CN1186783C - 干式高压电容芯子及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力系统高压电器设备中使用的干式高压电容芯子及其制造方法，该电容芯子，包括载流导体、绝缘层、电容屏、接地末屏、测量引出线、绝缘外保护层，其中所述内绝缘层(2)由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料以一定方式缠绕而成，所述电容屏(3)由带状或丝束状半导体材料或碳纤维浸渍粘结固化材料均匀缠绕而成，并且所述电容屏及绝缘层交替缠绕粘结在一起，并升温固化成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。本发明的干式高压电容芯子无油、无气纯固体，质量可靠无需保养，制作工艺简单、生产效率高，适合大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统高压电器设备中使用的电容型主绝缘结构及其制造方法，具体地说，本发明涉及一种用于改善沿面场强并具有对地绝缘作用的电容型主绝缘结构及其生产方法。
背景技术
目前，在电力系统电容型主绝缘的高压电器设备中，如套管绝缘子、电流互感器、电容分压器及电缆终端接头盒等，普遍使用的电容芯子主要靠绝缘纸和变压器油绝缘，这种油浸式电容芯子装在充满变压器油的密封瓷套中，使得高压电器重量大且瓷套容易损坏，运输安装困难，容易漏油，防污性能差，运行维护不方便。
近年来研制生产的聚四氟乙烯(PTEF)带包绕型电容芯子，其制作方法为在刚性导电杆上沿轴向用铝箔均压屏和聚四氟乙烯绝缘层交替包绕制成均压层，聚四氟乙烯带间及铝箔与聚四氟乙烯带间涂抹硅油以填充气隙。由于聚四氟乙烯摩擦系数非常低(仅为0.15)，加之硅油润滑作用，在生产及搬运中极易造成绝缘脱滑；由于硅油优异的延展性及热胀冷缩作用，在运输时漏油情况时有发生；由于其制作工艺极易造成界面气隙及吸潮，所以局部放电及介质损耗性能经常超标。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述问题，本发明的第一个目的是提供一种干式无油的纯固体高压电容芯子。本发明的另一个目的是提供一种生产干式高压电容芯子的方法。
本发明的技术方案是这样的：一种干式高压电容芯子，包括载流导体1、绝缘层2、电容屏3、接地末屏4、测量引出线5、绝缘外保护层6，其中，所述内绝缘层2由绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化材料以一定方式缠绕而成，所述电容屏3由带状或丝束状半导体材料或碳纤维浸渍粘结固化材料均匀缠绕而成，并且所述电容屏及绝缘层交替缠绕粘结在一起，并升温固化成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。
进一步，根据应用场合，将绝缘外保护层6加工成所需要的形状。如在绝缘外保护层6的中间位置加工出两个对称设置的同心圆锥环，与紧固法兰和紧固块(未示出)配合使用。
进一步，在所述载流导体1或绝缘外保护层6上加工出螺纹，连接均压帽(未示出)。
进一步，所述绝缘丝束或绝缘带为无碱玻璃纤维粗纱；所述电容屏碳纤维为聚丙烯腈碳纤维；所述粘结固化材料为热固性环氧树脂固化体系，具体配方为将双酚A型环氧树脂(E51)、甲基四氢苯酐(THPA)、苄基二甲氨(BDMA)和羧基丁腈橡胶(CTBN)以100∶60∶1.5∶10的比例均匀混合。
一种生产干式高压电容芯子的方法，包括下列步骤：
(1)制作载流导体1，按预定长度截取非导磁金属圆棒或圆管，其横截面积根据电流要求及材料电流密度来定，并将其装卡于缠绕机上，用纱布打磨去掉表面氧化层，用丙酮清洗干净待用；
(2)配制粘结固化胶液，将粘结固化材料原料在真空混料罐中混合均匀，并抽真空脱净气泡后待用；
(3)绝缘丝束基体制作，将绝缘丝束或绝缘带放入烘干箱内，升温，24小时去除水分，用时取出；
(4)电容屏制作，将带状或丝束状半导体材料或碳纤维放入烘干箱内，升温，24小时去除水分，用时取出；
(5)缠绕电容屏，将胶液加入浸胶槽内，带状或丝束状半导体材料或碳纤维经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按设计电容屏长度均匀缠绕在载流导体上，达到要求长度后将其剪断；
(6)缠绕绝缘层，将绝缘丝束或绝缘带经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按测地线方式缠绕，并与轴线呈30°-80°相互交错搭接均匀布满在所要求的直径尺寸上，缠绕层数按绝缘厚度计算；
(7)接地末屏及测量引出线的制作，当绝缘层及电容屏交替缠绕至接地末屏设计尺寸时，以带状或丝束状半导体材料或碳纤维包绕接地末屏，将测量引出线预埋在接地末屏中；
(8)绝缘外保护层按绝缘层制作方式缠绕到设计尺寸；
(9)电容芯子固化，将电容芯子毛坯按一定温度加热固化若干小时，直至其固化完全；
将干式电容芯子毛坯制作完成后，可以按照所应用的高压电器设备的外绝缘要求或联接件要求，通过机加工手段将毛坯加工成所需要的形状及配合尺寸。
与现有技术相比，本发明的干式高压电容芯子具有以下优点：
1、低阻值非金属材料制成的电容屏改善了电容屏边缘集肤效应，最大限度提高了起晕电压及滑闪电压；
2、绝缘层和电容屏的缠绕设计和高温固化工艺，提高了高压电容芯子的致密性及机械强度；
3、干式高压电容芯子采用交联、固化的化学方法制造，不像其他类型的电容芯子采用机械和物理方法制作，最大限度地减少了界面及气孔间隙的产生，而且无油、无气、纯固体，无需维护保养；
4、干式高压电容芯子可以作为独立结构件与高压电器设备配套，由于干式高压电容芯子为实心固体，可以根据使用及装配要求，采用机械加工手段加工成需要的形状及配合尺寸，所以，最大限度地减小了连接件与密封件的数量，使高压设备结构简单、外形轻巧、不易损坏、便于运输和安装；
5、可以实现标准化生产，制作工艺简单，生产效率高，适合大批量生产。
附图说明
图1为套管绝缘子干式高压电容芯子；
图2为测地线缠绕方式示意图；
图3为绝缘层相互交叉搭接均匀缠绕方式示意图；
图4为电流互感器原绕组电容式主绝缘芯子；
图5为电容分压器干式高压电容芯子；
图6为电缆终端接头盒电容锥式内绝缘芯子。
具体实施方式
图1是一种套管绝缘子干式高压电容芯子，其包括载流导体1、绝缘层2、电容屏3、接地末屏4、测量引出线5、绝缘外保护层6，其中，所述内绝缘层2由无碱玻璃纤维无捻粗纱浸渍粘结热固性环氧树脂固化材料(配方为：双酚A型环氧树脂(E51)、甲基四氢苯酐(THPA)、苄基二甲氨(BDMA)和羧基丁腈橡胶(CTBN)以100∶60∶1.5∶10的比例均匀混合成粘结固化胶液)，并以一定方式缠绕而成，所述电容屏3由聚丙烯腈碳纤维浸渍粘结上述固化材料均匀缠绕而成。为保证内绝缘的致密性、抗弯强度及层间平整度，将所述电容屏之间的绝缘层纤维丝束在浸渍粘结热固性环氧树脂固化材料后按如图2所示的测地线方式缠绕，并如图5所示，与轴线呈30°-80°相互交错搭接均匀布满在所要求的直径尺寸上，所述电容屏及绝缘层交替缠绕粘结在一起，升温固化成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。为便于连接，在绝缘外保护层6上机加工出两个对称设置的圆锥环形凸台7，与紧固法兰和紧固块(未示出)配合使用，在载流导体1上车制连接螺纹8，连接均压帽(未示出)。
按照本实施例可以生产如图4所示的电流互感器原绕组电容式主绝缘芯子，如图5所示的电容分压器干式高压电容芯子，如图6所示的电缆终端接头盒电容锥式内绝缘芯子，在这些视图中，相同或类似结构采用与图1相同的标记号。
采用如下方法制作如图1所示的套管绝缘子干式高压电容芯子：
(1)制作载流导体1，按预定长度截取非导磁金属圆棒或圆管，其横截面积根据电流要求及材料电流密度来定，并将其装卡于缠绕机上，用纱布打磨去掉表面氧化层，用丙酮清洗干净待用；
(2)配制粘结固化胶液，以热固性环氧树脂固化体系为例，将配方为双酚A型环氧树脂(E51)：甲基四氢苯酐(THPA)：苄基二甲氨(BDMA)：羧基丁腈橡胶(CTBN)以100∶60∶1.5∶10比例的几种原料在真空混料罐中混合均匀，并抽真空脱净气泡后待用；
(3)绝缘丝束基体制作，取10团2400tex的无碱玻璃纤维无捻粗纱放入烘干箱内，升温至105℃，24小时去除水分，用时取出；
(4)电容屏制作，取聚丙烯腈碳纤维4团放入烘干箱内，升温至105℃，24小时去除水分，用时取出；
(5)缠绕电容屏，将胶液加入浸胶槽内，碳纤维经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按设计电容屏长度均匀缠绕在载流导体上，达到要求长度后将其剪断；
(6)缠绕绝缘层，取10团2400tex的无碱玻璃纤维无捻粗纱经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按图2所示测地线方式缠绕，并与轴线呈30°-80°相互交错搭接均匀布满在所要求的直径尺寸上，纱片厚度为0.5mm，缠绕层数按绝缘厚度计算；
(7)接地末屏及测量引出线的制作，当绝缘层及电容屏交替缠绕至接地末屏设计尺寸时，以碳纤维包绕接地末屏，将测量引出线预埋在接地末屏中；
(8)绝缘外保护层按绝缘层制作方式缠绕到设计尺寸；
(9)电容芯子固化，将电容芯子毛坯按90℃加热固化1小时，升温至130℃固化2小时，再升至160℃固化4小时后固化完全；
(10)将干式电容芯子毛坯制作完成后，按照所应用的高压电器设备的外绝缘要求或联接件要求，通过机加工手段将毛坯加工成所需要的形状及配合尺寸。
Claims (8)
1、一种干式高压电容芯子，包括载流导体(1)、绝缘层(2)、电容屏(3)、接地末屏(4)、测量引出线(5)、绝缘外保护层(6)，其特征在于，所述绝缘层(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，其与轴线呈30°-80°相互交错搭接均匀布满在所要求的直径尺寸上，所述电容屏(3)由带状或丝束状半导体材料或碳纤维浸渍粘结固化材料均匀缠绕而成，并且所述电容屏及绝缘层交替缠绕粘结在一起，并升温固化成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。
2、如权利要求1所述的干式高压电容芯子，其特征在于，所述绝缘丝束或绝缘带为无碱玻璃纤维粗纱，所述电容屏碳纤维为聚丙烯腈碳纤维。
3、如权利要求1所述的干式高压电容芯子，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，具体配方为双酚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。
4、如前述任一权利要求所述的干式高压电容芯子，其特征在于，对所述干式电容芯子的绝缘外保护层进行机械加工，按照所应用的高压电器设备的外绝缘要求或联接件要求，加工成所需要的形状及配合尺寸。
5、一种生产干式高压电容芯子的方法，包括下列步骤：
(1)制作载流导体，按预定长度截取非导磁金属圆棒或圆管，其横截面积根据电流要求及材料电流密度来定，并将其装卡于缠绕机上，用纱布打磨去掉表面氧化层，用丙酮清洗干净待用；
(2)配制粘结固化胶液，将粘结固化材料原料在真空混料罐中混合均匀，并抽真空脱净气泡后待用；
(3)绝缘丝束基体制作，将绝缘丝束或绝缘带放入烘干箱内，升温，24小时去除水分，用时取出；
(4)电容屏制作，将带状或丝束状半导体材料或碳纤维放入烘干箱内，升温，24小时去除水分，用时取出；
(5)缠绕电容屏，将胶液加入浸胶槽内，带状或丝束状半导体材料或碳纤维经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按设计电容屏长度均匀缠绕在载流导体上，达到要求长度后将其剪断；
(6)缠绕绝缘层，将绝缘丝束或绝缘带经压纱架压入浸胶槽，浸胶后经导丝头按测地线方式缠绕，并与轴线呈30°-80°相互交错搭接均匀布满在所要求的直径尺寸上，缠绕层数按绝缘厚度计算；
(7)接地末屏及测量引出线的制作，当绝缘层及电容屏交替缠绕至接地末屏设计尺寸时，以带状或丝束状半导体材料或碳纤维包绕接地末屏，将测量引出线预埋在接地末屏中；
(8)绝缘外保护层按绝缘层制作方式缠绕到设计尺寸；
(9)电容芯子固化，将电容芯子毛坯按一定温度加热固化若干小时，直至其固化完全。
6、如权利要求5所述的生产干式高压电容芯子的方法，其特征在于，步骤(2)中的粘结固化胶液配方为双酚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。
7、如权利要求5所述的生产干式高压电容芯子的方法，其特征在于，步骤(9)中的电容芯子毛坯按90℃加热固化1小时，升温至130℃固化2小时，再升至160℃固化4小时后固化完全。
8、如权利要求5、6、7任一所述的生产干式高压电容芯子的方法，其特征在于，将干式电容芯子毛坯制作完成后，按照所应用的高压电器设备的外绝缘要求或联接件要求，通过机加工手段将毛坯加工成所需要的形状及配合尺寸。
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