一种变压器/电抗器和一种制造变压器/电抗器的方法技术

本发明专利技术涉及一种变压器或电抗器和一种制造变压器／电抗器的方法。变压器／电抗器包括一个铁心和至少一个绕组，其中铁心（１、１１、２１、３１）包括至少两段（４、１４、２４、２５、３３、３４、３６、３７），并且绕组是可弯曲的，并且包括由一个内半导体层（８）围绕的一个导电芯（７），一个绝缘层（９）围绕着内半导体层并且由固体材料组成，及一个外半导体层（１０）围绕着绝缘层，所述诸层彼此粘结。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括一个铁心和至少一个绕组的变压器/电抗器。本专利技术还涉及一种在制造相应变压器/电抗器时使用的方法。变压器/电抗器可用于从几W(瓦)到1000MW(兆瓦)的所有功率范围。术语“变压器/电抗器”一般指具有从几百kW(千瓦)至超过1000MW的额定输出、和从3-4kV(千伏)高至非常高传输电压的额定电压的变压器/电抗器。常规电力变压器包括一个由层叠的方向性片金属，通常为硅钢，组成的变压器铁心，下文叫做铁心。铁心包括多个由一个磁轭连接的铁心支柱。多个绕组安置在铁心支柱周围，一般命名为初级、次级和调节绕组。在电力变压器的情况下，这些绕组几乎总是同心地布置，并且沿铁心支柱分布。变压器铁心具有一个绕组经其通过的矩形“窗口”。该矩形窗口主要是当层叠铁心时使用的生产技术的结果。改变形状的变压器铁心的使用通过例如DE40414、US2 446999、GB2 025 150、US3 792 399、US4 229 721得知。这些文件的一些也公开了由分段组成的铁心。然而，这些文件没有一个涉及高压电力变压器，并且他们由于下面讨论的油冷却的当前技术而不能用于这样的变压器。在上述功率范围下端的常规电力变压器，有时带有空气冷却，以便除去热形式的不可避免自然损耗。然而，大多数常规变压器是油冷的，一般借助于压力油冷却。这特别适用于大功率变压器。油冷变压器有多种公知的缺陷。他们例如体积大、很笨重，因而带来特别显著的运输问题，以及就安全和外围设备而论有广泛要求。然而，已经证明，有可能用新型干式变压器在较大程度上替换油冷电力变压器。这种新型干式变压器装有由高压电缆，即高压绝缘电导体实现的绕组。因而能在比以前已经可能的显著高的单位功率下使用干式变压器。词句“干式变压器”和“干式电抗器”因而适用于不是油冷而最好是空气冷却的变压器/电抗器。就电抗器(电感器)而论，这些包括一个大多数仅装有一个绕组的铁心。在其他方面，以上关于变压器已经进行的描述基本上也与电抗器有关。应该特别注意，大型电抗器也是油冷的。本专利技术的目的在于，提供一种能够消除在这里描述的常规设计的电力变压器/电抗器中的一些缺陷的变压器或电抗器，并且还提供一种在制造这样的变压器/电抗器时使用的方法。该目的借助于具有权利要求1所限定的特征的一种变压器/电抗器、和借助于一种根据权利要求25所限定的特征用来制造这样一种变压器/电抗器的方法而实现。根据权利要求1中的第一特征，铁心至少由两段组成。相应方法包括制造包括至少两段的铁心的特征。词句“段”或“分段铁心”指由基本相同的、并排接合在一起以形成铁心的段或部分制造变压器/电抗器的铁心。用诸段制造的铁心具有多个优点。首先，即使相当大的铁心也基本上能制成环形形状，这种形状提供下面将描述的显著优点。第二，铁心的较简单缠绕是可能的，因为每段能分别缠绕。分段铁心的第三个优点在于，在制造期间任何时刻能分解和组装。从制造观点看来，也能得到许多优点，因为铁心能以模块的形式制造，每个模块包括一个或多个段。这也提供了与运输有关的显著优点，因为铁心能分段运输，并且然后在其使用现场组装。如有必要，绕组也能在现场缠绕。根据权利要求1中的另一个特征，绕组是可弯曲的，并且包括由一个内半导体层围绕的导电铁心，一个绝缘层围绕着内半导体层并且包括固体材料，及一个外半导体层围绕着绝缘层，所述诸层彼此粘结。根据该方法的另一个特征，所述方法包括把绕组安装到铁心上的步骤，该绕组按照权利要求1限定。因而，在根据本专利技术的变压器/电抗器中的绕组，最好具有与现在用于配电的类型的带有固体、挤压绝缘物的电缆相对应的类型，如XLPE电缆或带有EPR绝缘的电缆。这样一种电缆包括由一股或多股部分组成的一个内导体，一个内半导体层围绕着该导体，一个固体绝缘层围绕着内半导体层，及一个外半导体层围绕着绝缘层。这样的电缆是可弯曲的，这在该上下文中是一个重要的性质，因为用于根据本专利技术的装置的技术，主要基于其中绕组由在装配期间挠曲(或弯曲)的电缆形成的绕组系统。XLPE电缆的柔性通常对于具有30毫米直径的电缆，对应于约20厘米的弯曲半径，而对于具有80毫米直径的电缆，对应于约65厘米的弯曲半径。在本申请中，术语“可弯曲”用来指示对低到四倍电缆直径量级，最好是电缆直径的八至十二倍的弯曲半径而可弯曲的绕组。绕组应该制造成保持其性质，即使当它弯曲时和在工作期间受到热应力时也是如此。在该上下文中关键是诸层保持其彼此粘结。诸层的材料性质在这里是决定性的，特别是其弹性和相对热膨胀系数。在XLPE电缆中，例如，绝缘层包括交联、低密度聚乙烯，而诸半导体层包括有碳黑和金属颗粒混合在其中的聚乙烯。作为温度波动结果的体积变化，作为电缆半径的变化被完全吸收，并且由于诸层中热膨胀系数之间相对于这些材料弹性的比较轻微的差别，能发生径向膨胀而不失去诸层之间的粘结。上述材料组合应该仅作为例子考虑。其他实现规定条件、还有作为半导体的条件(即具有在10-1-106欧姆-厘米，例如1-500欧姆-厘米、或10-200欧姆-厘米范围内的电阻率)的组合自然也落入本专利技术的范围内。例如，绝缘层可以由如下材料组成，诸如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“TPX”)之类的固体热塑性材料，诸如交联聚乙烯(XLPE)之类的交联材料，或诸如乙丙橡胶(EPR)或硅橡胶之类的橡胶。内和外半导体层可以具有相同的基础材料，但有诸如碳黑或金属粉末之类的导电材料混合在其中。这些材料的机械性质，特别是其热膨胀系数，受碳黑或金属粉末是否混合在其中的影响较小-至少以要求的比例，以实现根据本专利技术必需的导电性。绝缘层和半导体层因而具有基本相同的热膨胀系数。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/腈橡胶(EVA/NBR)、丁基接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)及乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)也可以构成用于半导体层的适当共聚物。即使当不同类型材料用作各层中的基础时，也希望其热膨胀系数基本相同。这是关于以上列出的材料组合的情形。以上列出的材料具有较好的弹性，具有E＜500MPa，最好＜200MPa的E模量。该弹性对于诸层中材料的热膨胀系数之间的任何较小差值，足以在弹性的径向被吸收，从而不会出现裂纹、或其他损坏，并从而诸层不会彼此分离。诸层中的材料是弹性的，并且诸层之间的粘结力至少与材料最弱处的数值相同。两个半导体层的导电性足以基本上使电位沿每层相等。外半导体层的导电性高得足以把电场包围在电缆内，而且低得足以不会由于层中纵向感应的电流引起显著损耗。因而，两个半导体层基本上构成一个等电位表面，并且这些层将基本包围在他们之间的电场。当然，没有什么防止一个或多个附加半导体层布置在绝缘层中。根据其余从属权利要求，其他特征和优点将是显然的。除用由一根电缆组成的绕组得到的上述优点外，通过电缆的使用还使遇到的关于漏磁场的问题较少。这具有即使在高压变压器中也能使用环形铁心的优点，条件是解决布置足够大铁心的问题，并且根据本专利技术通过使用分段铁心来实现这点。随之而来的重要优点是，能使用以前仅用于低压范围和电子场的技术。根据特别有利的特征，一般认为绕组由高压电缆组成。作为另一个特征，一般认为高压电缆最好具有在间隔20-250毫米内的直径、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括一个铁心和至少一个绕组的变压器／电抗器，其中铁心（１、１１、２１、３１）包括至少两段（４、１４、２４、２５、３３、３４、３６、３７），及绕组是可弯曲的，并且包括由一个内半导体层（８）围绕的一个导电芯（７），一个绝缘层（９）围绕着内半导体层并且由固体材料组成，而一个外半导体层（１０）围绕着绝缘层，所述诸层彼此粘结。

【技术特征摘要】
SE 1997-2-3 9700343-8;SE 1997-11-28 9704417-61.一种包括一个铁心和至少一个绕组的变压器/电抗器，其中铁心(1、11、21、31)包括至少两段(4、14、24、25、33、34、36、37)，及绕组是可弯曲的，并且包括由一个内半导体层(8)围绕的一个导电芯(7)，一个绝缘层(9)围绕着内半导体层并且由固体材料组成，而一个外半导体层(10)围绕着绝缘层，所述诸层彼此粘结。2.根据权利要求1所述的变压器/电抗器，其特征在于所述层(8、9、10)由具有这样弹性的材料组成，并且在材料的热膨胀系数之间有这样一种关系，从而在工作期间由温度波动引起的层中体积的变化能由材料的弹性吸收，由此当在工作期间出现温度波动时诸层保持其彼此粘结。3.根据权利要求2所述的变压器/电抗器，其特征在于所述层(8、9、10)的材料具有高弹性，具有的E模量小于500MPa较好，小于200MPa最好。4.根据权利要求3所述的变压器/电抗器，其特征在于所述层(8、9、10)的材料的热膨胀系数具有基本相同的数值。5.根据权利要求4所述的变压器/电抗器，其特征在于层(8、9、10)之间的粘结力具有至少与材料的最弱处相同的数值。6.根据权利要求1或权利要求2所述的变压器/电抗器，其特征在于半导体层(8、10)的每一个基本构成一个等电位表面。7.根据权利要求1至6任一项所述的变压器/电抗器，其特征在于定子(4)的绕组由高压电缆(6)组成。8.根据权利要求7所述的变压器/电抗器，其特征在于高压电缆(6)具有在间隔20-250毫米内的直径、和在间隔80-3000mm2内的导体面积。9.根据上述权利要求任一项所述的变压器/电抗器，其特征在于铁心(1、11、21)基本上是环形的。10.根据权利要求9所述的变压器/电抗器，其特征在于铁心(1、11、21)包括一个基本上具有圆形形状的窗口(5、15、25)，并且铁心的环形形状是圆形的。11.根据权利要求9所述的变压器/电抗器，其特征在于铁心包括一个基本上是椭圆形的窗口，并且铁心的环形形状是椭圆形的。12.根据权利要求1至8任一项所述的变压器/电抗器，其特征在于铁心(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：马茨莱昂，
申请(专利权)人：ABB股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]