專利名稱：具有屏蔽的鐵心/線圈組件的干式變壓器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變壓器并且更具體地涉及具有帶固體絕緣的干式構(gòu) 造的變壓器。
背景技術(shù)：
具有干式構(gòu)造的變壓器包括至少一個安裝至鐵心的線圈，從而 形成鐵心/線圈組件。鐵心是鐵磁體并且通常包括金屬板堆迭或由晶 粒取向硅鋼組成的迭片結(jié)構(gòu)。將鐵心/線圏組件封裝在固定絕緣材料 中以使該鐵心/線圈組件與外部環(huán)境絕緣并且密封。
通常具有干式構(gòu)造的一類變壓器是互感器?；ジ衅髋c諸如儀表 和繼電器的設(shè)備一起用在測量和保護性應(yīng)用中?；ジ衅鲗⑾到y(tǒng)的電 流或電壓"降低"為可由相關(guān)聯(lián)設(shè)備處理的標準化值。例如，電流
互感器可以將范圍為10到2500安培的電流降低到范圍為l到5安 培的電流，而電壓互感器可以將范圍為12000到40000伏特的電壓 降低到范圍為100到120伏特的電壓。
用于封裝干式變壓器的鐵心/線圏組件的固體絕緣材料通常是熱 塑聚合物，其是通過能量的添加而固化(cure)為更強形式的聚合物 材料。該能量可以是通過化學(xué)反應(yīng)或輻射的熱量形式(通常在200 攝氏度以上)。在固化之前，熱塑樹脂通常是液態(tài)的或有延展性的， 這允許對樹脂進行鑄模。當(dāng)熱塑樹脂固化時，樹脂中的分子交聯(lián)， 這使得樹脂變硬。在固化之后，在不破壞其原始特征的情況下，熱 塑樹脂不能再熔化或再次被鑄模。熱塑樹脂包括環(huán)氧樹脂、三聚氰 胺樹脂、酚醛樹脂和尿素樹脂。
當(dāng)熱塑樹脂固化時，樹脂通常收縮。因為樹脂環(huán)繞鐵心/線圏組 件，收縮熱塑樹脂對變壓器的鐵心施加了很高的機械應(yīng)力和應(yīng)變。
4這些應(yīng)力和應(yīng)變擾亂了鐵心的晶粒取向，并且增加了迭片結(jié)構(gòu)中磁
通流的^f茲阻(resistance)。該*阮亂和增加的》茲阻導(dǎo)致了專交高的4失心
外，當(dāng)熱塑樹脂圍繞邊緣和凸起收縮時，在該熱塑樹脂中可以形成裂紋。該裂紋可以隨時間增長并且損害熱塑樹脂的絕緣性質(zhì)。結(jié)果,可能發(fā)生局部放電。局部放電是橋接鐵心/線圏組件的各部分之間的熱塑樹脂的電火花。局部放電不一定發(fā)生在鐵心/線圈組件處，其可以發(fā)生在電場強度超過熱塑樹脂擊穿強度的任何地方。局部放電導(dǎo)致熱塑樹脂的退化，這縮短了變壓器的使用壽命。
因此，希望提供一種干式變壓器，其中變壓器的鐵心被保護不受熱塑樹脂收縮施加的應(yīng)力，并且其中防止局部放電。本發(fā)明涉及此類變壓器和用于制造此類變壓器的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種變壓器，其包括至少部分地覆蓋有導(dǎo)電涂層的外表面的保護性殼體。鐵心和線圏組件布置在該保護性殼體中。殼層封裝該保護性殼體。該殼層包括絕緣樹脂。導(dǎo)電體電連接至導(dǎo)電涂層并且從殼層的外部可接近。
還根據(jù)本發(fā)明，提供一種制造變壓器的方法。根據(jù)該方法，提供一種至少部分地覆蓋有導(dǎo)電涂層的外表面的保護性殼體。將鐵心和線圏組件布置在該保護性殼體中。繼而將具有布置在其中的鐵心和線圏組件的保護性殼體封裝在絕緣樹脂中。導(dǎo)電涂層連接至導(dǎo)電體。


參照以下描述、所附權(quán)利要求書和附圖，將更好地理解本發(fā)明的特征、多個方面和優(yōu)勢，附圖中
圖1是根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的變壓器的示意圖2是變壓器的內(nèi)部殼體的透視圖，其中內(nèi)部殼體的蓋和本體
5在空間上隔開以顯示出安裝在該內(nèi)部殼體內(nèi)的鐵心/線圏組件；圖3是內(nèi)部殼體的本體的透視圖；圖4是內(nèi)部殼體的蓋的內(nèi)側(cè)的透視圖；圖5是內(nèi)部殼體一部分的剖面圖；以及
圖6示出了圖5的內(nèi)部殼體的剖面圖的一部分的放大視圖，其中該部分在圖5中標識為字母"D"。
具體實施例方式
應(yīng)該指出，在下面的詳細描述中，同樣的部件具有相同的參考數(shù)字，而不論它們是否在本發(fā)明的不同實施方式中示出。還應(yīng)該指出，為了清楚地以及簡明地公開本發(fā)明，可以不必按比例繪制附圖并且可以以某些示意性形式示出本發(fā)明的某些特征。
現(xiàn)在參考圖1,示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的變壓器10的示意性視圖。變壓器IO是適于外部使用的電流互感器。變壓器10通常包括鐵心12、主繞組或高壓繞組14、次級繞組或低壓繞組16、由樹脂26形成的內(nèi)殼或內(nèi)部殼體22以及外殼或殼層24。鐵心12、高壓繞組14、低壓繞組16和內(nèi)部殼體22被鑄造進樹脂26,從而將被封裝在殼層24內(nèi)。如下更詳細的描述，內(nèi)部殼體22包圍鐵心12和低壓繞組16,并且在鑄造工藝期間保護它們不接觸樹脂。
鐵心12具有帶有中心開孔的環(huán)形(torroidal)形狀并且包括鐵磁材料，諸如鋼或鐵。鐵心12可以包括鋼帶(諸如晶粒取向硅鋼)，其纏繞在心軸上形成線圈。低壓繞組16包括圍繞鐵心12纏繞的導(dǎo)線(諸如銅線)長度，以形成圍繞鐵心12周圍布置的多個匝。低壓繞組16的末端緊固到變壓器引線(leads) 30上(或形成變壓器引線30),變壓器引線30連接至安裝在外殼層24外部的接線板。鐵心12和低壓繞組16的組合下文稱作鐵心/線圈組件18。高壓繞組14包括開環(huán)金屬導(dǎo)體，其可以包括銅。高壓繞組14延伸通過內(nèi)部殼體22和鐵心/線圏組件18,下面將更全面地描述。 一對矩形連接器32分別緊固至高壓繞組14的末端?，F(xiàn)在參考圖2-圖6,內(nèi)部殼體22具有兩片構(gòu)造并且包括本體34和蓋38，其中每個都包括耐沖擊性(highimpact)絕緣塑料。可以使用的絕緣塑料的示例包括聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂，諸如疏水性脂環(huán)族環(huán)氧樹月旨(cycloaliphatic epoxy resin )。
本體34包括圓柱形側(cè)壁40，其與具有擴大的中央開孔的環(huán)形端壁42結(jié)合。開孔形成在側(cè)壁40中，端子引線30穿過側(cè)壁40延伸。側(cè)壁40的自由端具有形成于其中的向外的凹口 44(在圖6中示出)，從而有助于將蓋38緊固至本體34,下面將更全面地描迷。圓柱形支架(mount) 46結(jié)合至端壁42，其圍繞中心開孔并且與側(cè)壁40共軸地延伸。然而，支架46比側(cè)壁40 乂人端壁42延伸得更遠。側(cè)壁40、支架46和端壁42協(xié)同以限定環(huán)形槽48，其適于容納鐵心/線圏組件18。在本體34底部處的一對支腳52緊固至側(cè)壁40。 一對接地連接器54鑄模地插入每個支腳52 (否則緊固至每個支腳52)并且從其向下延伸。每個接地連接器54具有在其中形成的帶螺紋的孔。
蓋38是環(huán)形形狀并且包括其中央有開孔58的碟形壁56。內(nèi)緣60圍繞開孔58布置并且延伸遠離壁56。外緣62 (在圖6中示出得最清楚)圍繞壁56的外圍布置并且延伸遠離壁56。外緣62的自由端62a向內(nèi)稍微彎曲并且成形以互鎖、卡扣方式裝配在本體34的側(cè)壁40的凹口 44中，如圖6所示。
本體34和蓋38的外表面每個都覆蓋有導(dǎo)電涂層66，其可以是導(dǎo)電涂料，或可以由化學(xué)鍍或真空金屬噴鍍形成。導(dǎo)電涂層66與接地連接器54接觸，從而允許電流從涂層50流到接地連接器54。
化學(xué)鍍是產(chǎn)生純的、連續(xù)的以及均勻的金屬(諸如銅)涂層的自催化的化學(xué)鍍工藝。在利用化學(xué)鍍的實施方式中，每個導(dǎo)電涂層都可以是雙涂層，包括具有非電解沉積的鎳磷合金覆蓋層的非電解沉積的純銅層。
真空金屬噴鍍原理上是鋁的真空沉積。在使用真空金屬噴鍍的實施方式中，本體34和蓋38置于包含布置在加熱的蒸發(fā)器單元上的純鋁片的腔室中。在腔室中抽真空并且旋轉(zhuǎn)本體34和蓋38。來自于蒸發(fā)器單元的鋁蒸汽隨著本體34和蓋38的旋轉(zhuǎn)，凝結(jié)在其上，從而產(chǎn)生由鋁組成的導(dǎo)電涂層。
導(dǎo)電涂料包括粘合劑、栽體和導(dǎo)電微?；蝾伭?。粘合劑是聚合物材料，其附著于本體34和蓋38的塑料。粘合劑可以是丙烯酸、丙烯酸乳液、聚乙酸乙烯酯(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、環(huán)氧樹脂或前述的混合物，諸如PVA/丙烯酸、PVC/丙烯酸、PVA/丙烯酸乳液或PVC/丙烯酸乳液。更具體地，粘合劑可以乂人包^"以下內(nèi)容的組中選擇丙烯酸曱酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲脂、曱基丙烯酸乙酯、曱基丙烯酸烯丙酯、曱基丙烯酸丁酯、曱基丙烯酸異丁酯、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯(polyvinylidinechloride)以其混合物。載體可以是從包括以下內(nèi)容的組中選4奪的有機溶劑曱基溶纖劑(methyl cell勵lve )、乙基溶纖劑(ethylcellosolve) 、 丁酮(MEK )、甲基正丁基曱酮(MBK)和其混合物。水還可以用作載體或共載體(co-carrier)。導(dǎo)電微粒被精細地分成金屬微粒，并且可以從由包括以下內(nèi)容的組中選擇銀、銅、鎳、鍍銀銅、導(dǎo)電碳、石墨及其混合物。其他粘合劑兼容成分也可以包括在導(dǎo)電涂料中，諸如表面活性劑、緩和劑、潤濕劑和增稠劑。導(dǎo)電涂料的全部固體含量從約20重量百分比到約60重量百分比，更特別地從約30重量百分比到約40重量百分比。干燥的導(dǎo)電涂料在厚度為1 mil時具有小于5000 ohm/sq的電阻，更特別地具有小于1000 ohm/sq的電阻，仍更特別地具有小于500 ohm/sq的電阻。導(dǎo)電涂料可以通過刷子或噴槍涂覆于本體34和蓋38。
在本發(fā)明的一個實施方式中，導(dǎo)電涂層66具有從約1 mil到約3mil的厚度，更特別地具有從約1.5 mil到2.5 mil的厚度，并且是包括熱塑粘合劑和石墨微粒的基于水的導(dǎo)電涂料?？梢杂糜趯?dǎo)電涂層的商業(yè)上可獲取的導(dǎo)電涂料是DX-1584-B-I11,其由St. Petersburg,Florida的Kemco International Associates出售。
鐵心/線圏組件18布置在本體34的槽48中，從而鐵心/線圏組件18與端壁42鄰接并且凸起46延伸通過鐵心/線圏組件18的中央開口。在鐵心/線圈組件18如此定位的同時，蓋38布置在本體34上，從而支架46布置在蓋38內(nèi)部，與內(nèi)緣60相抵靠，并且外緣62的自由端62a咬接在本體34的側(cè)壁40的外部凹口 44中。這樣，蓋38以卡扣方式緊固至本體34,從而包圍內(nèi)部殼體22中的鐵心/線圏組件18，并且從而在具有鐵心/線圏組件18的內(nèi)部殼體22被鑄造進樹脂26中以形成外殼層24時，相對于樹脂26密封鐵心/線圈組件18,下面將對其進行描述。
樹脂26可以是丁基橡月交或環(huán)氧澆注樹脂(epoxy cast resin )。在本發(fā)明的一個實施方式中，樹脂26是脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、更具體地是疏水性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。在該實施方式中，外殼層24在自動壓力凝膠(APG)工藝中由樹脂26形成。根據(jù)APG工藝，在真空條件下，樹脂26 (液態(tài)形式)被除氣并且預(yù)加熱到約4(TC到約6(TC。帶有布置在其中的鐵心/線圏組件18的內(nèi)部殼體22置于加熱到樹脂26的固化溫度的模子的腔中。變壓器引線30、連接器32和接地連接器54伸出腔外，從而在鑄造工藝之后從殼層24突出。然后，在低壓條件下，將經(jīng)過除氣以及預(yù)加熱的樹脂26引入包含內(nèi)部殼體22的腔中。在該腔內(nèi)，樹脂26很快開始膠凝。然而，腔中的樹脂26保持與從腔外引入的、受壓的樹脂26接觸。這樣，腔中膠凝的樹脂26的收縮由后續(xù)進一步在壓力下添加經(jīng)過除氣以及預(yù)加熱的樹脂26進入腔來補償。當(dāng)樹脂26膠凝并且全面固化時，樹脂26收縮并且向內(nèi)部殼體22施加力。內(nèi)部殼體22保護鐵心/線圈組件18免受這些力，從而防止i失心12的耳又向晶粒^皮護C亂。
應(yīng)該理解，代替由根據(jù)APG工藝來形成，可以使用壓縮鑄模工藝或真空鑄造工藝來形成殼層24。
在樹脂26固化之后，具有在其中鑄模的內(nèi)部殼體22的固體殼層24被從模腔中移除。固體殼層24包括具有形成在其中的多個環(huán)形散熱片或邊圍70的頂部24a和具有扁平端壁的底部24b。用于高壓繞組14的連接器32從頂部24a向上突出，同時變壓器引線30從底部24b橫向突出。包含接線板的殼(未示出)緊固至殼層24的底
9部24a。變壓器引線30布置在殼中并且連接至接線板。接地連接器 54延伸通過底部24a的端壁，從而接地連接器54的端表面基本上與 端壁平齊。包括諸如鋁的導(dǎo)電金屬的底板72通過螺栓或其他固定裝 置緊固至底部24a的端壁。底板72中的開孔與接地連接器54中的 孔對齊。將包括導(dǎo)電金屬的螺栓通過底板72中的開孔插入，并且螺 紋連接地(threadably)容納在接地連接器54的孔中。螺栓的頭部鄰 接底板72的外表面。因此，螺栓形成底板72和接地連接器54之間 的電連接。當(dāng)安裝變壓器10以使用時，底板72電連接至接地。由 于底板72電連接至接地連接器54，該接地連接器54電連接至導(dǎo)電 涂層66，導(dǎo)電涂層66也變?yōu)榻拥?。這樣，導(dǎo)電涂層66形成圍繞鐵 心/線圈組件18的法拉第屏蔽。該法拉第屏蔽將有助于減少，如果沒 有消除的話，可以損壞殼層24的局部放電。
應(yīng)該理解，對前述一個或多個示例性實施方式的描述僅旨在進 行說明，而不是窮舉本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠?qū)λ_主 題的一個或多個實施方式做出某些添加、刪除和/或修改而不脫離本 發(fā)明的精神或其范圍，本發(fā)明的精神或范圍由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1. 一種變壓器，包括保護性殼體，具有至少部分地覆蓋有導(dǎo)電涂層的外表面；鐵心和線圈組件，布置在所述保護性殼體中；殼層，其封裝所述保護性殼體，所述殼層包括絕緣樹脂；以及導(dǎo)電體，電連接至所述導(dǎo)電涂層并且從所述殼層的外部可接近。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述保護性殼體包括可 釋放地緊固至本體上的蓋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述絕緣樹脂包括環(huán)氧 樹脂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器，其中所述絕緣樹脂包括疏水 性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述保護性殼體包括塑料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變壓器，其中所述保護性殼體包括聚碳酸酯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的變壓器，其中所述保護性殼體包括疏 水性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述導(dǎo)電涂層是包括粘 合劑、載體和導(dǎo)電微粒的導(dǎo)電涂料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的變壓器，其中所述粘合劑包括熱塑樹 脂并且其中所述載體包括水。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的變壓器，其中所述導(dǎo)電微粒包括石墨。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述鐵心和線圏組件包 括圍繞環(huán)形鐵,^纏繞的次級繞組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的變壓器，進一步包括延伸通過所述 環(huán)形4失,^的初級繞組。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的變壓器，其中所述初級繞組包括開環(huán)金屬導(dǎo)體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所述導(dǎo)電體包括緊固到 所述殼層上的金屬板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的變壓器，其中所述金屬板通過緊固
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的變壓器，其中所述金屬板連接至接 地，從而將所述導(dǎo)電涂層接地并且形成圍繞所述鐵心和線圏組件的 法拉第屏蔽。
17. —種制造變壓器的方法，包括提供保護性殼體，所述保護性殼體具有至少部分地覆蓋有導(dǎo)電涂 層的外表面；提供鐵心和線圏組件；將所述鐵心和線圏組件布置在所述保護性殼體內(nèi)； 將所述保護性殼體封裝在絕緣樹脂中，其中所述保護性殼體具有 布置在其中的所述鐵心和線圈組件；以及 將所述導(dǎo)電涂層連接至導(dǎo)電體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在自動壓力凝膠工藝或 真空鑄造工藝中利用所述絕緣樹脂封裝所述保護性殼體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述絕緣樹脂包括疏水 性脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述導(dǎo)電涂層是包括熱 塑粘合劑、水和導(dǎo)電微粒的導(dǎo)電涂料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種變壓器以及制造該變壓器的方法，其中鐵心和線圈組件布置在保護性殼體內(nèi)，該保護性殼體具有至少部分地覆蓋有導(dǎo)電涂層的外表面。包括絕緣樹脂的殼層封裝該保護性殼體。導(dǎo)電體電連接至導(dǎo)電涂層并且從殼層的外部可接近。
文檔編號H01F27/36GK101512690SQ200780033480
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者R·戈德比 申請人:Abb技術(shù)有限公司