專利名稱：具有絕緣層的多層變壓器繞組的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多層變壓器繞組的制造方法，其中在圍繞繞組體卷繞導線層期間 或者之后，分別將電絕緣材料層施加在其徑向外部的表面上。本發(fā)明還涉及一種多層變壓 器繞組，其可以利用根據(jù)本發(fā)明的方法來制造。
背景技術：
眾所周知的是，即當制造電力變壓器的繞組時，例如在幾kVA至超過50MVA的額定 功率范圍中，圍繞繞組體卷繞多個導線層，以及這些導線層除了圍繞導線的絕緣層之外還 需要保持彼此電絕緣。這種絕緣應該盡可能不含有殘留空氣，這是因為其對絕緣材料的電 絕緣性能產(chǎn)生不利影響。絕緣層例如根據(jù)DE4445423B4借助于帶狀的玻璃織物制成，其多次螺旋形地圍繞 著需要絕緣的導線層卷繞，其中這種所謂的玻璃纖維紗在馬上要進行卷繞過程之前灌注了 液體樹脂。在整個變壓器繞組的卷繞過程結束之后，為了使得樹脂硬化而對其進行加熱，例 如加熱到160°C，并且在這之后再次冷卻到周圍環(huán)境溫度。在這個程序中，絕緣層的卷繞過程在絕緣材料的潮濕的、也即灌注了樹脂的狀態(tài) 中進行，并且由此需要相對較長的時間。
發(fā)明內(nèi)容
從這個現(xiàn)有技術出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，提出一種變壓器繞組的盡可能更快速 的制造方法以及一種與之相應的變壓器繞組。該目的根據(jù)本發(fā)明通過一種具有在權利要求1中所述的特征的、多層變壓器繞組 的制造方法來實現(xiàn)。因此，開頭所述類型的多層變壓器繞組的制造方法的特征在于，將干燥的纖維復 合材料應用為絕緣材料，以及纖維復合材料通過將變壓器繞組加熱到預定的接合溫度而接 合成絕緣層。通過應用干燥的絕緣材料可以顯著地降低絕緣層的制造過程的時間需求，例如通 過提高絕緣材料的卷繞速度來實現(xiàn)時間需求的降低。變壓器繞組的生產(chǎn)費用同樣也有利地 降低，這是因為不需要在現(xiàn)場灌注絕緣材料。這例如在絕緣材料的制造廠商那里或者在與 卷繞過程無關的程序中就已經(jīng)實現(xiàn)了。提供了一種已經(jīng)灌注好并且經(jīng)干燥的絕緣材料來作 為用于制造變壓器繞組的半成品。供應例如可以以圍繞線圈體卷繞的帶狀的絕緣材料的形式來實現(xiàn)，這尤其對于其 進一步加工來說是有利的。這種帶狀的材料應該多次地螺旋形圍繞著需要絕緣的導線層來 卷繞，從而達到圍繞導線層的全部周邊的所期望的按照設計需求的最小的絕緣厚度。在卷 繞過程中需要注意的是，即這些相應的帶盡可能緊密地并且無殘留空氣地來卷繞。絕緣的材料適合作為用于灌注的載體材料，絕緣的材料例如是由玻璃、聚酯或另 一絕緣材料制成的編織帶，其相關于后續(xù)的加熱過程具有足夠的耐高溫性。灌注材料例如可以是樹脂。在卷繞具有絕緣的多層變壓器繞組的過程結束之后，將其加熱到確定的接合 溫度。由此，預先灌注的絕緣材料的灌注被液化并且纖維復合材料的彼此毗鄰的匝 (ffendelungen)接合成一個單元?？赡艹霈F(xiàn)的空腔被部分地填充。這種加熱過程例如可以 在大小合適的爐子里進行。隨后進行了到周圍環(huán)境溫度的冷卻過程，其中灌注物被硬化。證明為有利的是，即為帶狀的絕緣材料的灌注或者絕緣材料添加上材料添加物， 該材料添加物當?shù)谝淮芜_到確定的膨脹溫度時不可逆地膨脹。這種材料添加物例如是產(chǎn)品“Expancel”，其在例如為160°C的膨脹溫度時具有唯 一的(einmalige)不可逆的膨脹階段。需要為加熱過程相應選擇來自于接合溫度和膨脹溫 度的較高溫度。在變壓器繞組的卷繞過程之后，也就可能在導線層的各個導線之間存在空腔。當 卷繞干燥的絕緣材料的各個線路時也可能產(chǎn)生空腔。這種空腔對絕緣材料的絕緣性能產(chǎn)生 損害并且由這樣一種材料添加物有利地填充。因此，整個絕緣層的絕緣性能可進一步得到 提高并且超過了傳統(tǒng)地、在潮濕狀態(tài)下制造的絕緣層的絕緣性能。當確定可膨脹的材料的比例時需要考慮的是，當?shù)谝淮渭訜岬酱_定的膨脹溫度時 所產(chǎn)生的體積增量大約符合于需要填充的空腔的預計體積。在另一個根據(jù)本發(fā)明的制造方法的設計方案中，在繞組體的徑向外部的表面上， 在徑向最內(nèi)側(cè)的導線層的卷繞過程之前，首先施加一層電絕緣材料。由此進一步提高了已經(jīng)制成的變壓器繞組的絕緣性能。在根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個有利的變體中，在至少一個導線層的卷繞過程開 始之前，首先在繞組的徑向外部的表面上施加至少一個在軸向方向上走向的冷卻通道。電力變壓器經(jīng)常需要冷卻通道，以便將運行時出現(xiàn)的損耗熱量傳輸走。這些通道 通常在整個軸向的繞組長度上延伸。這樣一種冷卻通道例如可以由兩個彼此推入的管件構 成并且在兩個導線層之間圍繞變壓器繞組的繞組軸線的整個周邊，沿著其整個軸向長度走 向。在制造方法的一個改進方案中，在卷繞了與其徑向外部相鄰的導線層之前，在冷 卻通道的徑向外部的表面上施加有絕緣材料。由此可以進一步提高變壓器繞組的絕緣性能。冷卻通道由電絕緣材料制成，這也符合于根據(jù)本發(fā)明的方法的思想。其以這種方式承擔了在圍繞它的導線層之間的絕緣功能，并且不需要附加的絕緣 層。本發(fā)明的目的也通過一種多層變壓器繞組來實現(xiàn)，其具有在繞組層之間的至少一 層絕緣材料，其中，絕緣材料是干燥的纖維復合材料，該纖維復合材料通過將變壓器繞組加 熱到預定的接合溫度而可以接合成絕緣層。這樣一種繞組基于干燥的絕緣材料而可以尤其快速地制成。在變壓器繞組的一個優(yōu)選的實施方式中，絕緣材料包含通過第一次加熱到確定的 膨脹溫度而可不可逆地膨脹的材料添加物。以這種方式，絕緣層的耐壓強度和使用壽命尤其可以提高，這是因為可能出現(xiàn)的 空腔(其在將繞組加熱到膨脹溫度或接合溫度之前就存在于絕緣材料中)當達到膨脹溫度時可通過體積膨脹被填充。在根據(jù)本發(fā)明的變壓器繞組的另一個設計方案中，其具有分別帶有多個徑 向相疊放置的導線層的多個分別軸向毗鄰的部分區(qū)域，其中，在至少一個導線層的層 (Leiterlagenschicht)中，至少兩個相應部分區(qū)域的在其中包含的軸向彼此相鄰的導線層 在邊界區(qū)域彼此電隔離。出于絕緣技術的原因，通常適宜的就是，通過變壓器繞組的這種構造來降低鄰近 的導線的電壓負載，或者在一個繞組中也布置了兩個完全地電隔離的繞組導線。根據(jù)本發(fā)明的制造方法和由此產(chǎn)生的變壓器繞組的另外的有利的設計方案可能 性可以由另外的權利要求中得出。
下面參照附圖中示出的實施例，對本發(fā)明、另外的實施方式和另外的優(yōu)點加以詳 細說明。圖中示出圖1示出了在第一次加熱到接合溫度之前制成的第一變壓器繞組，圖2示出了在第一次加熱到膨脹溫度之后制成的第二變壓器繞組。
具體實施例方式圖1以示意性的視圖示出了根據(jù)本發(fā)明在加熱到接合溫度之前制成的第一變壓 器繞組10。在制造開始之前，繞組體11 (其確定了需要制造的變壓器繞組的通暢(lichten) 的內(nèi)徑)定位在合適的、然而在圖1中未示出的制造平臺上。隨后將帶狀的、被灌注的并且干燥的纖維復合材料(其例如在卷軸(Rolle)上由 供應商提供)以多個螺旋形的層的形式圍繞著繞組體11卷繞，直至達到絕緣的預定的最 小層厚度為止。但絕對可能的是，即為一層的卷繞過程首先選擇絲狀(fadenaehnlicher) 復合材料，以便使得導線層的表面上的不平坦之處變得平滑并且隨后過渡到帶狀的復合材 料。卷繞過程例如借助于在圖1中未示出的卷繞機器來進行，其中布置在需要制造的線圈 上的卷繞臂在其一個端部上可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線12旋轉(zhuǎn)地安置并且在其另一個端部上具有對 于所提供的纖維復合材料的卷軸的容納可能性。以這種方式可以通過臂圍繞旋轉(zhuǎn)軸線12 的旋轉(zhuǎn)來簡單地施加帶狀的纖維復合材料。在第一變壓器繞組10的第一絕緣材料層31的卷繞過程結束之后，其在繞組體11 的整個周邊上和其整個軸向長度14上以最小整體層厚度，由干燥的絕緣材料所覆蓋，其中 第一繞組10旋轉(zhuǎn)對稱地圍繞所設想的旋轉(zhuǎn)軸線12。最小層厚度根據(jù)需要達到的絕緣層耐 壓性能而變化并且可以在例如從大約1mm至20mm的范圍中變化。在卷繞時需要注意的是， 即在所卷繞的絕緣層中盡可能沒有殘留空氣。隨后施加第一導線層21，其中將由絕緣層包圍的導線螺旋形地在整個繞組長度 14上施加。隨后，類似于在第一導線層21上的第一絕緣材料層31，來施加第二絕緣材料層 32，在其上又卷繞了第二導線層22。需要注意的是，即第一導線層21和第二導線層22在繞 組10的兩個端部之一上電連接。還需要注意的是，即在鄰近的導線之間和在絕緣材料31，32，33的層中可能出現(xiàn)空腔40，其降低了絕緣層的絕緣強度。絕緣強度的這種降低在變壓器繞組的相應的設計中 并不對絕緣層的基本功能造成損害。隨后，將制成的變壓器繞組10加熱到確定的最低溫度，其符合于接合溫度并且對 于基于樹脂的絕緣系統(tǒng)來說，處于從例如120°C至160°C的溫度范圍中。這種加熱過程優(yōu)選 地在合適大小的爐子中進行，其中加熱時間這樣設定，即將整個變壓器繞組加熱到額定溫 度。根據(jù)繞組的大小不同，在爐子中的時間可以在從15分鐘到多個小時的范圍中，然而這 對于技術人員來說是眾所周知的。圖2示出了具有與第一變壓器繞組10類似的繞組構造的第二制成的變壓器繞組 50，但是與其區(qū)別在于第一次加熱到臨界溫度之后。已經(jīng)預先為絕緣材料添加了當?shù)谝淮?達到膨脹溫度時不可逆地膨脹的材料添加物。加熱的臨界溫度在該實例中符合于來自接合 溫度和膨脹溫度的較高溫度。優(yōu)選地這樣添加材料添加物，即在將第一絕緣材料層施加到繞組體51上之前，施 加材料添加物的一個附加層并且在施加第一絕緣材料層之后，施加了材料添加物的另一個 附加層。在各個另外絕緣材料層上相應地類似進行操作。但也可容易地考慮到，即例如帶 狀的纖維復合材料的灌注在其制造時就已添加了這樣的材料添加物。這樣一種當?shù)谝淮芜_到膨脹溫度時不可逆地膨脹的材料添加物例如是在市場上 已知為“Expancel”的產(chǎn)品?！癊xpancel”的特征在于，即在氣密的、僅僅幾微米大小的塑料 殼中裝入了精確測定量的發(fā)泡劑(Treibmittel)。如果這種微球體升溫或者加熱，則塑料殼 變軟，發(fā)泡劑氣化，并且微球體不可逆地以限定的方式膨脹。但也可以考慮具有類似性質(zhì)的 另外的材料添加物，還有這種按照另外的作用原理工作的材料添加物，例如是基于化學的 過程而發(fā)生膨脹。圖2還示出了，通過前述的第一次升溫到臨界溫度，實現(xiàn)了材料添加物的體積膨 脹并且圖1中顯示的空腔40和絕緣材料層31，32，33現(xiàn)在是絕緣區(qū)域80的部分。有利地， 在絕緣區(qū)域80中不存在空腔，其具有在導線層之間的多個絕緣層。當確定材料添加物的量時需要注意的是，即當膨脹到大約所期望的體積時，體積 增量符合于需要填充的空腔。在制成的繞組中未被填充的空腔的體積的進一步減小還可以由此實現(xiàn)，即在爐子 中在類似于真空的條件下進行加熱過程。參考標號表10在第一次加熱之前制成的第一變壓器繞組11第一變壓器繞組的繞組體12第一變壓器繞組的旋轉(zhuǎn)軸線14第一變壓器繞組的長度21第一變壓器繞組的第一導線層22第一變壓器繞組的第二導線層31第一變壓器繞組的第一絕緣材料層32第一變壓器繞組的第二絕緣材料層33第一變壓器繞組的第三絕緣材料層40第一變壓器繞組的空腔
50在第一次加熱之后支撐的第二變壓器繞組
51第二變壓器繞組的繞組體
52第二變壓器繞組的旋轉(zhuǎn)軸線
80第二變壓器繞組的絕緣區(qū)域
權利要求
一種多層變壓器繞組(10)的制造方法，其中在圍繞繞組體(11)卷繞導線層(21，22，23)期間或者之后，分別將電絕緣材料層(32，33)施加在其徑向外部的表面上，其特征在于，將干燥的纖維復合材料應用為絕緣材料，以及所述纖維復合材料通過將所述變壓器繞組(10)加熱到預定的接合溫度而接合成絕緣層。
2.根據(jù)權利要求1所述的制造方法，其特征在于，為所述絕緣材料添加或已經(jīng)添加了 當?shù)谝淮芜_到確定的膨脹溫度時不可逆地膨脹的材料添加物。
3.根據(jù)權利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述材料添加物這樣來配量，即基于 材料添加物的量的體積增量大約符合于在所述變壓器繞組(10)中所包含的空腔(40)的總 體積。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的制造方法，其特征在于，在所述繞組體(11)的所 述徑向外部的表面上，在徑向最內(nèi)側(cè)的導線層(21)的卷繞過程之前，首先施加電絕緣材料 層(31)。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的制造方法，其特征在于，在至少一個確定的導線 層(21，22，23)的卷繞開始之前，首先在部分制造完成的繞組的徑向外部的表面上施加至 少一個在軸向方向上走向的冷卻通道。
6.根據(jù)權利要求5所述的制造方法，其特征在于，在卷繞與其徑向外部相鄰的導線層 (21,22,23)之前，在所述冷卻通道的徑向外部的表面上施加有絕緣材料。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的制造方法，其特征在于，所述冷卻通道由電絕緣材料制成。
8.一種多層變壓器繞組(10)，在繞組層(21，22，23)之間具有至少一個絕緣材料層 (32，33)，其特征在于，所述絕緣材料是干燥的纖維復合材料，以及所述纖維復合材料通過 將所述變壓器繞組(10)加熱到預定的接合溫度而可以接合成絕緣層。
9.根據(jù)權利要求8所述的多層變壓器繞組(10)，其特征在于，所述絕緣材料包含通過 第一次加熱到確定的膨脹溫度而不可逆地膨脹的材料添加物。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的多層變壓器繞組(10)，其特征在于，存在分別具有多個 徑向相疊放置的導線層(21，22，23)的多個分別軸向毗鄰的部分區(qū)域，以及在至少一個導 線層的層中，至少兩個在其中包含的、軸向彼此相鄰的導線層彼此并不直接電連接。
11.一種多層變壓器繞組(50)，在繞組層(21，22，23)之間具有至少一個絕緣層，其特 征在于，所述至少一個絕緣層的絕緣材料包含通過第一次加熱到確定的膨脹溫度而不可逆 地膨脹的材料添加物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層變壓器繞組(10)的制造方法，其中在圍繞繞組體(11)卷繞導線層(21，22，23)期間或者之后，分別將電絕緣材料層(32，33)施加在其徑向外部的表面上。將干燥的纖維復合材料應用為絕緣材料。此外，該纖維復合材料通過將變壓器繞組(10)加熱到預定的接合溫度而接合成絕緣層。本發(fā)明還涉及一種多層變壓器繞組，其可以利用根據(jù)本發(fā)明的制造方法來制造。
文檔編號H01F27/32GK101855684SQ200880116361
公開日2010年10月6日 申請日期2008年10月25日 優(yōu)先權日2007年11月10日
發(fā)明者B·韋伯, C·格魯特納, J·尼爾格斯, K·齊爾曼, R·霍夫曼 申請人:Abb技術有限公司