CN103026432A - 室外干式变压器 - Google Patents

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Abstract

一种适合用于室外装配于板上或者装配到电线杆的三相干配电变压器。该配电变压器包括装配到铁磁芯的一个或者多个绕组组件。每个绕组组件包括低电压绕组和高电压绕组。在每个绕组组件中，包括绝缘树脂的封套封装低电压和高电压绕组。封套包括主体以及一对高电压套管和一对低电压套管。

Description

室外干式变压器
技术领域
本发明涉及变压器并且更具体地涉及用于室外装配的配电变压器。
背景技术
经常通过设置于室外(未在建筑物中)的配电变压器从电业向住宅和小型企业供电。这样的室外变压器可以装配于板上或者电线杆上。通常，这样的室外配电变压器包括设置于外壳以内的芯和芯组件。如果变压器由液体填充，则外壳可以包围或者包括由用于冷却芯和芯组件的电介质流体填充的箱。如果变压器是干式变压器，则外壳可以是允许空气流入和流出而提供防太阳光和紫外线(UV)射线、雨、雪等的通风结构。用于常规室外变压器的外壳增加变压器的尺寸和成本。此外，对于液体填充的变压器，诸如雷击和交通事故的异常事件可能对箱造成危害并且造成电介质流体溅入周围区域，这可能带来环境问题。出于这个和其它原因，将希望提供适合用于室外装配、但是无需外壳的干型配电变压器。本发明涉及这样的干型配电变压器。
发明内容
根据本发明，提供一种适合用于室外使用的配电变压器，并且该配电变压器包括装配到由一个或者多个保护涂层涂覆的铁磁芯的一个或者多个绕组组件。每个绕组组件包括封装于封套中的低电压绕组和高电压绕组。每个封套包括绝缘树脂并且具有主体以及从主体向外延伸的一对高电压套管和一对低电压套管，该主体具有穿过其延伸的中心通路。
附图说明
本发明的特征、方面和优点参照下文描述、所附权利要求和以下附图将变得被更好地理解：
图1是根据本发明实现的变压器的主视图；
图2是变压器的三个绕组组件之一的俯视图；
图3是变压器的芯的主视图；
图4是变压器的后透视图；
图5是变压器的三个绕组组件的前透视图；
图6是三个绕组组件之一在它被封装于封套中之前的示意图；以及
图7是装配到电线杆的变压器的主视图。
具体实施方式
应当注意在下文具体描述中，相同部件无论是否在本发明的不同实施例中示出它们都具有相同附图标记。也应当注意为了清楚而简洁地公开本发明，附图可能未必按比例并且可以用一些示意形式示出本发明的某些特征。
本发明涉及一种适合用于室外装配而无需装入保护外壳内的干式配电变压器。变压器可以是单相或者三相并且可以装配到电线杆或者地面上的板。
现在参照图1和图2，示出了根据本发明构造的三相变压器10。变压器10包括装配到芯18的三个绕组组件12(每相一个)。该芯18包括铁磁金属并且形状通常为矩形。该芯18包括在一对轭状物24之间延伸的一对外支柱22。内支柱26也在轭状物24之间延伸并且设置于外支柱22之间而且与外支柱22基本上均匀间隔。绕组组件12分别装配到外支柱22和内支柱26并且分别设置于外支柱22和内支柱26周围。每个绕组组件12包括低电压(LV)绕组14和高电压(HV)绕组16，每个绕组组件形状可以为圆柱形或者矩形。在每个绕组组件12中，共心地装配HV绕组16和LV绕组14而LV绕组14在HV绕组16内并且从HV绕组径向地向内设置。如下文将更全面描述的那样，每个绕组组件12设置于由一个或者多个树脂形成的封套30内。每个绕组组件12在铸造过程期间铸造到树脂中以便封装在封套30内。
变压器10可以具有范围从约26.5kVA至约15,000kVA的kVA额定值。HV绕组16的电压可以在从约600V至约35kV的范围中，并且LV绕组14的电压可以在从约120V至约15kV的范围中。在变压器向住宅和小型企业供电的那些实施例中，变压器10可以是接收输入电压并且将它逐步降低至更低的输出电压的降压变压器。在这些实施例中，变压器10可以具有从约50kVA至约1500kVA的额定值，输入电压范围从2,400至34,500伏特并且输出电压范围从120至600伏特。
每个封套30包括主体32，该主体具有穿过其延伸的中心通路34。根据绕组组件12的构造，主体32可以是圆柱形(如图所示)或者矩形。高电压(HV)圆顶36和低电压(LV)圆顶38一体地接合到主体32并且在主体32的轴向方向上延伸。HV圆顶36和LV圆顶38可以设置于主体32的相反侧上、即以相互为180°的角度。备选地，HV圆顶36和LV圆顶38可以更近地设置在一起，诸如相互为90°的角度。
具体参照图2和图5，第一高电压(HV)套管40和第二高电压(HV)套管42从HV圆顶36延伸。第一HV套管40包括一体地接合到HV圆顶36的主体44并且第二HV套管42包括一体地接合到HV圆顶36的主体46。如图所示，第一和第二HV套管40、42的主体44、46可以各自包括以交替方式布置的大直径斜坡(shed)54和小直径斜坡56。备选地，主体44、46可以仅包括大直径斜坡54。第一和第二高电压(HV)导体60、62分别通过主体44、46延伸。
具体参照图2和图4，第一低电压(LV)套管64和第二低电压(LV)套管66从LV圆顶38延伸。第一LV套管64包括一体地接合到LV圆顶38的主体70并且第二LV套管66包括一体地接合到LV圆顶38的主体72。如图所示，主体70、72可以各自包括随着主体向外延伸而直径减少的多个圆柱分节，由此给予主体大体上截头圆锥体(frusto-conical)形状。备选地，主体70、72可以具有不同形状。第一和第二低电压(LV)导体74、76分别通过主体70、72延伸。
主体32、HV圆顶36和LV圆顶38、第一HV套管40的主体44和第二HV套管42的主体46以及第一LV套管64的主体70和第二LV套管66的主体72在铸造过程期间都一体成形。
现在参照图3，芯18的每个部件由板的堆叠形成，每个板可以由面向颗粒的硅钢组成并且具有范围从约7密耳(mil)至约14密耳的厚度。因此，每个外支柱22包括外支柱板80的堆叠，内支柱26包括内支柱板82的堆叠，并且每个轭状物24包括轭状物板84的堆叠。外支柱板80和轭状物板84分别具有斜接末端以便在它们之间形成斜接接头。轭状物板84还具有形成于其中的V形切口，从而堆叠的轭状物板在轭状物24中分别形成V形槽86。内支柱板82的末端被指向成使得分别在轭状物24的槽86中容纳内支柱26的末端。
外支柱板80的堆叠、内支柱板82的堆叠和轭状物板84的堆叠各自布置成组。在本发明的一个示例性实施例中，该组各自包括七个板。当然可以使用不同数目的组。外支柱板80的组对应于轭状物板84的组，该轭状物板84的组继而对应于内支柱板82的组。可以切割并且布置外支柱板80、内支柱板82和轭状物板84使得在轭状物24与内支柱26和外支柱22之间的接头是多阶梯搭叠接头。
如图所示，外支柱22、内支柱26和轭状物24可以各自具有近似于圆的十字形横截面。通过向部件的构成板提供可变宽度来形成芯18的外支柱22、内支柱26和轭状物24这些部件的十字形横截面。例如每个部件可以具有可变宽度的分节，其中每个分节包括多组板。可替换地，外支柱板80、内支柱板82和轭状物板84可以都具有相同宽度，从而外支柱22、内支柱26和轭状物24的横截面各自为矩形。
虽然示出和描述芯18为具有矩形堆叠构造，但是应当理解可以使用诸如缠绕芯构造的其它芯构造。
回顾图1，轭状物24中的上轭状物固着于一对上夹具结构86之间并且轭状物24中的下轭状物固着于一对下夹具结构88之间。装配结构90固着到上夹具结构86并且在上夹具结构86之间延伸。装配结构90包括可以用于移动变压器10和/或将变压器装配到向电线杆的一个或者多个眼螺栓92。波纹基部94可以固着到下夹具结构88的底部。
芯18以及上夹具结构86和下夹具结构88由一个或者多个保护涂覆层涂覆以保护芯18以及上夹具结构86和下夹具结构88免受侵蚀。在本发明的一个实施例中，芯18以及上夹具结构86和下夹具结构88具有三个涂覆层：底涂层、基涂层和顶涂层。底涂层是按照干膜中的锌重量包括至少约70％、更具体约80％的富锌底部涂覆层。底涂层可以包括环氧聚酰胺粘合剂和锌粉末填充剂。基涂层是环氧涂层并且也可以包括环氧聚酰胺粘合剂。顶涂层是疏水的并且可以包括脂族聚氨酯、环氧树脂、硅树脂橡胶或者另一类型的聚氨酯。
现在参照图6，示出了在已经封装于封套30内之前的绕组组件12之一。HV绕组16包括串联地电连接在一起的多个隔开的绕组段94。绕组段94分段形成并且缠绕于LV绕组14之上以便与LV绕组14同轴。在所示实施例中，有四个绕组段94。然而应当理解可以提供不同数目的绕组段而未脱离本发明的范围。取代四个绕组段94，可以有两个、三个、五个、六个或者其它数目的绕组段94。可以使用桶或者层绕组技术来形成每个绕组段94，其中导体96缠绕于串联连接的一个或者多个共心导体层中而每层的匝沿着段94的轴向长度并排缠绕。在多数实施例中，有5-40、更具体为11-14个导体层。绝缘材料层(诸如芳族聚合物纸)设置于每对导体层之间。虽然未示出，但是外绝缘材料层也可以设置于最外导体层之上。导体96可以是具有矩形或者圆形横截面的接线并且由纸或者瓷漆绝缘。导体96可以包括铝或者铜。导体96的末端(构成HV绕组16的末端)分别连接到第一HV套管40的第一HV导体60和第二HV套管42的第二HV导体62。
LV绕组14在所有绕组段94之下无间断延伸。用两个导体98使用层绕组技术来形成LV绕组14。导体98并联连接并且沿着LV绕组14的轴向长度缠绕在一起以形成多匝而每匝包括两个导体98。形成缠绕的双导体98的多层。在多数实施例中，多层在一层与四层之间。绝缘材料(比如芳族聚合物纸)层可以设置于每对导体层之间。每个导体98可以是具有矩形或者圆形横截面的铜接线或者铝接线并且由纸或者瓷漆绝缘。导体98的末端(构成LV绕组14的末端)分别连接到第一LV套管64的第一LV导体74和第二LV套管66的第二LV导体76。
绝缘或者高-低屏障100形成于LV绕组14的最外导体层之上。高-低屏障100可以由相对硬的电介质塑料组成。可替换地，高-低屏障100可以由缠绕于最外导体层之上的柔性绝缘片或者带的多层形成。绝缘片或者带可以由绝缘材料、诸如聚合物纸或者牛皮纸组成。高-低屏障100的厚度依赖于变压器10的额定值。HV绕组16缠绕于高-低屏障100之上。以这一方式，高-低屏障100形成绕组组件12的部分并且接合LV绕组14和HV绕组16二者。
每个绕组组件12可以形成于缠绕机的缠绕心轴上。一旦已经完全缠绕绕组组件，绕组组件12从缠绕心轴移开，然后铸造到形成封套30的绝缘树脂中。
封套30可以由单个绝缘树脂形成，该绝缘树脂是环氧树脂。在一个实施例中，树脂是环脂肪族环氧树脂、更具体为疏水环脂肪族环氧树脂合成物。这样的环氧树脂合成物可以包括环脂肪族环氧树脂、固化剂、加速剂和诸如硅烷化石英粉末、熔融硅石粉末或者硅烷化熔融硅石粉末的填充剂。在一个实施例中，环氧树脂合成物包括约50-70％的填充剂。固化剂可以是酐，诸如线性脂肪族聚合酐或者环状羧酸酐。加速剂可以是胺、酸性催化剂(诸如辛酸锡)、咪唑或者四元氢氧化铵或者卤化物。
封套30可以在自动压强胶凝(APG)过程中由树脂合成物形成。根据APG过程，树脂合成物(液体形式)被脱气并且在真空之下之时预热至40℃以上的温度。绕组组件12放置于被加热至树脂的升高固化温度的模具的空腔中。脱气并且预热的树脂合成物然后在略微压强之下引入到包含电气组件的空腔中。在空腔内，树脂合成物快速开始胶凝。然而空腔中的树脂合成物保持与从空腔以外引入的加压树脂接触。以这一方式，通过后续进一步添加在压强之下进入空腔的、脱气并且预热的树脂合成物来补偿空腔中的胶凝树脂合成物的收缩。在树脂合成物固化成固体之后，从模具空腔去除其中模制有绕组组件12的固体封套30。然后允许封套30完全固化。
应当理解，取代按照APG过程形成封套30，可以使用敞开铸造过程或者真空铸造过程来形成封套30。在敞开铸造过程中，树脂合成物简单地浇入包括绕组组件12的敞开模具中、然后被加热至树脂的提升固化温度。在真空铸造中，绕组组件12设置于装入真空室或者外套中的模具中。树脂合成物在真空之下混合并且引入到也在真空之下的真空室中的模具中。将模具加热至树脂的提升固化温度。在树脂合成物被配送到模具中之后，真空室中的压强提升至大气压用于固化模具中的部分。可以在将该部分脱模之后执行后固化。
在本发明的另一实施例中，封套30具有分别由两个不同绝缘树脂形成的两层并且根据通过引用而结合于此的PCT申请号：WO2008127575来构造。在这个实施例中，封套16包括内层或者内壳和外层或者外壳。外壳设置于内壳之上并且与之共存。内壳比外壳更柔性(更软)而内壳包括柔性第一树脂合成物并且外壳包括硬质第二树脂合成物。第一树脂合成物(在完全固化时)为柔性从而在断裂时具有(如ASTM D638测量的)大于5％、更具体为大于10％、进而更具体为大于20％、甚至进而更具体为范围从约20％至约100％的抗张伸展率。第二树脂合成物(在完全固化时)硬柔性从而在断裂时具有(如ASTM D638测量的)少于5％、更具体为范围从约1％至约5％的抗张伸展率。内壳的第一树脂合成物可以是柔性环氧合成物、柔性芳族聚氨酯合成物、丁基橡胶或者热塑橡胶。外壳的第二树脂合成物是诸如上文描述的环脂肪族环氧合成物。使用第一铸造过程和第二铸造过程在电组件之上形成封套30。在第一铸造过程中，内壳由第一模具中的第一树脂合成物形成。在第二铸造过程中，包括内壳内的绕组组件12的中间产物放置于第二模具中，然后向第二模具中引入第二树脂合成物。在第二树脂合成物(外壳)固化持续一段时间以形成固体之后，从第二模具去除绕组组件12设置于其中的封套30。然后允许外壳弯曲固化。
应当理解，具有上文描述的构造的每个绕组组件12，在LV绕组14与HV绕组16之间无开放空间、即LV绕组14和HV绕组16仅由高-低屏障100分离。此外，在LV和HV绕组14、16的任何导体层之间无冷却空间或者管道。封套30的末端为实心而其中除了中心通路34之外无开口或者通路。
变压器10适于装配到电线杆(诸如电线杆120)，该电线杆从地面竖立延伸并且支撑电线，这些电线输送来自发电厂的电力。变压器10可以用多种不同方式装配到电线杆120。变压器10可以由在眼螺栓92与固着到电线杆120的托架126之间固定的一个或者多个线缆124装配到电线杆120。线缆124可以固着到接合眼螺栓92和/或托架126的钩。
当变压器10如上文描述的装配到电线杆120时，变压器10升高至地面上方。输送来自发电站的电力的电线由电线杆120支撑并且连接到第一HV套管40的第一HV导体60和第二HV套管42的第二HV导体62。示出了HV绕组16在Y形配置中连接在一起。可替换地，HV绕组16可以在三角形配置中连接在一起。LV绕组14也可以在三角形或者Y形配置中连接在一起。变压器10与电线杆120的组合形成可以向住宅或者小型企业供电的配电装置。
当然，如上文阐述的那样，变压器10可以装配到地面上的板而不是电线杆。在任一类型的装配中，变压器10适合用于室外装配(在建筑以外)而未装入外壳或者任何其它类型的保护罩中，并且其中变压器10将直接暴露于元素、即太阳光和UV射线、雨、雪、风等。
虽然仅已经示出并且描述三相变压器，但是本发明不限于三相变压器。也可以提供根据本发明构造的单相变压器。单相变压器除了下文描述的不同之外可以具有与变压器10基本相同的构造。单向变压器的芯无内支柱26。此外，轭状物板84无V形切口并且在长度上更短，从而外支柱22更近地定位在一起。提供仅一个绕组组件12，并且该组件装配到外支柱22之一。当然，上夹具结构86和下夹具结构88长度更短以对应于缩短的轭状物24。
将理解前述示例实施例的描述旨在于仅举例说明而不是穷举本发明。本领域普通技术人员将能够对公开的主题内容的实施例进行某些添加、删除和/或修改而未脱离如所附权利要求限定的本发明的精神实质或者它的范围。

Claims (12)

1.一种适合用于室外使用的配电变压器，所述配电变压器包括：
由一个或者多个保护涂层涂覆的铁磁芯；
装配到所述芯的一个或者多个绕组组件，每个绕组组件包括封装于封套中的低电压绕组和高电压绕组，每个封套包括绝缘树脂并且包括：
主体，具有穿过其延伸的中心通路；以及
从所述主体向外延伸的一对高电压套管和一对低电压套管。
2.根据权利要求1所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，所述低电压绕组和所述高电压绕组共心。
3.根据权利要求2所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，所述低电压绕组和所述高电压绕组各自为圆柱形。
4.根据权利要求2所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，所述低电压绕组设置于所述高电压绕组内。
5.根据权利要求4所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，所述高电压绕组包括多个绕组段，所述绕组段相互分离并且串联地电连接在一起。
6.根据权利要求1所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，在所述高电压绕组与所述低电压绕组之间无空间。
7.根据权利要求6所述的配电变压器，其中每个绕组组件还包括设置于所述低电压绕组与所述高电压绕组之间并且与所述低电压绕组和所述高电压绕组二者邻接的高-低屏障。
8.根据权利要求7所述的配电变压器，其中所述高-低屏障包括硬质电介质塑料。
9.根据权利要求7所述的配电变压器，其中所述高-低屏障包括柔性绝缘材料的多层。
10.根据权利要求1所述的配电变压器，其中在每个绕组组件中，所述高电压绕组和所述低电压绕组各自为圆柱形。
11.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述配电变压器是三相变压器并且所述绕组组件是第一绕组组件，并且其中所述配电变压器还包括装配到所述芯的第二绕组组件和第三绕组组件。
12.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述绝缘树脂是环脂肪族环氧树脂。
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