專利名稱：具有對電場進行構型的屏板的絕緣結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的主題是一種具有對電場進行構型(shaping)的屏板(screen) 的絕緣結構，該絕緣結構可應用于高壓套管、高壓電纜、電纜附件以及 測量儀表-特別是儀表變壓器中。
背景技術：
在高壓電力設備及其部件中，經(jīng)常用到電絕緣系統(tǒng)，電絕緣系統(tǒng)中 設置有導電元件，所述導電元件用于對該電力設備或其部件的帶電元件 產(chǎn)生的電場進行構型。用于對電場進行構型的元件放置在絕緣材料中， 其典型地具有確定電場的適當分布的屏板的形式。在諸如電流、電壓的 測量設備或組合儀表變壓器中的高壓套管、高壓電纜、電纜附件以及連 接導體的制造和操作中，電場的適當分布是非常重要的。用于對電場進 行構型的屏板通常具有置于絕緣材料層之間的導電薄板的形式。這些薄 板最常見地由鋁箔制成。有時也使用由傳導電流的導電紙或纖維制成的 導電屏板。最常見地由絕緣紙板制成的絕緣材料與導電屏板一起纏繞著 導體，然后用變壓器油或可硬化樹脂形式的絕緣材料對其進行浸漬。通 常情況下，在浸漬之前，絕緣材料都經(jīng)過了干燥處理。
為了在絕緣結構的橫截面中獲得電場的均勻分布，應該滿足一些條
個^面上維持恒定的電勢。這些條件取一決于屏板之間的電:、單個屏板 的尺寸、它們的阻抗、特別是電阻、以及對電場進行適當構型所需的最 大頻率。
英國專利說明書No.GB991546公開了 一種用于絕緣高壓設備的高 壓絕緣結構，該高壓絕緣結構含有由絕緣薄板層構成的絕緣框架，所述 絕緣薄板層以如下方式形成 一層的總體厚度是基本薄板材料的厚度的 很多倍并且薄板材料僅占據(jù)該框架內部的總體容積的一部分。絕緣薄板 與導電薄板之間的空間中填充有介電材料。絕緣薄板由能夠容易地用油 或其他流體浸漬的諸如紙之類的吸附材料制成或者由諸如聚合材料之 類的非吸附材料制成。絕緣層之間放置有例如導電箔形式的導電薄板，其支撐在形成絕緣框架的褶皺式絕緣薄板的褶缺的頂部上。
放置在絕緣材料層之間的金屬箔形式的導電薄板廣泛應用于電絕 緣結構中。這種絕緣結構在各種設計形式的高壓套管中的應用的示例記
載于下列專利說明書中:US3875327 ， US4362897 , US4338487 , US4387266, US4500745以及GB1125964。
曰本專利說明書JP01283716公開了一種鑄造套管，在該鑄造套管 中導電薄板由表面上具有例如導電涂層形式的導電層的纖維或無紡布 制成。
專利申請WO2006/001724公開了另 一種類型的高壓絕緣件。在所 記載的技術方案中，高壓套管通過繞著圓柱芯纏繞電絕緣材料層而形 成。用于對套管中的電場進行構型的導電材料薄板放置在那些層之間。 至少一個導電材料薄板是基于紙、纖維或無紡布制成的結構，并且其含 有導電顆粒，所述導電顆粒懸浮在其中并形成滲流網(wǎng)絡，從而在薄板層 中進行導電。所述導電顆?；旧蠟殚L形，并且其所具有的尺寸使得其 長度與最大寬度尺寸的比例大于10。
金屬薄板在高壓部件中作為用于對電場進行構型的屏板使用，而環(huán) 氧樹脂在高壓部件中被用作絕緣材料，由于金屬箔與環(huán)氧樹脂的熱膨脹 系數(shù)存在差異，使得在樹脂硬化的過程中產(chǎn)生了機械應力。這些應力到 生產(chǎn)過程結束之后還持續(xù)存在，并且這些應力特別是在這些部件在非常 低的溫度下工作時顯現(xiàn)出來。
由金屬箔制成的導電薄板的特征在于典型地具有非常高的電導率。 這種特性再加上整個絕緣系統(tǒng)中的薄板的幾何布置可導致該系統(tǒng)中產(chǎn) 生頻率高且品質因數(shù)非常大的電磁共振。在這些系統(tǒng)中被激勵的共振可 引起局部過電壓，從而導致絕緣件受損。觸發(fā)這種振蕩的激勵源可出現(xiàn) 在包括產(chǎn)生高頻率的半導體變流器的系統(tǒng)中(例如在DC電壓傳輸中使 用的系統(tǒng)中、風力發(fā)電站中、或工業(yè)電力系統(tǒng)中)。
另 一 方面，典型地基于碳材料的涂層的低電導率限制了在高壓設備 中使用這種涂層形式的導電薄板，尤其是在因為相對較快的瞬態(tài)-例如 雷電沖擊或斬波而需要對電場進行構型的應用場合中。
應用由含有導電顆粒的材料制成的導電薄板會產(chǎn)生如下風險即這 些顆粒在切割成合適形狀的薄板的過程中被釋放。這些顆粒滲入絕緣材 料中會弱化絕緣結構的介電性能。

發(fā)明內容
具有對電場進行構型的屏板的絕緣結構包括電絕緣材料層，所述電 絕緣材料層之間放置有導電薄板，該導電薄板具有對高壓電力設備中的 電場進行構型的屏板的功能，該絕緣結構的本質在于，所述導電薄板包 括電絕緣基層，該電絕緣基層的結構是多孔的、可浸漬的并且能夠沿平 行于薄板平面的方向^皮壓縮，并且該基層的至少一個表面具有極大的展 開表面且涂覆有金屬層。
優(yōu)選地，該金屬層的厚度比所迷多孔結構和所述展開表面結構的孔 的尺寸小很多倍。
優(yōu)選地，該電絕緣基層具有電工級纖維素絕緣紙的形式。
優(yōu)選地，由纖維素絕緣紙制成的該基層的特征是具有如下孔隙度
該紙的透氣系數(shù)大于0.5 jum/ (Pa s)。
優(yōu)選地，該電絕緣基層具有由聚合物纖維制成的無紡布的形式。 優(yōu)選地，該電絕緣基層具有聚合物泡沫材料層的形式，該聚合物泡
沫材料帶有敞開的孔。
優(yōu)選地，該金屬層基本上由鋁、銀、銅、鋅、鎳、錫、鈦或這些金
屬構成的合金制成。
優(yōu)選地，所述電絕緣材料層由電工級絕緣紙制成。
優(yōu)選地，所述電絕緣材料層由聚合織物制成，更優(yōu)選地由聚酯織物制成。
優(yōu)選地，具有對電場進行構型的屏板的所述絕緣結構浸漬有電絕緣油。
優(yōu)選地，具有對電場進行構型的屏板的所述絕緣結構浸漬有可硬化 樹脂。
優(yōu)選地，該金屬層的厚度在從5nm到200nm的范圍內。
優(yōu)選地，所述電絕緣材料層由纏繞在導電元件上的至少一條帶制成。
優(yōu)選地，具有對電場進行構型的屏板的所述絕緣結構是高壓套管的 絕緣件。
優(yōu)選地，具有對電場進行構型的屏板的所述絕緣結構是高壓儀表變 壓器的連接導體的絕緣件。根據(jù)本發(fā)明的結構的優(yōu)點是金屬層在平行于該基層的涂有該金屬 層的表面平面的方向上具有彈性，這是金屬層的該表面的展開性以及基 層的可壓縮性產(chǎn)生的結果，這使得整個結構能夠不受限制地熱膨脹和收
縮，而不會釋放才幾4戒應力。
具有特定厚度和展開表面的金屬層形式的導電薄板的有效電導率 小于相同厚度的平坦表面的電導率。而且，對于沉積在具有展開表面的 絕緣基層上的涂層形式的金屬層而言，金屬層的厚度可以比金屬箔小很 多。這使得能夠將電導率減小至對給定設備部件中發(fā)生的共振系統(tǒng)的品 質因數(shù)起限制作用的值，從而防止發(fā)生由非常高的頻率源產(chǎn)生的過電 壓。
同時，使用金屬層能夠獲得比基于碳材料的涂層大很多并且足以在
將導^薄板(其中該導電層為連續(xù)金屬層形式)切割成合適形狀的 操作不會導致在切割邊緣處釋放導電顆粒，因此大大減小了這些顆粒滲 入絕緣材料并弱化絕緣結構的介電性能的風險。


本發(fā)明的示例性實施方式示出在附圖中，其中圖l示出了該結構 的在與絕緣層和導電薄板的表面垂直的平面中的橫截面，以及圖2是導 電薄板和電絕緣材料層的截面的放大圖。
具體實施例方式
在該實施方式中，每個電絕緣材料層由厚度100 um的電工級(electric
grade)纖維素絕緣紙1制成，該電工級纖維素絕緣紙1被制成總厚度為0,3mm
至0.5mm的皺紋紙。該紙的皺紋結構沒有在附圖中示出。導電薄板2包括電
絕緣基層，該電絕緣基層是厚度為30 n m至70 M m且為多孔結構的電工級絕
緣紙3的形式，使得該紙的透氣系數(shù)不小于0.5ium/ (Pa . s)。替代性地，
也可使用厚度為70lum至150nm且透氣系數(shù)至少10 n m/ ( Pa s )的紙張
所提到的每種類型的紙張的特征在于由纖維素纖維網(wǎng)形成的極大展開的表面 結構，并且這種紙張中的大部分孔的平均尺寸在5 ym至50jum內。這種級
另ij的纖維素紙的多孔結構使得它們能夠沿平行于紙板平面的方向被壓縮。該
電工級絕緣紙(其構成該基層)的一個表面涂覆有10nm至30nm厚的鋁層4，同時所獲得的導電層的表面電阻在每平方1Q至IOQ的范圍內。
在該實施方式中，絕緣結構形成為纏繞導電芯的纏繞件(圖中沒有示 出)，該皺紋紙作為一條帶被纏繞，并且導電薄板放置在皺紋紙的層之間。 由此形成的絕緣結構用環(huán)氧樹脂進行浸漬，然后硬化。在硬化之后，該絕緣 結構被用作高壓套管的絕緣芯。
在另一個實施方式中，該絕緣結構的電絕緣材料層由40ym至lOOium 厚的光滑纏繞型電工級絕緣紙制成。導電薄板以與前述示例相同的方式制成。 該絕緣結構被制成為纏繞件的形式(圖中沒有示出)，該纏繞件纏繞著高壓 儀表變壓器的結構中的一個導體連接件。接下來用電絕緣油浸漬以這種方式 制成的用于儀表變壓器中的絕緣結構。
在另一個實施方式中，電絕緣材料層由厚度在50iJm至500lam之間的 電工級聚合織物制成，例如由聚酯制成。導電薄板以與前述示例相同的方式 制成。該絕緣結構形成為纏繞著導電芯的纏繞件(圖中沒有示出)，聚合織 物作為一條帶被纏繞，并且導電薄板放置在絕緣聚合織物的層之間。由此形 成的絕緣結構用環(huán)氧樹脂進行浸漬，然后硬化。在硬化之后，該絕緣結構被 用作高壓套管的絕緣芯。
在另一個實施方式中，導電薄板由無紡織物制成，該無紡織物由厚度為 10 |u m至100 m m并且平均孔尺寸在50 n m到2000 ju m范圍內的聚酯纖維制 成。該無紡織物的至少一側涂覆有5nm至50nm厚的金屬層，優(yōu)選是鋁層， 而電絕緣材料層以與前述示例之一相同的方式制造并纏繞。
在又一個實施方式中，導電薄板由具有敞開的孔的聚酯泡沫材料板制 成，該板至少在一側上涂覆有鋁層。
權利要求
1.一種具有對電場進行構型的屏板的絕緣結構，所述絕緣結構包括多個電絕緣材料層，所述電絕緣材料層之間放置有導電薄板，所述導電薄板具有對高壓電力設備中的電場進行構型的屏板的功能，所述絕緣結構的特征在于，所述導電薄板包括電絕緣基層，所述電絕緣基層的結構是多孔的、可浸漬的并且能夠沿平行于薄板平面的方向被壓縮，并且所述基層的至少一個表面具有極大的展開表面且涂覆有金屬層。
2. 根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述金屬層的厚度 比所述多孔結構和所述展開表面結構的孔的尺寸小很多倍。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述電絕緣基 層具有電工級纖維素絕緣紙的形式。
4. 根據(jù)權利要求3所述的結構，其特征在于，由纖維素絕緣紙制 成的所述基層的特征是具有如下孔隙度所述紙的透氣系數(shù)大于0.5 n m/ ( Pa s )。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述電絕緣基 層具有由聚合物纖維制成的無紡布的形式。
6. 根據(jù)權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述電絕緣基 層具有聚合物泡沫材料層的形式，該聚合物泡沫材料帶有敞開的孔。
7. 根據(jù)權利要求1-6所述的結構，其特征在于，所述金屬層基本 上由鋁、銀、銅、鋅、鎳、錫、鈦或這些金屬構成的合金制成。
8. 根據(jù)權利要求1-7所述的結構，其特征在于，所述電絕緣材料 層由電工級絕緣紙制成。
9. 根據(jù)權利要求1-8所述的結構，其特征在于，所述電絕緣材料 層由聚合織物制成，優(yōu)選地由聚酯織物制成。
10. 根據(jù)權利要求1-8所述的結構，其特征在于，具有對電場進 行構型的屏板的所述絕緣結構浸漬有電絕緣油。
11. 根據(jù)權利要求1-9所述的結構，其特征在于，具有對電場進 行構型的屏板的所述絕緣結構浸漬有可硬化樹脂。
12. 根據(jù)權利要求1 - 11所述的結構，其特征在于，所述金屬層的 厚度在從5nm到200nm的范圍內。
13. 根據(jù)權利要求1 - 12所迷的結構，其特征在于，所述電絕緣材 料層由纏繞在導電元件上的至少一條帶制成。
14. 根據(jù)權利要求13所述的結構，其特征在于，具有對電場進行 構型的屏板的所述絕緣結構是高壓套管的絕緣件。
15. 根據(jù)權利要求13所述的結構，其特征在于，具有對電場進行 構型的屏板的所述絕緣結構是高壓儀表變壓器的連接導體的絕緣件。
全文摘要
本發(fā)明的主題是具有對電場進行構型的屏板的絕緣結構，該絕緣結構可應用于高壓套管、高壓電纜、電纜組件以及測量儀器-特別是儀表變壓器中。根據(jù)本發(fā)明的結構包括電絕緣材料層，所述電絕緣材料層之間插置有導電薄板，所述導電薄板是對高壓電力設備中的電場進行構型的屏板，該絕緣結構的特征在于，所述導電薄板由絕緣基層制成，該絕緣基層具有多孔結構、是可浸漬的并且能夠沿平行于薄板平面的方向被壓縮，并且該基層的至少一個表面為極大展開的表面且涂覆有金屬層。
文檔編號H01B17/28GK101568976SQ200780048373
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權日2006年12月28日
發(fā)明者J·羅克斯, J·齊澤夫斯基, N·科克, P·伯齊恩斯基 申請人:Abb研究有限公司