CN1571075A - 一种电磁感应装置用双绕组电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁感应装置用双绕组电缆，该电缆包括两个产生磁场的电路，即作为主绕组的内导体和作为次绕组的外导体形成两个感应绕组，内导体和外导体沿径向同轴设置。内导体(1)依次被第I半导电层(3)、第I绝缘层(4)、第II半导电层(5)包围；外导体(6)被第III半导电层(7)、第II绝缘层(8)、第IV半导电层(9)包围。内导体(1)和外导体(6)都可以由多根单导线绞合而成，同时，对内导体(1)、外导体(6)进行必要的处理，来减少由于外界磁场影响以及内导体(1)、外导体(6)相互之间的影响使导体产生的损耗。本发明可以用于电力传输，同时也可以在变压器、电抗器等电磁感应装置上使用。

Description

一种电磁感应装置用双绕组电缆

技术领域

本发明涉及一种电磁感应装置用双绕组电缆。

背景技术

对于传统的高压电力传输电缆，电缆的绝缘线芯包含导电线芯、内半导电层、绝缘层、外半导电层四部分；同时对于传统的变压器，其绕组一般采用矩形截面导线，这种导线的形状使电场分布不均匀，在其棱角处场强较集中，易存在电气隐患。同时为了使绕组中的涡流损耗减小，沿着绕组高度方向的导线必须采用换位的方式，以使导线所收磁场均匀，因此这种变压器结构就会趋于复杂。此外，在绕组端部还需采取措施来改善电场分布和防止局部放电，同时，进一步消除传统电力变压器的控制电场对接地部件的影响，也是设计时的关键的问题之一。

常规的电缆导体多采用多芯导体绞合而成，其导体因为需要先将预制铜杆经过铜大拉机加工成细丝，然后经绞合工艺，导体制造就完成。但是采用该导体的绕组电缆作为变压器、电抗器等的绕组时，其损耗很大，同时由于导体产生的热量，会加速绝缘的老化，从而减少绕组电缆的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足之处，提供一种电磁感应装置用的双绕组电缆，减少由于外界磁场的影响而使导体产生的损耗，从而提高产品的性能参数，减少能源的浪费。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电磁感应装置用的双绕组电缆含有两个产生磁场的电路，即作为主绕组的内导体(1)和作为次绕组的外导体(6)形成两个感应绕组，内导体(1)和外导体(6)沿径向同轴设置。内导体(1)依次被第I半导电层(3)、第I绝缘层(4)、第II半导电层(5)包围；外导体(5)被第III半导电层(7)、第II绝缘层(8)、第IV半导电层(9)包围。内导体(1)与第I半导体层(3)之间有内导体层间绝缘(2)。该具有两个导电体的电缆绕组从里到外依次为：内导体(1)、导体层间绝缘(2)、第I半导体层(3)、第I绝缘层(4)、半导体层II(5)、外导体(6)、第III半导体层(7)、绝缘层II(8)、第IV半导电层(9)。内导体(1)和外导体(6)都可以包括多根导体单丝或多根束绞导线。为了减小或消除导体局部放电，内导体(1)用导体层间绝缘(2)包围，外导体(6)用第III半导电层(7)和第III半导电层(6)包围。第IV半导电层(9)具有一方面使第IV半导电层(9)中电气损耗最小，而另一方面有助于第IV半导电层(9)中感应电压使辉光放电危险最小的电阻率。对于用此绕组制作的电磁感应装置，内导体(1)可以为主绕组，外导体(6)为次绕组。

本发明双绕组电缆绕组制造的变压器等电磁感应装置可被应用于现行电网中，其功率可从几个VA到10000MVA，额定电压从3-4kV到400kV或者800kV更高电压。一根电缆绕组有两个电路，在制作变压器时，不但可以节省材料，极大的降低难度；而且机械强度非常高，能够承受非常大的短路机械力。

附图说明

以下结合实施例附图对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明电磁感应装置用双绕组电缆(实例1)结构图

图2为本发明电磁感应装置用双绕组电缆(实例2)结构图

图3为本发明电磁感应装置用双绕组电缆(实例3)结构图

图4为本发明电磁感应装置用双绕组电缆的轴侧图

图中：1-导体(主绕组)  2-导体内层间绝缘  3-第I半导电层  4-第I绝缘层  5-第II半导电层  6-外导体(次绕组)  7-第III半导电层8-第II绝缘层  9-第IV半导电层  10-表面处理的导体单丝  11-表面未处理的导体单丝

具体实施方式

由图1的实例1结构，本发明中作为主绕组的内导体(1)、第I半导电层(3)、第I绝缘体(4)、第II半导电层(5)组成高压绕组；作为次绕组的外导体(6)、第II绝缘体(8)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)组成低压绕组，同时，低压绕组沿径向设置在高压绕组的周围。内导体(1)由多根铜、铝线或合金导线单导线绞合而成，多股绞线中的最外层绞线可至少有一根单丝与第I半导电层(3)紧密接触，内导体(1)通常以同心层式排列，有一根中央导体，在其周围有多层同心层，从内层向外层逐层递增。内导体层间绝缘(2)为内导体(1)的一部分，采用挤包聚合物绝缘塑料或绕包的聚合物绝缘带材或电力电缆纸紧密的包裹在导线的周围。

用双绕组电缆构成圆筒式绕组，可直接与进线电缆相联结。绕组的电缆与常规的固体高压电缆相似，导体通常呈同心层式，有一根中央导线，在其周围有多层同心层，由内向外逐层增加，相邻两层的绕向相反。作为主绕组的内导体(1)部分包含内导体层间绝缘(2)，其为内导体(主绕组)的一部分，采用挤包聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸等，以减少由于外界磁场影响而增加的损耗。电缆的最外面半导电层保持着地电位。

对于内导体(主绕组)和外导体(次绕组)如果受到外界磁场和本身相互间磁场影响损耗很大，可以采用图2所示的实例2结构。图3所示的实例3结构，内导体(1)和外导体(6)采用轴向表面进行了氧化处理的单丝导体，使其能够同相邻排列的单丝相互绝缘。在图2、图3中深色单丝，表示单丝的轴向表面进行氧化处理，通过表面氧化处理使其能够同相邻的单丝绝缘。对于外导体可采用表面氧化处理的单丝同表面未氧化处理的单丝相互间隔。同样，也可将内导体、外导体部分单丝氧化，而对于内导体不采用层间绝缘结构，但对于内导体其最外层至少有一根单丝表面未氧化处理，且其同半导电层必须紧密接触，不致形成悬浮电位而产生电晕放电。对于外导体由于不需要层间绞合，但也同样至少有一根表面未处理的导体单丝，且其同半导电层紧密接触，不致形成悬浮电位而产生电晕放电。内导体(1)和外导体(6)采用轴向表面进行了氧化处理的单丝绞合而成导体，表面未处理的导体单丝不要相邻排列，对于内导体也可不采用层间绝缘的结构，而采用表面氧化处理使单丝之间相互绝缘，但导体其最外层至少有一根单丝表面未处理，且同半导电层紧密接触，不致形成悬浮电位，外导体也至少有一根单丝表面末处理，且同半导电层紧密接触，以免形成悬浮电位而产生电晕放电。就导体层间绝缘和导体表面的氧化层而言，其必须至少能够承受10伏以上的交流电压，并且在一定的长度范围内，导体层与层或单丝与单丝之间不能相互导通。导体层间挤包的聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸等，在150～200℃的温度，持续时间5～10分钟的条件下，其物理性能如：热延伸、收缩性、热老化、断裂伸长率不会发生很大的变化，同时，在该温度条件下，绝缘材料不发生化学变化。双绕组电缆在长期工作温度为70～90℃的温度，导体层间绝缘挤包的聚合物绝缘塑料、绕包聚合物绝缘带材、电力电缆纸等的性能不会发生变化。

对于导体，根据实际需要按照上述要求进行设计，其绝缘部分基本与普通高压电缆相同。第I半导电层(3)、第II半导电层、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)表面应光滑。对于小截面导体可直接采用挤包的半导电层。标称截面500mm²及以上的电缆其内半导电屏层可采用半导电包带和挤包导电层的联合组成方式。第I半导电层(3)、第II半导电层(5)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)的物理性能介于内导体(主绕组)(1)或外导体(次绕组)(6)和绝缘体(4)或(8)之间。电缆的绝缘体(4)和(8)的导电系数远低于半导电层(3)、(5)、(7)、(9)。同时，为了减小或消除导体局放，内导体(1)用第I半导电层(3)、第I绝缘层(4)、第II半导电层(5)包围；外导体(6)用第III半导电层(7)、第II绝缘层(8)、第IV半导电层(9)包围。对于第I半导电层(3)、第II半导电层(5)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)需要有很小的电阻率，使其电气损耗很小。对于第I半导电层、第II半导电层、第III半导电层、第IV半导电层要求其每米长度的电阻为50μΩ至5MΩ。同时，第I半导电层(3)、第II半导电层(5)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)、绝缘层(4)、绝缘层(8)要求具有相似的热特性。半导电层的电阻率范围为1～100kΩ.cm.第II半导电层、第IV半导电层的电阻率范围为10～500Ω.cm，优选为10～100Ω.cm。对于半导电层和绝缘层必须具有相同的弹性模量E，即第I半导电层(3)、第I绝缘体(4)、第II半导电层(5)、第II绝缘体(8)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)，其具有相同的弹性模量E，E小于500MPa，最好E小于200MPa。第II半导电层、第IV半导电层主要用于均化电场和屏蔽，通过增大导电性来降低感应电压损耗，由于其厚度一般很难降低，只有通过调整材料的导电性，让其导电性增加来实现减小损耗。但导电率过高，又会引起电晕放电，所以电阻率必须控制在一定的范围内。

由于绕组的内导体、外导体不再采用矩形，而是采用了圆形，按照Maxwell方程，绕组圆形导体建立的电场是均匀分布的，采用现有的“三层共挤”工艺可以将电缆局部放电消除。对于这种圆筒式绕组，其电场被完全局限在绕组内部，因此与传统的干式变压器及油浸式变压器都不同，不需要控制绕组端部区域的电场。圆形绕组线不存在像扁导线那样的小圆角限制着最大的许用场强，克服了传统的电力变压器设计中电场分布方面的许多方面的限制。

本发明双绕组电缆的制造，首先是将内半导电层、绝缘层、外半导电层挤在内导体层上，这种线芯同标准的电缆的绝缘线芯基本相同，其工艺同传统的“三层共挤”工艺。随不同的电压等级、导体的截面大小选择不同的VCV生产线或CCV生产线等。挤制的绝缘层材料可以是以下材料：LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PB(聚丁烯)、PMP(聚甲基戊烯)、XLPE(交联聚乙烯)、EPR(乙丙橡胶)或硅橡胶之类的热塑性材料。在绝缘层外面的外半导电层，是由EPDM(三元乙丙胶)与碳黑混合的材料构成，通过改变基础聚合物类型、碳黑类型、碳黑含量来确定其电阻率。绝缘体设计适合高电压，可超过10kV，直到传输400kV到800kV，甚至更高。

本发明可用于电力传输，也可用于制造变压器、电抗器的绕组等电磁装置。由于电缆最外面有半导电层使其保持地电位，于是电场就完全局限于在电缆的内部，这就为变压器制造厂家提供了一种全新的电气设计和结构设计，对于传统的变压器，即要考虑电磁的电气设计和结构设计的可能性，又要考虑电磁场、温度和机械力，并且还要考虑它们之间的相互影响，所以传统电力变压器的电气设计和结构设计一般是比较复杂，本发明电场完全局限于电缆的内部，绕组之间以及绕组对地等距离可以分别处理，设计时只需要考虑如何保证有较充分的冷却所需的空间。

Claims (10)

1、一种电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于包括两个产生磁场的电路，即作为主绕组的内导体(1)和作为次绕组的外导体(6)形成两个感应绕组，内导体(1)和外导体(6)沿径向同轴设置。

2、根据权利要求1所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体(1)依次被第I半导电层(3)、第I绝缘层(4)、第II半导电层(5)包围，外导体(6)被第III半导电层(7)、第II绝缘层(8)、第IV半导电层(9)包围。

3、根据权利要求2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体(1)与第I半导体层(3)之间有内导体层间绝缘(2)。

4、根据权利要求1或2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体(1)由多根铜、铝线或合金导线单导线绞合而成，多股绞线中的最外层绞线可至少有一根单丝与第I半导电层(3)紧密接触，内导体(1)通常以同心层式排列，有一根中央导体，在其周围有多层同心层，从内层向外层逐层递增。

5、根据权利要求2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于作为主绕组的内导体(1)、第I半导电层(3)、第I绝缘层(4)、第II半导电层(5)组成高压绕组，作为次绕组的外导体(6)、第III半导电层(7)、第II绝缘层(8)、第IV半导电层(9)组成低压绕组，高压绕组、低压绕组的各层都沿径向的设置在内导体(1)的周围。

6、根据权利要求3所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体层间绝缘(2)为内导体(1)的一部分，采用挤包聚合物绝缘塑料或绕包的聚合物绝缘带材或电力电缆纸紧密的包裹在导线的周围。

7、根据权利要求1或2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体(1)和外导体(6)采用轴向表面进行了氧化处理的单丝导体，使其能够同相邻排列的单丝相互绝缘。

8、根据权利要求7所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于内导体(1)和外导体(6)采用轴向表面进行了氧化处理的单丝绞合而成导体，表面未处理的导体单丝不要相邻排列，对于内导体也可不采用层间绝缘的结构，而采用表面氧化处理使单丝之间相互绝缘，但导体其最外层至少有一根单丝表面未处理，且同半导电层紧密接触，不致形成悬浮电位，外导体也至少有一根单丝表面未处理，且同半导电层紧密接触，以免形成悬浮电位而产生电晕放电。

9、根据权利要求2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于第I半导电层(3)、第II半导电层(5)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)每米长度的电阻为50μΩ至5MΩ。

10、根据权利要求1或2所述的电磁感应装置用的双绕组电缆，其特征在于第I半导电层(3)、第I绝缘体(4)、第II半导电层(5)、第II绝缘体(8)、第III半导电层(7)、第IV半导电层(9)，其具有相同的弹性模量E，E小于500MPa，最好E小于200MPa。

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