[发明专利]电气部件

说明书

本发明涉及的是一种电气部件，此部件有一个可承受高电压的导电体，一个可接地电位的导电外壳—此外壳围绕导电体而且导电体由此外壳引出—具有一个安装在导电体与外壳之间的绝缘层并且有控制导电体作用在绝缘层上的电场的介质。这样一种部件在一个或若干个部位由于几何结构的原因，其电场特别强。局部强电场一般采用控制元件消除。从而在部件中可以得到较均匀的电场分布。

这种部件可以是有外壳的设备或有外壳的装置，譬如母线槽、电气开关、绝缘套管或过压保护器、气体绝缘开关设备的一部分。这种部件也可以是一个电缆末端或变压器或一个旋转电机的一部分如勒贝儿杆。

上述形式的部件例如在专利DE-A-40 15 929，DE-A-40 07 335A和DE-A-40 07 337中已有叙述。

在DE-A-40 15 929中所述部件是一个有金属外壳的气体绝缘高压设备的一部分，在此设备上在金属外壳内安装的一个通高压的导电体经一绝缘子支承在金属外壳上。此绝缘子具有不仅与导电体而且也与金属外壳相接触的由导电塑料制成的电场控制元件。借此可以防止导电体和金属外壳在绝缘子绝缘材料上力学的强负荷过渡区中出现强电场并且可转移到导电塑料与绝缘材料毗连的过渡区。

专利DE-A-40 07 335和DE-A-40 07 337中所述部件在有金属外壳的气体绝缘的装置中安装一个由高介电常数材料制成的环状或片状绝缘子。借此，通过适当选择介电常数可使绝缘子中的电场强度均匀。这种绝缘子的制造是比较昂贵的。

P.N.Nelson和H.C.Hervig在“用于原电压电缆终端的高介电常数材料”(IEEE Transactions on Power Apparatus andsystems，vol，PAS-103，No.11，November 1984中描述了一种电缆末端，在此末端采用由填充炭黑的聚合物制成的套管使电缆屏蔽区中出现的强电场变得均匀。在电场增强时填充炭黑的聚合物介电常数增大，从而减小了电场强度。在聚合物中炭黑含量不可过高，因为否则在电缆中的损耗将变得过大。此外，由此还可使介电强度下降，因为基于炭黑颗粒结构的介电常数一般不是各向同性的。

本发明的任务是提出一种本文开始所述类型的部件，此部件可容易制造，并且在其绝缘层和绝缘层与导电部分之间的过渡区内的介电负荷是小的。

根据本发明此部件的特征在于，经适当选择绝缘材料和/或一种影响绝缘性能的控制元件以简单方式实现电场均匀并且避免部件的局部介电过载。借此可以大大增加部件的使用寿命和可靠性。本发明部件的这种优良性能是建立在围绕导电部分的绝缘层中局部电场的增强引起局部温度上升的基础上。使用常规绝缘层可能出现不允许的高电场强度因而相应地出现高温的部位，然而采用一种适当的介电材料或者在强电场区中绝缘层上安装这种材料，这种材料的温度就以可允许的方式上升并且由此而使该材料的介电常数同时以非线性方式迅速上升。这样，局部强电场迅速下降，从而实现此部件介电负荷的降低。

此外，可以用简单的方法制造这样一种部件，并且与一个尺寸相仿然而为使电场均匀而用高介电常数材料制造的部件相比，这种部件具有较小的损耗和较高的介电强度。

一般用聚合物例如热塑性塑料和/或热固性塑料和/或弹性体塑料作为基体。但有时也可以用无机材料作为基体，例如玻璃、陶瓷、如用ZrO₂、石英、地质聚合物和/或金属为主体。基体主要是用固体材料制造的，但有时也可以是液体。一般基体是无源的，但也可以是有源的，就是说这样选择材料，使基体用结构变化以有源方式对温度变化(聚乙烯)、压力(弹性体材料或有可变形的微粒、如空心球、填充的热塑料)、或电场(压电聚合物如聚偏氟乙烯)作出反应。

所用填料优选含有颗粒结构的微粒，其典型的平均直径尺寸达数百微米(μ)，这种微粒或者用粉碎烧结陶瓷或多晶半导体的方法或者用喷雾干燥悬浮液或溶液并经煅烧或烧结的喷雾干燥微粒的方法制造。这些微粒可以是铁电体的或者是反铁电体的，并且主要是铋酸盐、铌酸盐、钪酸盐、锡酸盐、钽酸盐、钛酸盐、锆酸盐、亚锰酸盐、亚铼酸盐、亚碲酸盐、氧化钨(VI)或氧化镓(VI)单独的或以混合物形式以及掺杂的或不掺杂的。所用微粒也可以由掺杂的金属氧化物或金属碳化物，如SiC、TiO₂或ZnO和/或由BaTiO₃、SrTiO₃、InSb、GaAS或Si所组成。

下面借助附图进一步阐述本发明的优选实施例和由此得到的其它优异性能。这些附图是：