CN102208262A

CN102208262A - 具有分阶绝缘结构的变压器

Info

Publication number: CN102208262A
Application number: CN 201110070766
Authority: CN
Inventors: 曾祥军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明公开了一种具有分阶绝缘结构的变压器，包括低压线圈、高压线圈、屏蔽电极、分阶绝缘结构和铁心，所述低压线圈、高压线圈分别设置在分阶绝缘结构内侧和外侧，所述设置在低压线圈内侧的铁心带散热围屏，所述高压线圈的出线电极处放置屏蔽形成屏蔽电极，所述分阶绝缘结构包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，分阶绝缘结构各组成结构的排列顺序由内向外依次为第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，角环延伸出低压线圈、高压线圈。其优点是，大幅降低变压器材料成本与能耗，提高产品可靠性和延长寿命。

Description

具有分阶绝缘结构的变压器

技术领域

本发明属于变压器工业制造领域，具体涉及一种适用于中小型配电变压器电磁结构的具有分阶绝缘结构的变压器。

背景技术

如图1和2所示，目前中小型配电变压器设计制造中，采用单一的绝缘结构。常见的结构：用A级绝缘纸板，加工成瓦楞油道或撑条帘，再在此油道基础上，包扎几张绝缘纸板。该传统结构除油流通道大优点外，存在有几大弊端：

一、绝缘占空位置过大问题

①瓦楞油道或撑条帘结构，对10KV级变压器，其绝缘距离通常选取为6—9毫米，个别工艺差的企业设计上选取达10-12。由于占空位置过大，绕制在油道外的线圈内外径较大，因电磁线周长过长有色金属耗用量多，从而直流电阻与负载损耗也相应较大。

由于线圈内外径较大，铁心的上下轭铁也相应增长，硅钢片用量较多。因铁心空载损耗励磁电流与硅钢片重量成正比，从而空载损耗空载电流增大、能耗增加，对产品运行经济性不利。

③ 由于线圈内外径较大，变压器油箱与体积相应较大，绝缘材料、变压油与钢材用量也较多。

二、线圈存在局部过热点问题

传统绝缘结构变压器运行时，线圈主要靠内外径表面或内部单油道散热，对多层绕制线圈，60%-75%发热量集中在线圈中部层，内外径发热量占比较小，尤其是起绕前几层。因此，线圈中部层因散热不畅，必然存在局部过热点，出现内热外冷所谓的“保温瓶效应”，对产品持久运行极为不利。国内外有许多损坏的变压器，因线圈局部过热点热老化击穿绝缘，几乎司空见惯习以为常。

三、绝缘老化速度过快问题

传统的变压器绝缘结构，一律选用A级绝缘材料，A级理论耐热点为105度，在运行环境较差或用户允许过载情况下，温升过高，绝缘材料按六度定则加速老化寿命衰减，A级材料耐热能力显得力不从心不堪重负，不可避免存在绝缘老化速度过快问题，因而变压器10-20年设计寿命就难以有效保证。

四、变压器局放问题

传统的变压器绝缘结构，仅对高压引出线焊接处只进行简单包扎处理，没加角环，更没采取屏蔽措施。众所周知，变压器线圈上端部存在大量的漏磁，由于线圈端部有铁心夹件、压钉、支板等金属构件，高压电极本身还存在尖角毛刺，电力线常密集线圈端部发生畸变，存在大量不均匀集中电场，因而绝缘薄弱点多。没采用屏蔽与角环，高压集中电场处对薄弱点容易发生局部放电，局放是隐蔽性极强的缺陷，会产生渐进式低能量的放电。目前常规试验发现不了此缺陷，长期累积效应下，腐蚀绝缘是必然的，从而不可避免给变压器带来隐患和故障。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有分阶绝缘结构的变压器，解决了现有变压器存在的成本高、能耗大、绝缘老化快与过热点、局部放电的四大问题，对现有变压器的种种缺陷进行有效的改善, 满足人们更进一步的需求。

为了达到上述设计目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有分阶绝缘结构的变压器，包括低压线圈、高压线圈、屏蔽电极、分阶绝缘结构和铁心，所述低压线圈、高压线圈分别设置在分阶绝缘结构内侧和外侧，所述设置在低压线圈内侧的铁心带散热围屏，所述高压线圈的出线电极处放置屏蔽形成屏蔽电极，所述分阶绝缘结构包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，分阶绝缘结构各组成结构的排列顺序由内向外依次为第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，角环延伸出低压线圈、高压线圈。

进一步，所述屏蔽电极采用半导体材料或金属化纸包扎屏蔽形成。

进一步，所述分阶绝缘结构4用A、B、H、F级材料、角环、根据介电系数ε及耐热等级大小布置。

更进一步，所述第一绝缘层为设置在低压线圈外侧的F级带网孔的绝缘材料；所述第二绝缘层为H级绝缘材料；所述第三绝缘层为超薄B级耐热材料；所述第四绝缘层为A级绝缘材料，所述第五绝缘层为F级带网孔的绝缘材料；所述第六绝缘层为设置在高压线圈内侧的H级绝缘材料。

更进一步，所述铁心用F级带网孔的绝缘材料包裹。

更进一步，所述低压线圈、高压线圈中间层分别放置半油道或双半油道或多半油道，循环油从线圈端部渗透入线圈中心带走热量，冷却变压器线圈。

本发明所述的具有分阶绝缘结构的变压器的有益效果是：既可节能降耗，又可达到安全可靠的双重目标，最重要的是直接降低变压器制造成本，增加生产企业的盈利能力，减少用户购置产品和变电运行总成本，具有良好的经济和间接的社会效益。它弥补了传统变压器的一些固有缺陷，是节能降耗较理想的换代产品！

提高变压器主绝缘过热耐受及过载能力，均衡了高低压线圈铁心的温升，削除局部过热点，避免局部放电对绝缘的腐蚀，提高了变压器运行可靠性与寿命。

降低变压器的空载、负载损耗，可降低铁心励磁电流约5%-10%，空载损耗下降约2%---6%，降低电网的线损和无功负担，节省用户运行的成本。

缩短了主纵绝缘距离，可降低有色金属、硅钢片、油、钢材、绝缘材料等用量，制造变压器的平均材料总成本同比可下降8—17%。

将H级耐热绝缘材料直接放置在线圈发热面、耐热能力平均提升了60—70度，F级带孔材料放其后层，用B级耐热绝缘放次热层，组成分阶式纯绝缘结构，提高变压器主绝缘抗局部过热点能力，解决主绝缘老化过快问题。

将F级带网孔的绝缘材料包裹在铁心外侧与线圈内侧，改变传统纸板无油流孔的弊端，增加了油渗透性，改善铁心与线圈散热，有效增大散热面。且耐热能力比传统A级材料提升了50度，延缓绝缘材料老化，增加变压器可靠性与寿命。

附图说明

图1为传统变压器绝缘结构的示意图；

图2为另一传统变压器绝缘结构的示意图；

图3为本发明具有分阶绝缘结构的变压器的分阶绝缘示意图；

图4为本发明具有分阶绝缘结构的变压器的线圈瓦楞双半油道结构示意图；

图5为本发明具有分阶绝缘结构的变压器的线圈撑条帘双半油道结构示意图；

图6为本发明具有分阶绝缘结构的变压器的线圈布置示意图；

图7为图6的俯视图；

图8为本发明具有分阶绝缘结构的变压器的整体布局示意图；

图9为图8的俯视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获取的其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图3、8和9所示，本发明实施例所述的具有分阶绝缘结构的变压器，包括低压线圈1、高压线圈2、屏蔽电极3、分阶绝缘结构4和铁心5，所述低压线圈1、高压线圈2分别设置在分阶绝缘结构4内侧和外侧，低压线圈1、高压线圈2延伸出屏蔽电极3，屏蔽电极3采用半导体材料或金属化纸包扎屏蔽形成，所述两铁心5分别设置在高压线圈2两端，铁心5用F级带网孔的绝缘材料包裹，铁心5发热从网孔被循环油带走，所述分阶绝缘结构4包括第一绝缘层6、第二绝缘层7、第三绝缘层8、软角环9、第四绝缘层10、第五绝缘层11和第六绝缘层12，分阶绝缘结构4各组成结构的排列顺序由内向外依次为第一绝缘层6、第二绝缘层7、第三绝缘层8、软角环9、第四绝缘层10、第五绝缘层11和第六绝缘层12。

所述分阶绝缘结构4用A、B、H、F级材料、软角环、根据介电系数ε及耐热等级大小，精心计算与布置，保障绝缘结构中电场强度均匀及耐热合理，均匀电场能提高单位距离的耐电强度，并大幅度缩小了绝缘距离，减小线圈的内外径尺寸，降低有色金属重量可达6%-14%。

具体为，第一绝缘层6为设置在低压线圈1外侧（发热面）的F级带网孔的绝缘材料，耐热散热良好；所述第二绝缘层7为H级绝缘材料，保证接近耐热能力最高；所述第三绝缘层8为超薄B级耐热材料，保证耐电强度；所述软角环9能够增加高压线圈2爬电距离，使用时，将软角环9覆盖在高压线圈2端部，增加高压线圈2对铁心5夹件的爬电距离，缩小线圈对铁轭的高度，变压器铁心窗高距离更紧凑，从而可节省2%--8%硅钢片用量；所述第四绝缘层10为A级绝缘材料，所述第五绝缘层11为F级带网孔的绝缘材料；所述第六绝缘层12为设置在高压线圈2内侧（发热面）的H级绝缘材料，该材料介电系数比前几层要高。

如图3-9所示，根据变压器线圈各部分的发热量，低压线圈1、高压线圈2中间层分别放置双半油道或多油道13，油流从线圈端部渗透入线圈中心，油循环带走热量，冷却变压器线圈，保证线圈各部分温升均匀。

具体使用时，低压线圈1、高压线圈2采用半油道、双半及多半油道结构，视层数多少及线圈电阻大小，平均计算发热导线的重量与损耗、将半油道渗透布置到线圈中部，理论最热点进行均衡散热，减少线圈过热点保证线圈各层温升均匀。

使用前，在模具上放置F级带网孔的绝缘材料，导线在F级带网孔的绝缘材料上绕制，变压器运行时，线圈发热能通过网孔经油循环带走，F级绝缘材料网孔的大小与数目可根据变压器容量大小调整适配。

以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围的内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种具有分阶绝缘结构的变压器，包括低压线圈、高压线圈、屏蔽电极、分阶绝缘结构和铁心，所述低压线圈、高压线圈分别设置在分阶绝缘结构内侧和外侧，所述设置在低压线圈内侧的铁心带散热围屏，所述高压线圈的出线电极处放置屏蔽形成屏蔽电极，其特征在于：所述分阶绝缘结构包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，分阶绝缘结构各组成结构的排列顺序由内向外依次为第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、角环、第四绝缘层、第五绝缘层和第六绝缘层，角环延伸出低压线圈、高压线圈。

2.根据权利要求1所述的具有分阶绝缘结构的变压器，其特征在于：所述屏蔽电极采用半导体材料或金属化纸包扎屏蔽形成。

3.根据权利要求1所述的具有分阶绝缘结构的变压器，其特征在于：所述分阶绝缘结构采用A、B、H、F级材料、软角环，根据介电系数ε及耐热等级大小及各级材料的数量几何尺寸与分阶绝缘的总厚度布置。

4.根据权利要求3所述的具有分阶绝缘结构的变压器，其特征在于：所述第一绝缘层为设置在低压线圈外侧的F级带散热绝缘材料；所述第二绝缘层为H级绝缘材料；所述第三绝缘层为超薄B级耐热材料；所述第四绝缘层为A级绝缘材料，所述第五绝缘层为F级带散热的绝缘材料；所述第六绝缘层为设置在高压线圈内侧的H级绝缘材料。

5.根据权利要求3所述的具有分阶绝缘结构的变压器，其特征在于：所述铁心用F级带散热的绝缘材料包裹。

6.根据权利要求1所述的具有分阶绝缘结构的变压器，其特征在于：所述低压线圈、高压线圈中间层分别放置半油道、双半油道或多半油道，循环油从线圈端部渗透入线圈发热中心带走热量，冷却变压器线圈。