CN111863451B - 一种等电容等极差不等厚度的电容芯体及其设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等电容等极差不等厚度的电容芯体及其设计方法，包括导电体、绝缘层、电容屏、测量引出线和保护套，导电体安装在保护套内，绝缘层以及电容屏交替缠绕在导电体上，测量引线与电容屏连接并伸出保护套外，绝缘层由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料按测地线方式缠绕而成，电容屏包括若干个不同长度的电容极板，电容极板均采用导体或半导体的带状材料均匀缠绕而成；本发明基于通过调节每层极板的电容值可以实现对各层极板的分压值进行控制的原理，在保证每层极板极差相等的情况下，即满足等极差的条件下，通过调节极板半径设计各层极板的绝缘厚度来实现各层极板等电容的条件，从而使得各层极板之间的分压值相等。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统的高压设备领域，尤其涉及一种等电容等极差不等厚度的电容芯体及其设计方法。
背景技术
电容套管的内绝缘即电容芯子为电气设计计算最关键的部件。电容套管的内绝缘是由多层阶梯型极板构成的电容芯子，其中电容极板所起的作用，是要控制极板处的径向电场强度Er和极板间轴向场强El分布合理化，使绝缘材料充分发挥作用，从而减小套管的半径和长度。电容芯子的设计计算包括最大工作场强Erm的选择和电容极板的计算等。
现有的电容芯子的生产设计，大都是进过理论设计后，就将绝缘层和电容屏交替缠绕在导电体上，而在电容芯子成型后，其内部的电容极板基本固定，无法被改变，容易与理论设计的数值产生较大误差，同时，在理论设计的过程中，由于没有实际的电容芯子进行配合，对于理论设计的数据难以做到微调，对于电容芯子的生产设计造成了较大的困扰。
例如，一种在中国专利文献上公开的“不等电容、不等台阶、分段等厚度电容芯子的设计方法”，其公告号：CN101315834B，其申请日：2008年06月23日，包括1)使电容芯子各绝缘层厚度基本相等，且相邻各绝缘层的电容量之差控制在10％以下，把施加到各绝缘层上的电压之差也控制在10％以下，若电容量之差超过10％，则增加或减少绝缘层厚度；2)在卷制的电容芯子较细时，采用增大两极板之间台阶的长度的方法使相邻两极板之间的电容量相差不大，并以此使各绝缘层厚度相等，电场强度相差也不大；在卷制的电容芯子较粗并在电容芯子中间位置时，采取适当减小相邻两层极板之间台阶长度的办法，使绝缘层厚度和电容量变化的少一些，并用此处减少下来的极板台阶长度补偿电容芯子较细时所增加的极板台阶长度，但需满足极板台阶长度之和的要求。
发明内容
本发明主要解决现有的技术中经过理论设计的电容芯子的各极板分压值难以相等的问题；提供一种等电容等极差不等厚度的电容芯体及其设计方法，满足等极差的条件下，通过设计各层极板的绝缘厚度来实现各层极板等电容的条件，从而使得各层极板之间的分压值相等。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，包括导电体、绝缘层、电容屏、测量引出线和保护套，所述导电体安装在保护套内，所述绝缘层以及电容屏交替缠绕在所述导电体上，所述测量引线与电容屏连接并伸出保护套外，所述绝缘层由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料按测地线方式缠绕而成，所述电容屏包括若干个不同长度的电容极板，所述电容极板均采用导体或半导体的带状材料均匀缠绕而成。通过选取合适的电容极板数、极板长度和极板半径，制作出等电容等极差不等厚度的电容芯体，实现各层极板之间的分压值，同时，满足极板电场和裕度要求，在制作的过程中，可以通过测试引出线进行逐步测试，使得极板长度和极板半径的选择更加符合条件。
作为优选，还包括夹持部和螺钉装置，所述夹持部安装在电容极板上，所述夹持部设有与电容极板侧面大小匹配的固定槽，所述固定槽内设有若干个凹槽，所述电容极板上安装有若干个与所述凹槽相匹配的凸块，所述保护套侧边设有螺纹孔，在所述螺纹孔的一侧安装有加强板，所述螺钉装置穿过所述螺纹孔与所述电容极板抵接。电容极板缠绕在导电体上时呈圆柱状，通过夹持部进行连接，通过扭动螺钉装置使得圆柱状的电容极板的半径改变，对电容极板的半径进行微调，减小误差，使得制作的电容芯体能更好的满足各层极板之间的分压值相等。
作为优选，所述的电容极板采用的导体或半导体材料包括铝箔、金属丝网或导电碳纤维。
作为优选，所述的粘结固化材料为热固性环氧树脂固化体系，所述热固性环氧树脂固化体系的结构组成为双酚A型环氧树脂∶甲基四氢苯酐∶苄基二甲氨∶羧基丁腈橡胶为100∶60∶1.5∶10。当电容极板数、极板长度和极板半径均选取好并经过测试，测试值的各层极板之间的分压值相等且电场和裕度均满足时，再将粘结固化材料倒入，使得绝缘层以及电容屏交替缠绕在导电体上。
一种等电容等极差不等厚度的电容芯体设计方法，包括以下步骤：
步骤S1：先赋极板数n，零层极板长度l0，零层极板半径r0，接地极板长度ln，接地极板半径rn，外施工作电压为U；
步骤S2：为了使各极板的分压值相等，则各层极板间的长度差λ相等，故各层极板的极差为：l0－ln＝nλ，各层极板的长度为：lx＝l0－xλ；
步骤S3：根据电容芯体等效为同心圆柱形电容以及各层极板电容相等的条件，可得到如下的等式：
式中，r0、l0为最内层(零层)极板的半径与长度，rx、lx为第x层极板的半径与长度，rn、ln为最外层(接地)极板的半径与长度，εr为相对介电常数，ε0为真空的电容率；
根据合比定理可得：
步骤S4：在各层极板长度已知的情况下，其它各层极板的半径计算如式：
通过上述的等式得到的各层极板的绝缘厚度满足等电容等极差设计的要求。
作为优选，通过所述步骤S1至步骤S4的计算式，可以得到各层极板间的分压、径向电场、上下部的轴向电场以及各层极板的裕度。
作为优选，所述的步骤S1中，选取零层极板半径的方法为：通过夹持部将零层极板围绕成一个空心圆柱，并套在所述导电体上，通过扭动所述螺钉装置，使零层极板侧面往固定槽内部移动，使得零层极板的半径缩小。
作为优选，所述的步骤S1中，选取接地极板半径的方法为：通过夹持部将接地极板围绕成一个空心圆柱，并套在所述导电体上，通过扭动所述螺钉装置，使接地极板侧面往固定槽内部移动，使得接地极板的半径缩小。
本发明的有益效果是：(1)基于通过调节每层极板的电容值可以实现对各层极板的分压值进行控制的原理，在保证每层极板极差相等的情况下，即满足等极差的条件下，通过调节极板半径设计各层极板的绝缘厚度来实现各层极板等电容的条件，从而使得各层极板之间的分压值相等；(2)通过螺钉装置和夹持部对极板半径进行微调，能更好的实现各层极板的电容相等，减小误差。
附图说明
图1是实施例一的电容芯体的正视结构示意图。
图2是实施例二的夹持部的结构示意图。
图3是实施例二的电容芯体的俯视结构示意图。
图4是实施例一的等电容等极差不等厚度的电容芯体设计方法的流程框图。
图中1.导电体，2.绝缘层，3.电容屏，4.测量引出线，5.保护套，6.电容极板，7.夹持部，8.固定槽，9.凹槽，10.凸块，11.加强板，12.螺钉装置。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，如图1所示，包括导电体1、绝缘层2、电容屏3、测量引出线4和保护套5，导电体1安装在保护套5内，绝缘层2以及电容屏3交替缠绕在导电体1上，测量引线与电容屏3连接并伸出保护套5外，绝缘层2由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料按测地线方式缠绕而成，电容屏3包括若干个不同长度的电容极板6，电容极板6均采用导体或半导体的带状材料均匀缠绕而成。
电容极板6采用的导体或半导体材料包括铝箔、金属丝网或导电碳纤维。
粘结固化材料为热固性环氧树脂固化体系，热固性环氧树脂固化体系的结构组成为双酚A型环氧树脂∶甲基四氢苯酐∶苄基二甲氨∶羧基丁腈橡胶为100∶60∶1.5∶10。
一种等电容等极差不等厚度的电容芯体设计方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1：先赋极板数n，零层极板长度l0，零层极板半径r0，接地极板长度ln，接地极板半径rn，外施工作电压为U；
步骤S2：为了使各极板的分压值相等，则各层极板间的长度差λ相等，故各层极板的极差为：l0－ln＝nλ，各层极板的长度为：lx＝l0－xλ；
步骤S3：根据电容芯体等效为同心圆柱形电容以及各层极板电容相等的条件，可得到如下的等式：
式中，r0、l0为最内层(零层)极板的半径与长度，rx、lx为第x层极板的半径与长度，rn、ln为最外层(接地)极板的半径与长度，εr为相对介电常数，ε0为真空的电容率；
根据合比定理可得：
步骤S4：在各层极板长度已知的情况下，其它各层极板的半径计算如式：
通过上述的等式得到的各层极板的绝缘厚度满足等电容等极差设计的要求，通过步骤S1至步骤S4的计算式，可以得到各层极板间的分压、径向电场、上下部的轴向电场以及各层极板的裕度。
实施例二，一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，如图2和图3所示，本实施例相比于实施例一的区别在于，本实施例增加了夹持部7和螺钉装置12，夹持部7安装在电容极板6上，夹持部7设有与电容极板6侧面大小匹配的固定槽8，固定槽8内设有若干个凹槽9，电容极板6上安装有若干个与凹槽9相匹配的凸块10，保护套5侧边设有螺纹孔，在螺纹孔的一侧安装有加强板11，螺钉装置12穿过螺纹孔与电容极板6抵接。
选取零层极板半径的方法为：通过夹持部7将零层极板围绕成一个空心圆柱，并套在导电体1上，通过扭动螺钉装置12，使零层极板侧面往固定槽8内部移动，使得零层极板的半径缩小。
选取接地极板半径的方法为：通过夹持部7将接地极板围绕成一个空心圆柱，并套在导电体1上，通过扭动螺钉装置12，使接地极板侧面往固定槽8内部移动，使得接地极板的半径缩小。
在具体应用中，S1：先赋极板数16，零层极板长度1825mm，零层极板半径25mm，接地极板长度630mm，接地极板半径74.6mm；
S2：根据各层极板间的长度差应相等的条件，故极差为(1825－630)÷16＝74.69mm，由此可得到各级板的长度值；
S3：根据电容芯体等效为同心圆柱形电容以及各层极板电容相等的条件，可得到如下的等式：
S4：从上式可以得出，在各层极板长度已知的情况下，其它各层极板的半径计算如式：
这样，通过该等式得到的各层极板的绝缘厚度可满足等电容设计的要求，各层极板的长度及半径等参数值如下表所示；
S5：最后根据上述设计方式可以得到各层极板间的分压、径向电场、下轴向电场强度以及各层极板的裕度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (7)
1.一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，包括：
导电体、绝缘层、电容屏、测量引出线和保护套，所述导电体安装在保护套内，所述绝缘层以及电容屏交替缠绕在所述导电体上，所述测量引出线与电容屏连接并伸出保护套外，所述绝缘层由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料按测地线方式缠绕而成，所述电容屏包括若干个不同长度的电容极板，所述电容极板均采用导体或半导体的带状材料均匀缠绕而成；
包括以下步骤：
步骤S1：先赋极板数n，零层极板长度l0，零层极板半径r0，接地极板长度ln，接地极板半径rn，外施工作电压为U；
步骤S2：为了使各极板的分压值相等，则各层极板间的长度差λ相等，故各层极板的极差为：l0－ln＝nλ，各层极板的长度为：lx＝l0－xλ；
步骤S3：根据电容芯体等效为同心圆柱形电容以及各层极板电容相等的条件，可得到如下的等式：
式中，r0、l0为零层极板的半径与长度，rx、lx为第x层极板的半径与长度，rn、ln为接地极板的半径与长度，εr为相对介电常数，ε0为真空的电容率；
根据合比定理可得：
步骤S4：在各层极板长度已知的情况下，其它各层极板的半径计算如式：
通过上述的等式得到的各层极板的绝缘厚度满足等电容等极差设计的要求。
2.根据权利要求1所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，还包括夹持部和螺钉装置，所述夹持部安装在电容极板上，所述夹持部设有与电容极板侧面大小匹配的固定槽，所述固定槽内设有若干个凹槽，所述电容极板上安装有若干个与所述凹槽相匹配的凸块，所述保护套侧边设有螺纹孔，在所述螺纹孔的一侧安装有加强板，所述螺钉装置穿过所述螺纹孔与所述电容极板抵接。
3.根据权利要求1或2所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，所述电容极板采用的导体或半导体材料包括铝箔、金属丝网或导电碳纤维。
4.根据权利要求3所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，所述粘结固化材料为热固性环氧树脂固化体系，所述热固性环氧树脂固化体系的结构组成为双酚A型环氧树脂∶甲基四氢苯酐∶苄基二甲氨∶羧基丁腈橡胶为100∶60∶1.5∶10。
5.根据权利要求1所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，通过所述步骤S1至步骤S4的计算式，可以得到各层极板间的分压、径向电场、上下部的轴向电场以及各层极板的裕度。
6.根据权利要求2所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，所示步骤S1中，选取零层极板半径的方法为：通过夹持部将零层极板围绕成一个空心圆柱，并套在所述导电体上，通过扭动所述螺钉装置，使零层极板侧面往固定槽内部移动，使得零层极板的半径缩小。
7.根据权利要求2所述的一种等电容等极差不等厚度的电容芯体，其特征在于，所示步骤S1中，选取接地极板半径的方法为：通过夹持部将接地极板围绕成一个空心圆柱，并套在所述导电体上，通过扭动所述螺钉装置，使接地极板侧面往固定槽内部移动，使得接地极板的半径缩小。
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- 2020-07-10 CN CN202010663566.8A patent/CN111863451B/zh active Active
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