專利名稱：一種電磁感應裝置用雙繞組電纜的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電磁感應裝置用雙繞組電纜。
背景技術：
對于傳統(tǒng)的高壓電力傳輸電纜，電纜的絕緣線芯包含導電線芯、內(nèi)半導電層、絕緣層、外半導電層四部分；同時對于傳統(tǒng)的變壓器，其繞組一般采用矩形截面導線，這種導線的形狀使電場分布不均勻，在其棱角處場強較集中，易存在電氣隱患。同時為了使繞組中的渦流損耗減小，沿著繞組高度方向的導線必須采用換位的方式，以使導線所收磁場均勻，因此這種變壓器結(jié)構(gòu)就會趨于復雜。此外，在繞組端部還需采取措施來改善電場分布和防止局部放電，同時，進一步消除傳統(tǒng)電力變壓器的控制電場對接地部件的影響，也是設計時的關鍵的問題之一。
常規(guī)的電纜導體多采用多芯導體絞合而成，其導體因為需要先將預制銅桿經(jīng)過銅大拉機加工成細絲，然后經(jīng)絞合工藝，導體制造就完成。但是采用該導體的繞組電纜作為變壓器、電抗器等的繞組時，其損耗很大，同時由于導體產(chǎn)生的熱量，會加速絕緣的老化，從而減少繞組電纜的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種電磁感應裝置用的雙繞組電纜，減少由于外界磁場的影響而使導體產(chǎn)生的損耗，從而提高產(chǎn)品的性能參數(shù)，減少能源的浪費。
解決本發(fā)明技術問題所采用的技術方案是該電磁感應裝置用的雙繞組電纜含有兩個產(chǎn)生磁場的電路，即作為主繞組的內(nèi)導體(1)和作為次繞組的外導體(6)形成兩個感應繞組，內(nèi)導體(1)和外導體(6)沿徑向同軸設置。內(nèi)導體(1)依次被第I半導電層(3)、第I絕緣層(4)、第II半導電層(5)包圍；外導體(5)被第III半導電層(7)、第II絕緣層(8)、第IV半導電層(9)包圍。內(nèi)導體(1)與第I半導體層(3)之間有內(nèi)導體層間絕緣(2)。該具有兩個導電體的電纜繞組從里到外依次為內(nèi)導體(1)、導體層間絕緣(2)、第I半導體層(3)、第I絕緣層(4)、半導體層II(5)、外導體(6)、第III半導體層(7)、絕緣層II(8)、第IV半導電層(9)。內(nèi)導體(1)和外導體(6)都可以包括多根導體單絲或多根束絞導線。為了減小或消除導體局部放電，內(nèi)導體(1)用導體層間絕緣(2)包圍，外導體(6)用第III半導電層(7)和第III半導電層(6)包圍。第IV半導電層(9)具有一方面使第IV半導電層(9)中電氣損耗最小，而另一方面有助于第IV半導電層(9)中感應電壓使輝光放電危險最小的電阻率。對于用此繞組制作的電磁感應裝置，內(nèi)導體(1)可以為主繞組，外導體(6)為次繞組。
本發(fā)明雙繞組電纜繞組制造的變壓器等電磁感應裝置可被應用于現(xiàn)行電網(wǎng)中，其功率可從幾個VA到10000MVA，額定電壓從3-4kV到400kV或者800kV更高電壓。一根電纜繞組有兩個電路，在制作變壓器時，不但可以節(jié)省材料，極大的降低難度；而且機械強度非常高，能夠承受非常大的短路機械力。


以下結(jié)合實施例附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
圖1為本發(fā)明電磁感應裝置用雙繞組電纜(實例1)結(jié)構(gòu)2為本發(fā)明電磁感應裝置用雙繞組電纜(實例2)結(jié)構(gòu)3為本發(fā)明電磁感應裝置用雙繞組電纜(實例3)結(jié)構(gòu)4為本發(fā)明電磁感應裝置用雙繞組電纜的軸側(cè)中1-導體(主繞組) 2-導體內(nèi)層間絕緣 3-第I半導電層 4-第I絕緣層 5-第II半導電層 6-外導體(次繞組) 7-第III半導電層8-第II絕緣層 9-第IV半導電層 10-表面處理的導體單絲 11-表面未處理的導體單絲具體實施方式
由圖1的實例1結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中作為主繞組的內(nèi)導體(1)、第I半導電層(3)、第I絕緣體(4)、第II半導電層(5)組成高壓繞組；作為次繞組的外導體(6)、第II絕緣體(8)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)組成低壓繞組，同時，低壓繞組沿徑向設置在高壓繞組的周圍。內(nèi)導體(1)由多根銅、鋁線或合金導線單導線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線可至少有一根單絲與第I半導電層(3)緊密接觸，內(nèi)導體(1)通常以同心層式排列，有一根中央導體，在其周圍有多層同心層，從內(nèi)層向外層逐層遞增。內(nèi)導體層間絕緣(2)為內(nèi)導體(1)的一部分，采用擠包聚合物絕緣塑料或繞包的聚合物絕緣帶材或電力電纜紙緊密的包裹在導線的周圍。
用雙繞組電纜構(gòu)成圓筒式繞組，可直接與進線電纜相聯(lián)結(jié)。繞組的電纜與常規(guī)的固體高壓電纜相似，導體通常呈同心層式，有一根中央導線，在其周圍有多層同心層，由內(nèi)向外逐層增加，相鄰兩層的繞向相反。作為主繞組的內(nèi)導體(1)部分包含內(nèi)導體層間絕緣(2)，其為內(nèi)導體(主繞組)的一部分，采用擠包聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙等，以減少由于外界磁場影響而增加的損耗。電纜的最外面半導電層保持著地電位。
對于內(nèi)導體(主繞組)和外導體(次繞組)如果受到外界磁場和本身相互間磁場影響損耗很大，可以采用圖2所示的實例2結(jié)構(gòu)。圖3所示的實例3結(jié)構(gòu)，內(nèi)導體(1)和外導體(6)采用軸向表面進行了氧化處理的單絲導體，使其能夠同相鄰排列的單絲相互絕緣。在圖2、圖3中深色單絲，表示單絲的軸向表面進行氧化處理，通過表面氧化處理使其能夠同相鄰的單絲絕緣。對于外導體可采用表面氧化處理的單絲同表面未氧化處理的單絲相互間隔。同樣，也可將內(nèi)導體、外導體部分單絲氧化，而對于內(nèi)導體不采用層間絕緣結(jié)構(gòu)，但對于內(nèi)導體其最外層至少有一根單絲表面未氧化處理，且其同半導電層必須緊密接觸，不致形成懸浮電位而產(chǎn)生電暈放電。對于外導體由于不需要層間絞合，但也同樣至少有一根表面未處理的導體單絲，且其同半導電層緊密接觸，不致形成懸浮電位而產(chǎn)生電暈放電。內(nèi)導體(1)和外導體(6)采用軸向表面進行了氧化處理的單絲絞合而成導體，表面未處理的導體單絲不要相鄰排列，對于內(nèi)導體也可不采用層間絕緣的結(jié)構(gòu)，而采用表面氧化處理使單絲之間相互絕緣，但導體其最外層至少有一根單絲表面未處理，且同半導電層緊密接觸，不致形成懸浮電位，外導體也至少有一根單絲表面末處理，且同半導電層緊密接觸，以免形成懸浮電位而產(chǎn)生電暈放電。就導體層間絕緣和導體表面的氧化層而言，其必須至少能夠承受10伏以上的交流電壓，并且在一定的長度范圍內(nèi)，導體層與層或單絲與單絲之間不能相互導通。導體層間擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙等，在150～200℃的溫度，持續(xù)時間5～10分鐘的條件下，其物理性能如熱延伸、收縮性、熱老化、斷裂伸長率不會發(fā)生很大的變化，同時，在該溫度條件下，絕緣材料不發(fā)生化學變化。雙繞組電纜在長期工作溫度為70～90℃的溫度，導體層間絕緣擠包的聚合物絕緣塑料、繞包聚合物絕緣帶材、電力電纜紙等的性能不會發(fā)生變化。
對于導體，根據(jù)實際需要按照上述要求進行設計，其絕緣部分基本與普通高壓電纜相同。第I半導電層(3)、第II半導電層、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)表面應光滑。對于小截面導體可直接采用擠包的半導電層。標稱截面500mm2及以上的電纜其內(nèi)半導電屏層可采用半導電包帶和擠包導電層的聯(lián)合組成方式。第I半導電層(3)、第II半導電層(5)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)的物理性能介于內(nèi)導體(主繞組)(1)或外導體(次繞組)(6)和絕緣體(4)或(8)之間。電纜的絕緣體(4)和(8)的導電系數(shù)遠低于半導電層(3)、(5)、(7)、(9)。同時，為了減小或消除導體局放，內(nèi)導體(1)用第I半導電層(3)、第I絕緣層(4)、第II半導電層(5)包圍；外導體(6)用第III半導電層(7)、第II絕緣層(8)、第IV半導電層(9)包圍。對于第I半導電層(3)、第II半導電層(5)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)需要有很小的電阻率，使其電氣損耗很小。對于第I半導電層、第II半導電層、第III半導電層、第IV半導電層要求其每米長度的電阻為50μΩ至5MΩ。同時，第I半導電層(3)、第II半導電層(5)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)、絕緣層(4)、絕緣層(8)要求具有相似的熱特性。半導電層的電阻率范圍為1～100kΩ.cm.第II半導電層、第IV半導電層的電阻率范圍為10～500Ω.cm，優(yōu)選為10～100Ω.cm。對于半導電層和絕緣層必須具有相同的彈性模量E，即第I半導電層(3)、第I絕緣體(4)、第II半導電層(5)、第II絕緣體(8)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)，其具有相同的彈性模量E，E小于500MPa，最好E小于200MPa。第II半導電層、第IV半導電層主要用于均化電場和屏蔽，通過增大導電性來降低感應電壓損耗，由于其厚度一般很難降低，只有通過調(diào)整材料的導電性，讓其導電性增加來實現(xiàn)減小損耗。但導電率過高，又會引起電暈放電，所以電阻率必須控制在一定的范圍內(nèi)。
由于繞組的內(nèi)導體、外導體不再采用矩形，而是采用了圓形，按照Maxwell方程，繞組圓形導體建立的電場是均勻分布的，采用現(xiàn)有的“三層共擠”工藝可以將電纜局部放電消除。對于這種圓筒式繞組，其電場被完全局限在繞組內(nèi)部，因此與傳統(tǒng)的干式變壓器及油浸式變壓器都不同，不需要控制繞組端部區(qū)域的電場。圓形繞組線不存在像扁導線那樣的小圓角限制著最大的許用場強，克服了傳統(tǒng)的電力變壓器設計中電場分布方面的許多方面的限制。
本發(fā)明雙繞組電纜的制造，首先是將內(nèi)半導電層、絕緣層、外半導電層擠在內(nèi)導體層上，這種線芯同標準的電纜的絕緣線芯基本相同，其工藝同傳統(tǒng)的“三層共擠”工藝。隨不同的電壓等級、導體的截面大小選擇不同的VCV生產(chǎn)線或CCV生產(chǎn)線等。擠制的絕緣層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(交聯(lián)聚乙烯)、EPR(乙丙橡膠)或硅橡膠之類的熱塑性材料。在絕緣層外面的外半導電層，是由EPDM(三元乙丙膠)與碳黑混合的材料構(gòu)成，通過改變基礎聚合物類型、碳黑類型、碳黑含量來確定其電阻率。絕緣體設計適合高電壓，可超過10kV，直到傳輸400kV到800kV，甚至更高。
本發(fā)明可用于電力傳輸，也可用于制造變壓器、電抗器的繞組等電磁裝置。由于電纜最外面有半導電層使其保持地電位，于是電場就完全局限于在電纜的內(nèi)部，這就為變壓器制造廠家提供了一種全新的電氣設計和結(jié)構(gòu)設計，對于傳統(tǒng)的變壓器，即要考慮電磁的電氣設計和結(jié)構(gòu)設計的可能性，又要考慮電磁場、溫度和機械力，并且還要考慮它們之間的相互影響，所以傳統(tǒng)電力變壓器的電氣設計和結(jié)構(gòu)設計一般是比較復雜，本發(fā)明電場完全局限于電纜的內(nèi)部，繞組之間以及繞組對地等距離可以分別處理，設計時只需要考慮如何保證有較充分的冷卻所需的空間。
權利要求
1.一種電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于包括兩個產(chǎn)生磁場的電路，即作為主繞組的內(nèi)導體(1)和作為次繞組的外導體(6)形成兩個感應繞組，內(nèi)導體(1)和外導體(6)沿徑向同軸設置。
2.根據(jù)權利要求1所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體(1)依次被第I半導電層(3)、第I絕緣層(4)、第II半導電層(5)包圍，外導體(6)被第III半導電層(7)、第II絕緣層(8)、第IV半導電層(9)包圍。
3.根據(jù)權利要求2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體(1)與第I半導體層(3)之間有內(nèi)導體層間絕緣(2)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體(1)由多根銅、鋁線或合金導線單導線絞合而成，多股絞線中的最外層絞線可至少有一根單絲與第I半導電層(3)緊密接觸，內(nèi)導體(1)通常以同心層式排列，有一根中央導體，在其周圍有多層同心層，從內(nèi)層向外層逐層遞增。
5.根據(jù)權利要求2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于作為主繞組的內(nèi)導體(1)、第I半導電層(3)、第I絕緣層(4)、第II半導電層(5)組成高壓繞組，作為次繞組的外導體(6)、第III半導電層(7)、第II絕緣層(8)、第IV半導電層(9)組成低壓繞組，高壓繞組、低壓繞組的各層都沿徑向的設置在內(nèi)導體(1)的周圍。
6.根據(jù)權利要求3所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體層間絕緣(2)為內(nèi)導體(1)的一部分，采用擠包聚合物絕緣塑料或繞包的聚合物絕緣帶材或電力電纜紙緊密的包裹在導線的周圍。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體(1)和外導體(6)采用軸向表面進行了氧化處理的單絲導體，使其能夠同相鄰排列的單絲相互絕緣。
8.根據(jù)權利要求7所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于內(nèi)導體(1)和外導體(6)采用軸向表面進行了氧化處理的單絲絞合而成導體，表面未處理的導體單絲不要相鄰排列，對于內(nèi)導體也可不采用層間絕緣的結(jié)構(gòu)，而采用表面氧化處理使單絲之間相互絕緣，但導體其最外層至少有一根單絲表面未處理，且同半導電層緊密接觸，不致形成懸浮電位，外導體也至少有一根單絲表面未處理，且同半導電層緊密接觸，以免形成懸浮電位而產(chǎn)生電暈放電。
9.根據(jù)權利要求2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于第I半導電層(3)、第II半導電層(5)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)每米長度的電阻為50μΩ至5MΩ。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的電磁感應裝置用的雙繞組電纜，其特征在于第I半導電層(3)、第I絕緣體(4)、第II半導電層(5)、第II絕緣體(8)、第III半導電層(7)、第IV半導電層(9)，其具有相同的彈性模量E，E小于500MPa，最好E小于200MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁感應裝置用雙繞組電纜，該電纜包括兩個產(chǎn)生磁場的電路，即作為主繞組的內(nèi)導體和作為次繞組的外導體形成兩個感應繞組，內(nèi)導體和外導體沿徑向同軸設置。內(nèi)導體(1)依次被第I半導電層(3)、第I絕緣層(4)、第II半導電層(5)包圍；外導體(6)被第III半導電層(7)、第II絕緣層(8)、第IV半導電層(9)包圍。內(nèi)導體(1)和外導體(6)都可以由多根單導線絞合而成，同時，對內(nèi)導體(1)、外導體(6)進行必要的處理，來減少由于外界磁場影響以及內(nèi)導體(1)、外導體(6)相互之間的影響使導體產(chǎn)生的損耗。本發(fā)明可以用于電力傳輸，同時也可以在變壓器、電抗器等電磁感應裝置上使用。
文檔編號H01F27/28GK1571075SQ0312468
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權日2003年7月23日
發(fā)明者劉堅棟, 杜新梅 申請人:新疆特變電工股份有限公司