CN113056800A - 用于干式变压器的被屏蔽的线圈组件和方法 - Google Patents

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Abstract

一种被屏蔽的线圈组件(106、108、110)和使用被屏蔽的线圈组件(106、108、110)形成的干式变压器(100)，被屏蔽的线圈组件(106、108、110)包括：线圈(114)，其具有外表面(202、218a、220a)、内表面(204、218b、220b)、上端表面(206、218c、220c)和下端表面(208、218d、220d)，以及形成在线圈(114)的外表面(202、218a、220a)、内表面(204、218b、220b)、上端表面(206、218c、220c)和下端表面(208、218d、220d)上的第一绝缘材料(216)；以及导电屏蔽层(210)，其包括导电涂料，导电涂料沿第一绝缘材料(216)涂敷，使得导电涂料在线圈(114)的外表面(202、218a、220a)、内表面(204、218b、220b)、上端表面(206、218c、220c)和下端表面(208、218d、220d)中的每个表面的至少一部分上延伸。

Description

用于干式变压器的被屏蔽的线圈组件和方法
技术领域
本申请涉及用于电力分配的变压器，并且更特别地涉及用于干式变压器中的线圈的屏蔽。
背景技术
变压器被用于在电力分配期间增加或降低电压水平。为了长距离传输电力，可以使用变压器来升高电压并且减小所传输的电力的电流。减小的电流水平减小了用于传输这部分电力的电缆的电阻性损耗。当电力要被消耗时，可以采用变压器来降低电压水平并且将电力的电流增加至最终用户指定的水平。
可以采用的一种类型的变压器是例如在美国专利第8,614,614号中描述的干式可浸没变压器。这样的变压器可以在城市等中的地下采用，并且可以被设计成耐受可能使变压器暴露于潮湿、水、污染物等的恶劣环境。期望用于可浸没和其他干式变压器的改进的装置、组件和方法。
发明内容
在一些实施方式中，提供了一种被屏蔽的线圈组件，该被屏蔽的线圈组件包括：(1)线圈，该线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面，以及形成在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面上的第一绝缘材料；以及(2)导电屏蔽层，该导电屏蔽层包括导电涂料，导电涂料沿第一绝缘材料涂敷，使得导电涂料在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上延伸。在一个或更多个实施方式中，可以使用被屏蔽的线圈组件形成干式变压器。
在一些实施方式中，提供了一种被屏蔽的线圈组件，该被屏蔽的线圈组件包括：(1)线圈，该线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面，以及形成在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面上的第一绝缘材料；以及(2)导电屏蔽层，该导电屏蔽层具有(a)导电网，导电网沿第一绝缘材料被敷设，使得导电网在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的至少一部分上延伸；以及半导电涂料，半导电涂料形成在导电网上。导电网和半导电涂料在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上形成复合结构。在一个或更多个实施方式中，可以使用被屏蔽的线圈组件形成干式变压器。
在一些实施方式中，提供了一种形成线圈组件的方法，该方法包括：(1)提供线圈，该线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面；(2)将线圈包封在第一绝缘材料中；以及(3)通过涂敷导电涂料以使得导电涂料在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上延伸，在线圈上形成导电屏蔽层。
在一些实施方式中，提供了一种形成线圈组件的方法，该方法包括(1)提供线圈，该线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面；(2)将线圈包封在第一绝缘材料中；以及(3)通过以下操作在线圈上形成导电屏蔽层：(a)沿第一绝缘材料敷设导电网，使得导电网在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的至少一部分上延伸；以及(b)在导电网上涂敷半导电涂料，使得导电网和半导电涂料在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上形成复合结构。
根据通过许多示例实施方式和实现方式说明以下详细描述，本公开内容的其他方面、特征和优点可以很明显。本公开内容还可以能够具有其他不同的实施方式，并且可以在各个方面修改本公开内容的若干细节。因此，附图和说明书本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。附图不一定按比例绘制。
附图说明
图1A示出了根据本文中提供的实施方式的可浸没的干式变压器的前视平面图。
图1B示出了根据本文中提供的实施方式的线圈组件的立体图。
图2A示出了根据本文中提供的实施方式的高压外部线圈的立体图。
图2B示出了根据本文中提供的实施方式的可以形成高压外部线圈的一部分的绕组的立体图。
图2C示出了根据本文中提供的实施方式的图2B的绕组的立体图，该绕组具有在绕组上形成的第一绝缘材料。
图2D和图2E分别示出了根据本文中提供的实施方式的图2C的绕组的顶侧立体图和底侧立体图，该绕组具有在绕组的第一绝缘材料上形成的导电屏蔽层。
图3A示出了具有本文中提供的导电屏蔽层的示例实施方式的线圈的局部截面侧视图。
图3B示出了具有本文中提供的导电屏蔽层的替选示例实施方式的线圈的局部截面侧视图。
图3C示出了具有本文中提供的导电屏蔽层的另一替选示例实施方式的线圈的局部截面侧视图。
图4示出了根据本文中提供的实施方式的制造高压外部线圈的方法的流程图。
图5A示出了根据本文中提供的实施方式的图3A的导电屏蔽层的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层自身交叠。
图5B示出了根据本文中提供的实施方式的图3B的导电屏蔽层的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层自身交叠。
图5C示出了根据本文中提供的实施方式的图3C的导电屏蔽层的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层自身交叠。
具体实施方式
如上所述，可以在地下和/或在可能使变压器暴露于水、潮湿、污染物等的其他恶劣环境中采用可浸没干式变压器。当变压器暴露于湿气、潮湿或其他不利环境时，变压器可能易受腐蚀。为了正确操作以及出于安全考虑，这样的变压器应当接地以防止危险电压传输到周围环境和/或变压器附近的人员。这在变压器被浸没时特别重要。
根据本文中描述的一个或更多个实施方式，提供了用于在干式变压器中使用的被屏蔽的线圈组件，以及用于形成这样的被屏蔽的线圈组件的方法。被屏蔽的线圈组件具有可以接地的屏蔽件，因此使用被屏蔽的线圈组件的变压器不会产生静电荷并且/或者在变压器的外表面上没有危险的电压水平。屏蔽件可以嵌入在诸如环氧树脂的保护层中，使得在采用该被屏蔽的线圈组件的变压器暴露于湿气或其他腐蚀性环境的情况下，屏蔽件将不会被腐蚀。
在一些实施方式中，被屏蔽的线圈组件可以包括内部线圈和外部线圈，以及至少为被屏蔽的线圈组件的外部线圈提供的屏蔽件。例如，外部线圈可以具有外表面、内表面、上端表面和下端表面，在这些表面上(例如，在所有表面上)形成有绝缘材料，例如，环氧树脂。导电屏蔽层包括导电涂料，导电涂料可以被涂敷到绝缘的外部线圈并且在外部线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上延伸。在一些实施方式中，为了防止回路电流形成，可以在导电涂料中设置间隙。接地引线或线缆可以耦接至导电屏蔽层，并且导电屏蔽层可以嵌入另一绝缘材料(例如，环氧树脂)内。在一个或更多个实施方式中，可以在导电涂料之下提供半导电涂料。例如，在一些实施方式中，可以在导电涂料层形成之前用半导电涂料涂覆整个绝缘外部线圈。在这样的实施方式中，导电涂料可以形成为连续层(例如，除了用于减小/防止回路电流的间隙区域之外)，或者仅在某些区域中提供导电涂料(例如，通过用导电涂料涂绘条带或网格图案)。提供了许多其他实施方式。在一些实施方式中，可以使用被屏蔽的线圈组件形成干式变压器。
根据其他实施方式，可以通过用导电网缠绕绝缘外部线圈并且在导电网上(和/或在导电网之间)涂敷半导电涂料来形成导电屏蔽层。例如，可以沿绝缘外部线圈敷设导电网，使得导电网在外部线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的至少一部分上延伸。可以在导电网中形成间隙区域以减少/防止回路电流。半导电涂料可以有助于在后续处理期间(例如，在将外部线圈封装在第二绝缘材料(例如，环氧树脂)中期间)将导电网保持在适当位置。由于可以在导电网上以及在导电网中的任何开口中涂敷半导电涂料，所以导电网和半导电涂料可以在外部线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上形成复合结构。接地引线或线缆可以耦接至导电屏蔽层。在一个或更多个实施方式中，可以使用被屏蔽的线圈组件形成干式变压器。
图1A是根据本文中提供的实施方式的干式变压器100的前视平面图。所示出的干式变压器100是三相变压器，但是在其他实施方式中，可以采用具有不同数目的相(例如，单相、两相、四相、五相等)的变压器。本文中使用的“干式变压器”意指包括不被浸没在油浴或外壳内含有的其他类似流体中的高压线圈和低压线圈的变压器。这样的干式变压器100具有显著的优点：它们不使用油并且可以经由空气或水(被浸没时)的冷却较冷地运行。
作为示例，干式变压器100可以包括芯组件102(以虚线示出)，其被安装在上框架部分104U与下框架部分104L之间。在一个或更多个实施方式中，可以提供绝缘片(未示出)以使芯组件102的侧面与相应的上框架104U和下框架104L绝缘，而在其他实施方式中可以不使用这样的绝缘片(未示出)。在一些实施方式中，芯组件102可以由磁性材料的多个叠层形成。示例磁性材料包括铁、钢、非晶态钢或其他非晶态可透磁金属、硅钢合金、羰基铁、铁氧体陶瓷和/或上述材料的组合等。在一些实施方式中，可以使用具有高钴含量的层压铁磁性金属材料。可以使用其他合适的磁性材料。
如所示出的，芯组件102可以包括多个互连件并且可以包括竖直芯柱或区域102L、102C和102R(每个以虚线示出)。竖直芯柱102L、竖直芯柱102C和竖直芯柱102R可以与顶部芯构件102T和底部芯构件102B(以虚线示出)组装。构造可以包括芯组件102的各个部件之间的阶梯搭接(step-laps)。例如，芯组件102的构造可以如美国专利第8,212,645号中所示。可以使用芯组件102的其他构造。在一些实施方式中，在变压器100内，每个芯柱102L、102C和102R可以被线圈组件(即，线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110)围绕。
图1B示出了线圈组件106的立体图。在本文中通过示例示出和描述了线圈组件106，并且线圈组件108、线圈组件110可以与线圈组件106相同或基本相同。线圈组件106包括低压内部线圈112和可以与低压内部线圈112同心的高压外部线圈114。低压内部线圈112可以与芯组件102电绝缘并且也可以与高压外部线圈114电绝缘。例如，低压内部线圈112可以被诸如模制树脂的绝缘材料围绕。同样地，如将在本文中充分描述的，高压外部线圈114可以包括在多个顺序模制处理中设置的多级绝缘材料(例如，树脂)。示例绝缘材料可以包括任何合适的固体绝缘，例如，环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。
再次参照图1A，如在题为“Submersible Dry Transformer”的美国专利第8,614,614号中描述的，可以通过绝缘片116A至116F和其他绝缘片(未示出)使线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110和芯组件102分离。绝缘片116A至116F共同操作以将芯组件102的芯柱102L、芯柱102C以及芯柱102R之间的芯开口或“窗口”的平面密封。如在U.S.8,614,614中描述的，如果芯组件102被浸没在液体中，则密封芯窗口会阻止液体通过并且阻止围绕芯柱102L、芯柱102C和芯柱120R形成导电螺旋。绝缘片116A至116F可以是任何合适的绝缘材料，例如，具有玻璃纤维的树脂。
变压器100的线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110中的每一个可以设置有高压端子118，在一个实施方式中，可以将高压端子118放置在相应的线圈组件106、108、110的顶前方处。可以将低压内部线圈112的低压端子119(图1B)设置在线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110的背侧上或一些其他合适的位置。例如，如图1B所示，高压端子118可以位于高压外部线圈114的柱状前延伸部126E的顶前方，并且低压端子119可以位于低压内部线圈112的后部。然而，高压端子118和低压端子119可以位于其他地方。高压端子118提供到相应的线圈组件106、108、110的高压外部线圈114的电力连接。可以设置连接件(未示出)(例如，密封的插入式连接件)以便于高压端子118到电缆(未示出)的密封连接。可以与低压端子119实现三角形或Y形连接(未示出)等。其他合适的密封连接也是可能的。
变压器100还可以包括在线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110的相应高压外部线圈114之间的三角形连接120A、三角形连接120B和三角形连接120C(图1A)。例如，三角形连接120A、三角形连接120B、三角形连接120C可以包括屏蔽线缆。如所示出的，可以将线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110中的每一个的高压外部线圈114的上端子122和下端子124进行连接以实现三角形连接120A、三角形连接120B、三角形连接120C中的每一个。在一些实施方式中，电连接可以是密封连接。上端子122和下端子124可以从高压外部线圈114的柱状前延伸部126E水平延伸(如图1B所示)。例如，在一些实施方式中，上端子122和下端子124可以从柱状前延伸部126E的前面126F向外延伸。
在高压外部线圈114中的每个上可以包括抽头变换器组件132。例如，抽头变换器组件132可以被提供为从高压外部线圈114的前面的延伸。更特别地，在一些实施方式中，抽头变换器组件132可以是如图1B所示从柱状前延伸部126E的延伸，并且形状可以是锥形。
线圈组件106、108、110中每一个线圈组件的高压外部线圈114可以包括接地端子128。例如，诸如编织线缆的接地导体129(图1A)可以连接在高压外部线圈114的相应接地端子128与下框架104L之间。共同接地带130可以附接至下框架104L并且可以提供接地。线圈组件106、线圈组件108、线圈组件110中每一个的高压外部线圈114包括将在本文中充分描述的导电屏蔽层。
图2A示出了根据本文中提供的实施方式的高压外部线圈114的立体图。如上所述，每个线圈组件106、108和110包括高压外部线圈114。高压外部线圈114包括外表面202、内表面204、上端表面206和下端表面208(例如，每个线圈组件106、108和110的每个外部线圈114具有外表面、内表面、上端表面和下端表面)。
导电屏蔽层210(以虚线示出)可以为高压外部线圈114的每个表面提供屏蔽(下面进一步描述)。导电屏蔽层210可以是高度导电的，从而为高压外部线圈114的外表面上的静电荷和/或高压水平提供到地的低电阻路径。接地端子128连接至导电屏蔽层210，从而提供将高压外部线圈114的外表面电接地的装置。
在其上形成有导电屏蔽层210的高压外部线圈114的每个表面上的导电屏蔽层210中可以包括回路分隔区域212。如所示出的，回路分隔区域212被形成为导电屏蔽层210的中断(在高压外部线圈114的外表面202、内表面204、上端表面206和下端表面208中的每个表面之下)。回路分隔区域212形成不含导电材料的连续回路(例如，开放回路)。在导电屏蔽层210中包括回路分隔区域212有助于防止在高压外部线圈114的表面上产生回路电流。
在对变压器的广泛适用性的方面，提供了应用于高压外部线圈114的每个表面的改进的导电屏蔽层210。
图2B至图2E示出了高压外部线圈114的导电屏蔽层210的形成。图2B示出了可以形成高压外部线圈114的一部分的绕组214的立体图。图2C示出了具有在绕组214上形成的第一绝缘材料216的绕组214的立体图。图2D和图2E分别示出了具有在第一绝缘材料216上形成的导电屏蔽层210的绕组214的顶侧立体图和底侧立体图。
参照图2B至图2C，在一些实施方式中，为了形成高压外部线圈114(图2A)，可以用第一绝缘材料216(在图2C中示出)覆盖绕组214(在图2B中示出)的外表面218a、内表面218b、上端表面218c和下端表面218d。可以用导电屏蔽层210(在图2D和2E中示出)覆盖第一绝缘材料216(在图2C中示出)的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d。在导电屏蔽层210中可以跨包括有高压外部线圈114的每个表面包括回路分隔区域212。如所示出的，回路分隔区域212沿高压外部线圈114的绕组214的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面被形成为导电屏蔽层210的中断。回路分隔区域212沿包括高压外部线圈114的第一绝缘材料216的每个表面形成连续回路，并且连续回路不含导电材料。在导电屏蔽层210中包括回路分隔区域212有助于防止在高压外部线圈114的表面上产生回路电流。
下面参照图3A至图3C描述用于高压外部线圈114的示例导电屏蔽层。为了方便起见，图3A至图3C中仅示出了绕组214的一部分。应当理解，在一些实施方式中，导电屏蔽层可以为高压外部线圈114的表面中的大部分，即使不是全部，提供屏蔽。
图3A示出了根据本文中提供的实施方式的具有导电屏蔽层的高压外部线圈114的一部分的局部截面侧视图。参照图3A，高压外部线圈114的绕组214被第一绝缘材料216覆盖。例如，可以将绕组214缠绕成圆柱形状，形成如图2B所示的具有外表面218a、内表面218b、上端表面218c和下端表面218d的绕组结构。如图2C所示，第一绝缘材料216可以完全覆盖这些表面。第一绝缘材料216可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。示例树脂包括可从巴西圣保罗的亨斯迈化学有限公司(HuntsmanQuimica Ltda.)获得的
Figure BDA0002820957720000081
HY 926CH和/或
Figure BDA0002820957720000082
CY 5948。在一些实施方式中，树脂可以是玻璃纤维增强的。第一绝缘材料216层的厚度可以在6mm至7mm之间，但是也可以使用其他合适的厚度范围。
导电屏蔽层210形成在第一绝缘材料216上。具体地，导电屏蔽层210形成在包括高压外部线圈114的每个表面的至少一部分上的绝缘材料216上。例如，如图2C至图2E所示，导电屏蔽层210可以形成在高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面的至少一部分上的第一绝缘材料216上。
在一些实施方式中，导电屏蔽层210可以是被涂敷到第一绝缘材料216的导电涂料。导电涂料可以包括导电金属，导电金属包括铜、镍、镀银铜、镍-银以及银中的一种或更多种。可以使用其他合适的导电涂料。在一些实施方式中，所涂敷的导电涂料的电阻可以在约0.01欧姆/平方英寸/密耳(Ohm/sq in/mil)至1欧姆/平方英寸/密耳(Ohm/sq in/mil)之间，并且/或者厚度在约30微米至500微米之间，并且在一些实施方式中，厚度在约30微米至150微米之间，但是也可以使用其他合适的电阻和/或厚度范围(其中，“sq in”是“平方英寸(square inch)”的缩写，并且“mil”是0.001英寸)。可以通过任何合适的工艺如刷涂、辊涂、喷涂和浸涂来涂敷导电涂料。此外，可以使用模版或掩模在第一绝缘材料216上形成图案，图案包括网格图案、条带图案或任何其他合适的图案。在一些实施方式中，导电屏蔽层210的应用可以以确保跨高压外部线圈114的每个表面(例如，高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面)上的电连续性的方式进行。
在一些实施方式中，导电屏蔽层210可以包括回路分隔区域212。回路分隔区域212可以在高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中每个表面上由导电屏蔽层210的中断形成(图2C至图2E)。在一些实施方式中，中断的宽度可以在4mm至6mm之间，但是也可以使用其他合适的宽度范围。回路分隔区域212跨包括高压外部线圈114的所有表面形成不含任何导电涂料的连续回路(例如，开放回路)(跨高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面延伸(图2C至图2E))。无论导电涂料被涂敷为连续片还是图案，都可以以一种形式或另一种形式提供回路分隔区域212。
在一些实施方式中，接地连接件310可以耦接至导电屏蔽层210。例如，在一些实施方式中，接地连接件310可以是与导电屏蔽层210直接接触的金属板或者形成在导电屏蔽层210上或导电屏蔽层210下的导电带。例如，在导电屏蔽层210包括导电涂料的情况下，接地连接件310的至少一部分可以被布置在导电涂料顶上或导电涂料之下。可以使用其他接地连接件。接地端子312可以附接至接地连接件310，外部接地引线或线缆可以附接至接地端子312。接地连接件310和/或接地端子312可以由任何合适的材料例如铜、黄铜、铝等形成。在一些实施方式中，高压端子118、上端子122、下端子124、接地端子128和/或抽头变换器组件132中的一个或更多个可以在导电屏蔽层210的应用期间被屏蔽。
可以在导电屏蔽层210和接地连接件310上涂敷第二绝缘材料314。与第一绝缘材料216一样，绝缘材料可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。无论采用哪种绝缘材料，第二绝缘材料314都可以保护导电屏蔽层210免受湿气、水、污染等的影响。
图3B示出了具有本文中提供的导电屏蔽层的替选示例实施方式的线圈的局部截面侧视图。参照图3B，高压外部线圈114的绕组214被第一绝缘材料216覆盖。例如，第一绝缘材料216的连续层可以完全覆盖绕组214。第一绝缘材料216可以覆盖高压外部线圈114的绕组214的外表面218a、内表面218b、上端表面218c和下端表面218d(图2B至图2C)。第一绝缘材料216可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。示例树脂包括可从巴西圣保罗的亨斯迈化学有限公司(Huntsman Quimica Ltda.)获得的
Figure BDA0002820957720000101
HY 926CH和/或
Figure BDA0002820957720000102
CY 5948。在一些实施方式中，树脂可以是玻璃纤维增强的。第一绝缘材料216的厚度可以在6mm至7mm之间，但是也可以使用其他合适的厚度范围。
在图3B的实施方式中，导电屏蔽层210由半导电涂料316层和导电涂料317层形成。例如，半导电涂料316层可以形成在第一绝缘材料216上。可以将半导电涂料316涂敷到包括高压外部线圈114的所有表面上的第一绝缘材料216上。例如，可以将半导电涂料316涂敷在高压外部线圈114的第一绝缘材料216(图2C)的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面上的绝缘材料216上。半导电涂料316层可以跨高压外部线圈114(图2A)的外表面202、内表面204、上端表面206和下端表面208提供均匀的电场和/或电压电势。
半导电涂料316在组成上可以类似于导电涂料317，半导电涂料316可以包括导电金属，导电金属包括铜、镍、镀银铜、镍-银和银中的一种或更多种。可以使用其他合适的半导电涂料类型。半导电涂料316与导电涂料317的不同之处在于半导电涂料316通常涵盖较高的电阻范围。在一些实施方式中，所涂敷的半导电涂料316的电阻可以在约1千欧姆/平方英寸/密耳(kilo-ohm/sq in/mil)至10千欧姆/平方英寸/密耳(kilo-ohm/sq in/mil)之间，并且/或者厚度在约10微米至500微米之间，并且在一些实施方式中，厚度在约10微米至50微米之间，但是也可以使用其他合适的电阻和/或厚度范围。
在半导电涂料316层形成之后，在半导电涂料316层上形成导电涂料317。例如，可以在第一绝缘材料216上形成的半导电涂料316上形成导电涂料317，其中导电涂料317覆盖已覆盖有半导电涂料316的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面的至少一部分。因此，在高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面的至少一部分上形成包括导电涂料317和下衬的半导电涂料316的导电屏蔽层210(如图2C至图2E所示)。
导电涂料317可以包括导电金属，导电金属包括铜、镍，镀银铜，镍-银和银中的一种或更多种。可以使用其他合适的导电涂料。在一些实施方式中，所涂敷的导电涂料317的电阻在约0.01欧姆/平方英寸/密耳至10千欧姆/平方英寸/密耳之间并且/或者厚度在约30微米至500微米之间，并且在一些实施方式中，厚度在约30微米至150微米之间，但是也可以使用其他合适的电阻和/或厚度范围。可以通过任何合适的工艺如刷涂、辊涂、喷涂和浸涂来涂敷半导电涂料316和/或导电涂料317。在一些实施方式中，可以使用模版或掩模在第一绝缘材料216上形成的半导电涂料316层上形成导电涂料的图案，图案包括网格图案、条带图案或任何其他合适的图案。在一些实施方式中，导电屏蔽层210的应用可以以确保跨高压外部线圈114的每个表面(例如，跨高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面)上的电连续性的方式进行。
在一些实施方式中，导电屏蔽层210可以包括回路分隔区域212。回路分隔区域212在高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面上被形成为导电屏蔽层210的导电涂料317部分的中断(图2C至图2E)。导电涂料317层的中断的宽度可以在4mm至6mm之间，但是也可以使用其他合适的宽度范围。回路分隔区域212跨包括高压外部线圈114的所有表面形成不含任何导电涂料317的连续回路(跨高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面延伸(图2C至图2E)并且将下衬的半导电涂料316暴露在间隙区域中)。无论导电涂料317是被涂敷为连续层还是图案，回路分隔区域212都可以以一种形式或另一种形式存在。在一个或更多个实施方式中，如果不采用回路分隔区域212，导电涂料317的电阻可能低到足以使得在高压外部线圈114的表面上形成(可测量的)电流回路。这样的电流回路可能引起线圈组件的加热以及损坏。
在导电涂料317中的回路分隔区域212中露出的半导电涂料316有助于防止在高压外部线圈114的操作期间通过回路分隔区域212的电场泄漏。此外，半导电涂料316层的较高电阻范围有助于防止在半导电涂料316层内形成接地回路(即使半导电涂料316可以存在于回路分隔区域212中)。在一个或更多个实施方式中，半导电涂料316可以具有足够高的电阻以防止在高压外部线圈114的表面上形成(可测量的)电流回路。
在一些实施方式中，接地连接件310可以耦接至导电屏蔽层210。例如，在一些实施方式中，接地连接件310可以是与导电屏蔽层210直接接触的金属板或者形成在导电屏蔽层210上或导电屏蔽层210下的导电带。例如，在导电屏蔽层210包括导电涂料的情况下，接地连接件310的至少一部分可以被布置在导电涂料顶上或导电涂料之下(例如，半导电涂料316顶上)。可以使用其他接地连接件。接地端子312可以附接至接地连接件310，外部接地引线或线缆可以附接至接地端子312。在一些实施方式中，高压端子118、上端子122、下端子124、接地端子128和/或抽头变换器组件132中的一个或更多个可以在导电屏蔽层210的应用期间被屏蔽。
可以在导电屏蔽层210和接地连接件310上涂敷第二绝缘材料314。与第一绝缘材料216一样，绝缘材料可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。无论采用哪种绝缘材料，第二绝缘材料314都可以保护导电屏蔽层210免受湿气、水、污染等的影响。
如上所述，导电屏蔽层210和接地连接件310的组合为跨高压外部线圈114的外部表面的静电荷和/或高电压提供了到地的低电阻路径。
图3C示出了具有本文中提供的导电屏蔽层的另一替选示例实施方式的线圈的局部截面侧视图。参照图3C，高压外部线圈114的绕组214被第一绝缘材料216覆盖。例如，第一绝缘材料216的连续层可以完全覆盖绕组214。第一绝缘材料216可以覆盖高压外部线圈114的绕组214的外表面218a、内表面218b、上端表面218c和下端表面218d(图2B至图2C)。第一绝缘材料216可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。示例树脂包括可从巴西圣保罗的亨斯迈化学有限公司(Huntsman Quimica Ltda.)获得的
Figure BDA0002820957720000121
HY 926CH和/或
Figure BDA0002820957720000122
CY 5948。在一些实施方式中，树脂可以是玻璃纤维增强的。第一绝缘材料216的厚度可以在6mm至7mm之间，但是也可以使用其他合适的厚度范围。
在图3C的实施方式中，导电屏蔽层210由沿第一绝缘材料216敷设的导电网和形成在该导电网上的半导电涂料形成。参照图3C，导电网318被布置在第一绝缘材料216上。例如，导电网318可以被敷设在高压外部线圈114(图2C)的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面上的绝缘材料216上。如上所述，第一绝缘材料216可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他绝缘材料。在一些实施方式中，树脂可以是玻璃纤维增强的。第一绝缘材料216层的厚度可以在6mm至7mm之间，但是也可以使用其他合适的厚度范围。
导电网318可以包括形成为图案(例如，网格或丝网)的导电材料。用于导电网318的示例导电材料包括导电金属，例如，铜、镍、镀银铜、镍-银、银等中的一种或更多种，但是也可以使用其他类型的导电网。在一些实施方式中，导电网318的电阻可以在约0.01欧姆/平方厘米(Ohm/sq cm)至1欧姆/平方厘米(Ohm/sq cm)之间，但是也可以使用其他合适的电阻范围。
在一些实施方式中，半导电涂料(未单独示出)可以用于将导电网318保持在适当位置并且/或者填充导电网318的间隙区域。被涂敷到导电网318的半导电涂料可以包括导电金属，导电金属包括煤粉、铜、镍、镀银铜、镍-银和银中的一种或更多种，但是也可以使用其他合适类型的半导电涂料。在一些实施方式中，半导电涂料的电阻可以在约1千欧姆/平方英寸/密耳(kilo-ohm/sq in/mil)至10千欧姆/平方英寸/密耳(kilo-ohm/sq in/mil)之间，但是可以使用其他合适的电阻范围。
一旦导电网318已经被布置在第一绝缘材料216上，可以通过任何合适的工艺(例如，刷涂、辊涂、喷涂和浸涂)将半导电涂料涂敷到导电网318。导电网材料和半导电涂料的复合结构用作导电屏蔽层210。在一些实施方式中，复合结构的厚度可以在约100微米至500微米之间，但是也可以使用其他合适的厚度范围。
在一些实施方式中，导电屏蔽层210可以包括回路分隔区域212。回路分隔区域212可以在高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面上被形成为导电屏蔽层210的中断(图2C至图2E)。在一些实施方式中，中断的宽度可以在4mm至6mm之间，但是也可以使用其他合适的宽度范围。回路分隔区域212跨包括高压外部线圈114的所有表面形成不含任何导电网的连续回路(跨高压外部线圈114的第一绝缘材料216的外表面220a、内表面220b、上端表面220c和下端表面220d中的每个表面延伸(图2C至图2E))。无论导电网被敷设为连续片还是一系列网片，都可以以一种形式或另一种形式来提供回路分隔区域212。在一个或更多个实施方式中，回路分隔区域212可以包括半导电涂料。
在一些实施方式中，接地连接件310可以耦接至导电屏蔽层210。例如，在一些实施方式中，接地连接件310可以是与导电屏蔽层210直接接触的金属板或者形成在导电屏蔽层210上或导电屏蔽层210下的导电带。例如，在导电屏蔽层210包括具有半导电涂料的导电网的情况下，接地连接件310的至少一部分可以被布置在导电网顶上或导电网之下。可以使用其他接地连接件。接地端子312可以附接至接地连接件310，外部接地引线或线缆可以附接至接地端子312。在一些实施方式中，高压端子118、上端子122、下端子124、接地端子128和/或抽头变换器组件132中的一个或更多个可以在导电屏蔽层210的应用期间被屏蔽。
可以在导电屏蔽层210和接地连接件310上涂敷第二绝缘材料314。与第一绝缘材料216一样，绝缘材料可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。可以采用其他合适的绝缘材料。无论采用哪种绝缘材料，第二绝缘材料314都可以保护导电屏蔽层210免受湿气、水、污染等的影响。
现在参照图4，在一些实施方式中，提供了形成干式变压器(例如，变压器100)的高压外部线圈(例如，高压外部线圈114)的方法400。方法400包括在402中提供具有外部表面的高压外部线圈(例如，图2B的绕组214)。外部表面包括外表面、内表面、上端表面和下端表面(例如，外表面218a、内表面218b、上端表面218c和下端表面218d)。
方法400还包括在404中为线圈(例如，绕组214)的外表面提供第一绝缘材料层(例如，图2C的第一绝缘材料216)。第一绝缘材料层可以完全封装或包封线圈的外表面、内表面、上表面和下表面。绝缘材料可以例如是环氧树脂、聚氨酯、聚酯，硅树脂等。
此外，方法400包括：在406中，在线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上提供导电屏蔽层(例如，导电屏蔽层210)。导电屏蔽层可以是导电涂料(例如，图3A)、覆盖于半导电涂料上的导电涂料的组合(例如，图3B)或者由导电网和半导电涂料形成的复合结构(例如，图3C)。导电屏蔽层可以包括断口(例如，回路分隔区域212)，该断口是跨线圈的每个表面的导电屏蔽层中的连续的环形分隔。这种分隔可以防止在导电屏蔽层内形成回路电流。
此外，方法400包括在408中提供耦接至导电屏蔽层的接地连接件(例如，接地连接件310)。在一些实施方式中，接地连接件可以是与导电屏蔽层直接接触的金属板、在导电屏蔽层上或导电屏蔽层下形成的导电带等。接地端子可以附接至接地连接件，并且外部接地引线或线缆可以附接至接地端子。
另外，方法400还包括在410中在线圈的外部表面上为线圈提供第二绝缘材料层(例如，第二绝缘材料314)。第二绝缘材料层可以完全封装或包封线圈的表面上的导电屏蔽层。与第一绝缘材料一样，第二绝缘材料可以是环氧树脂、聚氨酯、聚酯、硅树脂等。
参照图1A至图4描述的实施方式描述了导电屏蔽层210和/或回路分隔区域212与高压外部线圈114的使用。在一些实施方式中，可以类似地为低压内部线圈112提供导电屏蔽层210(具有或不具有回路分隔区域212)。另外，在一些实施方式中，外部线圈114可以是低压线圈并且内部线圈112可以是高压线圈。更一般地，线圈组件可以包括第一内部线圈和第二外部线圈(例如，同心布置)或单个线圈。在一些实施方式中，第一内部线圈可以是低压线圈并且第二外部线圈可以是高压线圈，而在其他实施方式中，第一内部线圈可以是高压线圈并且第二外部线圈可以是低压线圈。内部线圈和外部线圈中的任一者或两者可以具有如本文中所描述的导电屏蔽层和/或回路分隔区域。
在一些实施方式中，导电屏蔽层可以被配置成自身交叠，同时保持回路分隔区域。例如，这样的布置可以用于非常高的电场的应用中。图5A示出了根据本文中提供的实施方式的图3A的导电屏蔽层210的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层210自身交叠。参照图5A，诸如绝缘箔的绝缘材料502可以被布置在导电屏蔽层210的第一部分210a上，使得导电屏蔽层210的第二部分210b与第一部分210a交叠。例如，在导电屏蔽层210是导电涂料的图3A的实施方式中，可以涂敷导电屏蔽层210的第一部分210a，并且在涂敷导电屏蔽层210的第二部分210b之前，可以将绝缘材料502置于导电屏蔽层210的第一部分210a上。可以保持间隙(例如，回路分隔区域212)。在一些实施方式中，除了绝缘材料502之外或者代替绝缘材料502，可以采用分隔材料或网(未示出)，以允许被涂敷到导电屏蔽层210的后续绝缘材料(例如，树脂)进入导电屏蔽层210的第一部分210a与第二部分210b之间并且在第一部分210a与第二部分210b之间绝缘。在一个或更多个实施方式中，导电屏蔽层210的第一部分210a可以与第二部分210b交叠约8mm至12mm，但是也可以使用其他交叠量。示例绝缘材料包括聚氨酯、聚酯、硅树脂等。
当导电屏蔽层210包括下衬的半导电涂料层(图3B)或者当导电屏蔽层210包括导电网(图3C)时，可以在导电屏蔽层210中采用类似的交叠。例如，图5B示出了根据本文中提供的实施方式的图3B的导电屏蔽层210的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层自身交叠，并且图5C示出了根据本文中提供的实施方式的图3C的导电屏蔽层210的一部分的局部截面侧视图，其中导电屏蔽层自身交叠。在图5B的实施方式中，导电涂料317的第一部分317a覆盖半导电涂料316层并且位于绝缘材料502与导电涂料317的第二部分317b的下方，同时保持间隙(例如，回路分隔区域212)。同样地，在图5C的实施方式中，导电屏蔽层210的第一部分210a位于绝缘材料502与导电屏蔽层210的第二部分210b的下方，同时保持间隙(例如，回路分隔区域212)。
尽管主要关于可浸没干式变压器描述了本公开内容，但是应当理解，所公开的导电屏蔽层也可以与其他类型的变压器或线圈组件(例如，电感器)一起使用。
前面的描述仅公开了示例实施方式。对于本领域普通技术人员而言，落入本公开内容的范围内的以上公开的组件和方法的修改将很明显。例如，尽管以上论述的示例是针对干式变压器示出的，但是根据本公开内容的其他实施方式也可以针对其他设备实现。本公开内容并非意在将本发明限制于所公开的特定组件和/或方法，而是相反地，本发明意在涵盖落入权利要求书的范围内的所有修改、等同物和替选方案。

Claims (36)

1.一种被屏蔽的线圈组件，包括：
线圈，所述线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面，以及形成在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面上的第一绝缘材料；以及
导电屏蔽层，所述导电屏蔽层包括导电涂料，所述导电涂料沿所述第一绝缘材料涂敷，使得所述导电涂料在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上延伸。
2.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电涂料包括导电金属，所述导电金属包括铜、镍、镀银铜、镍-银和银中的一种或更多种。
3.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电涂料的电阻小于1欧姆/平方英寸/密耳。
4.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电涂料的厚度在30微米至500微米之间。
5.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电涂料包括回路分隔区域，所述回路分隔区域在沿所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的所述导电涂料中具有中断。
6.根据权利要求5所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述回路分隔区域包括所述导电涂料中的间隙，所述间隙围绕所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面延伸以在所述导电涂料中形成开放回路。
7.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，包括半导电涂料，所述半导电涂料被涂敷到所述第一绝缘材料、处于所述导电涂料之下。
8.根据权利要求7所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述半导电涂料的电阻为1千欧姆/厘米至10千欧姆/平方英寸/密耳。
9.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，包括形成在所述导电屏蔽层上的第二绝缘材料。
10.根据权利要求9所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料包括包含环氧树脂的材料。
11.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，包括连接至所述导电屏蔽层的接地线缆。
12.根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，包括相对于所述被屏蔽的线圈同心定位的附加线圈。
13.一种干式变压器，包括：
芯区域；以及
根据权利要求1所述的被屏蔽的线圈组件，所述被屏蔽的线圈组件围绕所述芯区域的一部分形成。
14.一种被屏蔽的线圈组件，包括：
线圈，所述线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面，以及形成在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面上的第一绝缘材料；以及
导电屏蔽层，所述导电屏蔽层包括：
导电网，所述导电网沿所述第一绝缘材料被敷设，使得所述导电网在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的至少一部分上延伸；以及
半导电涂料，所述半导电涂料形成在所述导电网上；
其中，所述导电网和所述半导电涂料在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上形成复合结构。
15.根据权利要求14所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电屏蔽层包括多个导电网回路，每个导电网回路在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的一部分上延伸。
16.根据权利要求15所述的被屏蔽的线圈组件，其中，所述导电屏蔽层包括回路分隔区域，所述回路分隔区域包括所述多个回路之间的间隙。
17.根据权利要求14所述的被屏蔽的线圈组件，包括形成在所述导电屏蔽层上的第二绝缘材料。
18.根据权利要求14所述的被屏蔽的线圈组件，包括连接至所述导电屏蔽层的接地线缆。
19.根据权利要求14所述的被屏蔽的线圈组件，包括相对于所述被屏蔽的线圈同心定位的附加线圈。
20.一种干式变压器，包括：
芯区域；以及
根据权利要求14所述的被屏蔽的线圈组件，所述被屏蔽的线圈组件围绕所述芯区域的一部分形成。
21.一种形成线圈组件的方法，包括：
提供线圈，所述线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面；
将所述线圈包封在第一绝缘材料中；以及
通过涂敷导电涂料以使得所述导电涂料在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上延伸，在所述线圈上形成导电屏蔽层。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述导电涂料包括导电金属，所述导电金属包括铜、镍、镀银铜、镍-银和银中的一种或更多种。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述导电涂料的电阻小于1欧姆/平方英寸/密耳。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述导电涂料的厚度在30微米至500微米之间。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括通过下述方式在所述导电涂料中形成回路分隔区域：沿所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面形成所述导电涂料的中断。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述回路分隔区域包括所述导电涂料中的间隙，所述间隙围绕所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面延伸以在所述导电涂料中形成开放回路。
27.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括将半导电涂料涂敷到所述第一绝缘材料、处于所述导电涂料之下。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述半导电涂料的电阻为1千欧姆/平方英寸/密耳至10千欧姆/平方英寸/密耳。
29.根据权利要求21所述的方法，还包括在所述导电屏蔽层上形成第二绝缘材料。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料包括环氧树脂。
31.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括附接接地线缆，所述接地线缆连接至所述导电屏蔽层。
32.一种形成线圈组件的方法，包括：
提供线圈，所述线圈具有外表面、内表面、上端表面和下端表面；
将所述线圈包封在第一绝缘材料中；以及
通过以下操作在所述线圈上形成导电屏蔽层：
沿所述第一绝缘材料敷设导电网，使得所述导电网在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的至少一部分上延伸；以及
在所述导电网上涂敷半导电涂料，使得所述导电网和所述半导电涂料在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面中的每个表面的至少一部分上形成复合结构。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，敷设所述导电网包括敷设多个导电网回路，每个导电网回路在所述线圈的外表面、内表面、上端表面和下端表面的一部分上延伸。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括形成回路分隔区域，所述回路分隔区域包括所述多个回路之间的间隙。
35.根据权利要求32所述的方法，还包括在所述导电屏蔽层上形成第二绝缘材料。
36.根据权利要求32所述的方法，还包括附接接地线缆，所述接地线缆连接至所述导电屏蔽层。
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