CN116110666B - 一种绝缘强度高的高压套管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压套管技术领域，具体涉及一种绝缘强度高的高压套管及其制作方法，高压套管的电容芯子的导电内芯外部包覆有一层缓冲层，缓冲层外部缠绕多层组合绝缘层，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，形成同轴圆柱形电容器，组合绝缘层包括至少一层塑料薄膜层和至少一层纤维材料层。制作方法：1）导电内芯外部包覆一层缓冲层；2）将组合绝缘层卷绕在导电内芯上，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型；3）制作高压套管。本发明高压套管的电容芯子充分利用塑料薄膜优异的电气性能和纤维材料良好的浸透性，具有绝缘强度高的优点。
Description
技术领域
本发明属于高压套管技术领域，具体涉及一种绝缘强度高的高压套管及其制作方法。
背景技术
油纸电容型套管是高压套管的主要类型之一，在电力变压器上的所有套管安装中，油纸电容型套管所占比例多达三分之二甚至更多。现有的油纸电容型套管芯子主要是以金属棒或穿过金属管的电缆为载流体，主绝缘通常为层层叠绕的电缆纸带或者是卷绕成型的宽幅纸卷，在其中间铺设金属箔作为主绝缘的电容屏。将电容芯子装入通过法兰联结在一起的上、下瓷套内，头部安装油枕，尾部安装下均压球，在真空状态下注入变压器油组成完整的套管。油纸电容型套管虽是传统的产品，但以其成熟的工艺和良好的电气性能，在高压、超高压的电网中得到广泛应用。
上述传统的油纸电容型套管也有其明显的不足和缺陷。
传统的油纸电容型套管的电容芯子主绝缘部分由电缆纸（纸带或宽幅纸卷）卷绕而成，但纸纤维为多孔性的极性电介质，极易吸收水分，一旦吸水受潮，电气强度则急剧下降，直接影响着套管运行的稳定性。所以为了除去电容芯子内部的空气与水分，提高产品的电气性能，电容芯子必须经过长时间的高温和真空干燥处理，显然这种高耗能、长耗时的祛湿方式，既不环保，又拉长了生产周期。
目前，还有一种油脂覆膜套管，电容芯子内绝缘用的是机械性能、电气性能更优异且不易吸潮的塑料薄膜带子。
比如中国专利局2006年8月9日公开的，公开号为CN1815832A，名称为“一种复合干式穿墙套管的包绕工艺”的发明专利申请，该技术的电容芯子的内绝缘用的是聚四氟乙烯薄膜，采用逐屏回退的包绕方式，将薄膜带子层层叠绕呈锥形，在其中插入铝箔的电容屏，并以硅油来填充薄膜间的微小空隙。这种套管芯子有其自身的优点：首先薄膜绝缘材质不易吸潮，电容芯子的加工不需要长时间真空干燥，节能而且缩短了生产周期；其次塑料薄膜绝缘强度更高。
此结构最大的问题是，该芯子通常是在常温常压的环境中绕制，不可避免带入空气形成小气泡，去除气泡的方法也仅是通过调节控制薄膜带的张力，把它从薄膜带子里面强制性挤出去，效果不是很好。因薄膜带之间、薄膜带与金属箔之间会因贴合太紧密也无法通过抽真空去除气泡。另外套管在长期运行中，尤其是经过几个冷热周期后，薄膜带子会因绝缘层间的内外张力不均匀而滑动，进而导致绝缘击穿，显然这种结构不适合用于超高压、特高压套管的制作。
电缆纸和常用塑料薄膜主要性能比较如下表所示：
电缆纸tanδ较大，含水量大且易吸潮，而塑料薄膜的机械、电气性能都好，有的tanδ极小，绝缘强度更高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘强度高的高压套管及其制作方法，其电容芯子的主绝缘选用多层组合绝缘材料层缠绕而成，充分利用塑料薄膜优异的电气性能和纤维材料良好的浸透性，使油或胶更容易浸润绝缘薄膜，层间插入电容屏，采用宽幅、整体卷制的形式成型，绝缘性能好。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
即一种绝缘强度高的高压套管，包括电容芯子，其特征在于电容芯子的导电内芯外部包覆有一层缓冲层，缓冲层外部缠绕多层组合绝缘层，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，形成同轴圆柱形电容器，所述组合绝缘层包括至少一层塑料薄膜层和至少一层纤维材料层。
本发明的缓冲层为半导电自粘带。
本发明的电容屏为铜箔或铝箔。
塑料薄膜层具有延展性、抗拉强度好，绝缘强度高，电气性能优异且不易吸水受潮的优点。
纤维材料层的毛细作用有助于液体绝缘介质的流动性和扩散性，可以通过抽真空的方式将空气排出，避免气泡残留。
本发明的组合绝缘材料层则是结合了塑料薄膜和纤维材料的优点，保证了良好的电气性能。
进一步的，本发明的组合绝缘层优选包括一层塑料薄膜层和两层纤维材料层，塑料薄膜层位于两层纤维材料层之间。
本发明塑料薄膜层两侧的柔性纤维材料层对中间层的塑料薄膜层起到了间离作用，铺设铜箔或铝箔电容屏时，避免了金属箔直接吸附在塑料薄膜上，保证金属箔和塑料薄膜之间或薄膜和薄膜之间因纤维材质的支撑形成多个油通道，绝缘材质更容易浸润，产品的绝缘强度更高。
进一步的，本发明的塑料薄膜层为聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜中的任意一种。
进一步的，本发明的纤维材料层为再生纤维、合成纤维、无机纤维中的任意一种。
本发明的再生纤维优选但不限于为硫化纤维。
本发明的合成纤维优选但不限于为聚酯纤维或聚酰胺纤维或芳纶纤维。
本发明的无机纤维优选但不限于为玻璃纤维或陶瓷纤维。
本发明的纤维材料层形态优选但不限于纤维束或织物。
一种绝缘强度高的高压套管（油-薄膜套管）的制作方法，其特征在于步骤如下：
1）导电内芯外部包覆一层缓冲层；
2）将组合绝缘层卷绕在导电内芯上，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型；
3）将卷制完成的电容芯子装入金属容器罐中，把金属容器罐放入烘箱内，金属容器罐的温度控制在40~50℃，对金属容器罐的内部抽真空，完成芯子的真空处理，取出电容芯子与油枕、上下瓷套、法兰、均压球组装成型，装配好的高压套管经过真空注油、压力浸渍，完成油-薄膜套管的制作。
一种绝缘强度高的高压套管（胶浸薄膜套管）的制作方法，其特征在于步骤如下：
1）导电内芯外部包覆一层缓冲层；
2）将组合绝缘层卷绕在导电内芯上，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型；
3）将卷制完成的电容芯子装入圆柱形芯子筒中，对圆柱形芯子筒内部抽真空并加热，进行真空干燥、真空压力注胶，待芯子固化后，取出固体芯子，安装瓷套、上、下均压球、法兰，完成胶浸薄膜套管的制作。
本发明的重点在于电容芯子，电容芯子与其他部件组合制作油-薄膜套管/胶浸薄膜套管的制法属于本领域技术人员的常规技术手段。
进一步的，本发明两种高压套管制作时，步骤2）中组合绝缘层卷绕时，塑料薄膜层和纤维材料层各自单独输送给卷绕机，然后一起卷制。
进一步的，本发明两种高压套管制作时，步骤2）中组合绝缘层卷绕时，先用多层复合机将纤维材料层和塑料薄膜层复合在一起并卷成复合材料卷，使用复合材料卷进行卷制。
本发明卷制时采用宽幅，保证了组合绝缘层之间的紧密性，不易滑脱，而且相邻的两个电容屏间的组合绝缘层薄且均匀，产品电气强度更高；本发明卷制时采用整体卷制，避免了后期芯子外形尺寸的加工处理，缩短了生产周期，提高了产品质量。
本发明高压套管的电容芯子充分利用塑料薄膜优异的电气性能和纤维材料良好的浸透性，在真空状态下，纤维层为液体绝缘介质渗透到电容芯子的内部浸润塑料薄膜提供了良好通道，避免小气泡残留，使得高压套管具有绝缘强度高、介损小、不易吸潮、工艺简单的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明电容芯子的剖面结构示意图；
图4为图3中的A部放大结构示意图；
图5为本发明组合绝缘层的层结构示意图。
如图中所示：1.油枕；2.上瓷套；3.法兰；4.电容芯子；4-1.导电内芯；4-2.缓冲层；4-3.组合绝缘层；4-3-1.塑料薄膜层；4-3-2.纤维材料层；4-4.电容屏；5.下瓷套；6.均压球；7. 上均压球；8.下均压球。
实施方式
下面将结合附图并通过具体实施例对本发明进一步详述，以下实施例只是描述性的，仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
如图1所示：本实施例的高压套管为油-薄膜套管，其电容芯子4外部设有上瓷套2、法兰3和下瓷套5，油-薄膜套管的上端设有油枕1、下端设有均压球6。
如图3、图4、图5所示：外部包覆有一层缓冲层4-2的导电内芯4-1（金属管）外部设有多层组合绝缘层4-3，组合绝缘层由中间的塑料薄膜层4-3-1和两侧的纤维材料层4-3-2组成，塑料薄膜层4-3-1为聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜中的任意一种，纤维材料层4-3-2为再生纤维（硫化纤维）、合成纤维（聚酯纤维或聚酰胺纤维或芳纶纤维）、无机纤维（玻璃纤维或陶瓷纤维）中的任意一种，纤维材料层4-3-2的形态优选为纤维束或织物，在组合绝缘层4-3之间布置电容屏4-4，使得电容屏4-4随组合绝缘层4-3卷绕在一起，形成同轴圆柱形电容器，电容屏4-4为铝箔或铜箔。
本实施例制作时，先在导电内芯4-1包覆一层缓冲材料4-2，将组合绝缘层4-3卷绕在导电内芯4-1上，在组合绝缘层4-3之间布置电容屏4-4，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型。
组合绝缘层4-3的卷制方式是塑料薄膜层4-3-1和纤维材料层4-3-2各自单独输送给套管电容芯子的卷绕机，然后一起卷制；
卷制完成的电容芯子4装入金属容器罐中，把金属容器罐放入烘箱内，金属容器罐的温度控制在40~50℃，对金属容器罐的内部抽真空，完成芯子的真空处理。取出电容芯子4与油枕1、上瓷套2、下瓷套5、法兰3、均压球6等其他零配件一起组装成型，装配好的高压套管经过真空注油、压力浸渍，完成油-薄膜套管的制作。
下面以制作一支110kV的高压套管电容芯子为例详述本实施例的电容芯子的制作过程：
首先准备一根外径φ65，内径φ55，长度2.5m的铝管作为导电芯子4-1，内外表面擦拭干净，以均匀压接的方式在铝管外面叠绕一层半导电自粘带作为缓冲层4-2，将铝管放置到卷绕机上，设置电容屏放置的位置及成品芯子的外形参数，启动程序，将组合绝缘层4-3紧密卷绕在带有缓冲层4-2的导电铝管上，最后用绝缘胶带粘贴接口，防止芯子松散，一支电容芯子4制作完成。
实施例2
如图2所示：本实施例的高压套管为胶浸薄膜套管，电容芯子4的外部设有法兰3和上瓷套2，高压套管的上下两端分别设有上均压球7、下均压球8。
如图3、图4、图5所示：本实施例的电容芯子4结构与实施例1相同。
本实施例制作时，先在导电内芯4-1包覆一层缓冲材料4-2，将组合绝缘层4-3卷绕在导电内芯4-1上，在组合绝缘层4-3之间布置电容屏4-4，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型。
组合绝缘层4-3的卷制方式是用多层复合机事先将两层纤维材料层3-2和一层塑料薄膜层3-1复合在一起，并卷成复合材料卷，卷制套管电容芯子时直接使用复合材料卷。
卷制完成的电容芯子4装入圆柱形芯子筒中，对圆柱形芯子筒内部抽真空并加热，进行真空干燥、真空压力注胶等处理，待芯子固化后，取出固体芯子，安装上瓷套2、上均压球7、下均压球8、法兰3等等其他零配件，完成胶浸薄膜套管的制作。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (7)
1.一种绝缘强度高的高压套管，包括电容芯子，其特征在于电容芯子的导电内芯外部包覆有一层缓冲层，缓冲层外部缠绕多层组合绝缘层，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，形成同轴圆柱形电容器，所述组合绝缘层包括一层塑料薄膜层和两层纤维材料层，塑料薄膜层位于两层纤维材料层之间，纤维材料层形态为纤维束或织物。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘强度高的高压套管，其特征在于塑料薄膜层为聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚丙烯薄膜中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘强度高的高压套管，其特征在于纤维材料层为再生纤维、合成纤维、无机纤维中的任意一种。
4.一种根据权利要求1所述的一种绝缘强度高的高压套管的制作方法，其特征在于步骤如下：
1）导电内芯外部包覆一层缓冲层；
2）将组合绝缘层卷绕在导电内芯上，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型；
3）将卷制完成的电容芯子装入金属容器罐中，把金属容器罐放入烘箱内，金属容器罐的温度控制在40~50℃，对金属容器罐的内部抽真空，完成芯子的真空处理，取出电容芯子与油枕、上下瓷套、法兰、均压球组装成型，装配好的高压套管经过真空注油、压力浸渍，完成油-薄膜套管的制作。
5.一种根据权利要求1所述的一种绝缘强度高的高压套管的制作方法，其特征在于步骤如下：
1）导电内芯外部包覆一层缓冲层；
2）将组合绝缘层卷绕在导电内芯上，在组合绝缘层之间布置电容屏，使得电容屏随组合绝缘层卷绕在一起，采用宽幅，整体卷制的形式成型；
3）将卷制完成的电容芯子装入圆柱形芯子筒中，对圆柱形芯子筒内部抽真空并加热，进行真空干燥、真空压力注胶，待芯子固化后，取出固体芯子，安装瓷套、上、下均压球、法兰，完成胶浸薄膜套管的制作。
6.根据权利要求4或5所述的一种绝缘强度高的高压套管的制作方法，其特征在于步骤2）中组合绝缘层卷绕时，塑料薄膜层和纤维材料层各自单独输送给卷绕机，然后一起卷制。
7.根据权利要求4或5所述的一种绝缘强度高的高压套管的制作方法，其特征在于步骤2）中组合绝缘层卷绕时，先用多层复合机将纤维材料层和塑料薄膜层复合在一起并卷成复合材料卷，使用复合材料卷进行卷制。
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