[发明专利]具有对电场进行构型的屏板的绝缘结构

说明书

技术领域

本发明的主题是一种具有对电场进行构型(shaping)的屏板(screen) 的绝缘结构，该绝缘结构可应用于高压套管、高压电缆、电缆附件以及 测量仪表-特别是仪表变压器中。

背景技术

在高压电力设备及其部件中，经常用到电绝缘系统，电绝缘系统中 设置有导电元件，所述导电元件用于对该电力设备或其部件的带电元件 产生的电场进行构型。用于对电场进行构型的元件放置在绝缘材料中， 其典型地具有确定电场的适当分布的屏板的形式。在诸如电流、电压的 测量设备或组合仪表变压器中的高压套管、高压电缆、电缆附件以及连 接导体的制造和操作中，电场的适当分布是非常重要的。用于对电场进 行构型的屏板通常具有置于绝缘材料层之间的导电薄板的形式。这些薄 板最常见地由铝箔制成。有时也使用由传导电流的导电纸或纤维制成的 导电屏板。最常见地由绝缘纸板制成的绝缘材料与导电屏板一起缠绕着 导体，然后用变压器油或可硬化树脂形式的绝缘材料对其进行浸渍。通 常情况下，在浸渍之前，绝缘材料都经过了干燥处理。

为了在绝缘结构的横截面中获得电场的均匀分布，应该满足一些条 件以确保电压在所有导电屏板中有适当的电压分布并在每个屏板的整 个表面上维持恒定的电势。这些条件取决于屏板之间的电容、单个屏板 的尺寸、它们的阻抗、特别是电阻、以及对电场进行适当构型所需的最 大频率。

英国专利说明书No.GB991546公开了一种用于绝缘高压设备的高 压绝缘结构，该高压绝缘结构含有由绝缘薄板层构成的绝缘框架，所述 绝缘薄板层以如下方式形成：一层的总体厚度是基本薄板材料的厚度的 很多倍并且薄板材料仅占据该框架内部的总体容积的一部分。绝缘薄板 与导电薄板之间的空间中填充有介电材料。绝缘薄板由能够容易地用油 或其他流体浸渍的诸如纸之类的吸附材料制成或者由诸如聚合材料之 类的非吸附材料制成。绝缘层之间放置有例如导电箔形式的导电薄板， 其支撑在形成绝缘框架的褶皱式绝缘薄板的褶皱的顶部上。

放置在绝缘材料层之间的金属箔形式的导电薄板广泛应用于电绝 缘结构中。这种绝缘结构在各种设计形式的高压套管中的应用的示例记 载于下列专利说明书中：US3875327，US4362897，US4338487， US4387266，US4500745以及GB1125964。

日本专利说明书JP01283716公开了一种铸造套管，在该铸造套管 中导电薄板由表面上具有例如导电涂层形式的导电层的纤维或无纺布 制成。

专利申请WO2006/001724公开了另一种类型的高压绝缘件。在所 记载的技术方案中，高压套管通过绕着圆柱芯缠绕电绝缘材料层而形 成。用于对套管中的电场进行构型的导电材料薄板放置在那些层之间。 至少一个导电材料薄板是基于纸、纤维或无纺布制成的结构，并且其含 有导电颗粒，所述导电颗粒悬浮在其中并形成渗流网络，从而在薄板层 中进行导电。所述导电颗粒基本上为长形，并且其所具有的尺寸使得其 长度与最大宽度尺寸的比例大于10。

金属薄板在高压部件中作为用于对电场进行构型的屏板使用，而环 氧树脂在高压部件中被用作绝缘材料，由于金属箔与环氧树脂的热膨胀 系数存在差异，使得在树脂硬化的过程中产生了机械应力。这些应力到 生产过程结束之后还持续存在，并且这些应力特别是在这些部件在非常 低的温度下工作时显现出来。

由金属箔制成的导电薄板的特征在于典型地具有非常高的电导率。 这种特性再加上整个绝缘系统中的薄板的几何布置可导致该系统中产 生频率高且品质因数非常大的电磁共振。在这些系统中被激励的共振可 引起局部过电压，从而导致绝缘件受损。触发这种振荡的激励源可出现 在包括产生高频率的半导体变流器的系统中(例如在DC电压传输中使 用的系统中、风力发电站中、或工业电力系统中)。

另一方面，典型地基于碳材料的涂层的低电导率限制了在高压设备 中使用这种涂层形式的导电薄板，尤其是在因为相对较快的瞬态-例如 雷电冲击或斩波而需要对电场进行构型的应用场合中。

应用由含有导电颗粒的材料制成的导电薄板会产生如下风险：即这 些颗粒在切割成合适形状的薄板的过程中被释放。这些颗粒渗入绝缘材 料中会弱化绝缘结构的介电性能。

发明内容