CN109074949B

CN109074949B - HGü空气扼流线圈及制造方法

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Publication number: CN109074949B
Application number: CN201780024937.4A
Authority: CN
Inventors: P.格雷布勒; S.朗; S.劳赫佐内
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Hsp High Voltage Equipment Co ltd
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2037-04-20
Also published as: AT518664B1; CA3019271A1; EP3408856A1; US20190096570A1; US11562853B2; BR112018071262B1; WO2017182577A1; CA3019271C; CN109074949A; AT518664A4; BR112018071262A8; BR112018071262A2

Abstract

一种HGÜ空气扼流线圈（1），包括：‑至少一个同心绕组层（2‑4,4'），其中在所述绕组层的端部上构造电端子（11,12），‑静电屏蔽（17），其包含：‑‑由静电耗散材料构成的层（22），所述静电耗散材料具有在10⁹至10¹⁴欧姆/平方的范围内的表面电阻，‑‑其中所述层（22）在至少一个端部上配备有基本上在其圆周上延伸的集电极（19,20），用于连接所述端子（11,12）之一，其中，所述层（22）构造为处于外部的绕组层（4'）的侧面（21）上的喷涂涂层。

Description

HGÜ空气扼流线圈及制造方法

技术领域

本发明一般涉及通过高直流电压传输电能的技术领域，特别是涉及一种HGÜ空气扼流线圈以及一种用于制造HGÜ空气扼流线圈的方法。

背景技术

在传输从大约1000MW向上的大功率的电能时，线路电容从确定线路长度起具有限制作用，因为无功功率几乎不再允许经济运行。在该功率范围内，所谓的高压直流能量传输***（简称HGÜ）长期以来一直用于各种应用领域。这种HGÜ设施的部件可以是例如HGÜ平滑扼流圈或HGÜ滤波扼流圈。这些部件通常具有相对于地的非常高的电位，例如500-800kV。因为这些部件布置在外部，所以它们暴露于那里存在的环境条件，如雨水和污垢。环境决定地，污垢颗粒可以沉积在这种HGÜ部件的外表面上，所述污垢颗粒随着不规则的积聚，可能导致沿着部件的电场的变形。在HGÜ部件上可能发生局部放电。在此可以产生离子，其又对直接附近的电离和极化的颗粒起吸引作用。在这种HGÜ平滑扼流圈或滤波扼流圈的线圈的外部设施上，利用这些粒子建立具有相反极性的电荷，该电荷流到端子或通过在线圈表面上放电而减少并在那里累积。在这种HGÜ部件的表面处由此产生的至少部分导电的结构可以损害运行行为。在文献中，这也用术语“黑点现象”描述。在HGÜ部件的表面上形成的导电结构可导致电弧。在最坏的情况下，例如可能发生HGÜ平滑扼流圈或HGÜ滤波扼流圈的完全失效。

为了抵消这种不希望的静电污染，在EP 2 266 122 B1中提出了一种用于HGÜ部件的静电屏蔽，其由具有由电耗散材料构成的箔的覆盖物制成，该电耗散材料具有10⁹至10¹⁴欧姆/平方的范围内的表面电阻。覆盖物与HGÜ部件的端子电连接。借助于线圈外表面上的这种半导体箔而实现了，将载流子从部件的表面运走，并且因此防止部件的静电充电，其具有上述负面后果。为了能够将半导体箔施加到线圈上，必须预先准备基底以用于箔的粘合过程。这例如可以通过所谓的“虚设包装”进行，其方式是，HGÜ部件的线圈的最外层首先用纺织混纺织物带缠绕。随后，将混纺织物带用环氧树脂浸泡或浸渍。在环氧树脂固化后，喷涂聚氨酯涂料。打磨该聚氨酯涂料以准备粘合表面。随后，将涂有半导体层的箔粘合到打磨的聚氨酯涂料表面上。在最后的工艺步骤中，施加覆盖层以进行保护。用于该覆盖层的材料可以是在室温下交联（RTV）的硅树脂。因此，这种“虚设包装”的结构由多个层组成。制造是耗费的。一方面，混纺织物带的施加既是劳动密集型的又是材料密集型的工艺步骤。自粘箔是昂贵的，因为箔必须在长的运行时间段内承受紫外线辐射。涂料表面的对于粘合过程所需的打磨同样是劳动密集型的，并且还产生对健康有害的粉尘。

因此，需要一种抵抗“黑点现象”并且同时可以简单并且成本适宜地制造的HGÜ空气扼流线圈。

发明内容

本发明的一个目的是说明一种HGÜ空气扼流线圈及其制造方法，该HGÜ空气扼流线圈尽可能简单地构造并且在制造上是成本适宜的。

该目的是针对具有权利要求1的特征的HGÜ空气扼流线圈和具有权利要求8的特征的方法来实现的。

根据本发明的基本构思，在HGÜ部件中，静电屏蔽的构造不是通过粘合箔来实现的，而是通过将半导体涂料施加到外部绕组层的侧面上来实现。该施加通过喷涂方法进行。通过喷涂方法，将表面膜喷涂在线圈表面上，该表面膜的导电特性基本上对应于先前使用的箔。换句话说，现在通过经由喷涂制造的半导体层实现EP 2 266 122 B1中通过粘合箔制造的半导电层的“耗散”材料特性。该喷涂涂层现在负责：在HGÜ部件表面上在运行期间形成的载流子被运走。结果，由此同样有效地抵消了部件的静电充电。最大的优点在于更成本适宜的制造和屏蔽效果的均匀性。

因此，根据本发明，HGÜ空气扼流线圈为了静电屏蔽的目的而具有涂层，该涂层通过材料、即半导体涂料的雾化形成。通过该半导体层直接“喷涂”到线圈导体的表面上的方式，可以非常简单且有效地抵消“黑点现象”。在制造中，可以省去多个成本密集的工艺步骤：省去昂贵的UV稳定的自粘箔。因此，也省去了箔的粘贴连接所需的耗费的表面处理。同样不再需要纺织混纺织物带作为粘合基底的劳动密集型施加。因为涂层表面不再打磨，所以也不产生可能对健康有害的研磨粉尘。

特别有利的是，用于静电屏蔽的层可以通过简单的方式非常均匀地并在此成本适宜地制造。与迄今所需的箔相比，在喷涂涂层中没有半导体层的邻接部位或重叠。导电效果在整个表面上是相同的。在制造中需要更少的方法步骤。制造过程总体上更成本适宜。

已经表明，通过均匀涂覆的具有约80μm至120μm厚度的屏蔽层，可以有效地抵消“黑点现象”。通过喷涂涂层可以容易地并且以低的耗费制造这种屏蔽层。

该半导体层的电特性可以通过合适的填充材料、即导电颗粒在宽范围内预先设定。导电颗粒可以通过介电的片状衬底形成，所述衬底分别被导电层包覆。用于衬底的合适材料例如是天然或合成云母、氧化铝、二氧化硅或玻璃、或其混合物。颗粒的导电层可以由掺杂的金属氧化物组成。

关于低制造成本，能够有利的是，在喷涂过程中雾化的材料是具有嵌入的半导体填充材料的聚合物。环氧树脂或聚氨酯或硅树脂或聚酯适合作为聚合物。

优选由金属氧化物或碳化硅形成的填充材料。

有利地，填充材料是掺杂的金属氧化物或掺杂的碳化硅。

已经发现特别优选以下填充材料，其由未掺杂碳化硅颗粒和掺杂锑的氧化锡颗粒按比例地组成。

通过用于制造用于HGÜ外部设施的部件的方法也解决了在开头提出的问题，其中通过喷射或喷涂方法将半导体层直接施加到外部绕组层的位于外部的侧面上。由此可以省去迄今所需的工艺步骤，使得制造成本相对更低。

根据本发明的用于制造HGÜ空气扼流线圈的方法的特征在于，在第一方法步骤中提供同心绕组装置，并且随后，用喷涂涂层方法涂覆绕组装置的外侧面，在该喷涂涂层方法中半导体涂料构成的层由静电耗散材料形成，该静电耗散材料具有在10⁹至10¹⁴欧姆/平方的范围内的表面电阻。

特别有利地，对于这种喷涂涂层方法，使用所谓的“高容量低压”（HVLP）技术。利用这种低压喷涂方法，可以快速且有效地喷涂大面积。通过具有3-4bar的气压的压缩空气进行雾化。在此有利的是，产生相对小的喷雾。由此，制造方法对环境有利。

附图说明

为了进一步阐述本发明，在说明书的以下部分中参考附图，其中基于非限制性的实施例可获知本发明的有利设计方案、细节和扩展方案。其中：

图1示出根据本发明的HGÜ空气扼流线圈的侧视图;

图2根据HGÜ空气扼流线圈的上端面示出从图1中选出的细节图，由此在空间图中可见绕组装置的一部分;

图3以空间图示出根据图1的HGÜ空气扼流线圈的静电屏蔽;

图4示出图2中所示的绕组装置的截面图，其中外绕组层上的层结构被放大示出。

具体实施方式

图1示出了HGÜ空气扼流线圈1，如其通常在高压直流传输（HGÜ）中作为平滑扼流圈所使用那样。这种HGÜ空气扼流线圈1的运行通常在外部区域中进行，并且因此也暴露在那里存在的天气条件下。图1的附图示出了处于垂直状态的空气扼流线圈1，其借助绝缘体13和在底座或地面15上的钢结构15支撑。

在运行情况下，空气扼流线圈1处于相对于地的高电位上，例如500-800kV并且传导高达4000A的电流。空气扼流线圈1之上的电压降、即在电端子11和12之间的电压降与其相比较低，并且大致对应于待平滑电压的残余波动，通常约为100V至几kV。只有在瞬态过程中，如开关过程中或雷击时，空气扼流线圈1本身上才会出现明显的电压降，其绕组的绝缘必须承受住该电压降。

如图2中可见，空气扼流线圈1具有电绕组装置，该电绕组装置具有绕轴线18螺旋缠绕的线圈导体10。导体10的各个层2,3,4和4'通过星形轮7、8保持径向间隔。在星形轮7、8的端面上分别设置有屏蔽帽16，使得减少尖端效应的效果。

由于空气扼流线圈1的高电位，在空气扼流线圈1的外侧与地面15之间形成强静电场。该电位可导致来自周围环境9的载流子在扼流圈1的侧面上产生，其具有开头提到的静电污染或形成“黑点”的后果。为了抵消这种“黑点现象”，空气扼流线圈1配备有静电屏蔽。这种静电屏蔽迄今通过自粘半导电箔实现，然而，根据本发明，该自粘半导电箔现在用层22代替，该层直接喷涂到外绕组层上并在下面详细阐述。

图2根据HGÜ空气扼流线圈的上端面示出从图1中选出的细节图，由此在空间图中可见绕组装置的一部分。半导体层22以涂层的形式喷涂在外侧面21上（也参见图4）。从图2中也可以看出，空气扼流线圈1的各个绕组层2,3,4,4'通过气隙6彼此分开。星形轮7使这些绕组层2,3,4,4 '保持间隔。间隔件5限定了各个绕组层2,3,4,4'彼此的间隔。在端面，星形轮7配备有屏蔽帽16。

在图3中分离出来地示出了HGÜ空气扼流线圈的静电屏蔽17。该静电屏蔽基本上由中空圆柱形层22和在端面包围圆周的集电极19,20组成。层22通过喷涂制造。利用喷枪，将半导体聚氨酯涂料在喷枪中以3-4bar的气压来雾化，并在外侧喷涂在绕组层4'的侧面上。在喷射过程期间，喷枪和线圈1的轴线18之间的间隔保持恒定。以这种方式，借助于自动喷涂设备，可以在绕组层4'的外周面上产生具有80-120μm的均匀层厚度的半导电涂层22。

涂层22在端面分别具有围绕圆周延伸的集电极19、20。这些集电极19,20与空气扼流线圈1的电端子11,12导电连接。

半导体层22包括聚合物材料，该聚合物材料包含半导电固体颗粒或颜料形式的填充材料，所述半导电固体颗粒或颜料嵌入在聚合物材料中。在此，颗粒的导电性可以分别通过其材料的掺杂在宽的范围内改变。通过颗粒和基质材料的掺杂或合成，可以制造表面电阻在10⁹和10¹⁴欧姆/平方之间的范围内的电阻涂层22。如所述那样，层22用作静电屏蔽。利用半导电层22，实现了从外部空间9撞击到空气扼流线圈1上的载流子分别通过最短的路径“耗散地”到达最近的集电极19或20，并从那里导出到端子11或12之一。通过导出这些载流子，减小了在气隙扼流圈2的外侧形成导电结构的风险，并因此降低了表面漏电流的风险。因此可以在很大程度上防止开头提到的缺点。

图4示出了图2中所示的绕组装置的截面图，其中外绕组层4'上的层结构被放大示出。处于外部的绕组层4'的侧面21涂有半导体涂喷涂层22。喷涂涂层22包含填充材料。在图4中，填充材料的颗粒用附图标记23表示。填充材料由不同材料的颗粒23组成。在本实施例中，填充材料的成分由不掺杂的碳化硅和掺杂锑的氧化锡构成的不同材料的颗粒23的混合物组成。朝向外部空间9，喷涂涂层22覆盖有由RTV硅树脂组成的保护层或覆盖层24。

尽管已经基于上述两个实施例详细描述和阐述了本发明，但是本发明不限于这些示例。在不脱离本发明的基本构思的情况下，可以设想其他设计方案和变型。

附图标记列表

1 空气扼流线圈

2,3,4,4' 绕组层

5 间隔件

6 气隙

7,8 星形轮

9 外部空间

10 线圈导体

11,12 空气扼流线圈1的电端子

13 绝缘体

14 支撑结构

15 地面，底座

16 屏蔽帽

17 静电屏蔽

18 轴线

19,20 集电极

21 外绕组层4'的侧面

22 层

23 颗粒，填充材料

24 覆盖层

Claims

1.一种HGÜ空气扼流线圈（1），包括：

- 至少一个同心绕组层（2-4,4'），其中在所述绕组层的端部上构造电端子（11,12），

- 静电屏蔽（17），其包含：

--由静电耗散材料构成的层（22），所述静电耗散材料具有在10⁹至10¹⁴欧姆/平方的范围内的表面电阻，

--其中所述层（22）在至少一个端部上配备有基本上在其圆周上延伸的集电极（19,20），用于连接所述端子（11,12）之一，

其特征在于，

所述层（22）构造为处于外部的绕组层（4'）的侧面（21）上的喷涂涂层，其中所述层（22）包括具有嵌入的填充材料的聚合物基质，其中所述聚合物基质的材料是环氧树脂或聚氨酯或硅树脂或聚酯。

2.如权利要求1所述的空气扼流线圈，其特征在于，所述层（22）具有在80μm和120μm之间的层厚度。

3.如权利要求1或2所述的空气扼流线圈，其特征在于，所述填充材料由金属氧化物或碳化硅构成的颗粒（23）形成。

4.如权利要求1或2所述的空气扼流线圈，其特征在于，所述填充材料由掺杂的金属氧化物或掺杂的碳化硅构成的颗粒（23）形成。

5.如权利要求1或2所述的空气扼流线圈，其特征在于，所述填充材料由颗粒（23）形成，所述颗粒（23）由未掺杂的碳化硅和掺杂有锑的氧化锡构成。

6.如权利要求1或2所述的空气扼流线圈，其特征在于，所述层（22）覆盖有覆盖层（24）。

7.一种用于制造HGÜ空气扼流线圈的方法，包括以下方法步骤：

- 提供至少一个同心绕组层（2-4）;

- 用喷涂涂层方法在外侧面（21）上涂覆所述至少一个同心绕组层，其中由半导体涂料形成层（22），所述半导体涂料由静电耗散材料构成，所述静电耗散材料具有在10⁹至10¹⁴欧姆/平方的范围内的表面电阻，其中所述层（22）包括具有嵌入的填充材料的聚合物基质，其中所述聚合物基质的材料是环氧树脂或聚氨酯或硅树脂或聚酯。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述层（22）用低压喷涂方法（HVLP）形成。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述层（22）具有在80μm和120μm之间的层厚度。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在用于雾化材料的低压喷涂方法中，使用具有3-4bar的气压的压缩空气。