CN101091228A - 一种用于高压应用的电感应装置 - Google Patents

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Abstract

一种如下类型的用于高压应用的电装置，包括：磁芯，其具有至少一个支柱(1)并且可操作地耦合到支撑结构；至少一个内绕组(10)，其绕所述支柱(1)设置，并且具有第一额定电压；至少一个外绕组(20)，其绕所述至少一个内绕组(10)设置，并且具有第二额定电压；以及电绝缘装置；其特征在于，所述至少一个内绕组(10)包括由螺旋形缠绕的导电材料片形成的多个基本上同心的匝(11)，并且所述电绝缘装置包括至少一个电绝缘材料层(12)，其设置在至少部分地给所述内绕组(10)的上外缘和下外缘中的至少一个加边的装置(4，5)之间。

Description

一种用于高压应用的电感应装置
本发明涉及用于高压应用的电感应装置，具体涉及具有改进的性能和优化的结构的工业电力变压器。
在本领域，诸如电抗器或变压器的电感应装置的使用是公知的，其中，电感应装置利用了电磁感应，以便通过电力线路适当地输电和配电。
具体地，电力变压器的基本任务是允许在通常具有不同电压的两个或更多电系统之间交换电能。大多数普通电力变压器通常包括磁芯，该磁芯包括由轭连接的一个或者多个支柱(leg)或分支(limb)，其共同形成一个或多个芯窗(core window)；针对每相，绕支柱设置有若干绕组，即低压绕组、高压绕组、控制或调节绕组。相绕组(phase winding)通常通过在芯的相应支柱上缠绕适合的导体，例如线、缆或带，以便得到期望的匝数来实现；典型的构造配置例如是所谓的多层或盘(disc)配置，其中，导体缠绕在圆柱形管上，这对于以有用材料填充可用区域并且还提供最大短路强度而言，代表最优的配置。
由于这些装置的固有的结构特性和功能，所以，一个很重要的方面涉及电绝缘，必须保证各个元件之间的电绝缘，以提供所期望的电磁性能而不引起任何故障或损坏，并且同时符合国际标准和规定；事实上，当这些装置工作时，在各个部分之间可能有显著的电压差，例如在低压绕组与高压绕组之间、在每个单个绕组的匝之间或者绕组/匝与其它带电/导电部分如用于机械支撑电磁设备的结构的拉杆(tie-rod)或夹具之间。因此，各个部件应该设置有由允许发生的电介质应力确定的相对距离，在大多数情况下，该要求通过采用特别设计的绝缘系统以及/或者通过使用适合的用于绕组的导体或配置来实现。
当所需要的性能提高时，例如对于需要用来提供数十MVA量级的电力并且具有额定为几kV直到100kV以上范围内的相绕组的本发明类型的感应装置，满足这种要求变得更加苛刻和严格。
在现有技术中，尽管所采用的解决方案能够获得一些结果，但是仍然存在一些可以优化和在技术上提高的方面，尤其是关于相绕组的构造和电绝缘的设计，它们对于这些装置的总成本和性能具有决定性的影响。
同样的考虑在一定程度上适用于大多数类型的电抗器，其基本上需要用来补偿线路上可能的电压变化，并且或多或少地涉及与电力变压器相同的要求和问题。
因此，本发明的目的是提供用于高压应用的电感应装置，特别是工业电力变压器，其中相对于等同类型的公知感应装置，其构造结构得到优化，并且特别地，与公知的具有相同或相当的额定功率的装置相比，其允许优化制造成本，同时在工作中保证所需的安全性和可靠性。
该目的通过如下类型的用于高压应用的电感应装置来实现，其包括：
-磁芯，具有至少一个支柱并且可操作地耦合到支撑结构；
-至少一个内绕组，其绕所述支柱设置，并且具有第一额定电压；
-至少一个外绕组，其绕所述至少一个内绕组设置，并且具有第二额定电压；以及
-电绝缘装置；其特征在于，所述至少一个内绕组包括由螺旋形缠绕的导电材料片形成的多个基本上同心的匝，并且所述电绝缘装置包括：设置在所述同心匝的相互面对的表面之间的至少一个电绝缘材料层，以及至少部分地给所述内绕组的上外缘和下外缘中的至少一个加边(edge)的第一成形绝缘装置。
根据对主题电感应装置的一些实施例的描述，本发明更多的特性和优点将变得明显，该主题电感应装置将通过参考作为三相工业电力变压器的优选实施例来描述，而不旨在以任何方式限制其可能的应用领域，并且仅通过附图中的非限制性示例来说明，在附图中：
图1是根据本发明的三相电力变压器的透视图；
图2是示意性地示出了图1变压器的内相绕组和外相绕组的俯视图；
图3是示意性地示出了耦合到根据本发明的装置的一个优选实施例的电绝缘装置的内绕组的侧向横截面；
图4是沿图1的平面B-B取得的横截面，示出了耦合到根据本发明的装置的一个优选实施例的电绝缘装置的拉杆。
参考上面所引用的图，根据本发明的高压感应装置包括可操作地耦合到支撑结构并且具有至少一个支柱1的磁芯；具体地，在图1的实施例中，磁芯包括每相一个的支柱1，即三个，其中根据本领域公知并因此在这里将不作具体描述的构造配置，支柱1通过轭(在图中不可见)相互连接。而支撑结构包括若干夹具2，其位于芯的相对侧，并且通过一个或多个典型地为拉杆的竖直连接元件3连接。
如图1所示，绕支柱1设置有具有第一额定电压的至少一个内绕组10以及绕内绕组10设置并具有第二额定电压的至少一个外绕组20，第二额定电压优选地高于第一额定电压；例如，内绕组10的额定电压可以是36kV，而外绕组20的额定电压可以是170kV。尽管国际标准通常定义低压应用的领域是电压等级直到1kV的领域，而高压应用的领域是电压等级高于1kV的领域，但是，在本发明类型的感应装置的技术领域中，外绕组20通常被示为高压绕组，而内绕组10通常被示为低压绕组(在某些情况下也被示为中压绕组)，并且将在下面的描述中使用这些定义。
在实施例中，并且针对将在下文中具体描述的目的，感应装置进一步包括用于提供其带电/导电部分之间的电绝缘的感应装置。
有利地，如图2中示意性示出的，  内绕组10包括多个基本上同心的匝11，匝11由例如铜或铝的导电材料片构成；优选地，导电片由单件形成，其连续地缠绕在管状元件(图中未示出)上，这样使得绕组10具有总体的圆柱形配置，如图1所示。内绕组10还包括多个贯通通道(throughchannel)30，其沿各个圆周被提供于距支柱1的不同半径距离处，并且例如矿物油的冷却流体在其内流动；具体地，每个通道30在两个相邻的匝11之间延伸，并且延伸匝11自身的整个竖直长度，基本上与支柱1平行；最后，如图1所示，对应于第一内部匝11z和最后的外部匝11a，提供了两个对应的导电元件40，例如棒(bar)，其连接到内绕组10并且从内绕组10突出，以便允许其到该装置的其它部件例如绝缘子、其它绕组等的工作连接。
有利地，如图3所示，电绝缘装置包括：设置在连续匝11的相互面对的表面之间的至少一个电绝缘材料层12，以及至少部分地给内绕组10的上外缘13和下外缘14中的至少一个加边的第一成形绝缘装置。优选地，层12包括也与导电片一起螺旋形缠绕的至少一个片，该至少一个片的材料为基于纤维素的材料，例如所谓的DDP，即菱格点胶纸(diamond-dot-paper)，或者其它绝缘装置，如基于聚酯的材料；根据图3所述的一个特别优选的实施例，层12包括为基于纤维素的材料的两个分开的片12a、12b，其彼此附着并且各面对匝11的对应表面。这样，层12提供了每对连续的匝之间的适当电绝缘，并且通过采用两个不同并且彼此附着的片，由于绝缘层自身中可能的间隙而导致的匝之间的放电的可能性大大减小。优选地，片12a、12b至少部分地粘附到匝11的表面，从而有助于增加整个内绕组10的结构刚度。
如图1和图3所示，第一成形绝缘装置又包括第一成形体4和第一成形体5，其优选为具有L形侧横截面的角扇形(angular sector)的形式，并且分别例如通过胶合而可操作地连接到内绕组10的上外缘13和下外缘14；如图3中具体所述，成形体4和成形体5设置有第一边6和第二边7，其中，第一边6基本上平行于支柱1而设置并且覆盖最后的外部匝11a的外表面11’的部分，第二边7基本上垂直于支柱1而设置并且覆盖至少最后的外部匝11a的对应短边11”。优选地，第一和第二角形体4、5的第二边7具有长度L，其比最后的外部匝11a的外表面11’与最外的贯通通道30(相对于支柱1)的外壁之间的距离D短。这样，当体4、5耦合到绕组10时，通道30保持不被覆盖。
有利地，第一成形绝缘装置还包括至少一个U形体8，其设置在对应的角形体4或5之下，并且包住至少最外匝11a的上端部或下端部15中的至少一个，至少包住其整个圆周的一部分。优选地，在根据本发明的装置中，提供了第一U形体8和第二U形体8，其分别包住最外匝11a的上端部和下端部15；更优选地，还提供了分别包住倒数第二的外部匝11b的上端部和下端部15的第三U形体8和第四U形体，至少包住其整个圆周的一部分。根据一个特别优选的实施例，第一成形绝缘装置还包括第五U形体8和第六U形体，其分别包住倒数第三的外部匝11c的上端部和下端部15，至少包住其整个圆周的一部分。各个U形体8可以由单件绝缘材料实现，例如，基于纤维素的材料，如绉纸、压制板或其它适合的材料；每个U形体8直接设置在对应的端部15周围并将其包住，相应匝11a、11b、11c的整个圆周被包住。可替选地，这种U形体8可以以若干部分实现，每个部分包住对应端部15的相应部分。
在根据本发明的感应装置中，优选地，电绝缘装置还包括第二成形绝缘装置，其可操作地耦合到至少一个连接到内绕组10并从其突出的导电元件40的部分并绕其设置。有利地，如图1和图3所示，所述第二成形绝缘装置包括第一成型体(contoured body)50，其具有在U形体8和L形体4之上可操作地耦合到内绕组10的第一L形部分，其第一边51基本上平行于支柱1而设置，而第二边52基本上垂直于支柱1而设置；而且，成型体50包括第二U形部分53，其与第二边52构成整体并且从其突起，基本上平行于支柱1。U形部分53如同项圈一样至少部分地包围从内绕组10突出的导电元件40的部分42。这样，由于其特定配置，体50使电场分布得到改进，并且因此使元件40和外高压绕组20之间的电介质强度得到改进。
优选地，第二成形绝缘装置还包括第二成型体，在图2中由标号54指示，其设置在内绕组10的上部，优选为关于支柱1基本上与第一成型体50相对，以便覆盖内绕组10的面对外绕组20的绕组支柱的区域，在图2中由标号41示意性地指示。第二体54优选为角扇形的形式，具有L形的侧横截面，类似于成型体50的第一L形部分；第二体54设置在第一角体(angular body)4和U形体8之上，具有基本上平行于支柱1而设置并且覆盖最后的外部匝11a的外表面11’的第一边，以及基本上垂直于所述支柱1而设置并且优选地一直延伸到最内匝11z的第二边，如在图2中示意性示出的。
根据一个特别优选的实施例，电绝缘装置包括第三成形绝缘装置，其绕至少一个拉杆3的至少一部分设置；优选地，第三成形绝缘装置绕所有的拉杆3设置，并且在其包括于夹具2之间的整个长度内设置。
有利地，如图4所示，第三成形绝缘装置包括由基于纤维素的材料的第一层60和第二层61，其成管状地缠绕于对应的拉杆3上，并且彼此隔开；以及设置在其之间、由绝缘材料制成的第三元件62；优选地，第一层60包括厚度在0.8mm到1.2mm之间的绉纸片，其直接绕拉杆3设置；第二层61包括厚度在1mm到3mm之间的绉纸片，其与第一层60分开设置，以便在其间限定通道63；而第三元件62由合适的成型体实现，例如由基于纤维素的材料或木材制成，其设置在通道62内并且使所述第一和第二层61和62相互隔开。
这样，在拉杆3和外绕组20之间提供了进一步提高的绝缘性，还具有例如通过通道内流动的合适的油来进行冷却的可能性。
在实施中已经发现，根据本发明的电感应装置完全达到期望的目的，提供了一些相对于公知感应装置的显著优点和改进。实际上，尤其是由于内绕组10的有针对性的构造以及所采用的电绝缘装置的所述设计，所以根据构造极其简单并且功能上有效的解决方案，相对于具有更常规构造的内绕组的公知类型的装置，制造成本可以得到实质性的减少，而各个部件之间的电介质特性得到了实质性的改进；由此得出结论，相对于相同额定值和性能的装置，本发明的装置更廉价，或者当与类似成本的公知装置比较时，其具有改进的性能，特别是就数MVA数量级的额定功率而言。
如此设计的电感应装置可以在权利要求所限定的本发明构思的范围内有许多修改和变化；例如，针对每相，可以提供两个内低压绕组10，其绕对应的相支柱1设置，彼此隔开并且可操作地耦合，而外绕组20绕它们设置，如图1中仅针对中间相的虚线所示。在这种情况下，第二内绕组10具有与上述内绕组10完全相同的构造，两个对应的体4和5覆盖其外缘，并且对应的U形体8仅包住其最后一匝的相对端部，或者优选为其最后两匝的相对端部，或者更优选为其最后三匝的相对端部。同样，在第二绕组10的外端(图1中的最低端)，设置有与上述相同的配置并且用于相同目的的相对体50和54。反过来，可仅具有一个外绕组20(或者两个或者甚至多个)，其根据更常规的构造构成，即通过以盘(或多层)配置设置的缆、或者线、或者带。
最后，所有的细节可进一步用其它技术上等同的元件来代替，并且材料和围度可以是根据需要和现有技术的任何情况，只要它们与应用的范围和功能一致。

Claims (16)

1.一种如下类型的用于高压应用的电感应装置，包括：
-磁芯，其具有至少一个支柱(1)并且可操作地耦合到支撑结构；
-至少一个内绕组(10)，其绕所述支柱(1)设置，并且具有第一额定电压；
-至少一个外绕组(20)，其绕所述至少一个内绕组(10)设置，并且具有第二额定电压；以及
-电绝缘装置；
其特征在于，所述至少一个内绕组(10)包括由螺旋形缠绕的导电材料片形成的多个基本上同心的匝(11)，并且所述电绝缘装置包括：设置在所述同心匝(11)的相互面对的表面之间的至少一个电绝缘材料层(12)，以及至少部分地给所述内绕组(10)的上外缘和下外缘(13，14)中的至少一个加边的第一成形绝缘装置(4，5)。
2.根据权利要求1所述的电感应装置，其特征在于，所述至少一个内绕组(10)具有低于所述外绕组(20)的第二额定电压的第一额定电压。
3.根据权利要求1或2所述的电感应装置，其特征在于，所述第一成形绝缘装置包括具有L形横截面的第一和第二成形体(4，5)，所述第一和第二成形体(4，5)分别连接到所述上外缘和下外缘(13，14)，具有基本上平行于所述支柱(1)而设置并且覆盖最后的外部匝(11a)的外表面(11’)的部分的第一边(6)，以及基本上垂直于所述支柱(1)而设置并且覆盖至少所述最后的外部匝(11a)的对应短边(11”)的第二边(7)。
4.根据权利要求3所述的电感应装置，其特征在于，所述内绕组(10)包括多个贯通通道(30)，每个在两个相邻的匝(11)之间基本上平行于所述支柱(1)而延伸，所述第一和第二成形体(4，5)的所述第二边(7)具有长度L，其比所述最后的匝(11a)的外表面(11’)与最外的贯通通道(30)的外壁之间的距离D短。
5.根据一个或多个前述权利要求所述的电感应装置，其特征在于，所述第一成形绝缘装置包括U形体(8)，其至少部分地包住至少所述最后的外部匝(11a)的上端部或下端部(15)中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的电感应装置，其特征在于，所述第一成形绝缘装置包括第一和第二U形体(8)，其至少部分地分别包住所述最外匝(11a)的上端部和下端部(15)。
7.根据权利要求6所述的电感应装置，其特征在于，所述第一成形绝缘装置包括第三和第四U形体(8)，其至少部分地分别包住倒数第二的外部匝(11b)的上端部和下端部(15)。
8.根据权利要求7所述的电感应装置，其特征在于，所述第一成形绝缘装置包括第五和第六U形体(8)，其至少部分地分别包住倒数第三的外部匝(11c)的上端部和下端部(15)。
9.根据一个或多个前述权利要求所述的电感应装置，其特征在于，所述电绝缘装置包括第二成形绝缘装置，其可操作地耦合到连接到所述内绕组(10)并从其突出的至少一个导电元件(40)的部分并绕其设置。
10.根据权利要求7所述的电感应装置，其特征在于，所述第二成形绝缘装置包括第一成型体(50)，其具有：耦合到所述内绕组(10)的第一L形部分，其第一边(51)基本上平行于所述支柱(1)而设置，而第二边(52)基本上垂直于所述支柱(1)而设置；以及从所述L形部分的所述第二边(52)突起的第二U形部分(53)，其至少部分地包围连接到所述内绕组(10)的导电元件(40)的部分(42)。
11.根据权利要求9所述的电感应装置，其特征在于，所述第二成形绝缘装置包括第二成型体(54)，其设置在所述内绕组(10)的上部，以便覆盖所述内绕组(10)的面对所述外绕组(20)的绕组支柱(41)的区域。
12.根据权利要求11所述的电感应装置，其特征在于，所述第二成型体(54)具有带有L形侧横截面的角扇形配置，并且设置在所述内绕组(10)的上部，其第一边基本上平行于所述支柱(1)而设置并且覆盖所述最后的外部匝(11a)的外表面(11’)的部分，并且第二边基本上垂直于所述支柱(1)而设置并且一直延伸到最内匝(11z)。
13.根据一个或多个前述权利要求所述的电感应装置，其特征在于，所述支撑结构包括多个拉杆(3)，并且所述电绝缘装置包括第三成形绝缘装置，其绕至少一个拉杆(3)的至少一部分而设置。
14.根据权利要求13所述的电感应装置，其特征在于，所述第三成形绝缘装置包括：基于纤维素的材料的第一和第二层(60，61)，其成管状地缠绕所述拉杆(3)，并且彼此分开；以及设置在其之间、由绝缘材料制成的第三元件(62)。
15.根据权利要求14所述的电感应装置，其特征在于，所述第一层(60)包括厚度在0.8mm到1.2mm之间的绉纸片，其绕所述拉杆而设置；所述第二层(61)包括厚度在1mm到3mm之间的绉纸片，其与所述第一层(60)分开设置，以便在其间限定通道(63)；并且所述第三元件(62)包括成型体，其设置于所述通道(63)内并且使所述第一和第二层(60，61)相互隔开。
16.根据一个或多个前述权利要求所述的电感应装置，其特征在于，所述电绝缘材料层(12)包括彼此附着的、基于纤维素的材料的两个片(12a，12b)。
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