CN206947140U - 绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压绕组骨架，所述骨架为两端贯通的直筒形结构，至少从所述骨架的其中一个端面沿着所述骨架的轴向方向延伸形成有为直筒形结构的台阶。本实用新型还公开了一种绝缘灌封变压器。通过上述实施方式，有效增加了绝缘界面的绝缘路径，其改进没有增加骨架注塑模具的复杂度和注塑加工难度，同时节省了材料，在提高变压器的绝缘性能的同时，降低了成本。

Description

绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架

技术领域

本实用新型涉及绝缘灌封变压器的结构设计与工艺制造，尤其涉及一种绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架。

背景技术

绝缘灌封变压器是一种特殊结构的干式变压器，主要应用于多种高压设备与高压仪器。

变压器的主要构件是初级绕组、次级绕组、骨架、绝缘结构和铁芯（磁芯）。绝缘灌封的作用是使固体绝缘材料填满绕组、骨架与铁芯之间的空隙，提高变压器在高压工作条件下的绝缘强度。固体绝缘材料的优点是绝缘强度高，主要缺点是绝缘一旦发生损坏，不可恢复。在绝缘灌封变压器绝缘结构中，骨架和灌封材料之间会形成不同材料之间的界面。如果在不同的绝缘材料分子之间形成化学键交联，沿界面的绝缘强度和两种材料中绝缘较弱材料的绝缘强度比，基本相同。但考虑到实际灌封工艺，在大部分产品的生产条件下，灌封材料和其他绝缘材料分子间只是部分形成了化学键，同时因生产环境界面不清洁造成杂质、微小气泡等缺陷，实际材料界面处沿界面的绝缘强度远低于材料的绝缘强度。只要界面不与电场方向垂直，就容易发生沿界面局部放电，引起绝缘不断下降、老化，直至击穿。

常用高压变压器的高压绕组设计经常采用层绕线圈。层绕线圈的优点是匝间电压低，层间电压容易隔离，匝间绝缘、层间绝缘容易解决，骨架结构简单，可以做成直筒形，如图1所示。直筒骨架可以注塑生产，模具和生产成本较低。

直筒骨架在高压变压器里使用广泛。目前的绝缘灌封变压器设计，直筒骨架套在铁芯上，骨架一端与铁芯接触、另一端与次级骨架接触，灌封后绕组与铁芯或次级骨架的绝缘处于灌封材料与骨架之间的界面上，界面长度就是绕组到侧面铁芯的直线距离，如图2所示。因此，采用此种设计的绝缘灌封变压器，只有采用更长的铁芯窗口和更长的骨架，绝缘强度才能保证，造成变压器体积偏大，成本较高。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题提供一种绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架，能够有效增加绝缘界面的绝缘路径，其改进没有增加骨架注塑模具的复杂度和注塑加工难度，同时节省了材料，在提高变压器的绝缘性能的同时，降低了成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种高压绕组骨架，所述骨架为两端贯通的直筒形结构，至少从所述骨架的其中一个端面沿着所述骨架的轴向方向延伸形成有为直筒形结构的台阶。

进一步地，从所述骨架的两个端面分别沿着所述骨架的轴向方向各自延伸形成有一所述台阶。

进一步地，所述骨架两端面的两个所述台阶互为对称结构。

进一步地，所述台阶的底壁与所述骨架的内壁齐平，所述台阶的顶壁低于所述骨架的外壁。

进一步地，所述骨架的壁厚n为4mm；缠绕于所述骨架上的高压绕组与所述骨架的端面之间的长度L1为4mm，所述台阶的顶壁到所述骨架的外壁之间的高度L2为3mm，所述台阶的端面与所述骨架的端面之间的长度d为2mm，进而缠绕于所述骨架上的高压绕组与绝缘界面之间的绝缘路径L=L1+L2+d=9mm。

进一步地，所述台阶的底壁位于所述骨架的内壁和外壁之间，所述台阶的顶壁亦位于所述骨架的内壁和外壁之间。

进一步地，所述台阶的底壁位于所述骨架的内壁和外壁之间，所述台阶的顶壁高于所述骨架的外壁。

进一步地，所述骨架为PBT材料制成的骨架。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种绝缘灌封变压器，包括：铁芯；及两端贯通呈直筒型的低压绕组骨架；还包括：如上述任一项实施例所述的两端贯通呈直筒型的高压绕组骨架；其中，所述高压绕组骨架和所述低压绕组骨架在同一直线上首尾相接且对齐排列，所述铁芯穿过所述高压绕组骨架和所述低压绕组骨架，且所述高压绕组骨架设有台阶的一端抵接于所述铁芯上；绕设有高压绕组的所述高压绕组骨架及绕设有低压绕组的所述低压绕组骨架与所述铁芯之间空隙处灌封绝缘材料形成绝缘层。

进一步地，形成所述绝缘层的绝缘材料为环氧树脂。

本实用新型的绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架，具有如下有益效果：

通过在骨架端面轴向延伸形成台阶，由于台阶的存在进而在骨架的径向方向上增加了部分绝缘路径，因此相较于现有技术骨架结构有效增加了绝缘界面的绝缘路径，其改进没有增加骨架注塑模具的复杂度和注塑加工难度，同时节省了材料，在提高变压器的绝缘性能的同时，降低了成本。

附图说明

图1是现有技术高压绕组骨架的结构示意图。

图2是采用图1所示骨架构成的变压器沿A-A方向的剖视结构图。

图3是本实用新型高压绕组骨架的结构示意图。

图4是采用图3所示骨架构成的变压器沿B-B方向的剖视结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。

请结合图3和图4进行参阅，本实用新型提供一种高压绕组骨架，其中，骨架2本身为两端贯通的直筒形结构，并至少从骨架2的其中一个端面21沿着骨架2的轴向方向延伸形成有为直筒形结构的台阶20。由于在骨架2端面21延伸形成的台阶20至少增加了骨架2在径向方向上的绝缘路径，进而有效增大了绝缘界面的绝缘路径。其中，绝缘界面具体指骨架2与灌封于该骨架2的外壁23的绝缘材料之间所形成的界面，绝缘路径具体指绝缘界面的长度。

较佳的，从骨架2的两个端面21分别沿着骨架2的轴向方向各自延伸形成有一上述的台阶20。更佳的，两个台阶20互为对称结构，具体指两个台阶20在轴向方向上的长度相同、且在径向方向上的厚度（高度）相同。采用这样的结构，可以不用区分方向地将该骨架2应用于变压器的安装，并保证绝缘路径的长度。

其中，骨架2通常可以选择为PBT（Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯）材料制成的骨架，后续制成变压器时在绕设有高压绕组3的骨架2上灌封绝缘材料所形成的绝缘层4，该绝缘材料通常可以选择环氧树脂。

在一较佳实施例中，台阶20的底壁202与骨架2的内壁22齐平，台阶20的顶壁201低于骨架2的外壁23。采用这样的结构设计，骨架2的截面尺寸不改变，能够保证绝缘路径的长度。

举例而言，高压绕组3的工作电压可能高达10kV，在此工作电压等级下，采用PBT材料制成的骨架2和采用环氧树脂制成的绝缘层4长期工作的最高工作场强约为10KV/mm，骨架2和绝缘层4长期工作的绝缘最小安全厚度是1mm。安全系数（实际绝缘厚度和绝缘介质最小安全厚度之比）通常为4，骨架2的厚度（具体指壁厚）n=1mm×4=4mm。

进一步地，在灌封绝缘材料的过程中需要防止d位置出现气孔而影响d位置对应的该段绝缘路径的有效性则d要大于2mm使其有效，且d要小于等于(1/2)M，进而M的最小值为4mm，同时，若考虑到界面问题，M需要大于骨架2的厚度n，其中，d为台阶20在轴向方向上的长度（即台阶20的端面203与骨架2的端面21之间的长度）。M为如图2所示的改进前骨架2’的绝缘界面的绝缘路径（即骨架2’上高压绕组3’到铁芯1’之间的直线距离）。

本实用新型实施例中，在满足上述情况的前提下，如图4所示，可以适当缩短骨架2本身在轴向方向上的长度、并通过延伸形成的台阶20在轴向方向上的长度来维持骨架2整体（包括骨架2和台阶20）在轴向方向上总的长度不变。为便于理解，在轴向方向上，高压绕组3到铁芯1侧面的直线距离可以划分为：骨架2上高压绕组3到骨架2端面21的长度L1和台阶20端面203到骨架2端面21的长度L3（L3=d），并满足L1+d=M。较佳的，可以选择M=6mm，d=2mm，L1=M-d=6-2=4mm，并选择L2=3mm，其中，L2为台阶20顶壁201到骨架2外壁23之间的高度。因而绝缘界面的绝缘路径L=L1+L2+d=4+3+2=9mm。可见改进后本实用新型的绝缘界面的绝缘路径L=9mm等于改进前现有技术的绝缘界面的绝缘路径M=6mm的1.5倍。

在另一较佳实施例中，台阶20的底壁202位于骨架2的内壁22和外壁23之间，台阶20的顶壁201亦位于骨架2的内壁22和外壁23之间。采用这样的结构设计，骨架2的截面尺寸不改变，也能保证绝缘路径的长度。

在另一实施例中，台阶20的底壁202位于骨架2的内壁22和外壁23之间，台阶20的顶壁201高于骨架2的外壁23。采用这样的结构设计，骨架2的截面尺寸略微变大，同样保证了绝缘路径的长度。

在上述三种实施例中，在保证骨架各部分最小安全厚度和不出现气孔问题的前提下，可以将L1、L2及d赋值为其它。

本实用新型还提供一种绝缘灌封变压器，包括：铁芯1；及两端贯通呈直筒型的低压绕组骨架6。该绝缘灌封变压器还包括如上述任一项所述的两端贯通呈直筒型的高压绕组骨架2；其中，高压绕组骨架2和低压绕组骨架6在同一直线上首尾相接且两者的中心线（即轴线）对齐排列，铁芯1穿过高压绕组骨架2和低压绕组骨架6，且高压绕组骨架2设有台阶20的一端抵接于铁芯1上；绕设有高压绕组3的高压绕组骨架2及绕设有低压绕组5的低压绕组骨架6与铁芯1之间空隙处灌封绝缘材料形成绝缘层4。其中，该形成绝缘层4的绝缘材料可以是环氧树脂。另外，铁芯1通常由绝缘外壳7进行包覆，该绝缘外壳7通常为塑胶外壳。该实施例中，在绝缘灌封变压器整体结构不变时，灌封后能够有效增加绝缘界面的绝缘路径。

本实用新型的绝缘灌封变压器及其高压绕组骨架，具有如下有益效果：

通过在骨架2端面21轴向延伸形成台阶20，由于台阶20的存在进而在骨架2的径向方向上增加了部分绝缘路径，因此相较于现有技术骨架2的结构有效增加了绝缘界面的绝缘路径，其改进没有增加骨架2注塑模具的复杂度和注塑加工难度，同时节省了材料，在提高变压器的绝缘性能的同时，降低了成本。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压绕组骨架，其特征在于：

所述骨架为两端贯通的直筒形结构，至少从所述骨架的其中一个端面沿着所述骨架的轴向方向延伸形成有为直筒形结构的台阶。

2.根据权利要求1所述的高压绕组骨架，其特征在于：

从所述骨架的两个端面分别沿着所述骨架的轴向方向各自延伸形成有一所述台阶。

3.根据权利要求2所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述骨架两端面的两个所述台阶互为对称结构。

4.根据权利要求1～3任一项所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述台阶的底壁与所述骨架的内壁齐平，所述台阶的顶壁低于所述骨架的外壁。

5.根据权利要求4所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述骨架的壁厚n为4mm；缠绕于所述骨架上的高压绕组与所述骨架的端面之间的长度L1为4mm，所述台阶的顶壁到所述骨架的外壁之间的高度L2为3mm，所述台阶的端面与所述骨架的端面之间的长度d为2mm，进而缠绕于所述骨架上的高压绕组与绝缘界面之间的绝缘路径L=L1+L2+d=9mm。

6.根据权利要求1～3任一项所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述台阶的底壁位于所述骨架的内壁和外壁之间，所述台阶的顶壁亦位于所述骨架的内壁和外壁之间。

7.根据权利要求1～3任一项所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述台阶的底壁位于所述骨架的内壁和外壁之间，所述台阶的顶壁高于所述骨架的外壁。

8.根据权利要求1所述的高压绕组骨架，其特征在于：

所述骨架为PBT材料制成的骨架。

9.一种绝缘灌封变压器，包括：

铁芯；

及两端贯通呈直筒型的低压绕组骨架；

其特征在于，还包括：

如权利要求1～8任一项所述的两端贯通呈直筒型的高压绕组骨架；

其中，所述高压绕组骨架和所述低压绕组骨架在同一直线上首尾相接且对齐排列，所述铁芯穿过所述高压绕组骨架和所述低压绕组骨架，且所述高压绕组骨架设有台阶的一端抵接于所述铁芯上；

绕设有高压绕组的所述高压绕组骨架及绕设有低压绕组的所述低压绕组骨架与所述铁芯之间的空隙处灌封绝缘材料形成绝缘层。

10.根据权利要求9所述的绝缘灌封变压器，其特征在于：

形成所述绝缘层的绝缘材料为环氧树脂。