CN103270560A - 具有冷却通道的变压器绕组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器绕组(10,40)，所述变压器绕组具有至少两个中空圆柱形地交错嵌套的、围绕公共的卷绕轴(16)延伸的绕组模块(12,14,42,44)，其中所述绕组模块(12,14,42,44)在至少一个设置在所述绕组模块(12,14,42,44)之间的中空圆柱形冷却通道(18,46)通道内部借助绝缘带(20,22,24,26,28,30,32,48)在径向上(32,62)彼此隔开。绝缘带(20,22,24,26,28,30,32,48)具有横截面形状，所述横截面形状主要避免在径向上(32,62)朝向所述卷绕轴(16)的表面走向(50,52,54)。

Description

具有冷却通道的变压器绕组
技术领域
本发明涉及一种变压器绕组，所述变压器绕组具有至少两个中空圆柱形地交错嵌套（ineinandergeschachtelt）的、围绕公共的卷绕轴延伸的绕组模块，其中所述绕组模块在至少一个设置在所述绕组模块之间的中空圆柱形冷却通道内部借助绝缘带（Isolationsleisten）在径向上彼此隔开。
背景技术
众所周知，例如额定功率为数兆伏安并且在例如5千伏至30千伏或110千伏、有时甚至达170千伏的电压范围内的电力变压器也被实现为干式变压器，其中在最后提到的电压范围内绝对也能够实现50兆伏安及以上的额定功率。在变压器运行时，在其电绕组中形成损耗热量，所述损耗热量必须被排到周围。因此，出于这类干式变压器的冷却目的，大多情况下，形成至少一个沿着绕组的轴向延伸被引导的冷却通道，以便优选借助自然的空气冷却将损耗热量从绕组内部引出。为了增大冷却效果，尤其是通常位于径向内部的低电压绕组被划分成多个径向隔开并且电串联连接的中空圆柱形绕组节段，在它们之间设置同样中空圆柱形的冷却通道。然而，在低电压绕组和高电压绕组之间大多也设置冷却通道。相邻绕组模块的径向间隔（最终由所述间隔构成冷却通道）在此通过电绝缘的矩形轮廓或通过所谓的狗骨带（“Dog-Bone”-Leisten） 来实现。
然而，在此不利的是，根据电边界条件，冷却通道必须部分实现为比冷却横截面所需要的更宽，因为在必要时还需要在相邻绕组模块之间的最小电绝缘效果，其通过相应厚的绝缘带实现。由此，变压器绕组过大并且相应地降低变压器的功率密度。
发明内容
从该现有技术出发，本发明的任务是，提供具有冷却通道的变压器绕组，所述冷却通道具有改善的绝缘能力。
所述任务通过一开始所提到类型的变压器绕组解决。其特征在于，绝缘带具有主要避免在径向上朝向卷绕轴的表面走向的横截面形状。
绝缘体的绝缘能力一方面由其材料确定，而另一方面由其外表面确定。即，只要电压应力相应地高，例如是几百V/cm并且更高，沿着该外表面就可能发生表面放电。如果电场线与绝缘体的表面正切，从而使电压应力沿着表面是最高的，则有利于表面放电。在中空圆柱形冷却通道内部，根据变压器具体的结构，场线或等位线几乎围绕冷却通道的中心轴同心地延伸，所述冷却通道的中心轴也相应于绕组的卷绕轴。因此，在使用通常的矩形轮廓或类双T的“狗骨”轮廓带（Profilleisten）作为冷却通道内绝缘带的情况下，沿着冷却通道内绝缘带的外表面的电压负载是最大的，因为所述外表面很大部分朝卷绕轴径向走向。对于这类布置的背景是，用于隔开相邻绕组节段的机械力同样是径向定向的。因此，根据现有技术的绝缘带的横截面形状取决于尽可能简单的机械合适的形状。本发明的基本思想现在在于，通过绝缘带的横截面或外表面的相应构造来如此形成绝缘带的绝缘能力，使得绝缘带的电压应力得以减小，然而，其中另一方面确保相应高的机械稳定性。
根据本发明的一个优选扩展方案，绝缘带由纤维增强环氧树脂或聚酯树脂制成。这一方面具有高的绝缘能力。另一方面通过纤维增强可能的是，实现横截面形状的高的变化多样性，但其特征是高的机械稳定性。这类绝缘带的形状例如可以通过铣削或通过挤压成形方法制造。应用在变压器绕组中的另一个前提（即达150°C以及以上的耐热性，如在干式变压器的情况下可能绝对需要的那样）同样以有利的方式给出。
当然，还可能的是，使用其它的绝缘材料，例如未增强的热塑性材料（例如聚酰胺）。当然，仅仅是在至少130°C的情况下也具有相应高稳定性的聚酰胺才适合。聚酰胺特殊的优点在于其特别简单的可塑性。
根据本发明，根据另一变型方案规定，至少一个冷却通道具有径向内部的壁和径向外部的壁，它们于是通过绝缘带隔开。绝对还可以将这些壁分段。因此，以有利的方式能够实现然后类似碗状(schalen?hnlich)冷却通道的简化装配，由此，此外还能够实现对邻近的绕组面的保护。
遵照另一本发明变型方案，绝缘带具有类似菱形的横截面或圆形横截面。这是能够被简单制成然而适合用于改善绝缘的几何标准形状。当借助内部的空腔实现绝缘带时，由重量和材料节省可以证明这是有利的。
根据绝缘带的另一实施方式，这些绝缘带具有S形横截面、X形横截面、V形横截面或Y形横截面。在此，以有利的方式在很大程度上避免径向走向的外表面部分，从而实现改善的绝缘能力。此外，尤其是X变型方案、V变型方案和Y变型方案由于其梁状的结构被证明是特别稳定的。在此，恰恰也在相邻且间隔开的绕组模块之间的扭转应力方面，具有其倾斜放置的梁区域的X形和V形作为特别优选的被强调。
根据本发明，具有包括类似锯齿的外边缘的横截面的绝缘带也适合用于实现改善的绝缘能力。这可能不仅意味着已经根据本发明的绝缘带的附加褶皱的表面形状，而且意味着具有传统的矩形横截面的绝缘带的被实现为类似肋纹的表面形状或外表面形状。
根据本发明的一个优选变型方案，绝缘带在其径向内部的和/或径向外部的末端处具有展平的形状，所述展平的形状理想情况下被如此构造，使得设置在冷却通道中的绝缘带在展平的区域处尽可能平地邻近待支撑的区域。所述待支撑的区域可以是或者绕组模块本身或者也可以是冷却通道的单独的壁。在一个特别优选的变型方案中，展平的形状被构造为球体圆筒状（zylindersphaerisch）的、即适配邻近的绕组模块的圆柱形形状。由此，以有利的方式避免了在接触区域上的放电。根据变压器绕组的构型，术语“圆柱形形状”或“中空圆柱形”不理解为具有严格的圆基础面的几何形状，相反地，也可以理解为具有圆边缘区域的近似矩形的基础形状。这使得通过变压器绕组特别高度利用变压器芯中可供使用的容积成为可能。
根据本发明的另一个构型，绕组模块彼此电连接。因此，不仅在电隔离的高电压绕组和低电压绕组之间而且在分开的变压器绕组的绕组节段或绕组模块之间能够实现具有根据本发明的间隔的冷却通道。这尤其在较大功率干式变压器(其中在运行时相应多的废热需要从其内部引开)的情况下是有意义的，这通过多个冷却通道相应简化。
根据本发明的变压器绕组的优点也适用于包括至少一个变压器芯和根据本发明的变压器绕组的变压器。即，根据本发明的变压器绕组比传统的变压器绕组更小并且因此能够以有利的方式实现根据本发明的变压器的较小的结构容积。
其它有利的构造可能性可以从其它从属权利要求中推断出。
附图说明
根据在附图中示出的实施例，更详细地描述本发明、其它实施方式和其它优点。
图1示出示例性的第一变压器绕组的截面；以及
图2示出示例性的第二变压器绕组的截面。
具体实施方式
图1示出示例性的第一变压器绕组10的截面。围绕卷绕轴同心地设置第一中空圆柱形绕组模块 12和第二中空圆柱形绕组模块 14，其中，在第一中空圆柱形绕组模块 12和第二中空圆柱形绕组模块 14之间构造同样中空圆柱形的冷却通道 18。这两个绕组模块12、14例如可以具有带状导体，其中绕组层恰恰如所述带状导体那么宽。这尤其在低电压绕组的情况下是有意义的，因为在此由于在绕组运行时与高电压绕组相比高的电流而要求高的导体横截面。但尤其在高电压侧的绕组的情况下普遍的是，导体层具有多个单线圈，由此在变压器绕组运行期间还沿着冷却通道出现更复杂的电势分配。根据电压电平和额定功率，这种变压器绕组的直径例如是0.5m至2.5m。
在冷却通道18中示例性地示出具有其横截面形状的多个绝缘带20, 22, 24, 26, 28, 30, 32，通过它们在径向方向34上彼此隔开两个绕组模块12、14。类似菱形的绝缘带20同样如圆形绝缘带24那样设有内部空腔36或38，内部空腔36或38尤其用于重量减轻。绝缘带20, 22, 24, 26, 28, 30, 32具有的横截面形状包括在径向34上朝向卷绕轴16的表面走向，所述横截面形状主要避免在径向上朝向卷绕轴的表面走向。由此以有利的方式提高冷却通道18的绝缘强度。当然，在真实的冷却通道中，优选可以设置仅仅一类绝缘带20, 22, 24, 26, 28, 30, 32，例如4件，相应的角度为90°。绝缘带20, 22, 24, 26, 28, 30, 32不必强制地在变压器绕组的整个轴向长度上延伸（所述整个轴向长度例如为1.5m至3.5m），它们绝对还可以划分多次。
图2以详细视图示出示例性的第二变压器绕组40的截面。第一绕组模块42和第二绕组模块44通过绝缘带48隔开，所述绝缘带近似具有双Y的形状。在径向内部和径向外部设置的至邻近的绕组模块42、44的接触区域56、58被实现为展平的，其中它们此外还适配绕组模块的圆柱形形状。通过这种方式，最大程度上降低在接触面的区域内放电的风险。绝缘带48具有倾斜走向的第一表面区域50、径向62走向的第二表面区域52和倾斜走向的第三表面区域54。与矩形轮廓相比，在倾斜走向的区域50、54中实现耐压强度提高。这也能够根据沿着表面加长的漏电路径60加以说明。
参考标记列表
10   示例性的第一变压器绕组的截面
12   第一绕组模块
14   第二绕组模块
16   卷绕轴
18   第一冷却通道
20   第一绝缘带
22   第二绝缘带
24   第三绝缘带
26   第四绝缘带
28   第五绝缘带
30   第六绝缘带
32   第七绝缘带
34   第一径向矢量
36   第一绝缘带的内部空腔
38   第三绝缘带的内部空腔
40   示例性的第二变压器绕组的截面
42   第一绕组模块
44   第二绕组模块
46   第二冷却通道
48   第七绝缘带
50   倾斜走向的第一表面区域
52   径向走向的第二表面区域
54   倾斜走向的第三表面区域
56   在绝缘带的径向内部末端处展平的形状
58   在绝缘带的径向外部末端处展平的形状
60   沿着表面的漏电路径
62   第二径向矢量

Claims (9)

1. 一种变压器绕组 (10, 40)，所述变压器绕组具有至少两个中空圆柱形地交错嵌套的、围绕公共的卷绕轴(16)延伸的绕组模块 (12, 14, 42, 44)，其中所述绕组模块在至少一个设置在所述绕组模块之间的中空圆柱形冷却通道(18, 46)内部借助绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)在径向上(32, 62)彼此隔开，其中所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)具有横截面形状，所述横截面形状主要避免在径向上(32, 62)朝向所述卷绕轴(16)的表面走向(50,52,54)，其特征在于，
所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)由纤维增强环氧树脂或聚酯树脂制成，或由未增强的热塑性材料制成。
2. 根据权利要求1所述的变压器绕组，其特征在于，所述至少一个冷却通道 (18, 46)具有径向内部的壁和径向外部的壁。
3. 根据权利要求1或2所述的变压器绕组，其特征在于，所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)具有类似菱形的横截面（20）或圆形横截面(24, 26)。
4. 根据权利要求3所述的变压器绕组，其特征在于，所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)借助内部的空腔(36, 38)实现。
5. 根据权利要求1或2所述的变压器绕组，其特征在于，所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)具有S 形横截面(22)、X 形横截面(30)、V形横截面 (28)或Y形横截面 (34)。
6. 根据权利要求1或2所述的变压器绕组，其特征在于，所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48)具有如下横截面：所述横截面包括类似锯齿的外边缘。
7. 根据以上权利要求中任一项所述的变压器绕组，其特征在于，所述绝缘带(20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 48) 在其径向内部的末端(56)处和/或径向外部的末端(58)处具有展平的形状。
8. 根据以上权利要求中任一项所述的变压器绕组，其特征在于，所述绕组模块 (12, 14, 42, 44)彼此电连接。
9. 一种变压器，包括至少一个变压器芯和根据权利要求1至7中任一项所述的变压器绕组(10, 40)。
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