專利名稱：變壓器/電抗器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序中所述的包括至少一個(gè)繞組的變壓器／電抗器。
本發(fā)明也涉及一種如權(quán)利要求57的前序中所述的制造變壓器／電抗器和如權(quán)利要求67中所述制造預(yù)制繞組組件的方法。
變壓器用于電能的所有輸電和配電作業(yè)中，其任務(wù)是允許兩個(gè)或多個(gè)電系統(tǒng)之間進(jìn)行電能交換。變壓器可用于從幾W到1000MW的所有功率范圍。標(biāo)稱功率變壓器通常涉及的額定輸出功率范圍為幾百KW到大于1000MW，而額定電壓范圍為3-4KV到極高的輸電電壓。
常規(guī)的功率變壓器包括一個(gè)用取向疊層片(通常為硅鋼片)制成的變壓器芯(下面簡(jiǎn)稱為“芯”)。該芯包括多個(gè)用軛連接的芯腳。芯腳周圍有多個(gè)繞組，它們通常稱為第一、第二和調(diào)節(jié)繞組。只要涉及功率變壓器，這些繞組實(shí)際上總是沿芯腳長(zhǎng)度同心式地配置和分布的。
上述功率范圍低端的常規(guī)功率變壓器有時(shí)做成具有空氣冷卻，以便除去不可避免的熱損失。但大多數(shù)常規(guī)功率變壓器為油冷，通常利用所謂強(qiáng)制油冷。這特別應(yīng)用于高功率變壓器。油冷變壓器存在多個(gè)公知的缺點(diǎn)。除此之外還有不利于運(yùn)輸?shù)凝嫶?、笨重的?wèn)題。還要考慮安全和周邊設(shè)備，特別是需要油冷卻變壓器的外部油箱。
至于電抗器，它們并非預(yù)定用于繞組之間的能量傳輸，而是用于產(chǎn)生感抗。此外，上面有關(guān)變壓器的敘述整體上也與電抗器有關(guān)。特別值得提到的是，大型電抗器也是油冷的。
眾所周知，在一臺(tái)干燥的無(wú)油的變壓器或電抗器中，常規(guī)型的繞組通過(guò)澆注埋置在有機(jī)樹(shù)脂或塑料絕緣體(通常為環(huán)氧樹(shù)脂)中。這類變壓器的缺點(diǎn)是它們具有有限的額定電壓和功率范圍。最大額定輸出功率和電壓通常分別為25MVA和36KV左右。這主要由于通過(guò)密實(shí)絕緣體的熱通量因其熱導(dǎo)率低而受到限制，這導(dǎo)致熱量的限制，還部分由于電學(xué)限制，因?yàn)榕c例如變壓器油以及壓低和壓制板屏蔽物中絕緣的導(dǎo)體組合相比較，實(shí)心澆注樹(shù)脂對(duì)高壓產(chǎn)生更不良的絕緣。它還有其它缺點(diǎn)，如該材料易燃，因此必須處理。
如美國(guó)專利文件1，481，585中所公開(kāi)的，已知通過(guò)澆注在混凝土中來(lái)埋置繞組。該專利中的繞組用所謂高壓電纜設(shè)計(jì)，其中芯是用浸漬紙或涂漆紡織材料絕緣的，而且該電纜是鉛包皮的。根據(jù)在1919年批準(zhǔn)的該專利的電纜具有上述類型的絕緣和相當(dāng)堅(jiān)硬的金屬屏蔽，它實(shí)際上不能滿足曲率半徑和變壓器繞組所需撓曲力的要求。損傷而后產(chǎn)生絕緣擊穿的風(fēng)險(xiǎn)很大。熱變化(熱膨脹)和其它機(jī)械力可能在絕緣體中容易地產(chǎn)生空穴，或者是立即產(chǎn)生，或者在氣體體積中部分放電效應(yīng)之后。此外，此時(shí)的標(biāo)稱高壓近似涉及幾十KV的電壓和幾MVA的額定輸出功率，因此，上述電纜不適用于該絕緣體涉及的高壓中的電壓和功率水平。
本發(fā)明的目的是獲得一種變壓器或電抗器，它們沒(méi)有上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的功率變壓器／電抗器的某些缺點(diǎn)，同時(shí)獲得一種制造該變壓器／電抗器的方法。該變壓器／電抗器應(yīng)當(dāng)用于高壓，首先其電壓要超過(guò)10KV。本發(fā)明的變壓器／電抗器的典型操作范圍可以是36-800KV，最好為72．5-800KV，還可以更高。
上述目的是利用權(quán)利要求1的前序中描述的變壓器／電抗器和利用權(quán)利要求57中的方法來(lái)達(dá)到的，該變壓器／電抗器具有主權(quán)利要求特征部分中描述的有利特點(diǎn)。
在本發(fā)明的功率變壓器／電抗器中，繞組類型最好是對(duì)應(yīng)于目前功率分配用的具有實(shí)心突出絕緣體的電纜，例如所謂XLPE電纜或具有EPR絕緣的電纜。這樣一種電纜包括一個(gè)由一或多股成分組成的內(nèi)部導(dǎo)體，該導(dǎo)體周圍為內(nèi)半導(dǎo)體層，該導(dǎo)體層周圍為實(shí)心絕緣層，該絕緣層周圍為外半導(dǎo)體層。此種電纜是撓性的，這在本文中是一個(gè)重要性能，因?yàn)楸景l(fā)明裝置的技術(shù)主要以繞組系統(tǒng)為基礎(chǔ)，其中的繞組是用多圈在裝配期間可以彎曲的電纜形成的。XLPE電纜的撓性通常為直徑30mm的電纜對(duì)應(yīng)于約20cm的曲率半徑，而直徑80mm的電纜對(duì)應(yīng)于約65cm的曲率半徑。在本申請(qǐng)書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“撓性”用于表示繞組的撓性小到曲率半徑約為電纜直徑的四倍，最好為電纜直徑的8到12倍。
本發(fā)明的繞組做成即使當(dāng)其彎曲時(shí)和在作業(yè)期間受到熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力時(shí)也能保持其性能。本文中極其重要的是，電纜的各層互相保持附接。各層的材料性能在這里是決定性的，特別是其彈性和相對(duì)熱膨脹系數(shù)。例如，在XLPE電纜中，絕緣層用交聯(lián)的低密度聚乙烯制成，而各半導(dǎo)體層用具有混合于其中的煙炱和金屬微粒的聚乙烯制成。由于溫度波動(dòng)而產(chǎn)生的體積變化像電纜半徑變化一樣被完全吸收，由于與各層材料的彈性有關(guān)而產(chǎn)生的各層熱膨脹系數(shù)之間的比較微小的差別，可能產(chǎn)生徑向膨脹而不會(huì)損失各層之間的附接。
上述材料組合應(yīng)當(dāng)只看作是例子。滿足所述條件特別是半導(dǎo)體條件的其它組合自然也落入本發(fā)明的范圍，這些半導(dǎo)體條件的電阻率落入10-1-106Ωcm如1-500Ωcm或10-200Ωcm的范圍。
絕緣層可以例如由實(shí)心熱塑性材料、交聯(lián)材料或橡膠制成，其中熱塑性材料如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“TPX”)，交聯(lián)材料如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，橡膠如乙烯聚丙烯橡膠(EPR)或硅橡膠。
向外半導(dǎo)體層可以是同一基底材料，但具有導(dǎo)電材料，如混合于其中的煙炱或金屬粉末。
這些材料的機(jī)械性能，特別是其熱膨脹系數(shù)，很少受其中是否混合煙炱或金屬粉末的影響，至少在獲得本發(fā)明所需導(dǎo)電性所要求的比例方面。因此絕緣層和半導(dǎo)體層具有基本上相同的熱膨脹系數(shù)。
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物／腈橡膠(EVA／NBR)、丁基接枝聚乙烯、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)也可以構(gòu)成合適的半導(dǎo)體層聚合物。
即使當(dāng)各層中使用不同類型的材料作為基底時(shí)，也希望它們的熱膨脹系數(shù)基本相同。這是具有上述組合材料的情況。
上述材料具有相當(dāng)好的彈性，其E模量為E＜500MPa，最好＜200MPa。該彈性足以使各層材料的熱膨脹系數(shù)之間的任何較小差異足以沿彈性的徑向被吸收，因而不會(huì)出現(xiàn)裂縫或其它損傷，從而各層不會(huì)互相分離。各層的材料是彈性的，各層之間的附接程度至少為材料最弱附接程度的同一數(shù)量級(jí)。
兩個(gè)半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率足以基本上平衡沿每層的電位。外半導(dǎo)體層的電導(dǎo)率足夠高到封閉電纜內(nèi)的電場(chǎng)，但又足夠低到不會(huì)由于沿該層的縱向感應(yīng)的電流而產(chǎn)生顯著的損失。
因此，兩個(gè)半導(dǎo)體層中的每一個(gè)基本上構(gòu)成一個(gè)等電位表面，這些層將基本上封閉它們之間的電場(chǎng)。
當(dāng)然，沒(méi)有什么會(huì)妨礙一個(gè)或多個(gè)附加的半導(dǎo)體層設(shè)置在該絕緣層中。
因此，一種高壓用的變壓器／電抗器包括至少一個(gè)繞組，該繞組設(shè)計(jì)成有一個(gè)絕緣的導(dǎo)電體，該絕緣的導(dǎo)電體包括至少一個(gè)載帶電流的導(dǎo)體，還包括一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第一層，該第一層設(shè)置成圍繞該載帶電流的導(dǎo)體，一個(gè)實(shí)心絕緣層設(shè)置成圍繞該第一層，一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第二層設(shè)置成圍繞該絕緣層，而且繞組的至少一部分被澆注在一種澆注材料中。
通過(guò)給變壓器／電抗器提供一種如權(quán)利要求1所述的繞組，最重要的優(yōu)點(diǎn)就達(dá)到了，也就是將產(chǎn)生的整個(gè)電場(chǎng)基本上限制在至少一圈繞組的實(shí)心絕緣層內(nèi)。這導(dǎo)致，繞組外部的電場(chǎng)接近于零，因此在繞組外部不需要控制電場(chǎng)。這意味著在繞組外部不能得到電場(chǎng)的集中，而選擇澆注材料時(shí)不需要考慮電場(chǎng)。同時(shí)，可以將增強(qiáng)元件和冷卻導(dǎo)管埋置在澆注材料中而不必考慮電場(chǎng)。
根據(jù)一個(gè)特別有利的實(shí)施例，該澆注材料基本上是一種無(wú)機(jī)材料。通過(guò)將繞組的至少一部分澆注在一種基本上無(wú)機(jī)的材料中，可以獲得許多優(yōu)點(diǎn)，例如高的熱導(dǎo)率和比熱容、高效冷卻、阻燃性、低價(jià)格、環(huán)境效益、克服過(guò)熱的良好電阻。關(guān)于無(wú)機(jī)澆注材料的例子，原則上所有可以澆注而后固化的材料都可以使用，通常包括由于物理和／或化學(xué)機(jī)制而固化的粘結(jié)劑本身，如水泥和水及填充劑(如沙子)。填充劑例子為普通波特蘭水泥、具有較高機(jī)械阻力或快速凝固等性能的特殊水泥(如鋁酸鹽水泥)、熟石膏、下面提到的用二氧化碳硬化的特殊混凝土。
或者是，繞組的至少一部分可以澆注在一種基本上有機(jī)的材料中，如環(huán)氧樹(shù)脂。利用本發(fā)明的變壓器／電抗器可以避免具有常規(guī)繞組的環(huán)氧樹(shù)脂澆注的變壓器／電抗器的上述缺點(diǎn)，因?yàn)樵摥h(huán)氧樹(shù)脂不會(huì)遇到電場(chǎng)應(yīng)力，因?yàn)槔鋮s導(dǎo)管可以容易地埋置在該澆注材料中。
在附錄的權(quán)利要求中可以明顯地看到其它優(yōu)點(diǎn)和特征。
根據(jù)本發(fā)明的高壓絕緣的導(dǎo)電體可以以若干有利的方式設(shè)計(jì)。一個(gè)給定的的有利特點(diǎn)是，該絕緣的導(dǎo)體為電纜，最好為高壓電纜。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該絕緣的導(dǎo)體或電纜是撓性的或可彎折的，而所述各層互相接觸。該電纜是撓性的這一點(diǎn)很重要，以便電纜可以用作繞組。該絕緣層能用實(shí)心介電體有利地形成，最好用聚合物材料制成。其次，第一半導(dǎo)體層主要處于與帶電導(dǎo)體同一電位上。第二半導(dǎo)體層最好這樣設(shè)置，使得它圍繞該帶電導(dǎo)體和絕緣層基本上形成一個(gè)等電位表面，而且它也連接一個(gè)預(yù)定電位，最好是地面電位。根據(jù)一個(gè)特別有利的特點(diǎn)，第二半導(dǎo)體層在每個(gè)繞組的兩端或鄰近處接地，而兩端之間的另一點(diǎn)直接接地。
根據(jù)至少兩個(gè)相鄰層基本上具有同一熱膨脹系數(shù)這另一特點(diǎn)，該載帶電流的導(dǎo)體可以包括多股線，其中僅少數(shù)股相互絕緣。
這三層(即兩個(gè)半導(dǎo)體層和一個(gè)絕緣層)每層還可以沿基本上整個(gè)連接表面實(shí)心地連接到相鄰的層。根據(jù)一個(gè)特點(diǎn)重要的特點(diǎn)，當(dāng)絕緣的導(dǎo)體或電纜彎曲時(shí)，這些層被設(shè)置成也相互附接。最后可以提到，電纜直徑最好為20-250mm，導(dǎo)體面積最好為80-3000mm2。
本發(fā)明中使用的絕緣的導(dǎo)體或高壓電纜是撓性的，可以最好是在PCT申請(qǐng)書(shū)WO 97／45 919和WO 97／45847中更詳細(xì)地描述的那種類型。一種合適的絕緣的半導(dǎo)體或電纜的附加描述公開(kāi)于PCT申請(qǐng)書(shū)WO97／45918、WO97／45930和WO 97／45931中。
使用此種電纜的優(yōu)點(diǎn)是，受到高的電應(yīng)力的變壓器／電抗器的那些區(qū)域被限制在電纜的實(shí)心絕緣體中。變壓器／電抗器的相對(duì)于高壓的其余部分只受到溫和的電場(chǎng)強(qiáng)度。其次，使用此種電纜消除了在發(fā)明背景中描述的若干問(wèn)題領(lǐng)域。作為整體，絕緣非常簡(jiǎn)單。與常規(guī)的功率變壓器／電抗器相比，制造時(shí)間明顯縮短。這些繞組可以分開(kāi)制造，而功率變壓器／電抗器可以最終在現(xiàn)場(chǎng)裝配。
但是，使用此種電纜出現(xiàn)新的問(wèn)題，它們必須解決。外半導(dǎo)體層必須在電纜兩端或其鄰近處直接接地，使得在正常操作電壓和瞬時(shí)過(guò)程期間產(chǎn)生的電應(yīng)力將主要僅僅作用在電纜的實(shí)心絕緣體上。外半導(dǎo)體層和這些直接接地一起形成一個(gè)閉合電路，其中在操作期間感應(yīng)出一個(gè)電流。該層的電阻率必須足夠高，使得該層中產(chǎn)生的電阻損失可以忽略不計(jì)。
除了該磁性感應(yīng)電流外，由于在電纜兩端處的直接接地，一個(gè)電容電流將流入該層內(nèi)。如果該層的電阻率太高，那么該電容電流將受到限制，使得在交變電壓期間，該層一些部分中的電位，可以與地面電位不同到這樣一種程度，以致功率變壓器／電抗器的除了實(shí)心絕緣體以外的區(qū)域?qū)⑹艿诫姂?yīng)力。通過(guò)使半導(dǎo)體層的若干點(diǎn)直接接地(最好是每圈繞組一個(gè)點(diǎn))，整個(gè)外層保持在地面電位，而如果該層的電導(dǎo)率足夠高，那么上述問(wèn)題的消除是有保證的。
外屏蔽的這個(gè)每圈一個(gè)點(diǎn)接地可以這樣實(shí)現(xiàn)，就是接地點(diǎn)安置在一根接通繞組的母線上，這些點(diǎn)沿該繞組的軸向長(zhǎng)度直接電連接到一根導(dǎo)電接地桿上，后者然后連接到公共接地電位上。
理想地，因?yàn)橥鈱又杏羞@樣一個(gè)高電阻率，所以需要幾個(gè)接地點(diǎn)圈，以保持損失盡可能小。每圈繞組設(shè)置任意數(shù)目的對(duì)應(yīng)外層的接地點(diǎn)，但每圈數(shù)目一致。這些接地點(diǎn)可以安置在一根通到繞組的母線上，與上述一個(gè)點(diǎn)接地相似，這些點(diǎn)沿繞組的軸向長(zhǎng)度直接連接到導(dǎo)電接地桿上，然后后者連接到共同的接地電位。但是，這假定各接地點(diǎn)的選擇是這樣實(shí)現(xiàn)的，就是在通向接地桿的連線中并不磁性地感應(yīng)出電流。為了保證這一點(diǎn)，在一優(yōu)選實(shí)施例中，接地點(diǎn)和接地桿之間的連接必須通過(guò)芯或軛。
在極端的情況下，這些繞組可以受到這樣快速的瞬時(shí)過(guò)載電壓，使得外半導(dǎo)體層的一些部分采取這樣一個(gè)電位，就是功率變壓器的除電纜絕緣體以外的面積都受到不希望有的電應(yīng)力。為了避免產(chǎn)生此種狀況，在該層與每圈繞組的接地點(diǎn)之間連接多個(gè)非線性元件，如火花隙、熱陰極充氣二極管、齊納二極管或可變電阻器。此外，通過(guò)在外絕緣層和地之間連接一個(gè)電容器，可以防止不希望有的電應(yīng)力。一個(gè)電容器也在50Hz處減小電壓。這種接地原理在下面稱作“間接接地”。
單個(gè)接地的接地路線通過(guò)下述器件之一連接到地面1)一個(gè)非線性元件，如火花隙或熱陰極充氣二極管；2)一個(gè)與電容器并聯(lián)的線性元件；3)一個(gè)電容器；或者是所有上述器件的組合。
根據(jù)本發(fā)明，如果所述無(wú)機(jī)澆注材料是一種不導(dǎo)電的澆注材料，那么就能得到功率變壓器／電抗器的一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，如果該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)?shù)?ε最好≤10)，那么就能得到功率變壓器／電抗器的一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，如果該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)高(ε最好＞10)，那么就能得到功率變壓器／電抗器的另一個(gè)有利的實(shí)施例。
與此相聯(lián)系，如果第二半導(dǎo)體層在每個(gè)繞組的兩端或鄰近處接地而且兩端之間的一個(gè)額外的點(diǎn)直接接地，那么這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，如果所述澆注材料是一種弱導(dǎo)電的澆注材料，那么就能得到功率變壓器／電抗器的又一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別有利的特點(diǎn)，可以說(shuō)，該基本上無(wú)機(jī)的澆注材料是導(dǎo)電的，最好只是弱導(dǎo)電。優(yōu)選的是其比電阻率ρ為1至100000Ωm，最好為10至10000Ωm。這允許簡(jiǎn)單而均勻分布的接地。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，該澆注材料包括混凝土。用混凝土為繞組的埋置體，可以得到許多優(yōu)點(diǎn)。與已知技術(shù)中有機(jī)樹(shù)脂相比，混凝土價(jià)廉而易于制造。如果需要，繞組的埋置體可在建造現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單地制成。
混凝土已被證明在機(jī)械抵抗力和剛性方面是卓越的。一臺(tái)具有埋置在混凝土中的繞組的變壓器／電抗器可以抵抗高的短路力，它可以防地震，呈現(xiàn)良好的聲學(xué)性能，并可以做成自支承。根據(jù)本發(fā)明，該變壓器／電抗器還可以在澆注期間就已經(jīng)設(shè)置冷卻，如水冷導(dǎo)管。
可以提到的另一些額外的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)變壓器／電抗器具有較高的熱導(dǎo)率和較高的比熱容，這相對(duì)于承受過(guò)載是特別重要的。
另一個(gè)并非不重要的顯著優(yōu)點(diǎn)是，除了絕緣體和導(dǎo)體的半導(dǎo)體層之外，該變壓器／電抗器不包含任何可以氧化的物質(zhì)或成分，它實(shí)際上不會(huì)燃燒或爆炸。
導(dǎo)電混凝土的例子公開(kāi)于M．Judge的“我們的靈活多變的朋友”(《新科學(xué)家》，1997年5月10日，44-48頁(yè))和“加拿大生產(chǎn)導(dǎo)電混凝土”(《科學(xué)》，276卷，1997年5月23日，1201頁(yè))中。通過(guò)混凝土的導(dǎo)電性，繞組可經(jīng)過(guò)混凝土直接接地，而不會(huì)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)混凝土的短路。第一篇文章中描述的混凝土利用超臨界二氧化碳固化，它由于提高的機(jī)械抵抗力和完全固化能力而特別適用。它的附加的優(yōu)點(diǎn)是可以任選地制造成具有比普通混凝土更低的比重。
根據(jù)一個(gè)有利的特點(diǎn)，該澆注材料包含至少一種填充劑，它可以是有利的，也可以是無(wú)機(jī)的。如果填充劑是有機(jī)的，那么它應(yīng)當(dāng)只以小量存在。對(duì)于高性能混凝土，它例如可以涉及小量的有機(jī)乳化劑或丙烯酸乳劑，如M．Tamai和K．Yamaguchi的“高聚合物水泥砂漿的性能”(日本科學(xué)技術(shù)，Vol．63，1977，P．7-11)或Y．Ohama，K．Demura和T．Uchyama的“聚合物改性砂漿在Koriyama和Sapporo戶外曝光10年后的耐氣候性”(同一出版物P．63)。
該填充劑可以有利地包括一種導(dǎo)電材料，后者使?jié)沧⒉牧铣蔀閷?dǎo)電。
根據(jù)本發(fā)明，如果該導(dǎo)電的澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)?shù)?ε最好≤10)，那么就能得到功率變壓器／電抗器的一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，如果該導(dǎo)電的澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)高(ε最好＞10)，那么就能得到功率變壓器／電抗器的另一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)另一個(gè)有利的實(shí)施例，該變壓器／電抗器的特征在于，所述澆注材料設(shè)有n個(gè)(n≥2)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，它們每個(gè)都直接接地，由此在繞組中的相應(yīng)的第二導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電機(jī)構(gòu)之間產(chǎn)生導(dǎo)電。
根據(jù)本發(fā)明，如果在至少一個(gè)繞組的至少一圈處有幾個(gè)點(diǎn)(n≥2)直接接地，那么就能得到功率變壓器／電抗器的另一有利的實(shí)施例。
在本文中，如果該n個(gè)直接接地的點(diǎn)這樣接地，使得該n個(gè)接地點(diǎn)之間的電連線將磁通量分成n個(gè)部分以便限制由于接地而產(chǎn)生的損失，那么這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
這方面的另一優(yōu)點(diǎn)是，如果繞組圍繞一個(gè)截面積A而每個(gè)繞組圈的周邊長(zhǎng)度為I，那么該n個(gè)接地點(diǎn)之間的電接線將該截面積A分成n個(gè)部分面積A1、A2、…、An，使得A=Σi=|nAi]]>并將所述長(zhǎng)度|分成n個(gè)區(qū)段11、12、……、1n，使得l=Σi=|nIi]]>而且該n個(gè)接地點(diǎn)之間的電接線這樣設(shè)置，使得每個(gè)區(qū)段1i的兩端電連接，以致于只有該部分面積Ai被一個(gè)由電接線和區(qū)段1i組成的回線包圍，并滿足條件φiφ=lil]]>其中φi是流過(guò)部分面積Ai的磁通量。
與此有關(guān)的另一優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)檎麄€(gè)截面積上通量密度B恒定，所以，如果n個(gè)接地點(diǎn)之間的電連線這樣設(shè)置，那么就滿足條件AiA=lil]]>這方面的另一優(yōu)點(diǎn)是，第二半導(dǎo)體層至少在每個(gè)繞組的兩端之間的一個(gè)點(diǎn)處是間接接地的。
根據(jù)本發(fā)明，如果利用一個(gè)連接在第二半導(dǎo)體層和地之間的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)間接接地，那么就能得到功率變壓器／電抗器的一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，如果利用一個(gè)連接在第二半導(dǎo)體層和地之間的具有非線性電壓-電流特性曲線的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)間接接地，那么就能得到功率變壓器／電抗器的另一個(gè)有利的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明，如果利用一個(gè)連接在第二半導(dǎo)體層和地之間的包括一個(gè)與電容器并聯(lián)而具有非線性電壓-電流特征的元件的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)間接接地，那么就能得到功率變壓器／電抗器的另一個(gè)有利的實(shí)施例。
另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該間接接地可以利用上述各種替代方法的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這方面的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該具有非線性電壓-電流特征的元件可以是火花隙、熱陰極充氣二極管、齊納二極管或可變電阻器。
關(guān)于填充劑，如上所述，它可以有利地包括一種導(dǎo)電材料，澆注材料利用該導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電。加入的導(dǎo)電材料的優(yōu)選例子為碳纖維、石墨、金屬微粒、細(xì)粒碳化煤等等。
根據(jù)另一特點(diǎn)，填充劑的特征在于，它包括一種介電常數(shù)(電容率)ε相當(dāng)高的試劑或材料，最好ε＞10。這有一個(gè)好處，就是可以獲得容性脈沖接地。一種合適材料的優(yōu)選例子是二氧化鈦。該相對(duì)介電常數(shù)也可以相當(dāng)?shù)?，最好是ε?0。填充劑的例子可以是產(chǎn)生氣體的添加劑，如鋁粉或浮石，其優(yōu)點(diǎn)還有可以降低混凝土的密度，由此減小變壓器／電抗器的重量。
該填充劑還可以有利地包括一種熱導(dǎo)率高的材料，如氧化鋁。這能提高冷卻容量。
根據(jù)另一個(gè)有利的特點(diǎn)，該填充劑可以包括一種比熱容高的材料，如皂石。由于這一點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明，該變壓器／電抗器可以承受高溫過(guò)載而不會(huì)損傷。
根據(jù)另一個(gè)有利的特點(diǎn)，該澆注材料包括增強(qiáng)元件，就是其功能對(duì)應(yīng)于常規(guī)增強(qiáng)混凝土中增強(qiáng)桿的功能的結(jié)構(gòu)件，該功能主要是吸收拉伸應(yīng)力。這些增強(qiáng)元件可以是導(dǎo)電的，例如為不銹鋼或其它金屬的結(jié)構(gòu)形式，最好不能磁化。這些機(jī)構(gòu)然后可以有利地同時(shí)用于連接地面電位。這些機(jī)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)成空心結(jié)構(gòu)件，最好是管子，由此同時(shí)形成冷卻導(dǎo)管。這些元件不要形成可能圍繞芯／磁通量的閉合圈。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，這些增強(qiáng)元件的特征可以是，它們是電絕緣的，例如用玻璃纖維或玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成。這些元件然后可以形成空心結(jié)構(gòu)件，最好是管子，由此可以同時(shí)形成冷卻導(dǎo)管。
應(yīng)當(dāng)注意到，可以將整個(gè)變壓器／電抗器埋置在澆注材料中。是埋置整個(gè)變壓器／電抗器還是只埋置其一部分或整個(gè)繞組可以因情況不同而不同，這例如可決定于可利用的空間。
或者是，繞組或變壓器／電抗器的一部分可以埋置在無(wú)機(jī)材料中，而其另一部分可以空氣冷卻或埋置在另一材料中，如已知材料環(huán)氧樹(shù)脂。
本發(fā)明既可應(yīng)用于包括一個(gè)用介電常數(shù)比空氣高的材料制成的芯的變壓器／電抗器，也可應(yīng)用于不包括此種芯的變壓器／電抗器。
根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，該繞組做成具有絕緣的導(dǎo)電體，該導(dǎo)電體包括至少一個(gè)載帶電流的導(dǎo)體，還包括設(shè)置成圍繞該載帶電流的導(dǎo)體的具有半導(dǎo)體性能的第一層，一個(gè)實(shí)心的絕緣層設(shè)置成圍繞該絕緣層，而一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第二層設(shè)置成圍繞該絕緣層，而且該繞組至少有一部分埋置在一種澆注材料中，后者基本上為無(wú)機(jī)材料。該方法在其它方面的特點(diǎn)類似于與變壓器／電抗器有關(guān)的權(quán)利要求。
最后，本發(fā)明涉及一種預(yù)制的繞組組件，它包括一個(gè)繞組并設(shè)計(jì)用于高壓變壓器／電抗器，在該繞組組件中，根據(jù)與變壓器／電抗器有關(guān)的權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)，該繞組的至少一部分埋置在一種無(wú)機(jī)澆注材料中。
在結(jié)論中應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)本發(fā)明，一種變壓器／電抗器當(dāng)其安裝在靠近居民區(qū)、辦公室、受到爆炸危險(xiǎn)的地點(diǎn)、遇到地震的區(qū)域等地點(diǎn)時(shí)，該變壓器／電抗器具有特點(diǎn)適用的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樯厦嫣岬降淖儔浩鳎娍蛊魇菬o(wú)聲運(yùn)行的、防爆炸的、防破壞的和防地震的。
為了增加對(duì)本發(fā)明的理解，下面參照附圖更詳細(xì)地描述一個(gè)不起限制作用的優(yōu)選實(shí)施例，其中

圖1表示一種具有三個(gè)繞組的常規(guī)變壓器的示意圖；圖2表示一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的變壓器的示意圖；圖3表示一種根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的變壓器的示意圖；圖4表示一種根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的變壓器的示意圖；圖5a根據(jù)本發(fā)明示意表示一個(gè)具有接地機(jī)構(gòu)的埋置的繞組的頂視圖；圖5b表示圖5a中埋置的繞組的示意透視圖；圖6表示每圈具有三個(gè)接地點(diǎn)的繞組的示意圖，這些繞組被包括在根據(jù)本發(fā)明的功率變壓器／電抗器中；圖7表示每圈繞組有一個(gè)直接接地點(diǎn)和兩個(gè)間接接地點(diǎn)的繞組的透視圖，這些繞組被包括根據(jù)本發(fā)明的功率變壓器／電抗器中；圖8a和8b分別表示用于間接接地的不同機(jī)構(gòu)；圖9表示一種適合于用作繞組的絕緣的導(dǎo)電體的截面圖。
圖1所示的變壓器1是常規(guī)的三相式，包括一個(gè)軛形狀的芯2并有三個(gè)繞組3。圖2表示一種相應(yīng)的變壓器5，其中繞組埋置在澆注材料中，最好是某種混凝土中。該埋置的繞組用標(biāo)號(hào)7表示，每個(gè)繞組裝有分別供低壓221和高壓222用的伸出的導(dǎo)體。每個(gè)示出的繞組分別通過(guò)澆注來(lái)埋置，使得形成空心的混凝土圓柱，它們穿在芯上。這具有好處，就是如果產(chǎn)生局部故障或局部損傷，只需替換具有附屬埋置體的一個(gè)繞組。
圖3表示具有另一種形狀的埋置體的變壓器10。示出的所有三個(gè)繞組都埋置在同一個(gè)埋置體中，埋置體為具有三個(gè)供繞組用的圓筒形開(kāi)孔的澆注體12。
圖4所示的變壓器有三個(gè)埋置的繞組16、17、18，在其它物件中示出兩種冷卻方案，其中冷卻管埋置在澆注材料中。埋置的繞組16表示用于徑向冷卻的埋置導(dǎo)管19，而埋置的繞組18表示用于軸向冷卻的導(dǎo)管21。同一埋置的繞組18也示意表示例示的接地機(jī)構(gòu)25。所有這些導(dǎo)管可以構(gòu)成增強(qiáng)部件。
圖5a和5b示意表示本發(fā)明的功率變壓器／電抗器的接地例子。從圖5a的頂視圖和圖5b的透視圖看到的變壓器／電抗器100包括芯101，其周圍至少設(shè)置一個(gè)繞組102。該繞組包圍在基本上無(wú)機(jī)的澆注材料如混凝土103中。在弱導(dǎo)電的混凝土內(nèi)設(shè)置四個(gè)電極1041、1042、1043、1044形式的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，因此這些機(jī)構(gòu)與導(dǎo)電混凝土103接觸。導(dǎo)電機(jī)構(gòu)的數(shù)目不一定必須是4。一般說(shuō)來(lái)，有n個(gè)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)，其中n≥2。如果繞組用上述高壓電纜60制造，那么第二半導(dǎo)體層64(比較圖9)和電極1041、1042、1043、1044之間形成導(dǎo)電?；炷量梢赃M(jìn)一步冷卻繞組。該實(shí)施例中的電極1041、1042、1043、1044直接利用電接線1081、1082、1083、1084(僅示于圖5a)直接接地到110，使得在芯的周圍不形成閉合圈。在一優(yōu)選實(shí)施例中的電接線(導(dǎo)體)1081、1082、1083、1084與芯這樣交叉(僅示意表示)，使得芯101的截面積A(以及由此而磁通量φ)被分為4個(gè)部分面積A1-A4。第二半導(dǎo)體層64(比較圖9)中的損失通過(guò)上述方式接地保持到最小。如果混凝土進(jìn)一步具有這樣調(diào)整的電導(dǎo)率，使得混凝土中的感應(yīng)電流不導(dǎo)致大損失，而電導(dǎo)率同時(shí)足以使高壓電纜的第二導(dǎo)電層接地，那么關(guān)于冷卻和接地的問(wèn)題就能同時(shí)解決。弱導(dǎo)電的澆注材料具有適當(dāng)?shù)谋入娮杪师?，處?至1000001Ωm的范圍內(nèi)，最好為10至10000Ωm。直接接地原理的進(jìn)一步描述可參見(jiàn)圖6。
其次，如果接地電極設(shè)置成盡可能接近繞組和它們相當(dāng)寬，以便增大電極和繞組之間的電容而有利于脈沖接地，那么這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
圖6表示每圈有三個(gè)接地點(diǎn)的繞組的透視圖，這些繞組包括在本發(fā)明的功率變壓器／電抗器中。圖6中指示的屬于功率變壓器／電抗器的芯腳用標(biāo)號(hào)20表示。芯腳20周圍設(shè)置兩個(gè)繞組221和222，它們用圖9中所示的高壓電纜60設(shè)計(jì)。沿徑向設(shè)置間隔機(jī)構(gòu)241、242、243、244、245、246，以保持繞組221和222就位。在圖6情況下，每圈繞組有六個(gè)間隔機(jī)構(gòu)。外半導(dǎo)體層在每個(gè)繞組221和222的兩端261和262；281和282處接地(比較圖9)。用黑體表示的間隔機(jī)構(gòu)241、243、245用于使每圈繞組得到三個(gè)接地點(diǎn)。因此這些間隔機(jī)構(gòu)241、243、245連接在高壓電纜10的半導(dǎo)體層上。在繞組222的周邊處和沿著繞組222的軸向長(zhǎng)度，間隔機(jī)構(gòu)241直接連接到第一接地機(jī)構(gòu)301上，間隔機(jī)構(gòu)243直接連接到第二接地機(jī)構(gòu)302上，而間隔機(jī)構(gòu)245直接連接到第三接地機(jī)構(gòu)303上。接地機(jī)構(gòu)301、302、303可以由接地桿301、302、303組成，它們連接到共用的接地電位32上。三個(gè)接地機(jī)構(gòu)301、302、303利用兩個(gè)電接線341、342(導(dǎo)體)連接。電接線341引入設(shè)置在芯腳20的第一槽36中，并連接到接地元件302和303上。電接線342引入設(shè)置在芯腳20的第二槽362中，并連接到接地元件301和303上。槽361、362這樣設(shè)置，使得芯腳20的截面積A(因此還有磁通量φ)分成三個(gè)部分面積A1、A2、A3。因此芯腳20被槽361、362分成三部分201、202、203。這導(dǎo)致電流與接地桿連接而不會(huì)受到磁性感應(yīng)。由于以上述方法接地，在第二半導(dǎo)體層中損失保持最小。
圖7表示每圈繞組有一個(gè)直接接地點(diǎn)和兩個(gè)間接接地點(diǎn)的繞組的透視圖，這些繞組包括在本發(fā)明的一個(gè)功率變壓器／電抗器中。圖7中指示的功率變壓器／電抗器的芯腳用標(biāo)號(hào)20表示。在此情況下，芯腳20周圍設(shè)置兩個(gè)繞組221和222，它們用圖9所示的高壓電纜60設(shè)計(jì)。繞組221和222用繞組圈的六個(gè)間隔機(jī)構(gòu)241、242、243、244、245、246保持就位。第二半導(dǎo)體層在每個(gè)繞組221、222的兩端261、262；281、282處接地(比較圖9)。用黑體表示的間隔機(jī)構(gòu)241、243、245用于在每圈繞組中獲得一個(gè)直接接地點(diǎn)和兩個(gè)間接接地點(diǎn)。間隔機(jī)構(gòu)241直接連接在第一接地機(jī)構(gòu)301上，間隔機(jī)構(gòu)243直接連接在第二接地機(jī)構(gòu)302上，而間隔機(jī)構(gòu)245直接連接在第三接地機(jī)構(gòu)303上。如圖7中所示，接地機(jī)構(gòu)301直接連接在地面36上，而接地機(jī)構(gòu)302、303間接接地。接地機(jī)構(gòu)302通過(guò)火花隙34串聯(lián)連接地地面上而間接接地。接地機(jī)構(gòu)303通過(guò)一個(gè)串聯(lián)電路連接到地面上而間接接地，該電路包括一個(gè)與電容器40并聯(lián)連接的火花隙。火花隙34和38是非線性元件的例子，也即一種具有非線性電壓-電流特性曲線的元件。
圖8a和8b分別表示用于接地的不同元件。圖8中利用電路50產(chǎn)生間接接地，電路50包括一個(gè)與電容器54并聯(lián)的具有非線性電壓-電流特性曲線的元件52。在該情況下，具有非線性電壓-電流特性曲線的元件52是火花隙52。元件52也可以是充氣二極管、齊納二極管或可變電阻。間接接地利用圖8b中的齊納二極管實(shí)現(xiàn)。
總起來(lái)說(shuō)，上述直接和間接接地的原理實(shí)際上以稍許不同的方式實(shí)現(xiàn)，取決于所用的無(wú)機(jī)澆注材料的性能。得到四種不同情況。
(1)繞組埋置在具有低的相對(duì)介電常數(shù)ε的不導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料中。直接接地根據(jù)圖6實(shí)現(xiàn)，而間接接地根據(jù)圖7實(shí)現(xiàn)。
(2)繞組埋置在具有高的相對(duì)介電常數(shù)ε的不導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料中。直接接地根據(jù)圖6實(shí)現(xiàn)，而間接接地依靠穿過(guò)無(wú)機(jī)材料對(duì)地面的高電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(3)繞組埋置在具有高的相對(duì)介電常數(shù)ε的弱導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料中。利用圖5的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)開(kāi)始。間接接地依靠穿過(guò)無(wú)機(jī)材料對(duì)地面的高電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。直接接地部分地遵循圖6所示的原理。因?yàn)闊o(wú)機(jī)材料是弱連接的，所以不需要圖6中所示的特定接地元件30。沿電纜的長(zhǎng)度在電纜的第二／外半導(dǎo)體層和弱導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料之間均勻地實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的接觸。電流隨后連續(xù)地流向?qū)щ姍C(jī)構(gòu)102，后者接收電流并引向地面中。但是，導(dǎo)電機(jī)構(gòu)用圖5-6中所示方式接地。
(4)繞組埋置在具有低的相對(duì)介電常數(shù)ε的弱導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料中。在該情況下也使用圖5的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。直接接地部分地遵循圖6的原理，而間接接地部分地遵循圖7的原理。差別在于，由于弱導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料，不需要如圖6和7中所示的特定接地元件30。沿第二／外半導(dǎo)體層和弱導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料之間的整個(gè)電纜實(shí)現(xiàn)均勻分布的對(duì)地接觸。電流隨后連續(xù)流向?qū)щ姍C(jī)構(gòu)102，后者接收電流并流向地面中。但是，導(dǎo)電機(jī)構(gòu)用圖5-7中所示的方式間接接地和直接接地。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，所有上述通過(guò)無(wú)機(jī)材料或通過(guò)分開(kāi)的機(jī)構(gòu)的直接或間接接地方法可以聯(lián)合／同時(shí)實(shí)現(xiàn)。
最后，圖9中示出一種電纜的截面，該電纜特別適合于用作本發(fā)明的變壓器／電抗器中的繞組。該電纜60包括至少一個(gè)載帶電流的導(dǎo)體61，它由第一半導(dǎo)體層62圍繞。第一半導(dǎo)體層62周圍設(shè)置絕緣層63，該絕緣層周圍又設(shè)置第二半導(dǎo)體層64。導(dǎo)電體61可以由若干股65組成。這三層這樣設(shè)置，使得它們互相附著，如果電纜彎曲會(huì)這樣。圖示的電纜是撓性的，在其使用壽命期間，一直保持該性能。圖9中例示的電纜與常規(guī)高壓電纜不同之處在于，省去了通常圍繞此種電纜的外部機(jī)構(gòu)保護(hù)套和金屬屏蔽。
本發(fā)明當(dāng)然包括附錄的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的變化和修改。它不限于變壓器／電抗器的芯用磁導(dǎo)率大于空氣的材料制成(如圖中所示)，但芯可以省掉。埋置體本身的尺寸、形式和形狀還可以改變。還可以強(qiáng)調(diào)，任何場(chǎng)合，在該有機(jī)澆注材料可以用一種有機(jī)澆注材料替代的例子中，當(dāng)可以應(yīng)用時(shí)，這樣一種改變應(yīng)當(dāng)被看作是本發(fā)明的一部分，也應(yīng)當(dāng)落入由附錄的權(quán)利要求書(shū)限定的發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種包括至少一個(gè)繞組的高壓變壓器／電抗器，其特征在于，該繞組利用絕緣的導(dǎo)電體(60)形成，該絕緣的導(dǎo)電體(60)包括至少一個(gè)載流導(dǎo)體(61)，還包括設(shè)置成圍繞該載流導(dǎo)體的具有半導(dǎo)體性能的第一層(62)；一個(gè)實(shí)心的絕緣層(63)，設(shè)置成圍繞在該第一層；和一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第二層(64)，設(shè)置成圍繞該絕緣層；此外該繞組至少有一部分埋置在一種澆注材料中。
2．如權(quán)利要求1所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料基本上為無(wú)機(jī)材料。
3．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，繞組內(nèi)產(chǎn)生的電場(chǎng)被包含在至少一繞組匝的繞組內(nèi)。
4．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該絕緣的導(dǎo)體由一根電纜最好是高壓電纜組成。
5．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，將該絕緣的導(dǎo)電體制造成具有導(dǎo)電體面積在80至3000mm2之間和具有電纜外徑在20至250mm之間。
6．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，將第二層(64)設(shè)置成使其形成一個(gè)圍繞載流導(dǎo)體(61)的基本上等電位的表面。
7．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，至少兩個(gè)相鄰的層具有基本上相等的熱膨脹系數(shù)。
8．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該絕緣導(dǎo)體或電纜(60)是撓性的，而三層中的每一層沿基本上整個(gè)連接表面實(shí)心地連接到相鄰的層上。
9．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，將這些層設(shè)置成，當(dāng)絕緣導(dǎo)體(60)或電纜彎曲時(shí)，這些層同樣互相附接。
10．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，這些澆注材料是非導(dǎo)電材料。
11．如權(quán)利要求10所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)?shù)?，最好ε?0。
12．如權(quán)利要求10所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)高，最好ε＞10。
13．如權(quán)利要求11-12中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，第二半導(dǎo)體層在每個(gè)繞組(221，222)的兩端(261，262；281，282)或其鄰近處接地，還有，兩端(261，262；281，282)之間的一個(gè)點(diǎn)直接接地。
14．如權(quán)利要求1-9中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料是導(dǎo)電的。
15．如權(quán)利要求14所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該導(dǎo)電澆注材料的比電阻率ρ處于1至100000Ωm的范圍內(nèi)。
16．如權(quán)利要求14所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該導(dǎo)電澆注材料的比電阻率ρ處于10至10000Ωm的范圍內(nèi)。
17．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料包括混凝土。
18．如權(quán)利要求17所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該混凝土是超臨界二氧化碳硬化混凝土。
19．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料包含至少一種填充劑。
20．如權(quán)利要求19所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種導(dǎo)電材料，澆注材料利用該導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電的。
21．如權(quán)利要求14-20中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)?shù)?，最好ε?0。
22．如權(quán)利要求14-20中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料的相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)高，最好ε＞10。
23．如權(quán)利要求21-22中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，所述澆注材料(103)設(shè)有n個(gè)(n≥2)導(dǎo)電機(jī)構(gòu)(1041-104n)，每個(gè)所述導(dǎo)電機(jī)構(gòu)(1041-104n)直接接地，由此，在繞組的相應(yīng)第二半導(dǎo)體層(64)和所述導(dǎo)電機(jī)構(gòu)(1041-104n)之間形成導(dǎo)電。
24．如權(quán)利要求13所述的變壓器／電抗器，其特征在于，至少在至少一個(gè)繞組(221，22n)的一匝處n(n≥2)個(gè)點(diǎn)直接接地。
25．如權(quán)利要求23-24中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該n個(gè)直接接地點(diǎn)以這樣一種方式接地，就是在n個(gè)接地點(diǎn)之間的電接線(341，342，……34n-1)將磁通量分成n部分，以限制由接地產(chǎn)生的損失。
26．當(dāng)從屬于權(quán)利要求11或21時(shí)，如權(quán)利要求25所述的變壓器／電抗器，其特征在于，第二半導(dǎo)體層(64)在每個(gè)繞組(221，222)的兩端(261，262；281，282)之間的至少一個(gè)點(diǎn)處間接接地。
27．如權(quán)利要求26所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該間接接地是利用連接在第二半導(dǎo)體層(64)和地面之間的電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
28．如權(quán)利要求26所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該間接接地是利用一個(gè)連接在第二半導(dǎo)體層(64)和地面之間的具有非線性的電壓一電流特性的曲線的元件(34)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
29．如權(quán)利要求26所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該間接接地是利用一個(gè)連接在第二半導(dǎo)體層(64)和地面之間的電路(38，40)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該電路有一個(gè)與電容器(40)并聯(lián)而具有非線性電壓-電流特性的元件(38)。
30．如權(quán)利要求26所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該間接接地是利用按權(quán)利要求27-29所述的各替代方案的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
31．如權(quán)利要求28-30中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，所述具有非線性電壓-電流特性曲線的元件的形式可以是火花隙(34，38，52)、熱陰極充氣二極管、齊納二極管(56)或可變電阻。
32．如權(quán)利要求17-31中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該導(dǎo)電材料為碳纖維、石墨、金屬顆粒、細(xì)晶狀碳化煤或類似物。
33．如權(quán)利要求19-20或22-32中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)高的試劑，最好ε＞10。
34．如權(quán)利要求33所述的變壓器／電抗器，其特征在于，所述機(jī)構(gòu)包括二氧化鈦。
35．如權(quán)利要求19-21或23-32中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種相對(duì)介電常數(shù)ε相當(dāng)?shù)偷奶砑觿?，最好ε?0。
36．如權(quán)利要求35所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種產(chǎn)生氣體的添加劑如鋁粉或浮石。
37．如權(quán)利要求19-36中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種具有高導(dǎo)熱率的材料。
38．如權(quán)利要求37所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括氧化鋁。
39．如權(quán)利要求19-38中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括一種具有高的比熱容量的材料。
40．如權(quán)利要求39所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括皂石。
41．如權(quán)利要求19-40中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該填充劑包括小量有機(jī)添加劑，如乳化劑或丙烯酸乳劑。
42．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，它包括埋置在澆注材料中的增強(qiáng)元件。
43．如權(quán)利要求42所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該增強(qiáng)元件是導(dǎo)電的。
44．當(dāng)從屬于權(quán)利要求23時(shí)，如權(quán)利要求23或25-43中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，所述增強(qiáng)元件形成導(dǎo)電機(jī)構(gòu)。
45．如權(quán)利要求42所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該增強(qiáng)元件是電絕緣的。
46．如權(quán)利要求42或45中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該增強(qiáng)元件同時(shí)形成冷卻導(dǎo)管。
47．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該絕緣導(dǎo)電體中的各層是用具有這樣一種彈性和這樣一種其熱膨脹系數(shù)之間關(guān)系的材料制成的，使得在操作期間由于溫度變化而產(chǎn)生的各層體積變化能夠以這樣的方式被材料的彈性所吸收，也就是，在操作期間產(chǎn)生的溫度變化時(shí)各層保持相互之間的貼靠。
48．如權(quán)利要求47所述的變壓器／電抗器，其特征在于，所述各層的材料具有高彈性。
49．如權(quán)利要求47-48中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，這些半導(dǎo)體層中的每一層都基本上構(gòu)成一個(gè)等電位面。
50．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，將繞組的一部分埋置在一種無(wú)機(jī)材料中，將繞組的一部分埋置在另一種材料中或完全不埋置在任何材料中。
51．如權(quán)利要求1-49中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，基本上整個(gè)變壓器都埋置在所述澆注材料中。
52．如權(quán)利要求1-50中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該變壓器／電抗器的一部分埋置在一種無(wú)機(jī)材料中和該變壓器／電抗器的一部分埋置在另一種材料中或完全不埋置在任何材料中。
53．如上述要求中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，它包括一個(gè)用具有比空氣高的磁導(dǎo)率的材料制成的芯。
54．如權(quán)利要求1-52中任何一項(xiàng)所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該變壓器／電抗器設(shè)計(jì)成沒(méi)有一個(gè)用其磁導(dǎo)率比空氣高的材料制成的芯。
55．如權(quán)利要求1所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料基本上是一種有機(jī)材料。
56．如權(quán)利要求55所述的變壓器／電抗器，其特征在于，該澆注材料是環(huán)氧樹(shù)脂。
57．一種制造供高電壓用的包括至少一個(gè)繞組的變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該繞組利用絕緣導(dǎo)電體(60)形成，該絕緣導(dǎo)電體(60)包括至少一個(gè)載流導(dǎo)體(61)，還包括被設(shè)置成圍繞該載流導(dǎo)體的具有半導(dǎo)體性能的第一層(62)；一個(gè)實(shí)心絕緣層(63)，被設(shè)置成圍繞該第一層；和一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第二層(64)，被設(shè)置成圍繞該絕緣層；而且該繞組的至少一部分被埋置在一種澆注材料中。
58．一種如權(quán)利要求57所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該澆注材料基本上為無(wú)機(jī)材料。
59．如權(quán)利要求57或58中所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該繞組是按照權(quán)利要求3-13、17-20、24-31、32-49中任何一項(xiàng)所述內(nèi)容設(shè)計(jì)的。
60．如權(quán)利要求57-59中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該澆注材料是按照權(quán)利要求3-9、14-23、28-31或32-49中任何一項(xiàng)所述內(nèi)容而制造的。
61．如權(quán)利要求57-60中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，繞組的一部分被埋置在一種無(wú)機(jī)材料中和繞組的一部分被埋置在另一種材料中或完全不埋置在任何材料中。
62．如權(quán)利要求57-60中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，基本上整個(gè)變壓器被埋置在澆注材料中。
63．如權(quán)利要求57-61中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，變壓器／電抗器的一部分埋置在一種無(wú)機(jī)材料中和變壓器／電抗器的一部分埋置在另一種材料中或完全不埋置在任何材料中。
64．如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，通過(guò)澆注的埋置在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
65．如權(quán)利要求57-63中任何一項(xiàng)所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該變壓器／電抗器是由包括埋置的繞組的預(yù)制組件制成的。
66．如權(quán)利要求57所述的制造變壓器／電抗器的方法，其特征在于，該澆注材料基本上是有機(jī)材料。
67．一種包括一繞組并適用于高壓變壓器／電抗器的預(yù)制繞組件，在該繞組組件中繞組的至少一部分根據(jù)權(quán)利要求1-56中任何一項(xiàng)被埋置在一種澆注材料中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括至少一個(gè)繞組的高壓變壓器/電抗器。其特征在于,該繞組利用絕緣的導(dǎo)電體(60)形成,該絕緣的導(dǎo)電體(60)包括至少一個(gè)載流導(dǎo)體(61),還包括設(shè)置成圍繞該載流導(dǎo)體的具有半導(dǎo)體性能的第一層(62);一個(gè)實(shí)心的絕緣層(63),被設(shè)置成圍繞該第一層;和一個(gè)具有半導(dǎo)體性能的第二層(64)被設(shè)置成圍繞該絕緣層;而且該繞組至少有一部分埋置在一種澆注材料中。此外本發(fā)明涉及一種制造該變壓器/電抗器的方法和一種預(yù)制的繞組組件。
文檔編號(hào)H01F27/32GK1279812SQ98811470
公開(kāi)日2001年1月10日 申請(qǐng)日期1998年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月27日
發(fā)明者T·許特, C·薩瑟, U·弗洛姆 申請(qǐng)人:Abb股份有限公司