CN1672226A

CN1672226A - 绕组装置

Info

Publication number: CN1672226A
Application number: CNA038180359A
Authority: CN
Inventors: 彼得·海因齐格; 詹斯·霍普; 迪特马·加耐尔
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: DE10238521B4; EP1529296A1; CN1331171C; HK1080211B; BR0313483A; EP1529296B1; WO2004019351A1; CA2495382C; DE10238521A1; AU2003264248A1; HK1080211A1; BRPI0313483B1; CA2495382A1

Abstract

本发明涉及一种高绝缘强度的绕组装置。该绕组装置有至少两个并列地排成一行的绕组(34、37)，它们分别被一个用绝缘材料制的阻挡装置(38、40)围绕。此外，在绕组(1、3、4)中至少一个的两个绕组端侧(5、6；7、8；58、59；60、61)的每一端侧区域内各设一个管状的电屏蔽件(62、63；64、65)，该管状电屏蔽件同轴地在留有间隙(23A、63A)的情况下围绕各绕组(1、2；3、4；37)并沿轴向超出各绕组端侧(5、6；7、8；58、59；60、61)地向外延伸为，使其沿轴向相对于各绕组端侧(58、59)超出的高度(B)等于或大于间隙(23A、63A)径向宽度的一半。

Description

绕组装置

本发明涉及一种具有至少两个并列地排成一行的绕组的绕组装置。由美国专利4318066已知一种变压器绕组，它同轴地被一个管状的电屏蔽件围绕。该屏蔽件沿绕组的整个轴向长度延伸并与两个绕组端侧一起结束。在所述绕组与静电屏蔽件之间还设另外三个管状的围绕绕组的屏蔽件，它们台阶状从外向里减小其轴向长度以及全都与绕组的上部绕组端侧一起结束。在那里还设有绕组的接头。这些其长度变化的静电屏蔽件用于在绕组承受脉冲电压时实现沿绕组均匀的电压分布；在这种情况下静电屏蔽件如电容器那样促使过电压防护放电。

例如规定用于扼流圈的、具有至少两个并列地排成一行的绕组的绕组装置，可例如有一个相应的铁心，其中，绕组的每一个围绕该铁心的一个柱，该柱在绕组外部与铁心轭铁连接成一个闭合的磁回路。此外，通常这种绕组装置安装在一个容器内，它由导电的壁组合而成以及此容器充填一种绝缘介质，例如冷却油。

这种绕组装置也可以规定用于变压器，此时，两个绕组的每一个各构成各自的变压器绕组组合的一个变压器绕组。在这里，由这些绕组构成的变压器绕组各配属于变压器的一个相和一个电侧，例如一次侧，以及，变压器绕组组合的每一个有一个第二变压器绕组，它构成相应相的另一个电侧。

尤其在高压直流输电系统(HG)的扼流圈或变压器中使用绕组装置时，绕组除了施加附带高次谐波的交流电压外还要施加直流电压。因此绕组必须针对施加这种高次谐波或直流电压设计。相应地，绕组在投入运行前经受相应的交流电压和直流电压试验。在这种直流电压试验时，绕组逐个先后地或全部共同地施加试验直流电压。

本发明要解决的技术问题在于提供一种具有高绝缘强度的绕组装置。

上述技术问题通过一种绕组装置来解决，它包括至少两个并列地排成一行的绕组，它们分别被一个用绝缘材料制的阻挡装置围绕，以及包括至少在绕组之一的两个绕组端侧的每一端侧区域内的一个管状的电屏蔽件，该每个电屏蔽件在留有一间隙的情况下同轴地围绕至少一个绕组以及沿轴向超出各绕组端侧地向外延伸为，使其沿轴向相对于各自的绕组端部超出的高度等于或大于所述间隙径向宽度的一半。

通过绕组分别被一个绝缘材料构成的阻挡装置围绕，相对于可能存在的铁心柱和也相对于可能存在的其中安装此绕组装置以及在其内侧可以有容器壁磁屏蔽的容器，亦即相对于处于绕组外部的那些零件，提供了有效的电绝缘。除此之外，通过在每个绕组端侧的区域内所设的管状电屏蔽件，达到在那里以这样的方式导引电场，即，使在那里的阻挡装置实现尽可能小的电负荷。因此，阻挡装置有至少一个绝缘材料制的壁，它围绕着绕组并尤其在一个绕组的绕组端侧围绕沿径向位于外部的由绕组外表面与绕组端侧构成的绕组棱边，从而通过此屏蔽件尤其达到，在屏蔽件与对应的绕组，尤其绕组的绕组棱边之间构成的、例如在施加直流电压或绕组作直流电压试验时产生的电场强度，基本上垂直于阻挡装置壁表面地进入阻挡装置或重新从阻挡装置排出。因此在这里出现很小的切向的亦即沿阻挡装置壁表面方向的电场强度分量。在没有屏蔽的设计方案中，在施加这种直流电压时，尤其在阻挡装置的那些两个相邻绕组的绕组棱边彼此邻近的区域内，形成一个基本上沿轴向定向的电场。其结果是，正好在阻挡装置与外部的绕组棱边相邻的区域内产生切向的沿阻挡装置壁表面大的电场强度，它们会导致电缺陷。若将屏蔽件设计为相对于各自的绕组端侧使各个屏蔽件超出绕组端侧一个高度，则当此高度至少等于间隙径向宽度的二分之一时，保证达到良好的电场导向。当间隙的径向宽度变大时此高度也必须相应增大。尤其在按本发明的绕组装置应用于扼流圈时，此时两个电绕组并联，业已证实按本发明的绕组装置的设计是特别有利的。此外，通过采用阻挡装置和静电屏蔽件，可以实现绕组装置与容器的一种特别紧凑的结构，因为尤其在施加直流电压时产生的电场如已说明的那样导向并且向外方向均匀化，由此减小在绕组之一与设在此绕组外部处于不同电势的导电零件之间飞弧的可能性。若全部绕组在其绕组端侧区域内都有如在至少一个绕组处所设的这种屏蔽件，则得到一种特别安全的电绕组装置。

按一项优选的设计，两个电屏蔽件共同通过一个连续的沿轴向沿整个绕组延伸的管状总屏蔽件构成。因此沿整个绕组实现对外相应地屏蔽。在按本发明的绕组装置安装在一容器内的情况下这样做业已证实是特别有利的，在容器中为了改善磁场导向在绕组外部设平行于铁心轭定向以及在容器内部装在容器壁上的叠片磁芯。在绕组装置没有电屏蔽件时，在通常在叠片磁芯中存在的角和棱边处形成场强增大，会导致在绕组与叠片磁芯之间飞弧。由于此电屏蔽，使绕组与容器壁或叠片磁芯之间的电场分布均匀化，由此显著减少绕组与容器壁之间飞弧的危险。

优选地，绕组装置构成高压直流输电系统(HG系统)的扼流圈。按本发明的绕组装置特别适用于这种扼流圈。

按另一项优选的设计，两个绕组的每一个分别构成各自的变压器绕组组合的一个外部变压器绕组，其中，每个变压器绕组组合有外部的变压器绕组，它围绕一个内部的变压器绕组。在这里，这两个变压器绕组磁耦合以及用于例如一个多相电网的一个电相位的变换。

优选地，绕组装置是HG系统变压器的组成部分。在这种HG系统中变压器可以施加高的直流电压；基于按本发明的设计，因而此绕组装置特别好地适用于这种变压器。

阻挡装置为了围绕外部的绕组棱边例如可设计为，使壁由一个超过绕组端侧伸出的沿径向围绕绕组的绝缘材料管和在每一个端侧各一个盖状地封闭绝缘材料管的绝缘材料盘构成。按一项优选的设计，每个阻挡装置在绕组端侧的区域内各有至少一个修圆的外角形环，它围绕在外部的绕组棱边。

按一项优选的设计，屏蔽在其端部的区域内各有一个场导向用的屏蔽装置。通过此用于场导向的屏蔽装置，避免在屏蔽端部区内高的场强密度。

优选地，绕组装置装在一个导电的容器内。

下面借助附图详细说明按本发明的绕组装置。附图中：

图1表示具有按本发明的绕组装置的一扼流圈的剖视图；

图2表示具有按本发明的绕组装置的一变压器；

图3表示绕组装置局部，它具有一个按第一种改型用于场导向的屏蔽装置；以及

图4表示绕组装置局部，它具有一个按第二种改型用于场导向的屏蔽装置。

图1表示一个绕组装置，它包括两个并列地排成一行的绕组1和2，它们分别沿轴线85和86延伸。绕组1和2的电接头在图1中为了视图清晰起见略去。每一个绕组1和2被一个各自由绝缘材料构成的阻挡装置3或4围绕。每个阻挡装置3和4在每个绕组端侧5、6、7和8有一个外角形环9、10或11、12。同样，在绕组端侧5、6或7、8处设内角形环13、14或1 5、16。外角形环9、10或11、12分别围绕由绕组外表面17或18与相邻的绕组端侧5或6以及7或8构成的沿径向处于外部的绕组棱边19或20以及21或22。内角形环13、14或15、16分别围绕沿径向处于内部的绕组棱边19A、20A或21A、22A。

为了屏蔽，在两个绕组1和2它们的绕组端侧5、6或7、8区域内设管状的总屏蔽件23或24。总屏蔽件23和24在留有间隙23A和24A的情况下围绕着绕组1或2并接地，亦即通过一个连接装置与地电位连接。在这里总屏蔽件23和24分别沿相关的绕组1或2整个轴向长度延伸，以及在绕组端侧5、6或7、8超过绕组端部伸出，确切地说以这样的方式，即如在总屏蔽件23处举例说明的那样，其沿轴向相对于绕组端侧5超出的高度B大于间隙23A径向宽度A的二分之一。

例如观察绕组棱边19，它借助于外角形环9相对于设在绕组1外部的导电零件，例如铁芯25、容器26或在容器26内装在其壁27上的叠片磁芯28，有特别好的电绝缘。在此区域通过总屏蔽件23附加地达到，在绕组棱边19区域内出自于绕组端面5和绕组外表面17的、在工作时或在直流电压试验时产生的电场以这样的方式被导引，即，它几乎垂直于外角形环9的表面29和30并终止在屏蔽件23上。因此，在施加直流电压工作时或在直流电压试验时，在绕组棱边19区域内阻挡装置3的电负荷低。

若不存在总屏蔽件23和24，则尤其当绕组1和2尤其同时施加直流电压时，在彼此离得很近的绕组棱边19和21的区域内，亦即在铁心25的铁心窗口31内，产生一个电场，它基本上沿轴向延伸，亦即不再垂直于外角形环9的表面29和39以及外角形环11相应的表面。由此会导致沿表面29或30尤其在绕组棱边19附近区域内高的电负荷，它可能引起电缺陷。

阻挡装置3和4包括其外角形环9、10、11和12以及内角形环13、14、15和16尤其由压制板(Presspan)构成。

变压器容器26可以充填绝缘介质，例如冷却油。

此外，也可以舍去总屏蔽件24。同样也可以省略铁心25，从而得到一种无铁心扼流圈。

图2表示一个规定用于二相变压器的绕组装置的剖视图。

它设两个变压器绕组组合32和33，它们分别沿轴线87或88延伸，其中变压器绕组组合32有一个外部变压器绕组34和一个内部变压器绕组35，以及第二个变压器绕组组合33包括一外部变压器绕组37和一内部变压器绕组36。各外部变压器绕组34和37同轴地围绕各内部变压器绕组35或36。在这里为了视图清晰起见也没有表示变压器绕组34、35、36和37的电接头。每一个变压器绕组34、35、36、37被一个为它配设的阻挡装置38、39、40、41围绕。每一个阻挡装置38、39、40、41有与按图1的外角形环9、10、11和12类似的外角形环42、43、44、45、46、47、48和49，以及与按图1的内角形环13、14、15和16类似的内角形环50、51、52、53、54、55、56、57。

在外部变压器绕组34和37的绕组端侧58、59、60和61的区域内，设管状地围绕变压器绕组34或37的电屏蔽件62、63或64和65。电屏蔽件62、63、64和65在构成各自的间隙62A、63A、64A或65A的情况下围绕着它们各自的绕组。与按图1的绕组装置相比较，在这里例如在总屏蔽件23的位置上采用两个单独的屏蔽件62和63，它们分别仅沿变压器绕组34轴向长度的一部分延伸。换句话说总屏蔽件23和24统一了各两个屏蔽件62和63或64和65的功能。屏蔽件62、63、64和65同样沿轴向从各自的绕组端侧58、59、60和61以这样的方式伸出，即如在屏蔽件62的举例中所说明的那样，它们各自相对于绕组端侧58、59、60、61沿轴向超出的高度D至少等于间隙62A径向宽度C的二分之一。

按图2的绕组装置装在一变压器容器66的内部。每个变压器绕组组合32和33围绕变压器铁心69的一个铁心柱67或68；铁心柱67和68通过铁心轭70和71连接成一个封闭的磁回路。在变压器容器66内侧72和73上设叠片磁芯74和75，用于改善磁场导向。

在此装置中阻挡装置38至41也可以由压制板构成，以及变压器容器66同样可以充填绝缘介质，例如冷却油。

电屏蔽件62、63、64和65有与按图1的总屏蔽件23和24相同的任务，亦即尤其在变压器铁心69的铁心窗口76内如此导引磁场，即，使磁场沿切向通过外角形环46和42或43和47以及使阻挡装置38和40产生低的电负荷。

取代按图1的总屏蔽件23和24，在那里也可以设在图2中表示的屏蔽件62至65。

反之，在按图2的绕组装置中，按图2的屏蔽件62和63和/或64和65可分别通过如图1中表示的沿轴向连续的相应的总屏蔽件代替。因此，屏蔽件62和63共同，亦即整体地，由连续地沿轴向沿整个绕组延伸的总屏蔽件构成；这同样适用于屏蔽件64和65。此外，在这里也可以省略变压器铁心69。在此设计方案中也可以省略屏蔽件64和65，对于屏蔽作用有屏蔽件62和63便足够了，不过为了获得特别好的屏蔽效果，在全部绕组端侧58至61的区域内均设置屏蔽件62、63、64和65。

按图1的阻挡装置3、4和按图2的阻挡装置38至41也可以设计为有多层，亦即有多个外角形环和内角形环。

屏蔽件62至65及84和总屏蔽件23及24可以在其端部区内有用于场导向的屏蔽装置，如在图3和4中分别表示的那样。

图3表示处于绕组77的绕组端侧79区域内的局部。绕组77沿轴线78延伸以及在留有一个间隙80的情况下由屏蔽件81围绕，它可以看作屏蔽件62至65或总屏蔽件23和24的代表。在其端部82的区域内，屏蔽件81有一个用于场导向的屏蔽装置83。它围绕轴线78以及在屏蔽件81的周向沿端部82延伸。屏蔽装置有两根导电线84和84A，它们分别通过相应的绝缘装置89和89A以及共同通过总绝缘装置90电绝缘。这两根导电线84和84A均与地电位连接。两根线84和85沿其长度沿屏蔽件81的圆周至少断开一次，为的是不形成封闭的圈。屏蔽装置83用于避免在屏蔽件81的端部82区域内场强过高或高的场密度。

图4表示一种变型的用于场导向的屏蔽装置91；与按图3的屏蔽装置93相比它有一单根的导电线92，它被一电绝缘装置93围绕。导电线92也与地电位连接，以及沿其长度沿屏蔽件81的圆周也至少中断一次，为的是不形成封闭的圈。

屏蔽装置83和91应保证在屏蔽件81的端部82不产生场强过高。它也可以设计为沿屏蔽件81的端部围绕轴线78的环形的例如有圆形或椭圆形横截面的导电管。同样，取代管可以采用在相应形状的支承体上的导电膜。屏蔽装置83和91也可以由屏蔽件81本身构成，为此弯曲屏蔽件81构成修圆的边缘，或它也可以弯曲成使其弯曲的部分形成环形管的形式。

屏蔽件62至65和总屏蔽件23和24在其端部区内可以分别有一个用于场导向的屏蔽装置83或91。

Claims

1.一种绕组装置，其包括至少两个并列地排成一行的、分别被一用绝缘材料制的阻挡装置(38、40)围绕的绕组(34、37)，以及至少在这些绕组之一(34)的两个绕组端侧(58、59)的每一端侧区域内各有一管状的电屏蔽件(62、63)，其中，每一个屏蔽件(62、63)在留有一间隙(23A)的情况下同轴地围绕至少一个绕组(34)并沿轴向超出各绕组端侧(58、59)地向外延伸，使得其沿轴向相对于各绕组端侧(58、59)超出的高度(B)等于或大于所述间隙(23A)径向宽度(A)的一半。

2.按照权利要求1所述的绕组装置，其特征为：所述两个电屏蔽件共同由一连续的沿轴向在整个绕组(1、2)长度上延伸的管状总屏蔽件(23、24)构成。

3.按照权利要求1或2所述的绕组装置，其特征为：它构成用于高压直流输电系统的一扼流圈。

4.按照权利要求1或2所述的绕组装置，其特征为：所述两个绕组(34；37)中的每一个分别构成一变压器绕组组合(32；33)的一个外部变压器绕组(34；37)，其中，每个变压器绕组组合(32、33)具有被该外部变压器绕组(34；37)围绕的一个内部的变压器绕组(35；36)。

5.按照权利要求4所述的绕组装置，其特征为：它是用于高压直流输电系统的一变压器的组成部分。

6.按照上述任一项权利要求所述的绕组装置，其特征为：所述阻挡装置(3、4；38、40)在各绕组端侧(5、6；7、8；58、59；60、61)的区域内各有至少一个外角形环(9-12；42、43、46、47)，该外角形环围绕所述沿径向处于外部的绕组棱边(19-21)。

7.按照上述任一项权利要求所述的绕组装置，其特征为：所述屏蔽件(62-64；23、24)在其端部的区域内各有一个用于场导向的屏蔽装置(83、91)。

8.按照上述任一项权利要求所述的绕组装置，其特征为：它装在一个导电的容器(26、66)内。

9.按照上述任一项权利要求所述的绕组装置，其特征为：绕组(1、2；34、37、35、36)分别围绕一个变压器铁心(25、69)的铁心柱(67；68)。