CN1324619C - 用于屏蔽电线的、具有高热稳定性的电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于屏蔽电线的、具有高热稳定性的电容器，包括：高压电极(HT)；圆柱形印刷电路(CI)，同轴围绕高压电极，并且包括形成低压电极(BT)的导电轨道；及支架(CH)，具有同轴围绕圆柱形印刷电路(CI)的圆柱形内表面(SI)，该圆柱形印刷电路(CI)由支架(CH)保持，其中高压电极沿圆柱形印刷电路的轴线(AX)延伸，其特征在于，印刷电路沿它形成的圆柱的一条母线(G1)切开，并且支架(CH)包括用来靠近内表面(SI)保持印刷电路(CI)的导向装置(A1、A2)，同时允许它沿内表面膨胀。这提供一种具有高热稳定性和非常简单的构造、适于对气体绝缘高压电线进行测量的电容器。

Description

用于屏蔽电线的、具有高热稳定性的电容器

技术领域

本发明涉及一种用来对绝缘高压线进行测量、具有高热稳定性的电容器，该电容器包括：一个高压电极，在纵向延伸；一个圆柱形印刷电路，同轴围绕所述高压电极，并且包括一个形成一个低压电极的导电轨道；及一个支架，具有同轴围绕所述圆柱形印刷电路的圆柱形内表面，该圆柱形印刷电路由所述支架保持。

背景技术

这类电容器特别用于铠装开关装置，即例如由诸如SF₆(六氟化硫)之类的气体绝缘的开关装置。它用来测量诸如屏蔽高压线的电缆之类的高压部件的电压。高压部件电气连接到电容器的高压电极上，并且电容器的支架电气接地。这类系统安装在例如发电厂的输出处的配电分站中。

一般包括一根圆形截面金属杆的电容器的高压电极，由固定到支架上但与其电气绝缘的低压电极围绕。电容器的支架接地，以在高压电极与地之间形成一个容性分压桥。更具体地说，分压桥包括一个第一电容器，第一电容器包括高压电极和低压电极，并且与一个包括低压电极和支架的第二电容器串联连接。因此，在低压电极处的电压是高压的图像，并且低压电极连接到一个测量器件上。

借助于以上种类的布置，测量电压值特别是第一电容器的电容C的函数，电容C由如下熟知的公式给出：

$C=K\·\frac{S}{D\·\mathrm{In}\left(\frac{D}{d}\right)}---\left(1\right)$

其中K是常数，D和S是低压电极的直径和表面积，及d是高压电极的直径。这种类型的电容器一般安装在室外，并且经受-40℃至+80℃的温度变化。这些波动引起制成它的材料的膨胀或收缩，这引起其电容以较宽比例变化，因为材料的尺寸按照如下熟知的公式变化：

L(T)＝L₀(1+a·(T-T₀))                   (2)

其中L(T)是在温度T下的长度，L₀是在基准温度T₀下的相同长度，及a是对应材料的线性膨胀系数。温度的升高增大低压电极的表面积S和直径D，这通过公式(1)和(2)改变电容器的电容。因而温度波动产生干扰测量精度的电容变化。

因此，在设计这类电容器时，目的是使温度对电容的影响最小，以得到产生满意测量精度的热稳定性。优化一般包括设计一种特别的机械构造，这种构造与具有适当膨胀系数的材料的选择有关。

法国专利FR-2705492公开了一种以上提到种类的电容器，其中低压电极包括多块沿支架内缘的弯曲板。板固定到支架上，但自由地膨胀或收缩。在这种现有技术的电容器中，低压电极直径的变化因此通过制成支架的材料的膨胀系数调节，因为板固定到支架上。低压电极表面积的变化由板材料的膨胀系数调节。通过组合公式(1)和(2)，能表明，如果支架材料的热膨胀系数与低压电极材料的热膨胀系数比值是从1.5到2.5，则热稳定性是满意的。以上现有技术电容器具有满意的热稳定性，但因为必须把多块板固定到支架的内缘上，所以制造昂贵。

德国专利DE-2409595公开了一种包围一个圆柱形印刷电路的圆柱形电容器，电路的内表面涂有金属层以形成低压电极。带有用于低压电极的圆柱形印刷电路的这种形式的构造非常简单，并且降低构造成本。然而，当温度变化时，圆柱形印刷电路在支架内自由地膨胀或收缩，而这使电容器对温度变化太敏感。

发明内容

本发明的目的在于，通过提出一种高热稳定性和简单构造的电容器来克服这些缺陷。

为此，本发明提供一种用来对气体绝缘高压线进行测量、具有高热稳定性的电容器，该电容器包括：一个高压电极；一个圆柱形印刷电路，同轴围绕所述高压电极，并且包括一个形成一个低压电极的导电轨道；及一个支架，具有同轴围绕所述圆柱形印刷电路的圆柱形内表面，该圆柱形印刷电路由所述支架保持，其中所述高压电极沿所述圆柱形印刷电路的轴线延伸，其特征在于，所述印刷电路沿它形成的圆柱的母线切开，并且所述支架包括用来靠近内表面保持所述印刷电路的导向装置，同时允许它沿所述内表面膨胀。

借助于这类构造、和低压电极和支架材料的热膨胀系数的适当选择，得到一种具有高热稳定性和非常简单构造的电容器。

在根据本发明的电容器的一个最佳实施例中，用来固定印刷电路的多个固定点设在支架的内表面上，所述固定点沿由印刷电路形成的圆柱的另一条母线分布，该母线相对于所述轴线与沿其切开圆柱的母线相对称。借助于这种形式的构造，没有印刷电路楔入支架中的危险。

在根据本发明的电容器的另一个具体实施例中，导向装置是沿支架内表面固定的两个成形环(profiled ring)，所述每个环具有L形截面以与所述内表面形成两个彼此面对着并且每个具有U形截面的圆形槽，使印刷电路形成的圆柱的底部套在每个槽中。借助于这种形式的构造，在支架上用来导向印刷电路的装置主要包括两部分，目的在于简化电容器的装配和降低其成本。

在根据本发明的电容器的又一个具体实施例中，每个环包括一个绕其外周延伸并且面对着印刷电路的圆形槽，并且每个槽中装有一根螺旋弹簧(RH)，所述弹簧具有在径向平面中的各匝，每匝支承在印刷电路上以把印刷电路保持成压到支架的内表面上的状态。借助于这种形式的构造，槽的宽度能显著大于印刷电路的厚度，便于套住印刷电路。

在根据本发明的电容器的又一个具体实施例中，所述印刷电路具有分别在所述轴线和沿其外周的热膨胀系数a_x、a_y，这两个系数通过如下条件与支架的热膨胀系数a_c有关：

$0.75\≤\frac{a_x+a_y}{a_c}\≤1.25$

借助于这种形式的构造，电容器对于从-40℃至+80℃的温度范围具有小于0.085％的热漂移。

附图说明

参照附图现在将更详细地描述本发明，这些附图通过非限制例子表示本发明的一个实施例。

图1是根据本发明的电容器的立体图。

图2是圆柱形印刷电路的立体图。

图3是在支架上用来导向印刷电路的一个环的剖视图。

具体实施部分

按照本发明的高热稳定性电容器是圆柱形的。它带有在主方向AX延伸的高压电极HT，如图1中所示，这是在包含轴线AX的剖面中电容器的视图。这里是直径d的圆形截面金属杆的电极HT在直径D的圆柱形印刷电路CI上由一个导电轨道形式的低压电极BT同轴包围着。印刷电路保持在要联接到填充有SF₆的铠装开关装置上的金属支架CH中。在这个例子中，圆柱形印刷电路CI在其内表面上带有五个分离的导电轨道。轨道形成在图中由阴影区域表示的圆形带，并且沿轴线AX彼此隔开。这些带在印刷电路的水平处不必互连。更具体地说，不连接到支架CH的地上的中央轨道，能彼此独立地起低压电极BT的作用。支架CH具有一个与轴线AX同轴并且围绕印刷电路CI的圆柱形内表面SI，以便相对于高压电极HT把印刷电路CI保持到位。如在一些现有技术电容器中那样，支架接地，以在高压电极HT与地之间形成容性分压桥。低压BT电极的电压因此反映高压电极的电压，并且低压电极电气连接到一个未表示的测量器件上。测量系统能连接到圆柱形印刷电路CI的一个或多导电带上，以测量相对于支架的地的一个或多个电位。注意圆柱形印刷电路CI在其经支架接地的外表面上也带有一个导电轨道。

按照本发明，印刷电路CI沿它形成的圆柱的一条母线G1切开，如图2中所示，并且支架包括用来把印刷电路CI在支架中保持到位的导向装置A1、A2。导向装置适于保持印刷电路CI靠近支架CH的内表面SI，与其基本成恒定距离，同时允许它沿内表面SI膨胀。印刷电路CI能由导向装置A1、A2保持在离开支架内表面SI的较小距离下或贴着它压紧。在印刷电路CI中的缝隙宽度因此随温度变化而波动。

印刷电路CI最好在一个或多个固定点处固定到支架上，以防止在支架的圆柱形内表面SI内无限地旋转。借助于这种布置，印刷电路作为温度波动的结果沿内表面SI自由膨胀或收缩，但其直径D由支架的内表面SI施加。如在来自文档FR-2705492的电容器中那样，电极BT的表面面积S的变化由电极BT的膨胀系数调节，并且其直径D的变化由支架CH的膨胀系数调节。由此得出，电极BT和支架CH的膨胀系数的适当选择实现满意的热稳定性，如在以前引用的文档中解释的那样。

因而，根据本发明的电容器具有满意的热稳定性，但具有比在文档FR-2705492中公开的电容器简单的结构。

按照本发明的电极BT包括一个单一的印刷电路，而在文档FR-2705492中，它包括分别固定到支架上的多块弯曲板。

印刷电路CI在图2中表示的、并且沿电路CI形成的圆柱的一条母线G2分布的多个固定点F1和F2处固定到支架上，母线G2相对于纵向AX与沿其切开圆柱的母线G1相对称。沿诸如母线G2之类的相同母线分布的多个固定点F1和F2保证印刷电路CI沿支架内表面SI的运动是均匀的，即没有印刷电路贴着支架内表面楔入的危险。固定点F1和F2能简单地是在电路CI中的孔，打算接收拧入支架的内表面SI中的对应螺孔中的互补螺钉。因为固定点F1和F2面对着在圆柱CI中的切口，所以使印刷电路相对于支架的运动最小。其它固定系统能同样良好地使用，而不脱离本发明的范围。

在支架内表面SI上用来导向电路CI的装置能具有各种类型，例如借助于固定到印刷电路上并且在形成在支架的内表面SI上的对应槽中滑动的件。在一个最佳实施例中，导向装置包括与圆柱形表面SI同轴并且固定到其上的两个环A1、A2。每个环具有一个L形截面，如能在图3中看到的那样，并且两个环安装在由表面SI形成的圆柱的相应端部处，以与其形成具有U形横截面的两个圆形槽。槽的深度稍大于印刷电路CI的厚度，从而它能套在它们中。因而，由印刷电路CI形成的圆柱使其圆形底部B1、B2套在槽的一个中，以便把它保持为离开支架圆柱形表面SI恒定距离。同时能够通过在槽中滑动沿该表面膨胀。借助于这类布置，电容器的零部件装配是一个非常简单的问题，因为它能包括，在把印刷电路CI套在由环和支架内表面SI定义的槽中的同时，把印刷电路CI在点F1和F2处固定到支架上、并且然后装配两个环A1和A2及把它们固定到支架CH上。例如，环能拧到支架上。

在根据本发明的电容器的另一个具体实施例中，由所述槽导向的印刷电路CI由一根弹簧贴着支架的表面SI压紧。为了实现这点，每个成形环包括一个绕环的外缘延伸的圆形槽RC，并且面对着印刷电路CI，如能在图3中看到的那样。这里槽RC具有矩形横截面，并且接收一根环形螺旋弹簧RH。弹簧RH因此装在槽RC中，使其诸匝基本上在径向平面中。弹簧RH在环中的这种安装类似于用于旋转轴的唇边密封的环形弹簧，也称做环形密封。在该实施例中，弹簧RH的每一匝在槽RC与圆柱形电路CI之间压缩，并且每匝因此支承在印刷电路上，以保持它贴着支架的圆柱形表面SI压紧。因而槽能具有显著大于印刷电路的厚度的深度，以利于在装配期间把其底部套在槽中。借助于这种布置，电路贴着支架的圆柱形表面SI压紧，以便进一步提高电容器的热稳定性和甚至进一步减小印刷电路相对于支架楔入的危险。这种布置有助于简化根据本发明的电容器的零部件的装配，因为导向槽能做得较大。

在电容器的另一个最佳实施例中，支架CH的膨胀系数a_c及印刷电路CI的膨胀系数a_x和a_y满足如下条件：

$0.75\≤\frac{a_x+a_y}{a_c}\≤1.25$

其中a_x和a_y分别表示印刷电路在方向AX上和沿表面SI的线性膨胀系数。通过组合公式(1)和(2)，能表明，电容器的电容C对温度变化的敏感度按如下主要由这三个膨胀系数调节：

$C\left(T\right)\≈K^{\′}\·\frac{1+(a_x+a_y)\·(T-T_0)}{1+a_c\·(T-T_0)}$

其中C(T)是电容器在温度T下的电容，而K′是常数。以上公式表明，如果a_x+a_y＝a_c，则电容器对温度变化不敏感。更一般地说，它能表明，如果膨胀系数的比值是从0.75至1.25，则对于从-40℃至+80℃的温度波动的电容变化小于名义电容的0.085％。

根据本发明的电容器的印刷电路CI最好构造在环氧树脂基座上，并且其支架CH有利地由铝制成。印刷电路CI的线性膨胀系数近似为a_x+a_y＝21×10^-6℃/m，而铝支架CH的是a_c＝23.3×10^-6℃/m，这对于从-40℃至+80℃的温度波动产生小于名义电容0.03％的电容变化。

Claims (5)

1.一种用来对气体绝缘高压线进行测量的高热稳定性的电容器，包括：一个高压电极(HT)；一个圆柱形印刷电路(CI)，同轴围绕所述高压电极，并且包括一个形成一个低压电极(BT)的导电轨道；及一个支架(CH)，具有同轴围绕所述圆柱形印刷电路(CI)的圆柱形内表面(SI)，该圆柱形印刷电路(CI)由所述支架(CH)保持，其中所述高压电极沿所述圆柱形印刷电路的轴线(AX)延伸，其特征在于，所述印刷电路沿它形成的圆柱的一条母线(G1)切开，并且所述支架(CH)包括用来靠近内表面(SI)保持所述印刷电路(CI)的导向装置(A1、A2)，同时允许它沿所述内表面膨胀。

2.根据权利要求1所述的电容器，包括用来把印刷电路(CI)固定到内表面(SI)上的多个固定点(F1、F2)，所述固定点沿由印刷电路形成的圆柱的另一条母线(G2)分布，该母线相对于所述轴线(AX)与沿其切开圆柱的母线(G1)相对称。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电容器，其中导向装置是沿支架(CH)的内表面(SI)固定的两个成形环(A1、A2)，所述环每个具有L形截面，以与所述内表面形成彼此面对着并且每个具有U形截面的两个圆形槽，使印刷电路形成的圆柱的底部套在两个槽中。

4.根据权利要求3所述的电容器，其中每个环(A1、A2)包括一个绕其外周延伸并且面对着印刷电路(CI)的圆形槽(RC)，并且每个槽中装有一根螺旋弹簧(RH)，所述弹簧使其诸匝在径向平面中，每匝支承在印刷电路(CI)上以把印刷电路(CI)保持成压到支架的内表面(SI)上的状态。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电容器，其中所述印刷电路具有分别在所述轴线和沿其外周的热膨胀系数a_x、a_y，这两个系数通过如下条件与支架的热膨胀系数a_c有关：

$0.75\≤\frac{a_x+a_y}{a_c}\≤1.25.$

Images