CN109964289A - 用于填充有介电液体的配电变压器的盖 - Google Patents
用于填充有介电液体的配电变压器的盖 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的主题为用于填充有介电液体(4)的配电变压器(1)的盖，其配备有与盖集成的电子装置(11)，电子装置(11)适用于电能的传输和分配。盖的特征在于，电子装置(11)浸入填充固定在盖(2)上的冷却隔室(5)的介电液体(4)中；冷却隔室(5)具有侧壁(7)、顶壁(8)和底壁(6)，该底壁(6)匹配在盖(2)中制造的窗口(2a)中，且底壁(6)在电功率装置(1)的内部与冷却隔室(5)的内部之间形成热阻隔件，并且冷却隔室(5)的内部和电功率装置(1)的内部二者一起被密闭地封闭。
Description
技术领域
本发明的主题为用于填充有介电液体的配电变压器的盖，其配备有与盖集成的电子器件，电子器件适用于电能的传输和分配。
背景技术
在用于电能的传输和分配的设备内，液体经常用于电绝缘以及用于冷却目的。在功率分配变压器和仪表变压器中通常应用矿物油，而且还应用生物可降解且低可燃性的合成或天然酯油。由于磁性材料中的电损耗、钢部件中的感应涡流和导线中的欧姆损耗，故在满负载运行下，那些液体可达到100℃或甚至更高的温度(例如在变压器的上部区域中(所谓的顶部油的温度))。当对温度敏感的构件(例如电子设备、传感器或通信装置)集成到该装备中时，那些温度可大大缩短它们的寿命。因此，期望的是，集成使得在这样的构件的区域中存在相当低的温度的元件。该问题的解决方案通过根据本发明的盖而实现。
根据专利申请WO2015/010753，已知一种具有电引线通过式连接器的盖，该电引线通过式连接器用于连接MV或HV导线与设置在容纳介电液体或介电气体的箱中的负载。电引线通过式连接器包括由绝缘材料制成的插入式套管部件，串联的滤波扼流圈嵌入在插入式套管部件中。滤波扼流圈具有与外部HV或MV线电连接的第一端子，且具有连接到设置在箱的内部的负载的第二端子。引线通过式连接器进一步设有额外的套管部件，其通过公共的绝缘基座而与插入式套管部件机械地连接。额外的套管部件配备有定位在套管部件内部的导线，其中导线与滤波扼流圈的第二端子且与防备电涌的外部保护构件直接连接。该解决方案并未讲述关于位于箱的外部且与设置在箱的内部的负载电连接的电子设备的任何内容。需要为与电子装置连接的油浸式配电变压器或某一其它油浸式功率产品提供一种技术性解决方案，其中电子装置浸入相比于变压器的箱内部的油的温度而具有更低的工作温度临界水平的油中。
根据美国专利3235823，已知一种具有盖的HV三相变压器，机械式抽头变换器装置在盖的外表面下面连接至盖。抽头变换器浸入填充变压器的箱的油中，且与变压器的有源部分电连接。抽头变换器设置在变压器的在盖的下面的上部部分中。盖被分成三个一体地结合的盖，且各盖在形状方面大体上为盒状且在下端处具有开口。在盖下面的内部空间可被视为上冷却隔室。在提及的美国专利3235823中，没有关于变压器的上隔室与下隔室之间的热阻隔件的信息。专利讲述了将HV变压器箱分成较小的隔室，较小的隔室可被密封以用于输送目的。没有关于具有带有热阻隔件的隔室以实现上隔室内部的流体的较低温度的信息。在美国专利3235823中，上隔室充满油，然而没有关于单独的隔室(上隔室和下隔室)中的油的温度梯度的信息，而这是提出的发明中描述的冷却隔室的主要特征。
根据美国专利8648587，已知一种在调节变压器处的抽头变换器的组合。调节变压器为当地电源变压器或靠近消费者的配电变压器。调节变压器包括充油容器，调节变压器的至少一个轭和绕组设置在充油容器中。抽头变换器包括用于选择调节变压器的调节绕组的抽头的机械接触系统，以及用于实际带负载切换的负载转换开关。抽头变换器的机械接触系统在容器中、在变压器盖的下方且在轭的上方。负载转换开关在容器的外部、在变压器盖的上方，且包括闸流管或IGBT。抽头变换器的负载转换开关和机械接触系统通过水平绝缘引线通过式板而彼此分开。因此，电子构件可在空气中运行，且机械接触系统可在油中运行。该解决方案呈现了位于箱的外部且与设置在箱的内部的负载电连接的电子设备，但是该解决方案没有讲述关于与机械系统一起浸入油中的电子装置的任何内容。该解决方案没有讲述关于电子装置在相比于变压器的箱内部的油的温度而具有更低的工作温度临界水平的油中冷却的任何内容。因此需要为与电子装置连接的油浸式配电变压器或某一其它油浸式功率产品提供一种技术性解决方案，尤其是电子装置属于抽头变换器，其中电子装置浸入相比于变压器的箱内部的油的温度而具有更低的工作温度临界水平的油中。
发明内容
一种用于覆盖配电变压器的盖，其中配电变压器填充有介电液体，配电变压器的有源部分设置在该介电液体中，并且盖具有定位在其上部部分处的冷却隔室，其中冷却隔室具有侧壁和顶壁，该盖的本质是盖配备有窗口，冷却隔室的底壁插入窗口中，且通过设置在底壁的整个圆周上的槽而匹配在窗口中。底壁在配电变压器的主箱的内部与冷却隔室的内部之间形成热阻隔件。冷却隔室的内部和配电变压器的主箱的内部二者在填充有介电液体时一起被密闭地封闭。至少一个电子装置设置在填充冷却隔室的介电液体中，电子装置与配电变压器的有源部分电连接。
优选地，热阻隔件由高热阻材料制成，该高热阻材料具有不高于0.24的导热系数。
优选地，冷却隔室的底壁设有至少一个通孔，该通孔用于在其中插入用于将电子装置与配电变压器的有源部分电连接的导线。
优选地，冷却隔室经由柔性管而与配电变压器的主箱的充油管连接，并且保护装置安装在填充管上，以用于测量冷却隔室内部的介电液体的液位。
优选地，冷却隔室的至少一个侧壁配备有外部肋。
优选地，冷却隔室的顶壁配备有外部肋。
根据权利要求1-7的盖的特征在于，电子装置是设置在冷却隔室中的抽头变换器。
优选地，抽头变换器装置通过导线而与配电变压器的有源部分连接，该导线设置在冷却隔室的底壁中制造的孔中。
根据本发明的盖能够将如电子装置或功率电子装置的热敏装置与如配电变压器的油浸式功率产品集成，而不需要将具有介电液体的单独隔室密闭地绝缘。相比于由昂贵的MV套管和MV功率线缆连接的两个完全分开且密封的流体空间的昂贵连接，单独的油空间隔室的这样的布置成本更低且更容易应用在电功率装置上。本发明去除了关于密封隔室的问题，以及关于设置成从电子装置到功率产品(诸如变压器)的有源部分的导线的引线的绝缘的问题。在提出的解决方案中，可省去实施引线和套管接头的专门的绝缘的耗时过程。将热阻隔件用作盖和冷却隔室的公共部分允许使填充主变压器箱和冷却隔室的介电液体的温度具有差异。设置在冷却隔室上的额外的外部肋改善了冷却状况。
附图说明
本发明以附图中的示例性实施例来呈现，在附图中：
图1以具有通过变压器的开口横截面的轴侧视图显示了本发明的第一实施例中的配电变压器，配电变压器具有配备有包封在冷却隔室中的电子装置的盖，
图2以平面视图的横截面显示了本发明的第二实施例中的配电变压器，配电变压器具有配备有包封在冷却隔室中的电子装置的盖，
图3以平面视图的横截面显示了来自图1的变压器的关于冷却隔室的热阻隔件的部分，热阻隔件固定到变压器的盖。
具体实施方式
呈配电变压器1的形式的电功率装置具有盖2，盖2连接到填充有油4的主箱3。油4可为矿物油、合成油、酯油和其它介电液体。在附图上未以特定的样式来指示油。仅标号“4”指示油所设置的位置。盖2配备有窗口2a(图3)，外部冷却隔室5通过隔室5的底壁6而插入窗口2a中。为了使底壁6匹配到盖2的窗口2a中，底壁6配备有槽6a(图3)，槽6a设置在底壁6的整个圆周上。冷却隔室5配备有四个侧壁7和顶壁8，从而形成固定在盖2上的矩形容器。变压器的有源部分9设置在主箱3的内部，有源部分9具有与MV套管且与LV端子的电连接件电连接的绕组。有源部分9还通过弹性导线10与设置在冷却隔室5的内部的电子装置11连接。电子装置在附图中示意性地呈现为椭圆形。为了将导线10与变压器的有源部分9连接，在隔室5的底壁6中制造一些孔12。冷却隔室5填充有对变压器有用的油4或其它介电液体(与填充主箱3的液体相同)，因此主变压器箱3与冷却隔室5密闭地连接。浸入冷却隔室中的流体中的装置11可为连接到配电变压器的有源部分的功率电子抽头变换器或任何其它电子装置。冷却隔室5的底壁6固定到盖2，使得油4可从主箱3通过孔12流至冷却隔室，且反之亦然。孔12设计成使得孔中的各个具有一定的尺寸，该尺寸允许在孔12中的各个中不使用任何密封的情况下将柔性导线10插入孔12中。这样的布置使冷却隔室5的内部对来自箱3的油4开放，且不需要密闭地绝缘。冷却隔室5中的油4的液位由用于测量冷却隔室5的内部的介电液体4的液位和压力的标准保护装置13(例如集成安全检测器(R.I.S))指示，标准保护装置13与定位在充油管14中和通过柔性管15的油4连接，柔性管15固定到冷却隔室的顶壁8。当冷却隔室5中的油的液位下降到阈液位以下时，则触发保护装置13，并且使电功率装置1与电网断开，以避免损坏变压器。冷却隔室5的底壁6在主箱3的内部与冷却隔室5的内部之间形成热阻隔件，功率电子装置11与未在附图中呈现的机械系统一起设置在冷却隔室5的内部中。为了在主箱3与外部冷却隔室5之间形成热阻隔件，底壁6由高热阻材料制成，该高热阻材料具有不高于0.24的导热系数。在本发明的示例性实施例中，底壁6由半晶体热塑性聚酯制成，半晶体热塑性聚酯具有表1中呈现的热性质和电性质。
表1
| 参数 | 值 | 单位 |
| 密度 | 1.37 | g/cm<sup>3</sup> |
| 最高使用温度(短期) | 170 | ℃ |
| 最高使用温度(长期) | 110 | ℃ |
| 导热系数 | 0.24 | |
| 比热 | 1.1 | |
| 表面电阻 | 10<sup>15</sup> | |
| 介电强度 1 mm | 60 | kV/mm |
具有作为主箱3的内部与冷却隔室5的内部之间的热阻隔件的底壁6的冷却隔室5还配备有额外的肋16，肋16适用于油热耗散，且呈现在本发明的第一实施例和第二实施例中。
在本发明的第一实施例中，封壳5的侧壁7中的至少一个配备有外部肋16。肋具有纵向形状16A，这在附图中针对冷却隔室5的两个侧壁7而呈现。肋16的其它形状是可能的，并且其中许多形状在现有技术中是已知的。冷却隔室5的侧壁7由具有高放热能力的材料制成，例如由铝或黑色阳极氧化铝制成。肋16A可制造为壁7的组成部分，或可作为单独的部分固定到壁。肋由与隔室的壁相同的材料制成，或由相比于壁而具有更高的放热能力的其它材料制成。侧壁7也可实施为波纹壁，这未在附图中呈现。
在本发明的第二实施例中，冷却隔室5的顶壁8也配备有外部肋16。顶壁8上的肋具有圆柱形形状16B，并且它们以任何任意的布置安置在壁上。肋的其它形状是可能的，并且其中许多形状在现有技术中是已知的。冷却隔室5的顶壁8由具有高放热能力的材料制成，例如由铝或黑色阳极氧化铝制成。肋16B可制造为壁8的组成部分，或可作为单独的部分固定到壁。肋16B由与隔室5的顶壁8相同的材料制成，或由相比于顶壁而具有更高的放热能力的其它材料制成。
在本发明的两个实施例中，盖2具有用于插入具有导线的套管的设置在冷却隔室5的底壁6的外侧的其它开口，这未在附图中呈现。为了避免热阻隔件在窗口2a的内部移动，由玻璃纤维制成的额外的系杆和螺母固定到盖2，这未在描述中进行解释。在变压器盖2与冷却隔室5之间插入橡胶扁平密封件17，以便相对于盖2的外侧而密封冷却隔室。
在本发明的运转状况下，具有呈冷却隔室5的底壁6的形式的热阻隔件的盖2如下文所述的那样工作。电子装置11设置在冷却隔室5的内部。电子装置可为例如包含闸流管、IGBT或任何其它功率电子固态电子管的电子板。这样的电子装置的最高运行温度不应超过+75℃，以便确保足以运行20年的可靠性。在满负载的状况下，主箱3中的热油4可达到高达100℃的温度。变压器外部的环境空气可达到+40℃。所以，冷却隔室5的内部的温度可确定在那两个值之间的水平下。然而，电子板产生额外的负载损耗，这主要是因为闸流管的工作。热通量很大程度上取决于冷却肋16A、16B的尺寸设定和形成热阻隔件的底壁6的尺寸。阻隔件允许将油从主箱3中的热的顶部油隔离到单独隔室中，在单独隔室中，油具有较低的温度。沿着热阻隔件的横截面设置高的温度梯度。大体上，在隔室5的底壁6中制造的孔12的面积应尽可能小，以用于限制来自主箱3的热的顶部油与来自冷却隔室5的冷却油的油混合，而冷却隔室5与环境空气之间的面积应反过来。在呈现的这样的状况下，有可能将冷却隔室5内部的油的温度限制为大约72℃。通过具有肋16的冷却隔室5的壁7和壁8而耗散的热比从热的顶部油经由热阻隔件而传递的热显著得多。结果，冷却隔室5内部的油的温度比主箱3中的油的顶部温度低得多。
Claims (8)
1.一种用于覆盖配电变压器(1)的盖(2)，其中所述配电变压器(1)填充有介电液体(4)，所述配电变压器(1)的有源部分(9)设置在所述介电液体(4)中；所述盖(2)具有定位在所述盖(1)的上部部分处的冷却隔室，其中所述冷却隔室(5)具有侧壁(7)和顶壁(8)，其特征在于，所述盖(2)配备有窗口(2a)，所述冷却隔室(5)的底壁(6)插入所述窗口(2a)中，且通过设置在所述底壁(6)的整个圆周上的槽(6a)而匹配在所述窗口(2a)中，并且所述底壁(6)在所述配电变压器(1)的主箱(3)的内部与所述冷却隔室(5)的内部之间形成热阻隔件，并且所述冷却隔室(5)的内部和所述主箱(3)的内部二者在填充有所述介电液体(4)时一起被密闭地封闭，并且至少一个电子装置(11)设置在填充所述冷却隔室(5)的所述介电液体(4)中，所述电子装置(11)与所述配电变压器(1)的所述有源部分(9)电连接。
2. 根据权利要求1所述的盖，其特征在于，所述热阻隔件由高热阻材料制成，所述高热阻材料具有不高于0.24的导热系数。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的盖，其特征在于，所述冷却装置(5)的所述底壁(6)设有至少一个通孔(12)，所述通孔(12)用于在其中插入用于将所述电子装置(11)与所述配电变压器(1)的所述有源部分(9)电连接的导线(10)。
4.根据权利要求1-3所述的盖，其特征在于，所述冷却隔室(5)经由柔性管(15)而与所述配电变压器(1)的所述主箱(3)的充油管(14)连接，并且保护装置(13)安装在所述填充管(14)上，以用于测量所述冷却隔室(5)的内部的所述介电液体(4)的液位。
5.根据权利要求1所述的盖，其特征在于，所述冷却隔室(5)的至少一个所述侧壁(7)配备有外部肋(16A)。
6.根据权利要求1所述的盖，其特征在于，所述冷却隔室(5)的所述顶壁(8)配备有外部肋(16B)。
7.根据任一前述权利要求所述的盖，其特征在于，所述电子装置(11)为设置在所述冷却隔室(5)中的抽头变换器装置。
8.一种根据权利要求7所述的抽头变换器装置，其特征在于，所述抽头变换器装置通过所述导线(10)而与所述配电变压器(1)的所述有源部分(9)连接，所述导线(10)设置在所述冷却隔室(5)的所述底壁(6)中制造的所述孔(12)中。
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