專利名稱：用于降低高壓裝置中電介質擊穿風險的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明 一般地涉及高壓裝置，更具體地涉及降低高壓裝置中電 介質擊穿的風險。
背景技術：
在高壓設備內，提供通常為金屬的、幾何或電連接至高壓導體 或其他高壓設備的導電材料的電暈屏蔽罩在本領域中已知。通過將 電荷分布在增大的屏蔽罩表面積上，降低了最大電場強度，從而降 低了電暈放電的風險。
此類配置的一個缺點在于，由于大曲率和幾何延伸，產生了具 有相對高的以及均勻的電場的區(qū)域。這導致了可以由小的臨時干擾 (諸如昆蟲、大的灰塵顆粒等)觸發(fā)的放電傳播。當應用高壓，尤
其是DC時，可以觀察到該機構可以引起顯著低于傳統(tǒng)設計規(guī)則所 期望的電壓處的擊穿。
公開號WO 2007/149015的國際申請公開了在高壓直流應用中的 屏蔽罩和閥組(valve group)之間提供電阻器。
雖然該電阻器降低了此類擊穿的風險，但是其也增加了電暈屏 蔽罩的復雜度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種更簡單和更穩(wěn)定的方式用來降低來自 于電暈屏蔽罩的擊穿風險。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種設備，該設備包括電暈屏 蔽罩；以及至少一個支撐元件，用于將電暈屏蔽罩連接至高壓裝置。 至少一個支撐元件包括半導電聚合物，該半導電聚合物在所述設備操作時充當在電暈屏蔽罩和高壓裝置之間的電阻。而且，該支撐元 件配置為將電暈屏蔽罩固定至高壓裝置。
通過使用具有電阻的支撐元件來固定電暈屏蔽罩，獲得了更簡 單更穩(wěn)定的結構。為支撐元件的設計提供了極大改進的自由度。此 外，由于基于聚合物的電阻器的結構可以制作得很長，所以對比于 使用傳統(tǒng)電阻器的情況，減小了隨長度的壓降。這降低了表面放電 的風險。對于傳統(tǒng)電阻器，存在以下風險由于局部高電場強度， 放電可以從其一個端部接頭開始。通過橋接電阻器，放電使其短路， 這本質上對電暈屏蔽罩提供了全電壓。傳統(tǒng)電阻器的端部接頭可以 配備降低電場的屏蔽，但這增加了非常有限的可用空間中的復雜度。
至少一個支撐元件可以具有范圍在100千歐姆到100兆歐姆的電阻。
聚合物可以從包括以下內容的組中選擇聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、聚 丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚亞安酯、環(huán)氧樹脂、苯酚樹脂(phenol basedresin)、共混聚合物和共聚物或它們的任何組合。該半導電聚 合物原則上可以是如聚吡咯的天然半導電聚合物。更實際并且更經 濟的是具有導電填料(通常是炭黑)的傳統(tǒng)聚合物。
至少一個支撐元件中的至少一個可以具有十字形橫截面。管狀 橫截面為支撐元件提供了相對于所用材料并由此相對于重量的增加 的強度?？梢赃x擇其他橫截面形狀，諸如選自包括以下內容的組中 的任何形狀管形、方形、矩形、I形或圓形。
至少 一個支撐元件中的至少 一個可以包括半導電聚合物的核芯 以及由外部材料制成的外層，當暴露在空氣中時，該外部材料比半 導電聚合物更耐久。通過提供更耐久的外層，增加了半導電聚合物 的壽命，并增加了維護和/或失效之間的平均時間?？梢酝ㄟ^選擇不 同厚度的材料和不同材料組合來調節(jié)強度和導電性。
外部材料可以由與導電聚合物相同的聚合物(但沒有填料)、 其他聚合物或由絕緣漆/涂料(例如，醇酸樹脂絕緣漆)制成。支撐元件可以進一步包括第一導電元件， 一端連接至電暈屏 蔽罩并且第二端連接至半導電聚合物。
支撐元件可以進一步包括第二導電元件，其第一端連接至半 導電聚合物，并且第二導電元件配置為第二端連接至高壓裝置。
半導電聚合物可以附接至電暈屏蔽罩，并且半導電聚合物可以 配置為附接至高壓裝置。
電暈屏蔽罩可以基本上是環(huán)形，該環(huán)形至少具有包括金屬的外層。
本發(fā)明的第二方面是一種高壓穿壁套管，其包括根據(jù)第一方面 的設備。
本發(fā)明的第三方面是一種用于制造設備的方法。該方法包括以 下步驟提供包括半導電聚合物的至少一個支撐元件，半導電聚合 物在設備操作時充當在電暈屏蔽罩和高壓裝置之間的電阻；以及將
至少一個支撐元件安裝在電暈屏蔽罩和高壓裝置之間。
提供步驟可以進 一 步包括為至少 一 個支撐元件中的每個提供 電介質核芯；以及通過在至少一個支撐元件中的每個上噴涂半導電 聚合物層來施加半導電聚合物。通過噴涂，可能得到半導電聚合物 的薄層，利用可接收的尺寸實現(xiàn)大電阻。
提供至少一個支撐元件的步驟可以進一步包括在半導電聚合 物的層的外側提供電介質層。
應該指出，可以將第一、第二、第三方面的任何合適特征應用
于4壬^r其〗也方面。
通常，根據(jù)技術領域中的一般意義解釋權利要求書中所使用的 所有術語，除非在此明確定義。對"一個元件、裝置、組件、步驟
等"的引用將開放地解釋為參考該元件、裝置、組件、步驟等的至 少一個實例，除非明確的表明。這里公開的任何方法的步驟都不必 完全按照公開的順序執(zhí)行，除非明確的表明。


現(xiàn)在，通過示例的方式，參考附圖描述本發(fā)明，在附圖中
圖1示出了應用于穿壁套管的本發(fā)明一個實施方式；
圖2a-圖2c是可以如何實現(xiàn)支撐部件的示意圖3a-圖3k是示出了存在基于聚合物的電阻器的支撐元件一部
分的橫截面的示意圖；以及
圖4a-圖4b是示出了可以如何將電暈屏蔽罩固定至導體的兩個
實施方式的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在下文將參考附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中，示出了本 發(fā)明的某些實施方式。然而，本發(fā)明可以以很多不同的形式實現(xiàn)， 并且不應該構建為限制于這里記載的實施方式；這些實施方式由示 例的方式提供，從而該公開內容將是詳盡以及完整的，并且將全面 地向本領域的技術人員傳達本發(fā)明的范圍。貫穿該描述，同樣的數(shù) 字表示同樣的元件。
圖1示出了應用于穿壁套管的本發(fā)明的一個實施方式。高壓導 體2承載高壓電流。例如，電壓可以介于50kV到1000 kV或更高 之間的任何處。應該指出，當前的發(fā)明可應用于DC (直流)以及 AC(交流)兩者，只要電壓相對于電介質擊穿將潛在發(fā)生的環(huán)境足 夠高。
在完全通過壁1的導體2周圍提供絕緣子3。在絕緣子3的一端 處，提供電暈屏蔽罩4。電暈屏蔽罩通?；旧鲜黔h(huán)形，該環(huán)形至少 具有包括金屬的外層。備選地，電暈屏蔽罩基本上可以是球狀的。
電暈屏蔽罩4經由支撐元件6連接至導體2。支撐元件6包括半 導電聚合物。由于半導電，聚合物是導電的，但是具有很大的電阻。 導體2和電暈屏蔽罩4之間的總電阻優(yōu)選地介于約100千歐姆到約 IOO兆歐姆之間。準確值將取決于幾何尺寸和容量，并且可能需要針 對每個獨立的情況進行核實。如果電阻太低，則開始電介質擊穿期 間的壓降太低。如果電阻太高，則很難在與導體2相同的電勢處保
7持電暈屏蔽罩4。聚合物可以是任何提供所指示操作范圍內的總電阻 的合適半導電聚合物。半導電聚合物可以包括具有導電填料的非導
傳統(tǒng)聚合物聚乙烯(PE)、交聯(lián)聚乙烯(PEX)、聚丙烯(PP)、 聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚亞安酯(PUR)、環(huán)氧樹 脂、苯酚樹脂(人造樹脂)，還包括共混聚合物和共聚物或它們的 任何組合。該半導電聚合物原則上可以是如聚吡咯的天然半導電聚
中導電填^通常是炭黑:；'、'、、"'^ 、
應該指出，電阻可以在所確定的#:作范圍內顯著改變，以允許
使用基于聚合物的電阻器。例如，即使如今的很多聚合物材料的電 阻隨溫度改變，但是這些材料仍將用作該用途的電阻。而且，如果
利用了多個支撐元件6，則等效總電阻應該保持在上述范圍內。
由于支撐元件6的電阻，電暈屏蔽罩對于電介質擊穿具有更好 的防護。這導致顯著降低了歸因于異常情況的擊穿風險。
該機構如下工作。當在正常操作時，沒有來自于電暈屏蔽罩4 的放電。沒有電流從電暈屏蔽罩4流出并且沒有電流流過支撐元件 6。由于不存在電流，在支撐元件6上也就不存在顯著的壓降，從而 電暈屏蔽罩4具有與導體2相同的電壓。當例如異常情況觸發(fā)了放 電7時，電流從電暈屏蔽罩流入放電中，該放電向遠處對象增長， 例如壁1。電流從導體2吸取能量，從而電流流過支撐元件6。由于 支撐元件6的高電阻，得到從導體2到電暈屏蔽罩4的壓降。至少 在某些情況中，該壓降足以停止放電7，因為在電暈屏蔽罩和遠處對 象(例如，壁l)之間的電壓差不足。
應該指出，支撐元件6是足夠剛性的結構，從而能夠將電暈屏 蔽罩固定至導體2。
圖2a-圖2c是可以如何實現(xiàn)支撐元件6的示意圖。在圖2a中， 支撐元件6包括基于聚合物的電阻器10。電阻器中央部分較薄，從 而獲得了對于該應用足夠大的電阻。基于聚合物的電阻器IO具有外
8層9,其由比半導電聚合物更耐久的材料制成。該外層9因此防止或 至少減小歸因于氧化等的基于聚合物的電阻器的老化。外層9由任 何當暴露于空氣中時比半導電聚合物更耐久的合適材料制成。例如， 外層9可以由與導電聚合物相同的聚合物(但沒有填料)、其他聚 合物或由絕緣漆/涂料(例如，醇酸樹脂絕緣漆)制成。該外層還可 以由硅橡膠、三元乙丙(EPDM)橡膠、乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)、 環(huán)氧樹脂等制成。外層9的厚度和硬度還有助于提供穩(wěn)定的機械結 構。
在圖2b中，示出了一個實施方式，在該實施方式中，基于聚合 物的電阻器10組成整個支撐元件6，其連接至電暈屏蔽罩4和導體 2兩者，從而電暈屏蔽罩4固定至導體2。
在圖2c中示出的實施方式中，還是支撐元件6的基于聚合物的 電阻器10直接連接至電暈屏蔽罩4和導體2兩者。然而，在這里， 基于聚合物的屏蔽罩配備有保護性外層9。
應該指出，在圖2a-圖2c中示出的任何實施方式的基于聚合物 的電阻器IO都可以具有任何橫截面形狀，例如圖3a-圖3k中所示的 橫截面形狀中的任何一個，在下面對其進行詳述。
圖3a-圖3k是示出了各種實施方式中，存在基于聚合物的電阻 器10的支撐元件6的一部分的橫截面的示意圖。應該指出，支撐元 件例如可以是圖2a-圖2c的任一個中示出的支撐元件6。
圖3a示出了其中基于聚合物的電阻器IO的橫截面基本上是圓形 的支撐元件6。圖3b示出了與圖3a相同的支撐元件，但是這里支撐 元件包括外部保護層9。
圖3c示出了其中基于聚合物的電阻器IO的橫截面是環(huán)形的支撐 元件6。圖3d示出了與圖3c相同的支撐元件，但是這里支撐元件包 括外部保護層9。注意，保護層可選地提供在環(huán)形的基于聚合物的電 阻器IO的兩側。環(huán)形相對于基于聚合物的電阻器IO所需的材料量 (以及因此還有重量)提供了良好的穩(wěn)定性。
圖3e示出了其中基于聚合物的電阻器IO的橫截面基本上是矩形或方形的支撐元件6。圖3f示出了與圖3e相同的支撐元件，但是這 里支撐元件包括外部保護層9。
圖3g示出了其中基于聚合物的電阻器IO的橫截面是I形的支撐 元件6。圖3h示出了與圖3g相同的支撐元件，但是這里支撐元件包 括外部保護層9。 I形是具有相對于材料需求具有很大穩(wěn)定性的另一 形狀。
圖3i示出了其中橫截面是I形的支撐元件6,但是中央部分9 由電介質材料制成，例如上述外層材料。在內部部分中，基于聚合 物的電阻器IO提供為薄層。該薄層可以作為薄固體片附著。備選地， 該薄層可以噴涂在中央部分上。在該實施方式中，基于聚合物的電 阻器的厚度優(yōu)選地介于0.1 mm和2 mm之間。如果該厚度小于0.1 mm，則存在基于聚合物的電阻器機械斷裂的風險，這也將斷開電連 接。如果該厚度大于2mm，則可以以除噴涂之外的其他方式更容易 地提供基于聚合物的電阻器。應該指出，噴涂的方法可應用于任何 合適的橫截面形狀，而不僅僅是上述I形狀。
圖3j示出了其中基于聚合物的電阻器IO的橫截面是十字形的支 撐元件6。圖3k示出了與圖3j相同的支撐元件，但是這里支撐元件 包括外部保護層9。
圖4a-圖4b是示出了可以如何將電暈屏蔽罩4固定至導體2的 兩個實施方式的示意圖。
在圖4a中，使用三個支撐元件6a-6c將電暈屏蔽罩4固定至導 體2。如在本領域中已知，如果每個獨立支撐元件的電阻是相等的， 則在導體2和電暈屏蔽罩4之間的等效電阻是通過一個支撐元件的 電阻的三分之一。應該指出，支撐元件可以是具有上述半導電聚合 物的支撐元件以及傳統(tǒng)電介質支撐元件的混合體，只要至少 一個支 撐元件包括半導電聚合物。
在圖4b中，使用四個支撐元件6a-6d將電暈屏蔽罩4固定至導 體2。應該指出，可以使用任何數(shù)量的合適支撐元件，該支撐元件的 數(shù)量在穩(wěn)定性和成本/復雜度之間取得平衡。雖然在上文中示出本發(fā)明實現(xiàn)在穿壁套管中，但是其中電暈屏 蔽罩是有益的任何高壓裝置也將從本發(fā)明獲益。例如，本發(fā)明可以 實現(xiàn)于高壓電力變壓器套管、高壓測量變壓器、高壓開關設備、高
壓線路絕緣子、高壓避雷器中或與HVDC (高壓直流)閥結合。
已經主要參考幾個實施方式描述了本發(fā)明。然而本領域的技術 人員容易理解的是，除上述所公開的實施方式以外的其他實施方式 在本發(fā)明的范圍內是同樣可能的，本發(fā)明的范圍由所附專利權利要 求書所限定。
權利要求
1.一種設備，包括電暈屏蔽罩(4)；以及至少一個支撐元件(6)，用于將所述電暈屏蔽罩(4)連接至高壓裝置，其特征在于所述至少一個支撐元件(6)包括半導電聚合物(10)，所述半導電聚合物(10)在所述設備操作時充當在所述電暈屏蔽罩(4)和所述高壓裝置之間的電阻，以及所述支撐元件(6)配置為將所述電暈屏蔽罩(4)固定至所述高壓裝置。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述至少一個支撐元件(6) 具有范圍在100千歐姆到100兆歐姆的電阻。
3. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述半導電聚合物 (10)包括具有導電填料的非導電聚合物。
4. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述非導電聚合物 從包括以下內容的組中選擇聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯、聚苯乙烯、聚亞安酯、環(huán)氧樹脂、苯酚樹脂、共混聚合物和 共聚物或它們的任何組合。
5. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述至少一個支撐 元件(6)中的至少一個具有十字形橫截面。
6. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述至少一個支撐 元件(6)中的至少一個包括所述半導電聚合物的核芯以及由外部材 料制成的外層，當暴露在空氣中時，所述外部材料比所述半導電聚 合物更耐久。
7. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述支撐元件(6) 進一步包括第一導電元件，其一端連接至所述電暈屏蔽罩并且其第二端連接至所述半導電聚合物。
8. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述支撐元件(6)進一步包括第二導電元件，其第一端連接至所述半導電聚合物，并且所述第 二導電元件配置為其第二端連接至所述高壓裝置。
9. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的設備，其中所述半導電 聚合物(10)附接至所述電暈屏蔽罩，并且所述半導電聚合物配置 為附接至所述高壓裝置。
10. 根據(jù)前述任一權利要求所述的設備，其中所述電暈屏蔽罩(4) 基本上是環(huán)形，所述環(huán)形至少具有包括金屬的外層。
11. 一種高壓穿壁套管，包括根據(jù)權利要求1至10中任一項所 述的設備。
12. —種用于制造設備的方法，其特征在于以下步驟 提供包括半導電聚合物(10)的至少一個支撐元件(6)，所述半導電聚合物(10)在所述設備操作時充當在電暈屏蔽罩(4)和高 壓裝置之間的電阻；以及將所述至少一個支撐元件(6)安裝在電暈屏蔽罩(4)和高壓裝 置之間。
13. 根據(jù)權利要求12所述的制造方法，其中所述提供步驟進一 步包括為所述至少一個支撐元件中的每個提供電介質核芯；以及 通過在所述至少一個支撐元件的每個上噴涂所述半導電聚合物 的層來施加所述半導電聚合物。
14. 根據(jù)權利要求13所述的制造方法，其中所述提供至少一個 支撐元件的步驟進一步包括
全文摘要
本發(fā)明為用于降低高壓裝置中電介質擊穿風險的設備。提供一種設備，該設備包括電暈屏蔽罩；以及至少一個用于將該電暈屏蔽罩連接至高壓裝置的支撐元件。該至少一個支撐元件包括半導電聚合物，其在操作時充當在電暈屏蔽罩和高壓裝置之間的電阻。此外，該支撐元件配置為將電暈屏蔽罩固定至該高壓裝置。
文檔編號H05K9/00GK101605449SQ20091014742
公開日2009年12月16日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權日2008年6月10日
發(fā)明者A·瑪克斯威爾, T·舒特 申請人:Abb研究有限公司