CN1285077A - 具有用介电流体浸渍过的绝缘体系的电气设备的制造方法 - Google Patents

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Abstract

具有至少一个导体和一个多孔、纤维状和/或层状的电绝缘体系的电气设备的制造方法,该绝缘体系包含用介电流体浸渍的固态电绝缘部件和在用本方法制造的电气设备中使用的多孔、纤维状和/或层合体。该方法包括如下步骤:提供彼此相连的一个导体和一个多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘材料,用凝胶化添加剂对此多孔、纤维状和/或层状体进行预处理,使该物体含有凝胶化添加剂,在电气设备的设计操作条件下,此凝胶化添加剂赋予流体以高黏度和弹性,用介电流体对经过预处理含有凝胶化添加剂的绝缘体进行浸渍,其中,在浸渍时,凝胶化添加剂与介电流体接触,而且凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体,使得在浸渍以后该介电流体发生凝胶化。

Description

具有用介电流体浸渍过的 绝缘体系的电气设备的制造方法
技术领域
本发明涉及包含至少一种电流载体或电压载体，即导体和介电体，如电绝缘的介电体系的绝缘电气设备的制造方法。该介电体系含有浸渍了介电流体如油或绝缘体的多孔、纤维状和/或层状的电绝缘固体部件。
本发明特别涉及电绝缘直流电缆的制造方法，该电缆包括一根导体和一个浸渍的绝缘体系。该浸渍的绝缘体系包括许多层，如内层半导电层、绝缘层和外层半导电层。本发明还涉及其它静态电气设备，如变压器、电容器等。在本发明的另一方面，涉及一种在这样的方法中用来制造包含导体和浸渍多孔、纤维状和/或层状绝缘体系的电气设备的多孔、纤维状和/或层合体，以及这种物体在电气设备中的应用。
背景先有技术
早期用于输送和分配电力的供电***中有许多是基于直流技术的。然而，这些直流技术迅速地被使用交流电的***(即AC)代替。AC***具有所希望的特征，即在发电电压、输送电压和配送电压之间容易进行变压。在20世纪前半叶，现代供电***的发展都是基于AC输送***的。到1950年代，远距离输送方案有了日益增长的需求，很明显在某些情况下采用基于直流的***可能会有好处。可以预见的优点包括减少了所遇到的与AC***稳定性相联系的问题、更有效地利用设备，因为体系的功率因数永远是1，以及在较高的操作电压下能够使用给定的绝缘厚度或间隙。与这些明显优点相对的是，不得不权衡将AC转化为DC用的，以及DC再变回AC的终端设备的成本。不过，对于给定的输送功率，终端的成本是固定的，因此对于涉及远距离的方案，如对于预定从远处的电站给消费者输送电能的***，包括向海岛输送，以及其它的远距离输送的方案，在输送设备的节省超过终端厂成本的情况下，DC输送***是经济的。
DC操作的一个重大好处是有效地消除了介电损耗，因此在效率上有巨大的收益，在设备上可以节约。DC泄漏电流非常小，以致在额定电流计算中可以忽略不计，而在AC电缆中介电损耗引起额定电流明显的下降。对于较高的***电压这是十分重要的。与此类似，在DC电缆中，高电容不是负担。
如同在AC输送电缆的情况下，当确定DC电缆的绝缘厚度时，瞬态电压是一个要考虑的因素。发现当在***上加上与操作电压极性相反的瞬态电压时，当电缆载上全负荷时，会出现最麻烦的情况。如果该电缆与架空线路***相连，这样的情况一般是作为照明瞬态的结果而发生。
典型的DC输送电缆包括一个导体和一个含有多层的绝缘体系，比如半导体内屏蔽层、绝缘体和半导体外屏蔽层。电缆还补充以外套、加强件等，以在生产、安装和使用时能够经受水的渗入和任何机械摩擦或机械力。至今所供应的几乎所有DC电缆***都是供海底跨越电缆，或者与之相连的陆上电缆。对于长跨距，选择整体浸渍固态纸绝缘型电缆，因为没有因须要加压而在长度上产生的限制。至今已供应了操作电压直至450kV的电缆。在不久的将来，此电压还有可能提高。迄今为止，除了认为应使用层合带材料如层合的聚丙烯纸带的情况，使用的是包含近于全纸带，即基于纸或纤维素纤维带材的缠绕体。此缠绕体一般用电绝缘油或绝缘体浸渍。商品电绝缘DC电缆，如用于在高压即100kV以上电压操作的输送或配电电缆一般是用如下方法制造的，即缠绕或旋转一种基于纤维素或纸质纤维的多孔、纤维状和/或层状的固体绝缘体，然后用电绝缘油浸渍。浸渍一般在绝缘层被缠到导体上以后间歇地进行，是很费时间的，须要仔细地监视和控制。为了浸渍DC电缆，要用通常黏度的流体浸渍几千米长的电缆，该方法的工艺周期要延长到几天，甚至几周或几个月。此外，要按照仔细开发并严格控制的工艺周期进行此费时的浸渍，浸渍罐中在加热、保持和冷却过程中的温度和压力条件的变化都要专门规定，以确保对纤维基绝缘体完全和均匀的浸渍。
在发电站或在大型用电装置如工厂中用于DC输电网络的变压器或电抗器一般也包含多孔的、纤维状的和/或层合的包在导体周围和放在导体之间的绝缘体。一般使用的预成型绝缘体，如所谓层压板，是通过将含有纤维的浆液脱水和层压而得到的。该绝缘体浸渍了介电流体以赋予所需的介电性能。浸渍变压器中的这类绝缘体虽然并不费时，但也是一种敏感的工艺，对要浸渍的流体、介质和浸渍使用的工艺参数都有专门的要求。
电容器呈现出层状结构，在两层电极之间是包括一层或几层聚合薄膜的介电介质。一般使用聚烯烃或热塑性聚酯薄膜。电容器一般用介电流体浸渍。电容器层合结构的浸渍虽然并不费时间，却是一种敏感的工艺，对要浸渍的流体、介质和浸渍使用的工艺参数都有专门的要求。
在前面叙述的浸渍绝缘体系的有效部分是固态部件，如使用的纤维素纤维、聚合物薄膜或任何层压体或带材。介电流体保护绝缘体避免吸收湿气，充满所有的孔隙或其它间隙，借此用介电流体替代了在绝缘体中所含的任何绝缘性能差的空气。
为了保证良好的浸渍结果，希望使用表现出低黏度的流体。但是也优选使用在电气设备操作条件下是粘稠的流体，以避免流体的迁移。通常用Darcy定律(1)来描述流体通过多孔、纤维状或毛细管介质的流动。
这里，v是所谓的流体的Darcy速度，其定义是体积流量除以试样的面积；k是多孔介质的渗透率；△p是通过试样的压差；μ是流体的动力学黏度；L是试样的厚度。因此，流体在多孔介质中的流动速度将基本反比于黏度，在操作温度下表现出低黏度或具有高的温度依赖性的黏度的流体在温度波动的影响下倾向于迁移，在高负荷下操作的电气设备中这种温度波动是自然要发生的，同时也由于在操作过程中经导体绝缘产生的温度梯度。这样的迁移会导致在绝缘体中形成未填充的空隙。任何与介电流体迁移有关的问题都必须仔细考虑。未填充的空隙或其他未填充的间隙或孔都构成介电击穿的引发点。因此希望在浸渍时介电质表现出低黏度，而在操作条件下却表现出高黏度。
通常在浸渍多孔、纤维状或层状的导体绝缘体如输送DC电能时使用的介电流体表现出的黏度随着温度升高基本呈指数下降。浸渍温度必须明显高于操作温度，以得到由于黏度的温度依存性小而造成的所需黏度降。比较起来，在操作时经常出现的温度下，黏度的温度依存性又太高。因此浸渍条件或操作条件的很小变化都会影响介电流体和所浸渍的绝缘体的性能。因此一般如此选择介电流体，使它们在预期的操作温度下有足够的黏度，在操作时在电气设备中发生的温度波动下也能基本完满地保留在绝缘体中。再有，保留的流体将不改变在绝缘体中建立的任何温度梯度。允许高的浸渍温度就能达到这一点。然而，这样高的浸渍温度是不利的，因为这要冒影响绝缘材料、导体的表面性能和促进在电气设备中存在的任何材料之中或之间发生化学反应的风险。高浸渍温度将对生产中的能耗和总生产成本产生负面影响。要考虑的另一方面是绝缘体的热膨胀和收缩，这意味着在冷却时的冷却速度必须受到控制，而且要慢，在已经很费时和复杂工艺上又要增加时间和复杂性。其它类型的油浸电缆使用了低黏度的油。然而这些电缆在沿着电缆上或与电缆相连都有储槽，以保证在经受操作的热循环时电缆的绝缘体被充分浸渍。这样的电缆填充低黏度的油就会有油从损坏的电缆中溢出的风险。因此，优选表现出高的黏度温度依存性和在操作温度下具有高黏度的油浸渍电缆。
为了给通常的矿物油适当增大黏温依赖性，已知要在油中添加和溶解聚合物，比如聚异丁烯。这可能只在高芳香油中实现。然而，与更具脂环性能的油相比，这样的油表现出的电性能更差。而脂环油是更适合于作为电绝缘油使用的。芳香油一般必须用漂白土处理以表现出可接受的电性能。这样的处理是昂贵的，而且如果在处理后没有进行仔细过滤或分离加工，就有小颗粒黏土留在油中的风险。另外，可以选择在美国专利US-A-3，668，128中公开的添加了1～50％(重量)分子量100～900源于3、4或5个碳原子链烯的烯烃聚合物如聚丁烯的油，因为其在低温下的黏度低。这种油在低温下表现出低黏度，良好的耐氧化性和良好的耐气化性，即曝露在电场下可以发生的产生氢气的性能，特别是使用如在US-A-3，668，128中所推荐的低芳含量油时。可是，按照US-A-3，668，128中所公开的油，虽然比传统的浸渍纤维或层合绝缘体的电绝缘油有许多优点，仍然有由于温度波动和/或在操作时建立的温度梯度引起的油迁移的风险，因为在高温操作时低黏度的油不会被保留。
较早的还没有公布的国际专利申请PCT/SE97/01095公开了用凝胶介电流体浸渍的DC电缆。此介电流体含有凝胶聚合物基添加剂，这种添加剂赋予流体在低温下的凝胶态和在高温下的基本是牛顿型易流动态之间有热可逆的转变。在有限的温度范围内发生此黏度的明显转变。将流体和凝胶聚合物基添加剂进行配合，以使易流动牛顿型流体的高温黏度、凝胶的低温黏度和转变的温度范围最佳化，以适应在浸渍和操作两方面的性能需要。这样的含有与适当的聚合物基添加剂相匹配的介电流体的电缆展现出降低浸渍所需时间有很大的潜力，但在浸渍过程中仍须要严格控制温度的周期。凝胶聚合物基添加剂和介电流体要匹配，以同时满足在电缆浸渍和使用时一般是矛盾的要求。至今有一种强烈的要求，进一步降低浸渍温度，而同时增大DC电缆中的电流密度，即提高DC电缆的操作温度。这意味着要减小浸渍温度和操作温度之间的间隙。因此，将特定的需求即使与很合理的***相匹配将是很困难的。必须记住，不仅要用流体充满基本所有的孔洞和间隙，而且在温度波动在操作设备造成的温度梯度下流体还要保持在此绝缘体中。在欧洲专利说明书EP-A1-0，231，402中讨论了含有油和聚合物添加剂的适当凝胶体系，但是为了别的目的，该专利公开，具有慢形成和热可逆凝胶化性能的凝胶化合物打算用作灌封剂，以保证对在具有固体绝缘体如挤塑的聚合物基绝缘体的电缆中的任何间隙有良好的密封和阻隔作用。此慢形成热可逆凝胶化合物含有与脂环或石蜡油混合的聚合物，也考虑了进一步使用了共聚单体和/或嵌段共聚物与油的混合物的实施方案作为包囊剂，因为它有疏水的性能，而且可以在低于灌封剂本身的最高使用温度的温度下将其注入到间隙中。用于同样目的，即用作灌封剂阻隔水进入由固态聚合物绝缘体、固态半导体屏蔽层和金属导体组成的电缆的间隙和沿间隙展开的类似凝胶化合物，在欧洲专利说明书EP-A1-0，058，022和EP-A1-0，586，158中是已知的。
这样对于制造电气设备的方法就有了坦率的需求，这种电气设备显示出保证稳定介电性能的浸渍介电体系，有较高的操作温度，但又不升高浸渍温度。该方法将能够并适合于制造电气设备，这种电气设备用来进行操作时，浸渍的介电材料要受到高压直流电场，同时还要受到热波动和/或热梯度。在浸渍时，使用的介电流体将显示出被认为是合适的，以及在技术和经济上有利于浸渍的足够低的黏度。再有，此种流体在浸渍后将显现出高黏度和弹性，使得在所有设计用于操作的温度下操作时，将明显地保留在多孔、纤维状和/或层状的绝缘体中。另一个目标是，该介电流体在浸渍前和浸渍当中将显示出足够低的黏度，以保证稳定的流动性能和在此范围内的流动行为，在浸渍以后发生的黏度变化是明显的，即在浸渍后黏度的改变在几百Pa·s的数量级或更多。
特别是需要一种制造具有电绝缘体系的绝缘DC电缆的方法。该电缆将适用于电网中的输送和配电电缆，以及用于DC输送电能和配电的装置中。该方法将包括使用和加工导体绝缘体，在任何耗时长的批料处理操作如浸渍方面显示明显的降低。借此为明显缩短制造时间，和因此降低了制造成本而提供了潜力。再有，在制造的DC电缆中，传统的包括浸渍纸基绝缘的电缆的可靠性、维护要求低和工作时间长等优点将被保持或者被改善。这就是说，这种电缆将具有稳定而连续的介电性能、高而稳定的电强度以及作为额外的优点的在增大电强度上的余地，因而可以提高操作电压、改进的可操作性以及电缆的耐久性。
发明概述
按照本发明的一个方面，其目的是提供一种制造如前面所规定的电气设备的方法。这是通过如权利要求1的前序部分中所定义的方法，按照本发明来实现的，该方法用于制造包含至少一个导体和一个浸渍的介电体系或绝缘体系的电气设备，其特征按照权利要求1的特征部分进一步估量。按照本发明制造的电气设备的介电体系包含一种用介电流体浸渍的多孔、纤维状和/或层状的固态部件。本发明的方法的进一步发展用附加的权利要求2～26的特征来表征。
按照本发明的另一个方面，其目的是提供一种呈现多孔、纤维状和/或层状结构的电绝缘体，在用介电质浸渍后预期用于电气设备中，其中电气设备用一种方法来制造，在这种方法中，浸渍后的介电流体在凝胶化添加剂的存在下形成凝胶，使得在设计条件下介电流体表现出高黏度和高弹性。对于按照权利要求27前序部分所叙述的电绝缘体，这是由按照权利要求27的特征部分的特点实现的。本发明的电绝缘体的再一个进展用附加的权利要求28～34的特征来表现。再有，本发明的目标是提供这样的绝缘体的用途。在权利要求35～38中提出了这种用途。
发明的详述
一种包含至少一个导体和一个多孔、纤维状或层状的电绝缘介电体系电气设备，所述介电体系包含用介电流体浸渍的固态电绝缘部件，所述设备是通过包括如下步骤的方法制造的：
-提供彼此相连的一个导体和一个多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘材料，以及
-用介电流体进行浸渍，其中在该流体中加入凝胶化添加剂，使得在为该设备而设计的操作条件下该流体具有高黏度和高弹性，
本发明的这个方法以如下的方式实施：
-用凝胶化添加剂对多孔、纤维状和/或层状体进行预处理，使该物体含有凝胶化添加剂；
-随后用介电流体浸渍含有凝胶化添加剂的所述物体；
-在浸渍时，凝胶化添加剂与介电流体接触，以及
-此凝胶化添加剂至少部分地被介电流体溶解，使得在浸渍以后介电流体发生凝胶化。
优选用凝胶化添加剂浸渍或涂布多孔、纤维状和/或层状体。按照本发明提供了一种方法，在此方法中加入凝胶化添加剂并使之与流体接触，使介电流体在浸渍步骤的整个充填阶段仍然保持其容易流动的基本是牛顿型流体的性能，随后凝胶化添加剂与介电流体相接触，使至少一部分溶解在介电流体中，而且随着凝胶化添加剂的溶解，赋予介电流体以高黏度、弹性凝胶的性能。从容易流动的介电流体向高黏度凝胶的转变取决于凝胶化添加剂和介电流体的组合，这个转变可以是瞬时的、缓慢的，甚至是延迟的。一般说来，表现出热可逆凝胶化转变的凝胶化合物的性能在浸渍后被赋予流体。所谓“瞬时转变”指的是随着凝胶化添加剂与介电流体接触并溶解于介电流体，转变立即开始，转变的动力学使转变迅速发生。缓慢的转变一般也是在流体与凝胶化添加剂接触以后直接开始，但溶解和/或转变动力学使转变减慢下来。延迟的转变的实现，一般是由于凝胶化添加剂以物理形式存在，缓慢地释放或溶解，或者由于凝胶化添加剂的迁移特性或在流体或凝胶化添加剂中的传质动力学使转变很慢。在高于热可逆凝胶化的转变温度下，或者在低得足以减慢或限制凝胶化添加剂的溶解的温度下进行浸渍，也可以实现延迟转变。
按照一个实施方案，形成一种多孔、纤维状和/或层状体，然后用凝胶化添加剂进行预浸渍或进行预处理，再用介电流体进行浸渍。一般用含有凝胶化添加剂的溶液浸泡或浸湿绝缘体。按照此特定实施方案的一个方面，形成了用于变压器的脱水和干燥的绝缘体。随后用凝胶化添加剂对成型和干燥的绝缘体进行预浸渍，然后将其固定在电气设备中的电绕组或其它含导体的零件上作为绝缘体。然后一般是经干燥除去溶剂，再把绝缘体放入电气设备中。此后用流体浸渍经预浸渍的绝缘体，浸渍时凝胶化添加剂与介电流体接触，从而使凝胶化添加剂至少部分溶解于流体，以在浸渍后介电流体发生凝胶化。
按照另一个实施方案，在脱水前在浆液中加入凝胶化添加剂，通过比如将含有浆液的纤维进行脱水，在凝胶化添加剂存在下形成绝缘体。另外，在前面的步骤中，在纸研磨机中将凝胶化添加剂加入到电气级纸中，使得提供出的聚合物带材具有含凝胶化添加剂的共挤涂层。
另一个实施方案很适合于制造包含层合介电体系的电气设备的方法。它包括这样一个步骤，其中用凝胶化添加剂处理层合用的任何带材或片材，然后进行层合。此实施方案适合于制造缠绕的绝缘体，比如含多股层合体的电缆绝缘，按照此实施方案的一个方面，在形成了层合体的时候，用凝胶化添加剂处理使用的带材、薄膜或片材。在直接与缠绕或制造层合体的其它技术直接有关的操作中，此带材可以用凝胶化添加剂涂布，也可以用凝胶化添加剂浸渍/浸泡。通过在层合带材的纸侧喷涂、通过用含有凝胶化添加剂等的溶液或分散液沾染层合带材的纸侧可以提供凝胶化添加剂。可以只在一些带材上包含凝胶化添加剂，凝胶化添加剂的含量在不同的带材之间可以不同，在沿带材的长度方面上也可以不同，因此就提供了机会，在绝缘体系中有不同的黏度或有不同的凝胶化性能即有黏度梯度。凝胶化添加剂也可以被制造到带、膜、片或索上，使用适当的技术如薄膜吹塑、挤塑、压延的技术，使它们都含有凝胶化添加剂。如果为了实现所需的绝缘体系的性能，这样的带、膜、片或索可以与绝缘带共缠绕。
按照再一个实施方案，凝胶化添加剂非均匀地分布在绝缘体当中，使得被浸渍的绝缘体表现出黏度梯度。优选的黏度梯度表现出向着导体的方向黏度增大。通过让凝胶化添加剂在绝缘体内非均匀地分布可以改善几个重要的特征：
-保证在开始凝胶化之前凝胶化体系做到更完全地填充，使得该体系的凝胶化几乎是瞬时的；
-实现了自愈合的能力，即绝缘体损坏的部分可以由其它部分的流体重新浸渍；
-由于使用的高负荷使导体周围的温度上升时，可以得到保留其高黏弹凝胶状态的凝胶流体。
介电流体一般是在里面已经添加了各种凝胶化添加剂的电绝缘油。对于大多数类型的油，一般适用的凝胶化添加剂是如下面的化合物：
-含有苯乙烯基嵌段和烯烃基嵌段的嵌段共聚物；
-含有能够形成氢键的极性部分、基团或链段的化合物；
-含有能够形成氢键的极性部分、基团或链段和能溶解于油的非极性部分的化合物；
-含有能够形成氢键的极性嵌段的嵌段共聚物；
-含有能够形成氢键的极性嵌段和能溶解于油的非极性嵌段的嵌段共聚物；
-含有烯烃嵌段和在其骨架结构上具有芳香环嵌段的嵌段共聚物；
-糖基化合物；
-含有脲和二脲的化合物。
在较早还没有公开的国际专利申请PCT/SE97/01095中叙述的聚合化合物优选被用于至少任何一种基于矿物油的介电流体中。含有聚烷基硅氧烷的凝胶化添加剂非常适合于至少一种基于硅油的介电流体中，而含有纤维素基化合物的凝胶化添加剂则适合于至少一种任何的基于植物油的介电流体中。
按照本发明的一个优选实施方案，本发明的方法被用于制造包含导体和浸渍绝缘体系的DC电缆中。此绝缘体系一般包含缠绕纸带和/或聚合材料。最普遍的是使用全纸带或包括纸和以适当的方式层合在一起的聚丙烯膜的层合带。按照本发明制造绝缘DC电缆的方法包括如下的步骤：
-放置或用其它方法形成具有任何所需形状和构造的导体；
-在导体周围形成第一层半导体内屏蔽层；
-优选用缠绕或旋转一种层合体的方法，在包含导体和半导体内屏蔽层的中心层周围、在半导体内屏蔽层的外面形成一层多孔的、纤维状绝缘体；
-在该绝缘体的外面形成第二层半导体外屏蔽层；
-用介电流体浸渍该绝缘体系；
-提供外壳或其它形式的包装壳，它能够密封电缆并进行机械保护。
按照本发明，以适当的方式将凝胶化添加剂加入到缠绕的绝缘体中，使得当含有凝胶化添加剂的缠绕绝缘体被浸渍时，流体与凝胶化添加剂接触，至少部分的凝胶化添加剂溶解于流体中。结果，介电流体发生凝胶化。对于在浸渍前用凝胶化添加剂处理过的用介电绝缘体系绝缘的DC电缆，可以以一种方式赋予最终产品中的介电流体以高黏度弹性凝胶的性能，借此，在浸渍步骤的基本整个填充阶段介电流体保持其易流动的基本牛顿型流体的性能，而以后，随着凝胶化添加剂与介电流体接触，而且至少部分溶解于该介电流体中，易流动的流体就转变为高黏度的弹性凝胶。在使用本发明的方法进行浸渍以后，凝胶化合物在高温下易流动状态和在低温下的高黏度凝胶状态之间有热可逆转变的性能就被赋予了该流体。易流动的介电流体第一次转变为高黏度凝胶取决于凝胶化添加剂和流体两者的结合，可以是瞬时的、缓慢的甚至是延迟的。正如在前面已经叙述过的，这也取决于浸渍温度。
用来形成缠绕体的带材优选用凝胶化添加剂进行预处理。此预处理按照带生产线已经实施的优选实施方案进行，当然也可以以特别的处理操作或与缠绕同时进行。这对所有类型的带材，如纸带、所有聚合物、或纸和聚合物膜或者不同的聚合物膜的层合物、各种网状织物、非织造的带材或片材都是一样的。可以用喷涂、浸涂或其它使带材与含有凝胶化添加剂的溶液或分散液接触的方法涂布纸带。凝胶化添加剂可以被加入到聚合物膜的带材中，或者将凝胶化添加剂喷洒或挤出到聚合物上。含有凝胶化添加剂的涂层也可以与聚合物带或聚合物膜共挤出。按照本发明，具有多孔、纤维状和/或层状结构，并打算在用介电流体浸渍之后用在电气设备中的电绝缘体或介电体含有凝胶化添加剂，以保证在浸渍以后该介电流体从易流动的流体即液体转变为高黏度的弹性凝胶，或转变为能够在高温下易流动的液体和低温下高黏度弹性凝胶之间进行热可逆转化的凝胶化合物。
按照一个实施方案，绝缘体或形成绝缘体的材料用凝胶化添加剂进行预浸渍。按照这个实施方案，预期用作绝缘体的预成型体可以被浸入或用含有凝胶化添加剂的溶液喷洒，然后在其固定在变压器中之前进行干燥，并用变压器油浸渍。缠绕的绝缘体，例如由带材缠绕的电缆绝缘体可以使用被缠绕电缆绝缘用的凝胶化添加剂预处理过的带材形成预浸渍体。这对所有类型的带材，如所有纸带、所有聚合物、或纸和聚合物膜或者不同的聚合物膜的层合物、各种网状织物、非织造的带材或片材都是一样的。可以用喷涂、浸涂或其它使带与含有凝胶化添加剂的溶液或分散液接触的方法涂布纸带。凝胶化添加剂可以被加入到聚合物膜的带材中，或者将凝胶化添加剂喷洒或挤出到聚合物上。含有凝胶化添加剂的涂层也可以与聚合物带或聚合物膜共挤出。
按照本发明的又一个实施方案，优选在表面活性剂或表面活性剂的混合物存在下进行浸渍，这样将在凝胶化发生之前进一步强化浸渍过程。可以将表面活性剂或表面活性剂体系加入到流体中，也可以视情况加入到多孔、纤维状和/或层合体中。
为了保证改进的电气和机械性能的长期稳定性，在绝缘体系中包括了气体吸收添加剂。适用的气体吸收添加剂是分子量小于1000g/mol的低分子聚异丁烯。
在电容器中使用的固态的薄膜，比如聚丙烯或聚乙烯或其它聚烯烃或热塑性聚酯如PET的薄膜，可以在薄膜被放置到层合电容元件的两个箔电极之间前，用类似的方法涂布上凝胶化添加剂。
按照本发明制造并包含本发明的介电体或电绝缘体的电气设备，保证有长期稳定而连续的电性能，以及如任何包含如此浸渍的多孔、纤维状和/或层合体的传统电气设备一样好或更好的高而稳定的电强度。由于这种装置设计成长寿命，对这种装置的维修机会有限，这一点是特别重要的。在浸渍绝缘体之前，用含有赋予高黏度凝胶性能组分的添加剂或用在低温下高黏度凝胶和高温下易流动液体之间有热可逆转变的凝胶化合物进行预处理，保证了在高温下使用、在过度的热波动和在热梯度下时，绝缘体系有长期稳定的性能。此能力的余地能够增大操作负荷。按照本发明制造的设备的另一个优点是由于缩短了浸渍周期因而减少了生产时间。还有，因为不仅仅靠温度依存性而实现凝胶化，在制造时对温度的敏感性就明显下降了。而与浸渍有关的所实现的就地制备凝胶化合物还具有如下的优点：
-省略了在浸渍前向流体中添加凝胶化添加剂的准备步骤；
-不再需要装卸和运输含有凝胶化添加剂的凝胶介电流体所需的特殊措施；
-做到了在浸渍的过程中提供了低黏度的流体，而在使用时仍然保证有足够高的黏度，对于层合体，特别是对于包含有固态薄膜或带材的层合体而言这是特别有利的，因为用传统的高黏度流体难以对它们进行浸渍；
-浸渍时间短；
-浸渍温度低，减少了绝缘体系发生热损坏的风险，提供了延迟凝胶化的措施，因为在此低浸渍温度下凝胶化添加剂的溶解度是很低的，在含有固态聚合膜的层合体系中这是特别有利的，因为它提供了在浸渍过程中改善了的流动动力学，和在浸渍和凝胶化以后的良好滞留性；
-可以使用具有不同凝胶化添加剂含量的带材，以在任何方向或以任何分布方式造成黏度梯度；
-预涂布、预浸渍或者用别的方式进行预处理的带可以是吸水很低的，在用介电流体来制造要浸渍的绝缘体之前无须干燥，以及
-可以缩短在浸渍前对介电流体进行任何脱气所需的时间。
附图的简要说明
参照附图和实施例将更详细地说明本发明。图1显示输送电能的典型的DC电缆，它包含一个按照本发明缠绕和浸渍的绝缘体。
优选实施方案的叙述，实施例
在图1中所显示的按照本发明实施方案的DC电缆从内向外包含：
-绞合的多股导线10；
-分布在导线10的***，而在导线绝缘体12内部的第一层半导体屏蔽层11；
-含有如上所述的凝胶化添加剂的缠绕和浸渍导体绝缘层12；
-分布在导体绝缘层12***的第二层半导体屏蔽层13；
-金属网14，以及
-分布在金属网14外面的保护壳层15。该电缆在挤出的外屏蔽层13的外面进一步还补充有一种金属形式，优选是钢丝形式的补强件，在导线10之中和周围的间隙中还引进了一种密封化合物或水溶涨的粉末。
本发明的方法应用于任何含有用介电流体或介电体浸渍的固态多孔或层合件绝缘体系的适宜的DC电缆中。本发明的应用与导体的形状无关。它也可用于具有此类包含有任何适宜的功能层的绝缘体系的DC电缆，而无论这些层的结构如何。其应用于此类DC电缆也不管包括此电缆在内的输送电能的***的结构如何。
本发明的DC电缆可以是如图1所示的单根的多股导线，也可以是具有两根或多根导线的DC电缆。包括两根或多根导线的DC电缆可以是任何已知类型两根导线在扁平的电缆中并排放置的电缆，或者是在两根导线的放置中，一根是中心导线，其周围是第二根同轴放置的外导线。外导线一般放置为导电鞘、网或屏蔽层的形式，一般是一种不限制电缆柔软性的金属网。
本发明的DC电缆适用于在双极或单极的直流***或输送电能的装置中使用。双极***一般包括两个或多个相互联系的单根导线电缆，或者是至少一根多导线电缆。而单极装置则具有至少一根电缆和一个适当的电流返回途径的布置。
在图1上显示的是按照本发明实施方案的DC电缆，它包括一根如前面所定义的缠绕和浸渍的导体绝缘层，它能保证长期稳定持久的介电性能和象传统的缠绕和浸渍电缆一样好或更好的高而持久的电强度。由于这种装置设计成长寿命的，而且这类装置安装在遥远之处甚至于海底，因而维修的机会甚少，所以这一点是特别重要的。在浸渍前用含有凝胶组分的添加剂预处理纤维状或固态的带材保证了在高温下、在过量的温度波动和在热梯度下工作的电缆的电缆绝缘的长期稳定的性能。此能力上的余地使得增大了操作负荷。按照本发明制造的DC电缆的再一个优点就是由于缩短了浸渍时间而减少了生产时间。另外由于凝胶化的实现不依靠对温度的依存性，这就明显地减小了在制造过程中对温度的敏感性。
实施例1
将电绝缘级的纸带通过含有苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物的水分散液。然后将处理过的带干燥，随后用于绝缘体的缠绕，如电缆绝缘中。在浸渍和干燥后，多孔的纤维状带就含有了凝胶化添加剂。此处理提供的带取决于含有苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物作为凝胶化添加剂的涂布或浸渍电绝缘级纸带的浸泡程度。在浸渍时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。因此，以如下的方式改变介电流体的流变性能，使其在完成浸渍以后就转变为在低温下的高黏度状态和高温下的易流动液体状态之间有热可逆转变的凝胶化合物。在电气设备的典型操作温度下，得到的流体处于高黏度的弹性凝胶状态。处理优选在纸研磨机，比如在为纸提供涂层的机器中进行，但是，当然也可以在专门的处理中，或者与缠绕工艺一起进行。自然可以用任何适当的方法，比如喷涂的方法将凝胶化添加剂涂布在纸带上。
实施例2
层合纸聚丙烯带，即PPLP带包含层合的聚丙烯和电气级纸膜，在纸侧喷涂上含有5％(重量)苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物在环己烷中的分散液。然后将处理过的带干燥，随后用于在电缆绝缘中使用类型的绝缘体缠绕。在加入凝胶化添加剂并干燥以后，层合带的多孔纤维状纸的部分就含有此凝胶化添加剂。在其纸的部分含有苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物作为凝胶化添加剂的处理过的PPLP带缠绕体用电绝缘油浸渍。在浸渍时，至少部分凝胶化添加剂溶解于油。在浸渍后介电流体的流变性能发生了如下的改变，它显示出凝胶化合物的性能，具有了热可逆的转变，在DC电缆典型的操作温度下，转变为高黏度的弹性凝胶状态。在制造层合带的同时加入凝胶化添加剂从成本的角度看是有利的，但是，当然也可以分开进行处理，或与缠绕工艺一起进行。当然也可以通过任何适当的方法，如通过一个浴，或者通过一个含有溶液的垫或海绵体将凝胶化添加剂涂布在纸带上。
实施例3
在聚丙烯带的一侧，共挤出一层含有苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物的薄层。该薄层迅速固化，几乎能马上用来缠绕电缆绝缘使用的绝缘体。在浸渍时将含有凝胶化添加剂的涂层溶解于介电流体。介电流体的流变性能就发生了这样的改变，在浸渍以后它具有了凝胶化合物有热可逆转变的性能，在DC电缆的正常操作条件下表现出高黏度的弹性凝胶状态。当然此涂层也可以涂到实施例2中的纸层合聚丙烯带，即PPLP带上。在此情况下，优点是可以在制造基带的同时进行涂布，即通过共挤出聚丙烯和苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物形成一种双层带，然后可以将纸层合到PPLP带上，或者作为聚丙烯带使用，但是，也可以以分开的特定操作，或者与缠绕工艺一起进行共聚物涂层的挤出。
实施例4
在两个电极箔之间的层合结构中加入在实施例3中涂布为带的涂布聚丙烯薄膜，并缠绕成缠绕的电容器元件。此电容器元件被包括在串联或并联的缠绕电容器元件组件中，或者将串联的元件并联或将并联的元件串联。将此组件放置在一个槽或罐中进行浸渍。在浸渍时，薄涂层慢慢溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在电容器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。
实施例5
如实施例4进行操作，只是将SEBS三嵌段共聚物涂层挤出到聚丙烯片上。在两层薄电极之间将此片材堆积为层状结构，并进行浸渍。在浸渍时，该薄涂层慢慢地溶解在介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在电容器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。
实施例6
将含水基纤维的浆液脱水形成纤维状绝缘体。在干燥以后，用含有6％(重量)游离基苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物的分散液喷涂在绝缘体上。随后将涂布的绝缘体干燥。在浸渍此绝缘体时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在变压器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。
实施例7
将含有水基纤维的浆液脱水形成纤维状绝缘体。在干燥以后用含有4％(重量)苯乙烯/乙烯/丁烯三嵌段共聚物的的溶液喷涂在此绝缘体上。然后将绝缘体干燥。在浸渍绝缘体时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在变压器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。当然实施例6和实施例7或任何含有凝胶化添加剂的喷涂涂层可以被印制到成型并干燥过的纤维体上，只要允许任何长时间的干燥即可，可以用将绝缘体浸入含有凝胶化添加剂的溶液的方法来代替喷涂。此浸泡适合于增加凝胶化添加剂进入绝缘体内部的能力，这就给绝缘体提供了更为均匀的凝胶化添加剂分布。
实施例8
用含有5％(重量)苯乙烯-乙烯/丁烯三嵌段共聚物在环己烷中的溶液喷涂拉伸的聚丙烯绝缘体，比如薄膜、带材或片材。调节在喷涂模具前拉长绝缘体的通过速度，以改变聚合物表面上共聚物的附着量。然后用来自热空气干燥器的热空气流干燥涂布的涂层，随后立即将此物体放入待浸渍的绝缘体中。在浸渍绝缘体时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在变压器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。可以用缠绕、堆积或其它适当的方法形成薄膜带或片，然后将其成型用作比如电缆中的导体绝缘，或者放在电容器的两个电极之间作为介电体。电容器还可以是包括排在被一层或几层薄膜分开的两个电极箔的缠绕电容器元件，或者作为包括在两个电极之间有层积层介电体的电容器。
实施例9
吹塑由苯乙烯-乙烯/丁烯三嵌段共聚物，即SEBS构成的薄膜。将此薄膜与纸基带共缠绕形成电缆绝缘体，用矿物油进行浸渍。此SEBS薄膜在缠绕体中的分布应使得在浸渍时使导体周围的绝缘具有在中心部位具有高黏度的黏度梯度。在浸渍此缠绕体时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在DC电缆的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。
实施例10
吹塑由苯乙烯-乙烯/丁烯三嵌段共聚物，即SEBS构成的薄膜。将此薄膜堆积在包含聚丙烯固态聚合物薄膜的介电体层间。浸渍此绝缘体。SEBS薄膜在堆积层绝缘体中的分布应使得保证在开始凝胶化之前绝缘体被完全充填。在浸渍此层合体时凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在电容器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。
实施例11
吹塑由苯乙烯-乙烯/丁烯三嵌段共聚物，即SEBS构成的薄膜。将此薄膜放置在包括两个被一层或几层聚丙烯薄膜分开的两层电极箔之间。将此绝缘体缠绕成缠绕电容器元件，并排在这样的电容器组件中。浸渍此电容器组件。在缠绕体中SEBS薄膜的分布应使得保证在凝胶化开始之前完全填充该绝缘体。在浸渍此层合体时，凝胶化添加剂至少部分溶解于介电流体中。介电流体/凝胶化合物的流变性能发生如下变化，在浸渍的过程中能保证电容器元件的层合结构的完全浸渍，而在浸渍以后转化为凝胶化合物，在低温下的高黏度凝胶状态和高温下的易流动状态之间有热可逆转变。在电容器的典型操作温度下，此凝胶化合物处于高黏度弹性凝胶状态。

Claims (39)

1．包含至少一个导体和一个多孔、纤维状和/或层状的包含用一种介电流体浸渍了的固态电绝缘部件的电绝缘介电体系的电气设备的制造方法，其中该方法包括如下步骤：
-提供彼此相连的一个导体和一个多孔、纤维状和/或层状结构的固态电绝缘材料，以及
-用介电流体进行浸渍，其中在该流体中加入凝胶化添加剂，使得在为该设备设计的操作条件下该流体具有高黏度和高弹性，其特征在于，用凝胶化添加剂对此多孔、纤维状和/或层状体进行预处理，使该物体含有凝胶化添加剂，其特征还在于，随后用介电流体浸渍含有凝胶化添加剂的物体，其特征还在于，在浸渍时，凝胶化添加剂与介电流体接触，以及此凝胶化添加剂至少部分被介电流体溶解，使得在浸渍以后介电流体发生凝胶化。
2．如权利要求1的方法，其特征在于，凝胶化合物表现出在浸渍以后赋予该流体发生热可逆凝胶化转变的性能。
3．如权利要求1或2的方法，其特征在于，成形一种绝缘体，而且所形成的绝缘体在用介电流体浸渍前，用凝胶化添加剂进行预浸渍。
4．如权利要求1或2的方法，其特征在于，此绝缘体是在凝胶化添加剂存在下成形的。
5．如权利要求4的方法，其特征在于，通过含纤维浆液脱水形成绝缘体，以及在脱水前将凝胶化添加剂加入到此浆液中。
6．如权利要求4的方法，其特征在于，将该绝缘体层合使之包含许多层，在层合前用凝胶化添加剂预处理层合用的带材或片材。
7．如权利要求4的方法，其特征在于，将该绝缘体层合使之包含许多层，在层合体成形时，用凝胶化添加剂处理层合用的带材或片材。
8．如权利要求6或7的方法，其特征在于，用凝胶化添加剂涂布层合用的带材、薄膜或片材。
9．如权利要求6或7的方法，其特征在于，层合用的带材、薄膜或片材用凝胶化添加剂浸渍/浸泡。
10．如权利要求6或7的方法，其特征在于，层合用的带材、薄膜或片材含有凝胶化添加剂。
11．如权利要求6至9中任何一项的方法，其特征在于，将该带材、薄膜或片材缠绕成包括在已浸渍的DC电缆中的导体绝缘体。
12．如权利要求6至9中任何一项的方法，其特征在于，带材、薄膜或片材成形为分隔两个电极箔的介电体，被包含一层或几层聚合物薄膜的介电体分开的两个电极箔的层合结构成形为一个电容器元件，多个电容器元件组合成为一个电容器，用介电流体浸渍此电容器元件的组合件。
13．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，凝胶化添加剂不均匀地分布在绝缘体中，使得在浸渍后，该流体转化为具有黏度梯度的凝胶化合物。
14．如权利要求13的方法，其特征在于，黏度梯度朝着导体的方向增大。
15．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有具有苯乙烯基嵌段和烯烃基嵌段的嵌段共聚物。
16．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有能够形成氢键的极性链段。
17．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有包含能够形成氢键的极性嵌段的嵌段共聚物。
18．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有包含能够形成氢键的极性嵌段和能溶解于该介电流体的非极性嵌段的嵌段共聚物。
19．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有包含烯烃嵌段和在骨架结构上具有芳香环嵌段的嵌段共聚物。
20．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂是糖基化合物。
21．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有脲或二脲。
22．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有聚烷基硅氧烷。
23．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该凝胶化添加剂含有纤维素基化合物。
24．如前面权利要求中任何一项的方法，其特征在于，在表面活性剂或表面活性剂混合物的存在下进行浸渍。
25．如权利要求24的方法，其特征在于，在浸渍前将该表面活性剂或表面活性剂混合物加入到介电流体中。
26．如权利要求24的方法，其特征在于，在浸渍前将表面活性剂或表面活性剂混合物加入到待浸渍的绝缘体中。
27．一种显示出多孔、纤维状和/或层状结构，并在用介电流体浸渍后用在电气设备中的电绝缘体，其中用如前面的权利要求中任何一项的方法制造并包含导体和被浸渍的电绝缘的多孔、纤维状和/或层状体的电气设备，通过加入凝胶化添加剂使该介电流体在浸渍后发生凝胶化，从而使在设计条件下该介电流体显示出高黏度和高弹性，其特征在于，该绝缘体含有凝胶化添加剂。
28．如权利要求27的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体是用凝胶化添加剂预浸渍的预成形体。
29．如权利要求27的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体包括用凝胶化添加剂进行预浸渍的带材、片材或薄膜。
30．如权利要求27的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体包括涂布有凝胶化添加剂的带材、片材或薄膜。
31．如权利要求27的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体包括含有凝胶化添加剂的带材、片材或薄膜。
32．如权利要求28至31的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体将要安装在变压器中。
33．如权利要求28至31的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体是放置在DC电缆导体周围的缠绕绝缘体。
34．如权利要求28至31的电绝缘体，其特征在于，该电绝缘体是包含放置在电容器元件的两个电极箔之间的聚合物基固态薄膜的一种层合介电体。
35．如权利要求27至34中任何一项的电绝缘体作为放置在电气设备的导体周围和/或之间的浸渍导体绝缘体的用途。
36．如权利要求28至31中任何一项的电绝缘体作为将要安装在变压器内的预成形和预浸渍绝缘体的用途。
37．如权利要求28至31中任何一项的电绝缘体作为放置在DC电缆的导体周围的缠绕绝缘体的用途。
38．如权利要求28至31中任何一项的电绝缘体作为放置在电容器元件的两个电极箔之间的包含聚合物基固态薄膜的一种层合介电体的用途。
39．如权利要求1至26中任何一项的方法，其特征在于，在绝缘体系中加入如低分子量聚异丁烯之类的气体吸收添加剂。
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