CN111758139A - 电容式套管、变压器以及用于生产电容式套管的方法 - Google Patents

Abstract

一种浇铸电容式套管包括电导体；设置在所述导体周围的多个电容层，每个电容层包括槽式波纹电绝缘体和导电片；以及环氧树脂，所述环氧树脂封装所述多个电容层并形成环氧树脂铸件，其中，所述环氧树脂设置在每个电容层内和各电容层之间。

Description

电容式套管、变压器以及用于生产电容式套管的方法

技术领域

本发明总体上涉及套管，更具体、但不排他地涉及浇铸电容式套管。

背景技术

电容式套管仍然是受关注领域。一些现有的电容式套管相对于某些应用具有各种不足、缺陷和缺点。例如，在一些浇铸电容式套管中，在一些环氧树脂粘度增大并潜在地过早硬化之前，可能难以用环氧树脂填充电容芯。因此，在该技术领域仍然需要进一步的贡献。

发明内容

本发明的一个实施例是独特的浇铸电容式套管。另一个实施例是独特的变压器系统。另一个实施例是用于生产电容式套管的独特方法。其他实施例包括用于电容式套管和其他设备(诸如线缆终端)的设备、系统、装置、硬件、方法和组合。本发明的另外的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将从本文提供的说明书和附图中表明。

附图说明

本文中的描述参考了附图，其中，在所有这些视图中，相同的附图标记指代相同的部分。附图如下：

图1示意性地图示了根据本发明的一种实施例的变压器系统的非限制性示例的一些方面。

图2图示了根据本发明的一种实施例的、可以在图1的变压器系统中采用的电容式套管的侧视图。

图3以等轴剖视图示意性地图示了根据本发明的一种实施例的、具有螺旋缠绕的电容层的电容芯的非限制性示例的一些方面。

图4示意性地图示了图3的截面的放大布局图。

图5示意性地图示了根据本发明的一种实施例的、电容式套管电连接的非限制性示例的一些方面。

具体实施方式

为了促进对本发明的原理的理解，现在将参考附图中图示的实施例，并且将使用特定的语言来描述这些实施例。然而应当理解的是，不由此旨在限制本发明的范围。如本发明所涉及的领域的技术人员通常会想到的那样，可以设想所描述的实施例的任何改变和另外的修改以及本文所描述的本发明的原理的任何另外的应用。

参考图1，示意性地图示了根据本发明的一种实施例的变压器系统10的非限制性示例的一些方面。变压器系统10包括设置在变压器箱16中的油浴14中的变压器12，并且变压器系统10包括多个电容式套管18，例如用于三相变压器12的至少三个电容式套管，每个相用一个电容式套管。在其他实施例中，变压器12可以是具有一个或多个电容式套管18的单相变压器。在一种形式中，变压器12和电容式套管18是高压(HV)装置、例如具有52kV或更高的额定电压的装置。在其他实施例中，变压器12和电容式套管18可以是中压(MV)或低压(LV)装置。电容式套管18可操作用于将变压器12的电输出传输到下游负载、电线或装置，并提供对变压器输出电压与接地面之间或变压器输出电压与另一装置(例如，变压器箱16)之间的电场梯度的控制。

参考图2，示意性地图示了根据本发明的一种实施例的电容式套管18的非限制性示例的一些方面。电容式套管18尤其包括：电容芯20，该电容芯具有设置在环氧树脂铸件24中的导体22、安装凸缘26、遮雨缘(weather shed)28；顶部端子30和底部端子(未示出)，顶部端子和底部端子分别用于将导体22电联接到下游负载和变压器12(图1)。导体22是中心结构，电容式套管18围绕该中心结构形成。应当理解的是，一些实施例可以不采用诸如导体22的中心导体。例如，在一些实施例中，可以采用非传导管形中心结构或其他中心结构，并且在其他实施例中，可以采用可移除的心轴作为中心结构。电容式套管18可操作用于为变压器12的一个相传输电力，并且电容式套管18接地、例如、接地到变压器箱16或地面或另一装置。

导体22可操作用于传输来自变压器12的电流。在一种形式中，导体22是圆柱形的。在其他实施例中，导体22可以具有另外的形状、例如具有另外的横截面形状。在一些实施例中，导体22可以是管。在一种形式中，导体22是管。在其他实施例中，导体22可以是实心棒。在一种形式中，导体22由铜形成。在其他实施例中，导体22可以由铝形成。导体22的尺寸和用于形成导体22的材料可以随着应用的需要而变化、例如，取决于特定的电容式套管18的电压和/或电流额定值。在一些实施例中，在导体22的直径或周缘的周围施加软木层，该软木层提供了用于适应导体22与电容式套管18的其他部件之间的热膨胀的差异的缓冲，并且该软木层还充当密封件。在一些实施例中，聚四氟乙烯(PTFE)胶带层、例如铁氟龙胶带层缠绕在软木上，例如，用于控制环氧树脂结合的位置和环氧树脂不结合的位置。例如，在一些实施例中，期望的是环氧树脂在沿着导体22的纵轴线的仅一个或多个选定的轴向位置处结合到软木或导体上。PTFE胶带充当掩蔽剂，用于将结合仅限制于所述一个或多个选定的位置。

环氧树脂铸件24被设置为围绕导体22和/或软木层并接合所述导体和/或软木层，沿着导体22的纵轴线32封装导体22的大部分。在一种形式中，环氧树脂铸件24被浇铸成最终期望的形状，并且在浇铸过程之后不需要任何机加工，例如仅需要清理飞边和分型线。在其他实施例中，环氧树脂铸件24可以被构造为在浇铸过程之后需要机加工成期望的尺寸/配置。在形成电容芯20后，安装凸缘26被附接到电容芯20，例如，附接到环氧树脂铸件24。安装凸缘26可操作用于机械支撑电容式套管18，并抵靠变压器箱16密封电容式套管18。在一些实施例中，安装凸缘26可以包括用于将最外的导电片(导电片在下文进行描述)接地的电压抽头和/或测试抽头中的一个或多个。在一些实施例中，当安装在变压器箱16(图1)上时，电容式套管18的一个端部(通常称为“侧”34，例如空气侧34)设置在一个位置处或一个位置中，例如设置在变压器箱16的外部，而相反的端部或侧36、例如变压器侧36设置在另一位置处或另一位置中，例如设置在变压器箱16的内部。其他实施例可以是气-气设计，例如穿过结构的壁或顶。另外的其他实施例可以是用于在充液设备(诸如变压器)的各隔间之间连接的油-油套管。其他的实施例还可以是液-气设计，例如用于将变压器连接到SF6绝缘系统。

例如在安装凸缘26被装到电容芯20上之后，遮雨缘28安装在电容芯20的空气侧34上。在一种形式中，遮雨缘28是例如由高温硫化硅橡胶形成的硅橡胶遮雨缘。在一些实施例中，遮雨缘28形成在电容芯20的环氧树脂铸件24上，例如，通过将遮雨缘28螺旋地挤压到电容芯20的环氧树脂铸件24的空气侧34上。在其他实施例中，遮雨缘28可以以其他方式形成。在一些实施例中，遮雨缘28可以是瓷的或另外类型的聚合物遮雨缘。一些实施例可以不包括遮雨缘。

参考图3和图4，以剖视图图示了根据本发明的一种实施例的电容芯20的非限制性示例的一些方面。电容芯20包括在环氧树脂铸件24内的导体22、在期望长度上围绕导体22设置的软木38层、沿着导体22的纵轴线在一个或多个期望长度上(在期望的位置处留有一个或多个间隙)围绕软木38设置的PTFE 40(例如，铁氟龙胶带)层。一些实施例可以不包括软木38层和/或PTFE 40胶带层，或者可以使用一种或多种其他材料来代替软木和/或PTFE。电容芯20还包括浇铸在环氧树脂铸件24内并作为其部分的多个电容层42，这些电容层还可以被称为叠层42，叠层42围绕导体22的纵轴线32设置并且沿着该纵轴线延伸。

每个电容层或叠层42包括槽式波纹电绝缘体44层和导电片46层。虽然电绝缘体44提供电绝缘，但是应当理解的是，在一些实施例中，许多电绝缘由环氧树脂提供，在一些实施例中，环氧树脂可以比电绝缘体44提供显著更大的绝缘。在一些实施例中，环氧树脂和电绝缘体44两者都被认为是主绝缘材料，例如，因为它们两者都负责提供对于电容18的绝缘。

应当理解的是，导电片46可以采取各种形式中的一种或多种，并且可以随着应用的需要而变化，并且可以包括诸如导电箔、导电纸、导电金属丝网和/或可以例如以本文所述的方式分层的任何类型的一个或多个导电材料片的材料形式。电容式套管18中的导电片46是单独的片(在每个电容芯20中使用多个这样的片)的形式。每个槽式波纹电绝缘体44层和每个导电片46层在周向或切向方向上的长度或宽度可以围绕套管18变化。在一些实施例中，在每个随后的导电片46之间留出周向间隙或切向间隙，例如，使得这样的导电片46不会对于相邻的这样的导电片46短路。导电片46被构造为例如在导体22电压与接地面或另外的装置之间产生期望的电场梯度。在一种形式中，导电片46是铝箔。在其他实施例中，可以使用铜箔。在另外的其他实施例中，可以采用其他材料，例如，如上所提及的其他材料。在一种形式中，槽式波纹电绝缘体44由电气级牛皮纸(例如，槽式波纹电牛皮纸)形成。在其他实施例中，可以采用其他材料。

形成槽48的波纹被成形为类似于例如用于制造纸板盒的常规波纹纸板中的波纹/槽，除了尺寸(例如安装时的径向高度和周向范围、或槽间距)被选择为提供导电片46的期望的径向密度并实现期望的机械强度、导电片之间的期望的介电强度、以及导体22与接地面或另外的电势之间的期望的电场梯度。波纹/槽的形状可以是例如正弦形的或基本上正弦形的。在其他实施例中，可以采用其他形状，例如但不限于基本上为三角形、梯形或正方形的形状。在一种形式中，各波纹/槽彼此平行。在其他实施例中，波纹/槽可以彼此不平行，或者仅一些波纹/槽可以彼此平行。

槽式波纹电绝缘体44的槽48沿导体22的纵轴线32(图2)的方向延伸，即，槽48彼此平行并且平行于纵轴线32。每个槽或波纹都从特定层的槽式波纹电绝缘体44的一端延伸到特定层的相反端地平行于纵轴线32延伸。例如，在一些实施例中，从电容式套管18的空气侧34到变压器侧36、例如从环氧树脂铸件24的一端到相反端、例如几乎从导体22的一端到相反端。在一种形式中，用于形成槽式波纹电绝缘体44的电气级牛皮纸不起皱，即不是皱纸。事实上，皱纸、例如起皱的电气级牛皮纸包括皱痕和折痕，但是皱痕和折痕彼此不平行、每个折痕和皱痕都不从皱纸的一端延伸到另一端，例如从套管的一端延伸到另一、并且折痕和皱痕不是常规理解的那些术语那样的槽或波纹、并且在本说明书和权利要求的上下文内，折痕和皱痕不是槽或波纹。皱纸不是常规理解的那些术语那样的、如在本申请的上下文中使用的那些术语那样的槽式波纹纸。尽管一些实施例可以采用皱纸作为制造槽式波纹纸的原纸，但是根据本发明的实施例，皱纸必须与非皱纸一样带槽且带波纹，以便用于槽式波纹电绝缘体44。槽式波纹电绝缘体44的波纹/槽在形状上类似于波纹纸板，但是使用另外的材料(例如电气级纸，例如电气级牛皮纸)制成。在一种形式中，槽48的尺寸是大约2毫米高×大约2毫米平均宽度(或安装时的周向范围)。在其他实施例中，可以采用其他槽尺寸，例如，在一些实施例中，高度和/或宽度为1.5毫米至3毫米，而在其他实施例中为其他尺寸。通过使用具有相对大的槽/波纹尺寸的槽式波纹构造，环氧树脂在浇铸过程期间更自由地流动，这减小了形成空隙的可能性，因此减少了制造缺陷和废料，并且因为环氧树脂更快地填充浇铸模具，这允许生产更大的浇铸电容式套管18，因为减小或消除了环氧树脂的粘度或固化方面的无意的或不期望的增加，并且因此可以增加环氧树脂的流速。换句话说，通过使用具有相对大的槽/波纹尺寸的槽式波纹构造，环氧树脂在浇铸过程期间更自由地流动，并且因此与先前的构造相比，环氧树脂的流速可以增加。这允许浇铸模具更快被填充，这进而允许在由于树脂的固化而导致的不期望的但不可避免的粘度增大对于填充来说成为问题之前完成填充。与其他构造相比，在一些实施例中，这种改进可以用于：减少过程时间、减少缺陷、允许使用填充的环氧树脂和/或允许生产尺寸更大的浇铸电容/环氧树脂体或套管18。更容易的填充可以允许更好地控制过程，并减小形成空隙的可能性，因此减少制造缺陷和废料。

在一些实施例中，槽式波纹电绝缘体44是具有粘附到槽式波纹电绝缘体44的槽或波纹上的衬垫50的单面构造。在其他实施例中，衬垫50可以卷入在槽式波纹电绝缘体44中，但不粘附于其上。在一种形式中，衬垫50是电气级牛皮纸。在其他实施例中，可以使用其他材料。在一种形式中，衬垫50是不起皱的。在其他实施例中，衬垫50可以是起皱的。

导电片46是设置在相邻的槽式波纹电绝缘体44层之间并且卷绕在每个槽式波纹电绝缘体44层上的单独片的形式，其中，导电片46的前缘和后缘位于期望的周向位置处，例如，以便实现电容式套管18的期望的电容分级效果。

在一些实施例(例如，图3和图4的实施例)中，连续长度的槽式波纹电绝缘体44以螺旋方式卷绕或缠绕在导体22(例如，以及在如此装备的实施例中的软木38和PTFE胶带40)上，其中，单独的导电片46彼此隔开期望的间隔，例如，在周向相邻的导电片46之间具有间隙52。在这样的实施例中，电容层42是螺旋的形式。在其他实施例中，可以将槽式波纹电绝缘体44的长度切割成一定尺寸，以便将单个槽式波纹电绝缘体44层与导电片46一起卷绕在导体22(例如，以及在如此装备的实施例中软木38和PTFE胶带40)上，其中，每个槽式波纹电绝缘体44层和电容层42是圆柱形的，而不是螺旋形的。在这样的实施例中，接头形成在形成每个单独的圆柱形层的槽式波纹电绝缘体44的长度的切割端部之间。在这两个实施例中，各个导电片46彼此间隔开期望的间隔。

在一些实施例中，每个电容层42可以包括设置在导电片46与槽式波纹电绝缘体44之间的非导电层54，例如，其可操作用于支撑导电片46以防止导电片46的部分移位到槽式波纹电绝缘体44的槽中。在一种形式中，非导电层54的材料是合成的网眼织物。在其他实施例中，可以采用其他材料来形成非导电层54，例如，电气级牛皮纸，所述非导电层可以根据实施例是起皱的也可以是不起皱的。其他实施例可以不包括非导电层54。

一旦电容层42被安装在导体22(以及在如此装备的实施例中的软木38和PTFE 40)周围，组件就被放置到模具中，并且环氧树脂56(树脂)被(例如在真空中)引入到模具中，其中，环氧树脂56流过各电容层42并且在各电容层之间流动，封装这些层并且分散在各层内和各层之间以及分散在层与导体22(以及在如此装备的实施例中的软木38和PTFE 40)之间，然后使环氧树脂固化形成环氧树脂铸件24，所述环氧树脂铸件具有固化的环氧树脂56的外壳。在一种形式中，环氧树脂56填充有二氧化硅，例如填充50％二氧化硅。在其他实施例中，可以使用其他填料。在另外的其他实施例中，可以不使用填料。在一些实施例中，可以使用其他可固化树脂，例如但不限于聚酯或其他可浇铸树脂。

参考图5，示意性地图示了根据本发明的实施例的电容式套管18电连接的非限制性示例的一些方面。导体22在变压器侧36电联接到变压器12，并且在空气侧34电联接到下游电负载60。最里面的导电片46电联接到导体22。最外面的导电片46电联接到接地面或另外的装置62，例如变压器箱16。

本发明的实施例包括浇铸电容式套管，所述浇铸电容式套管包括：电导体；设置在所述导体周围的多个电容层，各电容层包括槽式波纹电绝缘体和导电片；以及环氧树脂，所述环氧树脂封装所述多个电容层并形成环氧树脂铸件，其中，环氧树脂设置在各电容层内和各个电容层之间。

在改进方案中，电导体具有纵轴线，并且其中，所述槽式波纹电绝缘体包括槽，其中，所述槽平行于所述纵轴线延伸。

在另一改进方案中，槽式波纹电绝缘体层由电气级牛皮纸形成。

在又一改进方案中，所述电气级牛皮纸是不起皱的。

在还有另一改进方案中，所述槽式波纹电绝缘体层是单面构造，所述单面构造具有粘附到波纹电气级牛皮纸的槽上或与其缠绕在一起的衬垫。

在又另一改进方案中，每个电容层包括非导电层，所述非导电层被设置为邻近导电片并且可操作用于支撑各个导电片。

在另外的改进方案中，电容层螺旋缠绕在导体周围。

在又另外的改进方案中，最里面的导电片电联接到导体。

在还另外的改进方案中，电容被构造为将最外面的导电片电联接到电接地和/或电联接到另外的电路或装置。

本发明的实施例包括变压器系统，所述变压器系统包括变压器以及电容式套管，所述电容式套管包括：导体，所述导体具有纵轴线；围绕所述导体的纵轴线设置的多个叠层，每个叠层包括设置在所述导体周围的槽式波纹电气级纸层以及导电片，所述槽式波纹电气级纸层具有平行于所述导体的轴线延伸的槽；以及浇铸环氧树脂，所述浇铸环氧树脂封装多个层并分散在多个层内和多个层之间以及分散在这些层与导体之间。

在改进方案中，电导体具有纵轴线，并且其中，所述槽式波纹电气级纸包括平行于所述纵轴线的槽。

在另一改进方案中，槽式波纹电气级纸层由电气级牛皮纸形成。

在又一改进方案中，电气级牛皮纸是不起皱的。

在还另一改进方案中，槽式波纹电气级纸层是单面构造，所述单面构造具有粘附到波纹电气级牛皮纸的槽上或与其缠绕在一起的衬垫。

在还有另一改进方案中，每个叠层包括非导电层，所述非导电层被设置为邻近导电片并邻近下一个槽式波纹电气级纸层并且可操作用于支撑导电片。

在进一步的改进方案中，多个叠层螺旋缠绕在导体周围。

在又另外的改进方案中，最里面的导电片电联接到导体。

在还有另外的改进方案中，电容式套管被构造为将最外面的导电片电联接到电接地和/或电联接到另外的电路或装置。

本发明的实施例包括用于生产电容式套管的方法，所述方法包括：将多个电容叠层卷绕在导体周围，每个叠层包括槽式波纹电绝缘体层和导电片层；将最里面的导电片层电联接到导体；用环氧树脂浸渍交替的层以用所述环氧树脂封装多个交替的层，并将所述环氧树脂设置在所述交替的层内和所述交替的层之间；以及使环氧树脂固化。

在改进方案中，槽式波纹电绝缘体层是由不起皱的电气级牛皮纸制成的单面构造。

虽然本发明已经在附图和前面的描述中进行了详细的说明和描述，但是其被认为本质上是说明性的而不是限制性的，应该理解的是，仅仅示出和描述了优选的实施例，并且在本发明的精神内的所有变化和修改都期望得到保护。应当理解的是，虽然在上面的描述中利用的诸如优选的、优选地、优选或更优的词语的使用指示这样描述的特征可能是更期望的，然而其可能不是必需的，并且缺少所述特征的实施例可以被认为在本发明的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，旨在当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，无意将权利要求限制为仅一个物品，除非在权利要求中具体相反声明。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该物品可以包括一部分和/或整个物品，除非具体相反声明。

除非另有说明或限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广泛使用，并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和联接。进一步地，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接。

Claims (20)

1.一种浇铸电容式套管，包括：

电导体；

设置在所述导体周围的多个电容层，每个电容层包括槽式波纹电绝缘体和导电片；以及

环氧树脂，所述环氧树脂封装所述多个电容层并形成环氧树脂铸件，其中，所述环氧树脂设置在每个电容层内和各个电容层之间。

2.如权利要求1所述的电容式套管，其中，所述电导体具有纵轴线；并且其中，所述槽式波纹电绝缘体包括槽，其中，所述槽平行于所述纵轴线延伸。

3.如权利要求1所述的电容式套管，其中，所述槽式波纹电绝缘体层由电气级牛皮纸形成。

4.如权利要求3所述的电容式套管，其中，所述电气级牛皮纸是不起皱的。

5.如权利要求3所述的电容式套管，其中，所述槽式波纹电绝缘体层是单面构造，所述单面构造具有衬垫，所述衬垫粘附到所述波纹电气级牛皮纸的槽或与所述波纹电气级牛皮纸的槽缠绕在一起。

6.如权利要求1所述的电容式套管，其中，每个电容层包括非导电层，所述非导电层被设置为邻近于所述导电片并且可操作用于支撑每个导电片。

7.如权利要求1所述的电容式套管，其中，所述电容层螺旋缠绕在所述导体周围。

8.如权利要求1所述的电容式套管，其中，最里面的导电片电联接到所述导体。

9.如权利要求1所述的电容式套管，其中，所述电容被构造为将最外面的导电片电联接到电接地和/或电联接到另外的电路或装置。

10.一种变压器系统，包括：

变压器；以及

电容式套管，所述电容式套管包括：

导体，所述导体具有纵轴线；

围绕所述导体的纵轴线设置的多个叠层，每个叠层包括：

围绕所述导体设置的槽式波纹电气级纸层，所述槽式波纹电气级纸层具有平行于所述导体的轴线延伸的槽；以及

导电片；以及

浇铸环氧树脂，所述浇铸环氧树脂封装所述多个层并分散在所述多个层内和所述多个层之间以及分散在所述层与所述导体之间。

11.如权利要求10所述的变压器系统，其中，所述电导体具有纵轴线；并且其中，

所述槽式波纹电气级纸包括平行于所述纵轴线的槽。

12.如权利要求10所述的变压器系统，其中，所述槽式波纹电气级纸层由电气级牛皮纸形成。

13.如权利要求12所述的变压器系统，其中，所述电气级牛皮纸是不起皱的。

14.如权利要求12所述的变压器系统，其中，所述槽式波纹电气级纸层是单面构造，所述单面构造具有衬垫，所述衬垫粘附到所述波纹电气级牛皮纸的槽或与所述波纹电气级牛皮纸的槽缠绕在一起。

15.如权利要求10所述的变压器系统，其中，每个叠层包括非导电层，所述非导电层被设置为邻近于所述导电片并邻近下一个槽式波纹电气级纸层并且可操作用于支撑所述导电片。

16.如权利要求10所述的变压器系统，其中，所述多个叠层螺旋缠绕在所述导体周围。

17.如权利要求10所述的变压器系统，其中，最里面的导电片电联接到所述导体。

18.如权利要求10所述的变压器系统，其中，所述电容式套管被构造为将最外面的导电片电联接到电接地和/或电联接到另外的电路或装置。

19.一种用于生产电容式套管的方法，包括：

将多个电容叠层卷绕在中心结构周围，每个叠层包括槽式波纹电绝缘体层和导电片层；

将最里面的导电片层电联接到所述中心结构；

用环氧树脂浸渍所述交替的层，以便用所述环氧树脂封装所述多个交替的层，并将所述环氧树脂设置在所述交替的层内和所述交替的层之间；以及

使所述环氧树脂固化。

20.如权利要求19所述的电容，其中，所述槽式波纹电绝缘体层是由不起皱的电气级牛皮纸制成的单面构造。

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