CN1267940C - 浪涌防止装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造浪涌防止装置的一个方法，这个方法是包括下述步骤的一类方法：①制造一个非线性电阻(10)堆；和②在制造这个堆和形成这个化合物材料覆盖层(40)的步骤之间，在前面形成的堆上淀积一个柔性的、粘附的介质材料环形环状物(30)，它对准在每一个相邻非线性电阻(10)堆之间的各种界面。

Description

浪涌防止装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及浪涌防止装置领域。
具体地说，本发明用于中等电压的防止装置，典型地用于其相位间标称均方根电压大于1千伏(KV)的电力网络。
背景技术：
浪涌防止装置是被设计成连接在地和一个电力线之间的器件，特别地，电力线的电压为中电压或者高电压，以限制出现在这根电力线上的浪涌电压的幅度与持续时间。
例如，这些浪涌电压可能是因为大气现象而产生的，例如闪电，或者是因为导体中的感应现象。
这些浪涌也可以是因为在有电的一个电力线上进行切换操作而产生的。
一般来说，浪涌防止装置是用一个非线性电阻堆做成的，现在，通常使用包括基于氧化锌的多个隔膜的一个堆组成的，这样组成的堆的电阻与其上的电压是高度非线性的。
更详细地，这样的非线性电阻，只要加在它们两端的电压低于一个导通阈值，将不会产生实际的电流，相反，当加在它们两端的电压高于上面提到的这个导通阈值时，这个非线性电阻上就通过一个很强的电流，这个电流可以达到几万安培。
在一个浪涌防止装置中所使用的非线性电阻的数目应当能够保证这个电力线的工作电压比这些非线性电阻堆的导通阈值低。
这样，这个防止装置可以连续地承担服务电压而不会产生大的电流泄漏，但是，在一个偶然的浪涌电压的情形下，它能够通过非常高的、短暂地出现在一个电力线上的放电电流。
已经提出了很多类型的防止装置。
防止装置领域已经产生了非常丰富的技术文献。
目前，已知的防止装置一般包括：
·一个非线性电阻堆；
·被放置在这个非线性电阻堆的两端的两个导电材料片；和
·围绕在这个非线性电阻堆周围的电气绝缘材料的一个外壳。
上面所提到的电气绝缘材料的外壳本身也有很丰富的技术文献。
例如，文档GB-A-2 073 965提出使用一个热缩材料来制造这个外壳。
文档US-A-4 298 900，DE-A-3 001 943，和DE-A-3 002 014也已经提出在这个热缩外壳上面覆盖一层瓷外壳。
文档US-A-4 092 694和US-A-4 100 588已经提出将每一个非线性电阻放置在一个基于硅树脂的环中并且这样使这个非线性电阻堆被围绕在一个瓷外壳中。
文档US-A-2 050 334提出将一个非线性电阻堆放置在一个瓷外壳中，并且用填充材料，例如由一个卤化的、基于蜡的化合物形成的，来填充在这个瓷外壳与这个非线性电阻堆之间的空隙中。
文档EP-A-0 008 181，EP-A-0 274 674，EP-A-0 231 245，和US-A-4 456 942提出使用一个合成橡胶材料，用过注塑形成在位置中的，来制造围绕这些非线性电阻的外壳。
更详细地，EP-A-0 274 674提出在一个非线性电阻堆上使用一个复合材料来注塑一个外壳，这些复合材料是基于合成橡胶，乙烯-丙烯二烯烃单体(EPDM)，硅树脂，或者某些其它可选的填充树脂。
文档US-A-4 161 012也提出在这些非线性电阻上放置一个合成橡胶的外壳。这个文档提出通过在这些非线性电阻的外表面淀积这个合成橡胶制造这个外壳，或者通过在这些非线性电阻上注塑这个外壳，或者实际上通过制造这个合成橡胶外壳并且然后将这些非线性电阻插入到其中来制造这个外壳。
早在1958年，文档US-A-3 018 406就已经提出使用两个互补的、预形成的壳来制造这个外壳，并且这个壳带有被注塑到这些非线性电阻上的塑料材料的一个外壳。
US-A-3 586 934提出使用一个合成树脂，例如基于环氧或者聚酯的，来制造这个外壳，或者实际上使用聚酯或者硅树脂清漆来制造这个外壳。
文档EP-A-0 196 370提出通过铸造一个合成树脂，例如由环氧树脂，聚合混凝土，硅树脂，或者合成橡胶构成的，或者通过在一个塑料材料的热缩管内覆盖这些非线性电阻体来在这些非线性电阻的上面制造这个外壳，或者通过实际上给所述堆提供一个合成树脂层来制造这个外壳。
另外，文档US-A-4 656 555，US-A-4 905 118，US-A-4 404614，EP-A-0 304 690，EP-A-0 335 479，EP-A-0 335 480，EP-A-0 397 163，EP-A-0 233 022，EP-A-0 443 286，和DE-A-0 898 603提出使用由纤维，一般是注入了树脂的玻璃纤维，来构成的化合物材料制造围绕这些非线性电阻堆的这个外壳。
更详细地，US-A-4 656 555提出开始形成一个基于塑料材料，例如聚乙烯，或者玻璃，或者实际上是陶瓷，的纤维绕组，可选地注入到这个树脂中，例如环氧树脂中，然后在这个绕组上形成一个不受气候影响的聚合材料的一个外壳，例如是基于合成橡胶聚合物，合成橡胶，热塑合成橡胶，或者EPDM的一个外壳。
更详细地，这个文档提出或者预形成能够防风雨的聚合体外壳，然后将与这个纤维线圈啮合的非线性电阻堆啮合到这个外壳中，或者开始在这个非线性电阻堆上形成这个纤维线圈，然后通过将它注塑到这个线圈上来制造能够防风雨的聚合体材料的外壳，这是通过将聚合体喷射到这个线圈，或者是通过在一个聚合体中浸润带有这个线圈的非线性电阻堆。
文档US-A-4 404 614提出连续在一个非线性电阻堆上放置：基于树脂注入玻璃纤维的一第一外壳，例如注入了环氧树脂；然后，基于玻璃薄片和环氧树脂的一第二外壳；和最后，基于EPDM橡胶或者基于丁基合成橡胶的一个弹性外部外壳。
这个文档提出，这第一外壳，第二外壳，和这个外部外壳可以被连续地放置在这个非线性电阻堆中，或者这些外壳可以以相反的顺序被制造。
这个文档也提到了在基于玻璃薄片和环氧树脂上，在第二外壳上注塑外部外壳。
文档EP-A-0 233 022在一个非线性电阻堆上形成一个基于用环氧树脂增强的玻璃纤维的一个外壳，然后可以被热缩的，或者可以被等价的机械装置释放到所述外壳上的一个基于弹性体的外壳。
在一个非线性电阻中，可以使用一个合成树脂或者一个聚合体材料来注塑这个外壳。
这个文档提到，这个外壳是可以被预先形成的。这个文档也提出使用预注入纤维片。
文档EP-A-0 304 690提出，从被注入在树脂中的一个线状的玻璃纤维线圈开始，然后，通过注入一个EPDM类型的弹性体材料来在这个线圈的外部形成一个覆盖层。
文档EP-A-0 355 479提出，可以在这个非线性电阻堆上连续形成，第一是一个塑料薄膜形成的一个势垒，例如是基于丙烯的，然后是一个非导电线做的一个线圈，最后是可以防风雨的一个弹性体外壳。
文档EP-A-0 397 163提出，可以在这个非线性电阻堆上连续形成，树脂注入线做的一个线圈，然后可以在所述线圈上形成一个弹性片的覆盖层，例如通过注入EPDM。
使用一个化合物材料的技术是非常老的。
在1964年，文档DE-A-0 989 603已经提出，使用树脂注入玻璃纤维来做非线性电阻的外壳。
最近，文档FR-A-2 698 736已经提出制造一个防止装置的一个方法，这个方法的步骤包括，形成非线性电阻堆，在这个非线性电阻堆上形成一个化合物材料的第一外壳，这第一外壳至少是半刚性的并且沿其长度方向有一个固定的外部部分以特别地补偿因为对齐不好和非线性电阻尺寸变化而产生的非线性电阻堆的表面不规则性，然后在将具有翼或者“裙边”的一个外部外壳放置在这第一外壳上时，这个外部外壳是由厚度基本上恒定的化合物材料做的，并且被形成在第一外壳上，然后，将环形的翼合到被挤压的环形外壳上。
进一步说，文档WO-A-97/39462描述了制造防止装置的一个方法，这个方法的步骤包括：
形成非线性电阻堆；和
在这个非线性电阻堆上形成一个化合物材料的外壳；
其中形成化合物材料的一个外壳的步骤包括：
将一个纤维织物放置在这个非线性电阻堆的外部上，并且与其相互接触；
将一个柔性外部外壳放置在这个非线性电阻堆的外部上；和
注入一个材料，这个材料适合于将这个纤维织物注入到在这个非线性电阻堆和这个柔性外部外壳之间形成的环形空间中。
到目前为止已经被提出的防止装置已经提供了很好的作用。
然而，它们并不总是完全能够令人满意。
特别是，本案申请人已经注意到，几乎所有目前制造的防止装置是基于上瓷漆的非线性电阻(enamel varistor)来制造的。
直到现在，已经认识到，对非线性电阻上瓷漆来增加它们的介质强度并且也建立一个针对其直接环境的化学势垒是必要的。
申请人已经注意到，这种上瓷漆产生了两个问题。
首先，这个瓷漆一般包括大量的铅(Pb)，典型的，其比例大于50％，这导致了可能会污染环境的一个风险，除非在制造过程中采取了注意措施来对被使用的防止装置进行回收和/或者再循环，不可避免地这将很昂贵。
其次，上瓷漆仅可以在形成堆以前被执行，所以，必须对一个一个的非线性电阻独立地执行这个上瓷漆过程，目前防止装置中整个价格中一个不可忽视的部分就是因为这个而引起的。
发明内容：
从这个观察开始，申请人提出用于改进已有防止装置的本发明。
本发明的主要目的是基于非线性电阻但是不需要上瓷漆来制造可靠的防止装置。
本发明的另一个目的是进一步降低已知防止装置的成本。
根据本发明的一个方面，这里提供一种用于制造浪涌防止装置的方法，所述的方法包括以下步骤：制造一个非线性电阻堆；和在所述的非线性电阻堆上形成一个化合物材料覆盖层；该方法其特征在于：在先前形成的非线性电阻堆上围绕非线性电阻的每个相邻对之间的界面淀积一个环状物，所述的环状物是由一种柔性粘附介电材料构成的。
根据本发明的另一个方面，这里提供一种浪涌防止装置，包括：一个非线性电阻堆和一个化合物材料覆盖层，其特征在于，所述的防止装置还包括：柔性的、粘附介电材料的环状物，它对准在每个相邻非线性电阻对之间的各个界面。
附图说明：
在阅读了下面详细的描述和附图后，本发明的其它特性，目的，和优点将变得更清楚，附图是非限制性的示例，其中：
图1到图4显示在构成本发明一个优选实施方式的一种浪涌防止装置的制造过程中的各种连续步骤的图。
如附图1到图4所显示的制造浪涌防止装置的方法包括了下面的步骤：
·沿着一个公共轴12形成非线性电阻10堆(可能在至少某些相邻非线性电阻10对之间插入了隔离物质)，并且在这个堆的相应两端放置能够导电的电极形成片，在这里被称作“中心片”20，然后，将这个组合保持在轴向压紧。
·将一个粘附剂/密封剂的环形环状物(anular bead)30放置在所产生的堆上，以与在两个相邻非线性电阻10(见图3)之间的结上所定义的每一个界面对准；
·围绕这个组合体螺旋地绕一个预浸渍的被编织带(优选地，是基于玻璃纤维和环氧树脂或者等价的)，典型地，具有50％的重叠部分，并且在一单程中这样做，以在所有堆的部分获得两倍预浸渍的被编织带的厚度(如图4所显示的，其中这个预浸渍的被编织带被称作40)；
·以规则的间隔，将一个粘附剂/密封剂的环状物50放置在前面带状的组合体上(如图1所显示的)；
·扩展这个弹性体60的一个外部外壳(典型地是基于一个硅树脂橡胶或者等价物质)，并且将它啮合到上面覆盖的物体上(如图2所显示的)；和然后
·对这个组合体进行烘烤，以确保这个内部的化合物材料40进行聚合。
自然地，本发明不局限于附图中所显示的各种非线性电阻的数目或者尺寸。
被放置在非线性电阻10堆的界面上的粘附/密封剂30是一个柔性的、粘性的、和电介质的材料。有利地，它是由一个弹性体或者凝胶体，例如基于硅树脂或者等价的物质，构成的。
在本发明的一个优选实施方式中，非线性电阻10是不被上瓷漆的非线性电阻。
在本发明的上下文中，可以使用不上瓷漆的非线性电阻10，因为特定的材料30被添加到非线性电阻10之间的外围结上，所述材料的作用是确保有好的介质强度以能够抗撞击(粘附的功能)和完全避免轴向局部放电(密封功能)。
但是，在一个非线性电阻中，非线性电阻10可以具有一个薄的、瓷漆保护薄膜，以在制造防止装置过程期间能够保护这些非线性电阻，特别地，能够确保这些非线性电阻在防止装置制造过程期间不被污染。
传统的瓷漆层的典型厚度是大约100微米(μm)。根据本发明的这样一个保护性薄膜的厚度大约是传统厚度的二分之一到三分之一。
在本发明的上下文中，这个保护性的薄膜是可以被拆卸的，即，一旦在这个制造过程期间，没有了污染的危险，就可以将这个保护性薄膜拆下来。
进一步，在本发明的上下文中，这个保护性薄膜是用无铅的材料做的。
更详细地，应注意到，材料30的环状物(bead)优选是用基于硅树脂胶的一个材料做的，这使下面的就有可能了：
·确保在这个非线性电阻10堆和随后的线圈40之间没有空气泡或者空气空穴；一般来说，环状物30是用于补偿非线性电阻边缘上的任何缺陷的；硅树脂胶的环状物30就这样方便地替代了在相邻非线性电阻对之间的界面上的传统瓷漆；
·以避免被围绕在这个非线性电阻堆上的化合物材料40中的环氧树脂渗透到相邻非线性电阻对之间的界面中(本申请人已经特别注意到，如果环氧树脂渗透到非线性电阻10之间，然后，当这个防止装置通过一个电流时，所产生的电动力趋向于将相邻的非线性电阻10分开，这导致表面层被从这个界面上的非线性电阻上撕开，因为在非线性电阻的所述表面层和渗透到它们之间的环氧树脂之间具有强的粘附)；和
·在这个非线性电阻10堆和这个化合物覆盖层40之间提供好的粘附，这个化合物覆盖层40是通过环状物30所提供的弹性结合而被叠加在其上的，它们均具有非线性电阻10的外部表面和具有被叠加的覆盖层40。
典型地，在本发明的上下文中，每一个硅树脂胶环状物30的轴向宽度大约是5毫米(mm)，相应的厚度，优选地，小于5毫米。
优选地，环状物30被以单成分硅树脂胶单圈的形式进行淀积，这必须与非线性电阻10的材料兼容，最方便地，非线性电阻10的材料是基于氧化锌材料的。为了这个目的，材料30优选是不包括醋酸。
如图3的图形所显示的，环形的环状物30优选地被使用多个分开的合适喷管或者使用一个加注器喷管32所淀积而成，这个加注器喷管32不能够进行旋转，但是能够以圆柱的形式进行轴向移动，其步长的大小与两个环状物30之间的距离相等，或者通过这个非线性电阻10堆和围绕在轴12周围的端中心片20进行旋转，而使这个堆在轴向压紧的情况下来淀积这个环形环状物30。
图3中，用于使这个堆轴向压紧的和用于使它进行旋转的部分被称作70和72。
在一个优选的、但是非限制性的本发明实施方式中，构成这个环状物30的材料是道康宁(Dow Corning)公司所销售的一个硅树脂胶，称作7091。这个硅树脂胶具有优异的粘附性，而不使用基本的和中性的聚合基。这个硅树脂胶的使用温度范围可以为-55℃到+150℃，并且其延伸率是500％，其电介质强度是每毫米16kV。
优选地，预浸渍的织物带(preimpregnated fabric)40被45度进行编织，并且有50％的重叠，优选地，其树脂部分的重量比例在三分之一到二分之一的范围内。
在一个优选的、但是非限制性的本发明实施方式中，这个预浸渍的织物40的带是由这么一种织物构成的，这种织物的树脂含量大约是35％，其每平方米的标称重量是450克(g/m2)，并且其加强结构是基于标称重量为305g/m2的、使用缎纹(satin)8类型结构的玻璃纤维的。
应注意，这样一个带40是自灭火的。
形成被形成在这个化合物带40上的环状物50的这个粘附/密封介质可以是由与制造上面所描述的环状物30的材料相同的材料制造的，优选地，是用硅树脂胶或者等价物质做的。
优选地，材料50应被选择为具有复制，粘附，介质，和填充特性的材料，以使它更容易被啮合到外部外壳60，以使能够更牢固地粘附到其上，以使能够提供介质功能，并且以使能够合适地填充化合物覆盖层40和外部外壳60之间的界面。
被淀积在这个化合物覆盖层40上的这个材料50可以被选择为按螺旋方式放置。但是，如图1所显示的，优选地，材料50是被按环形环状物形式而淀积。
在这个情形下，优选地，材料50被使用多个喷管或者一个喷管32而淀积，这个喷管32不能够进行旋转，但是能够以圆柱的形式进行轴向移动，其步长的大小与两个环状物50之间的距离相等，并且这个预形成的防止装置一起绕这个轴12进行旋转。
也应注意到，优选地，这样的环状物50被淀积在这个堆的两端，以确保在这个防止装置的整个长度上，这个化合物带40和外部外壳60之间的所有表面不规则性被完全填充，并且以确保这个防止装置被正确地密封。
如图2所显示的，优选地，这个弹性外部外壳60是具有用于加长防止装置外部的漏电区域的、外部环形翼或者“裙边”的一个外壳。翼的数目，它们的形状和间隔可以是忍受污染的能力的需求的函数，自然，它们也是这个防止装置的标称电压的函数。
应注意，适合环形翼的这样一个外部外壳60的特征是与翼对准的更坚硬的区域。
在对预浸渍的带40的树脂进行聚合的步骤期间，使用外部外壳60作为使用径向压缩形成这个防止装置的形状的一个铸模可以确保在内部材料的各层之间有合适的粘附，并且可以用于确保有好的密封，并且在这个器件的径向方向上不会产生局部放电。
本发明中，优选地，这个聚合步骤是在温度大约是130℃的轴向压紧进行的，持续时间大约是1小时(h)。
通过实现上面这个方法而获得的这个防止装置包括：
·一个非线性电阻10堆，优选地，它是用氧化物做的，并且没有被上瓷漆(或者，仅被覆盖了一很细的、无铅瓷漆薄膜，所以不会产生污染，并且仅被用于使非线性电阻制造构成更容易。)，可选地，与一个或者多个中间金属隔离物质相关；
·每一端具有一个接触金属电极20；
·一个化合物覆盖层40，通过对预浸渍合成树脂的玻璃纤维织物带进行单螺旋绕圈而获得；
·一个弹性体的外部外壳60；和
·在非线性电阻10和化合物覆盖层40之间的介界面上的一个粘附介质30，和在这个化合物覆盖层40与弹性体外壳60之间的界面上的一个粘附介质50。
自然地，本发明不局限于上面所描述的特定实施方式，并且延伸到在其精神范围内的所有变化。
这样，在一个变化的方法中，预浸渍合成树脂的玻璃纤维织物带40可以被放置在承载硅树脂胶环状物30的非线性电阻10堆上，但是其形状不是一个螺旋线圈，而是对准了每一对相邻非线性电阻之间的相应界面的环。在任何一个情形下，为了确保这个防止装置能够具有令人满意的介质特性，所产生的组合优选地被提供了一个外部外壳，这个外部外壳具有好的介质特性，例如，是基于过注塑的硅树脂，或者实际上是通过被进行扩展并且然后进行压缩而放置到这个地方的一个外壳，或者是一个热缩外壳。
在本发明的另一个不同的实施方式中，预浸渍的织物带40可以被淀积为对准相邻非线性电阻对之间的焊接界面的环形，或者是如图4所显示的一个叠加螺旋线圈的形式。

Claims (21)

1.一种用于制造浪涌防止装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
制造一个非线性电阻堆(10)；
在先前形成的非线性电阻堆上围绕非线性电阻的每个相邻对之间的界面上淀积一个环状物(30)，所述的环状物是由基于一种弹性体或凝胶的柔性粘附介电材料构成的；
在所述的非线性电阻堆(10)和环状物(30)上形成一个化合物材料覆盖层(40)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述的环状物(30)的宽度是5毫米，其厚度小于5毫米。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，构成所述的环状物(30)的材料没有醋酸。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述的化合物材料的覆盖层(40)上淀积一个外部外壳(60)，和
将所述外部外壳(60)作为一个铸模用于在一个聚合步骤期间通过一个径向压紧来成形所述防止装置的本体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的外部外壳(60)具有环形翼。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在安装所述的外部外壳(60)之前，在所述的化合物材料的覆盖层(40)上相对于非线性电阻的每个相邻对之间的界面淀积粘附/密封剂的环状物(50)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，被淀积在所述的化合物材料的覆盖层(40)上的粘附/密封剂的环状物(50)是用硅树脂胶制作的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化合物材料的覆盖层(40)被绕成螺旋形。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化合物材料的覆盖层(40)是通过螺旋地绕一个预浸渍的被编织带并且重叠50％的部分而制造的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的防止装置还具有：被淀积在所述的化合物材料的覆盖层(40)上的一个外壳，用以增强所述的防止装置的介质特性。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化合物材料的覆盖层(40)是基于玻璃纤维和环氧树脂，并且其树脂部分的重量比例在三分之一到二分之一的范围内。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的化合物材料的覆盖层(40)是在对非线性电阻堆(10)进行轴向压紧的情况下制造的。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的非线性电阻(10)没有瓷漆。
14.一种浪涌防止装置，包括：一个非线性电阻堆(10)和一个化合物材料覆盖层(40)，其特征在于，所述的防止装置还包括：基于一种弹性体或凝胶的柔性粘附介电材料的环状物(30)，它对准在每个相邻非线性电阻对之间的各个界面。
15.根据权利要求14所述的防止装置，其特征在于，所述的柔性粘附介质材料的环状物(30)是用硅树脂材料制作的。
16.根据权利要求14或15所述的防止装置，其特征在于，还包括：一个具有环形翼的外部外壳(60)。
17.根据权利要求16所述的防止装置，其特征在于，还包括：一个粘附/密封剂的环状物(50)，在所述的化合物材料覆盖层(40)与所述外部外壳(60)之间。
18.根据权利要求17所述的防止装置，其特征在于，被淀积在所述的化合物材料的覆盖层(40)上的所述的粘附密封剂的环状物(50)是用硅树脂材料制作的。
19.根据权利要求14所述的防止装置，其特征在于，所述的化合物材料的覆盖层(40)是通过螺旋地绕一个预浸渍的编织带并且重叠50％的部分而制造的。
20.根据权利要求14所述的防止装置，其特征在于，基于玻璃纤维和环氧树脂的所述的化合物材料的覆盖层(40)具有树脂成分，其重量在三分之一到二分之一的范围内。
21.根据权利要求14所述的防止装置，其特征在于，所述的非线性电阻(10)没有瓷漆。
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