СЕРДЕЧНИК КОНДЕНСАТОРА
CONDENSER CORE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к сердечнику конденсатора, намотанному на намоточную трубку и выполненному с возможностью позиционирования вокруг электрического проводника.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для передачи тока высокого потенциала через плоскость, часто называемую заземленной плоскостью, используются высоковольтные изолирующие вводы, при этом плоскость находится под потенциалом, отличным от потенциала контура тока. Высоковольтные изолирующие вводы предназначены для электрической изоляции проводника с высоким напряжением, расположенного внутри изолирующей втулки, от заземленной плоскости. Заземленной плоскостью может быть, например, бак трансформатора или стена.
Для того чтобы получить сглаживание распределения электрического потенциала между проводником и заземленной плоскостью, изолирующая втулка часто содержит некоторое количество плавающих коаксиальных листов фольги из проводящего материала, коаксиально окружающих проводник высокого напряжения; эти листы коаксиальной фольги образуют так называемый сердечник конденсатора. Листы фольги могут быть изготовлены, например, из алюминия, и, как правило, разделены между собой диэлектрическим изолирующим материалом, таким как, например, пропитанная маслом бумага (OIP) или бумага, пропитанная смолой (RIP). Листы коаксиальной фольги служат для сглаживания распределения электрического поля между наружной поверхностью изолирующей втулки и внутренним высоковольтным проводником, таким образом, снижая увеличение локального поля. Листы коаксиальной фольги способствуют формированию более однородного электрического поля, и тем самым - снижению вероятности электрического пробоя и последующего теплового повреждения. Пропитанная маслом бумага используется с маслонаполненных изолирующих вводах, а бумага, пропитанная смолой используется в изолирующих вводах сухого типа.
Сердечник конденсатора из бумаги, пропитанной смолой, изготавливается посредством намотки листов бумаги концентрическими слоями и расположения между некоторыми из бумажных листов алюминиевой фольги, таким образом, чтобы эти листы коаксиальной фольги были изолированы друг от друга. Сухие слои намотанной бумаги пропитывают в вакууме эпоксидной смолой, после чего смола отверждается, и получается сердечник из пропитанной смолой бумаги.
Некоторые конденсаторные сердечники из пропитанной смолой бумаги намотаны прямо на проводник. Между проводником и самой внутренней фольгой в сердечнике выполнено потенциальное соединение, для того чтобы в самой внутренней фольге создать пространство, которое свободно от электрического поля. Однако практично иметь возможность для замены проводника, например, меняя медный проводник на алюминиевый или наоборот, вот почему желательным был бы сердечник конденсатора, который изготавливают отдельно от проводника, и который позволяет вводить проводник через сердечник. Это может быть достигнуто намоткой сердечника на оправку, которую затем удаляют, чтобы обеспечить в сердечнике продольное сквозное отверстие, через которое и может быть введен проводник. Однако, особенно в случае больших сердечников, удалить оправку после намотки может быть трудно из-за усадки сердечника в процессе изготовления, которая сжимает сердечник на оправке. Другая возможность состоит в том, чтобы наматывать сердечник конденсатора на металлическую намоточную трубку, обычно из тонкого алюминия или меди. Причина использования намоточной трубки из электропроводящего металла состоит в том, чтобы иметь возможность легко выполнить потенциальное соединение между проводником или намоточной трубкой и самой внутренней фольгой в сердечнике конденсатора. Намоточная трубка остается в сердечнике и обеспечивает продольное сквозное отверстие, через которое и вставляют проводник.
В сердечнике конденсатора из пропитанной смолой бумаги с намоточной трубкой коэффициент теплового расширения пропитанной смолой бумаги порядка от трех до пяти раз выше, чем у алюминия или меди намоточной трубки. Поскольку площадь поперечного сечения пропитанной смолой бумаги в сердечнике значительно больше, чем площадь поперечного сечения намоточной трубки, то эта пропитанная смолой бумага будет определять тепловое расширение сердечника. Это приведет либо к тому, что металлическая намоточная трубка отслоится от материала - пропитанной смолой бумаги, либо к возникновению в намоточной трубке высоких механических растягивающих напряжений. Сердечник из пропитанной смолой бумаги может быть построен таким образом, что в одном месте этот сердечник должен будет прилипать к намоточной трубке, в то время как остальная его часть при расширении пропитанной смолой бумаги могла бы отделяться от намоточной трубки (например, посредством использования пробки, резины и уплотнения). Иногда сердечник в любом случае прилипает к намоточной трубке, что может привести к разрушению этой намоточной трубки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время стало понятно, что проблемы, связанные с различным тепловым расширением намоточной трубки по сравнению с тепловым расширением сердечника конденсатора из пропитанной смолой бумаги могут быть уменьшены посредством использования намоточной трубки из материала, который имеет коэффициент теплового расширения, аналогичный коэффициенту теплового расширения пропитанной смолой бумаги. Таким образом, намоточная трубка может быть выполнена не из электропроводящего металла, а вместо него, например, - из пропитанной смолой бумаги, бумаги или другого волокнистого композиционного материала. Если в сердечнике конденсатора по-прежнему необходимо выполнить электрически потенциальное соединение с электропроводящей фольгой, то, например, посредством алюминиевой или медной нити может быть обеспечен проход для этого электрического соединения, при этом фольга для соединения с проводником может быть обеспечена через намоточную трубку после того, как он будет введен сквозь сердечник конденсатора.
В соответствии с одним объектом настоящего изобретения обеспечен сердечник конденсатора, выполненный с возможностью позиционирования вокруг электрического проводника. Сердечник конденсатора содержит намоточную трубку, образующую сквозное продольное отверстие через сердечник конденсатора, выполненное с возможностью ввода через него электрического проводника, электрически изолирующий корпус, намотанный на намоточную трубку и вокруг нее, и по меньшей мере один лист электрически проводящей фольги, коаксиально окружающий намоточную трубку, будучи окруженным корпусом, изолирующим каждый из по меньшей мере одного листа фольги от любого другого из по меньшей мере одного листа фольги. Намоточная трубка выполнена из электрически изолирующего материала, который выбран из группы, состоящей из материалов, имеющих объемный коэффициент теплового расширения в диапазоне от 50% до 200%, например от 80% до 125%, от объемного коэффициента теплового расширения корпуса.
В соответствии с другим объектом настоящего изобретения обеспечен способ изготовления сердечника конденсатора, выполненного с возможностью позиционирования вокруг электрического проводника. Способ включает в себя намотку листов изолирующего материала с промежуточными листами электрически проводящей фольги на намоточную трубку и вокруг нее, образуя электрически изолирующий корпус, окружающий листы фольги, соосно опоясывающие намоточную трубку, и пропитку электрически изолирующего корпуса смолой с образованием сердечника конденсатора, имеющего композитный корпус. Намоточная трубка выполнена из электрически изолирующего материала, который был выбран из группы, состоящей из материалов, имеющих объемный коэффициент теплового расширения в диапазоне от 50% до 200%, например от 80% до 125%, от объемного коэффициента теплового расширения корпуса.
Посредством вариантов осуществления настоящего изобретения обеспечен дешевый и простой сердечник конденсатора с уменьшенной вероятностью возникновения проблем, обусловленных различием теплового расширения корпуса и намоточной трубки.
Как правило, все термины, используемые в формуле изобретения, следует интерпретировать в соответствии с их обычным значением в данной технической области, если явным образом не определено иное. Все ссылки на "элемент, аппарат, компонент, средство, этап" и т.д. должны истолковываться открыто, как относящиеся к, по крайней мере, одной позиции элемента, аппарата, компонента, средства, этапа и т.д., если явным образом не указано иное.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь посредством примеров будут описаны варианты осуществления со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой схематичное продольное сечение варианта осуществления сердечника конденсатора в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будут более подробно описаны варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором показаны некоторые варианты его осуществления. Однако в пределах объема настоящего изобретения возможны и другие варианты осуществления, во многих различных формах. Нижеследующие варианты осуществления приведены, скорее, в качестве примера, так, чтобы настоящее описание было полным и завершенным и специалистам в данной области техники полностью передавало бы объем изобретения. По всему описанию одни и те же ссылочные позиции относятся к одинаковым элементам.
Фиг. 1 представляет собой продольное сечение варианта осуществления сердечника 1 конденсатора по настоящему изобретению, расположенного вокруг электрического проводника 6. Сердечник 1 конденсатора содержит корпус 2, намотанный на намоточную трубку 3, обеспечивающую продольное сквозное отверстие через сердечник 1 конденсатора. Корпус может быть выполнен из любого материала, например, из бумаги, пропитанной эпоксидной смолой. Корпус 2 окружает множество электропроводящих листов фольги 4, которые концентрично опоясывают намоточную трубку 3. Листы фольги 4 посредством корпуса 2, в котором эти листы фольги 4 находятся, изолированы друг от друга, а также - от внешней поверхности сердечника 1 конденсатора. Как правило, самая внутренняя фольга 4a посредством корпуса 2 также удалена от намоточной трубки 3. Любые или все листы фольги 4 могут быть из любого подходящего проводящего материала, например из алюминия или меди. В соответствии с настоящим изобретением намоточная трубка 3 выполнена из электрически изолирующего материала, который имеет характеристику теплового расширения того же порядка, что и характеристика теплового расширения материала корпуса 2, то есть материал намоточной трубки имеет коэффициент теплового расширения, который подобен коэффициенту теплового расширения материала корпуса. При необходимости, для того чтобы уменьшить или полностью исключить электрическое поле внутри самой внутренней фольги 4a, может быть предусмотрено межпотенциальное соединение 5. Возможно только одно соединение 5 на всем сердечнике 1 конденсатора, выполненное с возможностью электрического соединения самой внутренней фольги 4a с проводником 6, когда этот проводник введен сквозь сердечник 1 конденсатора. Соединение 5 может быть, например, выполнено посредством электропроводящей нити 5, например, из алюминия или из меди. Соединение 5 может проходить, например, через проход или отверстие сквозь стенку намоточной трубки 3. Конец соединения 5 внутри намоточной трубки 3 может быть обеспечен соответствующим контактом или крепежным средством для контакта или крепления с проводником 6, когда он введен через продольное сквозное отверстие сквозь сердечник 1 конденсатора, обеспеченное намоточной трубкой 3. За исключением межпотенциального электрического соединения 5, сердечник 1 конденсатора, как правило, может быть по существу, вращательно симметричным.
Объемный коэффициент теплового расширения α может быть рассчитан следующим образом:
,
где V есть объем, Т - температура, нижний индекс р указывает на то, что во время расширения давление поддерживается постоянным, а нижний индекс V подчеркивает, что вычисляется объемное (а не линейное) расширение.
В соответствии с настоящим изобретением намоточная трубка 3 выполнена из электрически изолирующего материала, который имеет характеристику теплового расширения того же порядка, что и характеристика теплового расширения материала корпуса 2, то есть материал намоточной трубки имеет коэффициент теплового расширения, который подобен коэффициенту теплового расширения материала корпуса. Например, намоточная трубка 3 выполнена из электрически изолирующего материала, который был выбран из группы, состоящей из материалов, имеющих объемный коэффициент теплового расширения в диапазоне от 50% до 200%, например от 80% до 125%, от объемного коэффициента теплового расширения корпуса 2. Тем самым уменьшены проблемы, связанные с различным тепловым расширением намоточной трубки 3 и корпуса.
Примеры таких материалов, пригодных для намоточной трубки, включают, например, пропитанную смолой бумагу, возможно, материал того же типа, что и в корпусе 2, или другой материал, например бумагу, пропитанную эпоксидной смолой. В качестве альтернативы для намоточной трубки может быть использована не пропитанная бумага. Такая бумага затем в процессе изготовления сердечника 1 конденсатора может быть пропитана вместе с корпусом 2, чтобы стать, по существу, таким же материалом из пропитанной смолой бумаги, что и в корпусе 2. Кроме того, для намоточной трубки 3 могут быть пригодны и другие волокнистые композиционные материалы, например композиционные материалы из стекловолокна и смолы. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения намоточная трубка 3 изготовлена из пропитанной смолой бумаги, бумаги или из другого волокнистого композиционного материала. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения намоточная трубка 3 изготовлена из бумаги, пропитанной эпоксидной смолой. Специалист в данной области техники может найти дополнительные материалы, приходные для намоточной трубки 3, - экспериментальным путем посредством наблюдения теплового расширения рассматриваемых материалов при различных температурах и сравнения его с соответствующим тепловым расширением материала корпуса 2.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сердечник 1 конденсатора содержит электрическое соединение, например электропроводящую нить, от, по крайней мере, одного из листов фольги 4, например от самой внутреннего листа фольги 4a, возможно, через намоточную трубку 3, и выполненную с возможностью контакта с проводником 6, когда он введен через намоточную трубку 3, чтобы обеспечить электрическое соединение между по меньшей мере одним из листов фольги 4 и проводником 6.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сердечник конденсатора сконфигурирован под высоковольтный электрический проводник 6, например, по меньшей мере, на 1000 вольт, такой как, по меньшей мере, на 10.000 вольт или по меньшей мере, на 35.000 вольт.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения корпус 2 изготовлен из бумаги, пропитанной эпоксидной смолой.
Материал корпуса 2 может быть любым подходящим электроизолирующим материалом, например композитным материалом, таким как пропитанная смолой бумага или пропитанная смолой синтетика, при этом бóльшая часть изолирующего корпуса представляет собой намотанный сердечник из синтетического волокна, затем пропитанный отверждаемой смолой, где синтетическое волокно может быть полимерной волоконной сеткой, например сеткой из полиэфирного волокна.
Материал корпуса 2 также может быть пропитанным смолой нетканым волокнистым материалом, таким как нетканое полимерное волокно, например нетканое полиэфирное волокно, или же пластмассовым телом, например, изготовленным из намотанного пластикового материала, и включающим в себя проводящие листы фольги 4. Смола, которой может быть пропитан корпус, может быть, например, термореактивной смолой, такой как эпоксидная смола или термопластичным материалом, таким как ПЭТ (полиэтилентерефталат) или ПП (полипропилен).
Сердечник конденсатора по настоящему изобретению может быть изготовлен путем намотки бумаги на намоточную трубку 3 с последующей пропиткой смолой, например эпоксидной смолой, и, возможно, отверждение смолы с образованием сердечника 1 конденсатора. Таким образом, листы бумаги с проложенными электропроводящими листами фольги 4 наматывают на намоточную трубку 3 и вокруг нее, образуя электрически изолирующий корпус 2, окружающий листы фольги 4, которые соосно опоясывают намоточную трубку 3. Затем электрически изолирующий корпус 2 пропитывают, возможно, в вакууме, смолой с образованием сердечника 1 конденсатора. После этого сердечник 1 конденсатора будет иметь корпус 2 из пропитанной смолой бумаги. Если намоточная трубка 3 выполнена из бумаги или из другого не пропитанного волокнистого материала, то намоточная трубка тоже может быть пропитана смолой во время того же процесса, когда смолой, например эпоксидной смолой, пропитывают корпус 2. В зависимости от использованной смолы, смола пропитанного сердечник 1 конденсатора затем может быть отверждена. Как вариант, сердечник 1 конденсатора после изготовления может быть механически обработан, например, на токарном станке до придания ему требуемой формы, например формы втулки.
Настоящее изобретение выше было описано, главным образом, со ссылками на несколько вариантов осуществления. Однако, как будет понятно специалисту в данной области, помимо вышеописанных вариантов, одинаково возможны и другие варианты осуществления в объеме настоящего описания, в том виде, как он определен приложенными пунктами формулы изобретения.