CN107004494B - 电绝缘系统和包括该电绝缘系统的电磁感应装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及用于高压电磁感应装置(18)的电绝缘系统(1)。该电绝缘系统(1)包括棒(3)，其具有升高中央部分(5)和两个横向部分(7、9)，升高中央部分(5)相对于两个横向部分(7、9)被升高，并被布置在两个横向部分(7、9)之间，其中升高中央部分(5)限定被布置成面向绕组(19)的面向绕组表面(5a)，其中棒(3)具有与面向绕组表面(5a)相对的阻挡壁障接触表面(13)，其中在面向绕组表面(5a)与阻挡壁障接触表面(13)之间的第一距离限定棒(3)的厚度T，其中棒(3)具有第一凹槽(11a)和第二凹槽(11b)，第一凹槽(11a)布置在两个横向部分(7、9)中的第一横向部分(7)与升高中央部分(5)之间，第二凹槽(11b)布置在两个横向部分(7、9)中的第二横向部分(9)与升高中央部分(5)之间，第一凹槽(11a)和第二凹槽(11b)沿着棒(3)轴向地延伸，其中第一横向部分(7)和第二横向部分(9)中的每一个具有与阻挡壁障接触表面(13)相对的相应邻近凹槽表面(7a、9a)，其中从每个邻近凹槽表面(7a、9a)至由面向绕组表面(5a)定义的平面(P1)的第二距离t1满足关系t1<0.6T。本公开还涉及一种包括电绝缘系统的高压电磁感应装置。
Description
技术领域
本公开一般地涉及电磁感应装置。特别地，本公开涉及用于高压电磁感应装置的电绝缘系统和包括电绝缘系统的高压电磁感应装置。
背景技术
在液体绝缘电磁感应装置(诸如电力变压器)中，通常使用矿物油、天然酯油或合成酯油作为经受不同电势的内部零件之间的绝缘流体。电磁感应装置的内部零件通常包括磁心、绕组以及提供具有不同电势的零件之间的绝缘的电绝缘系统。特别地，在电磁感应装置的主管道中，应保持油中的一定距离，以避免测试和维修期间的介电击穿。
主管道中绕组之间的电绝缘通常包括由例如压制板制成的圆筒形壁障，以在径向方向上划分油空间。此细分大大地改善了针对主管道整个宽度的介电强度，并且其在实践中允许显著地减小其宽度。在电磁感应装置的制造期间，通常将压制板壁障同心地布置在主管道中的内和外绕组之间。为了提供绕组的径向支撑，围绕着壁障均匀地放置由例如压制板制成的一组纵向杆，一般地称为棒或条带。该条带为绕组提供支撑表面。
已经认识到，由绕组导体、支撑绕组导体的棒以及轴向地支撑绕组导体盘的间隔物界定的油区域在电磁感应装置的测试和操作期间处于高应力欠压条件。特别地，在闪电脉冲应力期间，在这些区域中，所谓的油楔可能提供电闪络的引发点。为了使闪络产生，必须形成用于传播的路径，并且必须将其连接到不同电势的表面。流注(streamer)可以从油楔，跨过接近于在与绕组最接近的管道中的楔的油空间进行传播。流注还可以沿着棒的表面传播，直至其到达圆筒形壁障并沿着壁障本身从该点继续。期望阻止流注在具有不同电势的表面之间传播，以便防止电飞弧。
在EP2806436中公开了流注俘获的示例，其中纵向杆或棒具有被布置成接收间隔物的凹槽配合端部的凹槽，其中在纵向杆的接触表面与绕组之间的区域中的油楔中引发的流注可以被俘获在该凹槽中。然而，在此区域中引发的流注还可能向外而不是向凹槽内部传播。
JP S61 224302 A公开了一种固定感应电气设备。具有大于小孔部分的底座的垂直凹槽由垂直管段形成。在层间间隔物上以如下方式提供突出物，该方式使得间隔物被装配在垂直凹槽中并且间隔物被移动，垂直管段是以这样的方式组成的，该方式将其制造成比油间间隔物的宽度更宽。从位于间隔物与盘式线圈的最内侧线圈之间的楔形微小油隙产生局部放电，并且该放电在间隔物的爬电表面上朝着内侧行进。然而，由于管片的宽度比间隔物的宽度更宽，所以放电的行进在垂直管道的表面上停止。
发明内容
鉴于上述情况，本公开的目的是提供一种增加俘获流注的可能性的电绝缘系统。
因此，根据本公开的第一方面，提供了一种用于高压电磁感应装置的电绝缘系统，其中该电绝缘系统包括：棒，其具有升高中央部分和两个横向部分，该升高中央部分相对于所述两个横向部分被升高，并被布置在所述两个横向部分之间，其中升高中央部分限定被布置成面向绕组的面向绕组表面，其中所述棒具有与所述面向绕组表面相对的壁障接触表面，其中在所述面向绕组表面与所述壁障接触表面之间的第一距离限定所述棒的厚度T，其中所述棒具有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽布置在所述两个横向部分中的第一横向部分与所述升高中央部分之间，所述第二凹槽布置在所述两个横向部分中的第二横向部分与所述升高中央部分之间，所述第一凹槽和第二凹槽沿着所述棒轴向地延伸，其中所述第一横向部分和所述第二横向部分中的每一个具有与所述壁障接触表面相对的相应邻近凹槽表面，其中从每个邻近凹槽表面至由所述面向绕组表面限定的平面的第二距离t1满足关系t1<0.6T。
借助于具有布置在被布置成支撑绕组的升高中央部分的两侧上的两个凹槽的棒，在面向绕组表面与绕组之间的油楔中引发的流注将被俘获在两个凹槽其中的一个中。关系t1<0.6T，即升高中央部分相对于邻近凹槽表面的高度是总厚度T的至多60％，是确保两个凹槽中的高效流注俘获的关系，即基本上所有流注被俘获在凹槽中的一个中，而不是沿着不同的路线传播。因此，如果满足此关系，则凹槽位于与绕组的一定距离处，这确保高效的流注俘获。
根据一个实施例0.01T<t1。此关系确保电磁场强度在邻近凹槽表面上将受到限制，并且在绕组与邻近凹槽表面之间不能引发流注，其可能导致也在此区域中也引发流注。此类流注可能逃脱俘获。
根据一个实施例，第一凹槽和第二凹槽中的每一个的深度t4满足关系1/3t1<t4<0.9T。
根据一个实施例，第一横向部分从第一凹槽至第一横向部分的横向端面的最小宽度w4满足关系1/3<w4/t3<3，其中t3是从第一凹槽的底部至壁障接触表面的距离。
根据一个实施例，第二横向部分从第二凹槽到第二横向部分的横向端面的最小宽度w4满足关系1/3<w4/t3<3，其中t3是从第二凹槽的底部到壁障接触表面的距离。
根据一个实施例，第二距离t1在0.1至3mm范围内。
根据一个实施例，升高中央部分的面向绕组表面的宽度w2小于壁障接触表面的w1宽度。
根据一个实施例，从所述面向绕组表面至一平面的距离w5满足关系1/8w5<w2<4w5，所述平面与由所述面向绕组表面定义的平面垂直，并与所述两个横向部分中最接近于所述面向绕组表面的横向边缘的所述横向部分的横向边缘对准，其中w2是所述面向绕组表面的宽度。借助于此关系，可以进一步确保流注俘获功能。此外，根据一个变型，此关系对面向绕组表面的两个横向边缘、即对相应最近横向部分的横向边缘均有效。
根据一个实施例，该棒由基于纤维素的材料制成。
一个实施例包括具有被布置成容纳升高中央部分的切口的间隔物。
根据一个实施例，第一凹槽和第二凹槽中的每一个具有与所述平面平行地张开的开口。
根据一个实施例，第一凹槽和第二凹槽中的每一个具有深度t4，所述深度t4是从与所述平面平行且其包含相应邻近凹槽表面中最接近于所述平面的点的平面测量的。
在高压电磁感应装置中有利地利用所述电绝缘系统。因此，根据本公开的第二方面，提供了一种高压电磁感应装置，其包括根据第一方面的电绝缘系统。
根据一个实施例，高压电磁感应装置是电力变压器或电抗器。
根据一个实施例，高压电磁感应装置是液体绝缘的。
一般地，在权利要求中使用的所有术语应根据其在技术领域中的普通意义来解释，除非在本文中另外明确地定义。应将对“一/一个/该元件、设备、组件、部件、步骤等”的所有提及开放地解释为是指元件、设备、组件、部件等的至少一个实例，除非另外明确地说明。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述本发明概念的特定实施例，在所述附图中：
图1是用于电磁感应装置的电绝缘系统的棒的示例的横截面图；
图2是用于电磁感应装置的电绝缘系统的一部分的示例的横截面图；
图3示意性地示出了包括图1中的绝缘系统的电磁感应装置的绕组部分的横截面；以及
图4图示出图1中的电绝缘系统的功能。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图来更全面地描述本发明概念，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，可以用许多不同形式来体现本发明概念，并且不应将其理解为局限于本文中所阐述的实施例；相反地，这些实施例是以示例的方式提供的，使得本公开将是透彻且完成的，并且将向本领域的技术人员全面地传达本发明概念的范围。相同的附图标记遍及各图指代相同元件。
图1示出了用于高压电磁感应装置的电绝缘系统1的示例。电绝缘系统1包括棒3，其被布置成支撑高压电磁感应装置的绕组。棒3因此被布置成在电磁感应装置中提供绕组的径向支撑。在使用中，棒3的一个表面通常朝着壁障(通常为圆筒形壁障)安装，而相对表面面向并支撑绕组的一部分。通常可能引发流注的是在棒与绕组之间的此接触区域中。
棒3具有升高中央部分5，其具有被布置成面向绕组的面向绕组表面5a。面向绕组表面5a通常在布置于电磁感应装置中时支撑绕组，但是在某些情况下可以布置在与绕组的一定距离处，在其之间具有液体间隙。面向绕组表面5a因此一般地还可以称为绕组支撑表面，其被布置成支撑绕组。
棒3还具有两个横向部分，即第一横向部分7和第二横向部分9。升高中央部分5被布置于两个横向部分7和9之间，并且面向绕组表面5a相对于第一横向部分7和第二横向部分9被升高。因此，只有棒3的面向绕组表面5a被布置成接触并支撑绕组。
棒3具有布置在第一横向部分7与升高中央部分5之间的第一凹槽11a和布置在第二横向部分9与升高中央部分5之间的第二凹槽11b。第一凹槽11a和第二凹槽11b沿着棒3的轴向方向延伸。
棒3具有壁障接触表面13，在横截面图中看，其与面向绕组表面5a相对布置。棒3是长方形的，并且具有在纵向(即垂直于横截面平面的方向)上定义的长度。棒3还具有在两个横向部分7和9之间定义的宽度。棒3具有由第一距离定义的厚度T，该第一距离是面向绕组表面5a与壁障接触表面13之间的距离。
面向绕组表面5a具有宽度w2。壁障接触表面13具有宽度w1。根据一个变型，宽度w1与条带3的宽度一致。优选地，升高中央部分5的面向绕组表面5a的宽度w2小于壁障接触表面13的w1宽度，即w2<w1。
面向绕组表面5a定义平面P1。第一横向部分7和第二横向部分9中的每一个具有相应邻近凹槽表面7a和9b。第一凹槽7的邻近凹槽表面7a界定第一凹槽11a，并且延伸到第一横向部分7的横向边缘7b。邻近凹槽表面7a至平面P1的距离(称为第二距离t1)满足关系t1<0.6T。第二距离因此严格地小于条带3的厚度T的60％。第二凹槽9的邻近凹槽表面9a界定第二凹槽11b，并且延伸到第二横向部分9的横向边缘9b。邻近凹槽表面9a至平面P1的距离(称为第二距离t1)满足关系t1<0.6T。第二距离因此严格地小于条带3的厚度T的60％。邻近凹槽表面7a和9a两者因此被布置在距平面P1的第二距离t1处，其满足关系t1<0.6T。
根据一个变型，第二距离t1严格地大于0.01倍的厚度T1，即0.01T<t1。适当第二距离t1的示例可以在范围0.1至3mm内。更大距离也将是可能的，但是将不会进一步降低引发风险。
面向绕组表面5a具有两个横向边缘5b和5c。从面向绕组表面5a的横向边缘5b至垂直于平面P1并与第一横向部分7的横向边缘7b对准的平面P2的距离w5满足关系1/8w5<w2<4w5。同样地，从面向绕组表面5a的横向边缘5c至垂直于平面P1并与第二横向部分9的横向边缘9b对准的平面P3的相应距离w5也满足关系1/8w5<w2<4w5。根据一个变型，这些距离w5中的两个满足关系1/4w5<w2<4w5。
棒3借助于布置于升高中央部分5的两侧上的第一凹槽11a和第二凹槽11b来形成双重流注俘获。棒3被设计成使得，除接近于面向绕组表面5a的容积之外，针对棒3附近的所有油容积的电场将远低于用于引发流注的临界电场。借助于例如对面向绕组表面5a相对于邻近凹槽表面7a和9a的高度的适当尺寸确定，在每个邻近凹槽表面7a和9a以上的电场远低于引发场，即用于流注引发的阈值电磁场强度。
第一凹槽11a和第二凹槽11b中的每一个具有深度t4，所述深度t4是从与所述平面P1平行并且包含所述相应邻近凹槽表面7a和9a中最接近于所述平面P1的点(即布置在与平面P的距离t1处的点)的平面测量。每个凹槽11a、11b的深度t4满足关系1/3t1<t4<0.9T。从而，可以确保凹槽7和9两者都不会充满电荷，该电荷将允许流注溢出凹槽的边缘并传播到棒3的外面。
第一凹槽11a和第二凹槽11b中的每一个具有与平面P1平行地张开的相应开口。第一凹槽11a和第二凹槽11b的开口因此在安装之后面向绕组。
棒3具有分别地由第一横向部分7和第二横向部分9限定的横向壁。每个横向壁因此从相应凹槽11a、11b开始延伸。每个壁的最小宽度w4，即第一横向部分7从第一凹槽11a至关联横向端面的最小宽度和第二横向部分9从第二凹槽11b至关联横向端面的最小宽度，满足关系1/3<w4/t3<3，其中t3是从凹槽7、9的底部至壁障接触表面13的距离。
横向壁的最小宽度和从第一凹槽7和第二凹槽9中的每一个的底部至壁障接触表面13的距离t3，即每个凹槽7和9的底部的厚度，借助于上文定义的关系是足够厚的，以使得制成棒3的固体材料在流注的情况下不被电刺穿。可以用以下公式来计算所需厚度：
Thickness＝Udesign/Ecrit-puncture,
其中，Ecrit-puncture是用于电刺穿的临界场，并且Udesign是从绕组至第一圆筒形壁障的电压降，电绝缘系统被设计成耐受该电压降。Ecrit-puncture的值可以根据条带3的设计而在厚度方向和宽度方向上是不同的，或者可以不这样。
应该对每个凹槽11a、11b的在宽度方向上的开口确定尺寸，使得沿着面向绕组表面5a朝着凹槽传播的流注传播到该凹槽7或9中，并且其不会“跳”到凹槽上方，以使得其可以在棒的横向侧传播更远。根据一个变型，每个凹槽7和9的开口可以具有严格地大于第二距离t1的宽度w3，即w3>t1。此外，凹槽7和9的每个开口的宽度根据一个变型可以另外满足关系1/4w2<w3<4w2。
图2描绘了包括图1中的棒3和间隔物15的电绝缘系统1的横截面图。然而，应注意的是还可以在没有间隔物的情况下使用棒3。还应注意的是，在电绝缘系统包括间隔物的情况下，可以具有大量不同设计；在图2中仅示出一个示例。
间隔物15被布置成提供绕组盘的层之间的轴向间距。间隔物15具有切口17，其被布置成容纳棒3的升高中央部分5，如图2中所示。
现在转到图3，示出了高压电磁感应装置18的一部分的横截面图。应注意的是，高压电磁感应装置18并未按比例，例如，电磁感应装置的箱壁和其与此图中所示的绕组部分的距离并未按比例绘制，并且绕组相对于棒的尺寸而言的曲率也未按比例绘制。
电磁感应装置18具有填充有油的箱，并且包括绕组19和电绝缘系统1。图3中所示的电绝缘系统1包括多个棒3以及圆筒形壁障21，棒3的壁障接触表面抵靠着圆筒形壁障21布置。此外，每个棒3的面向绕组表面被布置成提供绕组19的一部分的径向支撑。
图4示出了操作中的电绝缘系统1。特别地，现在将描述棒3的流注俘获功能。棒3的面向绕组表面5a支撑绕组19。在区域R中可以引发流注，在该区域R中绕组19与面向绕组表面5a接触，在此处存在油楔，并且在此处电场是足够高的。根据图4中所示的示例，向棒3的中线C的左侧引发第一流注S1。第一流注S1向左传播并被俘获在第一凹槽11a中。在中线C的右侧引发的第二流注S2向右传播，并被俘获在第二凹槽11b中。
本文中提出的条带3可以例如由基于纤维素的材料或纤维素材料(诸如压制板)或热塑塑料(诸如聚醚酰亚胺、聚苯撑硫、聚醚醚酮、聚醚砜、聚砜、聚邻苯二甲酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚芳酰胺)制成。本文中提出的条带3可以例如由热固塑料(诸如聚酯的环氧树脂)制成。可以用纤维或无机填料来加强任何聚合材料(热塑性或热固性)。纤维的典型示例是玻璃纤维或纤维素纤维。无机填料的典型示例是SiO2或Al2O。
一般而言，棒可以具有许多不同的横截面形状。棒的横截面的形状因此可以以许多方式改变，只要满足上文所述的关系中的一个或多个即可。棒可以例如不必相对于中线C是对称的，并且可以用许多方式来设计升高中央部分、横向部分及第一凹槽和第二凹槽的形状。此外，可以以连续方式沿着棒的大部分长度布置凹槽，或者替换地，可以仅在其中棒被布置成支撑绕组的区域中提供该凹槽。
可设想的是，本文中提出的电绝缘系统在陆地及海上两者的AC和HVDC电力传输中可以得到应用。特别地，可以在诸如电力变压器和电抗器之类的HVDC或AC电磁感应装置中利用电绝缘系统。
上面主要参考几个示例来描述本发明概念。然而，如本领域的技术人员很容易认识到的，在由所附权利要求定义的本发明概念的范围内同样地可以存在除上文公开的那些实施例之外的其它实施例。
Claims (14)
1.一种用于高压电磁感应装置(18)的电绝缘系统(1)，其中所述电绝缘系统(1)包括：
棒(3)，其具有升高中央部分(5)和两个横向部分(7、9)，所述升高中央部分(5)相对于所述两个横向部分(7、9)被升高，并被布置在所述两个横向部分(7、9)之间，
其中所述升高中央部分(5)限定被布置成面向绕组(19)的面向绕组表面(5a)，
其中所述棒(3)具有与所述面向绕组表面(5a)相对的壁障接触表面(13)，其中在所述面向绕组表面(5a)与所述壁障接触表面(13)之间的第一距离限定所述棒(3)的厚度T，
其中所述棒(3)具有第一凹槽(11a)和第二凹槽(11b)，所述第一凹槽(11a)被布置在所述两个横向部分(7、9)中的第一横向部分(7)与所述升高中央部分(5)之间，所述第二凹槽(11b)被布置在所述两个横向部分(7、9)中的第二横向部分(9)与所述升高中央部分(5)之间，所述第一凹槽(11a)和所述第二凹槽(11b)沿着所述棒(3)轴向地延伸，
其中所述第一横向部分(7)和所述第二横向部分(9)中的每一个具有与所述壁障接触表面(13)相对的相应邻近凹槽表面(7a、9a)，其中从每个邻近凹槽表面(7a、9a)至由所述面向绕组表面(5a)定义的平面(P1)的第二距离t1满足关系t1<0.6T，
其中所述第一凹槽(11a)和所述第二凹槽(11b)中的每一个具有与所述平面(P1)平行地张开的开口。
2.根据权利要求1所述的电绝缘系统(1)，其中0.01T<t1。
3.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述第一凹槽(11a)和所述第二凹槽(11b)中的每一个的深度t4满足关系(1/3)t1<t4<0.9T。
4.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述第一横向部分(7)从所述第一凹槽(11a)至所述第一横向部分(7)的横向端面的的最小宽度w4满足关系1/3<w4/t3<3，其中t3是从所述第一凹槽(11a)的底部至所述壁障接触表面(13)的距离。
5.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中，所述第二横向部分(9)从所述第二凹槽(11b)至所述第二横向部分(9)的横向端面的最小宽度w4满足关系1/3<w4/t3<3，其中t3是从所述第二凹槽(11b)的底部至所述壁障接触表面(13)的距离。
6.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述第二距离t1在0.1至3mm范围内。
7.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述升高中央部分(5)的所述面向绕组表面(5a)的宽度w2小于所述壁障接触表面(13)的宽度w1。
8.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中从所述面向绕组表面(5a)的横向边缘(5b、5c)至平面(P2、P3)的距离w5满足关系(1/8)w5<w2<4w5，所述平面(P2、P3)与由所述面向绕组表面(5a)定义的所述平面(P1)垂直，并与所述两个横向部分(7、9)中的最接近于所述面向绕组表面(5a)的横向边缘(5b、5c)的横向部分(7、9)的横向边缘(7b、9b)对准，其中w2是所述面向绕组表面(13)的宽度。
9.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述棒(3)由基于纤维素的材料制成。
10.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，包括间隔物(15)，其具有被布置成容纳所述升高中央部分(5)的切口(17)。
11.根据权利要求1或2所述的电绝缘系统(1)，其中所述第一凹槽(11a)和所述第二凹槽(11b)中的每一个具有深度t4，所述深度t4是从与所述平面(P1)平行且包含所述相应邻近凹槽表面(7a)和(9a)中最接近于所述平面(P1)的点的平面测量的。
12.一种高压电磁感应(18)装置，包括根据权利要求1-11中的任一项所述的电绝缘系统(1)。
13.根据权利要求12所述的高压电磁感应(18)装置，其中所述高压电磁感应装置(18)是电力变压器或电抗器。
14.根据权利要求12或13所述的高压电磁感应装置(18)，其中所述高压电磁感应装置(18)是液体绝缘的。
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