CN1376302A - 土冷配电变压系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种土冷配电变压系统和一种对其冷却和分配电力给多个用电负荷(32)的方法。配电变压器(10)包含被封装在固体绝缘材料中的初级(16)和次级(17)绕组。钢磁芯(13)保持暴露,变压器被埋在土中一个预定的深度,芯(13)被暴露,借此把绕组产生的热量通过暴露的磁芯散发到土中。高压供电线(20)和配电线(21)可以是埋藏的电缆或者至少部分埋藏,其中配电线分配电力给一个或多个用电负荷。配电变压器(10)可以被埋在人孔围栏(12)附近,初级和次级绕组电线被连在人孔的端子(22－25)上。在一个网络中,一系列配电变压器(10)和供电线(20)以及馈电线(21)可被埋在土中为整个居民区供电,而不需要提供绝缘外壳甚至人孔围栏。

Description

土冷配电变压系统和方法

技术领域

本发明涉及一种土冷配电变压器系统和方法，其中变压器直接埋在土中，变压器的初级和次级绕组浇注在固体绝缘材料中，它的钢磁芯被暴露出来，以便在周围的土中散热，并且供电线和馈电线也埋在土中，另外，多个这样的变压器可以构成埋在土中的配电系统的一部分为整个用电区供电。

发明背景

配电变压器通常安装在一个保护壳中，在其中可以提供油来作为热载体，由绕组产生的热通过接触油的外壳散发。油和外壳的使用被证明是有问题的并且它增大了配电变压器的尺寸，使得它们很难被埋入土中。已经进行了许多尝试来把配电变压器及其为家庭供电的电缆埋在土中，借此来除去支架安装的变压器和垫片安装的变压器。然而，当位于地下时，这些被埋藏的变压器仍然需要冷却，因此，变压器被安装在外壳和外壳的油中，否则外壳需要一套也是埋在土中的冷却管冷却。这种配电变压器结构的例子在美国专利3,212563和4,009,418中有描述。

随着固体或干式变压器的出现，变压器的尺寸大大的缩小了，但是这种变压器的冷却通常受在变压器结构内部循环的空气或液体或者接触环境气体的固体散热片等热交换设备的影响。这些固体或干式变压器遇到的一些困难是通过固体绝缘材料散热被证实是很差的，热堆积的结果可以生成热区或高的热梯度，它可以破坏固体绝缘材料。这可以导致更严重的破坏，需要更换变压器。另外，绝大多数这样的变压器需要接地的围栏来消除电击危害。这些围栏是一些典型地尺寸大于变压器本身的铁笼，因此安装所需的空间很难解决。

最近，参考美国专利5,656,984，出现了一种改进的固体绝缘变压器，但是它也需要把整个变压器外壳放置在环境外壳中。这些通常被安装在一个非常巨大的人孔中，借此安装冷却设备，通过在绕组和变压器芯循环的冷却液体来散热。相应地，这样的安装非常巨大而且昂贵。近来，配电变压器得到进一步发展，其中变压器被完全保护在玻璃丝和聚乙烯树脂中，不然变压器需要被浇注在混凝土中。这样的变压器通常安装在人孔中并需要一些冷却介质。

美国专利4,349,801描述了一种单向变压器，其中绕组被浇注在树脂中，线束铁芯为了防止腐蚀和机械破坏安装在一个合适的防震结构的封套中，借此允许密封的变压器埋在土中。防水的连接插槽用来连接地下电缆。该专利的图3描述了这样一种埋藏型的结构。这些变压器制作昂贵，体积大，并有过热问题。

发明概述

本发明的一个特征是提供了一种配电变压器结构，它不用冷却剂就可以直接埋入土中，借助周围的土作为冷却介质来散发由变压器绕组生成的热。

本发明的另一个特征是提供了一种土冷的配电变压器，其中初级和次级绕组被浇注在固体绝缘材料中，而钢磁芯保持相对暴露，传导由绕组产生的热，把它散发到周围的土中。

本发明的另一个特征是提供了一种埋在土中的土冷配电变压器，其中高压供电线和次级绕组的馈电线也被埋在土中形成一个地下配电网以给多个用户负载供电。

本发明的另一个特征是提供了一种紧邻人孔围栏埋在土中的土冷配电变压器，其中变压器的接线通过安装在人孔中的端子来提供，直接连接着埋在人孔附近的变压器。

本发明的又一个特征是提供了一种通过把变压器埋在土中而冷却配电变压器的方法，其中变压器的初级和次级绕组被封装在固体绝缘材料中，芯被暴露在周围的土中把热散发到土中。

本发明的再一个特征是提供了一种通过直接埋在土中的配电变压器把电力配送到多个用电负荷的方法，其中变压器的初级和次级绕组被封装在固体绝缘材料中，芯被暴露在外，在周围的土中散热。

根据上述特征，一个方面，本发明提供了一种土冷配电变压系统，它包括一个具有钢磁芯的配电变压器，其中钢磁芯构成了芯柱，初级和次级绕组各自绕在其上。每个绕组通过固体绝缘材料绝缘。配电变压器被埋在土中预定的深度，钢芯暴露在土中借此散发绕组生成的热量，通过周围的土冷却变压器。高压供电线连在初级绕组上并部分地伸入土中。馈电线连在次级绕组上并部分地伸入土中给一个或多个用电负荷供电。

根据本发明另一个方面，提供了一种直接埋入的配电变压器，包括封装的绕组、供电和馈电的绝缘电缆、和一个暴露的芯。变压器被埋在土中一个合适的深度，芯接触土借此把热量散发到土中，相当于一种冷却介质。

根据本发明又一个方面，提供了一种冷却配电变压器的方法，这种方法包含提供一个具有钢磁芯的配电变压器，其中钢磁芯构成了芯柱，初级和次级绕组各自绕在其上。绕组在固体绝缘材料中绝缘，钢芯保持暴露。供电线连在初级绕组上。一个或多个馈电线连在次级绕组上。配电变压器被埋在土中一个预定的深度，钢芯被暴露在土中来散发所述的绕组生成的热量，提供周围的土来冷却所述的变压器。至少部分供电线和馈电线被埋在土中。

根据本发明再一个方面，提供了一种冷却直接埋藏的配电变压器的方法，包含提供一个具有封装绕组的配电变压器、供电和馈电绝缘线和一个暴露的芯的几个步骤。变压器被直接埋在土中一个合适的深度，芯接触土借此把热量散发到土中，相当于一种冷却介质。

根据本发明另一个方面，提供了一种把电力配送到多个用电负荷的方法。该方法利用上述的埋在土中的配电变压器和次级绕组的馈电线给多个用电负荷供电。多个配电变压器也可以相互连接在直接埋藏的变压器地下网络上给整个用电区供电。

附图简述

本发明的优选实施例将参考附图描述，其中

图1是一个透视图，显示了紧邻人孔围栏的直接埋在土中的本发明的土冷配电变压器的安装；

图2是一个示意图，表示了埋在土中的配电变压器把热量散发到周围的冷土中；以及

图3是一个示意图，显示了一个包含多个直接埋藏的配电变压器为多个用电负荷供电的供电网络。

优选实施例详述

现在参考附图尤其是图1，示出总体上以10表示的本发明的配电变压器10，它直接埋入土11中并紧邻人孔围栏12。如图2所示，配电变压器10有一个钢磁芯13，它构成了芯柱14和15，初级绕组16和次级绕组17绕在其上。每个绕组16和17都通过在本领域众所周知的固体绝缘材料18绝缘。钢磁芯13保持暴露。

如图2所示，电力配电变压器10被埋在土11中一个预定的深度“d”，在这里周围土的温度大约为8℃，对于冷却变压器很理想。因为钢芯13暴露在周围的土19中，由绕组16和17产生的热量通过钢芯13传导并散发到土19中。相应地，周围的土为变压器提供了冷却介质，钢芯的作用相当于散热片。

高压供电线20连在初级绕组16上，馈电线21连在次级绕组17上。这两种电线都部分地伸入土11中。馈电线可以连在一个地下的或地上的插槽中，借此可以为多个用电负荷通常为四个或六个居民家庭供电。

如图所示，通常负载25kv电压的高压供电线直接连在初级绕组上，馈电线21也类似。因此，不需要为变压器提供套管因此节约了开支。另外，因为变压器直接暴露在周围的土中，也不需要提供外壳和绝缘介质。这就使得建造这样一个配电变压器节约了大量资金，并且它的尺寸减小了，因为不需要套管和冷却装置。

如图1所示，当配电变压器10被埋在人孔围栏附近时，例如图示的围栏12，高压供电线20被直接反馈到人孔中并通过一个故障检电器23连在高压端子22上。初级供电线20’连着初级绕组16和端子22，一个限流保险丝24最好连在这根电线上。高压供电线20的另一端也连在端子22上并伸出人孔，从而，根据安装情况供入另一个人孔或者直接连在另一个配电变压器上。

如图1所示，人孔还设置有一个接线盒25，它可为用电负荷提供120/240伏的电压。如图3所示，接线盒为多个用电负荷供电。

再次参考图2，需要指出的是，钢磁芯13可以设置有热导涂层26，以防止钢芯在土中氧化。另外，如图1所示，接地杆27可以固定在邻近埋入的变压器10的土中，钢磁芯可以通过一条合适的导线28连在该接地杆上。另外，如图2所示，在初级和次级绕组的绝缘外层上可以提供一种传导漆，例如碳漆29，使之与周围的土更好地传导。在人孔围栏的内部有一个人孔盖30用来安装和检修。

参考图3，本发明的土冷配电变压系统具有许多优点。如图3所示，一个完整的地下直接埋藏式配电变压系统可以用来为整个用电区供电。如图所示，多个变压器10被埋在土11中，每个都可以为多个用电负荷31供电。变压器的初级和次级绕组可以设置有一个合适的端子来连接变压器，以及把变压器直接连到用电负荷上。另外，可以在合适的安全围栏内提供地下的或地上的接线盒。即使当配电系统完全在地下时，土也可以为配电系统提供电绝缘，对地上的人很安全。这种直接埋藏式的变压器和电缆的平均寿命期望至少为40年，这个时间很合适，这种设备的安装很少或不需维护，因为它们没有地下外壳或冷却介质或在变压器中循环冷却介质必要的装置。因此，变压器是自立的，除了冷却要受周围土地自然条件的影响外。在爆破事件中，土地将吸收震动和防止碎片抛射。变压器也不会污染土地。

本发明可概括为提供了一种冷却配电变压器的方法，其中包含埋在土中的变压器10和暴露在土中的钢磁芯13以及封装在固体绝缘材料中的绕组16和17的提供。供电线和馈电线各自连在初级和次级绕组上并整个或部分地埋在土中。变压器被埋在土中一个预定的深度，在该深度周围的温度将足够冷却变压器，已经发现当温度大约为8℃时就足够了。变压器埋藏的深度各个地区都不尽相同，这依赖于地下土的组成和其他因素例如地理位置。变压器也可以埋在人孔围栏附近，如图1所示，虽然这不是必须的。一个人孔围栏与一个或多个本发明的埋藏式配电变压器10相连也是可以的。

基于所揭示的例子，本领域的技术人员可以明白，本发明构思可以很容易地被实施，利用与上述相同的方法和系统来作为其他地下配电网的基础。因此，重要的是，只要不脱离本发明的实质和范围，权利要求书将包括这些等同结构。

Claims (22)

1.一种土冷配电变压系统，包含一个配电变压器，它的钢磁芯构成了芯柱，初级和次级绕组各自绕在其上，每个所述的绕组通过固体绝缘材料绝缘，所述的配电变压器被埋在土中预定的深度，所述的钢磁芯暴露在土中，借此把由所述绕组产生的热量散发到土中，高压供电线连在所述的初级绕组上并至少部分地伸入土中，馈电线连在所述的次级绕组上并至少部分地伸入土中来为一个或多个用电负荷供电。

2.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的高压供电线和所述的馈电线各自直接连在所述的初级和次级绕组上。

3.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的变压器被埋在人孔围栏附近，所述的人孔围栏具有一个高压端子，所述的高压线连在其上，初级供电线连着所述的初级绕组和所述的高压端子。

4.如权利要求3所述的土冷配电变压系统，其特征在于，高压馈电线连在所述的端子上，并且直接或者通过与另一个埋入式配电变压器相连的另一个人孔围栏的另一个高压配电端子连在所述另一个埋入式配电变压器上。

5.如权利要求3所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的人孔围栏设置有一个接线盒，所述的一个或多个电力配电线连接于此。

6.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的配电变压器被埋在土中一个周围土温接近8℃的深度。

7.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的钢磁芯设置有一种热导涂层以防止它在土中被氧化。

8.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，接地杆位于与所述的埋入式变压器相邻的土中，所述的钢磁芯连在所述的接地杆上。

9.如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的绝缘材料在其外表面有一层传导漆。

10.如权利要求9所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的传导漆是碳漆。

11.一种如权利要求1所述的土冷配电变压系统，其特征在于，所述的高压供电线是25kv电线，所述的馈电线是120/240伏电线。

12.一种直接埋藏的配电变压器，包括封装的绕组、反馈和馈电绝缘线和一个暴露的芯；

所述的变压器被埋在土中一个理想的深度，所述的芯接触所述的土，借此把热量散发到所述的土中，所述土作用相当于一种冷却介质。

13.一种冷却配电变压器的方法，包含以下步骤：

i)提供一个配电变压器，它具有一个钢磁芯构成了芯柱，初级和次级绕组都各自绕在其上，所述的绕组被封装在固体绝缘材料中，所述的芯暴露；

ii)连接供电线到所述的初级绕组；

iii)连接馈电线到所述的次级绕组；以及

iv)把所述的配电变压器埋在土中的预定深度，所述的钢磁芯暴露在土中，借此散发由所述的绕组产生的热量，通过周围的冷土冷却变压器，至少部分供电线和馈电线被埋在所述的土中。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的配电变压器埋在人孔围栏附近，所述的步骤(ii)包含连接埋藏的初级供电线到在所述的人孔中的高压端子上，所述的具有高压电缆的端子也连在此处。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的步骤(iii)包含连接所述的一个或多个配电线到所述的人孔围栏的接线盒。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步提供了将埋藏的馈电线从一个或多个用电负荷连到所述的接线盒的步骤。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的步骤(i)进一步包含为所述的钢磁芯刷热传导涂层以免暴露在土中的钢芯被氧化的步骤。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步提供了把接地杆安装在所述的变压器附近并使所述的芯连在所述的接地杆上的步骤。

19.一种冷却直接埋藏的配电变压器的方法，包含以下步骤：

i)提供一个具有封装的绕组、馈电和馈电绝缘线和一个暴露的芯的配电变压器；以及

ii)直接把所述的变压器埋在土中一个理想的深度，所述的芯接触所述的土，借此在所述的土中散热，所述土作用相当于一种冷却介质。

20.一种分配电力给多个用电负荷的方法，所述的方法包含以下步骤：

i)提供一个配电变压器，它具有一个钢磁芯构成了芯柱，初级和次级绕组都各自绕在其上，所述的绕组被封装在固体绝缘材料中，所述的芯暴露；

ii)连接供电线到所述的初级绕组；

iii)连接馈电线到所述的次级绕组；以及

iv)把所述的配电变压器埋在土中的预定深度，所述的钢磁芯暴露在土中，借此散发由所述的绕组产生的热量，通过周围的冷土冷却变压器，至少部分供电线和馈电线被埋在所述的土中，所述的馈电线被连在所述的用电负荷上。

21.如权利要求20所述的土冷配电变压系统，其特征在于，多个所述的配电变压器被埋在所述的土中预定的位置，提供一个或多个也被埋在土中的高压供电线相互连接，每个所述的变压器通过一个或多个所述的也被埋在土中的馈电线提供电力给各自的所述的多个用电负荷。

22.如权利要求21所述的土冷配电变压系统，其特征在于，进一步提供了一个或多个人孔围栏，所述的变压器的部分被埋在其中一个所述的人孔围栏附近，所述变压器的所述初级绕组的所述供电线在所述的人孔中连在一个高压端子上，所述的配电线与一个接线盒连接，经此接线盒通过埋藏的电绝缘线向所述的用电负荷供电。

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