CN113016040B - 电容器芯、套管、高压应用和生产套管的方法 - Google Patents

电容器芯、套管、高压应用和生产套管的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于围绕高压主电导体(18)定位的电容器芯(24)，该电容器芯(24)包括：电绝缘主体(26)；纵向通孔(28)，该纵向通孔用于容纳主电导体(18)；多个导电箔(32)，该多个导电箔环绕通孔(28)并被主体(26)包围，使得每个箔(32)与箔(32)中的任何其它箔绝缘；电位电导体(36)，该电位电导体用于当主电导体(18)容纳在通孔(28)中时，在箔(32)中的一个箔与主电导体(18)之间建立电连接；以及紧固装置(38)，该紧固装置被配置成当主电导体(18)容纳在通孔(28)中时，将电位电导体(36)机械连接到主电导体(18)。还提供了一种套管(12)、一种高压应用(10)和一种生产套管(12)的方法。

Description

电容器芯、套管、高压应用和生产套管的方法
技术领域
本公开总体上涉及一种电容器芯。特别地，提供了一种用于围绕高压主电导体定位的电容器芯、一种用于高压应用的套管(该套管包括电容器芯)、一种包括电容器芯的高压应用以及一种生产用于高压应用的套管的方法。
背景技术
高压套管用于通过平面(通常称为接地平面)运送处于高电位的电流，其中该平面处于与电流路径不同的电位。高压套管被设计以将位于套管内部的高压导体与接地平面电绝缘。接地平面例如可以是变压器箱体的壁。
为了获得高压导体和接地平面之间的电位分布的平滑化，套管通常包括由导电材料(诸如铝)制成的多个箔，这些箔在所谓的电容器芯中同轴地围绕高压导体。箔通常由介电绝缘材料隔开，介电绝缘材料诸如油浸渍纸(oil impregnated paper，OIP)、树脂浸渍纸(resin impregnated paper，RIP)或树脂浸渍合成物(resin impregnated synthetics，RIS)。箔用于使套管的外部以及内部高压导体之间的电场分布平滑化，从而减少局部电场增强。同轴箔有助于形成更均匀的电场，并且从而降低电击穿和随后的热损伤的风险。
通常通过将纸片缠绕成同心层并将箔定位在纸层中的一些之间以使箔彼此绝缘来生产RIP电容器芯。在真空下，用环氧树脂浸渍干纸层，此后树脂被固化以生产RIP电容器芯。一些RIP电容器芯直接缠绕在高压导体上。可以在高压导体和电容器芯中最里面的箔之间建立电位连接，以便在最里面的箔内获得没有电场的环境。
WO 2015117823 A1公开了一种树脂浸渍纸(RIP)电容器芯，其被配置成围绕电导体定位。电容器芯包括：电绝缘的缠绕管，该缠绕管形成穿过电容器芯的纵向通孔，该纵向通孔被配置成允许电导体通过纵向通孔插入；电绝缘RIP主体，该电绝缘RIP主体缠绕到缠绕管上并围绕缠绕管缠绕；以及至少一个导电箔，该至少一个导电箔同轴地环绕缠绕管，并且被将至少一个箔中的每一个与至少一个箔中的任何其他箔绝缘的RIP主体包围。电容器芯还包括电连接件，该电连接件接触箔中的至少一个，并且被配置成当导体通过缠绕管插入时接触导体。
US 2017047721 A1公开了一种包括绝缘主体、导电控制嵌体和绝缘层的高压套管。提供一种用于在最靠近绕组支撑件的第一控制嵌体和绕组支撑件之间建立电连接的连接装置。高压套管的特征在于，连接装置包括电滑动触点。
EP 0024328 A1公开了一种用于电气装置的连接端子，其夹持螺钉被固持在夹持基座中，并且其具有用于抵靠夹持基座上的接触表面固持待连接元件的夹具。
WO 2017101992 A1公开了一种高压设备，高压设备包括内部导体、绝缘主体、绝缘层和导电控制插入件。控制插入件中的至少一个是接触插入件，该接触插入件通过接触形成装置电连接到内部导体。
US 3783181 A公开了一种具有电晕屏蔽件的电气套管。套管包括穿过环氧树脂绝缘体的开口。该开口衬有具有薄导电层的屏蔽件。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种减少局部放电的风险的电容器芯。
本公开的另外的目的是提供一种能够容易地以高质量制造的电容器芯。
本公开的再另外的目的是提供一种提供可靠操作的电容器芯。
本公开的再另外的目的是提供一种具有稳固设计的电容器芯。
本公开的再另外的目的是提供一种具有简单和/或廉价设计的电容器芯。
本公开的再另外的目的是提供一种以组合的方式解决前述目的中的几个或全部的电容器芯。
本公开的再另外的目的是提供一种用于高压应用的套管，该套管解决前述目的中的一个、几个或全部。
本公开的再另外的目的是提供一种解决前述目的中的一个、几个或全部的高压应用。
本公开的再另外的目的是提供一种生产用于高压应用的套管的方法，该方法解决前述目的中的一个、几个或全部。
根据一个方面，提供了一种用于围绕高压主电导体定位的电容器芯，该电容器芯包括：电绝缘主体；纵向通孔，该纵向通孔用于容纳主电导体；多个导电箔，该多个导电箔环绕通孔并被主体包围，使得每个箔与箔中的任何其它箔绝缘；电位电导体，该电位电导体用于当主电导体容纳在通孔中时，在箔中的一个箔与主电导体之间建立电连接；以及紧固装置，该紧固装置被配置成当主电导体容纳在通孔中时，将电位电导体机械连接到主电导体。
紧固装置提供了机械接头，通过该机械接头可以可靠地保持主电导体与电位电导体之间的电连接。例如，当电容器芯的主体在浸渍该主体的树脂的固化期间收缩时，电位电导体与主电导体之间的接触点可能受到应力和运动的影响。通过紧固装置，当主体在树脂的固化期间收缩时以及当电容器芯受到振动影响时，主电导体与电位电导体之间的电连接被保持。由此可以确保电容器芯的功能，并降低局部放电的风险。
紧固装置还可以被配置成将电位电导体电连接到主电导体。因此，紧固装置可以包括导电材料或者由导电材料构成。
电位电导体可以附加地通过导电胶电连接到主电导体。通过紧固装置，电位电导体在电容器芯的各个生产步骤期间可以被保持为固定到主电导体，直到导电胶硬化。
例如，电位电导体可以电连接到电容器芯的(例如相对于主电导体的纵向轴线的)最里面的箔。电位电导体提供从主电导体到这个箔的高压电位。由此，可以避免主电导体和最里面的箔之间的电场。贯穿本公开，主电导体和电位电导体可以替代性地分别被称为第一电导体和第二电导体。替代性地，主电导体和电位电导体可以分别被称为高压导体和短路导体。
贯穿本公开，导电箔可以替代性地被称为场分级层、遮蔽件或屏蔽箔。另外，在整个本公开中，电容器芯可以是OIP(油浸纸)、RIP(树脂浸渍纸)或RIS(树脂浸渍合成物)电容器芯。
紧固装置可以包括由螺钉构成的紧固件。紧固装置可以替代性地包括除螺钉之外的紧固件，诸如铆钉、螺栓、钉子或销。紧固装置可以仅包括紧固件，或者可以包括紧固件和一个或多个附加零件。根据本公开的紧固装置可以是机械紧固装置。
紧固装置可以包括紧固件(诸如螺钉或螺栓)以及垫圈，该垫圈用于被紧固件挤压，使得垫圈将电位电导体压靠在主电导体上。根据一种变型，垫圈被紧固件和主体(例如被RIP电容器芯)两者挤压。垫圈可以由不锈钢制成，诸如奥氏体不锈钢。
垫圈可以包括侧向外部倒圆边缘。这降低了局部电场增强。
垫圈可以是埋头的。例如，在紧固件是螺钉的情况下，螺钉的头部可以坐落在垫圈的埋头区域中，使得螺钉的头部的外表面与垫圈的外表面齐平。以这种方式，提供了紧固装置的平滑外部轮廓，这降低了主电导体上的电场强度。螺钉和垫圈的外表面又可以相对于主电导体的纵向轴线在主电导体的外表面的外部径向延伸。
电位电导体可以是导线，诸如编织导线。电位电导体可以例如由铝或铜制成。
电容器芯还可以包括电绝缘压缩层。在这种情况下，主体可以缠绕到压缩层上并围绕压缩层缠绕，并且电位电导体可以穿过压缩层。为此目的，电容器芯可以包括穿过压缩层并穿过最里面的箔内部的主体的一部分的孔，电位的电导体可以被引导通过该孔。压缩层可以缠绕到主电导体上。压缩层可以例如由软木橡胶和
Figure GDA0003005488730000041
制成。主体和每个箔可以同轴环绕压缩层和/或通孔。
作为压缩层的替代或补充，电容器芯可以包括电绝缘缠绕管。缠绕管可以例如由RIP、纸或另一纤维复合材料制成。
通孔可以由电容器芯的主体形成。替代性地，在电容器芯包括压缩层的情况下，通孔可以由压缩层形成。本公开中的高压可以是至少1kV的电压，诸如至少10kV，诸如至少35kV。
主体可以包括树脂浸渍纸或树脂浸渍合成物，或者由树脂浸渍纸或树脂浸渍合成物构成。当树脂固化时，主体收缩并在主电导体和紧固装置上施加压缩力。这进一步增强了电位电导体和主电导体之间的机械和电连接。
根据另外的方面，提供了一种用于高压应用的套管，该套管包括主电导体和根据本公开的电容器芯。在套管中，电位电导体可以电连接在箔中的一个与主电导体之间，并且电位电导体可以通过紧固装置机械连接到主电导体。另外，主体可以围绕主电导体收缩装配。紧固装置(例如，其紧固件和/或垫圈)可以相对于主电导体的纵向轴线在主电导体的外部径向延伸。替代性地，紧固装置的外表面可以与主电导体的外表面齐平。
根据另外的方面，提供了一种高压应用，包括根据本公开的电容器芯或根据本公开的套管。高压应用可以例如包括变压器。
根据另外的方面，提供了一种生产用于高压应用的套管的方法，该方法包括：在电绝缘主体的通孔中提供主电导体；通过电位电导体在导电箔与主电导体之间建立电连接；将电位电导体机械连接到主电导体；将箔布置成环绕通孔；在箔上缠绕至少一个绝缘材料片；以及浸渍主体以形成电容器芯。
浸渍可以是树脂浸渍。替代性地或此外，浸渍主体的步骤可以包括用油浸渍纸主体、用树脂浸渍纸主体或用树脂浸渍合成主体。
至少一个绝缘材料片可以缠绕在主电导体上，以便将主电导体提供在电绝缘主体的通孔中。例如，电容器芯可以包括形成纵向通孔的电绝缘压缩层，并且主体可以被缠绕到压缩层上和围绕压缩层缠绕。
在箔上缠绕至少一个绝缘材料片可以包括缠绕带有一个或多个附加的中间导电箔的绝缘材料片，以形成包围箔并环绕主电导体的电绝缘主体。替代性地，电容器芯的每个箔可以设置在连续的绝缘材料片上。在这种情况下，该缠绕可以包括缠绕这种连续的片。
该方法还可以包括：切割穿过主体的内部部分到主电导体；打开主体的内部部分；将电位电导体电连接和机械连接到主电导体；以及在电位电导体与主电导体之间的连接部上封闭主体的内部部分。在主体被缠绕到电绝缘压缩层上并围绕电绝缘压缩层缠绕的情况下，切割可以包括切割穿过压缩层。
根据一个示例，狭缝被切割为穿过主体(和可选的压缩层)的内部部分，并且通过狭缝形成的主体的挡板被折叠打开。然后，电位电导体例如通过螺钉、垫圈和导电胶电连接和机械连接到主电导体。然后，挡板被折叠回到主电导体上，并且电位电导体例如通过导电胶电连接到箔。然后，在缠绕另外的绝缘材料片和一个或多个附加的中间导电箔之前，箔可以围绕主体缠绕(或完全缠绕)。
机械连接包括通过根据本公开的紧固装置将电位电导体连接到主电导体。替代性地或者此外，该方法还可以包括在将电位电导体机械连接到主电导体之前，通过导电胶将电位电导体电连接到主电导体。
该方法还可以包括通过根据本公开的垫圈将电位电导体压靠在主电导体上。替代性地或者此外，该方法还可以包括通过电容器芯的主体的收缩将紧固装置布置成被压靠在主电导体上。
附图说明
从以下结合附图的实施例中，本公开的更多细节、优点和方面将变得显而易见，在附图中：
图1：示意性地表示包括套管的高压应用；
图2：示意性地表示图1中的套管，包括电容器芯和主电导体；以及
图3：示意性地表示了图2中套管的局部放大视图。
具体实施方式
在下文中，将描述一种用于围绕高压主电导体定位的电容器芯、一种用于高压应用的套管(该套管包括电容器芯)、一种包括电容器芯的高压应用以及一种生产用于高压应用的套管的方法。相同的附图标记将用于表示相同或相似的结构特征。
图1示意性地表示了包括根据本公开的套管12的高压应用10。高压应用10在此被例示为布置在箱体16中的变压器14。套管12用于将主电导体18中的电流通过箱体16的壁20传导至变压器14。
箱体16至少部分地填充有电绝缘流体22，在这个示例中为介电油，诸如矿物油或酯基油。套管12从绝缘流体22延伸到箱体16的外部。在这个示例中，高压应用10被空气包围。套管12因此构成油到空气套管。
变压器14可以是高压电力变压器，例如，具有至少1kV(诸如至少10kV，诸如至少35kV，例如在50-200kV范围内)的额定或操作电压的高压电力变压器。因此，高压电流从变压器14经由穿过套管12的通孔的主电导体18穿过套管12。套管12可以通过其相关联的主电导体18，将电流从例如变压器14的绕组传导通过箱体16的壁20，并传导至例如配电网络的空中线路。套管12将电流与构成接地平面的壁20以及任何其他外部结构绝缘。
图2示意性地表示了图1中的套管12。套管12包括主电导体18和围绕主电导体18定位的电容器芯24。
电容器芯24包括电绝缘主体26和纵向通孔28，主电导体18穿过纵向通孔。主体26包括绝缘材料，例如油与纸、树脂与纸或树脂与合成材料的组合。图2还示出了主电导体18的纵向轴线30。
电容器芯24还包括同轴环绕通孔28和主电导体18的多个导电箔32a、32b、32c(每个箔32a、32b、32c也被称为附图标记“32”)。箔32中的任何一个或全部可以由任何合适的导电材料(例如铝或铜)制成。每个箔32被主体26包围，使得每个箔32与其他箔32中的任何一个绝缘。尽管图2中的电容器芯24包括三个箔32，但是电容器芯24可以仅包括两个箔32，或者多于三个箔32。
这个示例的电容器芯24还包括可选的电绝缘压缩层34。压缩层34可以例如包括软木橡胶和
Figure GDA0003005488730000061
主体26被缠绕到压缩层34上和并围绕该压缩层缠绕。如图2所示，在这个示例中，最里面的箔32a通过主体26的内部部分与压缩层34间隔开。
电容器芯24还包括两个电位电导体36。然而，电容器芯24可以仅包括一个或两个以上的电位电导体36。每个电位电导体36被布置成在最里面的箔32a和主电导体18之间建立电连接。每个电位电导体36穿过压缩层34并在箔32a的内部径向地(相对于主电导体18的纵向轴线30)穿过主体26的一部分。在这个示例中，电位电导体36由编织的铜线构成。
如图2所示，电容器芯24还包括紧固装置38。紧固装置38被配置成将每个电位电导体36机械连接到主电导体18，以固定其间的电连接。
图3示意性地表示了图2中的套管12的局部放大视图。在图3的示例中，紧固装置38包括紧固件40和垫圈42，该紧固件40在此由自攻螺钉构造成。图3还示出了紧固件40的纵向轴线44。紧固件40接合在主电导体18中的孔46中。垫圈42和紧固件40的头部48坐落在主电导体18的孔口50中。孔口50具有倒圆边缘，以便减少局部电场增强。
现在将描述生产根据本公开的套管12的方法的一个示例。可选的电绝缘压缩层34围绕主电导体18缠绕。然后，一个或多个绝缘材料(诸如例如纸)片围绕压缩层34缠绕。为每个电位电导体36切割孔52。如图3所示，每个孔52被切割成穿过压缩层34并穿过箔32a内部的主体26的内部部分53。孔52形成穿过压缩层34和主体26的内部部分53的狭缝的一部分。狭缝在压缩层34的周向方向上可以是大致U形的，使得压缩层34的挡板和主体26的内部部分53可以被折叠打开。可以在已经折叠打开挡板之后，或者在将压缩层34围绕主电导体18缠绕之前生产主电导体18中的孔46和/或孔口50。
主电导体18中的孔口50的和电位电导体36的接触表面可以例如用丙酮清洁、擦干并被抛光以去除氧化物。每个电位电导体36的一个端部通过导电胶54粘合到主电导体18上，使得每个电位电导体36电连接到主电导体18。每个电位电导体36被粘合在两侧上。导电胶54也被施加到主电导体18的孔口50中的接触表面。导电胶54可以以薄层的形式施加。
垫圈42然后被放置在电位电导体36的端部的顶部上，并且紧固件40被插入穿过垫圈42并且被紧固在主电导体18的孔46中。由此，紧固装置38用于将每个电位电导体36机械连接到主电导体18。在这个示例中，紧固件40是被拧入到孔46中的螺钉，使得螺钉的头部48挤压垫圈42。垫圈42又将导电胶54和电位电导体36压靠在主电导体18上。当拧紧紧固件40时，垫圈42将电位电导体36和导电胶54紧密地压靠在主电导体18上。
在图3中，紧固件40的头部48的外表面和垫圈42的外表面在主电导体18的外表面的外部径向(相对于纵向轴线30)延伸。在主体26的收缩之前，头部48和垫圈42的外表面与压缩层34之间可能存在较小的游隙。该游隙例如可以大约为0.5mm。垫圈42还包括侧向外部倒圆边缘56，该侧向外部倒圆边缘减少了局部电场增强。
然后，电位电导体36被向上引导穿过孔52。然后挡板被折叠回，并且将电位电导体36粘到箔32a上。然后，箔32a折叠在挡板上。每个电位电导体36通过导电胶54连接到箔32a。然后，绝缘材料的其余层和另外的箔32b、32c可以被缠绕在箔32a上。
然后，用树脂(诸如环氧树脂)浸渍主体26，随后固化树脂以形成电容器芯24。由于固化期间主体26的收缩，每个电位电导体36的端部(图3中的上端)自锁到箔32a。另外，主体26的收缩导致紧固装置38(例如，紧固装置的紧固件40和/或垫圈42)被压靠在主电导体18上，以固定电位电导体36和主电导体18之间的电接触。
每个电位电导体36可以形成有例如10mm的过度弯曲或松弛。以这样的方式，可以减少或避免由于固化时主体26的收缩而导致的电位电导体36中的张力。

Claims (10)

1.一种电容器芯(24)，用于围绕高压主电导体(18)定位，所述电容器芯(24)包括：
-电绝缘主体(26)；
-纵向通孔(28)，所述纵向通孔用于容纳所述主电导体(18)；
-多个导电箔(32)，所述多个导电箔环绕所述通孔(28)并被所述主体(26)包围，使得每个箔(32)与所述箔(32)中的任何其它箔绝缘；
-电位电导体(36)，所述电位电导体用于当所述主电导体(18)容纳在所述通孔(28)中时，在所述箔(32)中的一个箔与所述主电导体(18)之间建立电连接；
其特征在于，所述电容器芯(24)还包括紧固装置(38)，所述紧固装置包括由螺钉构成的紧固件(40)，其中，所述紧固装置(38)被配置成当所述主电导体(18)容纳在所述通孔(28)中时将所述电位电导体(36)机械连接到所述主电导体(18)，并且其中，所述紧固装置(38)包括所述紧固件(40)和垫圈(42)，所述垫圈用于被所述紧固件(40)挤压，使得所述垫圈(42)将所述电位电导体(36)压靠在所述主电导体(18)上，并且所述垫圈(42)是埋头的并且所述螺钉的头部坐落在所述垫圈的埋头区域中，使得所述螺钉的头部的外表面与所述垫圈的外表面齐平。
2.根据权利要求1所述的电容器芯(24)，其中，所述垫圈(42)包括侧向外部倒圆边缘(56)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电容器芯(24)，还包括电绝缘压缩层(34)，所述电绝缘压缩层包括软木橡胶和Teflon，其中，所述主体(26)被缠绕在所述压缩层(34)上并围绕所述压缩层缠绕，并且其中，所述电位电导体(36)穿过所述压缩层(34)。
4.根据权利要求1或2所述的电容器芯(24)，其中，所述主体(26)包括树脂浸渍纸或树脂浸渍合成物。
5.一种用于高压应用(10)的套管(12)，所述套管(12)包括主电导体(18)和根据前述权利要求中任一项所述的电容器芯(24)，其中，所述电位电导体(36)电连接在所述箔(32)中的一个箔与所述主电导体(18)之间，并且其中，所述电位电导体(36)通过所述紧固装置(38)机械连接到所述主电导体(18)。
6.根据权利要求5所述的套管(12)，其中，所述主体(26)围绕所述主电导体(18)收缩装配。
7.一种高压应用(10)，包括根据权利要求1至4中任一项所述的电容器芯(24)或根据权利要求5或6所述的套管(12)。
8.一种生产用于高压应用(10)的套管(12)的方法，所述方法包括：
-在电绝缘主体(26)的通孔(28)中提供主电导体(18)；以及
-通过电位电导体(36)在导电箔(32)与所述主电导体(18)之间建立电连接；
-将所述电位电导体(36)机械连接到所述主电导体(18)；
-将所述箔(32)布置成环绕所述通孔(28)；
-在所述箔(32)上缠绕至少一个绝缘材料片；以及
-浸渍所述主体(26)以形成电容器芯(24)，
其特征在于，所述机械连接包括通过紧固装置(38)将所述电位电导体(36)连接到所述主电导体(18)，所述紧固装置包括由螺钉构成的紧固件(40)；和垫圈，所述紧固件挤压所述垫圈，使得所述垫圈将所述电位电导体(36)压靠在所述主电导体(18)上；并且所述垫圈是埋头的并且螺钉的头部坐落在所述垫圈的埋头区域中，使得所述螺钉的头部的外表面与所述垫圈的外表面齐平。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括切割穿过所述主体(26)的内部部分(53)到所述主电导体(18)，打开所述主体(26)的内部部分(53)，将所述电位电导体(36)电连接和机械连接到所述主电导体(18)，以及在所述电位电导体(36)与所述主电导体(18)之间的连接部上封闭所述主体(26)的内部部分(53)。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，还包括在将所述电位电导体(36)机械连接到所述主电导体(18)之前，通过导电胶(54)将所述电位电导体(36)电连接到所述主电导体(18)。
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