指，其套装在接地末屏边缘部位，并与所述接地末屏进行导电连接。本发明通过在高压电容芯子的接地末屏端部增加一个均压屏蔽环，从而改善端部的电场分布，避免接地末屏边缘出现电场集中，极大降低局部放电发生的概率。

Description

一种干式高压电容芯子

技术领域

本发明涉及一种干式高压电容芯子。

背景技术

高压套管主要用于变压器、电抗器、断路器等电力设备进出线和高压电路穿越墙体等的对地绝缘。高压套管有单一介质套管、复合介质套管和电容式套管三种。电容式套管主绝缘由层状绝缘材料和箔状金属电极在导电杆上相间卷绕而成的同轴圆柱形串联电容器组构成，该部分通常称为电容芯子。根据绝缘材料不同，又分为胶纸和油纸电容式套管，其中胶纸电容式套管采用绝缘胶固化后实现主绝缘，内部无油、气体等介质，因此又称为干式套管。

一般情况下，干式高压电容芯子是由0.05～0.07mm厚的单面胶纸和0.01～0.007mm厚的铝箔，加温加压交错卷制成型，经过加热硬化后，对外表进行机械加工而成。电容芯子设计的首要目标就是通过优化电容芯子的电容极板和绝缘材料结构，以控制电场分布。运行情况表明，不论是油纸套管还是胶纸套管，其长期破坏总是发生在电容芯子极板边缘。通过仿真计算可以看出，电容芯子的极板边缘处电场强度远高于其它部位，而电场的集中则是导致出现局部放电的重要因素。此外，由于电容芯子的极板材料与绝缘材料不同，在极板边缘处更容易因热膨胀等因素而出现裂隙，从而增大了发生局部放电的风险。

中国发明专利CN 102013322 A公开了一种干式高压电容芯子及其制造方法，该结构的电容芯子包括零屏、绝缘层、电容屏、接地末屏、测量引出线、绝缘外保护层等。其中，绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕至设计尺寸，然后将接地末屏均匀缠绕于其上，经真空浇注固化后再加工成设计要求形状。该发明的电容芯子及接地末屏边缘经加工后都形成尖端，与常规电容芯子的极板一样会导致电场集中，增加了局部放电的风险。中国实用新型专利CN 202102812 U公开了一种特高压油纸电容式穿墙套管，其采用电容分压和电阻分压相结合的原理设计的电容芯子部件，能够满足套管特高压交流和直流两用，主要解决了较长较厚的电容芯子绝缘真空干燥和压力浸油的难题。该发明并未明确内部电容芯子的卷绕方法，仅通过在端部螺纹套上缠绕皱纹纸和电缆纸来提高电容芯子部件端部的气晕电压。但在干式套管中，缠绕的电缆纸与电容芯子的粘接部位容易出现裂纹，从而影响该部位的局部放电。中国实用新型专利CN 203481018 U公开了一种胶浸纸高压电容式换流变压器用套管，其由内到外依次设有内导管、外导管、电容芯子及绝缘套，旨在解决特高压变压器套管的密封及载流问题。该结构的电容芯子采用环氧树脂胶浸渍制备而成，未考虑电容芯子的电场分布问题。中国发明专利CN 105469957 A公开了一种真空胶浸纤维防爆型油纸电容式套管，包括均压球、电容芯子、伞裙、法兰、油枕、接线板，电容芯子为圆柱形，电容芯子内部设有中心导电杆，中心导电杆外侧交替包绕绝缘层与铝箔，电容芯子外侧设有上绝缘层、下绝缘层，上绝缘层通过环氧树脂连接伞裙，法兰设置在电容芯子中部，均压球设置在电容芯子下半部分。其均压球设置于电容芯子端部，只能解决中心导电杆与接线板连接处的电场控制，无法避免电容末屏端部的电场集中问题。中国实用新型专利CN 204045297 U公开了一种快干型高压电容式干式套管，该套管主要包括导电杆、电容电极、绝缘层和伞裙，导电杆外侧依次交替缠绕有绝缘层和电容电极，且最外层为绝缘层，缠绕完成后进行灌封成型为电容芯子，电容芯子外直接与伞裙硫化成一体。该结构的电容芯子在电容层电场中止部位同样存在电场集中问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种干式高压电容芯子。本发明通过在高压电容芯子的接地末屏端部增加一个均压屏蔽环，从而改善端部的电场分布，避免接地末屏边缘出现电场集中，极大降低局部放电发生的概率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种干式高压电容芯子，包括电容屏、绝缘层、接地末屏和均压屏蔽环；其中：

所述电容屏由若干层不同长度的同轴电容极板组成，每层电容极板均采用导电或半导电的带状材料均匀缠绕而成；

所述绝缘层采用玻璃纤维缠绕而成；制作电容芯子时，首先在模具上缠绕电容屏的零层，再在所述零层外侧缠绕绝缘层，然后再在绝缘层外缠绕电容屏的电容极板，电容屏的各层电容极板和绝缘层交替缠绕间隔设置直至设计尺寸，得到电容芯子主体结构；

所述电容屏最外层电容极板为接地末屏，在所述接地末屏的两端分别设有一个均压屏蔽环；所述均压屏蔽环为环宽5～10mm的环状结构的导电弹簧触指，其穿过所述电容芯子主体结构套装在接地末屏边缘部位，并与所述接地末屏进行导电连接。

进一步的，所述每层电容极板所采用的导电或半导电材料为铝箔、金属丝网或导电碳纤维。

进一步的，所述均压屏蔽环采用斜圈弹簧触指制作，其材料为铜合金，所述均压屏蔽环的环宽为5mm。

进一步的，所述均压屏蔽环套装在接地末屏边缘部位后，由导电或半导电材料反向缠绕固定所述均压屏蔽环。

进一步的，所述接地末屏的外侧缠绕有绝缘层保护层。

进一步的，所述电容芯子主体结构采用环氧树脂Stycast 2850FT进行真空浇注固化。

进一步的，所述电容屏电容极板的长度由内层到外层依次变短。

本发明的有益效果为：

本发明通过在高压电容芯子的接地末屏端部增加一个均压屏蔽环，从而改善端部的电场分布，避免接地末屏边缘出现电场集中，极大降低局部放电发生的概率。

附图说明

图1为本发明所述干式高压电容芯子的结构示意图，图中：1电容屏、2绝缘层、3接地末屏、4均压屏蔽环；

图2为常规电容芯子电场分布示意图；

图3为本发明所述电容芯子电场分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种干式高压电容芯子，包括电容屏1、绝缘层2、接地末屏3和均压屏蔽环4。

所述电容屏1由若干层不同长度的同轴电容极板组成，电容极板的尺寸、数量等需根据电压等级和电场分布情况进行确定。一般情况下，所述电容屏1电容极板的长度由内层到外层依次变短。每层电容极板均采用导电或半导电的带状材料均匀缠绕而成，优选的材料为铝箔、金属丝网或导电碳纤维。

所述绝缘层2也包括多层结构，采用玻璃纤维缠绕而成。制作电容芯子时，首先在模具上缠绕电容屏1的零层，再在所述零层外侧缠绕绝缘层2，然后再在绝缘层2外缠绕电容屏1的电容极板，电容屏的各层电容极板和绝缘层交替缠绕间隔设置直至设计尺寸，得到电容芯子主体结构。

本实施例中，制作的高压套管为10kV超导直流限流器用直流套管，其电容芯子的电容屏1采用导电碳纤维制作，绝缘层2为玻璃纤维缠绕，然后采用低温环氧树脂Stycast2850FT进行真空浇注固化。电容屏共10层，其零层电位为直流10kV。

接地末屏3是电容屏1的一部分，所述电容屏1最外层电容极板为接地末屏3，接地末屏3主体结构和材料与电容屏1其他层电容极板相同，均采用导电碳纤维缠绕而成，但该层电容极板在使用时需要接地，因此处于“零”电位。首先，由于电容屏1的零层处于高电位，其产生的电场终止于接地末屏3，而电场终止的部位容易形成电场集中。其次，常规设计中，电容芯子的电容屏1极板均为极薄的导电或半导电层，而极薄的导电或半导电层极板边缘(即端部)与其它电容极板间相当于构成一个针-板电极。根据理论计算和仿真分析都可以得知，在接地末屏3的边缘电场集中部位是最容易发生局部放电的位置，而局部放电是影响电容芯子绝缘性能的首要因素。由此可知，接地末屏3部位的电场强度高于其它极板，而接地末屏3边缘构成的针-板电极又进一步增强了其电场强度。

在所述接地末屏3的两端分别设有一个均压屏蔽环4；所述均压屏蔽环4为环宽5～10mm的环状结构的导电弹簧触指，其套装在接地末屏3边缘部位，并与所述接地末屏3边缘部位进行导电连接。由此增大接地末屏3边缘处的曲率半径，从而降低该位置的电场强度。所述的均压屏蔽环4用于增大所在位置的曲率半径，可以采用导电或半导电材料制作。均压屏蔽环4的环宽越大，则对应的电场强度越低，但过大的环宽会导致电容芯子的外径增加，可以根据电场仿真计算后进行选择合适的尺寸，一般情况下5～10mm环宽直径的均压屏蔽环4即可大幅度改善电场分布。

根据仿真计算，优选的，所述均压屏蔽环4采用斜圈弹簧触指制作，其材料为铜合金，所述均压屏蔽环4的环宽为5mm。当接地末屏3缠绕至设计位置后，将均压屏蔽环4套装在接地末屏3边缘部位，然后将导电或半导电的带状缠绕材料反向缠绕住所述均压屏蔽环4。一方面，弹簧触指具有较高的弹性，反向缠绕的导电材料可以紧固住接地末屏3，也实现了良好的电气连接；另一方面，反向缠绕的导电材料可以实现与弹簧触指间的平滑过渡，避免出现尖端。

优选的，所述接地末屏3的外侧缠绕有绝缘层保护层。

如图2所示，采用常规电容芯子时，可以看出，电场分布在接地末屏3的上下边缘部位集中，对应的电场强度最大值为4.3kV/mm。

如图3所示，通过在接地末屏3的边缘部位增加本实施例所提供的均压屏蔽环4，可以看出，电场依然是在接地末屏3的两侧边缘位置集中，但对应的电场强度最大值已经降低为2.6kV/mm，降低幅度达到39.5％，从而能够有效减少局部放电发生的概率，提高套管的使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种干式高压电容芯子，其特征在于，包括电容屏(1)、绝缘层(2)、接地末屏(3)和均压屏蔽环(4)；其中：

所述电容屏(1)由若干层不同长度的同轴电容极板组成，每层电容极板均采用导电或半导电的带状材料均匀缠绕而成；

所述绝缘层(2)采用玻璃纤维缠绕而成；制作电容芯子时，首先在模具上缠绕电容屏(1)的零层，再在所述零层外侧缠绕绝缘层(2)，然后再在绝缘层(2)外缠绕电容屏(1)的电容极板，电容屏的各层电容极板和绝缘层交替缠绕间隔设置直至设计尺寸，得到电容芯子主体结构；

所述电容屏(1)最外层电容极板为接地末屏(3)，在所述接地末屏(3)的两端分别设有一个均压屏蔽环(4)；所述均压屏蔽环(4)为环宽5～10mm的环状结构的导电弹簧触指，其穿过所述电容芯子主体结构套装在接地末屏(3)边缘部位，并与所述接地末屏(3)进行导电连接。

2.根据权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述每层电容极板所采用的导电或半导电材料为铝箔、金属丝网或导电碳纤维。

3.根据权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述均压屏蔽环(4)采用斜圈弹簧触指制作，其材料为铜合金，所述均压屏蔽环(4)的环宽为5mm。

4.根据权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述均压屏蔽环(4)套装在接地末屏(3)边缘部位后，由导电或半导电材料反向缠绕固定所述均压屏蔽环(4)。

5.根据权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述接地末屏(3)的外侧缠绕有绝缘层保护层。

6.根据权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述电容芯子主体结构采用环氧树脂Stycast 2850FT进行真空浇注固化。