[发明专利]绝缘组合物和具有该绝缘组合物的装置

说明书

技术领域

本发明大体涉及绝缘组合物，尤其涉及用于高压装置的绝缘组合物。

背景技术

用于诸如马达和发电机的产品的常规绝缘典型地包括多个构件，诸如搪瓷、胶带和树脂。因此，常规绝缘倾向于为复杂系统。另外，组成构件中的每一个预期展示不同的电性质、热性质和机械性质，使得总绝缘性能难以预测。

所监视的主要性能参数之一是局部放电量值。局部放电主要倾向于发生在结构缺陷处，诸如绝缘中的空隙(void)、分层和裂纹。在这些缺陷中的局部放电是在缺陷处由于空气存在所致的比周围固体绝缘材料的介电常数更低的介电常数造成。更低的介电常数在局部缺陷区域中导致更高的阻抗和电压，并且因此导致局部放电。这种局部放电的结果包括绝缘的由于氧化或碳化所致的化学变化和随后成树枝状(treeing)、开裂和最终灾难性失效。

发明内容

在一方面，提供一种组合物，其包括介电基质材料，例如，热塑性材料、热固性材料或弹性体，其限定多个空隙(例如，大致球形空隙、大致类似球形的空隙、大致卵形空隙和/或大致蛋形空隙)，这些空隙具有大致均匀的相应尺寸并构造为大致均匀的阵列(例如，基于森下(Morishita)指数，均匀度至少为一)。空隙可构造成使得当该组合物浸没于均匀外部电场中时在至少某些空隙的表面上积聚的电荷与在至少其它空隙的表面上积聚的电荷相互作用，以使相应电荷在具有垂直于电场的分量的方向上移动。相邻空隙的间距可小于或等于空隙的平均直径，该平均直径可为大约100μm或更小。

在某些实施例中，中空粒子可布置于由基质材料限定的空隙阵列的相应空隙内。例如，中空粒子可为玻璃、聚合物、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和/或氧化锌的中空球。在其它实施例中，诸如陶瓷、可变电阻(varistor)(例如，掺杂ZnO或掺杂TiO₂)和/或无机介电粒子的粒子可合并于基质材料内。

对于基质材料具有可变电阻粒子的组合物，可变电阻粒子的浓度可构造成使得当组合物浸没于增加强度的均匀外部电场中时，通过基质材料的电场在横跨任一空隙的电场到达足以引起横跨空隙的放电的强度之前到达可变电阻粒子的转变场强度。可变电阻粒子可以以一定浓度合并于基质材料内，该浓度小于或等于所述可变电阻粒子和所述基质材料的大约五个重量百分数。

在另一方面，提供诸如高压装置(例如，发电机或马达)的装置。该装置可包括第一传导构件和第二传导构件(例如，分别为相导体和接地导体或相导体)，其构造成维持在不同电位。绝缘层可布置于所述第一传导构件与第二传导构件之间。该绝缘层可包括限定多个空隙的介电基质材料，这些空隙具有大致均匀的相应尺寸并构造为大致均匀的阵列。装置空隙可构造为具有相对于电场倾斜的密堆积方向(close-packed direction)的大致均匀的阵列，电场由第一传导构件和第二传导构件建立并在第一传导构件与第二传导构件之间延伸。

在某些实施例中，中空粒子可布置于由基质材料限定的空隙阵列的相应空隙内。在其它实施例中，诸如陶瓷、可变电阻和/或无机介电粒子的粒子可合并于基质材料内。

附图说明

当参考附图来阅读下文的具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将会变得更好理解，在所有附图中，相同的附图标记表示相同部件，在附图中：

图1是根据示例性实施例构造的高压系统的一部分的放大侧视图，示出在相导体与接地导体之间的绝缘层；

图2是在图1中标记为“2”的区域的放大侧视图；

图3是在图2中标记为“3”的区域的放大透视剖视图；

图4是图2所示的绝缘层的一部分的放大透视图，基质材料是透明的以显露空隙的单元晶格；

图5是图4的单元晶格的侧视图；

图6是根据另一示例性实施例构造的高压装置的侧视图；

图7是在图6中标记为“7”的区域的放大侧视图；

图8是在图7中标记为“8”的区域的放大透视剖视图；

图9是图7所示的绝缘层的一部分的放大透视图，基质材料是透明的以显露空隙的单元晶格；

图10是图9的单元晶格的侧视图；

图11是绝缘层的示意侧视图，该绝缘层包括隔离空隙并经受外部电场；

图12是绝缘层的示意侧视图，该绝缘层包括空隙阵列并经受外部电场；以及

图13是根据另一示例性实施例构造的绝缘层的剖视透视图。

部件列表

100            电气系统

102，202，204  相导体

104            接地导体