CN105378864B - 电绝缘系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种用于高电压感应装置的电绝缘系统(1)。电绝缘系统(1)包括限定轴向方向的圆柱形绝缘隔层(5)、沿轴向方向具有主延伸的纵向条(7)，纵向条(7)布置成沿轴向方向支承圆柱形绝缘隔层(5)，且沿径向方向(r)提供间隔，且纵向条(7)具有面向圆柱形绝缘隔层(5)的第一侧和与第一侧(7‑2)相反的具有凹槽(7‑1)的第二侧(7‑3)，以及沿纵向方向(r)具有主延伸的间隔件(9)，间隔件(9)布置成沿轴向方向提供间隔，间隔件(9)具有凹槽配合端部(9‑2)。纵向条(7)适于将间隔件(9)的凹槽配合端部(9‑2)接纳在凹槽(7‑1)中，且其中间隔件(9)相对于凹槽(7‑1)在尺寸上设置成使得凹槽(7‑1)捕集从间隔件(9)朝圆柱形绝缘隔层(5)传播的任何闪流。

Description

电绝缘系统
技术领域
本公开内容大体上涉及感应装置。具体而言，其涉及用于高电压感应装置的电绝缘系统。
背景技术
在油绝缘感应装置如电力变压器中，矿物油通常用作经历不同电势的内部部件之间的绝缘流体。感应装置的内部部件一般包括磁芯、绕组和电绝缘系统，电绝缘系统提供具有不同电势的部件之间的绝缘。具体而言，在感应装置的主导管中，应当在油中保持一定距离来避免测试和保养期间的介电击穿。
用于芯型设计的主导管中的绕组之间的绝缘的一个典型解决方案隐含了使用例如由压板制成的圆柱形隔层来沿径向方向分开油空间。该分开极大地改善了主导管的总体宽度的介电强度，且其实际上允许显著地减小其宽度。压板隔层一般为圆柱形，且它们在感应装置的制造期间同心地置于主导管中的内绕组与外绕组之间。为了支承隔层，例如由压板制成的一组纵向条围绕内绕组或随后的内隔层均匀地放置。
绕组中的匝或盘可布置成使得它们沿轴向方向由压板间隔件分开。这些间隔件提供用于电绝缘和冷却油流的空间。当它们围绕绕组的圆周均匀地放置时，它们通过联接到对应的纵向条上来设置在其位置上。
已经确定，由绕组导线、绕组间隔件和纵向条界定的油区域在感应装置的测试和操作期间的电压状态下受较重的应力。具体而言，在闪电脉冲应力期间，在这些区域中，所谓的油楔可提供开始电飞弧的点。为了形成电飞弧，必须形成用于传播的通路，且其必须连接到不同电势的表面上。闪流(streamer)可从油楔传播穿过最接近绕组的导管中接近楔的油空间。闪流还可沿纵向条的表面传播，直到其达到圆柱形隔层，且从该点沿隔层自身继续。
具有减小飞弧风险的绝缘系统的感应装置的一个实例在GB191513586中公开。本文公开的电力变压器具有由条板状单元构成的绕组，条板状单元分别由绝缘螺旋卷绕扁平线制成。这些单元由间隔件分开，间隔件在其端部处与纵向间隔件条互锁。
然而，现有的电绝缘系统并未提供适当保护，以防从间隔件朝圆柱形隔层传播的闪流。
发明内容
鉴于上文，本公开内容的目的在于提供一种电绝缘系统，其减小了在间隔件处开始的闪流到达圆柱形隔层的风险。
因此，根据本公开内容的第一方面，提供给了一种用于高电压感应装置的电绝缘系统，其中电绝缘系统包括：限定轴向方向的圆柱形绝缘隔层；沿轴向方向具有主延伸的纵向条，纵向条布置成沿轴向方向支承圆柱形绝缘隔层且沿径向方向提供间隔，且纵向条具有面向圆柱形绝缘隔层的第一侧和与第一侧相反的具有凹槽的第二侧；以及沿径向方向具有主延伸的间隔件，间隔件布置成沿轴向方向提供间隔，间隔件具有凹槽配合端部，其中纵向条适于将间隔件的凹槽配合端部接纳在凹槽中，且其中凹槽具有口，其中间隔件具有的最大宽度尺寸小于口的宽度。
因此，从间隔件传播的任何闪流可捕集在凹槽中。具体而言，沿间隔件的侧向侧的任何位置开始的闪流也将传播到凹槽中。一旦闪流进入且到达凹槽的底部，则其不会改变方向，因为闪流将不会逆着径向电场行进，其也优选不会沿等电势的切向方向移动。在间隔件处开始的闪流将到达圆柱形绝缘隔层且因此到达低电势表面的风险因此极大降低。结果，使用电绝缘系统的高电压感应装置的主导管的尺寸可很紧凑，因为可提供较高电应力而没有电击穿。因此，可提供更紧凑的高电压感应装置。
根据一个实施例，纵向条的第二侧具有限定第一平面的端面，且其中在从凹槽配合端部朝间隔件的中心部分的方向上紧跟凹槽配合端部的间隔件的端面限定与第一平面相交的平面。
根据一个实施例，凹槽的沿轴向方向的延伸大于间隔件的厚度。因此，沿间隔件的任何表面开始的间隔件可引导到纵向条的凹槽中。
根据一个实施例，纵向条的第二侧在凹槽的各侧处具有布置成抵靠绕组的端部。间隔件的凹槽配合端部因此由凹槽侧向地包围，使得在间隔件处开始的任何闪流都可引导到凹槽中，而没有泄漏的风险。
根据一个实施例，间隔件具有包括中心部分和凹槽配合端部的本体，且其中凹槽配合端部具有沿从中心部分到凹槽配合端部的方向成锥形的锥形部分，使得锥形部分的宽度离中心部分越远就越窄。
根据一个实施例，凹槽具有与凹槽配合端部的锥形部分相齐的锥形部分，其中凹槽的锥形部分沿从纵向条的第二侧朝纵向侧的第一侧的方向成锥形。
根据一个实施例，凹槽的锥形部分和凹槽配合端部的锥形部分以不同角度成锥形，使得空间形成在凹槽配合端部的各个侧向侧与凹槽的锥形部分之间。因此，使得闪流更难在纵向条的第二侧的端面处从间隔件的侧向侧"跳到"纵向条的外侧。
根据一个实施例，纵向条由塑料材料制成。例如，纵向条因此可借助于挤制来制成，使得制造单件纵向条更简单。通过提供单件纵向条，引起开放的闪流通路的胶接接头可避免。
根据一个实施例，纵向条由单件材料制成。
根据一个实施例，纵向条具有第一侧向侧和第二侧向侧，第一侧向侧和第二侧向侧中的各个均在第一侧与第二侧之间延伸，其中纵向条的各个侧向侧均设有肋。闪流的传播距离可借助于肋而延伸，使得闪流更难以沿纵向条到达圆柱形绝缘隔层。
根据一个实施例，至少一些肋相对于纵向条的侧向侧垂直。
根据一个实施例，至少一些肋与纵向条的侧向侧成锐角，至少一些肋中的各个与纵向条的侧向侧之间的锐角沿从第二侧朝第一侧的方向形成。
本文提供的电绝缘系统可有利地用于高电压感应装置，如，电力变压器或反应器。因此，根据本公开内容的第二方面，提供了一种包括根据第一方面的电绝缘系统的高电压感应装置。
大体上，权利要求中使用的所有用语都根据其在技术领域的普通意义理解，除非在本文中另外明确限定。所有提到的"一个/一种/该元件、设备、构件、器件等"都开放地理解为表示元件、设备、构件、器件等的至少一个的情形，除非明确地另外指出。
附图说明
现在将通过举例参照附图来描述发明构想的特定实施例，在附图中：
图1a为高电压感应装置的电绝缘系统、绕组和磁芯的示意性顶视图；
图1b为图1a的电绝缘系统的示意性侧视图，其中剖开了绕组的一部分以露出圆柱形绝缘隔层和纵向条；
图2示出了图1b的电绝缘系统的一个实例的沿截面A-A的横截面的一部分；
图3a示出了图1b中的电绝缘系统的另一个实例的沿截面A-A的横截面的一部分；
图3b示出了图1b的电绝缘系统的一个实例的沿截面A-A的横截面的一部分；以及
图4绘出了电绝缘系统的另一个实例的类似于图2的实例的视图。
具体实施方式
现在将在下文中更完整地参照附图来描述发明构想，附图中示出了例示性实施例。然而，发明构想可体现为许多不同的形式，且不应当看作是限于本文所述的实施例；相反，以下实施例通过举例方式提供，以便本公开内容将为彻底且完整的，且将发明构想的范围完全传达给本领域的技术人员。相似的数字在描述各处表示相似元件。
图1a绘出了围绕高电压感应装置的磁芯3布置的电绝缘系统1。电绝缘系统1包括圆柱形绝缘隔层5，其如图1a中所示将相对于磁芯3布置在径向外侧。换言之，如图1b中所示，圆柱形绝缘隔层5沿径向方向r布置在磁芯3外部，且圆柱形绝缘隔层5沿由圆柱形绝缘隔层5的纵向延伸方向限定的轴向方向Z包围磁芯3。电绝缘系统3还包括围绕圆柱形绝缘隔层5的圆周布置来用于支承圆柱形绝缘隔层5的多个纵向条7(也称为棍)，以及沿径向方向r从相应的纵向条延伸的多个间隔件9。如图2a中所示，间隔件9布置成沿轴向方向Z在绕组w的绕组层之间提供间隔。如下文更详细描述那样，各个间隔件9具有凹槽配合端部，其布置成由纵向条7的对应凹槽接纳。
将注意的是，根据本公开内容的圆柱形绝缘隔层可布置在绕组w的任一侧处，即，如图1a中所示的绕组的径向内侧，或绕组的径向外侧。此外，间隔件的任一纵向端可具有布置成接纳在纵向条的凹槽中的凹槽配合端部。
图1b绘出了图1a中的电绝缘系统1的示意性侧视图，其中绕组w和间隔件9的部分被剖开，以便露出圆柱形绝缘隔层5和纵向条7。纵向条7具有沿轴向方向Z的主延伸，即，当安装到圆柱形绝缘隔层5上时，各个纵向条7的最大尺寸在轴向方向Z上。各个纵向条7均具有对应于或基本上对应于圆柱形绝缘隔层5的纵向延伸或高度的主延伸。此外，根据电绝缘系统1的一个变型，各个纵向条7均具有凹槽7-1，其沿纵向条7沿其整个主延伸而延伸，或至少沿主延伸的大部分而延伸。因此，在纵向条7安装到圆柱形绝缘隔层5上时，各个凹槽7-1均具有沿纵向方向Z的主延伸。作为备选，各个纵向条可包括沿其轴向方向的多个凹槽或切口，各个凹槽或切口均沿轴向方向与相应间隔件相关联。
参看图2-4，现在将更详细描述电绝缘系统1的若干变型。图2示出了电绝缘系统1的实例的沿图1b中的截面A-A的横截面的一部分。电绝缘系统1包括圆柱形绝缘隔层5、纵向条7和间隔件9，间隔件9具有沿纵向方向r的主延伸，且包括具有中心部分9-1和凹槽配合端部9-2的本体。纵向条7具有布置成面向圆柱形绝缘隔层5的第一侧7-2，以及与第一侧7-2相反的具有凹槽7-1的第二侧7-3。凹槽7-1布置成接纳间隔件9的凹槽配合端部9-2。间隔件9的凹槽配合端部9-2适于接纳在凹槽7-1中，且与其接合或互锁。纵向条7和间隔件9因此沿径向方向r对准。
根据图2中的实例，间隔件9的凹槽配合端部9-2具有沿从中心部分9-1到凹槽配合端部9-2的方向成锥形的锥形部分。因此，锥形部分的宽度离中心部分9-1越远就越窄。还可构想出其它几何形状；例如，凹槽配合端部可为矩形，或在相反方向上从端面朝中心部分成锥形。
凹槽7-1具有口7-4和底部7-5，底部7-5呈现凹槽7-1的底面。根据图2中的实例，当间隔件9的锥形部分布置在凹槽7-1中时，凹槽7-1沿从第二侧7-3朝第一侧7-2的方向(即，沿从口7-4朝底部7-5的方向)与间隔件9的锥形部分以相齐的方式成锥形。因此，口7-4具有大于底部7-5的宽度的宽度7-6。在口7-4的两个侧向侧处，纵向条7具有相应的端部7-7，其具有布置成在间隔件9的相应侧处抵接绕组w的相应的端面。因此，随着间隔件9从绕组w沿径向延伸，纵向条7借助于凹槽7-1和端部7-7沿侧向包围间隔件9。
根据图2中的实例，凹槽7-1的锥形部分和凹槽配合端部9-2的锥形部分以不同角度成锥形，使得空间11形成在凹槽配合端部9-2的各个侧向侧与凹槽7-1的锥形部分之间。然而，还可构想出其它设计；例如，凹槽配合端部的侧向侧可平行于凹槽的内侧表面且与凹槽的内侧表面间隔开。
间隔件9相对于凹槽7-1在尺寸上设置成使得凹槽7-1捕集从间隔件9朝圆柱形绝缘隔层5传播的任何闪流S。这可通过使间隔件9和纵向条7在尺寸上设置成使得在间隔件9与纵向条7之间的界面(即，间隔件的包括凹槽配合端部9-2过渡成间隔件9的中心部分9-1的过渡部的部分或纵向区段)处的间隔件9的最大宽度小于凹槽7-1的口7-4的宽度，以及通过将凹槽7-1沿轴向方向Z的延伸在尺寸上设置成大于间隔件9的厚度(即，其沿轴向方向Z的延伸)来实现。纵向条7的第二侧7-3可具有限定与第一侧7-2平行的第一平面P1的端面，且沿从凹槽配合端部9-2朝间隔件9的中心部分9-1的方向紧跟凹槽配合端部9-2的间隔件9的各个表面限定与第一平面P1相交的平面P2。为了清楚起见，图2中示出了仅一个此平面P2。因此，在间隔件9的任何侧处开始且在电场方向沿径向传播的基本上任何闪流将捕集在凹槽7-1中。一旦闪流到达底部7-5的底面，则其将不会沿逆着电场的方向传播，且因此可降低飞弧的风险。
图2中示出了上述设计的实例，其中间隔件9的最大宽度尺寸9-3小于凹槽7-1的口7-4的宽度7-6，由此可实现捕集从间隔件9传播的基本上任何闪流的效果。然而，多个其它设计是可能的；遵循凹槽配合端部的间隔件的本体可在从凹槽配合端部朝中心部分的方向逐渐地变宽。此外，间隔件可在离纵向条的第二侧的端面的适合的安全距离处以一个或多个间断步骤加宽。
凹槽7-1的底面可为平面，且与第一侧7-2平行。凹槽配合端部9-2的端面可为平面，且在布置在凹槽7-1中时与凹槽7-1的底面平行。凹槽配合端部9-2的端面和凹槽7-1的底面根据该变型与彼此间隔开，由此空间形成在其间。
根据一个变型，凹槽7-1可具有最多对应于纵向条7的第一侧7-2与第二侧7-3之间的距离的大约一半的深度。根据另一个变型，凹槽可具有最多对应于纵向条的第一侧与第二侧之间的距离的75%或大约75%的深度。闪流持续地加速，且高速闪流有很大破坏性。通过限制凹槽7-1的深度，闪流速度可受限制。
在间隔件9处开始的闪流S的实例可在图2中看到。闪流S沿间隔件9传播穿过包绕电绝缘系统1的电介质(例如，矿物油)，直到其捕集在凹槽7-1中。
图3a示出了电绝缘系统1的另一个实例。图3a中的电绝缘1类似于参照图2所述的。然而，图3a的纵向条7包括布置在第一侧向侧与第二侧向侧之间的肋7-8，其在纵向条7的第一侧7-2与第二侧7-3之间延伸。沿切向方向突出的肋7-8可沿纵向条7的基本上整个长度，沿其主延伸延伸。肋7-8优选与纵向条7的主体整体结合，使得不提供可开启闪流的通路的胶接接头。
所有肋7-8或作为备选一些肋7-8可相对于纵向条7的第一侧向侧和第二侧向侧垂直地延伸。闪流的传播距离可借助于肋7-8而延伸，使得闪流更难以沿纵向条7到达圆柱形绝缘隔层5。在间隔件9处开始的闪流S1因此可捕集在凹槽7-1中，且在间隔件9和纵向条7附近传播的闪流S2可沿纵向条7的侧向侧的延伸长度传播，从而降低了闪流到达圆柱形绝缘隔层5的风险。
图3b示出了电绝缘系统1的另一个实例。图3b中的电绝缘1类似于参照图3a所述的。然而，图3b的纵向条7包括肋7-8，其与纵向条7的侧向侧成锐角α。各个肋7-8与纵向条7的侧向侧之间的锐角α沿从第二侧7-3朝第一侧7-2的方向形成。根据图3b中的实例的变型，一些肋可与纵向条的一个或多个侧向侧成锐角，且一些肋可与纵向条的侧向侧成直角。因此还可构想出不同类型的肋的组合。
图4绘出了电绝缘系统1的又一个实例。电绝缘系统1类似于图2中所述的电绝缘系统1，但差别在于纵向条7'具有凹槽7'-1，其具有不同于之前描述的横截面形状。凹槽7'-1具有通向凹槽7'-1的第一深度水平的口7'-4。凹槽7'-1还具有凹口或腔7'-9，其适于接纳间隔件9的凹槽配合端部9-2。凹口或腔7'-9提供凹槽7'-1的第二深度水平，且该凹口或腔具有比凹槽7'-1的口7'-4更窄的口。间隔件9的宽度9-3，尤其是中心部分9-1的宽度因此小于凹槽7'-1的口7'-4的宽度7'-6。凹口或腔7'-9根据图4中的实例在凹槽7'-1中居中，且凹槽7'-1的横截面因此是对称的。在间隔件9处出现且朝圆柱形绝缘隔层5传播的任何闪流因此将捕集在凹槽7'-1中。应当注意的是，凹槽的横截面形状的多个变型是可能的，以便获得捕集间隔件处出现且从间隔件传播的闪流的凹槽。大体上，凹槽的宽度应当大于间隔件的宽度，即，对应尺寸。
例如，圆柱形绝缘隔层可由纤维素材料如压板制成。根据本文提出的任何变型的纵向条和间隔件例如可由纤维素材料(如，压板)制成，或由塑料材料制成，塑料材料为例如，聚醚酰亚胺、聚硫化亚苯、聚醚醚酮、聚芳醚砜、聚砜、聚邻苯二甲酰胺(Polyphtalamide)或聚对苯二甲酸乙二醇酯。具体而言，有利的是将各个纵向条制造为单件整体，即，具有完整横截面，使得各个纵向条均为实心块，而没有胶接接头。因此，凹槽可通过机械加工或通过挤制过程来形成。
将构想出的是，本文提出的电绝缘系统在岸上和离岸两者的AC和HVDC电力传输内得到了应用。具体而言，电绝缘系统可用于HVDC或AC感应装置中，如电力变压器和反应器。
上文主要参照一些实例描述了发明构想。然而，如本领域的技术人员将容易认识到的那样，除上文公开的一者之外的其它实施例同样可能在所附权利要求限定的发明构想的范围内。

Claims (15)

1.一种用于高电压感应装置的电绝缘系统(1)，其中所述电绝缘系统(1)包括：
限定轴向方向(Z)的圆柱形绝缘隔层(5)，
沿所述轴向方向(Z)具有主延伸的纵向条(7)，所述纵向条(7)布置成沿所述轴向方向(Z)支承所述圆柱形绝缘隔层(5)且沿径向方向(r)提供间隔，且所述纵向条(7)具有面向所述圆柱形绝缘隔层(5)的第一侧(7-2)和与所述第一侧(7-2)相反的具有凹槽(7-1)的第二侧(7-3)，以及
沿所述径向方向(r)具有主延伸的间隔件(9)，所述间隔件(9)布置成提供沿所述轴向方向(Z)的间隔，所述间隔件(9)具有凹槽配合端部(9-2)，
其中所述纵向条(7)适于将所述间隔件(9)的凹槽配合端部(9-2)接纳在所述凹槽(7-1)中，且其中所述凹槽具有口，其中所述间隔件具有的最大宽度尺寸小于所述口的宽度。
2.根据权利要求1所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述纵向条(7)的第二侧(7-3)具有限定第一平面的端面，且在从所述凹槽配合端部朝所述间隔件(9)的中心部分的方向上紧跟所述凹槽配合端部的所述间隔件(9)的各个表面限定与所述第一平面相交的平面。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述凹槽(7-1)的沿所述轴向方向(Z)的延伸大于所述间隔件(9)的厚度。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述纵向条(7)的第二侧(7-3)在所述凹槽(7-1)的各侧处具有布置成抵接绕组(w)的端部(7-7)。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述间隔件(9)具有包括中心部分(9-1)和所述凹槽配合端部(9-2)的本体，且其中所述凹槽配合端部(9-2)具有在从所述中心部分(9-1)到所述凹槽配合端部(9-2)的方向成锥形的锥形部分，使得所述锥形部分的宽度离所述中心部分(9-1)越远就越窄。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述凹槽(7-1)具有与所述凹槽配合端部(9-2)的锥形部分相齐的锥形部分，其中所述凹槽的锥形部分在从所述纵向条(7)的第二侧(7-3)朝所述纵向条(7)的第一侧(7-2)的方向上成锥形。
7.根据权利要求6所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述凹槽的锥形部分和所述凹槽配合端部(9-2)的锥形部分以不同角度成锥形，使得空间(11)形成在所述凹槽配合端部(9-2)的各个侧向侧与所述凹槽(7-1)的锥形部分之间。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述纵向条(7)由塑料材料制成。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述纵向条(7)由单件材料制成。
10.根据权利要求1所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述纵向条(7)具有第一侧向侧和第二侧向侧，所述第一侧向侧和所述第二侧向侧中的各个在所述第一侧(7-2)与所述第二侧(7-3)之间延伸，其中所述纵向条(7)的各个侧向侧均设有肋(7-8)。
11.根据权利要求10所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，至少一些肋(7-8)相对于所述纵向条(7)的侧向侧垂直。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的电绝缘系统(1)，其特征在于，所述肋(7-8)中的至少一些相对于所述纵向条(7)的侧向侧成锐角(α)，所述肋(7-8)中的所述至少一些肋中的各个肋与所述纵向条(7)的侧向侧之间的所述锐角(α)沿从所述第二侧(7-3)朝所述第一侧(7-2)的方向形成。
13.一种高电压感应装置，包括根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的电绝缘系统(1)。
14.根据权利要求13所述的高电压感应装置，其特征在于，所述高电压感应装置为电力变压器。
15.根据权利要求13所述的高电压感应装置，其特征在于，所述高电压感应装置为反应器。
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