CN1285074A - 电绝缘直流电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含有至少一种导体和一种浸渍了的绝缘体系的DC电缆。该绝缘体系包含一种浸渍有一种包含凝胶化添加剂的油的多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘介电部件。该凝胶化添加剂分子包含极性部分、基因或链段,该凝胶化添加剂分子与油和/或任何其它的凝胶化添加剂分子相互作用从而在油中形成较长链的和/或较多支链的聚合物分子的凝胶化网络结构或交联桥结构,该油因而表现出高粘性和弹性凝胶的流动性能。

Description

电绝缘直流电缆

技术领域

本发明涉及一种绝缘电气设备，诸如包含导体和绝缘体系的直流电缆(DC电缆)、变压器或电容器。本发明尤其涉及一种用于输送和配送电能的电绝缘DC电缆。该绝缘体系包含浸渍了介电流体的多孔、纤维状和/或层状的绝缘体。

背景技术

早期用于输送和分配电力的供电系统中有许多是基于直流技术的。然而，这些直流技术迅速地被使用交流电的系统(即AC)代替。AC系统具有所希望的特征，即在发电电压、输送电压和配送电压之间容易进行变压。在20世纪前半叶，现代供电系统的发展都是基于AC输送系统的。到1950年代，远距离输送方案有了日益增长的需求，很明显在某些情况下采用基于直流的系统可能会有好处。可以预见的优点包括减少了所遇到的与AC系统稳定性相联系的问题、更有效地利用设备，因为体系的功率因数永远是1，以及在较高的操作电压下能够使用给定的绝缘厚度或间隙。与这些明显优点相对的是，不得不权衡将AC转化为DC用的，以及DC再变回AC的终端设备的成本。不过，对于给定的输送功率，终端的成本是固定的，因此对于涉及远距离的方案，如对于预定从远处的电站给消费者输送电能的系统，包括向海岛输送，以及其它的远距离输送的方案，在输送设备的节省超过终端厂成本的情况下，DC输送系统是经济的。

DC操作的一个重大好处是有效地消除了介电损耗，因此在效率上有巨大的收益，在设备上可以节约。DC泄漏电流非常小，以致在额定电流计算中可以忽略不计，而在AC电缆中介电损耗引起额定电流明显的下降。对于较高的系统电压这是十分重要的。与此类似，在DC电缆中，高电容不是负担。

如同在AC输送电缆的情况下，当确定DC电缆的绝缘厚度时，瞬态电压是一个要考虑的因素。发现当在系统上加上与操作电压极性相反的瞬态电压时，当电缆载上全负荷时，会出现最麻烦的情况。如果该电缆与架空线路系统相连，这样的情况一般是作为照明瞬态的结果而发生。

典型的DC输送电缆包括一个导体和一个含有多层的绝缘体系，比如半导体内屏蔽层、绝缘体和半导体外屏蔽层。电缆还补充以外套、加强件等，以在生产、安装和使用时能够经受水的渗入和任何机械摩擦或机械力。至今所供应的几乎所有DC电缆系统都是供海底跨越电缆，或者与之相连的陆上电缆。对于长跨距，选择整体浸渍固态纸绝缘型电缆，因为没有因须要加压而在长度上产生的限制。至今已供应了操作电压直至450kV的电缆。迄今为止，除了认为应使用层合带材料如层合的聚丙烯纸带的情况，使用的是包含近于全纸带，即基于纸或纤维素纤维带材的缠绕体。此缠绕体一般用电绝缘油或绝缘体浸渍。商品电绝缘DC电缆，如用于在高压即100kV以上电压操作的输送或配电电缆一般是用如下方法制造的，即缠绕或旋转一种基于纤维素或纸质纤维的多孔、纤维状和/或层状的固体绝缘体，然后用电绝缘油浸渍。浸渍一般在绝缘层被缠到导体上以后间歇地进行，是很费时间的，须要仔细地监视和控制。为了浸渍DC电缆，要用通常黏度的流体浸渍几千米长的电缆，该方法的工艺周期要延长到几天，甚至几周或几个月。此外，要按照仔细开发并严格控制的工艺周期进行此费时的浸渍，浸渍罐中在加热、保持和冷却过程中的温度和压力条件的变化都要专门规定，以确保对纤维基绝缘体完全和均匀的浸渍。

在发电站或在大型用电装置如工厂中用于DC输电网络的变压器或电抗器一般也包含多孔的、纤维状的和/或层合的包在导体周围和放在导体之间的绝缘体。一般使用的预成型绝缘体，如所谓层压板，是通过将含有纤维的浆液脱水和层压而得到的。该绝缘体浸渍了介电流体以赋予所需的介电性能。浸渍变压器中的这类绝缘体虽然并不费时，但也是一种敏感的工艺，对要浸渍的流体、介质和浸渍使用的工艺参数都有专门的要求。

电容器呈现出层状结构，在两层电极之间是包括一层或几层聚合薄膜的介电介质。一般使用聚烯烃或热塑性聚酯薄膜。电容器一般用介电流体浸渍。电容器层合结构的浸渍虽然并不费时间，却是一种敏感的工艺，对要浸渍的流体、介质和浸渍使用的工艺参数都有专门的要求。

在前面叙述的浸渍绝缘体系的有效部分是固态部件，如使用的纤维素纤维、聚合物薄膜或任何层压体或带材。介电流体保护绝缘体避免吸收湿气，充满所有的孔隙或其它间隙，借此用介电流体替代了在绝缘体中所含的任何绝缘性能差的空气。

为了保证良好的浸渍结果，希望使用表现出低黏度的流体。但是也优选使用在电气设备操作条件下是粘稠的流体，以避免流体在多孔绝缘体中的迁移，尤其是避免流体从多孔绝缘体中向外迁移。通常用Darcy定律(1)来描述流体通过多孔或毛细管介质的流动。 $\left(1\right)\mathrm{\ν}=\frac{\mathrm{k\ΔP}}{\mathrm{\μL}}$

在此定律中，υ是所谓的流体的Darcy速度，其定义是体积流量除以试样的面积；k是多孔介质的渗透率；Δp是通过试样的压差；μ是流体的动力学黏度；L是试样的厚度。因此，流体在多孔介质中的流动速度将基本反比于黏度，在操作温度下表现出低黏度或具有高的温度依赖性的黏度的流体在温度波动的影响下倾向于迁移，在操作过程中的电气设备中这种温度波动是自然要发生的，同时也由于在操作过程中经导体绝缘产生的温度梯度。这样的迁移会导致在绝缘体中形成未填充的空隙。因为温度波动和温度梯度在高电压DC电缆中将会表现出来，所以与介电流体迁移有关的任何问题也必须予以考虑。未填充的空隙或其它未填充的间隙或孔洞在高电压直流电场下的绝缘操作中将构成空间电荷倾向于集聚的位置，因而会有通过放电引发介电击穿的危险，这就使绝缘性能下降，最终会导致绝缘体的击穿。因此希望理想的介电质在浸渍时应表现出低黏度，而在操作条件下却表现出高黏度。

用于浸渍DC电缆中的多孔、纤维状或层状的导体绝缘体的常规介电油表现出的黏度随着温度升高基本呈指数下降。因此，浸渍温度必须明显高于操作温度，以得到由于黏度的温度依存性小而造成的所需黏度降。比较起来，在操作时经常出现的温度下，黏度的温度依存性又太高。因此浸渍条件或操作条件的很小变化都会对介电流体和导体的绝缘性能产生不利影响。因此一般如此选择介电油，使它们在预期的操作温度下有足够的黏度，在操作时在电气设备中发生的温度波动下也能基本完满地保留在绝缘体中，再则，介电油的这种保留不受温度梯度的影响，而这种温度梯度通常是为了使包含导体的电气设备在高电压下的导体绝缘性而建立起来的。通常这会导致高的浸渍温度以保证绝缘体基本上被充分浸渍。然而，这样高的浸渍温度是不利的，因为这要冒影响绝缘材料、导体的表面性能和促进在电气设备中存在的任何材料之中和之间发生化学反应的风险。高浸渍温度将对生产中的能耗和总生产成本产生负面影响。要考虑的另一方面是绝缘体的热膨胀和收缩，这意味着在冷却时的冷却速度必须受到控制，而且要慢，在已经很费时和复杂工艺上又要增加时间和复杂性。其它类型的油浸电缆使用了低黏度的油。然而这些电缆在沿着电缆上或与电缆相连都有储槽，以保证在经受操作的热循环时电缆的绝缘体被充分浸渍。这样的电缆填充低黏度的油就会有油从损坏的电缆中溢出的风险。因此，优选表现出高的黏度温度依存性和在操作温度下具有高黏度的油。

为了给通常的矿物油适当增大黏温依赖性，已知要在油中添加和溶解聚合物，比如聚异丁烯。这可能只在高芳香油中实现。然而，与更具脂环性能的油相比，这样的油表现出的电性能更差。而脂环油是更适合于作为电绝缘油使用的。芳香油必须用漂白土处理以表现出可接受的电性能。这样的处理是昂贵的，而且如果在处理后没有进行仔细过滤或分离加工，就有小颗粒黏土留在油中的风险。另外，可以选择在美国专利US-A-3,668,128中公开的添加了1～50％(重量)分子量100～900源于3、4或5个碳原子链烯的烯烃聚合物如聚丁烯的油，因为其在低温下的黏度低。这种油在低温下表现出低黏度，良好的耐氧化性和良好的耐气化性，即曝露在电场下可以发生的产生氢气的性能，特别是使用如在US-A-3,668,128中所推荐的低芳含量油时。可是，按照US-A-3,668,128中所公开的油，虽然比传统的浸渍纤维或层合绝缘体的电绝缘油有许多优点，仍然有由于温度波动和/或在操作时建立的温度梯度引起的油迁移的风险，因为在高温操作时低黏度的油一般不会被保留。

较早的还没有公布的国际专利申请PCT/SE97/01095公开了用凝胶介电流体例如一种油浸渍的DC电缆。此介电流体含有凝胶聚合物基添加剂，这种添加剂赋予流体在低温下的凝胶态和在高温下的基本是牛顿型易流动态之间可逆的转变。在有限的温度范围内发生此黏度的明显转变。将流体和凝胶聚合物添加剂进行配合，以使易流动牛顿型流体的高温黏度、凝胶的低温黏度和转变的温度范围最佳化，以适应在浸渍和操作两方面的性能需要。这样的含有与适当的聚合物相匹配的介电流体的电缆展现出降低浸渍所需时间有很大的潜力，但在浸渍过程中仍须要严格控制温度的周期。凝胶聚合物添加剂和介电流体要匹配或优化，以便最佳地满足在电缆浸渍和使用时一般是矛盾的要求。现今强烈要求降低浸渍温度，而同时增大DC电缆中的电流密度，即提高DC电缆的操作温度。这意味着要进一步减小浸渍温度和操作温度之间的间隙。因此，将特定的需求即使与最合理的系统相匹配将是很困难的。必须记住，不仅要用流体充满基本所有的孔洞和间隙，而且在温度波动在操作设备造成的温度梯度下流体还要保持在此绝缘体中。例如在欧洲专利说明书EP-A1-0,231,402中也讨论了含有油和聚合物添加剂的适当凝胶体系，但是为了别的目的，该专利公开了具有慢形成和热可逆凝胶化性能的凝胶化合物打算用作灌封剂，以保证对在具有固体绝缘体如挤塑的聚合物基绝缘体的电缆中的任何间隙有良好的密封和阻隔作用。此慢形成热可逆凝胶化合物含有与脂环或石蜡油混合的聚合物，也考虑了进一步使用了共聚单体和/或嵌段共聚物与油的混合物的实施方案作为包囊剂，因为它有疏水的性能，而且可以在低于灌封剂本身的最高使用温度的温度下将其注入到间隙中。用于同样目的，即用作灌封剂阻隔水进入由固态聚合物绝缘体、固态半导体屏蔽层和金属导体组成的电缆的间隙和沿间隙展开的类似凝胶化合物，在欧洲专利说明书EP-A1-0,058,022和EP-A1-0,586,158中是已知的。

因此，人们渴望提供一种具有电绝缘体系的绝缘电气设备，如DC电缆、变压器或电容器，该电绝缘体系包含多孔、纤维状和/或层状的、用介电流体绝缘的部件。在DC电缆的情况下，这种电缆应适合于作为电网中的输电和配电电缆使用并作为电能的DC输送和配送的装置使用。即使在接近浸渍温度的高操作温度下操作和/或在操作期间绝缘体遭受高压直流电场的作用并伴随有温度波动和/或在绝缘体内建立起来的明显的温度梯度这样一些条件下，该绝缘体系也能表现出稳定的介电性能。浸渍所用的介电流体一般是油，它应具有高的粘度指数，以便在浸渍过程中具有足够低的粘度，即该粘度被认为是合适的，且从技术上和经济上看都应有利于浸渍工艺；而且在浸渍之后，这种油应具有高的粘度和弹性，即这种粘度能确保在操作期间在设备运行的整个温度范围内将使所说的油基本上保留在多孔、纤维状和/或层状的绝缘体内。因此，在其绝缘体系中的该设备将包含一种在浸渍之前和浸渍期间都具有足够低粘度的油，从而确保所说的油具有稳定的流动性质和在此范围内的流动行为，而在浸渍之后的粘度变化是明显的，即这种粘度变化的数量级在数百帕·秒或更大。浸渍有这种高粘度指数油的绝缘设备如DC电缆将对绝缘体系浸渍的批处理时间的显著节省提供了机会，因而对于显著缩短生产时间并由此降低生产成本提供了潜力。包含浸渍了的纸基绝缘体的常规电气设备如DC电缆的可靠性、低的维护要求和长的工作寿命等优点将得以保持或改善。也就是说，该绝缘体系将具有稳定的和始终如一的介电性能以及高的和始终如一的电性强度，而且还有一个额外的优点，那就是容许提高电流强度并因而容许提高操作电压，改善电缆的可操纵性和耐久性。

发明简述

根据本发明，其目的在于提供一种包含导体和多孔、纤维状和/或层状并浸渍有一种油的电绝缘体系的绝缘电气设备，其中获得了上文中所讨论的期望特征。对于按照权利要求1的前序部分的一种绝缘电气设备而言，这是按照权利要求1的特征部分的特征来实现的。按照本发明的设备的进一步发展，由追加的权利要求2～21的特征来表征。

发明详述

一种包含至少一种导体和一种浸渍了的绝缘体系的DC电缆，其中所说的绝缘体系包含一种浸渍有一种油的具有多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘介电部件，该DC电缆是按照本发明配备有一种包含凝胶化添加剂的油的，而该凝胶化添加剂是一种具有极性部分、基团或链段的分子。通过凝胶化添加剂分子与油和/或任何其它的凝胶化添加剂分子之间的凝胶化相互作用从而在油中生成的较长的和/或较多支化的聚合物分子凝胶化网络结构或交联桥键的特征是，这些化学键的扩展都与凝胶化添加剂的极性部分、基团或链段相关。这些化学键会提高油的粘度指数，从而使按照本发明的DC电缆的油中的凝胶化网络结构能够确保在DC电缆通常的操作温度和更低的温度下的高粘度流动性和凝胶的弹性。所说的油优选具有在低温即DC电缆通常的操作温度和更低的温度下的高粘弹凝胶态与在较高温度即浸渍温度下的易流动液态之间热可逆的转变性能。最好，包含在凝胶化网络结构中的化学键是氢键。所说的凝胶化添加剂包含线型或支化烃链的非极性链段和极性部分、基团或链段。这种结构的组合是有利的，因为它能赋予凝胶化添加剂以表面活性剂性质或表面活性剂特性。因此该凝胶化添加剂既能以其极性部分与固态表面相互作用又能以其非极性部分与油相互作用。特别有意义的是极性部分与许多纤维质材料尤其是纤维素基质材料的多孔、纤维状和/或层状结构的表面之间的相互作用，以及非极性部分与油之间的相互作用。表面活性剂特性分别与绝缘体固态部分及油的相互作用导致缩短浸渍时间的润湿作用得以改善。由此可以增强油对多孔、纤维状和/或层状结构中的孔隙和毛细管间隙的渗透作用。凝胶化添加剂分子和多孔、纤维状和/或层状结构与油之间的这类各自的表面相互作用，在其它情况下也会增强油在高温、波动的温度和/或显著的温度梯度下操作时在多孔、纤维状和/或层状结构中的贮留性能。包含极性和非极性部分的凝胶化添加剂的这类表面活性剂型的性质还提供了颗粒物键合到凝胶化结构上去的物理键合力。特别有利的是，这种物理键合力可以使微细粒径例如纳米数量级的强介电性颗粒料掺混到凝胶化结构中去微细粒径的强介电性颗粒料的掺入，从力学上和电学上都使凝胶化网络结构和整个绝缘体系得到增强。

先有技术的DC电缆包含一种油例如矿物油，其中粘度指数因凝胶化添加剂如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的加入而提高。因此，油的粘度通过这样一种途径得以改性，即油是能够受到热可逆凝胶化的。在这种油中，热可逆凝胶化是由于嵌段共聚物在油中的部分可溶性所引起的。在低温下，仅是丁二烯链段才溶解，而苯乙烯链段则聚集并形成胶束。这些胶束引起油的物理交联，从而形成凝胶。随着温度的上升，胶束的稳定性下降，而在某种温度(液态-凝胶转变温度)下胶束则崩解并形成液态溶液。相比之下，按照本发明的DC电缆中的油的热可逆凝胶化是受到别的成键机理控制的，尤其是氢键。为了做到这一点，按照本发明的DC电缆包含一种能向油中引入氢键网络结构的凝胶化添加剂。一般而言，按照本发明的DC电缆中所用的凝胶化添加剂包含极性链段/基团的非极性链段。这种结构也能使这类添加剂起着表面活性剂的作用。当这种表面活性剂用作绝缘体浸渍剂的凝胶诱导添加剂时，其特性将会加速浸渍剂的脱气过程，同时还会增强润湿作用，并为颗粒物键合到凝胶化网络结构中提供了物理键合力。对于含极性类材料的绝缘体来说润湿作用将会得到增强，至少在其表面上应是如此；例如对于纤维素基质的材料来说，凝胶化添加剂将被吸引到非极性油与极性纤维素基质材料之间的表面上，从而增强了润湿过程。同样的机理将适用于使具有极性型表面性质的细颗粒料掺混到凝胶化网络结构中去。氢键凝胶化添加剂或凝胶体的这些优点有助于缩短浸渍工艺的时间。按照本发明的DC电缆中所用的该体系的另一优点在于，其凝胶化动力学为延迟的相当缓慢的凝胶化过程提供了余地，如果这样做是有必要的话；这种延迟在某些情况下可超过24小时。对于包含含有嵌段共聚物的凝胶化浸渍剂的DC电缆而言，当在低温下出现凝胶化时这种延迟会导致收缩率的下降，然而在冷却过程中油却仍呈易流动的液态。因此，“后填充”步骤就比较容易。

按照一个实施方案，所说的DC电缆包含一种基于矿物油的浸渍剂，该矿物油一般包含高达20wt％的凝胶化添加剂或凝胶体。与基于矿物油的浸渍剂一起使用的合适凝胶体包括：

-一种包含能形成氢键的极性嵌段的嵌段共聚物，例如聚乙烯基吡啶，其添加量可达20wt％；

-一种包含能形成氢键的极性嵌段和可溶于油的非极性嵌段的嵌段共聚物，其添加量可达20wt％；

-一种脲或二脲化合物，其加入量可达20wt％，优选的加入量为1～20wt％；

-二亚苄基山梨糖醇，其加入量可达20wt％，优选的加入量为1～15wt％；和/或

-烷基-1,3,5-苯三酰胺，其加入量可达20wt％，优选的加入量为1～20wt％，例如三(3,7-二甲基辛基)-1,3,5-苯三酰胺，其加入量可达20wt％，优选的加入量为5～20wt％。

按照另一实施方案，所说的DC电缆包含一种基于植物油的浸渍剂连同一种含有诸如脲或二脲化合物、纤维素醚和/或乙基纤维素一类化合物的凝胶体。一般而言，向油中加入的纤维素醚的量为2～10wt％，乙基纤维素的加入量为2～10wt％。

按照再一种实施方案，所说的DC电缆包含一种基于有机硅油的浸渍剂连同一种含有二亚苄基山梨糖醇的凝胶体，其加入量为1～15wt％。

按照本发明的DC电缆从中心到外层一般包含：

-任意所需形状和构造的一种导体，例如一种索状的多股线导体，一种实心导体或一种分节段导体；

-在导体外围和导体绝缘层内部包裹着的第一半导体屏蔽层；

-用如上所述的浸渍有油的具有多孔、纤维状和/或层状结构的介电电绝缘固态部件缠绕并浸渍的按照本发明的绝缘层；

-分布于导体绝缘层外部的第二半导体屏蔽层；以及

-一层外部保护壳。此外，该两层半导体屏蔽层一般是用如上所述的浸渍有油的具有多孔、纤维状和/或层状结构的介电电绝缘固态部件缠绕并浸渍的按照本发明的绝缘体。如果认为合适的话，该电缆可补充加固层和一种用于填充导体内部和外围中任何缝隙的密封性化合物或水溶胀粉，其它的金属/聚合物界面可加以密封以防水从这种界面处扩展开来。

按照一种实施方案，缠绕的电缆绝缘体在浸渍之前是用凝胶体预处理的。缠绕的绝缘体是用一种含凝胶体的溶液浸涂或喷涂的，干燥之后再进行浸渍，但最好是用事先已经用凝胶化添加剂预处理过的带子进行缠绕。这种带子是在带子生产线上已经预处理过的，不过，这种处理当然也可在特殊的处理操作步骤中或与缠绕操作联合起来完成。对于任何种类的带子，诸如全纸带、全聚合物带或纸与聚合物膜或不同的聚合物膜或筛网、网膜或编织网的夹层带，都可采用同样的处理方法。纸带可采用喷涂或浸渍或其它方法使之涂上含有凝胶化添加剂的溶液。凝胶化添加剂可以通过喷涂法加入到聚合物膜或带子上，同样也可采用喷涂或挤出法将凝胶化添加剂涂到聚合物上。含有凝胶化添加剂的涂料也可与聚合物带或膜一起共同挤出。因此，对于包含这种预处理绝缘体的DC电缆来说，本实施方案将能确保在浸渍步骤的填充阶段的主要时间内使油保持易流动的、基本上牛顿型的性质，同时确保此后当凝胶化添加剂与油接触且至少部分被油所溶解时，该添加剂能赋予油以高粘弹凝胶的性能。从易流动的介电流体向高粘性凝胶的转变取决于凝胶化添加剂与介电流体的组合，这个转变可以是瞬时的、缓慢的、甚至是延迟的。所谓瞬时转变指的是随着凝胶化添加剂与介电流体接触并被介电流体所溶解。这种转变立即开始，转变动力学使转变迅速发生。缓慢转变一般也是在流体与凝胶化添加剂接触以后直接开始的，但溶解和/或转变动力学使这种转变减慢下来。可长达24小时的延迟转变一般是由按照本发明的DC电缆中所用的凝胶化体系、凝胶体和相匹配的油来实现的。

按照本发明的又一种实施方案，凝胶化添加剂是不均匀地分布于绝缘体内的，于是在浸渍和凝胶化之后，电缆中就存在着一种粘度梯度，据此，这种粘度最好是向内朝着导体的方向升高的。通过让凝胶化添加剂在绝缘体内以此种方式分布可以改善几个重要的特征：

-保证在开始凝胶化之前凝胶化体系做到更完全地填充，使得该体系的凝胶化几乎是瞬时的；

-实现了自愈合的能力，即绝缘体损坏的部分可以由其它部分的流体重新浸渍；

-由于使用的高负荷使导体周围的温度上升时，也就得到保留其高黏弹凝胶状态的凝胶流体。

按照本发明的DC电缆的一个实施方案，该电缆具有一种包含表面活性剂或表面活性剂混合物的绝缘体系，由此在浸渍过程中进一步增强了润湿作用。所说的表面活性剂可以在浸渍之前通过预处理而加入到绝缘体的固态部件中去，也可以使之包含到油中去。

为了保证改进的电气和机械性能的长期稳定性，在绝缘体系中包括了气体吸收添加剂。适用的气体吸收添加剂是分子量小于1000g/mol的低分子聚异丁烯。

按照本发明的DC电缆较之包含此类浸渍的多孔、纤维状和/或层状结构体的任何常见的DC电缆，在长期稳定和始终如一的介电性能及高的和始终如一的电性强度方面确保具有与之相当的或更优的性能。这一点对于那些设计上要求长期使用和不经常进行维护的电气装置来说特别重要。凝胶化添加剂、凝胶体及油、浸渍剂的特殊选配确保了所说的绝缘体系当其在高温下、在超常的温度波动和/或在温度梯度条件下使用时也具有长期稳定性。这就能够在电压和电流密度两者都提高的条件下提高运行负荷。按照本发明的DC电缆的另一个优点是，由于按照本发明的DC电缆中所用的凝胶体的表面活性剂的特性，有可能通过强化润湿作用而缩短生产时间，从而有可能缩短浸渍周期。再则，按照本发明的DC电缆中所用的凝胶化添加剂的表面活性剂的特性对诸如多孔、纤维状绝缘体之类的极性表面以及强介电性的微细颗粒料都提供了物理键合力，因而使得这些颗粒材料能够掺混到凝胶化的结构中去。强介电性颗粒料的掺入会使绝缘体的机械性能和电学性能得到补强和增强。还有，通过油和凝胶化添加剂的适当选配可以显著降低生产过程中温度的敏感性，这有利于延迟的凝胶化并因而降低了后填充步骤的敏感性。

附图的简要说明

参照附图和实施例将更详细地说明本发明。图1显示输送电能的典型的DC电缆剖面，它包含一个按照本发明缠绕和浸渍的绝缘体。

优选实施方案的叙述，实施例

在图1中所显示的按照本发明实施方案的DC电缆从内向外包含：

-绞合的多股导线10；

-分布在导线10的外围，而在导线绝缘体12内部的第一层半导体屏蔽层11；

-含有如上所述的凝胶化添加剂的缠绕和浸渍导体绝缘层12；

-分布在导体绝缘层12外围的第二层半导体屏蔽层13；

-金属网14，以及

-分布在金属网14外面的保护壳层15。该电缆在挤出的外屏蔽层13的外面进一步还补充有一种金属形式，优选是钢丝形式的补强件，在导线10之中和周围的间隙中还引进了一种密封化合物或水溶涨的粉末。

本发明的绝缘电气设备应用于任何含有用介电流体或介电体浸渍的固态多孔或层合件绝缘体系的适宜的DC电缆中。本发明的应用与导体的形状无关。它也可用于具有此类包含有任何适宜的功能层的绝缘体系的DC电缆，而无论这些层的结构如何。其应用于此类DC电缆也不管包括此电缆在内的输送电能的系统的结构如何。

本发明的DC电缆可以是如图1所示的单根的多股导线，也可以是具有两根或多根导线的DC电缆。包括两根或多根导线的DC电缆可以是任何已知类型两根导线在扁平的电缆中并排放置的电缆，或者是在两根导线的放置中，一根是中心导线，其周围是第二根同轴放置的外导线。外导线一般放置为导电鞘、网或屏蔽层的形式，一般是一种不限制电缆柔软性的金属网。

本发明的DC电缆适用于在双极或单极的直流系统或输送电能的装置中使用。双极系统一般包括两个或多个相互联系的单根导线电缆，或者是至少一根多导线电缆。而单极装置则具有至少一根电缆和一个适当的电流返回途径的布置。

实施例

在以下实施例中叙述了用于按照本发明的DC电缆中的某些凝胶化浸渍体系的若干台式试验。

实施例1

将70g三(3,7-二甲基辛基)-1,3,5-苯三酰胺加入到1升的萘基矿物油中。将该混合物在氮气保护下加热到100℃，然后令其冷却。于是生成一种液态-凝胶转变温度为50～60℃的凝胶化组合物。

实施例2

将12g1-苄基-3-辛基脲加入到1升的萘基矿物油中。在氮气保护下将该混合物加热至120℃，然后令其冷却。于是生成液态-凝胶转变温度为80℃的凝胶化组合物。

实施例3

将18g二亚苄基山梨糖醇加入到1升的萘基矿物油中。在氮气保护下将该混合物加热至180℃，然后令其冷却。于是生成液态-凝胶转变温度为100℃的凝胶化组合物。

上述这些混合物或凝胶化组合物具有扩展的稳定网络结构和高的液态-凝胶转变温度，此转变温度的范围为实施例1体系的50℃至实施例3体系的100℃。上述这些实施例的结果表明，采用加入油中的这些凝胶体来浸渍按照本发明的DC电缆中的导体绝缘体，较之采用常规的凝胶化浸渍剂可以用更快的浸渍速度和更低的浸渍温度。再则，用上述实施例中的浸渍剂浸渍的一段纸卷在低于转变温度的温度下的表现就象一种弹性物体，且在此温度下的油完全贮留在多孔、纤维状绝缘体中以及纸层之间。对常用的绝缘油重复做油贮留的这个最后试验，会发现油从纸卷段中缓慢流出。因此，在操作中出现孔隙的危险性显著降低，且按照本发明的设备中的导体绝缘体的电性能获得改善。与上述有关的这类性能改善有可能获得一种含有用上述介电体系浸渍了的缠绕纸绝缘体的电缆，其中绝缘体中的基本上所有孔隙都被介电浸渍剂所充满，即绝缘体基本上被完全浸透。这样一种电缆在高温下和高电流、基本上静电场下使用之后也可能具有极少数未填充的孔隙，因而对介电击穿的敏感性较低。

Claims (23)

1．一种包含至少一种导体和一种浸渍了的绝缘体系的绝缘电气设备，其中该绝缘体系包含一种具有用介电流体浸渍了的多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘介电部件，该介电流体包含一种用于与一种介电油和/或任何其它凝胶化添加剂分子相互作用从而在油中形成较长链的和/或较多支化链的聚合物分子的凝胶化网络结构或交联桥结构的凝胶化添加剂，这种介电流体因而表现出高粘性和弹性凝胶的流动性能，其特征在于，该凝胶化添加剂分子包含一种能形成氢键的极性部分、基团或链段。

2．按照权利要求1的一种绝缘电气设备，其特征在于，包含凝胶化添加剂的该介电流体表现出在高温下的液体易流动态与低温下的高粘性和弹性凝胶化态之间的热可逆液态-凝胶转变的凝胶化组合物的性能；其特征还在于，与粘度显著变化有关的液态-凝胶转变是出现在一个狭窄有限的温度范围内的。

3．按照权利要求1或2的一种绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化网络结构包含由凝胶化添加剂极性部分形成的化学键。

4．按照权利要求3的一种绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化网络结构包含由凝胶化添加剂的极性部分所形成的氢键。

5．按照权利要求1～4中的任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂分子包含可溶于介电流体的直链或支链烃的非极性链段和极性部分、基团或链段。

6．按照权利要求1～5中的任何一项的绝缘电气设备，其特征在于存在一种表面活性剂特性，这种特性是通过凝胶化添加剂分子的极性部分与固态极性表面相互作用以及凝胶化添加剂分子的非极性部分与介电流体相互作用实现的。

7．按照权利要求6的绝缘电气设备，其特征在于，凝胶化添加剂的表面活性剂特性是在浸渍时强化绝缘体的润湿作用和增强油进入多孔、纤维状和/或层状结构中的孔洞和毛细管间隙的渗透作用的。

8．按照权利要求6或7的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂的表面活性剂特性是在高温、波动温度下和/或在显著温度梯度下操作时，强化油在多孔、纤维状和/或层状结构中的贮留性能的。

9．按照权利要求6、7或8中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化网络结构包含通过凝胶化添加剂的表面活性剂特性掺混入并物理键合到凝胶化网络结构中的、纳米数量级粒径的微细颗粒料。

10．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，所说的油是一种包含高达20wt％凝胶化添加剂的矿物油。

11．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含脲或二脲化合物。

12．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含二亚苄基山梨糖醇。

13．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含烷基-1,3,5-苯三酰胺。

14．按照权利要求13的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含三(3,7-二甲基辛基)-1,3,5-苯三酰胺。

15．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含纤维素基质化合物。

16．按照权利要求15的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含乙基纤维素。

17．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含含有能形成氢键的极性嵌段和可溶于介电流体的非极性嵌段的一种嵌段共聚物。

18．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该凝胶化添加剂包含一种共聚物，所述共聚物含有烯烃嵌段和在其骨架结构上含有芳环的嵌段。

19．按照权利要求1～9中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于所说的油是一种有机硅油，且所说的凝胶化添加剂包含二亚苄基山梨糖醇。

20．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该绝缘体系包含一种表面活性剂或表面活性剂的混合物。

21．按照权利要求20的绝缘电气设备，其特征在于，所说的绝缘固态部件是用所说的表面活性剂预处理过的。

22．按照权利要求20的绝缘电气设备，其特征在于所述的油包含表面活性剂。

23．按照上述权利要求中任何一项的绝缘电气设备，其特征在于，该绝缘体系包含一种诸如低分子量聚异丁烯之类的吸收气体的添加剂。

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