Высоковольтное устройство и способ изготовления высоковольтного устройства

Высоковольтное устройство и способ изготовления высоковольтного устройства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к области высоковольтной техники и, в частности, к высоковольтным устройствам, которые имеют по меньшей мере два электрода, разделенные диэлектрическим прокладочным материалом.

Предпосылки создания

Высоковольтные проходные изоляторы используются для переноса тока при высоком потенциале через плоскость, часто называемую плоскостью заземления, где плоскость находится под другим потенциалом, чем токовая цепь. Проходные изоляторы предназначены для электрической изоляции высоковольтного проводника, расположенного внутри этого проходного изолятора, от плоскости заземления. Плоскостью заземления может быть, например, корпус или стенка трансформатора.

Чтобы получить сглаживание распределения электрического потенциала между проводником и плоскостью заземления, проходной изолятор часто содержит сердцевину конденсатора. Сердцевина конденсатора представляет собой тело, которое обычно содержит ряд плавающих коаксиальных электродов, выполненных из проводящего материала, где электроды разделены диэлектрическим прокладочным материалом. Диэлектрическим прокладочным материалом обычно бывает пропитанная маслом или пропитанная смолой бумага.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к электрическому устройству, выполненному с возможностью обеспечения электрической изоляции проводника, который простирается через устройство. Электрическое устройство может представлять собой, например, проходной изолятор или концевую кабельную муфту. Электрическое устройство содержит по меньшей мере два электрода, которые разделены диэлектрическим участком. По меньшей мере один из электродов выполнен с возможностью находиться под плавающим потенциалом для управления электрическим полем вокруг проводника. Диэлектрический участок содержит по меньшей мере один виток из по меньшей мере одной непропитываемой электрически изолирующей пленки между двумя соседними электродами. Эти электроды связаны со смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки, и витки из непропитываемой изолирующей пленки, смежные друг с другом, при наличии, связаны друг с другом, так что упомянутые витки из непропитываемой изолирующей пленки и упомянутые электроды образуют твердое тело.

Изобретение также относится к способу изготовления электрического устройства, содержащего по меньшей мере два электрода, которые разделены диэлектрическим участком. Способ содержит: формирование диэлектрического участка из по меньшей мере одного витка из по меньшей мере одной непропитываемой электрически изолирующей пленки; и связывание любых смежных витков из непропитываемой изолирующей пленки друг с другом, а также связывание электродов со смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки, так что образуется твердое тело. В упомянутом способе изготовления никакой виток, расположенный между двумя электродами, не выполнен из пропитываемой пленки, и связывание по меньшей мере одного из упомянутых витков осуществляется при формировании упомянутого витка, так что связывание упомянутого витка с нижележащим витком/электродом начинается до того, как упомянутый виток будет покрыт следующим витком.

В упомянутом способе связывание может осуществляться, например, с использованием плазменной активации поверхности или с использованием вещества, которое находится в вязкой фазе во время связывания, т.е. в жидкой или полужидкой фазе. Эти способы являются примерами способов, которые способствуют началу связывания витка до покрытия этого витка следующим витком. Также можно использовать другие способы, которые способствуют такому связыванию. Благодаря инициированию связывания витка до покрытия витка следующим витком, можно значительно уменьшить количество пустот в электрическом устройстве и, таким образом, опасность частичного разряда и/или образование древовидного токопроводящего следа.

В некоторых реализациях способа связывание витка фактически заканчивается до добавления следующего витка. В других реализациях связывание витка продолжается после покрытия витка следующим витком. Однако по меньшей мере часть процесса связывания витка с витком или электродом, расположенным под упомянутым витком, осуществляется до покрытия упомянутого витка следующим витком.

В одном варианте осуществления диэлектрический участок не включает в себя никакого пропитанного витка между двумя соседними электродами. В другом варианте осуществления в процессе изготовления для формирования витка между двумя соседними электродами используется ранее пропитанная и, таким образом, непропитываемая пленка. В этом варианте осуществления диэлектрическая участок будет включать в себя пропитанную пленку.

Поскольку электрическое устройство не нуждается в пропитке, отверждении или последующем нагреве, можно значительно уменьшить время и затраты на изготовление. Кроме того, возможность исключения этапа пропитки из процесса изготовления благоприятна для экологии, поскольку из процесса изготовления исключается использование эпоксидной смолы или масла.

Непропитываемая электрически изолирующая пленка может содержать, например, термопластичный материал, стеклянный материал и/или керамический материал. Многие термопластичные материалы, стеклянные материалы и керамические материалы демонстрируют более высокую электрическую прочность диэлектрика, чем бумага, пропитанная маслом или смолой. Это особенно верно при малой толщине материала, например, в диэлектрическом участке между двумя электродами. Следовательно, при данном номинальном напряжении устройства использование таких материалов обеспечивает возможность меньшего диаметра устройства.

Непропитываемые пленки обычно можно делать значительно более тонкими, чем слой бумаги, пропитанной маслом или смолой, и, следовательно, электроды могут располагаться на меньшем расстоянии друг от друга. При меньшем расстоянии между электродами электрическая прочность диэлектрического материала возрастает, причем электрическая прочность диэлектрика является мерой самого высокого электрического поля, которое может поддерживаться в материале до того, как произойдет электрический пробой. Это также обеспечивает возможность уменьшения диаметра электрического устройства по мере уменьшения расстояния между электродами.

Подходящее расстояние между соседними электродами обычно находится в диапазоне 4-5000 мкм. Часто расстояние между электродами будет находиться в диапазоне 50-1000 мкм, например в диапазоне 50-300 мкм или 100-250 мкм.

Обычно среднее число витков из непропитываемой изолирующей пленки между двумя соседними электродами находится в диапазоне 1-100, хотя можно использовать даже большее число витков. Часто среднее число витков между двумя соседними электродами находится в диапазоне 1-50 и, например, в диапазоне 1-20.

Кроме того, точность в толщине непропитываемых изолирующих пленок обычно значительно выше, чем точность в толщине традиционно используемой пропитанной бумаги. Такая повышенная точность в толщине пленки приводит к повышенной точности в расстоянии между электродами. Кроме того, поскольку связывание начинается уже во время формирования витка, электрод будет зафиксирован в своем положении уже во время процесса наматывания. Это особенно полезно в способах изготовления, в которых отдельные электроды вводятся во время наматывания. И фиксированные положения электродов, и повышенная точность в расстоянии между электродами являются факторами, которые улучшат предсказуемость свойств выравнивания поля устройства. Улучшенная предсказуемость свойств выравнивания поля набора электродов также обеспечивает возможность уменьшения диаметра устройства.

Уменьшенный диаметр обеспечивает преимущества использования меньшего количества материала во время производства устройства, а также уменьшение веса и занимаемого пространства, как при транспортировке, так и во время установки. Кроме того, уменьшенный диаметр обычно приводит к повышенному переносу тепла из центра электрического устройства, что снижает опасность теплового повреждения электрического устройства.

В одном варианте осуществления по меньшей мере одна непропитываемая пленка, из которой образован диэлектрический участок, содержит по меньшей мере два слоя, причем первый слой состоит из первого материала, а второй слой состоит из второго материала, и первый и второй материалы демонстрируют разные свойства. Настоящим достигается то, что диэлектрический участок может извлечь выгоду из преимущественных свойств разных материалов. Например, первый и второй материалы имеют температурные зависимости механических свойств, существующие в температурном диапазоне, в котором первый материал обеспечивает лучшие адгезивные свойства, чем другой материал(ы) пленки, тогда как второй материал обеспечивает лучшую механическую устойчивость, чем другие материалы.

Граница между смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки и/или граница между витком из непропитываемой изолирующей пленки и смежным электродом может содержать адгезивное вещество, состав которого отличается от состава витков из непропитываемой изолирующей пленки. Следовательно, при изготовлении такого электрического устройства между витками/электродами вводили адгезивное вещество. Альтернативно, связывание выполняли таким образом, что никакого внешнего адгезивного вещества не требовалось, например путем нагрева материала, образующего участок непропитываемой изолирующей пленки, или посредством плазменной активации поверхности.

Электроды могут быть образованы из проводящего материала, который был напечатан или накрашен на по меньшей мере одну из упомянутой по меньшей мере одной из непропитываемых изолирующих пленок. Электроды, нанесенные методом печати или окрашивания, могут быть очень тонкими, так что может быть достигнуто тонкое выравнивание электрического поля с высокой точностью в распределении поля. Электроды также могут быть образованы из фольги проводящего материала, которая вставлена между витками из непропитываемой пленки. Толщина электродов может, например, попадать в диапазон 10 нм - 300 мкм.

В одном варианте осуществления способа изготовления по меньшей мере две пленки, расположенные бок о бок в аксиальном направлении устройства, используют для формирования витка, который имеет аксиальную длину больше ширины одной единственной из по меньшей мере двух пленок. Таким образом, можно получить электрическое устройство любой аксиальной длины. Когда в процессе изготовления используют адгезивное вещество в вязкой фазе, зазор между двумя такими пленками будет заполняться адгезивным веществом, и тем самым можно избежать образования пустот. Электрическое устройство, которое изготовлено из по меньшей мере двух расположенных бок о бок пленок, следовательно, будет, как правило, иметь стык вдоль окружности по меньшей мере одного витка.

Электрическое устройство часто выполнено так, что по меньшей мере два из упомянутых электродов имеют разную длину в аксиальном направлении электрического устройства, и так, что по меньшей мере один торцевой край по меньшей мере одного электрода не покрыт никаким внешним электродом. В некоторых электрических устройствах согласно этому аспекту изобретения ни один из торцевых краев электрода не покрыт внешним электродом, тогда как в других электрических устройствах согласно этому аспекту некоторые (по меньшей мере один) из электродов имеют по меньшей мере один торцевой край (и обычно два торцевых края, когда устройством является проходной изолятор), который не покрыт внешним электродом, тогда как другие электроды имеют торцевые края, которые покрыты внешними электродами. При этом говорят, что внешний электрод покрывает торцевой край внутреннего электрода, если внешний электрод простирается до или за пределы аксиального положения торцевого края. Термин торцевой край используется здесь в отношении края, который задает плоскость, которая более или менее перпендикулярна проводнику, в отличие от аксиального края, который параллелен проводнику.

Размещая электроды так, что по меньшей мере один торцевой край электрода не покрыт никакими внешними электродами, можно эффективно выравнивать электрическое поле вокруг проводника. В этой конфигурации электрическое поле на торцевых краях, которые не покрыты никакими внешними электродами, будет иметь значительные составляющие как в радиальном, так и в аксиальном направлениях. Аксиальные составляющие электрического поля могут обуславливать нежелательное образование древовидного токопроводящего следа и/или частичный разряд, если только внутренняя часть электрического устройства не является в основном свободной от пустот. Посредством вышеописанного способа изготовления можно получить электрические устройства, в которых протяженность любых пустот не превышает 10 мкм или менее. Таким образом, можно получить электрические устройства, которые могут работать в высоковольтном диапазоне, например в диапазоне 36 кВ - 1100 кВ или выше.

Дополнительные аспекты изобретения изложены в нижеследующем подробном описании и в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - схематический вид в разрезе примера проходного изолятора, имеющего сердцевину конденсатора.

Фиг. 2 - схематический вид в разрезе примера сердцевины конденсатора для конденсатора согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг. 3a демонстрирует однослойную пленку из непропитываемого изолирующего материала.

Фиг. 3b демонстрирует двухслойную пленку из двух разных непропитываемых изолирующих материалов.

Фиг. 3c демонстрирует трехслойную пленку из по меньшей мере двух разных непропитываемых изолирующих материалов.

Фиг. 4 схематически демонстрирует вариант осуществления устройства для изготовления сердцевины конденсатора, содержащей витки из непропитываемой изолирующей пленки.

Фиг. 5a схематически демонстрирует вариант осуществления устройства для изготовления сердцевины конденсатора, содержащей витки из непропитываемой изолирующей пленки.

Фиг. 5b схематически демонстрирует вариант осуществления устройства для изготовления сердцевины конденсатора, содержащей витки из непропитываемой изолирующей пленки.

Фиг. 5c схематически демонстрирует пример сопла экструзионной форсунки, которую можно использовать в устройстве, показанном на Фиг. 5a или 5b.

Фиг. 6 схематически демонстрирует пример диэлектрической детали сердцевины конденсатора, изготавливаемого из двух отдельных непропитываемых изолирующих пленок, согласно варианту осуществления процесса изготовления.

Подробное описание

Фиг. 1 схематически демонстрирует вариант осуществления проходного изолятора 100, в котором проводник 110 проходит через сердцевину 115 конденсатора. Проводник 110 может составлять часть проходного изолятора 100 или может быть отделен от проходного изолятора 100. На Фиг. 1 показан вид в разрезе вдоль оси проходного изолятора 100. На обоих торцах проводник 110 снабжен наконечником 112 для присоединения проходного изолятора 100 к электрическим устройствам, таким как кабели, трансформаторы и т.д. Сердцевина 115 конденсатора работает как делитель напряжения и распределяет поле вдоль длины изолятора 100, тем самым обеспечивая сглаживание распределения электрического потенциала.

Сердцевина 115 конденсатора содержит по меньшей мере два (и часто множество из по меньшей мере трех или более) электрода 120, которые разделены диэлектрическим участком 125 из диэлектрического прокладочного материала. Диэлектрический участок 125 служит для отделения электродов 120 друг от друга. Электроды 120 обычно располагаются коаксиально, когда радиус внутреннего электрода меньше радиуса внешнего электрода. Чтобы получить эффективное выравнивание электрического поля, аксиальная длина внешнего электрода 120 часто меньше аксиальной длины внутреннего электрода 120, так что получается одинаковая площадь разных электродов 120. Поэтому торцевые края 127 электродов 120 обычно образуют ступени, так что торцевые края 127 электрода 120 не покрыты каким-либо внешним электродом 120, как показано на Фиг. 1. Термин торцевой край 127 используется здесь в отношении края, который обычно образует более или менее круглую (спиральную) форму и который задает плоскость, более или менее перпендикулярную проводнику 110, в отличие от аксиального края, который, по существу, параллелен проводнику 110.

При желании, сердцевина 115 конденсатора дополнительно или альтернативно может иметь по меньшей мере некоторые электроды 120, расположенные так, что внутренний электрод 120 простирается на более короткое расстояние в аксиальном направлении, чем внешний электрод 120 на по меньшей мере одном из торцов сердцевины 115 конденсатора, так что края 127 электродов образуют ступени образом, противоположным показанному на Фиг. 1, в направлении от торца сердцевины конденсатора к центру сердцевины 115 конденсатора.

В таких конфигурациях, где торцевые края 127 электродов 120 образуют ступени на торце сердцевины конденсатора, локальное электрическое поле на торцевых краях 127 электродов 120 будет значительно выше электрического поля во внутренней части проходного изолятора 100, и будет иметь значительные составляющие и в радиальном, и в аксиальном направлении. Однако изменение аксиальной длины электродов 120 дополнительно приводит тем самым к уменьшению аксиального расстояния между торцевыми краями 127, аксиального поля на торцевых краях 127, а также между торцевыми краями 127.

Два электрода 120, между которыми не существует дополнительного электрода 120, так что эти два электрода 120 разделены только диэлектрическим участком 125, будут называться здесь соседними электродами 120.

Проходной изолятор 100 по Фиг. 1 дополнительно включает в себя удлиненный изолятор 130, окружающий сердцевину 115 конденсатора, а также фланец 135, который можно использовать для электрического соединения проходного изолятора 100 с плоскостью 140 заземления, обычно через самый внешний электрод 120 сердцевины 115 конденсатора или через некоторые из внешних электродов 120 сердцевины 115 конденсатора. Следует отметить, что плоскость 140 заземления не обязана быть заземленной, но может иметь потенциал, отличающийся от потенциала заземления. Однако плоскость 140 заземления будет иметь потенциал, который отличается от потенциала проводника 110, при использовании, и далее в настоящем документе для простоты описания будет использоваться термин плоскость заземления.

Обычно самый внешний электрод 120 соединен с фланцем 135 или другим участком, который находится под потенциалом плоскости 140 заземления. В некоторых проходных изоляторах 100 самый внутренний электрод 120 выполнен с возможностью находиться под потенциалом проводника 110, тогда как в других проходных изоляторах 100 самый внутренний электрод 120 выполнен с возможностью находиться под плавающим потенциалом. Расположенный между самым внутренним и самым внешним электродами 120 электрод 120 обычно выполнен с возможностью находиться под плавающим потенциалом, хотя проходной изолятор может иметь один (или более) электрод 120, который располагается между самым внутренним и самым внешним электродами и который выполнен с возможностью находиться под фиксированным потенциалом, причем фиксированный потенциал отличается от потенциала проводника 110 и потенциала плоскости 140 заземления.

Основной причиной обеспечения электродов 120 в проходном изоляторе 100 является геометрическое формирование электрического поля вокруг проводника 110 вокруг положения плоскости 140 заземления, так чтобы избежать искрения между проводником 110 и плоскостью 140 заземления. Во внутренней части проходного изолятора электрическое поле между двумя соседними электродами 120 в основном будет в радиальном направлении проходного изолятора 100. Однако на торцевых краях 127 электродов 120 электрическое поле будет иметь значительные составляющие и в аксиальном, и в радиальном направлениях. Аксиальное поле обуславливает особые требования в отношении избегания пустот, которые простираются в аксиальном направлении проходного изолятора: количество пустот, например зазоров/пузырьков воздуха, других газов или вакуума, должно поддерживаться минимальным в высоковольтном проходном изоляторе. При наличии пустот, которые простираются в аксиальном направлении, аксиальное поле может вызывать перемещение зарядов между электродами 120, и будет возрастать опасность образования древовидного токопроводящего следа. Образование древовидного токопроводящего следа может вызывать неблагоприятные изменения электрического поля и, в конце концов, может вызвать электрический пробой. Кроме того, наличие пустот может вызывать частичный разряд, который, помимо старения диэлектрического материала, также обуславливает электрические сигналы. В случае присоединения проходного изолятора к оборудованию, которое нуждается в мониторинге, например трансформатору, такие электрические сигналы могут создавать помехи мониторинговым измерениям. Поэтому желательно минимизировать наличие пустот в проходном изоляторе 100.

Сердцевина 115 конденсатора традиционно наматывается из листов диэлектрического материала, такого как бумага или нетканый пластик, который будет формировать диэлектрический участок 125. Электроды 120 традиционно вводятся в обмотку в подходящих положениях во время процесса наматывания. После наматывания диэлектрический материал традиционно пропитывается электрически изолирующим пропиточным веществом, таким как масло или термоотверждающийся полимер (например, смола). С использованием пропиточного вещества можно получить диэлектрический участок 125, который, в основном, не имеет никаких пустот в отношении зазоров/пузырьков воздуха, других газов или вакуума.

Посленамоточная обработка при изготовлении сердцевин 115 конденсаторов, имеющих пропитанную бумагу в качестве диэлектрического прокладочного материала, является очень времязатратной и, следовательно, дорогостоящей. Бумага, как правило, сначала наматывается вокруг проводника. Затем бумага высушивается, пропитывается и отверждается (в случае термоотверждающегося полимера) или высушивается и пропитывается (в случае масла). Эта посленамоточная обработка сердцевины конденсатора в форме сушки/пропитки/отверждения часто занимает около недели или более. Следовательно, крайне желательно найти усовершенствованные способы изготовления, которые являются менее времязатратными, но которые, тем не менее, обеспечивают проходные изоляторы, обладающие соответствующими требованиям электрическими и механическими свойствами.

Согласно изобретению, электрическое устройство, содержащее по меньшей мере два электрода 120, которые разделены диэлектрическим участком 125, можно получить путем формирования диэлектрического участка из по меньшей мере одного витка по меньшей мере одной непропитываемой электрически изолирующей пленки. Любые смежные витки из непропитываемой изолирующей пленки связаны друг с другом, и электроды 120 связаны со смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки, так что образуется твердое тело. В способе изготовления электрического устройства, витки из непропитываемой изолирующей пленки связываются со смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки, при наличии, тогда как электроды 120 связываются со смежными витками из непропитываемой изолирующей пленки. Никакой виток, который располагается между двумя электродами, не образован из пропитываемой пленки. Кроме того, в способе изготовления связывание витка из непропитываемой изолирующей пленки осуществляется при формировании витка, так что связывание конкретного витка с расположенным под ним витком/электродом, начнется до того, как конкретный виток окажется полностью покрыт следующим витком.

Здесь пленка называется непропитываемой, если она не может быть пропитана электрически изолирующей пропиточной текучей средой, такой как масло, смола, сложноэфирное синтетическое масло или электрически изолирующий газ. С другой стороны, пропитываемая пленка имеет такую структуру, что на одной стороне пленки существуют отверстия, причем такие отверстия соединены с отверстиями на другой стороне пленки через соединения/пустоты, называемые здесь каналами, в которых может перемещаться пропиточная текучая среда от одной стороны пленки к другой. Если пропитываемая пленка была пропитана, такие каналы будут наполнены пропиточной текучей средой (отвержденной или нет). Следовательно, пленка называется здесь пропитанной, если она имеет каналы, наполненные электрически изолирующим пропиточным веществом, таким как масло, отвержденная смола, сложноэфирное синтетическое масло или электрически изолирующий газ. Следовательно, виток называется пропитанным, если имеются каналы, наполненные электрически изолирующим пропиточным веществом, которые проходят через виток (часто зигзагообразным образом). С другой стороны, непропитываемая пленка не имеет таких каналов. Если бы процессу пропитки подверглась непропитываемая пленка, в структуре пленки не было бы каналов, через которые могло бы перемещаться пропиточное вещество. В ряде случаев для облегчения проникновения пропиточного вещества также в непропитываемую пленку может действовать диффузия. В некоторых случаях непропитываемая пленка может содержать, например, 5 масс.% электрически изолирующего пропиточного вещества. Однако диффузия является гораздо более медленным процессом, чем процесс пропитки, и не приводит к заполнению каналов пропиточным веществом и тем самым к пропитанной пленке.

Часто диэлектрический участок 125 формируется из более чем одного витка, так что образуется многовитковый диэлектрический участок.

При формировании диэлектрического участка из витков по меньшей мере одной непропитываемой изолирующей пленки, которые связаны в твердое тело, никакого пропиточного вещества не требуется и может быть значительно уменьшена или исключена посленамоточная обработка сердцевины 115 конденсатора. Обычно в сердцевине 115 конденсатора не присутствует никакого материала, который пропитан электрически изолирующей текучей средой (хотя в ряде случаев может использоваться заранее пропитанная пленка, которая является непропитываемой во время наматывания диэлектрического участка 125, так что в результате имеется сердцевина 115 конденсатора, в которой присутствуют витки пропитанной пленки). Связывая вместе смежные витки из непропитываемой изолирующей пленки и связывая электроды 120 со смежными витками из непропитываемой пленки во время формирования витков, можно выполнить диэлектрический участок 125, по существу, свободный от пустот в отношении зазоров/пузырьков воздуха, других текучих сред или вакуума. Таким образом, можно избежать частичного разряда без какой-либо пропитки сердцевины 115 конденсатора. В то же время сердцевина 115 конденсатора получит подходящие механические свойства в отношении поглощения сил и предотвращения миграции текучих сред через проходной изолятор 100. Твердая сердцевина 115 конденсатора, полученная связыванием электродов и витков из непропитываемой изолирующей пленки в твердое тело, может служить в качестве пробки, которая запечатывает фланец 135 и останавливает прохождение любого масла или газа между двумя сторонами плоскости 140 заземления. Это свойство обычно полезно для проходных изоляторов 100, которые используют для соединения масло- или газонаполненного электрического оборудования, такого как маслонаполненный трансформатор.

Примеры подходящих непропитываемых изолирующих материалов включают в себя термопластичные материалы, стекла и керамику. Примеры подходящих термопластов включают в себя полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полиэтиленнафталат (PEN), полифениленсульфид (PPS), полиэфирсульфон (PES), политетрафторэтилен (PTFE), полиамид (PA), поликарбонат (PC) и т.д.

Термопласты, стекла и керамика обычно менее опасны для окружающей среды, чем термоотверждающиеся полимеры или масла, широко используемые в качестве пропиточных веществ пропитываемых диэлектрических материалов, таких как бумага или нетканый пластик. Однако пленки из термоотверждающихся пластмасс также, при желании, можно использовать для формирования непропитываемых изолирующих витков в диэлектрическом участке 125.

Способ формирования сердцевины 115 конденсатора из витков из непропитываемых изолирующих пленок, которые связаны и совместно с электродами 120 образуют твердое тело, облегчает использование изолирующих материалов, которые имеют лучшие электрические и/или механические свойства, чем обычно используемая пропитанная бумага. Например, многие термопласты и стекла/керамика демонстрируют значительно более высокую электрическую прочность диэлектрика, чем бумага, пропитанная эпоксидной смолой или маслом, в случаях проходного изолятора 100, в которых толщина материала сравнительно небольшая (определяемая расстоянием между соседними электродами 120). Следовательно, используя термопласт, стекло или керамику, обычно можно использовать сердцевину 110 конденсатора меньшего диаметра для данного напряжения, чем, если в диэлектрическом участке 125 использовали пропитанную бумагу. Таким образом, можно сократить пространство, занимаемое проходным изолятором, а также затраты на транспортировку к месту установки. Кроме того, многие изолирующие материалы, которые пригодны для использования в непропитываемой изолирующей пленке, демонстрируют сходную удельную теплопроводность с традиционными изолирующими материалами, такими как бумага, пропитанная маслом или смолой. Таким образом, проходной изолятор меньшего диаметра также будет обеспечивать преимущество более низких температур в проходном изоляторе 100.

Фиг. 1 демонстрирует вид в разрезе вдоль аксиального направления проходного изолятора согласно варианту осуществления изобретения. Фиг. 2 схематически демонстрирует поперечное сечение примера сердцевины 115 конденсатора согласно варианту осуществления изобретения, где поперечное сечение произведено перпендикулярно оси сердцевины 115 конденсатора. Диэлектрический участок 125 по Фиг. 2 образован связанными витками 200 из непропитываемой изолирующей пленки 205. На схематическом чертеже на Фиг. 2 сердцевина 115 конденсатора содержит три электрода 120. Число электродов 120 может принимать любое число больше единицы. Во многих реализациях сердцевина 115 конденсатора содержит большее число электродов 120, например два, три, пять, десять, двадцать, сто или более. Граница между разными витками 200 изолирующей пленки 205 обозначена ссылочной позицией 210. Между двумя электродами 120 существует по меньшей мере один виток 200 из непропитываемой изолирующей пленки. В примере, представленном на Фиг. 2, число витков 200 между двумя электродами 120 равно 2-3. Среднее число витков 200 между двумя соседними электродами 120 может, например, находиться в диапазоне 1-100. Однако в ряде случаев между соседними электродами 120 может использоваться большее число витков 200, например, порядка сотен или тысяч витков 200. Используя меньшее число витков 200, число границ раздела в диэлектрическом участке 125 можно поддерживать низким. С другой стороны, если непропитываемая изолирующая пленка имеет некоторые дефекты, между соседними электродами 120 предпочтительно использовать по меньшей мере два витка, поскольку опасность возникновения дефекта в двух витках в одном и том же положении проходного изолятора невелика. Число витков 200 между двумя соседними электродами часто оказывается в диапазоне 1-50, например в диапазоне 1-20 витков.

Конфигурация электродов, показанная на Фиг. 2, является только примером. Например, на Фиг. 2 все электроды 120 электрически разделены, и два аксиальных края каждого электрода 120 демонстрируют незначительное перекрытие. Можно использовать другие конфигурации электродов. Например, два или более соседних электрода 120 могут быть закорочены; каждый электрод 120 может располагаться так, что не имеется перекрытия или имеется большее перекрытие и т.д.

Витки 200 из непропитываемой изолирующей пленки 205 можно добавлять, например, посредством наматывания и/или посредством экструзии. Когда витки 200 пленки 205 добавляют посредством экструзии, пленка 205 формируется во время процесса экструзии, и связывание самого последнего добавленного витка 200 пленки 205 может происходить одновременно с добавлением витка 200, поскольку экструдированный материал обычно находится в адгезивном состоянии при экструзии. Когда витки 200 пленки 205 добавляют посредством наматывания пленки 205, которая находится в твердом состоянии, связывание также предпочтительно может осуществляться во время процесса наматывания. Связывание может быть достигнуто, например, с использованием внешнего адгезивного вещества (внешнее связывание); посредством нагрева, так что по меньшей мере часть пленки 205 переходит в адгезивное состояние и сама пленка 205 обеспечивает адгезивное вещество (внутреннее связывание), или посредством плазменной активации поверхности (внутреннее связывание). Термины "внутренний" и "внешний" соотносятся, соответственно, с тем, является ли адгезивное вещество внутренним или внешним по отношению к пленке(ам) 205, используемой для формирования диэлектрического участка 125.

В процессе связывания активированных плазмой поверхностей обе поверхности пленки 205 обычно обрабатывают плазмой, так чтобы активировать химические связи на поверхности для облегчения связывания со смежными витками 200 или со смежным электродом 120.

В процессе внутреннего связывания, в котором сама пленка 205 переходит в адгезивное состояние, адгезивное состояние пленки в процессе внутреннего связывания может быть, например, жидким состоянием, так что материал, который обеспечивает связывание, плавится при связывании; или полужидким состоянием, которое может возникать, например, в аморфных термопластах, в зависимости от того, какой материал(ы) присутствует в пленке 205.

Следовательно, как в процессе экструзии, так и в процессе, в котором твердая пленка наматывается на изолирующий участок 125, связывание витка 200 может быть достигнуто, например, с использованием вещества, которое находится в вязкой фазе, во время по меньшей мере части формирования витка 200, причем вязкая фаза вещества определяется здесь как фаза, в которой вязкость вещества попадает в диапазон от 10^-3 до 10⁸ Па⋅с. Используя адгезивное вещество, которое находится в вязкой фазе по меньшей мере в течение части времени, когда формируется виток 205, и начиная связывание витка 200 до его покрытия следующим витком 200 или электродом 120, можно значительно уменьшить количество пустот в сердцевине 115 конденсатора и, следовательно, опасность частичного разряда. Этого также можно достигнуть другими способами инициирования связывания во время процесса наматывания, например, посредством плазменной активации поверхности.

Внешнее адгезивное вещество может, например, быть таким, что оно переходит в твердое состояние посредством тепла, времени, давления, охлаждения и/или добавления компонента (двухкомпонентного адгезива), или любым другим подходящим способом. Такое адгезивное вещество может иметь, например, хорошие электрически изолирующие свойства. Примеры подходящих веществ, которые могут служить в качестве внешнего адгезивного вещества, включают в себя эпоксидную смолу, полиуретан, метакрилат, поливинилбутираль (PVB) и силан-модифицированные полимеры.

Непропитываемая и электрически изолирующая пленка 205 может быть однослойной пленкой, имеющей единственный слой 300, двухслойной пленкой, имеющей два слоя 300 из разных материалов, или пленкой 205 из трех или более слоев 300 из по меньшей мере двух разных материалов. Примеры однослойной пленки 205i, двухслойной пленки 205ii и трехслойной пленки 205iii показаны на Фиг. 3a-3c, соответственно. Когда в пленке 205 используется более чем один слой 300, материалы разных слоев 300 можно выбирать имеющими разные свойства, так что пленка 205 будет извлекать пользу из свойств разных материалов. На Фиг. 3a-3c показаны примеры раз