用于高压力应用的功率电容器单元制造技术

本公开涉及用于高压力应用的功率电容器单元(1)。功率电容器单元(1)包括：壳体(3)；多个电容器元件(5‑17，23‑35)，彼此连接并且布置在壳体(3)内部；电介质液体(L)；固体电绝缘系统，被布置成将每个电容器元件(5‑17，23‑35)电绝缘；母线；多个熔丝(5a‑17a)，每个熔丝具有连接至相应电容器元件(5‑17，23‑35)的第一端和连接至母线(B)的第二端，其中电容器元件(5‑17，23‑35)、固体电绝缘系统(41)和熔丝(5a‑17a)浸入电介质液体(L)中。每个熔丝(5a‑17a)具有与电绝缘系统物理接触的多个第一部分，并且其中每个熔丝(5a‑17a)具有未与固体电绝缘系统物理接触的多个第二部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高压力应用的功率电容器单元
本公开总体上涉及用于诸如海底应用的高压力应用的功率电容器。
技术介绍
内部熔断电容器被开发以增加功率电容器的可靠性。在这种设计中，功率电容器的每一个电容器元件通过串联的熔断器而连接。电容器元件由几层绝缘膜(诸如聚丙烯)组成，绝缘膜与铝箔缠绕在一起。铝箔作为电极工作，并且膜层作为电介质工作。膜可能具有弱点，其随着时间的推移可能导致击穿。在发生击穿的情况下，高电流流动通过故障点并且将铝箔焊接在一起，以使在元件中存在持续短路。对于电容器元件故障的情况下的内部熔断设计，并联连接的电容器元件通过熔断器将它们的能量放电至短路，这通常足以实现熔断器的成功的限流行为。限流行为表示在所有并联能量被倾排到短路点中之前，被操作的熔断器可以中断放电。这个功能的一个重要因素在于，由被操作的熔断器所产生的电弧可以扩张并且被周围的绝缘材料冷却和熄灭。在电容器元件发生故障的情况下，大的放电电流导致熔断器的蒸发并且继而导致周围的材料(其通常为诸如油的流体)内部的电弧。由于油的良好的冷却特性，这种电弧在几十至几百微秒内淬灭，在熔断器连接的脚点之间留下电气开路。结果，故障电容器元件在损坏大到足以干扰剩余电容器元件的功能之前断开。
技术实现思路
近年来，人们越来越感兴趣在从几十米到甚至几公里深度的海床上安装电气设备。在海底应用中，功率电容器安装在海平面以下深达约5000米处，即周围的压力高达约500巴。本专利技术人已经发现，如果功率电容器单元的内部在这样的深度处被加压到海底部上的静水压力水平，则电弧行为与大气条件相比是不同的。因此不能保证电流限制操作之后的开路。鉴于上述内容，本公开的总体目的是提供用于高压力应用的功率电容器，其减少了在电容器元件故障的情况下建立闭合电路发生故障的风险。因此提供了用于高压力应用的功率电容器单元，其包括：壳体；多个电容器元件，彼此连接并且布置在壳体内部；电介质液体；固体电绝缘系统，被布置成将每个电容器元件电绝缘；母线；多个熔丝，每个熔丝具有连接至相应电容器元件的第一端和连接至母线的第二端，其中电容器元件、固体电绝缘系统和熔丝浸入电介质液体中，以及其中每个熔丝具有与固体电绝缘系统物理接触的多个第一部分，并且其中每个熔丝具有未与固体电绝缘系统物理接触的多个第二部分。本专利技术人已经观察到，在高压力环境中，在限流熔断器操作的情况下熔丝已被操作之后，烟灰轨迹(在制造熔断器的材料的电离之后的导电残留物)可以形成在熔丝的第一端和第二端之间或脚点之间。该烟灰轨迹将向故障电容器元件提供连续电流路径。这样的烟灰轨迹通常不会在大气条件下出现，因为残余物被分散在更大的空间中，由此它们不会在熔断器的端部之间建立导电路径。借助于具有与固体电绝缘系统物理接触的多个第一部分和未与固体电绝缘系统物理接触的多个第二部分的熔丝，在限流的情况下形成的烟灰轨迹将是不连续的。这减少了在限流期间熔丝被操作的情况下形成闭合电路的风险。根据一个实施例，电容器元件被堆叠，并且其中每个熔丝被布置在相应的成对的相邻电容器元件之间。根据一个实施例，每个第一部分与固体电绝缘系统的相应表面相平行地延伸。根据一个实施例，每个第二部分或者与由固体电绝缘系统的表面限定的平面相平行地延伸或者穿透固体电绝缘系统。根据一个实施例，电绝缘系统包括多组孔，其中每个熔丝沿着固体电绝缘系统在相应的一组孔之间延伸。根据一个实施例，对于每个熔丝，第一部分是熔丝的沿着固体电绝缘系统的表面延伸的那些部分，并且第二部分是熔丝的与孔交叉的那些部分。根据一个实施例，孔是通孔，并且每个熔丝被编织通过相应的一组通孔，以使每个熔丝交替地在固体电绝缘系统的相反表面上延伸。根据一个实施例，每个熔丝布置在固体电绝缘系统的两个相对表面之间，其中每个相对表面提供有相应的一组孔，相对表面的孔被对准，并且其中每个熔丝延伸跨过对应的两个相对表面的每个孔。根据一个实施例，每个孔具有变化的横截面面积，每个孔的横截面面积在离开延伸跨过孔的熔丝的方向上增加。根据一个实施例，每个熔丝布设在一个相应的平面中。根据一个实施例，固体电绝缘系统包括多个隔栏，其中每个熔丝布设在两个隔栏之间。根据一个实施例，固体电绝缘系统包括多个网，其中每个熔丝布设在两个网之间。根据一个实施例，固体电绝缘系统包括珠，这些珠以彼此间隔的方式被穿线到熔丝上，其中熔丝的与珠物理接触的部分是第一部分，并且熔丝的没有与珠物理接触的部分是第二部分。根据一个实施例，固体电绝缘系统利用升高部分具有表面粗糙度，升高部分与熔丝导电物理接触，其中熔丝的与升高部分物理接触的那些部分形成熔丝的第一部分。根据一个实施例，固体电绝缘系统包括封装隔离部，其中熔丝的第一部分被封装绝缘部封装并且其中第二部分未被封装。根据一个实施例，封装绝缘部是包括以下项的群组中的一项：层压部、涂层和水泥。根据一个实施例，功率电容器单元是海底功率电容器单元。一个实施例包括无源压力补偿器，该无源压力补偿器被布置成向壳体的内部传送周围的海底压力。通常，除非本文中另外明确定义，否则权利要求中使用的所有术语将根据其在本
中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“元件、装置、部件、器件”等的所有引用都应当被公开地解释为指代元件、装置、部件、器件等的至少一个实例。附图说明现在将参照附图通过举例的方式描述本专利技术构思的具体实施例，在附图中：图1示意性地示出功率电容器单元的示例电路；图2a至2d示意性地示出图1中所示的类型的功率电容器单元的内部部件和一般结构；图3a和3b示出图1中的功率电容器单元的熔丝布置的第一示例；图4示出具有电容器元件故障的功率电容器单元的示例；图5示出在电容器元件故障之后的图3a至3b中的熔丝布置；图6a示意性地描绘了熔丝布置的第二示例；图6b示意性地示出图6a中的下部元件间绝缘体和熔丝的俯视图；图6c示意性地示出熔丝布置的第三示例；图7a至7b示出熔丝布置的第四示例；图8a示出熔丝布置的第五示例；图8b示出在导致熔丝熔化的电容器元件故障之后的图8a中的熔丝布置；图9示出熔丝布置的第六示例；以及图10示出熔丝布置的第七示例。具体实施方式现在将在下文中参考附图更充分地描述本专利技术构思，附图中示出了示例性实施例。然而，本专利技术构思可以以很多不同的形式来实施，并且不应当被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例通过示例的方式被提供，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本专利技术构思的范围。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。本公开涉及包括彼此连接的多个电容器元件的功率电容器单元。每个电容器元件连接至相应的熔丝。因此，每个熔丝的第一端连接至电容器元件，而每个熔丝的另一端经由母线连接至另一个熔丝。电容器元件例如可以是膜箔类型的，其中每个电容器元件包括诸如铝箔的导电箔以及分离导电膜的一个或多个电介质膜。这些膜被放置在彼此之上，其中它们缠绕在一起以产生电容器元件。功率电容器单元还包括固体电绝缘系统。固体电绝缘系统被布置成使每个电容器元件电绝缘。因此，固体电绝缘系统包括多个元件间绝缘体。元件间绝缘体指代仅包围一个电容器元件的固体电绝缘部。固体电绝缘系统被设计为以使每个熔丝交替地与固体电绝缘系统物理接触以及没有与固体电绝缘系统物理接触。每个熔丝具有与固体电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高压力应用的功率电容器单元(1)，包括：壳体(3)，多个电容器元件(5‑17，23‑35)，彼此连接并且被布置在所述壳体(3)内部，电介质液体(L)，固体电绝缘系统(41，45)，被布置成将每个电容器元件(5‑17，23‑35)电绝缘，母线(B)，以及多个熔丝(5a‑17a，47)，每个熔丝具有连接至相应电容器元件(5‑17，23‑35)的第一端和连接至所述母线(B)的第二端，其中所述电容器元件(5‑17，23‑35)、所述固体电绝缘系统(41，45)和所述熔丝(5a‑17a，47)浸入所述电介质液体(L)中，以及其中每个熔丝(5a‑17a，47)具有与所述固体电绝缘系统(41，45)物理接触的多个第一部分，并且其中每个熔丝(5a‑17a，47)具有未与所述固体电绝缘系统(41，45)物理接触的多个第二部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.09 EP 15198598.31.一种用于高压力应用的功率电容器单元(1)，包括：壳体(3)，多个电容器元件(5-17，23-35)，彼此连接并且被布置在所述壳体(3)内部，电介质液体(L)，固体电绝缘系统(41，45)，被布置成将每个电容器元件(5-17，23-35)电绝缘，母线(B)，以及多个熔丝(5a-17a，47)，每个熔丝具有连接至相应电容器元件(5-17，23-35)的第一端和连接至所述母线(B)的第二端，其中所述电容器元件(5-17，23-35)、所述固体电绝缘系统(41，45)和所述熔丝(5a-17a，47)浸入所述电介质液体(L)中，以及其中每个熔丝(5a-17a，47)具有与所述固体电绝缘系统(41，45)物理接触的多个第一部分，并且其中每个熔丝(5a-17a，47)具有未与所述固体电绝缘系统(41，45)物理接触的多个第二部分。2.根据权利要求1所述的功率电容器单元(1)，其中所述电容器元件(5-17，23-35)被堆叠，并且其中每个熔丝(5a-17a，47)被布置在相应的成对的相邻电容器元件(5-17，23-35)之间。3.根据权利要求1或2所述的功率电容器单元(1)，其中每个第一部分与所述固体电绝缘系统(41，45)的相应表面相平行地延伸。4.根据前述权利要求中任一项所述的功率电容器单元(1)，其中每个第二部分或者与由所述固体电绝缘系统(41，45)的表面限定的平面相平行地延伸，或者穿透所述固体电绝缘系统(41，45)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率电容器单元(1)，其中所述固体电绝缘系统(41，45)包括多组孔(53)，其中每个熔丝(5a-17a，47)沿着所述固体电绝缘系统(41，45)在相应的一组孔(53)之间延伸。6.根据权利要求5所述的功率电容器单元(1)，其中对于每个熔丝(5a-17a，47)，所述第一部分是所述熔丝(5a-17a，47)的沿着所述固体电绝缘系统(41，45)的表面延伸的那些部分，并且所述第二部分是所述熔丝(5a-17a，47)的与孔(53)交叉的那些部分。7.根据权利要求5或6所述的功率电容器单元(1)，其中所述孔(53)是通孔，并且每个熔丝(5a-17a)被编织通过相应的一组通孔，以使每个熔丝(5a-17a，47)交替地在所述固体电绝缘系统(41，45)的相反表面上延伸。8.根据权利要求5至7中任一项所述的功率电容器单元(1)，其中每个熔丝(5a-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·鲍尔，B·辛格，C·施莱格尔，E·埃里克松，H·伦登曼，M·贝姆，L·唐泽尔，F·班达洛，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH