CN102405504A

CN102405504A - 磁分路器、磁分路器设置和电力装置

Info

Publication number: CN102405504A
Application number: CN2010800181365A
Authority: CN
Inventors: B·克兰加努克雷图; J·斯马吉克; H·诺德博格
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2012-04-04
Also published as: US20110298575A1; WO2010094671A1; BRPI1008599A2; EP2399266A1

Abstract

本发明涉及用于电力装置、特别是电力变压器的磁屏蔽的磁分路器(1)，其包括通过导磁桥(4、4.1、4.2、4.3)磁连接的磁通收集器(5)，该桥(4、4.1、4.2、4.3)设置在磁通收集器(5)之间，且在该桥(4、4.1、4.2、4.3)的每端放置一个磁通收集器，其中该磁通收集器(5)的横截面大于该桥(4、4.1、4.2、4.3)的横截面，并且该磁分路器(1)形成单个结构单元。此外，本发明涉及磁分路器设置(12)和包括根据本发明的磁分路器(1)的电力装置。

Description

磁分路器、磁分路器设置和电力装置

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序的用于电力装置的磁屏蔽的磁分路器(magnetic shunt)、根据权利要求8的前序的用于电力装置的磁屏蔽的磁分路器设置和根据权利要求10的前序的电力装置。

背景技术

采用磁屏蔽(也叫做磁屏护)来保护具有某个体积的某物体(例如电力(电气)装置、特别是电力变压器等)免于受例如杂散磁场等磁场的影响。为了实现磁屏蔽/磁屏护，目前存在两个已知的技术方案(Ch.Yongbin、Y.Junyou、Y.Hainian、T.Renyuan，“Study on EddyCurrent Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers”，IEEE Transactions on Magnetics，30卷，5期，1994；K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987；J.Turowski、X.M.Lopez-Fernandez、A.Soto、D.Souto，“Stray losses Control in Core-andShell-Type Transformers”，Proceedings of ARWtr 2007 AdvancedResearch Workshop on transformers，Baiona，Spain，由X.MLopez-Fernadez编辑，ISBN 978-84-612-0115-0，56-68页)。根据一个技术方案，电磁屏蔽通过由具有低磁导率的高导电材料构成的导电屏(也叫做导电防护物)实现(参见，例如美国3,827,018)。另一个技术方案采用所谓的磁分路器，其包括具有各向异性的低电导率的高导磁材料(参见美国3,091,744)。该技术方案也称为磁分路。

由杂散磁场感生或产生的功率损耗随着电力装置的功率单位增加而变得更关键。杂散磁场因此不仅是技术问题，也是经济问题，因为对应于感生的负载损耗的资本值代表例如电力变压器等电力装置的成本的可观部分(R.Komulainen、H.Nordman，“Loss evaluation andthe use of magnetic and electromagnetic shields in transformers”，CIGRE International conference on Large and High Voltage ElectricSystems，1988 Session，论文ID：12-03)。另一方面，当前的市场形势由电力装置(例如，电力变压器)的原材料的相对高的价格支配，这要求在电力装置的建造中减少材料。然而，材料减少导致损耗增加。

在例如电力变压器等大型电力装置中，杂散磁通的存在通常不可避免并且不可能只通过电力装置的谨慎的和周到的设计而完全防止(Ch.Yongbin、Y.Junyou、Y.Hainian、T.Renyuan，“Study on EddyCurrent Losses and Shielding Measures in Large Power Transformers”，IEEE Transactions on Magnetics，30卷，5期，1994；K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987)。在电力变压器的情况下，它们的通电高和低压绕组通常经由传导母线的系统连接到环境，这些母线是杂散磁通的主要源中的一个(K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“LargePower Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987；Y.Junyou、T.Renyuan、W.Chengyuan、Z.Meiwen，“New PreventiveMeasures against Stray Field of Heavy Current Carrying Conductors”，IEEE Transactions on Magnetics，32卷，3期，1996)。然而，通过这些母线的谨慎的设计，杂散磁场有时可显著减少，但没有消除(Y.Junyou、T.Renyuan、L.Yan、Ch.Yongbin，“Eddy Current Fields andOverheating Problems Due to Heavy Current Conductors”，IEEETransactions on Magnetics，30卷，5期，1994)。此外，由绕组形成的磁通的部分典型地没有被电力变压器的芯捕获(即使在理想的安匝平衡情况下)，但形成杂散磁场，其影响位于它的路径中的金属部件，从而代表杂散磁场的其他主要源(Y.Junyou、T.Renyuan、L.Yan、Ch.Yongbin，“Eddy Current Fields and Overheating Problems Due toHeavy Current Conductors”，IEEE Transactions on Magnetics，30卷，5期，1994)。

在电力变压器中具有某个水平的杂散磁场则导致例如变压器箱等电力变压器的受影响的导电铁磁(或非铁磁)体中的某个水平的对应涡流，这些涡流通过杂散磁通感生。变压器箱通常由相当便宜的铁磁性钢制成。这些感生的涡流降低电力装置的效率并且进一步促进电力装置的可能的过热，由此同时增加局部温度上升的风险，即，出现所谓的热点(K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large PowerTransformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987)。由于过热和热点可以显著降低新安装的电力装置的寿命(例如通过导致采用的冷却油中的析气现象并且从而导致介电强度的损失)，存在对用于过热和热点检测的工具和方法的市场需求。现今，用于电力装置的热扫描的合适的和负担得起的工具可采用红外照片拍摄装置(其采用各种类型出现)的形式获得，即，现今在最昂贵的电力装置安装之后对它们进行过热检查。为了避免过热和热点，用于温度降低和用于保持电力装置的运行温度低于某个极限的措施和工具是现今重要的问题(K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987)。

尽管由杂散磁通感生的涡流引起的损耗不是电力装置(特别是电力变压器)的过热和/或热点的唯一原因，但它们代表发生过热/热点的主要贡献者中的一个。为了避免杂散磁场渗透进入电力装置的铁磁性导电体，可使用前面提到的采用导电防护物或磁分路器形式的磁屏。磁屏的效率关键取决于它们的设计。

本申请集中在磁分路器上，即，集中在由基本上不导电的高导磁材料构成的磁屏上。具有这些性质的磁屏可以相对容易地通过碾压和挤压高导磁铁的微小氧化膜而产生，如在K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-NewYork，1987中描述的。氧化层防止电流在期望的方向(即，由杂散磁场感生的涡流的方向)上传导，由此实现需要的不导电性。在磁辊被挤压后，可以产生相对长的具有所需横截面的磁分路器。具有准最佳尺寸(特别是厚度)的磁分路器在以下文献中描述：Ch.Yongbin、Y.Junyou、Y.Hainian、T.Renyuan，“Study on Eddy Current Losses andShielding Measures in Large Power Transformers”，IEEE Transactions onMagnetics，卷30，5期，1994；B.Cranganu-Cretu、J.Smajic和G.Testin，“Usage of Passive Industrial Frequency Magnetic-Field Shielding forLosses Mitigation：A Simulation Approach”，Proceedings of ARWtr 2007Advanced Research Workshop on transformers，Baiona，Spain，2007，由X.M Lopez-Fernadez编辑，ISBN 978-84-612-0115-0，325-330页；K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987；S.A.Holland、G.P.O′Connel、L.Haydock，“Calculating Stray Losses in Power Transformers UsingSurface Impedance With Finite Elements”，IEEE Transactions onMagnetics，卷28，2期，Mar.1992，1355-1358页；其中采用的磁分路器的几何特性取决于要屏蔽的物体。

通常，对单个磁分路器的大小和形状标准化，并且若干标准化的磁分路器结合在分路设置/系统中，然后将该分路设置/系统放置在杂散场的源和要屏蔽的物体之间。例如，为了保护电力变压器的箱壁免于受杂散磁场影响，磁分路器典型地设置成排并且平行于该箱壁放置。同时，磁分路器的轴线与预期的杂散磁场的估计方向平行延伸以减少由于在该箱壁中感生的涡流而引起的损耗(Ch.Yongbin、Y.Junyou、Y.Hainian、T.Renyuan，“Study on Eddy Current Losses andShielding Measures in Large Power Transformers”，IEEE Transactions onMagnetics，卷30，5期，1994；K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“LargePower Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987)。

由于单个磁分路器的形状假定为标准化的，限定整个磁分路器设置/系统为在给定位置处的给定数目的标准化的磁分路器的组合以高效地保护要屏蔽的物体免于受预期的杂散磁通影响是可能的。该磁分路器设置/系统通常通过使用从求解对应的已知的分析和/或经验上得到的方程组获得的尺寸值而设计。

发明内容

本发明的目的是提供磁分路器、磁分路器设置和电力装置，由此可以高效地实现磁屏蔽。

为了实现本发明的该目的和再另外的目的(其随着说明进行将变得更加容易明显可见的)，提供用于电力装置(特别是电力变压器)的磁屏蔽的磁分路器，该磁分路器包括通过导磁桥磁连接的磁通收集器，其中该桥设置在这些磁通收集器之间，其中在该桥的每端放置一个磁通收集器。这些磁通收集器的横截面大于该桥的横截面，并且该磁分路器形成单个结构单元。横截面限定为当在顶视图中观看该磁分路器时与磁分路器(或桥，分别地)的纵向成直角的切割。

由于它的较大的横截面，在磁分路器的桥的一端的磁通收集器代表简单地从周围空间/环境吸引磁通(特别是杂散磁通)的一件块状的磁性材料(a lump piece of magnetic material)。被吸引的磁通然后由具有较小的横截面的桥从它的一端传导到它的另一端，这时磁通然后在由另一个磁通收集器给出的另一件块状的磁性材料的表面上离开磁分路器。即，来自环境的磁通由具有比桥大的横截面的磁通收集器有利地收集。在本发明的优选实施例中，磁通收集器的横截面因此是桥的横截面的至少10倍。

根据本发明的磁通收集器和因此磁分路器在几何上简单、容易制造并且显著增加磁屏蔽杂散磁场的效率。

优选地，磁通收集器和桥包括相同的材料或由相同的材料构成。它们可以特别地通过碾压以及挤压高导磁铁的微小氧化膜产生，如上文参考K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large Power Transformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987描述的。磁分路器中的磁通收集器和收集器之间的桥的实现(其用高导磁铁的氧化膜完成)作为叠层进行。因为发明性的磁分路器通过聚集或换句话说收集杂散磁通进入磁通收集器而工作，最重要的是通量在它们遇到最小暴露表面的方向上攻击叠层，并且因此将产生最少的欧姆损耗。

根据本发明的磁分路器的磁通收集器不限制于特别的形状。例如，它们在形状上可以是球形并且放置在电力装置内部的关键位置处，同时由微小的磁性丝状桥连接，使得可收集由若干不同的源产生的杂散磁通并且这些磁通被引导进入特定的预先限定的方向。当然，磁通收集器可分别具有不同的形状，例如立方形或平行六面体形状。

此外，提供用于电力装置(特别是电力变压器)的磁屏蔽的磁分路器设置，其包括根据本发明的至少两个磁分路器，这些磁分路器设置成单排，其中桥被间隔开，并且每个通量收集器连接到相邻磁分路器的相应磁通收集器(其位于相应桥的对应端)。根据本发明的磁分路器设置的磁分路器的磁通收集器优选地形成磁分路器设置的框架。

此外，提供电力装置(特别是电力变压器)，其包括磁芯、电感耦合于该磁芯的绕组和具有箱壁的箱，其中提供并且设置根据本发明的一个或多个磁分路器，或提供并且设置根据本发明的磁分路器设置，使得该一个或多个磁分路器的桥与箱壁平行延伸并且全部放置在离箱壁相同的距离处。

利用根据本发明的磁分路器、根据本发明的磁分路器设置和根据本发明的电力装置，可以显著提高磁屏蔽杂散磁场的效率。根据本发明的磁分路器在建造上简单并且具有低成本。它允许具有杂散磁场的任意源的三维物体(例如母线和绕组)的屏蔽效率提高。可以容易地通过引入根据本发明的磁分路器修改现有的分路系统/设置或电力装置。

附图说明

本发明的另外的有利特征和应用可以在从属权利要求以及在图示本发明的附图的下列说明中找到。在附图中类似的标号指代附图的若干特征中的相同或相似的部件：

图1采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的第一实施例的示意图，

图2采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图3采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图4采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图5采用顶视图示出磁分路器的示意图(具有两个平行的分路)，

图6采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图7采用顶视图示出磁分路器的示意图(具有两个平行的分路)，

图8采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图9采用顶视图示出根据本发明的磁分路器的另外的实施例的示意图，

图10采用顶视图示出具有根据本发明的在图1至10中示出的磁分路器的原理内部结构的示意图，

图11-13采用顶视图(图11)、透视图(图12)和侧视图(图13)示出图1中的实施例，

图14示出根据本发明的形成要解决的优化问题的基础来找出磁分路器的拓扑的示意表示，

图15示出如果不使用磁分路器的话在整个域上的磁通线，

图16示出如果使用在图1中描绘的磁分路器的话在整个域上的磁通线，

图17示意地示出没有磁分路器的箱壁，

图18示出根据在图17中示出的设置的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)，

图19示意地示出具有在图9中描绘的磁分路器的箱壁，

图20示出根据在图19中示出的设置的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)，

图21示意地示出具有在图1中描绘的磁分路器的箱壁，

图22示出根据在图21中示出的设置的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)，

图23-25采用顶视图(图23)、侧视图(图24)和透视图(图25)示出具有磁分路器的电力变压器的示意部分表示，

图26示意地示出没有磁分路器的电力变压器的部分，

图27示出根据图26的电力变压器的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)，

图28示意地示出具有如在目前技术发展水平中已知的磁分路器设置的电力变压器的部分，

图29示出根据图28的电力变压器的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)，

图30示意地示出具有根据本发明的磁分路器设置的电力变压器的部分，以及

图31示出根据图30的电力变压器的箱壁中的对应的感生功率损耗(以W/m³计)。

在这些图中给出的值仅是示范性的。

具体实施方式

图1至10每个在顶视图中描绘放置在铁磁性导电板2(其代表例如电力变压器的箱壁)和母线3之间的磁分路器1的实施例。该导电板2是要通过该磁分路器1磁屏蔽的物体，并且这些母线3是磁场的源。示范性地，该导电板2的电导率σ是6.66·10⁶S/m，并且磁导率μ_r是200。具有50Hz频率的示范性地1000A RMS(均方根)的相电流流过这些母线3。

磁分路器1包括桥4和两个磁通收集器5。该桥4连接这两个磁通收集器5。这些磁通收集器5的每个的横截面大于该桥4的横截面，即，在图1至10中描绘的所有磁分路器1具有非均匀厚度。磁分路器1关于垂直于导电板2和母线3的对称轴对称(也参见图14及其说明)。图1至10的每个示出由母线3产生的磁场在导电板2中感生的模拟功率损耗，且从图1至图9功率损耗增加。当解决下文描述的二维优化问题时这些功率损耗已经被模拟。矩形框在图1至9中示出以突显这些磁通收集器中的一个。在图1至4、6、8至9中，磁分路器1形成单个结构单元。在图5和7中，磁分路器1由两个单独的单元给出。

在图1中，桥4的横截面是不变的并且桥4在横向方向上不居中于磁通收集器5之间(当在顶视图中观看时)，而向导电板2偏移。优选地，桥4的横截面是磁通收集器5的横截面的大约五分之一。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.48W。

在图2中，磁通收集器5与桥4对齐，磁分路器1的对齐侧面向导电板2。此外，桥4由三个部分4.1、4.2、4.3构成，其中一个内部部分4.2和两个最外面部分4.1和4.3，这两个最外面部分4.1和4.3每个位于桥4的端处。这些最外面部分4.1和4.3的横截面大于该内部部分4.2的横截面。这些最外面部分4.1和4.3与该内部部分4.2和磁通收集器5对齐。该内部部分4.2的横截面优选地是磁通收集器5的横截面的四分之一，并且每个最外面部分4.1、4.3的横截面优选地是该内部部分4.2的横截面的两倍。当然，可以有超过一个内部部分和超过两个最外面部分。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.49W。

在图3中，磁通收集器5也与桥4对齐。磁分路器1的对齐侧面向导电板2。桥4的横截面是不变的。优选地，桥4的横截面是磁通收集器5的横截面的大约四分之一。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.50W。

在图4中，当与图2的实施例相比时，桥4沿着桥4的纵轴成镜像(当在顶视图中观看时)，即，最外面部分4.1和4.3与磁通收集器5对齐，但不与磁分路器1的面向导电壁2的那侧上的内部部分4.2对齐。在磁分路器1背对导电壁2的那侧上，最外面部分4.1和4.3与内部部分4.2对齐，但不与磁通收集器5对齐。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.52W。

图5描绘磁分路器1，其中磁通收集器5和桥4被纵向间隙6各自分成两个单独的部分，使得磁分路器1由两个单独的单元1.1和1.2给出，这些单元1.1和1.2也代表磁分路器。桥4与磁通收集器5对齐并且面向导电板2。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.52W。

在图6中，桥4居中于磁通收集器5之间。桥4的横截面优选地是磁通收集器5的横截面的大约五分之一。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.53W。

图7的实施例对应于在图5中示出的实施例，其具有更大的间隙6并且磁通收集器5背对导电板2的那部分5.1的横截面具有比在图5中小的横截面。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.53W。

在图8中，桥4由优选地具有相同的横截面的三个部分4.1、4.2、4.3构成，即一个内部部分4.2和两个最外面部分4.1和4.3，其中每个最外面部分4.1和4.3位于桥4的端处。该内部部分4.2关于这些最外面部分4.1和4.3向侧边、即在磁分路器1的横向方向上(当在顶视图中观看时)偏移，并且比这些最外面部分4.1和4.3更接近导电壁2。该内部部分4.2和磁通收集器5在磁分路器1面向导电板2的那侧上对齐。当然，可以有超过一个内部部分和超过两个最外面部分。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.53W。

图9对应于图2，其中桥向内偏移，使得磁通收集器5不与桥4对齐，但桥4的最外面部分4.1和4.3与桥4的内部部分4.2在面向导电板2的那侧上对齐。对于描绘的实施例的感生功率损耗是2.54W。

图10示出磁分路器1的优选实施例的内部结构，其具有桥4和磁通收集器5、14的层叠结构。该层叠结构所示出的示范性横截面与在图3中示出的横截面相似，但不仅限于这样的横截面。桥4的有利的该层叠结构15延伸进入磁通收集器5的区域，并且磁通收集器5的该层叠结构15的一部分取向为正交于桥的结构15的方向。桥4和收集器5的这样的结构组成的效果是通量在它们遇到最小暴露表面的方向上影响叠层，并且将产生最少的欧姆损耗。

图1至图10中的实施例具有朝母线(即，朝磁场源)大致上是凹形的特性。该凹形是磁通收集器5具有的功能的后果。杂散磁通主要引导朝向收集通量的收集器5或闭式框架14，其展现最大的横截面并且防止饱和效应。

图11-13采用顶视图(图11)、透视图(图12)和侧视图(图13)将在图1中描绘的实施例示为示例。由导电板2给出的箱壁和磁分路器1的高度是例如1m，而母线3的导体延伸例如超过1.8m。导电板2和磁分路器1的性质是如对于图1至10描述的。母线3关于箱壁2居中。母线3产生磁场。描绘的配置类似于电力变压器中的实际状况，其中通电电流被带入该电力变压器顶部的绕组。图2至10的实施例可以采用透视图和侧视图近似地描绘。

为了找出根据本发明的磁分路器，即它的尺寸，可以制定拓扑优化问题，该优化问题的(次优)解决方案是除了其他以外在图1至13中描绘的都包括磁通收集器(其横截面大于桥的横截面)的磁分路器的反直观实施例。该拓扑优化问题优选地制定为三维优化问题，但还可以制定为更简单的二维优化问题。

在图14中描绘形成二维优化问题的基础或起点的初始(顶视图)拓扑。它由铁磁性导电板2、母线3和放置在该导电板2和这些母线3之间的磁分路器1’(是初始磁分路器1’)构成。该导电板2将由该磁分路器1’针对由这些母线3产生的磁场进行磁屏蔽。在顶视图中该磁分路器1’、该导电板2和这些母线3的尺寸和它们的距离在图14中示范性地给出。该导电板2的电导率σ是例如6.66·10⁶S/m，并且相对磁导率μ_r是例如200。具有50Hz频率的示范性地1000A RMS(均方根)的相电流流过这些母线3。

对于二维优化问题，磁分路器1’在顶视图中认为是矩形，其中它的面积被示范性地分成六乘五，即分成三十个相同的矩形部分1”。由于磁分路器将沿着对称轴8是对称的，每个可能的磁分路器拓扑可以由具有15位的位串代表并且拓扑优化问题变成二进制优化问题。对于该二进制优化问题的细节，我们参考B.Cranganu-Cretu、J.Smajic、W.Renhart、Ch.Magele，“Software Integrated Solution for DesignOptimization of Industrial Devices”，IEEE Transactions on Magnetics，44卷，6期，1122-1125页，June 2008；J.Smajic、B.Cranganu-Cretu、A.

M.Jaindl、W.Renhart、Ch.Magele，“Optimization ofShielding Devices for Eddy-Currents using Multiobjective OptimizationMethods”，Proceedings 13th Biennial IEEE Conference OnElectromagnetic Field Computation(CEFC 2008)，506页，NationalTechnical University of Athens，Greece，May 2008。

图1至10示出该二进制优化问题的一共32768(＝2¹⁵)个解决方案中的最佳解决方案，其中解决方案的质量由在导电板2中由于由磁场感生的涡流引起的总功率损耗来判断。感生功率损耗越小，由相应磁分路器实现的磁屏蔽越好。完全没有任何磁分路器或磁屏蔽的情况下，母线3将在导电板2中感生总计8.29W的功率损耗。另一方面，如果磁分路器1’由所有矩形部分1”构成(对应于位串111111111111111)，由此形成整块矩形磁分路器(massive rectangularmagnetic shunt)，然后感生功率损耗是2.89W。

在图1至10中描绘的十个最佳解决方案都包括位于磁分路器的桥的端处的磁通收集器，其中这些磁通收集器中的每个的横截面大于该桥的横截面，由此形成一件块状的磁性材料。在图1至10中描绘的磁分路器具有较好的屏蔽性能(较少的功率损耗)，同时由于磁通收集器的影响而需要比由全部矩形部分1”构成的实体/整块矩形磁分路器1’少的材料。当与具有全部分路部分1”的矩形磁分路器1’的明显的解决方案相比时，在图1中描绘的全球最佳解决方案需要减少55％的材料并且具有减少14％的感生功率损耗。

磁通收集器形成一件块状的磁性材料，其简单地从周围环境吸引磁通。被吸引的磁通然后由具有较小横截面的桥从它的一端传导到它的另一端，其中磁通然后在由另一个磁通收集器给出的另一件块状的磁性材料的表面上离开磁分路器。这也可以从图15和16看到，其中图15示出没有磁屏蔽并且具有8.29W的总感生功率损耗的装置中的磁通线，即磁矢势Az的实部，并且图16示出具有采用具有如在图1和11-13中描绘的磁通收集器5和桥4的磁分路器1的形式的磁屏蔽且具有2.48W的总感生功率损耗的装置中的磁通线。

图17、19和21每个示出箱壁2的示意表示，其中功率损耗由母线(未描绘)的杂散磁通感生。尺寸和性质如对于图11-13描述的，通过母线的电流如图1至10描述的那样选择。在图17中，不提供磁屏蔽。在图19中，图9中示出的磁分路器用于磁屏蔽，并且在图21中，图1中示出的磁分路器用于磁屏蔽。图18、20和22描绘在箱壁2中对于每个相应的三维配置感生的模拟功率损耗。图17的没有磁屏蔽的配置产生7.33W的总功率损耗。图19的具有图9的磁分路器的配置产生1.97W的功率损耗，其对应于当与具有整块磁分路器(即，具有如上文描述的由全部矩形部分1”构成的磁分路器1’(在三维中：分别是立方体或平行六面体部分))的配置相比时具有减少53％磁分路器体积的降低11.7％的功率损耗。具有整块磁分路器的配置产生2.33W的总功率损耗。图21的具有图1的磁分路器的配置产生1.93W的功率损耗，其对应于当与具有整块磁分路器的配置相比时具有减少53％磁分路器体积的降低13.3％的功率损耗。从而，利用根据本发明的磁分路器，可以用更少的分路材料获得更少的功率损耗。

图23-25采用顶视图(图23)、侧视图(图24)和透视图(图25)示意地示出具有磁分路器1的电力变压器的部分表示。由于该电力变压器关于垂直于它的轴线的平面对称，仅描绘该电力变压器的八分之一。该电力变压器由具有描绘的箱壁2(其由铁磁导电板给出)的箱、磁芯9和绕组(其包括一次线圈10和二次线圈11，二次线圈11由一次线圈10环绕)构成。一次线圈10和二次线圈11产生磁场。一次线圈10具有例如24000安匝并且二次线圈11具有例如-20000安匝，其中安匝的人为不平衡是造成芯磁通的原因。通电电流的频率是例如50Hz。磁通的主要部分被磁芯9吸收和引导。杂散磁通部分地因为芯饱和并且部分地因为磁芯9和线圈10、11之间的空隙而产生。在绕组(特别是一次线圈10)和箱壁2之间，放置用于磁屏蔽的磁分路器设置12，其包括磁分路器1来减少由于由杂散磁场在箱壁2中感生的涡流引起的功率损耗。磁分路器1和箱壁2的材料性质(即，电导率和磁导率)例如与连同图1至10给出的相同。磁芯9的材料示范性地与磁分路器1的材料相同。

图26、28和30每个示意地示出电力变压器的部分表示(如在图23-25中的八分之一)，其中功率损耗通过由绕组10、11产生的杂散磁通而在它的箱壁2中感生。尺寸、性质和通电电流如对于图23-25描述的那样。在图26中，不提供磁屏蔽。在图28中，使用已知的磁分路器设置13，其由如上文描述的整块磁分路器1’构成，即每个磁分路器由平行六面体给出，且磁分路器设置成单排并且磁分路器的纵轴平行于预期的杂散磁通(K.Karsai、D.Kerenyi、L.Kiss，“Large PowerTransformers”，Elsevier，Amsterdam-Oxford-New York，1987)。

在图30中，用于磁屏蔽的磁分路器设置12包括图1中示出的磁分路器1。磁分路器1设置成单排，且每个磁通收集器5连接到相邻磁分路器的磁通收集器(其位于桥的相同端)，该磁通收集器5由此形成磁分路器设置12的闭式框架14，其优选地不具有间隙/中断。相邻磁分路器的桥4被间隔开。磁分路器设置12的磁分路器1的纵轴优选地平行于预期的杂散磁通。如在图30中图示的闭式框架收集器14是这样的闭式框架14的示范性实现，其实现在图1至10中的实施例中提出的不同的桥4和收集器5概念中的一个。在图30中，杂散磁通主要通过该框架14在所有侧上被收集，并且然后它进入桥。框架的顶部和底部捕获来自绕组的端部的杂散通量，然而框架的侧部捕获还来自母线的通量。这样的闭式框架14磁分路器设置可以特别地用于电力装置(如变压器，特别是电力变压器)的有效磁屏蔽。

图27、29和31描绘在每个相应的三维电力变压器配置的箱壁2中感生的模拟功率损耗。软件Infolytica已经用于涡流的三维分析。图26的没有磁屏蔽的电力变压器产生38610W的总功率损耗。图28的具有已知的磁分路器设置13的电力变压器产生较小的9131W的功率损耗。图30的具有根据本发明的磁分路器设置12的电力变压器产生甚至更小的6613W的总功率损耗，由此导致功率损耗进一步降低28％。与用于磁屏蔽的具有理论上为零的电导率的磁性材料实体板相比，根据本发明的磁分路器设置12产生仅多8％的功率损耗，但具有减少35％的材料需要。

磁分路器设置12和它的框架14在建造上是相当简单的。框架14由磁性材料制成。框架14优选地是整块的，即它不具有中断或间隙。磁分路器设置12可以通过使用已知的整块平行六面体形的磁分路器和另外的稍厚的整块平行六面体形的磁分路器(其在已知的整块平行六面体形的磁分路器的端部上成直角地放置)而实现。框架14还可以通过使用放在一起的一对已知的整块平行六面体形的磁分路器而形成。从而，现有的已知的磁分路器设置13可以通过添加框架14容易并且可行地修改以形成本发明的磁分路器设置12。

要理解尽管已经在本文中图示并且描述本发明的某些实施例，它不限于描述和示出的特定实施例。

标号列表

Claims

1.一种用于电力装置、特别是电力变压器的磁屏蔽的磁分路器，其包括通过导磁桥(4、4.1、4.2、4.3)磁连接的磁通收集器(5)，所述桥(4、4.1、4.2、4.3)设置在所述磁通收集器(5)之间，且在所述桥(4、4.1、4.2、4.3)的每端处放置一个磁通收集器(5)，其中所述磁通收集器(5)的横截面大于所述桥(4、4.1、4.2、4.3)的横截面，并且所述磁分路器(1)形成单个结构单元，其特征在于，所述磁分路器(1)朝磁场源(3)大致上是凹形。

2.如权利要求1所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)和所述桥(4、4.1、4.2、4.3)包括相同的磁性材料。

3.如权利要求1或2所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)与所述桥(4、4.1、4.2、4.3)对齐。

4.如权利要求1至3中任一项所述的磁分路器，其中所述桥(4)由至少三个部分(4.1、4.2、4.3)构成，其中两个最外面部分(4.1、4.3)每个位于所述桥(4、4.1、4.2、4.3)的端处且具有比一个或多个内部部分(4.2)大的横截面。

5.如权利要求4所述的磁分路器，其中所述两个最外面部分(4.1、4.3)与所述一个或多个内部部分(4.2)对齐。

6.如权利要求1至5中任一项所述的磁分路器，其中所述桥(4)由至少三个部分(4.1、4.2、4.3)构成，其中所述一个或多个内部部分(4.2)关于所述两个最外面部分(4.1、4.3)向侧边偏移，每个最外面部分(4.1、4.3)位于所述桥(4)的端处。

7.如权利要求1至6中任一项所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)每个包括至少一个纵向间隙(7)。

8.如权利要求1或2所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)形成环绕所述桥(4、4.1、4.2、4.3)的闭式框架(14)。

9.一种用于电力装置、特别是电力变压器的磁屏蔽的磁分路器设置，其包括至少两个根据权利要求1至8中任一项的磁分路器(1)，其中所述磁分路器(1)设置成单排，其中桥(4)被间隔开并且其中每个磁通收集器(5)连接到相邻磁分路器的位于相应桥(4)的对应端的磁通收集器。

10.一种电力装置、特别是电力变压器，其包括磁芯(9)、电感耦合于所述磁芯(9)的绕组(10、11)和具有箱壁(2)的箱，其中提供且设置根据权利要求1至7中任一项的一个或多个磁分路器(1)或根据权利要求8或9的磁分路器设置(12)，使得所述一个或多个磁分路器(1)的桥(4)与箱壁(2)平行延伸并且在离箱壁(2)相同的距离处。

11.如权利要求10所述的电力装置，其中对于一个或多个磁分路器(1)，所述桥(4)在横向方向上不居中于所述磁通收集器(5)之间，而朝所述箱壁(2)偏移。

12.如权利要求10或11所述的电力装置，其中对于一个或多个磁分路器(1)，所述磁通收集器(5)与所述桥(4)对齐并且其中所述一个或多个磁分路器(1)的对齐侧面向所述箱壁(2)。

13.如权利要求10或11所述的电力装置，其中对于一个或多个磁分路器(1)，所述桥(4)由至少三个部分(4.1、4.2、4.3)构成，其中一个或多个内部部分(4.2)比两个最外面部分(4.1、4.3)朝所述箱壁(2)较接近地偏移，每个最外面部分(4.1、4.3)位于所述桥(4)的端处。

14.如权利要求10至12中任一项所述的电力装置，其中对于一个或多个磁分路器(1)，所述桥(4)由至少三个部分(4.1、4.2、4.3)构成，其中两个最外面部分(4.1、4.3)每个位于所述桥(4)的端处且具有比一个或多个内部部分(4.2)大的横截面，其中所述两个最外面部分(4.1、4.3)与所述一个或多个内部部分(4.2)对齐，其中对齐的部分面向所述箱壁(2)。

15.如权利要求10至12中任一项所述的电力装置，其中对于一个或多个磁分路器(1)，所述桥(4)由至少三个部分(4.1、4.2、4.3)构成，其中两个最外面部分(4.1、4.3)每个位于所述桥(4)的端处且具有比一个或多个内部部分(4.2)大的横截面，其中所述两个最外面部分(4.1、4.3)与所述一个或多个内部部分(4.2)对齐，其中对齐的部分背对所述箱壁(2)。

16.如权利要求1所述的磁分路器，其中所述磁通收集器(5)的横截面是所述桥(4、4.1、4.2、4.3)的横截面的至少10倍。

17.如权利要求1至9中任一项所述的磁分路器，其中所述桥(4)的层叠结构(15)延伸进入所述磁通收集器(5)的区域中。

18.如权利要求1至9中任一项所述的磁分路器，其中在所述桥(4)中所述层叠结构(15)的方向取向为正交于所述桥(4)的所述层叠结构(15)的至少一部分的方向。