專利名稱：靜止感應(yīng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜止感應(yīng)設(shè)備如變壓器或電抗器，特別涉及其繞組的絕緣結(jié)構(gòu)。
變壓器是包括一個或兩個繞組的靜止感應(yīng)設(shè)備。變壓器在用于電力傳輸?shù)碾娏ο到y(tǒng)中被廣泛地使用，并用于通過在等頻電路之間電磁感應(yīng)的應(yīng)用來轉(zhuǎn)換電流值和電壓值。另外，電抗器由一個或多個繞組組成，并用于增加電路或電力系統(tǒng)的電感。一般地，在內(nèi)部冷卻模式中，有油冷卻、氣體冷卻、液體冷卻、和空氣冷卻，而在外部冷卻模式中，有空氣冷卻、水冷卻、和其它冷卻形式。另外，在磁路中，有通過堆疊硅鋼片形成的鐵心和無鐵心的空氣心。
在任何情況中，形成繞組的導(dǎo)電體部分具有不同的電壓。導(dǎo)電體之間絕緣使用如用絕緣油和纖維絕緣材料的充油模式、充六氟化硫(SF6)氣體的模式、樹脂澆注模式、以及其它模式的絕緣模式。通常，這些絕緣模式包括絕緣性能互不相同的多種材料或?qū)拥膹?fù)合。從一方面，為了增強(qiáng)整體絕緣性能，在常規(guī)的變壓器或電抗器中，絕緣性能比固體低的絕緣介質(zhì)部分如油、氣體或形成為液體或氣體的空氣由固體絕緣層分割以減小絕緣介質(zhì)部分中的距離。例如，如在日本電氣工程協(xié)會(the Institute of Electrical Engineers of Japan)的“ElectricalEngineering Handbook”1988，第673-674頁所述，常規(guī)的變壓器構(gòu)造為高壓繞組、低壓繞組、鐵心和箱體之間的每個油層通過層間絕緣紙制成的絕緣間壁分隔。已公知通過減小油層寬度的距離能提高每單位距離油層的絕緣性能。即，通過層間絕緣紙制成的絕緣間壁分隔，油層寬度距離的減小不僅增強(qiáng)了絕緣強(qiáng)度而且增強(qiáng)了繞組間的絕緣性能，另外還能對絕緣部分形成的放電現(xiàn)象的發(fā)生有抑制效果，該放電現(xiàn)象可引起介質(zhì)擊穿。同樣，在氣體絕緣裝置中，由巴邢定律可知，分隔氣體部分用于每個氣體層寬度的距離減小，從而增強(qiáng)介質(zhì)擊穿電場。
此外，常規(guī)充油變壓器中出現(xiàn)的絕緣問題涉及所謂“流動起電(flow electrification)”的起電現(xiàn)象。通常，在充油變壓器中，油從繞組的較低部分流到其較高部分以用于冷卻。當(dāng)油與絕緣材料的表面接觸時，在油和絕緣材料之間邊界的附近發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。另外，由油流動引起的轉(zhuǎn)移電荷被帶走而產(chǎn)生電荷分離。從而，使油和絕緣材料帶相反極性的電荷。如果帶電電荷積累在絕緣材料的表面上，沿油層或絕緣件的表面局部出現(xiàn)強(qiáng)電場，這導(dǎo)致異常絕緣。為了防止這種流動起電，防范措施有(1)利用電量隨油流速度的減小而減少的特性，將油流速限制到某一極限值以下，以及(2)在油中加入添加劑以抑制電荷轉(zhuǎn)移。
日本未審實用新型申請公開No.(SHO)58-175618公開了一種技術(shù)，其中為了減小絕緣距離，絕緣紙被布置到圓柱形繞組之間以用絕緣紙作填充物。這利用了浸油固體絕緣層的絕緣性能比油層的絕緣性能高的事實。然而，由于其結(jié)構(gòu)和制造的精確性，繞組表面上的不規(guī)則性是不可避免的，該精確性表示在使得絕緣紙與繞組緊密接觸的實際中所遇到的困難。如果油層存在于繞組表面上，由于絕緣紙和油之間不同的介電常數(shù)，電場集中在油層中。另外，如上所述，由于油層比絕緣紙的絕緣性能差，所以形成不良的絕緣結(jié)構(gòu)。從而，難于使絕緣紙顯示其整體的絕緣性能。
到目前為止，防止絕緣結(jié)構(gòu)中缺點的方法被用于高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)中。對于大于1千伏的高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子繞組，使用所謂“成型線圈”的繞組。其結(jié)構(gòu)為多個絕緣涂敷的導(dǎo)體被捆扎并被合成樹脂和云母的復(fù)合固體絕緣覆蓋，并被嵌入鐵心中的箱體內(nèi)。在這些導(dǎo)體和固體絕緣之間和固體絕緣和鐵心之間產(chǎn)生氣隙，這是由例如在制造過程中、在開始/停止或在操作期間出現(xiàn)的應(yīng)力或劣化所產(chǎn)生，其在絕緣上構(gòu)成一個薄弱點并導(dǎo)致局部放電。在由Kaihatsusha(最初由H.Seuentz出版的”Herstellung der Wicklungen electrischer Maschinen”)出版的Hisayasu Mitsui等翻譯的“Manufacturing and Maintenance ofElectric Coil”1990，第133頁描述了防止這種情況的方法。即，所謂內(nèi)部電暈屏蔽的半導(dǎo)體層被布置在固體絕緣內(nèi)部以及固體絕緣和導(dǎo)體之間以相對于導(dǎo)體保持相同的電位，而所謂外部電暈屏蔽的半導(dǎo)體層被布置在固體絕緣外部以及固體絕緣和鐵心之間以相對于鐵心保持相同的電位。在此，半導(dǎo)體層被構(gòu)造為相對于固體絕緣具有高的附著力，從而在半導(dǎo)體層和導(dǎo)體之間或在半導(dǎo)體層和鐵心之間更易于形成氣隙。因此，甚至如果在半導(dǎo)體層和導(dǎo)體之間或在半導(dǎo)體層和鐵心之間形成氣隙，也能降低氣隙內(nèi)的電場，從而抑制局部放電的發(fā)生并防止絕緣結(jié)構(gòu)中薄弱點的出現(xiàn)。
如果將其中垂直于電場作用方向延伸的固體絕緣表面被上述半導(dǎo)體材料覆蓋的絕緣結(jié)構(gòu)用于變壓器或電抗器中，可防止絕緣性能的降低并可增強(qiáng)可靠性。用于變壓器或電抗器的這樣的絕緣結(jié)構(gòu)是已經(jīng)公開的，例如，在日本未審專利申請公開No.(HEI)10-6350或PCT國際公開No.WO97/45847中。然而，常規(guī)高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)被構(gòu)造為在整個繞組中，使得絕緣具有相同的厚度，以及絕緣中的電場在繞組高壓部分和低壓部分有很大的不同。換句話說，在絕緣的低電場部分，需要更大的體積用于絕緣，以及存在增大導(dǎo)體和鐵心空間系數(shù)的空間。另外，由于在高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)中的固體絕緣中復(fù)合有不同材料，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力出現(xiàn)時，在材料之間的邊界面中的薄弱點處產(chǎn)生氣隙以加速劣化，其縮短絕緣壽命。
下面描述PCT國際公開No.WO97/45847。這涉及具有通過卷繞絕緣導(dǎo)體形成的繞組的變壓器或電抗器，與固體電纜相似，絕緣導(dǎo)體包括同軸布置的第一半導(dǎo)體層、固體絕緣層和第二半導(dǎo)體層，沿此次序從內(nèi)向外布置。該PCT國際公開說明導(dǎo)體之間的部分用由半導(dǎo)體層包圍的固體絕緣來絕緣，從而整個電壓由于具有高絕緣可靠性的固體絕緣層是可保持的。然而，在這種常規(guī)技術(shù)中，由于以下兩個原因空間系數(shù)被減小，因此尺寸增加。一個原因是在提供到繞組之間或繞組和鐵心之間的正常電壓下需要不同絕緣特性的部分中，使用均勻的厚的絕緣層，其是用于經(jīng)受浪涌電壓期間的整個電壓所必需的。第二個原因是使用的導(dǎo)體具有圓形斷面從而在繞組外側(cè)的繞組之間形成有氣隙。另外，通常，在如在常規(guī)技術(shù)中固體絕緣的情況下，缺陷出現(xiàn)在固體絕緣層內(nèi)絕緣形成的過程中。甚至如果固體絕緣中這樣的缺陷是微小的從而難于通過測試來檢測，在超過幾十年的設(shè)備使用壽命期間，缺陷部分逐漸發(fā)展使設(shè)備使用壽命的縮短。
在電應(yīng)力中，變壓器或電抗器除接收正常電壓外，還接收由雷電沖擊引起的雷電浪涌電壓和如在斷路器、隔離開關(guān)等類似器件中出現(xiàn)的斷開/閉合沖擊的浪涌電壓。如在由Corona Co.，ltd出版的(最初由John Wiley&Sons，Inc.出版的L.F.Blume等的TransformerEngineering”1951，第444頁)，F(xiàn)umio Aoki翻譯的“TransformerEngineering”1972中所述，在浪涌電壓下，繞組的電壓分布與正常電壓分布不同，以及在構(gòu)成繞組最高電壓部分的線路端部和接地端或形成最低電壓部分的串聯(lián)端部，共享的電壓增加，從而增強(qiáng)絕緣是必要的。使得電壓分布更均勻的一種方法包括提供在與線路端部處的線圈相鄰的狀態(tài)下形成線路電位的電導(dǎo)體的靜電片，以及還包括在與接地端或串聯(lián)端處的線圈相鄰的狀態(tài)下布置端電位的靜電片。因此，在浪涌電壓情況下，可減小繞組端部的共享電壓。
更有效的另一個方法包括減小接地電容以使得主要取決于串聯(lián)電容的電壓分布接近于取決于繞組電感的正常電壓分布。因此，對于其中多個繞組被同軸布置的同軸布置繞組布置，常規(guī)技術(shù)應(yīng)用一種在繞組外部布置靜電屏蔽以增加繞組電容以及布置用于實現(xiàn)平衡接地電容的線路端部的方法，或應(yīng)用一種調(diào)整繞組中導(dǎo)體位置次序以增加繞組中串聯(lián)電容的方法。然而，不利地，這些方法使得繞組的制造復(fù)雜化。另外，問題存在于通過靜電屏蔽使得接地電容的減小不適用于其中多個繞組被交替卷繞在鐵心上的交替布置繞組。
如上所述，在常規(guī)靜止感應(yīng)設(shè)備的情形中，由于減小絕緣距離，構(gòu)成薄弱點的油層部分與絕緣紙或類似件緊密組合。然而，在將這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于如繞組和絕緣紙之間以及絕緣紙和絕緣紙之間的所有油隙的實際中遇到了困難。如在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情形中，當(dāng)垂直于電場作用方向延伸的固體絕緣的兩個表面都被半導(dǎo)體材料覆蓋時，獲得高的絕緣可靠性，但如果這種結(jié)構(gòu)被用于靜止感應(yīng)設(shè)備中，那么空間系數(shù)減小，因此增加了設(shè)備的體積。另外，在僅使用固體絕緣的情形中，減少設(shè)備使用壽命的缺陷出現(xiàn)在制造過程中。并且，由于繞組接地電容的存在，以及不等的串聯(lián)電容的出現(xiàn)，所以在浪涌電壓下電壓分布缺少均勻性，并且絕緣距離很長。此外，初始電壓分布缺少均勻性產(chǎn)生使隨后的電壓振蕩變得很強(qiáng)烈的問題。
因此，本發(fā)明旨在克服上述問題，以及本發(fā)明的一個目的是提供一種靜止感應(yīng)設(shè)備，其在浪涌電壓下具有優(yōu)秀的絕緣特性并且其適于消除在減小絕緣尺寸的繞組結(jié)構(gòu)上的絕緣薄弱部分，以及還適于檢測流動起電。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有繞組的靜止感應(yīng)設(shè)備，繞組包括多個線圈件和包圍線圈件的多個靜電屏蔽絕緣層，其中每個靜電屏蔽絕緣層包括電絕緣層、位于電絕緣層的內(nèi)表面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電層、和位于電絕緣層的外表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電層，以及一個或多個線圈件被靜電屏蔽絕緣層之一包圍以構(gòu)成一個線圈/屏蔽組合，而構(gòu)成線圈/屏蔽組合的線圈件之外的線圈件和線圈/屏蔽組合被所述一個靜電屏蔽絕緣層之外的靜電屏蔽絕緣層包圍。
在如上所述構(gòu)造的具有由多個線圈件和包圍線圈件的多個靜電屏蔽絕緣層組成的繞組的靜止感應(yīng)設(shè)備的情形中，每個靜電屏蔽絕緣層包括電絕緣層、位于電絕緣層的內(nèi)表面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電層、和位于電絕緣層的外表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電層，以及一個或多個線圈件被靜電屏蔽絕緣層之一包圍以構(gòu)成一個線圈/屏蔽組合，而構(gòu)成線圈/屏蔽組合的線圈件之外的線圈件和線圈/屏蔽組合被所述一個靜電屏蔽絕緣層之外的靜電屏蔽絕緣層包圍，由于線圈件的接地電容被屏蔽從而在浪涌電壓下電壓分布主要僅取決于靜電屏蔽絕緣層引起的串聯(lián)電容以使得線圈件之間產(chǎn)生的電壓與常規(guī)技術(shù)相比更加均勻，可減小繞組端部的局部高應(yīng)力以有利于在浪涌電壓下增強(qiáng)絕緣特性。另外，可消除絕緣薄弱點而無須精確地形成絕緣結(jié)構(gòu)，其中，例如，如常規(guī)技術(shù)中一樣，形成薄弱點部分的油層部分與絕緣紙或類似件緊密組合，以及可減小絕緣距離。此外，當(dāng)油用于冷卻目的的流通時，在靜電屏蔽絕緣層中，導(dǎo)電層減少由絕緣層表面上的冷卻油流一起生成的帶電電荷從而抑制流動起電。這能防止由帶電電荷引起的電場的劣化并能減少由流動起電引起的絕緣異常出現(xiàn)的可能性。
結(jié)合附圖根據(jù)下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特性、形式和優(yōu)點將更加明顯。


圖1是表示本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的變壓器的斷面圖；圖2是表示圖1中所示變壓器的線圈件布置的斷面圖；圖3是表示圖1中所示變壓器的靜電屏蔽絕緣層的斷面圖；圖4是用于說明圖1中所示變壓器繞組的電壓分布的等效電路圖；以及圖5是是表示本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的變壓器的斷面圖。
圖1是大致表示形成本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的靜止感應(yīng)設(shè)備的變壓器的右半部分的斷面圖，其左半部分具有類似結(jié)構(gòu)，省略其說明，從而提供一種鐵心型變壓器。另外，在實際中線圈件4的數(shù)量很大，而圖1中僅為了易于理解，所示的線圈件4和靜電屏蔽絕緣層6的數(shù)量被減少(圖5類似示出)。
在圖1中，標(biāo)號1表示構(gòu)成磁路的鐵心，標(biāo)號2和3分別表示設(shè)在鐵心1上并同軸布置的高壓繞組和低壓繞組。每個高壓繞組2和低壓繞組3被構(gòu)造為豎直地層疊多個盤狀線圈件4并依次將其連接，以及被形成為整體圓柱形結(jié)構(gòu)。低壓繞組3位于鐵心1的外側(cè)，而高壓繞組2位于低壓繞組3的外側(cè)。此外，標(biāo)號6表示與高壓繞組2和低壓繞組3連接的多個靜電屏蔽絕緣層并形成為包圍線圈件4的結(jié)構(gòu)，即，形成為空心環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其空心部分用于容納線圈件4以允許嵌套。標(biāo)號5表示位于高壓繞組2和低壓繞組3的線路端部側(cè)(說明中的上側(cè))上的電容器5，并被構(gòu)造為類似靜電屏蔽絕緣層6。這些電容器5并不圍繞線圈件4。標(biāo)號7表示用于容納上述部件1-6的箱體，該箱體7的內(nèi)部被填充有絕緣油。
圖2是表示線圈件4的斷面圖。在圖2中，標(biāo)號9表示用于組成高壓繞組2和低壓繞組3的電流路徑的導(dǎo)電體，其繞鐵心1布置。標(biāo)號10表示由如具有高導(dǎo)電性的銅或銅合金的金屬的直角線制成的導(dǎo)線，一個或多個導(dǎo)線10形成為每匝平行的導(dǎo)電體9。標(biāo)號11表示位于導(dǎo)線10表面上的線絕緣，線絕緣通過卷繞塑料膜或絕緣紙片形成、可選擇地通過用絕緣材料烘干涂覆形成，從而減少繞組中的渦流損失。標(biāo)號12表示形成在平行捆扎的導(dǎo)線10表面上的匝間絕緣，匝間絕緣通過卷繞塑料膜或絕緣紙片形成，從而實現(xiàn)匝間絕緣。
圖3是表示靜電屏蔽絕緣層6內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相對于線圈件4布置的斷面圖。在圖3中，標(biāo)號14表示由合成纖維板制成的電絕緣層，該電絕緣層用絕緣油浸漬。合成纖維板是具有連續(xù)微小空隙的固體，該空隙被填充有流體(液體或氣體)(在此，為絕緣油)，從而形成復(fù)合絕緣層。鑒于此原因，甚至如果在制造過程中或由于由時間引起的劣化在絕緣內(nèi)部或邊界面中出現(xiàn)缺陷，上述流體也可進(jìn)入缺陷部分以防止絕緣性能的降低。標(biāo)號15和16分別表示布置為使得其與電絕緣層14的內(nèi)表面?zhèn)群屯獗砻鎮(zhèn)染o密接觸的第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層。標(biāo)號17表示形成為薄薄地覆蓋第二導(dǎo)電層16的外表面?zhèn)鹊膶娱g絕緣層?？梢岳斫?，層間絕緣層17被形成在第一導(dǎo)電層15的內(nèi)表面?zhèn)壬?。上述的部?4至17構(gòu)成靜電屏蔽絕緣層6。另外，在說明中，為了易于理解，示出的靜電屏蔽絕緣層6的層14至17的厚度大于實際的厚度。由于上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)油用于冷卻目的流通時，在靜電屏蔽絕緣層中導(dǎo)電層減少與絕緣層表面上的冷卻油流一起成長的帶電電荷從而抑制流動起電。這能防止由帶電電荷引起的電場的畸變并能減少由流動起電引起的絕緣異常出現(xiàn)的可能性。
靜電屏蔽絕緣層61包圍一個線圈件41以形成一個線圈/屏蔽組合181，以及另一個靜電屏蔽絕緣層62包圍線圈/屏蔽組合181和另一個線圈件42以形成一個新的線圈/屏蔽組合182。用這樣的方式，如圖1所示，在高壓繞組2和低壓繞組3中，總體地，當(dāng)從線路端部側(cè)依次包圍線圈件4時多個靜電屏蔽絕緣層6布置為嵌套形式。另外，在圖3中，盡管示出每個線圈件41和線圈件42的一個，其也可以是兩個或更多線圈件。
因此，靜電屏蔽絕緣層6的這種結(jié)構(gòu)在線圈件4之間、高壓繞組和低壓繞組之間、在高壓繞組2和低壓繞組3與鐵心1之間、以及在高壓繞組2和低壓繞組3與箱體7之間在提供絕緣。
在靜電屏蔽絕緣層6的邊角部分的內(nèi)側(cè)上的每個凹口部分的結(jié)構(gòu)是使得電絕緣層14的凹口部分具有大于電絕緣層14厚度的彎曲半徑。因此，邊角部分的電場沒有集中在電絕緣層14中，并且其分布基本均勻，從而使得絕緣性能增強(qiáng)并減小了絕緣距離。相反，其彎曲半徑的減小致使很強(qiáng)的電場集中在所述部分的電絕緣層14中。然而，太小的彎曲減少靜電屏蔽絕緣層6的構(gòu)造自由度。即，難于將靜電屏蔽絕緣層6的結(jié)構(gòu)形成為取決于相對于線圈件4的位置的所需形狀。從而，這是不可取的。
此外，第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16大致覆蓋電絕緣層14的整個內(nèi)表面和外表面。然而，為了防止第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16經(jīng)受過多的熱量，以及防止由感應(yīng)繞組電壓的鐵心1中的主磁通引起的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16中環(huán)流所致的破壞，用于分割，在每個第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的至少一部分中形成小氣隙以避免在通過主磁通的鐵心1周圍形成完全封閉的曲部。
第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16被連接到用于電位控制的線圈件4的中間電位部分上。因此，在相鄰的靜電屏蔽絕緣層6中的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16相互連接。即，在參考圖3的描述中，靜電屏蔽絕緣層6的第二導(dǎo)電層16被連接到中間電位部分的一點上，而相鄰的另一個靜電屏蔽絕緣層62的第一導(dǎo)電層15被連接到相同的點上。用這樣的方式，靜電屏蔽絕緣層6的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16被依次相鄰連接。在圖1中，最外邊的靜電屏蔽絕緣層6的第二導(dǎo)電層16被連接到另一端側(cè)端子23(將參考圖4在下文描述)或接地電位部分上。因此，由于多個線圈件4的匝數(shù)相互近似相等，所以電絕緣層14中的電場相互近似等于靜電屏蔽絕緣層6之間的電場，以及靜電屏蔽絕緣層6外面的電場可達(dá)到零。鑒于此原因，可控制或減小靜電屏蔽絕緣層6和線圈件4之間的電場，從而增強(qiáng)絕緣性能并減小絕緣距離。
另外，由于使得第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的電位等于在內(nèi)部和外部線圈件4的電位，所以，第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16和線圈件4中的電場是可控的并是可減小的，從而實現(xiàn)絕緣性能的增強(qiáng)和絕緣距離的減小。
而且，由于使得第二導(dǎo)電層16的電位等于位于其相鄰?fù)鈧?cè)的靜電屏蔽絕緣層6的第一導(dǎo)電層15的電位，所以無須注意兩種導(dǎo)電層15和16的結(jié)構(gòu)之間的相互影響。換句話說，可增加構(gòu)造的自由度，并可將電場集中在具有高絕緣性能的電絕緣層中。這有利于增強(qiáng)絕緣性能并減小絕緣距離。
在另一方面，層間絕緣層17維護(hù)靜電屏蔽絕緣層6的互相相鄰的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16。這樣，相鄰的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16以多點相互接觸以形成回路從而在該回路磁通相互交鏈以防止環(huán)流出現(xiàn)。
由上述可見，例如，在正常電壓下的正常操作中，線圈件4的中間電位部分的電壓被施加到靜電屏蔽絕緣層6，其中第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16被連接到線圈件4上。因此，一個線圈件4的近似一半共享電壓被施加到線圈件4的端部和在靜電屏蔽絕緣層6的內(nèi)側(cè)上的第一導(dǎo)電層15之間，而一個線圈件4的一半電壓同樣被施加到位于外側(cè)的第二導(dǎo)電層和位于其外側(cè)的線圈件4的端部之間。此外，這些電壓由第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16和線圈件4中的油通道絕緣。從而，可使得第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16與線圈件4中的電位差最小，并可實現(xiàn)絕緣性能的增強(qiáng)和絕緣距離的減小。第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16與線圈件4之間以及相鄰的第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16之間的連接方式和連接位置并不限于上述情況，也可使用其它適當(dāng)?shù)母男?。另外，可以理解在第一?dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16沒有連接到線圈件4上的情況下通過靜電屏蔽絕緣層6的電容分割的電壓可以控制第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的電位。
圖4是用于說明繞組的電壓分布的等效電路。在圖4中，標(biāo)號22表示連接到圖1中最外面線圈件4中的繞組一端的線路端部端子。標(biāo)號23表示被連接到例如，接地部分、中性點、另一個繞組或接線的另一側(cè)端的另一側(cè)端子。端子23被連接到圖1中最低的線圈件4中的繞組的另一端。
在靜電屏蔽絕緣層6中，調(diào)整電絕緣層14的厚度、面積和介電常數(shù)以使得第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16之間的電容相互近似相等。電容器5的第一導(dǎo)電層被連接到線路端部端子22上，同時電容器5的第二導(dǎo)電層被連接到最里面的靜電屏蔽絕緣層6的第一導(dǎo)電層15上。為了增加電容51，也可以理解具有電容大于線圈件4中導(dǎo)體匝之間串聯(lián)電容的另一個電容器與電容器5并聯(lián)連接，或該電容可代替電容器5連接。另外，電容器可與最外面的靜電屏蔽絕緣層6并聯(lián)連接以增加電容52。即，也可以理解電容器被連接到最里面的靜電屏蔽絕緣層6的第一導(dǎo)電層15和線路端部端子22之間和/或連接到最外面的靜電屏蔽絕緣層6的第一導(dǎo)電層15和另一側(cè)端子23之間。
這里，端部的電容51和電容52被置為靜電屏蔽絕緣層6的電容的兩倍。如所述的，當(dāng)靜電屏蔽絕緣層6被連接到線圈件4的中間電位部分上時，電容51和52的繞組范圍是靜電屏蔽絕緣層6中包括繞組范圍的一半。從而，優(yōu)選電容51和52被置為相對于浪涌電壓下的電場分布的靜電屏蔽絕緣層6的電容的兩倍。因此，由于多個線圈件4的匝數(shù)相互幾乎相等，所以浪涌電壓下的電壓分布接近正常電壓下的電壓分布，其允許在浪涌電壓下繞組端部的局部高應(yīng)力的減弱。這能夠增強(qiáng)絕緣性能并減小絕緣距離。
由于線圈件4中的匝間的串聯(lián)電容足夠小于靜電屏蔽絕緣層6的電容，所以浪涌電壓下的初始電壓分布基本由靜電屏蔽絕緣層6以及電容51和52的串聯(lián)電路的電容確定。另外，通過調(diào)整靜電屏蔽絕緣層6和靜電電容51和52的電容，如上所述，使得其初始電壓分布接近于取決于繞組電感的正常電壓分布。即，使得線圈件4之間的電壓分配比接近于正常電壓下的電壓分配比。因此，浪涌電壓下匝間和線圈件4之間的局部應(yīng)力減弱。從而，在浪涌電壓下除增強(qiáng)絕緣性能之外，還可消除絕緣薄弱點部分而無須精確形成絕緣結(jié)構(gòu)，其中，例如，如常規(guī)技術(shù)中一樣形成薄弱點部分的油層部分與絕緣紙或類似件緊密組合，并可減小絕緣距離。此外，易于減小絕緣距離。
用作電絕緣層14的材料的合成纖維板是通過斗式篩濾、加熱和壓制、以及干燥由纖維素制成的漿制作的高密度板。合成纖維板具有高的絕緣油浸漬能力，并在油浸漬后具有高的絕緣性能。因此，可增強(qiáng)絕緣性能并能減小絕緣距離。絕緣性能的形成是由于具有流動性的絕緣介質(zhì)滲透以高密度硬化的纖維而填充其氣隙。甚至如果使用除纖維素之外的高密聚合纖維材料，也可構(gòu)成固體材料和絕緣油的復(fù)合絕緣。這可獲得類似于上述的效果。另外，在由聚合物材料制成的層壓膜的情況中，由于使用普通目的的材料，即，膜，所以可增強(qiáng)由聚合物材料制成的每層的強(qiáng)絕緣強(qiáng)度，并形成固體材料和絕緣油的復(fù)合絕緣。這種情況也可得到類似于上述的效果。例如，在由層疊云母或類似物所制成的薄層的材料的情況中，盡管其在滲透方向具有很好的絕緣強(qiáng)度，但如果使用沿層方向具有相當(dāng)?shù)偷慕^緣強(qiáng)度的高各向異性的材料并在層間浸漬絕緣油，也可增強(qiáng)絕緣性能并減小絕緣距離。而且，同樣在使用絕緣介質(zhì)和氣體的情況中，可獲得相同的效果。
另外，在上述描述中，盡管復(fù)合材料被用于靜電屏蔽絕緣層6，但固體絕緣材料的使用也可產(chǎn)生與上述相同的效果。
而且，第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16由具有1.01至10W，更好為約0.1W的表面電阻率的非磁性導(dǎo)電材料制成。第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的材料可使用由如銅、鋁、不銹鋼、或其它導(dǎo)電材料制成的薄膜或板，并還可使用如摻碳紙的摻紙導(dǎo)電材料。由于第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16是由非磁性材料制成的，所以，可控制電場而并不出現(xiàn)電流通過導(dǎo)電體時的磁場無序，其有利于增強(qiáng)絕緣性能。
此外，在應(yīng)用如摻碳紙的導(dǎo)電材料作為導(dǎo)電層的情況中，由于其是具有與電絕緣層相同的熱膨脹系數(shù)的材料，所以在難于溫度變化時如在制造過程中、在開始/停止、在操作期間出現(xiàn)導(dǎo)電層和絕緣層之間的結(jié)構(gòu)變化。另外，當(dāng)導(dǎo)電層和電絕緣層相互緊密接觸時，溫度變化引起的邊界面上的應(yīng)力是可減小的，從而抑制了層間空隙的出現(xiàn)。由于第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層用摻紙導(dǎo)電材料制成，所以可通過選擇導(dǎo)電材料纖維的長度、厚度和密度來控制第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層到所需的表面電阻率。此外，在使用紙作為電絕緣層的情況中，由于摻紙導(dǎo)電材料的基本材料是紙，所以易于與紙粘附。況且，由于其熱膨脹系數(shù)相互接近，可以防止由溫度變化或類似情況引起的絕緣性能下降。而且，絕緣油或類似物可方便地引入電絕緣層中。
第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的表面電阻率的上限由相同導(dǎo)電層中的電位在浪涌電壓下被置為常數(shù)的情況和由浪涌所致的熱量產(chǎn)生低于給定界限的情況所確定。另外，其下限由在第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16中磁通交鏈所致的渦流損失程度或由渦流損失所致的熱量產(chǎn)生低于給定界限的情況確定。為了限制這種渦流損失，第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16還可形成為梳狀或類似結(jié)構(gòu)以避免環(huán)流。在這種情況中，甚至如果在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層中出現(xiàn)磁通交鏈，也不出現(xiàn)渦流的大開口面積的回路，從而抑制渦流損失。而且，便于絕緣油在電絕緣層中的填充。
此外，在第一導(dǎo)電層和第二導(dǎo)電層是由導(dǎo)電板制成的情況中，可通過選擇板的材料復(fù)合、線徑和結(jié)構(gòu)來控制導(dǎo)電層到所需的表面電阻率，其能抑制由電流變化所致導(dǎo)電層中的熱量產(chǎn)生或渦流損失所致的熱量產(chǎn)生。另外，便于絕緣油或類似物在電絕緣層中的填充。而且，在第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16使用具有熱膨脹系數(shù)等于或接近于電絕緣層14的材料的情況中，即使在制造過程中或操作期間出現(xiàn)溫度變化，在導(dǎo)電層和絕緣層之間的邊界表面上產(chǎn)生的應(yīng)力可降低到一個很小值，從而減少了缺陷的產(chǎn)生。
靜電屏蔽絕緣層6包圍線圈件4，如1中所示，并需要在引至外部的連接引線部分、線圈件4之間的跨接部分和用于冷卻介質(zhì)的入口/出口處的靜電屏蔽絕緣層6中制作通孔。在這種情況中，由于電場集中在第一導(dǎo)電層15和第二導(dǎo)電層16的通孔形成部分即導(dǎo)電層端部上，形成電場削弱結(jié)構(gòu)。該電場削弱結(jié)構(gòu)能增加導(dǎo)電層端部的曲度，并能使用其中通孔端部被絕緣材料覆蓋的結(jié)構(gòu)。另外，可以理解一個或多個電場削弱電極被分隔地布置在通孔附近。而且，也可通過使用非線性電阻材料來防止導(dǎo)電層端部的電場削弱結(jié)構(gòu)的高電場。
下面描述本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。圖5是表示形成根據(jù)第二實施例的靜止感應(yīng)設(shè)備的變壓器的俯視斷面圖，并表示由鐵心包圍的繞組絕緣結(jié)構(gòu)。圖5大致說明殼式變壓器的上半部分，在此略去具有類似結(jié)構(gòu)的下半部分。
在圖5中，形成電流路徑的多個線圈件4被連接以構(gòu)成高壓繞組2和低壓繞組3。高壓繞組2和低壓繞組3沿鐵心1的柱部26布置。在說明中，高壓繞組2和低壓繞組3沿左手和右手方向被交替布置。其它示意性結(jié)構(gòu)與上述第一實施例類似并具有相同的效果。
盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明，易于理解這只是通過說明和例子的方式來描述，其并不可當(dāng)作限制，本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種包括繞組的靜止感應(yīng)設(shè)備，繞組由多個線圈件和包圍所述線圈件的多個靜電屏蔽絕緣層組成，其中每個所述靜電屏蔽絕緣層包括電絕緣層、位于所述電絕緣層的內(nèi)表面?zhèn)壬系牡谝粚?dǎo)電層、和位于所述電絕緣層的外表面?zhèn)壬系牡诙?dǎo)電層，以及一個或多個所述線圈件被所述靜電屏蔽絕緣層之一包圍以構(gòu)成一個線圈/屏蔽組合，而構(gòu)成所述線圈/屏蔽組合的所述線圈件之外的所述線圈件和所述線圈/屏蔽組合被所述一個靜電屏蔽絕緣層之外的所述靜電屏蔽絕緣層包圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述電絕緣層是復(fù)合絕緣層，其包括具有連續(xù)微小空隙的固體材料和填充所述空隙的流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，還包括層間絕緣層，用于覆蓋所述第一導(dǎo)電層的外表面?zhèn)群退龅诙?dǎo)電層的內(nèi)表面?zhèn)鹊闹辽僖粋€。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述靜電屏蔽絕緣層的所述第一和第二導(dǎo)電層分別被連接到在所述靜電屏蔽絕緣層的內(nèi)部和外部的所述線圈件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述第二導(dǎo)電層的電位被置為等于與帶有所述第二導(dǎo)電層的所述靜電屏蔽絕緣層的外側(cè)相鄰的所述靜電屏蔽絕緣層的所述第一導(dǎo)電層的電位。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述第一導(dǎo)電層被連接到與其內(nèi)側(cè)相鄰的所述線圈件的中間電位部分上，而所述第二導(dǎo)電層被連接到與其外側(cè)相鄰的所述線圈件的中間電位部分上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，具有電容大于所述線圈件的導(dǎo)體間串聯(lián)電容的一個電容器被連接到最里面的靜電屏蔽絕緣層的所述第一導(dǎo)電層和所述繞組一端之間和/或被連接到最外面的靜電屏蔽絕緣層的所述第一導(dǎo)電層和所述繞組的另一端之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，最里面的靜電屏蔽絕緣層的所述第一導(dǎo)電層和所述繞組一端之間和/或最外面的靜電屏蔽絕緣層的所述第一導(dǎo)電層和所述繞組的另一端之間的電容被置為是所述靜電屏蔽絕緣層的所述第一和第二導(dǎo)電層之間電容的兩倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，可調(diào)節(jié)每個所述靜電屏蔽絕緣層的第一和第二導(dǎo)電層之間的電容以控制每個所述靜電屏蔽絕緣層的電壓分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，制造所述電絕緣層的所述固體材料包括纖維素。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，形成所述電絕緣層的所述固體材料是以疊層狀態(tài)形成的聚合物材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，形成所述電絕緣層的所述固體材料是以疊層狀態(tài)形成的薄片材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層由非磁性導(dǎo)電材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜止感應(yīng)設(shè)備，其中，所述第一導(dǎo)電層和所述第二導(dǎo)電層包括熱膨脹系數(shù)等于所述電絕緣層的熱膨脹系數(shù)的導(dǎo)電材料。
全文摘要
提供一種浪涌電壓下絕緣性能優(yōu)秀的靜止感應(yīng)設(shè)備,接線端側(cè)上的線圈件被一個靜電屏蔽絕緣層包圍,以及線圈件和靜電屏蔽絕緣層與另一個線圈件一起被另一個靜電屏蔽絕緣層包圍,從而形成有序的嵌套結(jié)構(gòu)。每個靜電屏蔽絕緣層包括一個由合成纖維板制成的電絕緣層和設(shè)在電絕緣層的內(nèi)外側(cè)上的第一和第二導(dǎo)電層?？烧{(diào)節(jié)每個靜電屏蔽絕緣層的電容以控制浪涌電壓下的電位分布。
文檔編號H01F27/34GK1326201SQ00108758
公開日2001年12月12日 申請日期2000年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月1日
發(fā)明者伊藤惠一, 辻考誠, 長谷川武敏, 細(xì)川登, 石川清之, 鳥羽靖雄, 吉住安二 申請人:三菱電機(jī)株式會社