CN1418367A - 电容性元件及包括这种元件的电力设备 - Google Patents

Abstract

一种电容性物体，包括细长的层状结构(10，11，14，15，55，56，20，60，61，36，62)，其包括一组或多组由导电材料制的两个电极形成层(5，6，13，17)，所述两个层通过至少一个电绝缘材料制的层(3，4，16)相互隔开。所述电容性物体被设计成缆线状的导体，所述细长的层状结构由保护外层(22)包围。本发明还涉及一种电容器和其它包括这种电容性物体的电力设备，以及这样的电力设备在高压电网中的应用。

Description

电容性元件及包括这种元件的电力设备

发明领域和现有技术

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的电容性物体及其生产方法。本发明还涉及电容器和电容器组。本发明进一步涉及一种具有电容性和电感性的电力设备，以及一种用于过滤高压电网中的谐波的滤波器。本发明还涉及所述电容器和电力设备的应用。

根据本发明的电容器和电容器组尤其是要应用在用于电力传输和电力分配的电网，特别是用于高压用途的电网，但也可以是用于低压或中等电压用途的电网。高压这里指高于1000V的电压，最好是高于10000V的电压。

当生产电容器时，原来已知是使电容器包括电容性物体，该物体包括两个介电膜，每个介电膜在其一侧依次设有导电层。导电层具有一些沿其纵向和横向延伸的间断。因而导电层将具有多个矩形的导电元件，每个导电元件与相邻的导电元件电绝缘。而且，两个导电层彼此设置为，一个导电层中的导电元件与另一个导电层中的两个导电元件在介电膜的纵向上重叠，并且与另一个导电层中的两个导电元件在介电膜的横向上重叠。通过这种方式，形成了电容器元件电网，所述电容性元件相互串联和并联。与只有两个由介电膜隔开的连续的导电层相比，这样的电容器元件电网的布置的优点是，介电膜的击穿只导致单个电容器元件无法工作。由于击穿而断开的的导电层区域因而限于所述电容器元件的导电元件的尺寸内。由于击穿而断开的导电层的该区域的尺寸与具有连续导电层的电容器的情况相比要小。

通常的电容器包括两个介电膜，每个介电膜的一侧设有导电元件层，电容器被卷起以形成由层构成的卷。因而在所述卷的径向上，各个第一层是导电元件，各个第二层是介电膜。

介电膜设有一层导电元件，通常是通过蒸汽加工覆盖一薄层金属，例如铝或锌。所述介电膜最好由聚丙烯构成。

在一个布置成卷形式并具有两个卷起的介电膜的电容器中，每个介电膜设有所述导电元件层，导电元件层在所述卷内形成多圈。这多个圈随圆周半径的增大而增大。因而两层中的导电元件在圆周方向上彼此错开一定的程度。这意味着在电容器元件的各圈上，由导电元件形成的电容器元件将具有不同的电容量。因此以这种方式形成并加有电压的电容器卷在电容器元件上将具有不均匀的电压分布。

上述电容器现在被用在电力传输和分配有关的电网。许多电元件例如变压器和电动机消耗无功功率。发电站的发电机会输出例如无功功率，但由于无功功率加重了电线和电缆的负担，最好使产生的无效功率尽可能接近负载。

电容器具有接近90°的相位角，因此产生无功功率。通过将电容器靠近所述消耗无功功率的元件连结，可以产生所需的无功功率。电线和电缆因此可以完全用于传输无功功率。负载的无功功率消耗可以变化，最好一直产生与消耗量对应的无功功率量。为此目的，几个电容器串联和/或并联成所谓电容器组。可将所需数量电容器相连以对应所消耗的无功功率。以上述方法利用电容器来补偿消耗的功率被称为功率补偿。为此目的，将被称为分流器组的一组电容器布置在接近消耗无功功率的元件处。这种分流器组包括几个相互连接的电容器单元。单个电容器单元又包括几个电容器。这类常规电容器单元的构造将在下面说明。分流器组通常包括多个由几个串联成的电容器单元的链路。链路的数量由相位数决定，数目通常是三。链路中的第一个电容器单元连接到用于将功率传输到消耗元件的电线。用于传输电力的电线设置成离开地面一定距离，该距离取决于电线的电压。电容器单元从第一电容器单元开始串联连接并向下继续，第一电容器单元连接到电线。设在所述串联成的电容器单元的链路中与第一电容器相对的一端的第二电容器接地。电容器单元的数量及其构造被确定为使得串联成的电容器单元上的电压与电线上的电压相对应。几个电容器单元被串联并布置于支架的不同高度的平台上。在相邻的平台之间还设有几个针式绝缘子。因此，这样的电容器组包括几个不同的元件并需要较大量的材料。而且，所述支架要有比较坚固的构造以承受外部影响例如风、地震等。因此建造这样的电容器组比较费力。这个问题在电容器组由多个电容器单元组成时尤其显著。而且，所述电容器组占地面积比较大。

用于交流电压的长电线是电感性的并消耗无功功率。用于所述串联补偿的电容器组沿着所述电线以同样的距离设置，以产生所需的无功功率。几个电容器单元串联以补偿感应电压降。在用于串联补偿的电容器组中，电容器单元的串联连接与分流器组不同，只占用电线上的一部分电压。串联成的电容器单元的链路包括在用于串联补偿的电容器组内，它还设置成与要被补偿的电线串联。

通常的电容器组包括几个电容器单元。这样的电容器单元依次包括几个呈电容器卷形式的电容器。电容器卷是平放并相互靠近地堆积以便形成一个例如1米的堆。大量的带有中间金属层的介电膜沿堆的垂向平行地布置。当施加到堆上的电压增加时，堆将由于金属层间作用的库仑力而被沿垂向略微压缩。当电压降低时，所述堆将由于同样的原因而沿垂向略微膨胀。所述的堆具有一定的机械谐振频率或固有频率，机械谐振频率或固有频率通常较低。如果电流的频率接近所述堆的机械谐振频率，就会发出很强的噪声。这样一个频率是由电网的频率构成的，它由电流的基调确定，通常是50Hz。噪音也可能是由电流的谐波引起的。

当生产电容器单元时，几个电容器卷、熔丝和放电电阻被布置到一个外壳内，外壳随后被填充有浸渍液体。设置了用于将电容器单元连接到其它电容器单元的装置。以这种方法形成的几个电容器单元随后被连接以形成一部分电容器组。电容器组的组装是一步一步进行的，即，元件被一个接着一个地组装，这是很费时间的而且也不经济。

如上所述，本发明也涉及一种具有电容性和电感性的电力设备。特别是要将该电力设备用于高压用途，但也可以用于低压或中等电压的应用。这里高压指高于1000V的电压，最好是高于10000V的电压。所述电力设备尤其要用于与电力传输和分配有关的电网，以及用作过滤谐波的的滤波器。

后面，当用本发明的电力设备构成用于过滤高压电网内的谐波的滤波器时，会对本发明的具有电容性和电感性的电力设备予以说明。该应用领域只是为举例目的说明，而不是为了限定。

设在工厂里的多种设备例如静止式变频器和平稳启动器，都包括晶闸管，并以一种或其它方式影响电压曲线或使其变形。这类设备比较有效地利用电能，但它们在电网上产生了谐波形式的扰动。要被用于交流电网中的电气设备被设置成来形成具有呈整齐且光滑的正弦曲线形式的电压。但在具有产生谐波的装置的电网中，出现具有扭曲的曲线形状的电压是很普遍的，其中正弦的形状被扭曲。这种扭曲是谐波的放大。谐波是包括具有高于电网的基本频率、基音的较高频率的电压和电流。谐波具有是基音的频率很多倍的频率。谐波是不希望出现的，其可以例如干扰无线电通信和计算机以及电子控制装置。

根据现有技术，电力设施中的谐波滤波器包括与线圈、电抗器串联的电容器，这里包括的元件被设置成用于相对给定频率产生一系列谐振电路。通过这样的滤波器，谐波可以被过滤掉。所述滤波器的所谓调频是通过下面的用于滤波器的公式(1)确定的，其中ω_n是调谐频率，C是电容器的电容，L是线圈的电感。电容器的电容取决于对无功功率的需要。 ${\mathrm{\ω}}_n=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LC}}}----\left(1\right)$

为了实现滤波器，电容器被设置成与线圈串联，电容器和线圈分别制成，并相互通过线管连接，电容器与线圈的连接可以在它们被运输到要安装滤波器的现场之前完成，也可以在现场进行。

如上所述，通常的电容器包括由两个围绕轴卷绕的导电材料层，所述层通过电绝缘材料相互隔开。所述电容器在卷的端部还设有用于连接电压的装置。每个这样的装置电连接到一个导电层。

通常的线圈包括设置成多圈的电导体，例如呈螺旋状。当线圈被通电时，会产生磁场，磁场沿着线圈的纵向通过线圈。

发明简述

本发明的第一方面在于开发后附权利要求1的前序部分中示出的电容性物体，其在保持电容性物体的基本功能特性的同时，获得一种电容器结构，其产生形成了使电容器生产比根据已知技术应用的电容器结构更合理的先决条件。

本发明的第一个目的是实现由权利要求1的特征部分确定的方式形成的所述电容性物体。因为电容性物体被形成具有围绕细长的层状结构的保护外层的缆线状导体，很长的电容性物体可以以某种方式制成，这在制造工艺上看是简单的，这些用于生产电容器的电容性物体可以应用成通过所述生产方法获得的各种长度，或者单独制成的电容性物体可以被切割成几个部分，它们一个接一个地用于形成电容器。

在一个优选的实施例中，本发明的电容性物体可以以很长的长度制造。在这种情况下，电容性物体被设计成具有这样的可弯曲性，使得其可以被卷绕成卷形，电容性物体可以与生产或者任何其它所需的运动结合来形成便于存放和运输的卷形。然后，通过电容性物体制造电容器，所需的电容器物体的长度为从所述的卷展开的长度，电容性物体被切割成具有所需长度的部分。

本发明使得由这样的电容性物体制成的单个的电容器的长而窄的结构可以替代采用现有技术的包括多个电容器连接起来以形成电容器单元的构造。这使得具有很多结构上的优点。由于长而窄的结构，由所述层状结构中的层形成的电容器元件的电网的总厚度对于一定的电容来说是较小的。当用于电容器组中时，与采用现有电容器单元的情况相比具有较低的噪声水平。

根据本发明的一个优选实施例，形成导电材料层的每个电极包括多个导电的电极形成元件，并且这些层中的至少一层中的导电元件被设置成与一相邻的层中的导电元件沿电容性物体的纵向在位置上偏移。以这种方式，两个相邻层中的导电元件相互电容耦合，且所述层状结构确定了交流电导体。所述层状结构将形成串联或并联的电容器元件的电网。所述结构中较小的击穿只导致单个，也可能是几个电容器元件无法工作。

根据本发明的一个优选实施例，层状结构包括在电容性物体中，其是由一个或几个带状或片状的细长元件形成的，每个这样的带状或片状细长元件构成所述组中的一组中的至少一层，并沿层状结构的纵向延伸其纵向延伸部分的至少一个元件，从而得到所述层状结构以及导电性物体，纵向延伸部分大致超过所述带状或片状细长元件的宽度。通过细长元件的不同配置，可以使电容性物体具不同的特性。

根据本发明的一个实施例，建议存在导电材料的层在层状结构的端部之间大致平地延伸。这样的电容性物体可以通过将几个所述细长元件在电容性物体的端部之间叠置起来很容易地制成。

根据本发明的又一实施例，电容性物体包括片状保持元件，其设置在层状结构的相反的平面上。片状的保持元件还可以具有沿层状结构的纵向延伸的波形，使得层状结构处于与片状保持元件相应的波形的状态。以这种方式，由电容性物体形成的电容器在电网中的导电元件之间可以以减小的形成空气穴的危险的情况下被弯曲。所述空气穴的存在将增加局部放电(称为灼热)的危险。以这种方式制成的电容器尤其适于卷绕成卷，例如用于运输。

根据本发明的又一实施例，电容性物体包括至少一个压力元件，其被设置成至少部分围绕在所述片状保持元件周围，从而沿彼此相对的方向在片状保持元件上施加压力。以这种方式，导电元件周围的空气混入的尺寸和/或存在的可能性可以被减小。

根据本发明的又一实施例，所述细长元件/多个元件沿着电容性物体的纵向呈螺旋形设置。在由电容性物体形成的电容器中，可以在所述路径内沿所述电容器的纵向产生磁通。除了其电容，电容器因而还会具有一定的电感。所述电容器将被调谐到一特定频率。通过使所述电感与电容相适应，可以在该频率下在电网的两点之间通过电容器实现纯电阻连接。

由于带状或片状元件的螺旋形状，细长的电容性物体在沿大致直线设置时还具有电感特性。

根据本发明的另一实施例，所述细长元件被围绕具有高抗变形能力的芯设置。以这种方式，所述细长的带状元件可以在电容性物体的制造过程中被比较紧固围绕所述的芯进行卷绕。这减少了层状结构中存在的空气混入，并可使得电容器物体具有较高刚度。

本发明的又一目的在于获得一种在带有电感特性的同时具有电容特性的电力设备，其可以以合理和成本低的方式产生。

本发明的第二目的实现在于，所述电力设备分别是由权利要求32和33的特征部分确定的。这意味着根据现有技术所需要的电容性物体与电感性物体的装配被省去。

根据由权利要求32确定的本发明装置的第一变型，包括在装置中的电容性物体包括沿电容性物体的纵向以螺旋形路径设置一个或几个带状或片状细长元件。在由这样的电容性物体形成的电力设备中，沿所述电容生物体的纵向在所述路径内产生磁通。除了其电容，电力设备还可以获得电感。由于所述带状或片状元件的所述螺旋形状，电容性物体以及电力设备甚至在其沿大致直线设置时，会具有电感特性。

根据由权利要求33确定的本发明装置的第二变型，电容性物体的一部分被卷绕成卷形以获得电感特性。这里电容性物体的所述部分确定了一个线圈。已知线圈具有良好的电感特性。以这种方式，可以实现几个功能上的优点。例如，电容性物体可以在第一操作制造，并通过卷绕成适当的线圈形状而具有所需的电感特性，并在第二操作中被调谐到所需的频率。

根据本发明的一个实施例，所述电力设备包括至少一个电阻器，其被磁连接到当电容性物体被连接到电压源时产生的磁通。以这种方式，在所述电力设备被用作滤波器的情况下，可以实现电网中较高频率元件的衰减。

本发明还涉及一种用于制造根据权利要求27的电容性物体、根据权利要求28的电容器、根据权利要求30和31的电容器组以及根据权利要求41的滤波器的方法。

另外，本发明涉及本发明的电容器、根据权利要求29和40的本发明的电力设备的应用。

本发明的优选实施例除了上面提到的外，还可从所附权利要求以及下面的说明中了解到。

附图简要说明

下面结合附图，以举例方式对本发明的优选实施例进行详细说明。

图1以截面图和顶视图示出了包括在根据本发明的电容性物体中的两个带状或片状细长元件。

图2示出了包括根据图1的细长元件的层状结构的截面图。

图3示意性地示出了根据图2的层状结构的电容器元件的电路图。

图4以截面图示出了根据本发明又一例子的层状结构。

图5示意性地示出了根据图4的层状结构的电容器元件的电路图。

图6示出了用来形成根据本发明的电容性物体的一部分的带状或片状元件的例子的示意性透视图。

图7以顶视图示出了带状或片状细长元件的另一个例子。

图8以示意性的顶视图示出了带状或片状细长元件的又一例子。

图9以示意性的顶视图示出了带状或片状细长元件的又一例子。

图10以纵向剖面图示出了根据本发明又一例子的层状结构。

图11以纵向剖面图示出了根据本发明又一例子的层状结构。

图12示意性地示出了根据图11的层状结构的电容器元件的电路图。

图13以透视图示出了根据本发明的又一例子的层状结构。

图14以透视图示出了本发明的电容性物体的的一个实施例。

图15以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图16以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图17以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图18以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图19以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图20以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图21以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图22示出了根据第一变型的图21所示实施例的电路图。

图23示出了根据第二变型的图21所示实施例的电路图。

图24以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。

图25示意性地示出了用于制造本发明的电容性物体的方法。

图26示出了由本发明的电容器构成的电容器组的一个例子。

图27示出了由本发明的电容器构成的电容器组的另一个例子。

图28示出了采用第一实施例所述滤波器形式的电力设备。所述滤波器是由以透视图示出的图15和16所示的电容性物体形成的滤波器。

图29以示意的局部剖视图示出了根据图28的滤波器。

图30示出了图28所示形成线圈形状的电容性物体的一部分的电路图。

图31示出了如图28所示的滤波器的变型，这里它包括一个电阻。

图32示出了用于过滤谐波的装置，其包括三个具有图20所示的电容性物体的滤波器。

图33示出了围绕所述电容性物体设置的用于抑制高频分量的几个电阻。

图34示出了与图33对应的电路图。

本发明优选实施例的详细说明

本发明的电容性物体包括细长的层状结构，层状结构又包括至少一层多个导电元件，以及至少一层电绝缘材料。电容性物体的层状结构具有细长形状，形成层状结构的带状或片状的细长元件沿着层状结构的纵向延伸了其纵向延伸部分的至少一个元件。最好，所述带状或片状的细长元件的导电元件被设置在几个层内，导电元件的两个相邻的层由一层电绝缘材料分开。图1-13示出了所述带状或片状元件和由其形成的层状结构的几个例子。

细长的带状或片状元件可以具有刚硬的或柔软的结构，后面将细长的带状或片状元件称为“带状元件”。然而，要强调的是，细长的带状或片状元件被适当地设计成是挠性的，以便使电容性物体具有挠性，从而利于存放、运输以及对其进行多种处理。最好，电容性物体被设计成具有挠性，使得其可卷绕成卷状。

图1示出了从上面和侧面看的根据本发明第一例子的两个带状元件的1、1a的视图。它们都分别设有电绝缘层3和4，以及设置在该电绝缘层上多个导电元件的层5和6。各层5，6中的导电元件一个接一个成列地沿带状元件的纵向设置。导电元件还彼此电绝缘，因此导电元件的层是不连续的。导电元件例如可以通过常规方法通过蒸汽施加到电绝缘层上。电绝缘层例如可以包括聚丙烯，导电层包括铝。

两个导电元件1，1a在图1中被设置为沿带状元件的纵向具有半段(L/2)的相互偏移。一段(L)在这里是指一个导电元件沿所述纵向的长度与沿所述纵向的两个导电元件之间的距离。通过使两个彼此平放在一起的带状元件具有所述相互偏移，第一带状元件的导电元件将沿所述纵向叠置在第二带状元件的两个导电元件上。这样可以获得图2中示出的层状结构10。导电元件7将被容性地耦合到相邻的层中的两个导电元件8，9。导电元件7的大致一半上表面(在图2中即为左半边)与导电元件8的大致一半下表面形成电容器元件。以相应的方式，导电元件7上表面的右半边与导电元件9的下表面的大致一半形成另一个电容器元件。两个电容器元件还通过导电元件7串联起来。因此，层状结构10包括多个沿纵向串联的电容器元件。导电元件的两个层大致平行设置。所有导电元件还具有相同的电容，因为它们具有大致相同的几何形状。但电容会发生改变，例如因为电绝缘层(也被称为电介质)会具有局部瑕疵。在图3中示出了图2所示的串联的电容元件的电网。

通过将多个带状元件1，1a相互设置成具有两个相邻的带状元件之间沿纵向的偏移，可以获得具有图4示出的构造的层状结构。所述导电元件从而形成了图5中示出的串联和并联的电容器元件的2维电网。接着就要在层状结构的端部施加电压。击穿将只会导致一个电容器元件不能工作。

应该强调的是，将每个电极设计成一个连续的细长的电容器元件的层也属于本发明的范围之内。

图6以示意性的透视图示出了用于形成根据本发明的电容性物体的一部分的带状元件1的例子。这里的带状元件1包括多组两个电极，电极形成通过电绝缘材料3彼此隔开的导电材料的层5，6。形成导电材料的层5，6的每个电极包括多个导电的电极形成元件7-9。这些层的一层中的导电元件7被设置成沿带状元件1的纵向具有半段的偏移。以这种方式，所述第一层5中的每个导电元件与所述第二层6中的两个导电元件8，9沿所述纵向重叠。在图6示出的例子中，导电元件7-9一直延伸到所述带状元件的纵向两侧表面。

图7中以顶视图示出了根据本发明的又一例子的带状元件1。所述带状元件1包括多个导电元件构成的层13。它们成行地沿所述带状元件的纵向设置，成列地沿所述带状元件的横向设置。通过如图2那样将两个这样的带状元件设置成互相叠置，可以获得图8所示的层状结构。在层状结构中形成了多个串联的电容器元件的并联回路。回路的数量对应于沿层状结构的横向的导电元件的数量。在图9中，两个带状元件1进一步被设置成横向上彼此偏移。以这种方式，可以获得具有由串联和并联的电容器元件构成的2维电网的层状结构。通过使带状元件1互相叠置，而两个相邻的带状元件如图9那样相互错开，可以获得具有由串联和并联的电容器元件构成的3维电网。

图10以纵截面图示出了层状结构55。所述层状结构55在导电元件的电绝缘层16和17之间设有采用层18形式的高电阻元件。高电阻材料层18设置成将每个电极形成层中的导电元件连接起来。高电阻层例如可以是SiO_x层。SiO_x层的电导率可以通过选择氧的含量来控制。高电阻层18具有低的导电能力，使得当一定电压被施加到电容性物体上时，其大致不会影响由层状结构形成的电容性物体的电容性功能。高电阻层可以保证在电压被去掉后，电容器元件可以被放电，因而形成放电电阻。放电发生是由于高电阻层在两个相邻的电容器元件内的导电元件之间形成电连接。高电阻层还可以实现电场均衡，从而减少局部的大电场强度，大电场强度会在导电元件的边缘出现。这减少了灼热(glow)的危险。根据现有技术，采用浸渍液体来抵抗灼热。通过应用高电阻层，不需要浸渍液体，或至少减少对浸渍液体的需要。这使得可以以较低的成本来生产电容器。

将由所述层状结构构成的电容器用于直流(DC)应用的可能性进一步得到改进是由于高电阻层，因为高电阻层能够均衡不同的电容器元件之间的电容性电位差。

图11以横截面图示出了层状结构56。层状结构56构成了图10中示出的层状结构的一种变型。在图11中，高电阻层19是断续的，而且只具有重叠在导电元件层中两个相邻的导电元件之间的片段19，而不是连续的高电阻层18。片段19在导电元件之间形成电连接。通过这些片段，可以与采用连续的低导电性的层18实现大致相同的功能。

在图12中示意性地示出了根据图10和11中示出的例子设置的电容器元件和放电电阻的电路图。

图13以示意性的透视图示出了一种层状结构20。所述层状结构20设有多个很好地绝缘的阻挡层21。阻挡层21将不同侧上的片段相互绝缘。以这种方式，可以有效地防止这些片段中的一个的击穿传播到另一个通过所述阻挡层与之分开的片段。这些片段中的每一个构成电容器元件电网。例如，每个这样的片段构成带状元件11。这些阻挡层沿着所述带状元件的纵向大致平行于导电元件的所述层延伸。绝缘良好的阻挡层具有大于各个电绝缘层厚度的厚度，并且/或者由具有高于各个电绝缘层的电绝缘性的材料构成。

图14示出了本发明的电容性物体的一个实施例。电容性物体具有外层22，其用于保护层状结构免受冲击等形式的机械载荷的影响。最好，外层22还具有电绝缘性。这样的外层例如由聚合材料构成。图15和16示出了电容性物体的另外的实施例。材料23设于层状结构20和外层22之间，其最好具有绝缘性。外层例如可由挤压成的聚合层构成。

根据本发明的电容性物体具有图14-16中示出的实施例的外观，其呈缆状并用作导体。在这种情况下的导体是电容性的，因而也产生了无功功率。具有较大长度的通常导体是感性的。所述通常的导体的优点是可以用于电容器组中用于通常的导体的串联补偿，而不是采用现在采用的电容器单元。

本发明的电容器例如用于所谓的分流器组，其长度是根据电容器要被应用的电压值来确定的。用于特定几何形状的导电元件的电容器上所允许的电压会随着电容器的长度的增加而增加，因为在电容器的纵向上串联的电容器元件的数量增加了。

由电容器产生的无功功率随着并联的电容器元件的数量增加以及/或者电容器的电容器元件表面积的增加而增大。根据本发明的电容器构成的电容器组的无功功率由于同样的原因随着并联的电容器的数量的增加而增大。

在图14-16中示出的电容性物体的实施例中，层状结构20在电容性物体的第一端设有第一端，在电容器物体的第二端设有第二端。而且，层状结构以这种方式在导电性物体的所述端之间延伸，使得导电元件的层处于与电容性物体的纵向平行的平面内。换句话说，所述各层的垂线沿着电容性物体的长度具有大致相同的方向。

各电容器元件中的导电元件之间的导电材料的层越薄，在电容器元件的边缘获得的电场放大就越小。较小的电场放大使得发生灼热的危险较小。为了防止灼热的发生，相应的导电元件周围的导电材料还应被设置为密封在导电元件周围。在电容器元件附近存在空气混入的情况下，具有发生灼热的较大危险。为了避免灼热的发生，电容性物体在层状结构的相对侧上设有片状保持元件。它们大致平行于导电元件层。片状保持元件用于在其被施加到层状结构上时，在层状结构上施加压力，从而减少导电元件周围存在的空气混入。

根据图17示出的电容性物体的又一实施例，片状保持元件24沿电容器物体的纵向具有波状。位于保持元件之间的层状结构20设置成波状状态，其对应于片状保持元件24的波状。波状保持元件设置成大致平行于层状结构的导电元件。设置元件25用于实现在片状保持元件彼此相对的方向上施加压力作用。压力元件25可以例如包括具有较高抗张强度的带。

当根据图14-16的电容性物体被弯曲时，所述向内、向着弯曲设置的中心的层将受到压缩应力，而被设置弯曲部分外侧的层将受到拉伸应力。因为压缩应力，存在使位于弯曲部分内侧的层折叠的危险。这样的折叠会引起气穴。因为空气不会与通常的绝缘材料一样绝缘良好，增加局部放电的危险。例如在运输过程中可能需要将细长的电容性物体或电容器弯曲。例如可能需要根据传统技术将电容性物体/电容器卷绕成卷用于电缆。这个问题通过使电容性物体设有呈波状的带状元件解决。当这样的电容性物体被弯曲时，受到压缩应力的部分将可以使其长度变短而不会有任何局部折叠的危险。

已经认识到，片状的保持元件应具有较高的刚度，以便能够实现层状结构的充分压缩。片状保持元件可以进一步具有弧形的截面形状，从而在所述保持元件被应用时，有利于消除层状结构中可能存在的空气混入。保持元件的凸出表面朝向层状结构，并且通过将所述具有较强拉伸张力的材料带卷绕到所述保持元件周围，来获得较平的状态，而可能的空气混入被挤出所述层状结构。

图18以示意性的透视图示出了根据本发明的电容性物体的又一实施例。电容性物体的该实施例以与前述实施例相同的方式减小层状结构20中的层由于受到压缩应力而发生折叠的危险。这里层状结构沿其纵向扭曲。

图19以示意性的透视图示出了本发明的电容性物体的又一实施例。第一带状元件26被设置成围绕轴27呈螺旋形路径，并形成围绕轴的第一层。第二带状元件28被设置成螺旋形路径，并形成第一层径向外侧的第二层。两个带状元件26，28沿着电容性物体的周向以不同方向延伸。而且，还示意性地示出了保护外层22。图19中的箭头29，57示出了电流沿各个带状元件的纵向运动。通过将带状元件围绕轴设置，其最好具有高的抵抗变形的能力，这些带状元件可以在电容性物体的制造过程中比较坚固地卷绕在轴的周围。以这种方式，可以克服导电元件周围的空气混入的危险。所述电绝缘层中的电绝缘材料可以被设置成紧靠并且部分地围绕在各个导电元件周围。所述的芯最好是可弯曲的，以便可以使电容性物体弯曲。这样制造的电容性物体或电容器的这种弯曲例如在其运输过程中是需要的。

而且，一个具有良好绝缘性的未示出的层(例如采用云母带的形式)最好设置在这些带状元件的层之间。这样的云母带包括陶瓷材料，其具有很高的防止电弧击穿的能力，而且能够经受高温。由于具有这样的具有良好绝缘性能的层，可以防止带状元件中的击穿传播到相邻的带状元件。

图20示出了本发明的电容性物体的又一实施例。与图19中的实施例相反，带状元件30，31在两个层中沿相同的方向延伸。这使得电流要沿电容性物体的周向以相同的方向传导，因而带状元件形成一种线圈。除了其电容，该电容性物体还具有本身的电感。该电容性物体因而可以被调谐到一定的频率。通过使电容与电感相适应，可以在一定频率下在电网的两点之间实现单纯电阻连接。已经认识到，当电容性物体包括一个以螺旋状路径围绕轴27设置并形成围绕该轴的一层时，可以获得电感性质。也已经认识到，在电容性物体包括两个以上的以螺旋形路径围绕轴27设置并形成两个以上的围绕所述轴的层，所述带状元件在不同的层内沿相同的方向延伸时，电容性物体也可以获得电感性质。

图19和20中示出的带状元件26，28和30，31分别形成了层状结构60和61。

图21示出了本发明的电容性物体的另一个实施例。一个细长的带24被卷绕到带状元件的结构36周围，如根据图19和20示出的那样。半导体材料制成的细长的带34在电容性物体的两端之间延伸，并构成放电电阻。而且，具有大于半导体材料带的宽度的电绝缘材料带35被设置在该带的内侧。这样的设置使得通过调整半导体带的宽度可以确定放电电阻的大小。这是通过使绝缘带与半导体带沿着相同方向重叠完成的。已经认识到，电阻随着半导体带的长度的增加而增大。

图22示出了图21中的实施例的示意性电路图，放电电阻34可以被认为是包括在图20所示类型的电容性物体中。

图24示出了本发明的电容性物体的又一实施例。这里示出的电容性物体可以按照与通常的电缆相同的方式设有接地外层表面。设有接地外层的电容器因而可以被设置成埋置在接地外层下。这样是特别有利的，因为由这样的电容器构成的电容器带可以被设置在接地外层下方。这样的布置节省接地层上的空间，并消除根据现有技术的对用于承载电容器的支架的需要。电容器如图22那样沿电容器的径向由内到外设有：带状元件结构36，放电电阻34，绝缘层37，绝缘护层38，导电扩层39(例如铜)和机械保护层40。

由上述本发明的电容性物体制造的电容器可以有利地用于形成本发明的电容器组。本发明的电容器可以替代根据现有技术的所谓电容器单元。这样的电容器单元通过介绍已讨论过，其包括多个成卷的电容器。所述电容器卷被弄平并互相叠置成这样的的电容器单元。沿本发明的电容器的径向相互叠置的层的高度远小于根据现有技术的被弄平的电容器卷的高度。这使得本发明的电容器卷的机械共振频率远低于所述电网频率，并处于谐波相对于谐振放大率最艰难的频率范围内。这样会产生低的声级。

导电元件最好是片状的并是矩形的。在两个相邻的层中的导电元件的半段相互重合，如上面对层状结构的例子所说明的那样。这样的关系是优选的，但对电容器发挥功能不是必须的。而沿层状结构纵向的两个相邻的层中的导电元件至少应该相互略微错开。根据上面对层状结构的描述，导电元件具有相同的形状和尺寸。这样是优选的，以便电容器元件可以具有相同的电容，但对于电容器发挥功能不是必须的。通过是电容器元件具有大致相同的电容，在电容器元件组成的电网中可以获得均匀的电压分布。在如图14-18所示的电容器中，两个分别相邻的层中的导电元件可以被设置成使得电容器元件具有大致相同的电容，因为层状结构的纵向与电容器的纵向大致重合。在图19-22和24示出的实施例中这也是可能的，虽然并不显著。在这样的情况下其可以实现，例如各个层状结构只包括较少数量的导电元件层。在两个相邻的层中的导电元件在这种情况下相互重叠半段。当带状元件被卷绕到所述轴上，电绝缘材料外层要沿带状元件的纵向要比设于该层内侧的层向外延伸更多。这样的延伸使得导电元件可以被设置成具有所需的相互重叠。导电元件的层延伸过层状结构的几乎整个长度。

本发明的电容器可以用于直流和交流。

图25示意性地示出了用于根据本发明制造电容性物体的方法。设置了多个供给源41，每个供给源具有卷绕的介电膜卷。介电膜被设置有相互隔开一定距离的多个导电元件。可以在介电膜和导电元件层之间设置高电阻层。而且，一个或多个供应源41还可以包括具有介电膜但不具有任何导电元件层的卷。这样的介电膜用于在所述层状结构中形成阻挡层。所述介电膜和多数导电元件构成的带逐渐从所述卷展开，被重新导引并供应到第一工位42。在工位42，所述的带被组装到一起，并形成如前面对任何一个例子所描述的层状结构。层状结构沿供给方向逐渐形成。

根据该方法的带状元件被设置成可以形成根据上述任一实施例的电容性物体。当利用具有与电容性物体的纵向具有大致对应的纵向的带状元件制造电容器元件时，电容性物体最好沿着与带状元件的供给方向大致对应的供给方向制造。带状元件例如可以沿着大致直线路径导引，并被组装在一起成为层状结构。两个供给源包括片状的保持元件24。片状的保持元件被层状结构供给，并设置在层状结构的两个相对侧上。在第一工位42，半导体材料带被卷绕到层状结构周围，也可能是卷绕到保持元件24周围，用来实现所述放电电阻。在第二工位43，保护外层被围绕所述带施加。从而，得到了呈细长缆线形式的电容性物体。电容性物体因而可以被切割成所需的长度，这取决于需要或可利用的空间。切割加工在图中以标号58表示。因此形成的电容性物体可以具有单位长度的电容。在切割成所需的长度之后，用于连接到一定电压的装置59可以被设置到被切割的电容性物体的各端，用于制成实际的电容器。

当制成具有呈螺旋状路径的带状元件的电容性物体时，带状元件最好在第一步骤制成，并卷绕到卷上。所述的卷被设在生产装置的一个转动部分上。接着，在所述转动部分的旋转过程中，带状元件被从所述的卷展开，并围绕一轴施加。因此，形成了螺旋形的层状结构。之后，这样形成的电容性物体可以被提供一层保护外层，例如聚合材料。将多个带状元件围绕所述的轴卷绕当然属于本发明的权利要求的范围内。

根据一个可选实施例，供给源可以包括只带有介电膜的多个卷。在这种情况下，导电材料层在介电膜被从所述的卷展开后被施加到介电膜上。

利用上述方法，电容性物体在供给方向上被逐渐制成。优选地，所述制造是连续进行的。

根据本发明的用于制造电容性物体一个可选方法，介电膜被从介电膜卷展开，导电元件的层被施加到所述膜上。这种导电元件的层包括多行(例如8行)导电元件，导电元件沿介电膜的纵向排成行。导电元件最好设置成相邻的行之间相互偏移半段。之后，介电膜被沿所述纵向切割，切割在所述导电元件的行之间进行的。以这种方式，可以获得几个(例如8个)带有相继设置的导电元件的介电膜的条。这些条然后被相互叠置，使得各个导电元件的层与相邻的导电元件的层通过介电膜隔开。因而，这种方法不需要任何用于沿行的纵向导引所述条来实现所需的重叠的设备。例如相应的条被转动90°，从而所述的条被连接到一起以形成层状结构。因而，这些条可以以单一的方式连接到一起以形成包括电容器元件电网的层状结构。该层状结构之后可以被沿其纵向向前供给，以便形成电容性物体。

而且，几个层状结构沿着所述电容性物体的纵向连接起来也属于本发明的权利要求的范围之内。

当需要制造具有预定长度的电容性物体时，根据本发明的一可选制造方法可以使带状元件设置成在例如两个轴之间来回设置。这些轴的位置因而形成了电容性物体的端部。

在电容性元件只包括一个带状元件的情况下(带状元件又包括一层多个导电元件和一层相邻的电绝缘材料)，带状元件被设置成可以在电容性物体的端之间往复。

在图26中，示出了用于串联补偿的电容器组44。电容器组由多个本发明的电容器构成。串联补偿装置包括三组电容器45，46，47。每个组用于三相电网中的一相。各组电容器被设置成悬在两个支架48，49之间的空气中。

在图27中示出了采用所谓分流器组的电容器组50。电容器组由多个本发明的电容器构成。电容器组50包括三组电容器51，52，53：每组用于电网的三相中的一相。电容器被设置成悬挂在支架54上。

在图26和27中示出的多组电容器的各个根据本发明的电容器可以与根据现有技术的电容器单元相比。这样的电容器单元的构造在上面已经予以说明，已经认识到，本发明的电容器具有大致相同的构造。而且，可以获得相当简单的制造、运输和装配。根据图26和27的电容器组与通常的电容器组相比需要很小的有关接地表面的空间。

图28示出了具有电容和电感特性的电力设备70的第一实施例，该装置在这里用于构成滤波器。在图15或16中示出了这种类型的电容性物体71的一部分，在这里其被卷绕成螺旋形路径。由于电容性物体71被设置成沿其纵向传导电流，形成了呈线圈形式的电感元件72。滤波器70还包括良导磁材料制成的芯73。电容性元件71部分地卷绕在芯73的两个腿74周围。

图29是图28中示出的滤波器70的示意性部分剖开截面图。芯在两腿间具有气隙75。气隙75用于接收电容性物体连接到电压源上时产生的磁能。在图28中的电力设备70中，电容性物体71因而形成了线圈形式的电感元件。但两种性质都集成到一个元件内。这在图30中以电流图示意性地表示出。

图31示出图28和29示出的电力设备的变型。在电容性物体71被连接到一个电压源时，电阻76被磁连接到产生磁通的元件。电阻76这里通过设在铁心周围的电线连接到铁心73。当电流在螺旋形的路径内传导时，在电容性物体71的各匝内的芯内产生磁通。磁通引起通过线路导线的电流，该电流将流过电阻76。电阻76因此用作阻尼电阻。

根据本发明的电力设备，具有电容性和电感性，其当然可以包括其他类型的与图28-31所示不同的采用电缆状导体形式的电容性物体。电容性物体71可以例如有利地是图17所示的类型，在这种情况下，电容性物体被卷绕成使得层状结构中的层的垂线大致垂直于线圈的几何中心线。由于层状结构具有波状，向内朝向中心线设置的层中的压缩应力的作用被减轻，这会减小这些层被折叠的危险。这样的折叠会引起空气穴，其又会引起灼热。

包括在本发明的电力设备中的电容性物体71也可以有利地是图18所示的类型，在这种情况下受到压缩应力的层状结构的层的一部分在将电容性物体卷绕成螺旋形时产生折叠的可能性与前面的例子以同样方式被减小了。包括在本发明的电力设备中的电容性物体也可以有利地采用图20示出的类型，在这种情况下，电容性物体不一定要被卷绕成螺旋形以获得电感特性，也可以成直线状态。包括这种类型的电容性物体的电力设备被调谐到特定频率。通过使电感与电容相适应，就可以在一特定频率的电网中的两点间实现单纯的电阻连接。

图32示出了用于过滤谐波的装置。整流器77被设置成将来自交流电压源78的交流整流成直流。三个滤波器79与整流器77并联，用于过滤每个谐波。过滤器79适当地包括图20所示类型的电容性物体。

图33示出了采用电阻线形式的多个电阻80。每个电阻线80在层状结构周围延伸，在图33示出的情况下围绕着电容性物体81。还设置了装置82用于维持每个电阻线与电容性物体的设于内侧的热敏部分之间的距离。距离装置82最好由耐高温材料制成，并设置成使电阻线和电容性物体的内部设置的热敏部分之间具有较低的热传递。例如，它们包括陶瓷材料。在图33示出的情况下，距离装置被设置成在每个电阻线与电容性物体81之间实现空气冷却。当然电阻80设置在电容性物体81的外层的内侧也属于本发明权利要求的保护范围。电阻80因而将被磁连接到由通过电容性物体的电流产生的磁通。这在图34中示意性地示出。本发明当然没有以任何方式限定于上述优选实施例，相反，不脱离由所附权利要求书限定的本发明的基本构思，本领域的技术人员可以对本发明作出很多可能的改进。

Claims (41)

1、一种电容性物体，包括细长的层状结构(10，11，14，15，55，56，20，60，61，36，62)，其包括一组或多组由导电材料制的两个电极形成层(5，6，13，17)，所述两个层通过至少一个电绝缘材料制的层(3，4，16)相互隔开，其特征在于，电容性物体被设计成缆线状的导体，所述细长的层状结构由保护外层(22)包围。

2、如权利要求1所述的电容性物体，其特征在于，所述外层(22)具有绝缘特性。

3、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，所述电容性物体被设计成是可弯曲的。

4、如权利要求3所述的电容性物体，其特征在于，所述电容性物体被设计成具有这样的弹性，使得其可以卷绕成卷状。

5、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，所述层状结构(20)包括至少一个阻挡层(21)，阻挡层具有比所述电绝缘材料制的层(3，4，16)高的电绝缘能力，所述阻挡层(21)被设置在两个相邻的电极形成层之间，从而使位于阻挡层一侧上的层状结构部分与位于阻挡层另一侧上的层状结构部分绝缘。

6、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，所述导电材料制的电极形成层(5，6，13，17)每个包括多个导电的电极形成物体(7，8，9)，并且在这些层中至少一层中的导电物体(7，8，9)被设置成沿电容性物体的纵向与一相邻层中的导电物体之间有位置偏移。

7、如权利要求6所述的电容性物体，其特征在于，在所述导电物体层(5，6，13，17)的至少一层中，导电物体(7，8，9)被设置成沿电容性物体的纵向至少部分地与一相邻层中的导电物体重叠。

8、如权利要求6或7所述的电容性物体，其特征在于，各个层(5，6，13，17)中的各导电物体(7，8，9)被设置成与同一层中相邻的导电物体电绝缘。

9、如权利要求6-8任一项所述的电容性物体，其特征在于，层状结构(55，56)包括至少一个高电阻物体(18，19)，其被设置成连接所述导电物体层中的导电物体。

10、如权利要求9所述的电容性物体，其特征在于，所述高电阻物体(18)是高电阻材料层。

11、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，所述层状结构设有形成放电电阻的半导体材料制的层(34)。

12、如权利要求11所述的电容性物体，其特征在于，所述半导体材料制的层(34)是通过卷绕到层状结构周围的带形成的。

13、如权利要求11或12所述的电容性物体，其特征在于，在半导体材料制的层(34)和所述层状结构之间设有绝缘装置(35)。

14、如权利要求13结合权利要求12所述的电容性物体，其特征在于，所述绝缘装置(35)是具有比所述半导体材料带宽度更大的电绝缘材料带。

15、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，所述导电材料层在所述电容性物体的端部之间大致平地延伸。

16、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，其包括设于所述层状结构的相反的平的侧上的片状保持元件(24)。

17、如权利要求16所述的电容性物体，其特征在于，其包括至少一个压力元件(25)，最好是采用具有高的抗张强度材料制成的带状形式，其被设置成至少部分地围绕所述片状保持元件(24)，从而以彼此相向的方向在所述片状保持元件上施加压力。

18、如权利要求16或17所述的电容性物体，其特征在于，所述片状保持元件(24)具有沿所述层状结构纵向的波状，从而使层状结构(20)处于与片状保持元件的波状相对应的状态。

19、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，层状结构(20)沿所述电容性物体的纵向被扭曲。

20、如前述任一权利要求所述的电容性物体，其特征在于，层状结构是通过一个或多个带状或片状的细长元件(1，1a，26，28，30，31)形成的，每个这样单独的带状或片状的细长元件构成所述组中的一组的至少一层，并沿层状结构的纵向延伸了其纵向延伸部分的至少一个元件，从而给出所述的层状结构以及所述电容性物体，纵向延伸部分远超出所述带状或片状细长元件的宽度。

21、如权利要求20所述的电容性物体，其特征在于，所述细长元件/多个元件(26，28，30，31)被设置成沿所述电容性物体的纵向的螺旋形路径。

22、如权利要求21所述的电容性物体，其特征在于，所述细长的元件/多个元件(26，28，30，31)被设置在由具有高抗变形能力的材料制成的芯(27)周围。

23、如权利要求20-22所述的电容性物体，其特征在于，所述层状结构包括两个或更多细长元件层的组件。

24、如权利要求23所述的电容性物体，其特征在于，所述细长的元件(26，28)被设置成沿所述电容性物体纵向的各细长元件层中的螺旋形路径，两个相邻的层中的细长元件(26，28)沿所述电容性物体的周向以不同方向延伸。

25、如权利要求23所述的电容性物体，其特征在于，所述细长元件(30，31)被设置成沿所述电容性物体的纵向的各细长元件层中的螺旋形路径，两个相邻的层中的细长元件(30，31)沿所述电容性物体的周向以相同的方向延伸。

26、如权利要求24或25所述的电容性物体，其特征在于，在两个所述螺旋形的细长元件的层之间设有具有良好绝缘性的层，以防止一个带状元件中的击穿传播到相邻的带状元件。

27、一种根据权利要求1的用于制造电容性物体的方法，其特征在于，所述层状结构(10，11，20，55，56)是通过将导电物体层施加到电绝缘材料层上实现的，所述导电物体层包括多排导电物体，这些排大致相互平行地延伸，相邻的排中的导电物体沿所述排的纵向在位置上相互偏移，随后在所述各排之间切割所述电绝缘材料层，从而可以形成多个电绝缘材料条，每个条包括至少一排导电物体(5，6)，接着在保持所述偏移的同时将所述条相互叠加，从而各条中的导电物体的排被设置成与相邻的条中的导电物体的排相互平行，并通过所述电绝缘材料相互隔开，在所形成的层状结构上设有保护外层(22)。

28、一种电容器，其特征在于，其包括根据权利要求1-26任何一项所述的电容性物体，电容性物体在其各自端部设有用于电压连接的装置。

29、如权利要求28所述的电容器在高压电网中的应用。

30、用于产生无功功率的电容器组，其特征在于，所述电容器组包括如权利要求28所述的电容器。

31、一种用于长交流电线的串联补偿的电容器阻，其特征在于，所述电容器组包括如权利要求28所述的电容器。

32、一种具有电容特性和电感特性的电力设备，其特征在于，其包括根据权利要求21，22或25所述的电容性物体，所述电容性物体在其各端设有用于电压连接的装置。

33、一种具有电容特性和电感特性的电力设备，其特征在于，其包括根据权利要求1-26任一项所述的电容性物体，所述电容性物体在其各端设有用于电压连接的装置，并且电容性物体的一部分被卷绕成线圈形，从而形成电感性物体(72)。

34、如权利要求33所述的电力设备，其特征在于，所述电容性物体的所述部分被卷绕成螺旋形。

35、如权利要求33或34所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备包括磁性材料制的芯，并且电容性物体的所述部分被卷绕到所述芯的一部分(74)周围。

36、如权利要求32-35任一项所述的电力设备，其特征在于，所述电力设备包括至少一个电阻器(76，80)，在电容性物体被连接到电压源时其被磁连接到产生的磁通。

37、如权利要求36与权利要求35结合所述的电力设备，其特征在于，所述电阻器(76)通过设于所述芯周围的输电线路导线电连接到所述的芯(73)。

38、如权利要求36所述的电力设备，其特征在于，多个电阻器(80)被沿所述电容性物体的纵向以一定相互距离设置，每个所述电阻器在所述层状结构周围延伸。

39、如权利要求38所述的电力设备，其特征在于，装置(82)被设置成用于维持每个电阻器80与设于电容性物体内部的热敏部分之间的所述距离。

40、如权利要求32-39中任一项所述的电力设备在高压电网中的应用。

41、一种用于在高压电网中过滤谐波的滤波器，其特征在于，其包括如权利要求32-39中任一项所述的电力设备。

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