干式高压电容芯子及其制造方法

1.一种生产干式高压电容芯子的方法，包括下列步骤：
a将芯棒用砂布打磨去掉表面氧化层，并将其清洗干净，装卡于缠绕机上，待用；
b电容屏零屏的制作：在所述芯棒上均匀缠绕上一层电容屏材料，缠绕长度为电容屏设计长度；
c、绝缘层制作：所述电容屏零屏缠完后，在零屏上均匀缠绕绝缘层，绝缘层缠绕至设定的绝缘层厚度及长度，绝缘层缠绕完成；
d、电容屏制作：绝缘层缠绕完成后，在其上均匀缠绕第一层电容屏，电容屏层缠绕至设定的电容屏层厚度及长度，电容屏层缠绕完成；电容屏层缠绕完成后继续在其上缠绕绝缘层，绝缘层也缠绕至设定厚度及长度；绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕，直至设计尺寸；
e、接地末屏制作：绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕至设计尺寸；将接地末屏均匀缠绕与其上；在缠绕时需要在要求的位置预埋测量引出线；
f、绝缘外保护层制作：将绝缘外保护层均匀的缠绕于接地末屏上，并缠绕至要求厚度和长度；
g、浇铸：绝缘外保护层缠绕完成后将电容芯子浇铸模具中，放入真空罐，按真空浇铸工艺浇注环氧树脂固化体系，经高温固化后冷却脱模制成电容芯子毛坯；
h、将所述电容芯子毛坯在机加工设备上加工成设计要求形状及几何尺寸，完成电容芯子制作。
2.根据权利要求1中所述生产干式高压电容芯子的方法，其特征是：所述电容屏零屏、所述电容屏和所述接地末屏的缠绕方式相同，其缠绕方式为环向等螺距缠绕方式。
3.根据权利要求1中所述生产干式高压电容芯子的方法，其特征是：所述绝缘层和绝缘外保护层的缠绕方式相同，其缠绕方式为环向等螺距缠绕或相互交叉搭接均匀缠绕方式。
4.根据权利要求1中所述生产干式高压电容芯子的方法，其特征是：所述浇铸步骤具体为：绝缘外保护层缠绕完成后将电容芯子装入所述电容芯子浇铸模具中，放入真空罐，将真空罐温度升至50℃，抽真空至300Pa，环氧树脂固化体系具体配方为将环氧树脂E51、甲基四氢苯酐THPA、二甲氨基甲基苯酚DMP-30以100∶80∶1.5的比例均匀混合并充分脱气；将环氧树脂固化体系按100cc/min浇注至模具中，模具浇注满后停止浇注；将真空罐升温至90℃固化，2小时后取出放入烘箱中升温至120℃固化2小时，继续升温至155℃固化
4小时后取出自然冷却，冷却至常温后将电容芯子毛坯从模具中取出进行相关电气试验。

干式高压电容芯子及其制造方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电力系统高压电器设备中使用的电容型主绝缘结构及其制造方法，特别涉及一种用于改善沿面场强并具有对地绝缘作用的电容型主绝缘结构及其生产方法。\n背景技术\n[0002] 目前有一种环氧树脂在真空条件下浸渍绝缘纸的制造技术，使用该技术制造的电容芯子由于绝缘纸不易浸透，气隙难以排除，容易产生局部放电，所以产品合格率低，尤其在更高电压产品由于体积较大，不能满足要求；该技术制造的电容芯子散热性差，在载流要求较大时，需增加散热结构，使产品结构复杂，成本加大、并容易产生故障；该技术制造的电容芯子机械强度低，在变压器长期震动工况下会造成绝缘开裂导致绝缘失效从而造成事故；使用该技术制造的电容芯子成本高生产周期长。\n[0003] 在中国专利，专利号：ZL03100143.2；名称：干式电容芯子及其制造方法中公开了一种干式电容芯子机器制造方法，其中绝缘层采用绝缘丝束或绝缘带浸渍粘结固化的绝缘材料以一定方式缠绕而成，电容屏由带状或丝束状半导体材料或碳纤维浸渍粘结固化材料均匀缠绕而成，并且所述电容屏及绝缘层交替缠绕粘结在一起后，通过升温固化制成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。使用该种方法制作的电容芯子具有制作周期短，制造成本低，散热性能好，机械强度高等优点；但由于该工艺中采用的空气中浸渍绝缘材料没有经过真空处理，所以生产出的电容芯子中会有气泡不易排出，在较高电压时会有局部放电出现，不能满足高电压产品的要求。\n发明内容\n[0004] 为解决现有技术干式高压电容芯子所存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种干式高压电容芯子，本发明的另一个目的是提供一种生产干式高压电容芯子的方法。\n[0005] 一种干式高压电容芯子，包括电容屏零屏、绝缘层、电容屏层、接地末屏、测量引出线、绝缘外保护层，所述电容屏零屏由带状或丝束状导体或半导体材料均匀缠绕而成，并达到所要求的尺寸；所述绝缘层由绝缘丝束缠绕在所述电容屏零屏上，并达到所要求的尺寸，所述电容屏由带状或丝束状导体或半导体材料均匀缠绕而成，并且所述电容屏及绝缘层交替缠绕至要求电容芯子尺寸后，在其上在缠绕接地末屏绝缘外保护层，并在接地末屏的设定位置设置测量引出线，最后，在真空状态下浇注环氧树脂固化体系，并升温固化成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。\n[0006] 进一步，所述绝缘丝束或绝缘带为无碱玻璃纤维粗纱；所述电容屏材料中的导体为铝箔、金属丝网或导电碳纤维。\n[0007] 进一步，对所述干式电容芯子的绝缘外保护层进行机加工，按照所应用的高压电器设备的外绝缘要求或连接件要求加工成所需要的形状及配合尺寸。\n[0008] 一种生产干式高压电容芯子的方法，包括下列步骤：\n[0009] a、将芯棒用砂布打磨去掉表面氧化层，并将其清洗干净，装卡于缠绕机上，待用；\n[0010] b、电容屏零屏的制作：在所述芯棒上均匀缠绕上一层电容屏材料，缠绕长度为电容屏设计长度；\n[0011] c、绝缘层制作：所述电容屏零屏缠完后，在零屏上均匀缠绕绝缘层，绝缘层缠绕至设定的绝缘层厚度及长度，绝缘层缠绕完成；\n[0012] d、电容屏制作：绝缘层缠绕完成后，在其上均匀缠绕第一层电容屏，电容屏层缠绕至设定的电容屏层厚度及长度，电容屏层缠绕完成；电容屏层缠绕完成后继续在其上缠绕绝缘层，绝缘层也缠绕至设定厚度及长度；绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕，直至设计尺寸；\n[0013] e、接地末屏制作：绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕至设计尺寸；将接地末屏均匀缠绕与其上；在缠绕时需要在要求的位置预埋测量引出线；\n[0014] f、绝缘外保护层制作：将绝缘外保护层均匀的缠绕于接地末屏上，并缠绕至要求厚度和长度；\n[0015] g、浇铸：绝缘外保护层缠绕完成后将电容芯子浇铸模具中，放入真空罐，按真空浇铸工艺浇注环氧树脂固化体系，经高温固化后冷却脱模制成电容芯子毛坯；\n[0016] h、将所述电容芯子毛坯在机加工设备上加工成设计要求形状及几何尺寸，完成电容芯子制作。\n[0017] 进一步，所述电容屏零屏、所述电容屏和所述接地末屏的缠绕方式相同，其缠绕方式为环向等螺距缠绕方式。\n[0018] 进一步，所述绝缘层和绝缘外保护层的缠绕方式相同，其缠绕方式为环向等螺距缠绕或相互交叉搭接均匀缠绕方式进行缠绕。\n[0019] 进一步，所述浇铸步骤具体为：绝缘外保护层缠绕完成后将电容芯子装入所述电容芯子浇铸模具中，放入真空罐，将真空罐温度升至50℃，抽真空至300Pa，环氧树脂固化体系具体配方为将环氧树脂E51、甲基四氢苯酐THPA、二甲氨基甲基苯酚DMP-30以\n100∶80∶1.5的比例均匀混合并充分脱气；将环氧树脂固化体系按100cc/min浇注至模具中，模具浇注满后停止浇注；将真空罐升温至90℃固化，2小时后取出放入烘箱中升温至\n120℃固化2小时，继续升温至155℃固化4小时后取出自然冷却，冷却至常温后将电容芯子毛坯从模具中取出进行相关电气试验。\n[0020] 该种方法制作的电容芯子具有机械强度高，散热性能好，局部放电量低，产品合格率高，制造成本低，制作周期短等优点。\n附图说明\n[0021] 图1干式高压电容芯子；\n[0022] 图2电容芯子浇注模具；\n[0023] 图3为环向等螺距缠绕方式示意图；\n[0024] 图4为绝缘层相互交叉搭接均匀缠绕方式示意图。\n具体实施方式\n[0025] 图1中所显示的是一种干式高压电容芯子，包括零屏1、绝缘层2、电容屏3、接地末屏4、测量引出线5和绝缘外保护层6。其中，绝缘层2由玻璃纤维无捻粗纱以图3中所示的等螺距缠绕方式或图4中所示的相互交叉搭接缠绕方式均匀缠绕到设计尺寸；电容屏\n3由铝箔、金属丝网、带状或丝束状导电碳纤维或半导体材料以图3所示方式均匀缠绕至要求尺寸；并且电容屏3及绝缘层2交替缠绕至要求尺寸后，在真空状态下浇注环氧树脂固化体系，并升温固化制成多层纯固体、无界面的同心圆形串联电容均压结构。\n[0026] 图1中所示的干式高压电容芯子的制作方法如下：\n[0027] a将芯棒1用砂布打磨去掉表面氧化层，并用丙酮将其上的油脂等杂质清洗干净，装卡于缠绕机上，待用；\n[0028] b电容屏零屏的制作：在芯棒1上均匀缠绕上一层电容屏材料，缠绕长度为电容屏设计长度，缠绕方式为图3中所示的环向等螺距缠绕方式；电容屏材料为：铝箔、金属丝网、半导体材料或导电碳纤维材料；\n[0029] c、绝缘层制作：零屏缠完后，在零屏上缠绕绝缘层，绝缘层为玻璃纤维无捻粗纱，将束状无碱玻璃纤维无捻粗纱按图3中所示的环向等螺距缠绕或图4相互交叉搭接均匀缠绕两种方式进行缠绕，绝缘层均匀缠绕至设计的绝缘层厚度及长度，完成绝缘层缠绕；\n[0030] d、电容屏层制作：绝缘层缠绕完成后，在其上缠绕第一层电容屏，其缠绕方式及材料与电容屏零屏相同，只是需均匀缠绕的厚度d和长度ΔL为设计尺寸；电容屏层缠绕完成后继续在其上缠绕绝缘层，绝缘层也缠绕至设计厚度及长度。绝缘层与电容屏层交替缠绕间隔设置，直至缠绕至设计尺寸；\n[0031] e、接地末屏制作：绝缘层与电容屏交替缠绕间隔设置缠绕至设计尺寸；将接地末屏使用与电容屏缠绕方式相同的方式均匀缠绕与其上；如图1所示，在缠绕时需要在要求的位置预埋测量引出线5；\n[0032] f、绝缘外保护层制作：绝缘外保护层6的缠绕方式与绝缘层缠绕方式相同，缠绕至要求厚度和长度。\n[0033] g、浇铸：绝缘外保护层缠绕完成后将电容芯子装入图2中所示模具中，放入真空罐，将真空罐温度升至50℃，抽真空至300Pa，环氧树脂固化体系具体配方为将环氧树脂(E51)、甲基四氢苯酐(THPA)、二甲氨基甲基苯酚(DMP-30)以100∶80∶1.5的比例均匀混合并充分脱气。将环氧树脂固化体系按100cc/min浇注至模具中，模具浇注满后停止浇注。将真空罐升温至90℃固化，2小时后取出放入烘箱中升温至120℃固化2小时，继续升温至155℃固化4小时后取出自然冷却，冷却至常温后将电容芯子毛坯从模具中取出进行相关电气试验。\n[0034] h、将电容芯子毛坯在机加工设备上加工成设计要求形状及几何尺寸，完成电容芯子制作。\n[0035] 上述方法中涉及到的模具的制作方法如下：\n[0036] 模具制作：如图2所示，模具包括芯棒21和壳体22，芯棒21为金属圆棒或圆管，壳体22为一端封闭的圆筒，芯棒21沿着壳体22的纵向中心轴穿过壳体22。\n[0037] 其中芯棒21为载流导体；其长度要大于所要制得的高压电容芯子的长度，其横截面积要根据电流的要求及材料电流密度来设定，以保证生产出的高压电容芯子的性能；壳体22为内径及长度满足设计要求的圆筒形壳体，高压电容芯子的各层在芯棒21上缠绕好后，将芯棒21沿壳体22的纵向中心轴穿过壳体22的封闭端后，将其与该封闭端之间密封起来，以避免随后的浇铸工序中所使用的环氧树脂由两者缝隙中漏出。壳体22的开放端留浇注口23，壳体22的内表面光洁度要求H6以上，采用钢材制作。电容芯子分载流式和空心式两种，载流式电容芯子中的芯棒21可采用铝棒或铜棒。