專利名稱：電絕緣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括電絕緣體和電場均壓主體的電絕緣裝置，所述電
場均壓主體包括電場均壓材料，該材料包括包含電介質(zhì)材料的基 體；分布于所述基體中的多個(gè)微變阻粒子；以及包括導(dǎo)電材料并且 在各個(gè)微變阻粒子之間形成導(dǎo)電橋的多個(gè)橋粒子。
在此描述的微變阻粒子包括包含這樣材料的粒子該材料的電阻 率非線性地取決于對(duì)其應(yīng)用的電場的強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
在從第 一介質(zhì)到第二介質(zhì)的電場轉(zhuǎn)移處，由于所形成的電場可能 產(chǎn)生對(duì)電氣設(shè)備有害的電應(yīng)力。例如在屏蔽高壓電纜中，電場沿電 纜軸向是均勻的，并且僅在徑向電場中存在差異。當(dāng)電纜端接或被 接合時(shí)，沿電纜一定距離去除電纜屏蔽。去除屏蔽導(dǎo)致在屏蔽末端 的電場不連續(xù)性，形成高電應(yīng)力。必須降低這些高電應(yīng)力以免影響 系統(tǒng)的預(yù)期壽命。
可以通過均壓從第 一介質(zhì)到第二介質(zhì)(例如從屏蔽的電纜部分到 原始屏蔽被去除的電纜部分)的電場轉(zhuǎn)移處的電場，以降低所討論 的電應(yīng)力。針對(duì)這種電場均壓已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用了多種方法。本發(fā)明 涉及所謂電阻性和電容性電場均壓。
電阻性電場均壓可用于交流和直流應(yīng)用。當(dāng)電壓以脈沖形式產(chǎn)生 時(shí)，電阻性電場均壓也可用以實(shí)現(xiàn)電場均壓。在上述種類的電纜末 端的情況下，在電纜的非屏蔽部分周圍最接近電纜的屏蔽部分的區(qū) 域應(yīng)用具有適當(dāng)電阻的主體并且與屏蔽電接觸。當(dāng)在電纜上施加電 壓時(shí)電流經(jīng)過該主體流向處于地電位的電纜屏蔽。隨后在該主體中 發(fā)生電阻性的電壓降而形成更均勻的電位分布。如果主體包括的材料表現(xiàn)為隨電場增強(qiáng)而降低的非線性電阻，則該電位分布將更呈線 性。越接近屏蔽邊緣，電場均壓主體中的電場越強(qiáng)，并且從而，如 果主體表現(xiàn)為這種非線性電阻，主體中的電阻越低。用這種方法， 與不表現(xiàn)為這種非線性電阻的主體比較，沿著該電場均壓主體的電
電容性電場均壓用于交流應(yīng)用。然而，當(dāng)電壓以脈沖形式產(chǎn)生時(shí) 電容性電場均壓也可以用以實(shí)現(xiàn)電場均壓。在上述種類的電纜末端 的情況下，在電纜的非屏蔽部分周圍最接近電纜的屏蔽部分的區(qū)域 中應(yīng)用具有比絕緣體高的介電常數(shù)并且損失盡可能低的材料的主體 并且與屏蔽電接觸，由此實(shí)現(xiàn)等勢線分布。在適于均壓高壓直流應(yīng) 用中的電場的材料中也希望具有電容性電場均壓屬性，以便在突然 發(fā)生電壓電涌的情況下實(shí)現(xiàn)有效電場均壓。
現(xiàn)有技術(shù)中在電場均壓主體中使用的電場均壓材料包括電介質(zhì) 基體， 一般地是聚合物，以及均勻分布于所述基體中的多個(gè)微變阻
粒子。微變阻粒子包括這樣的材料其特別的屬性在于其電阻率， 該電阻率在很大程度上取決于對(duì)其所應(yīng)用的電場的強(qiáng)度。這種依賴 關(guān)系是非線性的。典型的微變阻粒子材料是如SiC或ZnO這樣的材
料。 一般地，所述微變阻粒子為球形，平均直徑在30Mm至100mm 范圍內(nèi)。典型地，它們約占電場均壓材料體積的20%至25%。
然而，為了完成傳導(dǎo)電流的任務(wù)并且從而使電場均勻，必須被添 加到基體材料中的微變阻粒子的數(shù)量將大大影響電場均壓材料的機(jī) 械屬性，使之更具剛性和脆性并且不太容易形成用于特定應(yīng)用的形 狀。
為了解決這個(gè)問題，現(xiàn)有技術(shù)提出結(jié)合多種其它粒子，該粒子具 有導(dǎo)電特征，但與微變阻粒子相比對(duì)電場均壓材料的機(jī)械屬'h生的不 利影響較小。現(xiàn)有技術(shù)因此提出使用炭黑作為這種其它粒子。通過 采用電阻率對(duì)所其應(yīng)用的電場的強(qiáng)度的依賴小得多的這種其它導(dǎo)電 粒子，微變阻粒子的濃度可以被降低，其原因在于如果加入炭黑粒 子的量足夠大，其將在各個(gè)微變阻粒子之間形成導(dǎo)電橋。
7然而，在非激勵(lì)條件下，即當(dāng)未施加電場時(shí)或僅施加微弱電場時(shí)， 炭黑粒子也將導(dǎo)致一塊電場均壓材料的導(dǎo)電性的增加。這種導(dǎo)電性 將造成損失，并且相應(yīng)地，不利于使用由這種電場均壓材料制成的 電場均壓主體的絕緣裝置的總效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電絕緣裝置，其具有使用初始定義的電 場均壓材料的電場均壓主體，其電阻率較大程度地取決于對(duì)其所應(yīng) 用的電場的強(qiáng)度，其容易處理，并且當(dāng)經(jīng)受低強(qiáng)度電場時(shí)提供盡可 能高的電阻率。
本發(fā)明的目的還在于提供一種電絕緣裝置，其具有使用電場均壓 材料的電場均壓主體，在所述材料經(jīng)受高強(qiáng)度電場時(shí)，即強(qiáng)度之高 足以使微變阻粒子進(jìn)入其導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，該電場均壓材料的設(shè)計(jì)可促 進(jìn)所述材料的低電阻率。
本發(fā)明的目的是利用初始定義的電絕緣裝置實(shí)現(xiàn)的，其特征在于 所述橋粒子與所述微變阻粒子共同形成滲透網(wǎng)絡(luò)，但所述橋粒子
(10)沒有通過自身間的互聯(lián)而形成滲透網(wǎng)絡(luò)。微變阻粒子可以但 并非必須通過彼此間的互聯(lián)形成滲透網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的概念是基于這 樣的理解橋粒子如炭黑粒子，在很大程度上由于其尺寸小，并且 為了提供所要求的技術(shù)效果，需要被加入到電場均壓材料中的量使 得它們至少在某種程度上在彼此間形成滲透網(wǎng)絡(luò)，在微變阻粒子未 被激勵(lì)時(shí)的電場條件下其也能夠傳導(dǎo)電流，并且由此引起不希望的 電損耗。在微變阻粒子本身形成滲透網(wǎng)絡(luò)的情況下，并且不太需要 橋粒子時(shí)，加入這種粒子可能還是有利的，因?yàn)樗鼈冞€能夠增加微 變阻粒子之間的接觸點(diǎn)的數(shù)量，使電流通過這些接觸點(diǎn)傳導(dǎo)，由此 同樣地有助于形成電場均壓材料更低的最小電阻率。應(yīng)當(dāng)理解，橋 粒子在所述基體中分布的程度以及其所具有的形狀和大小，使得它 們與微變阻粒子共同形成滲透網(wǎng)絡(luò)，但所述橋粒子(10)沒有通過
自身間的互聯(lián)而形成滲透網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在該范圍內(nèi)存在明顯的多個(gè)方案或者至少無需通過過度試驗(yàn)就可以實(shí)現(xiàn) 的多個(gè)方案。為了確定特定的方案是否能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的思想，可以 對(duì)每個(gè)方案執(zhí)行導(dǎo)電性試驗(yàn)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子和所述橋粒子是三維粒子， 其中橋粒子在其最大維度中的大小為L并且微變阻粒子在其最大維
度中的大小為h,并且旦/b〉 1/100。優(yōu)選地旦/h〉1/20,并且甚至更優(yōu) 選地且4〉1/5，或且/h〉1/3?，F(xiàn)有技術(shù)制造的橋粒子為納米尺寸直到 大約O.lMm。換言之，橋粒子和微變阻粒子之間的大小比率是1/300 級(jí)或者甚至更低。通過如本發(fā)明所提出的那樣大幅度增加該比率， 實(shí)現(xiàn)良好橋接功能但仍能避免通過橋粒子本身形成滲透網(wǎng)絡(luò)的可能 性將大大提高。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子和所述橋粒子是三維粒子， 其中橋粒子在其最大維度中的大小為L并且微變阻粒子在其最大維 度中的大小為b，并且旦/h〈20。優(yōu)選地且^<5。根據(jù)另一優(yōu)選的實(shí) 施方式且^<2,并且甚至更優(yōu)選地§^< 1。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子是三維粒子，其中微變阻粒 子在其最大維度中的大小為&并且L在5jam至lOOiam的范圍內(nèi)。 根據(jù)一種實(shí)施方式b〉20Mm,并且根據(jù)另一實(shí)施方式h〉30iam。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子占電場均壓材料體積的5% 至40%。
根據(jù) 一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子占電場均壓材料體積的20% 至25%。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述微變阻粒子為球形。然而，應(yīng)當(dāng)理解， 在多個(gè)微變阻粒子中也可能存在球形以外其他形狀的粒子，但是至 少一些粒子，優(yōu)選地其中大部分粒子為球形。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子包括三維粒子，其在一個(gè)維度上 的延伸比在其余兩個(gè)維度上各自的延伸至少大IO倍。換言之，橋粒 子可以是細(xì)長的，或桿形的。也可以設(shè)想該一般結(jié)構(gòu)的彎的或曲的 粒子并且包括在該實(shí)施方式中。
9根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子包括三維粒子，其在兩個(gè)維度上
各自的延伸比在其余第三維度上的延伸至少大IO倍。相應(yīng)的，橋粒 子可以是片狀或頁狀的。本發(fā)明也包括這樣的實(shí)施方式其中這種 片是彎的或曲的。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子包括三維粒子，其在最大維度上 的延伸比其最小維度上的延伸最多大2倍。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子包括三維粒子，其在所有三個(gè)維 度上的延伸都相同。典型地，這樣的粒子為立方形或球形。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子至少在其外表面上包括這樣的材 料，該材料呈現(xiàn)比微變阻粒子材料的最高電阻率低的電阻率。換言 之，在操作過程中，橋粒子材料的電阻率永遠(yuǎn)不會(huì)高于微變阻粒子 材料的電阻率。該特性將降低為了實(shí)現(xiàn)電場均壓材料一定的導(dǎo)電性 所需的橋粒子的數(shù)量。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子至少在其外表面上包括這樣的材 料，該材料呈現(xiàn)比微變阻粒子材料的最低電阻率低的電阻率。該特 性特征甚至將進(jìn)一步降低為了實(shí)現(xiàn)電場均壓材料一定的導(dǎo)電性所需 要的橋粒子的數(shù)量。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子至少在其外表面上包括導(dǎo)電材 料，與所述微變阻粒子材料的電阻率相比，其電阻率較少地取決于 其所經(jīng)受的電場。所述材料的電阻率在一定程度上可以取決于對(duì)其 所應(yīng)用的電場的強(qiáng)度，但不需要而且典型地不是象微變阻元素材料 那樣的非線性依賴關(guān)系。該自由度將擴(kuò)大可能用作橋粒子材料的材 料范圍，并且將促進(jìn)對(duì)電場均壓材料的機(jī)械性能和可處理性不利影 響最小的材料的使用。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子至少在其外表面上包括導(dǎo)電材 料，其電阻率獨(dú)立于其所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度。
根據(jù)一種實(shí)施方式，橋粒子的總電阻低于微變阻粒子的總電阻， 至少在電場均壓材料的主體所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定水平時(shí)如 此。相應(yīng)的，在應(yīng)用一定的電場時(shí)，微變阻粒子和橋粒子將形成滲透網(wǎng)絡(luò)，其導(dǎo)電性與僅由微變阻粒子構(gòu)成的滲透網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性相當(dāng) 或比之更高，至少在所應(yīng)用的電場達(dá)到所述預(yù)定水平時(shí)如此。
根據(jù)一種實(shí)施方式，橋粒子的總電阻低于微變阻粒子的總電阻， 而這與電場均壓材料的主體所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度水平無關(guān)。相應(yīng)的， 在應(yīng)用一定的電場時(shí)，微變阻粒子和橋粒子將形成滲透網(wǎng)絡(luò)，其導(dǎo) 電性與僅由微變阻粒子構(gòu)成的滲透網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性相當(dāng)，而與所應(yīng)用 的電場的強(qiáng)度無關(guān)。
根據(jù)一種實(shí)施方式，橋粒子的所述導(dǎo)電材料是這樣的材料，當(dāng)在 電場均壓材料上應(yīng)用高壓電場使局部峰值溫度上升時(shí)，該材料相對(duì) 于電場均壓材料的周圍材料具有化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)電場材料經(jīng)受強(qiáng)電 場時(shí)，在電場均壓材料中的導(dǎo)電粒子間的接觸點(diǎn)將有相當(dāng)大的溫度 升高。在所述點(diǎn)處可能發(fā)生幾百攝氏度的溫度變化，而同時(shí)所述電 場均壓材料的主體的溫度僅改變幾度。為了確保電場均壓材料的長 壽命，橋粒子的材料因此應(yīng)當(dāng)是在至少達(dá)到假定在所述點(diǎn)出現(xiàn)的溫 度的給定環(huán)境中都具有化學(xué)穩(wěn)定性的類型。
根據(jù)一種實(shí)施方式，橋粒子的所述導(dǎo)電材料包括氧化物。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述氧化物包括摻銻Sn02、 Ti02任意之一 或其組合。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述橋粒子包括栽體襯底，所述導(dǎo)電材料沉 積在其外表面上。襯底的使用可以促進(jìn)導(dǎo)電材料的使用，而導(dǎo)電材
料自身則不容易處理成所需的橋粒子的給定形狀或大小。襯底的使 用，與其他方式相比并且通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，在更高程度上擴(kuò)展 了定制橋粒子的機(jī)械屬性的可能性，而否則的話這只能由導(dǎo)電材料 決定。
根據(jù)一種實(shí)施方式，所述載體襯底包括云母。 根據(jù)一種替代實(shí)施方式，所述載體襯底包括Si02。 絕緣裝置典型地也可以包括由導(dǎo)電材料制成的屏蔽，并且可能與 所述電場均壓主體連接。典型地，與高壓導(dǎo)體聯(lián)合提供這種電絕緣 裝置。電絕緣體可以包括電介質(zhì)材料如聚合物。屏蔽可以通過絕緣體與導(dǎo)體隔離?？梢栽谘刂黧w沒有屏蔽的位置，即其未屏蔽部分， 提供電場均壓主體。優(yōu)選地，電場均壓主體通過絕緣體與導(dǎo)體隔離。
同樣優(yōu)選的是電場均壓主體附著在所述絕緣體上，因此至少覆蓋 其未被屏蔽所屏蔽的部分。這種絕緣裝置優(yōu)選地包括在屏蔽電纜連 接、電纜端接、電纜接頭或套管中，例如變電站的套管。換言之， 根據(jù)本發(fā)明的絕緣裝置優(yōu)選地用于要降低從第 一介質(zhì)到第二介質(zhì)的 電場轉(zhuǎn)移處的電應(yīng)力的任何應(yīng)用。
特別地，本發(fā)明的電絕緣裝置形成電纜的電絕緣裝置，該電纜包 括至少一個(gè)導(dǎo)體，沿著其部分被絕緣體覆蓋，并且由導(dǎo)電屏蔽和電 場均壓主體所覆蓋，其中所述電場均壓主體包括所述電場均壓材料。 優(yōu)選地，絕緣體未被屏蔽覆蓋的部分，典型地是末端部分，替代地 被電場均壓主體所覆蓋，后者優(yōu)選地與所述屏蔽電接觸，該屏蔽可 以處于地電位或連接到高壓源/導(dǎo)體。
在以下詳述和權(quán)利要求書中將公開進(jìn) 一 步的特性和優(yōu)點(diǎn)。
附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的電絕緣裝置的示意圖， 圖2是根據(jù)本發(fā)明的電場均壓材料的剖面示意圖， 圖3是根據(jù)本發(fā)明的橋粒子的一種實(shí)施方式的示意圖， 圖4是根據(jù)本發(fā)明的橋粒子的另一實(shí)施方式的示意圖，以及 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的電場均壓材料與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng) 材料相比的試驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了電纜終端1,其具有根據(jù)本發(fā)明的電場均壓材料的主 體2。電纜3包括電絕緣體5環(huán)繞的導(dǎo)體4。屏蔽6布置在絕緣體5 外面，所述屏蔽6接地。電纜3的末端未屏蔽，即在電纜末端，絕 緣體5未被任何屏蔽覆蓋。電場均壓材料的主體2被引入環(huán)繞在電
12纜未屏蔽部分最接近電纜屏蔽部分的區(qū)域并且與屏蔽6電接觸。電
場均壓材料的主體2將確保在電纜終端上電位的均勻分布，如圖1 中的等勢線7所示。應(yīng)當(dāng)指出，在圖1中僅示出了電纜終端縱剖面 的上半部分。
圖2示出了本發(fā)明的電場均壓材料的建議原理結(jié)構(gòu)。電場均壓材 料包括基體8， 一般地為電介質(zhì)材料如聚合物。這樣的聚合物可以是 彈性體如硅膠或三元乙丙橡膠(EPDM);熱塑聚合物，例如聚乙烯 或聚丙烯；粘合劑，例如那些基于乙烯乙酸乙烯 (ethylene-vinyl-acetate)的粘合劑；熱塑彈性體；觸變漆；凝膠， 熱固性材料，例如環(huán)氧樹脂或聚氨酯(polyurhethane)樹脂；或這些 材料的組合，包括共聚物，例如聚異丁烯和非晶態(tài)聚丙烯的結(jié)合。
選擇。、土、、'、 一'鄉(xiāng) 、、 》、 、
基體8被直徑在30lam至100 |a m的球形的微變阻粒子9填充， 盡管其大小可以遵循某種正態(tài)分布曲線，并且因此一些粒子可能會(huì) 在所述范圍之外。典型地，微變阻粒子9包括一種材料，其電阻率 非線性地取決于對(duì)其所應(yīng)用的電場的強(qiáng)度。由于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員已經(jīng)了解變阻效應(yīng)，本說明書中將不對(duì)此做進(jìn)一步解釋。
微變阻粒子9可以占電場均壓材料體積的5%至60%,優(yōu)選地是 10%至40%，并且最優(yōu)選地是其體積的20%至25%。它們本身可能 形成或不形成滲透網(wǎng)絡(luò)。然而，為明確起見，圖2中示出的實(shí)施方 式表示微變阻粒子本身未形成滲透網(wǎng)絡(luò)的材料。
在微變阻粒子9之外，電場均壓材料還包括多個(gè)橋粒子10，其 包括導(dǎo)電材料并且是為了維持電場均壓材料的導(dǎo)電性的目的而提供 的，同時(shí)也是為了降低微變阻粒子9的含量，或者為了通過在微變 阻粒子之間引入進(jìn)一步的電連接而改善微變阻粒子9的給定含量的 電場均壓材料的導(dǎo)電性。橋粒子10可以是細(xì)長的、平的、片狀、立 方形、球形或其他適當(dāng)形狀，只要其在導(dǎo)電之外滿足一些重要條件。 其大小、形狀和數(shù)量應(yīng)當(dāng)使其能夠與微變阻粒子9 一起形成滲透網(wǎng)絡(luò)。然而，它們不應(yīng)獨(dú)立地形成滲透網(wǎng)絡(luò)。如果對(duì)電場均壓材料應(yīng) 用低強(qiáng)度電場，即低于微變阻粒子的激勵(lì)水平的水平，在該情況下 不要求電場均壓材料有任何導(dǎo)電性，橋粒子不應(yīng)通過材料傳導(dǎo)電流。 由于微變阻粒子甚至在低強(qiáng)度或不存在電場情況下的一些剩余導(dǎo)電
性，可以產(chǎn)生少量漏電流，但是重要的是，不會(huì)由于橋粒子10本身
之間的任何滲透網(wǎng)絡(luò)而產(chǎn)生電損耗。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的橋粒子11的第一個(gè)示例。該實(shí)施方式 的橋粒子11包括載體襯底12，其在該特定情況下包括云母，但可以 包括任何其他適當(dāng)材料如Si02。在載體襯底的外表面上提供導(dǎo)電材 料13,在所討論的實(shí)施方式中，其包括摻銻氧化錫。載體襯底12 提供粒子的特定形狀、 一定的化學(xué)穩(wěn)定性，并且有可能提供粒子的 特定機(jī)械屬性，而導(dǎo)電材料13的主要任務(wù)是提供導(dǎo)電性和相對(duì)于周 圍環(huán)境的化學(xué)穩(wěn)定性，以及在溫度升高如在應(yīng)用高強(qiáng)度電場的情況 下材料中可能發(fā)生的局部溫度升高時(shí)的化學(xué)穩(wěn)定性。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的橋粒子14的替代實(shí)施方式。在該情況 下也提供了載體襯底15,包括云母，盡管也可以采用其他適當(dāng)材料 如Si02。載體襯底的外表面覆蓋有二氧化鈦薄層16,其依次覆蓋有 二氧化硅Si02薄層17，其又依次覆蓋有摻銻氧化錫層18。
示例
向聚合物基體中加入微變阻粒子和橋粒子，使得在最終混合物中 微變阻粒子的量占20%的體積并且橋粒子的量占總混合物的10%的 體積。橋粒子包括被一層厚度為10nm至50nm的摻銻氧化錫層覆蓋 的云母片。橋粒子是MERCK制造的類型，并且以商標(biāo)名Minatec31 CM銷售。微變阻粒子包括ZnO, —般地為球形并且直徑在30jnm 范圍內(nèi)。橋粒子在其主延伸平面上的大概大小約為lOjam至15mm。 粉末被調(diào)配并且被混合在形成粉末的基體的EPDM橡膠中。粉末相 對(duì)于整體混合物的體積百分比約為30%。
也提供第二種材料，其形成可比較的示例。第二混合物包括20%至30%體積的ZnO微變阻粒子以及2%至10%體積的包括炭黑的橋 粒子。微變阻粒子一 般地為球形并且直徑在30nm范圍內(nèi)。橋粒子 的大概大小或直徑是30 nm至100nm。微變阻粒子和炭黑粒子的粉 末被調(diào)配并被混合在形成粉末的基體的EPDM橡膠中。微變阻粒子 和橋粒子相對(duì)于整體混合物的體積百分比約為25%至35v%。
提供了這兩種混合物的樣本并且已進(jìn)行了試驗(yàn)，其中根據(jù)以 Ampere/cm2計(jì)量的電流密度相對(duì)于以Volts/mm計(jì)量的場強(qiáng)對(duì)三個(gè)樣 本的每一個(gè)分別進(jìn)行制圖。試驗(yàn)結(jié)果在圖5中示出。從試驗(yàn)中可見， 在此以上述混合物中的第 一種代表的本發(fā)明的電場均壓材料得到了 更好的電場均壓屬性以及更低的電損耗。
應(yīng)當(dāng)理解，所描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅為本發(fā)明的示例，并且 對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在權(quán)利要求書限定的發(fā)明范圍內(nèi)的替 代方案是顯而易見的。相應(yīng)地，保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求書限定， 并由本說明書和附圖支持。
權(quán)利要求
1.一種電絕緣裝置(1)，包括電絕緣體(4)和電場均壓主體(2)，所述電場均壓主體包括電場均壓材料，所述材料包括-包括電介質(zhì)材料的基體(8)，-分布在所述基體(8)中的多個(gè)微變阻粒子(9)，-包括導(dǎo)電材料并且在各個(gè)微變阻粒子(9)之間形成導(dǎo)電橋的多個(gè)橋粒子(10)，其特征在于所述橋粒子(10)與所述微變阻粒子共同形成滲透網(wǎng)絡(luò)，但所述橋粒子(10)沒有通過自身間的互聯(lián)而形成滲透網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電絕緣裝置，其特征在于所述微變阻粒子(9)和所述橋粒子(10)是三維粒子，其中橋粒子在其最大維度中的大小為^并且微變阻粒子(9)在其最大維度中的大小為^并且這A〉 1/100。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電絕緣裝置，其特征在于這A〉 1/20。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的電絕緣裝置，其特征在于旦&〉 1/5。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2至權(quán)利要求4中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于這/^> 1/3。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述微變阻粒子(9)和所述橋粒子(10)是三維粒子，其中橋粒子在其最大維度中的大小為L并且微變阻粒子在其最大維度中的大小為b并且aA〈20。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電絕緣裝置，其特征在于這/h〈5。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的電絕緣裝置，其特征在于^<2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求8的任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于g/b〈1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述微變阻粒子(9)是三維粒子，其中微變阻粒子(9)在其最大維度中的大小為&并且L在5lam至lOOym范圍內(nèi)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電絕緣裝置，其特征在于h〉20iam,并且優(yōu)選地b〉30jum。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述微變阻粒子(9)占電場均壓材料體積的5%至40%。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求12中任一權(quán)利要求所述的電絕至25%。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求13中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述微變阻粒子(9)為球形。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求14中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)包括三維粒子，其在一個(gè)維度上的延伸比在其余兩個(gè)維度上各自的延伸至少大10倍。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求15中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)包括三維粒子，其在兩個(gè)維度上各自的延伸比在其余第三維度上的延伸至少大10倍。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求16中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)包括三維粒子，其在最大維度上的延伸比其最小維度上的延伸最多大2倍。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求17中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)包括三維粒子，其在所有三個(gè)維度上的延伸都相同。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求18中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)至少在其外表面上包括這樣的材料，該材料呈現(xiàn)比微變阻粒子(9)的材料的最高電阻率低的電阻率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求19中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)至少在其外表面上包括這樣的材料(13， 18),該材料呈現(xiàn)比微變阻粒子(9)的材料的最低電阻率低的電阻率。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求20中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)至少在其外表面上包括導(dǎo)電材料(13, 18),與所述微變阻粒子(9)的材料的電阻率比，該導(dǎo)電材料的電阻率較少地取決于其所經(jīng)受的電場。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求21中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)至少在其外表面上包括導(dǎo)電材料U3， 18),其電阻率獨(dú)立于其所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求22中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于橋粒子(10)的總電阻低于微變阻粒子(9)的總電阻，至少在電場均壓材料的主體所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定水平時(shí)如此。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求23中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于橋粒子(10)的總電阻低于微變阻粒子(9)的總電阻，而獨(dú)立于電場均壓材料的主體所經(jīng)受的電場的強(qiáng)度水平。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求24中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)的導(dǎo)電材料(13, 17, 18)是這樣的材料，當(dāng)在電場均壓材料上應(yīng)用高壓電場使局部峰值溫度上升時(shí)，其相對(duì)于電場均壓材料的周圍材料具有化學(xué)穩(wěn)定性。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求25中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)的導(dǎo)電材料(13, 17， 18)包括氧化物。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的電絕緣裝置，其特征在于所述氧化物(13, 17, 18)包括摻銻Sn02、 Ti02任意之一或其組合。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求27中任一權(quán)利要求所述的電絕緣裝置，其特征在于所述橋粒子(10)包括載體襯底(12, 15)，所述導(dǎo)電材料沉積在其外表面上。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的電絕緣裝置，其特征在于所述載體 襯底(12， 15)包括云母。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28或權(quán)利要求29所述的電絕緣裝置，其特征 在于所述載體襯底(12, 15)包括SiOz。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求30中任一權(quán)利要求所述的電絕 緣裝置，其特征在于其形成電纜(3)的電絕緣裝置，所述電纜(3) 包括至少一個(gè)導(dǎo)體(4),沿著其部分被絕緣體(5)覆蓋，并且由 導(dǎo)電屏蔽(6)和電場均壓主體(2)所覆蓋，其中所述電場均壓主 體(2)包括所述電場均壓材料。
全文摘要
一種包括電場均壓材料的電絕緣裝置，電場均壓材料包括包括電介質(zhì)材料的基體(8)，分布在所述基體(8)中的多個(gè)微變阻粒子(9)；包括導(dǎo)電材料并且在各個(gè)微變阻粒子(9)之間形成導(dǎo)電橋的多個(gè)橋粒子(10)。橋粒子(10)與所述微粒子共同形成滲透網(wǎng)絡(luò)，但所述橋粒子(10)沒有通過自身間的互聯(lián)而形成滲透網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H01B3/30GK101652819SQ200880010860
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者E·喬森, L·帕爾姆奇維斯特 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司