專利名稱：靜態(tài)感應(yīng)機(jī)及其電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜態(tài)感應(yīng)機(jī)，其包括至少一個(gè)包括至少一個(gè)細(xì)長的、具有導(dǎo)線的軟電纜的繞組，以及在感應(yīng)機(jī)工作期間，在冷卻劑的幫助下轉(zhuǎn)移導(dǎo)線中產(chǎn)生的多余熱量的冷卻裝置，其中導(dǎo)線為管狀并圍繞用于循環(huán)所述冷卻劑的連續(xù)管道。
本發(fā)明也涉及用于這種感應(yīng)機(jī)的電纜。
本發(fā)明尤其涉及用于系統(tǒng)電壓超過1千伏的靜態(tài)的感應(yīng)機(jī)，以及用于這種感應(yīng)機(jī)的電纜。
在上下本文中，“電纜”表示由固定的、連續(xù)的絕緣材料圍繞的導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
在用于傳送電能的電力系統(tǒng)中，采用由電纜組成繞組的靜態(tài)感應(yīng)機(jī)是公知的。在這里，“電力系統(tǒng)”表示電壓超過1千伏的系統(tǒng)，“靜態(tài)感應(yīng)機(jī)”表示不旋轉(zhuǎn)的感應(yīng)機(jī)，即，變壓器和電抗器。
已知的卷繞電纜的感應(yīng)機(jī)的問題，特別是用在大電流情況下，是在工作期間有效的轉(zhuǎn)移由于電纜中的導(dǎo)線的Joule效應(yīng)損耗產(chǎn)生的多余熱量的問題。在這里，“多余熱量”表示導(dǎo)致感應(yīng)機(jī)內(nèi)的溫度超過高于環(huán)境溫度的預(yù)定溫度的熱。已知的提供冷卻的方法是在繞組的匝間建立供引入的冷卻劑流動(dòng)的通道。通常，強(qiáng)制進(jìn)行冷卻，即，引入的冷卻劑借助泵或風(fēng)扇裝置流動(dòng)。
通過WO 98/34239 A1已知的冷卻方案中，所設(shè)計(jì)的繞組具有將預(yù)定的相鄰的繞組匝互相分隔開的隔離元件。從而在繞組中建立起流動(dòng)通道，其中風(fēng)扇裝置引入通常為空氣的氣體來流動(dòng)。在該文中，通常用導(dǎo)流罩將氣流引導(dǎo)到繞組中。但是，上述的冷卻裝置顯示出許多的缺點(diǎn)。首先，在繞組的匝間放置流動(dòng)通道意味著繞組要占據(jù)較大的體積。這使感應(yīng)機(jī)較大，在某些應(yīng)用中可能是不利的，例如，在變壓器中希望繞組的填充系數(shù)較高時(shí)。將氣流引導(dǎo)到繞組中的導(dǎo)流罩也使感應(yīng)機(jī)的尺寸顯著增加，并使感應(yīng)機(jī)的制造成本增加。其次，由于由流動(dòng)通道隔開的相鄰的繞組匝不能互相支撐，所以在繞組中的流動(dòng)通道構(gòu)成損害。這些損害使繞組對(duì)在電力系統(tǒng)中短路期間上升的力更敏感。第三，目前發(fā)展的趨勢(shì)是在感應(yīng)機(jī)中比以前更高的電流，這就要求在氣冷感應(yīng)機(jī)中比以前更高的流動(dòng)速度以提供有效的冷卻。這使風(fēng)扇裝置必須消耗大量的能源。
已知的另一個(gè)冷卻裝置中，流動(dòng)通道用通常為聚合物材料的電絕緣材料的冷卻管形成，其中冷卻管從繞組匝間通過。抽取裝置通過冷卻管抽取液體，例如，去離子水。但是，由于流動(dòng)通道增加了繞組的體積并降低了其經(jīng)受短路力的能力，所以這種液冷裝置表現(xiàn)出與上述氣冷裝置相同的缺點(diǎn)。此外，進(jìn)一步的問題出現(xiàn)了。至少在有限的程度上，聚合物材料的液體的滲透性構(gòu)成了冷卻液透過冷卻管滲透到圍繞著電纜中的導(dǎo)線的絕緣層中的危險(xiǎn)。在工作期間，由于交變電流通過導(dǎo)線而在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的交變電場(chǎng)的作用下，冷卻液可以在絕緣層中形成所謂的水樹(water tree)。這是不希望出現(xiàn)的，因?yàn)樗畼涞男纬蓽p弱了絕緣層的絕緣強(qiáng)度。在冷卻管中也可以形成不希望出現(xiàn)的水樹。
通過說明一種用于高壓感應(yīng)裝置的電力電纜的GB 2332557 A可知另一個(gè)冷卻裝置。電力電纜包括流過冷卻液的金屬冷卻管或內(nèi)部支撐。其目的是將電力電纜冷卻到低溫，并且所述冷卻管由金屬組成，例如，銅和鎳的合金。
但是，由導(dǎo)電材料的冷卻管與電纜纏繞在一起的電纜卷繞的感應(yīng)機(jī)顯示出了很大的缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)是在感應(yīng)機(jī)中的磁通量導(dǎo)致在冷卻管中產(chǎn)生電流。其結(jié)果是冷卻管被加熱并產(chǎn)生不希望的損耗。該問題隨著頻率和感應(yīng)機(jī)工作的電力系統(tǒng)的額定輸出而增加。
本發(fā)明的說明本發(fā)明的目的是提供一種具有能夠完全或部分克服上述缺點(diǎn)和問題的有新的冷卻裝置的靜態(tài)感應(yīng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)機(jī)和電纜的特征在于電纜包括布置在導(dǎo)線中并形成所述通道的聚合物材料的冷卻管。
通過布置在導(dǎo)線內(nèi)部的通道，從而提供有效的冷卻。冷卻劑在靠近熱源，即，電纜的導(dǎo)線，的地方發(fā)揮作用，前面所說的熱量被冷卻劑帶走之前，多余的熱量不會(huì)透過電纜的絕緣層，此外，冷卻劑起作用的區(qū)域是在常規(guī)電纜中被稱作“熱點(diǎn)”的溫度最高的區(qū)域，即，在電纜的中心部分，使冷卻的效率更高。此外，設(shè)置在導(dǎo)線中的通道不受導(dǎo)線中的電流產(chǎn)生的交變電場(chǎng)的影響。因此，避免了在冷卻管中水樹形成的問題。此外，通過將放置在導(dǎo)線中的通道，相鄰的繞組匝可以互相緊挨著放置，從而形成能夠很好地吸收短路電力的穩(wěn)定的繞組結(jié)構(gòu)。
通過聚合物材料的冷卻管避免了在冷卻管中感應(yīng)出電流。由此，根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)機(jī)的損耗，與用導(dǎo)電材料的冷卻管的電纜的電纜卷繞感應(yīng)機(jī)相比，被顯著地降低了。另外，與金屬相比，聚合物材料是柔軟的，從而提供容易處理的電纜，并由此有利于繞組的形成。
附圖簡(jiǎn)要說明下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，其中

圖1示意性的示出了電纜卷繞的電抗器，圖2示出了根據(jù)圖1形成電抗器的部分的電纜的剖開圖，以及圖3示出了根據(jù)圖1的電纜的端部。
實(shí)施例的說明圖1以電抗器的形式示出了電纜卷繞的靜態(tài)感應(yīng)機(jī)的部分。電抗器用作HVDC系統(tǒng)(未示出)中的換流器和HVAC系統(tǒng)(未示出)中的相導(dǎo)體之間的連接，以衰減換流器產(chǎn)生的諧波。電抗器包括承載卷繞的電纜1的支撐結(jié)構(gòu)，未示出，從而形成圍繞形成電抗器的填充空氣的中心部分3的圓柱形繞組2。在該連接中，電纜1用來輸送電流，以在空氣芯3中產(chǎn)生磁通。在圖2中示出了電纜的剖開部分。電纜具有基本為圓形的剖面，并包括沿電纜的縱軸放置的細(xì)長的、柔軟的冷卻管4、圍繞冷卻管4的擴(kuò)散層5、圍繞擴(kuò)散層5的半導(dǎo)體層6、圍繞半導(dǎo)體層6的導(dǎo)線7、圍繞導(dǎo)線7的支撐層8和圍繞支撐層8的絕緣層9。冷卻管4形成占據(jù)電纜1的中心部分的通道10，在通道10中流動(dòng)乙二醇和水的混合物形式的冷卻劑。冷卻管4由聚合物材料制成，優(yōu)選交聯(lián)的聚乙烯(PEX)。由于在有限的程度上聚合物材料能透過液體，所以在管的包層表面設(shè)置擴(kuò)散層5，以確保乙二醇-水的混合物不會(huì)滲透到電纜1的外側(cè)部分并在絕緣層中形成水樹。擴(kuò)散層5優(yōu)選由聚乙烯疊層鋁帶組成，成螺旋型緊緊地纏繞在冷卻管4上，并且在電抗器的空氣芯3中的磁通只產(chǎn)生很小的電流。位于擴(kuò)散層5上的半導(dǎo)體層6由混有磨碎的煤粉的聚乙烯構(gòu)成，形成電纜1的導(dǎo)線7的子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)線7為管狀。在所示的實(shí)施例中，導(dǎo)線7由多個(gè)涂漆的互相緊密排列的鋁線組成，并在半導(dǎo)體層6上纏繞為一層。支撐層8由聚丙烯共聚物(PP共聚物)帶組成，在電纜1的制造過程中纏繞在導(dǎo)線7上，以防止在將絕緣層9擠壓到電纜1上時(shí)絕緣層9的聚合物材料進(jìn)入鋁線之間。絕緣層9優(yōu)選由PEX組成。
電纜在兩個(gè)端部11和12之間延伸，11和12分別位于螺旋狀繞組2的兩個(gè)相對(duì)端面的一端。在圖3中示出了其中的一個(gè)端部。在端部11和12，從電纜1上去掉絕緣層9和支撐層8。在每個(gè)端部11和12，冷卻管4與擴(kuò)散層5一起通過半導(dǎo)體層6和導(dǎo)線7中的開口引出，并且在每個(gè)端部11和12與將乙二醇和水的混合物引導(dǎo)到抽取和熱交換裝置(未示出)的連接管(未示出)相連。在每個(gè)端部11和12，導(dǎo)線7與冷卻管4分離之后電連接到用于連接的連接器13和14，連接器13和14分別連接到HVDC系統(tǒng)的換流器(未示出)和HVAC系統(tǒng)的一個(gè)相導(dǎo)體(未示出)上。
上面通過電纜卷繞的空心單相電抗器說明了本發(fā)明的原理。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也可用于其它類型的電纜卷繞的靜態(tài)感應(yīng)機(jī)，例如，電纜卷繞的三相鐵心電力變壓器。
在上述的實(shí)施例中，冷卻劑為乙二醇和水的混合物。但是，在其它應(yīng)用中，可采用其它冷卻劑，例如，去離子水，或氣體冷卻劑，例如，空氣。在某些應(yīng)用中，可以省略擴(kuò)散層。但是，最重要的是電纜的組成部分是柔軟的，從而在感應(yīng)機(jī)的制造過程中能夠順從地形成電纜。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)感應(yīng)機(jī)，其包括至少一個(gè)包括至少一個(gè)細(xì)長的、有電導(dǎo)線(7)的柔性電纜(1)的繞組(2)，以及在感應(yīng)機(jī)工作期間，在冷卻劑的幫助下轉(zhuǎn)移導(dǎo)線(7)中產(chǎn)生的多余熱量的冷卻裝置，其中導(dǎo)線(7)為管狀并圍繞用于循環(huán)所述冷卻劑的連續(xù)管道(10)，其特征在于電纜(1)包括布置在導(dǎo)線(7)中并形成所述通道(10)的聚合物材料的冷卻管(4)。
2.如權(quán)利要求1中的感應(yīng)機(jī)，其特征在于聚合物材料為交聯(lián)聚乙烯。
3.如權(quán)利要求1或2中的感應(yīng)機(jī)，其特征在于不能透過冷卻劑的擴(kuò)散層(5)設(shè)置在冷卻管(4)的包層表面。
4.如權(quán)利要求3中的感應(yīng)機(jī)，其特征在于擴(kuò)散層(5)由聚乙烯疊層鋁帶組成。
5.如權(quán)利要求1-4中的任一個(gè)的感應(yīng)機(jī)，其特征在于冷卻劑為乙二醇和水的混合物。
6.如權(quán)利要求1-5中的任一個(gè)的感應(yīng)機(jī)，其特征在于電纜(1)包括圍繞導(dǎo)線(7)的聚合物材料的固定的電絕緣層(9)。
7.如權(quán)利要求1-6中的任一個(gè)的感應(yīng)機(jī)，其特征在于通道(10)占據(jù)電纜(1)的中心部分。
8.一種細(xì)長的、柔軟的電纜(1)，其包括電導(dǎo)線(7)和圍繞導(dǎo)線(7)的聚合物材料的固定的電絕緣層(9)，該電纜(1)用于形成在靜態(tài)感應(yīng)機(jī)中的繞組(2)，其中設(shè)置有冷卻裝置，在感應(yīng)機(jī)工作期間借助冷卻劑轉(zhuǎn)移導(dǎo)線(7)中產(chǎn)生的多余熱量，導(dǎo)線(7)為管狀并圍繞用于循環(huán)所述冷卻劑的連續(xù)管道(10)，其特征在于電纜(1)包括布置在導(dǎo)線(7)中并形成所述通道(10)的聚合物材料的冷卻管(4)。
9.如權(quán)利要求8的電纜，其特征在于聚合物材料為交聯(lián)聚乙烯。
10.如權(quán)利要求8或9的電纜，其特征在于不能透過冷卻劑的擴(kuò)散層(5)設(shè)置在冷卻管(4)的包層表面。
11.如權(quán)利要求8-10中任一個(gè)的電纜，其特征在于通道(10)占據(jù)電纜(1)的中心部分。
全文摘要
一種靜態(tài)感應(yīng)機(jī)包括細(xì)長的、具有導(dǎo)線(7)的軟電纜(1)的繞組(2)，以及在感應(yīng)機(jī)工作期間，在冷卻劑的幫助下轉(zhuǎn)移導(dǎo)線(7)中產(chǎn)生的多余熱量的冷卻裝置，其中導(dǎo)線為管狀，并圍繞用于循環(huán)所述冷卻劑的連續(xù)管道(10)。根據(jù)本發(fā)明，電纜包括布置在導(dǎo)線中并形成所述通道的聚合物材料的冷卻管(4)。本發(fā)明還涉及用于這種感應(yīng)機(jī)的電纜。
文檔編號(hào)H01F27/16GK1426589SQ0180866
公開日2003年6月25日 申請(qǐng)日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月28日
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