CN103943315A - 一种高效降温的干式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可将变压器内产生的热量迅速有效排出的变压器。包括壳体（1）和位于壳体（1）内的芯体（2），芯体（2）外依次绕有初级线圈（3）和次级线圈（4），特别是所述的芯体（2）和初级线圈（3）、初级线圈（3）与次级线圈（4）之间均设有散热功能的绝缘层（5），芯体（2）与初级线圈（3）之间设有至少一个感温装置（9），感温装置（9）接控制电路部分再接驱动液体流动的装置，绝缘层（5）具有与芯体（2）轴向平行设置的空气孔（6）和置有可蒸发液体的蒸发孔（7），蒸发孔（7）上端与冷凝器连通，冷凝器与储液器连通后再与蒸发孔（7）的下端连通。

Description

一种高效降温的干式变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别是指一种可将变压器内产生的热量排出的变压器。

背景技术

在过去的若干年，由于工业和居民用电的大幅增加，远距离输送电力愈来愈普遍，因此变压器的工作功率在持续的提高，同时电子工业要求电网或局部供电必须可靠和稳定，对变压器的运行安全性和可靠性的要求也在提高。但是随着变压器的功率提高，涡流发热和线圈发热也相应的提高，特别是在芯体与线圈附近出现局部的高温，这不仅会降低功率和使用寿命，严重的还会导致供电出现问题，这在干式变压器的结构中是一个必须面临的问题。目前对干式变压器一般的散热措施是在次级线圈外侧通过强制空气冷却，由于线圈一般为螺旋形地在径向上多层缠绕线匝，且线圈多为用环氧树脂进行浇注，更影响散热问题。目前国外有用所谓单独热管置于线圈之间，热管内有可蒸发的液体，当热管受热后，液体蒸发将热量带出变压器，经冷凝后再循环进入热管，但上述的热管设置方案单一，若干条热管的换热效率是有限的，并且液体经蒸发、冷凝后流入热管再循环过程复杂，且液体流动阻力较大，在强制驱动液体流动环节的能量损失也较大。因此，对变压器或变压器内的线圈的降温具有技术上的改进的前景，且具有重要意义。

发明内容

本发明的发明目的是公开一种可将变压器内产生的热量迅速有效排出的变压器。

实现本发明的技术解决方案如下：包括壳体和位于壳体内的芯体，芯体外依次绕有初级线圈和次级线圈，特别是所述的芯体和初级线圈、初级线圈与次级线圈之间均设有散热功能的绝缘层，芯体与初级线圈之间设有至少一个感温装置，感温装置接控制电路部分再接驱动液体流动的装置，绝缘层具有与芯体轴向平行设置的空气孔和置有可蒸发液体的蒸发孔，蒸发孔上端与冷凝器连通，冷凝器与储液器连通后再与蒸发孔的下端连通。

所述的绝缘层为片状，其上端设有凸部，在绝缘层的断面形状的侧面有锯齿凹部作为空气孔，蒸发孔与锯齿凹部的空气孔相互错位设置，且绝缘层的上端延伸出上述的凸部，下端凸出于芯体和/或线圈的下端部。

所述的绝缘层的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔，其两侧的空气孔为对称设置，且蒸发孔位于断面的中间位置。

所述的绝缘层的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔，且其两侧的空气孔错位设置，同时蒸发孔位于两空气孔之间或错位设置。

所述的空气孔的形状为矩形或半椭圆形或半圆形。

所述的绝缘层按段设置或按环绕芯体和/或线圈外侧面设置。

所述的空气孔与一空气鼓风机连通。

本发明对高功率变压器作了实质性的改进，使变压器的芯体与初级线圈和初、次级线圈之间在具有良好绝缘性能的同时，由于绝缘层设有的空气散热孔和液体蒸发孔的同时存在，使散热效果大为提高，而且对可蒸发的液体和空气均设有加速流动的驱动装置，在变压器出现局部或短时间快速升温时，可快速反映出升温并启动上述的驱动装置，提高散热速度，有效的避免了快速升温可能对变压器的损坏，由于散热效率高，变压器内部的温度较已有技术的变压器低，内耗能也低，因此在提高节能的同时，可提高变压器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的变压器的结构示意图。

图2为本发明的变压器中的绝缘层的一个实施例断面示意图。

图3为本发明的变压器中的绝缘层的另一实施例的结构断面示意图。

图4为本发明的变压器中的绝缘层的再一实施例的结构断面示意图。

具体实施方式

请参见图1～图4，本发明的具体实施例如下：包括壳体1和位于壳体1内的芯体2，芯体2外依次绕有初级线圈3和次级线圈4，上述的芯体2和初次级线圈（3、4）的形状一般为圆柱形，当然亦可以是其它形状，这视具体情况而定，初级线圈3和次级线圈4一般是按径向缠绕构成，为提高绝缘性能，可对线圈用环氧树脂性浇注，但对热传导会有一定的影响，本发明的关键是在芯体2和初级线圈3、初级线圈3与次级线圈4之间均设有散热功能的绝缘层5，如初级线圈3和次级线圈4由两个以上的线圈构成，则线圈之间也可设有上述的绝缘层5，绝缘层5起到绝缘功能的同时，将芯体2和初、次级线圈因涡流、电线电阻产生的热量及时地散出变压器，由于某些原因，变压器内可能出现快速升温，这种升温可能是局部部位产生也可能是整体出现，因此在芯体2与初级线圈3之间设有至少一个感温装置9，以随时测量变压器内部的升温过程，感温装置9接控制电路部分再接驱动液体流动的驱动装置，绝缘层5具有与芯体2轴向平行设置的空气孔6和置有可蒸发液体的蒸发孔7，蒸发孔7上端与冷凝器连通，冷凝器与储液器连通后再与蒸发孔7的下端连通，上述的液体流动的驱动装置、冷凝器和储液器由已有技术中依据变压器的大小规格和液体总量进行常规选择即可（图中未示出）；一般情况上当变压器产生一定热量并升温时，空气孔6内的空气受热后会流动并从空气孔6的上端流出，带走一定的热量，当变压器持续升温后，蒸发孔7内的液体气化后从蒸发孔7上端流出进入冷凝器（图中未示出），带走较大的热量，在正常情况下，空气和气化后的液体带走的热量会使变压器维持在设计要求的温度范围以保证变压器的正常工作，如出现特殊原因使变压器内出现快速升温，则前述的感温装置9会迅速将温度信号转化为电信号传递给控制电路部分，并进而启动驱动装置驱动液体流量增加，以对变压器快速降温；上述的空气孔6和蒸发孔7是形成于绝缘层5内部，其可以是将绝缘材料按常规的方法制备出空气孔6和蒸发孔7，但优选地方法是将绝缘材料与塑胶制备的塑料管（作为蒸发孔7）一体制备成前述的绝缘层5，绝缘层5上设置的空气孔6可按塑料管的方式制备，亦可在绝缘层表面压制出条状凹部而形成。

实际上在变压器内设置具有散热功能的绝缘层5，不仅要考虑散热效率还要考虑绝缘性能，更进一步还要考虑绝缘层5的制备和方便变压器的制备等诸多因素，因此对绝缘层5进行反复的精心设计、试验和检测等大量的工作，以满足诸多的技术和工艺要求。

为提高散热和制备的要求，所述的绝缘层5为片状，其上端（指当芯体2为垂直状时，绝缘层5亦有上下端）设有凸部8，该凸部8特别有利于片状的绝缘层5在芯体2与初级线圈3或初级线圈3与次级线圈4之间的定位，实质上凸部8存在使其位于芯体2和初级线圈3之间或位于初、次级线圈（3、4）之间时，整个绝缘层5可以伸展的平整度更高，甚至可以对绝缘层5的下端略为施加一定的力量以避免绝缘层5在制备变压器的过程中出现褶皱而堵塞空气孔6或蒸发孔7；上述的绝缘层5的断面形状的侧面有锯齿凹部作为空气孔6，蒸发孔7位于断面相对锯齿凹部的另一侧，上述的侧面的锯齿凹部就可将前述的绝缘材料通过压制的方法而形成，上述的蒸发孔7与锯齿凹部的空气孔6相互错位设置，这样可在保证整个绝缘层5有相对均匀的散热性的同时，可使蒸发孔7的直径尽可能的大，以提供尽可能多的液体蒸发气体通过或提高散热面积，绝缘层5的上端延伸出上述的凸部8，下端凸出于芯体2和/或线圈的下端部，也就是说绝缘层5的上下端均延伸出芯体2和初、次级线圈（3、4）的两个端面，这特别有利于整个空气通过系统和液体循环系统的设置与装配。

除了前述的绝缘层5的结构外，所述的绝缘层5的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔6，此时两侧的空气孔6为对称设置，且蒸发孔7位于断面的中间位置，此时蒸发孔7实质位于两侧相邻的四个空气孔6之间，则蒸发孔7的面积可制备的尽可能大或蒸发孔7的断面为矩形（图3所示），这种结构的绝缘层5的散热均匀较好，特别适合设置在多层结构的初级线圈3或次级线圈4内部，由于散热均一性好，不会造成各层线圈之间的热应力差，减小变压器制备过程中为避免热应力的变化或预计量而设置的过多的技术措施。

所述的绝缘层5的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔6，且其两侧的空气孔6错位设置，同时蒸发孔7位于两空气孔6之间或错位设置（图4所示），这种结构的绝缘层5特别适合大功率的变压器使用，因为大功率的变压器内部热量产生的多，同时对绝缘要求亦高，则绝缘层5的厚度是提高绝缘性能之一，而上述的结构实质上在绝缘层5上形成两排空气孔6和两排蒸发孔7，尽管绝缘层5的整体厚度有所增加，但散热效果不会相较于前述的结构降低散热性能。

由于绝缘层5在变压器中设置，芯体2或初、次级线圈（3、4）可以是圆形断面，亦可能是其它形状的断面，为适应不同的断面结构，空气孔6的断面形状为矩形或半椭圆形或半圆形，矩形的空气孔6适合于平面设置或较小曲度的设置，因为矩形的空气孔6中存在的直角位置在较大弯曲度时会受到较大的应力而使直角的位置在一定时间使用后产生裂纹而影响绝缘性能或可能导致绝缘层5内的蒸发孔7中的液体产生局部泄露；当绝缘层5在变压器内需有较大弯曲度时，空气孔6的断面形状为半椭圆形或半圆形时可消除上述空气孔6变形时产生的应力和其可能产生的微小裂纹的前景，变形只是使空气孔6的曲率发生变化，半椭圆形的空气孔6会与半圆形的空气孔6与线圈或芯体2有更大的空气流动的接触面积，因此选择何种空气孔6的断面形状，可根据散热要求进行选择；同样由于不同变压器的结构，绝缘层5可按段设置或按环绕芯体2和/或线圈外侧面设置，这完全取决于针对不同功率的变压器的不同散热要求进行选择；在实际使用中，必须考虑前述的突发的局部或整体较快的升温时的应对措施，因此将上述的空气孔6与一空气鼓风机连通（图中未示出）是应考虑的措施，在感温装置9和电路控制部分的电信号的指示下，启动空气鼓风机或其它空气驱动装置，加速空气在空气孔6中的流动速度，很多情况下会避免变压器的损坏，空气鼓风机与液体驱动装置的开启或关闭可以由电路控制部分控制。

以上的实施例仅是本发明可以实际使用的一些选择，不应视为是对本发明的保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种高效降温的干式变压器，包括壳体（1）和位于壳体（1）内的芯体（2），芯体（2）外依次绕有初级线圈（3）和次级线圈（4），其特征在于所述的芯体（2）和初级线圈（3）、初级线圈（3）与次级线圈（4）之间均设有散热功能的绝缘层（5），芯体（2）与初级线圈（3）之间设有至少一个感温装置（9），感温装置（9）接控制电路部分再接驱动液体流动的装置，绝缘层（5）具有与芯体（2）轴向平行设置的空气孔（6）和置有可蒸发液体的蒸发孔（7），蒸发孔（7）上端与冷凝器连通，冷凝器与储液器连通后再与蒸发孔（7）的下端连通。

2. 按权利要求1所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的绝缘层（5）为片状，其上端设有凸部（8），在绝缘层（5）的断面形状的侧面有锯齿凹部作为空气孔（6），蒸发孔（7）与锯齿凹部的空气孔（6）相互错位设置，且绝缘层（5）的上端延伸出上述的凸部（8），下端凸出于芯体（2）和/或线圈的下端部。

3. 按权利要求1或2所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的绝缘层（5）的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔（6），其两侧的空气孔（6）为对称设置，且蒸发孔（7）位于断面的中间位置。

4. 按权利要求1或2所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的绝缘层（5）的断面形状的两侧面均有锯齿凹部的空气孔（6），且其两侧的空气孔（6）错位设置，同时蒸发孔（7）位于两空气孔（6）之间或错位设置。

5. 按权利要求3所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的空气孔（6）的形状为矩形或半椭圆形或半圆形。

6. 按权利要求1～5所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的绝缘层（5）按段设置或按环绕芯体（2）和/或线圈外侧面设置。

7. 按权利要求1～6所述的高效降温的干式变压器，其特征在于所述的空气孔（6）与一空气鼓风机连通。