專利名稱：用于被液體冷卻的繞組的導(dǎo)線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1前序部分所述的用于被液體冷卻的繞組、尤其是用于變壓器繞組或扼流圈的導(dǎo)線。本發(fā)明另外還涉及一種相應(yīng)的被液體冷卻的變壓器和一種被液體冷卻的扼流圈。
一種充滿油的變壓器或類似的大功率電氣設(shè)備的繞組在用上述類型的導(dǎo)線構(gòu)成時(shí)，通?？逃杏糜趯?dǎo)引一種冷卻液體例如油的冷卻通道，以便將電阻損失產(chǎn)生的熱量帶走。所述在導(dǎo)線中產(chǎn)生的熱量在此必須通過一個(gè)通常直接貼靠在導(dǎo)線上的典型地由紙制成的絕緣外殼和一個(gè)在該外殼表面上形成的邊界層排出。在此，在所述外殼和邊界層中都會(huì)產(chǎn)生溫度梯度，由此在導(dǎo)線和冷卻液體之間會(huì)有溫差。當(dāng)有待排走的熱量值一定時(shí)，所述溫差就成為一個(gè)選擇所述導(dǎo)線和相應(yīng)繞組的尺寸的決定性參數(shù)。
因此，為了保證有足夠良好的冷卻效果，尤其對(duì)于用現(xiàn)有技術(shù)中已知的導(dǎo)線制成的繞組的尺寸通常必須選擇得比所期望的還要大。在專利文獻(xiàn)EP 0746861B1和EP 1079500A1中已知用于變壓器線圈的導(dǎo)線，該導(dǎo)線用多根分導(dǎo)線構(gòu)成并具有一種穿孔的或網(wǎng)眼狀的外殼，以使得相應(yīng)的冷卻液體流動(dòng)穿過該外殼并由此可繞流各根分導(dǎo)線。這樣雖然實(shí)現(xiàn)了更好的冷卻效果，卻付出了導(dǎo)線的絕緣效果明顯更糟的代價(jià)，因?yàn)榇藭r(shí)并不對(duì)整個(gè)導(dǎo)線進(jìn)行絕緣，而是僅僅用一薄的絕緣漆層來對(duì)各單根分導(dǎo)線進(jìn)行絕緣。因此，這樣一種導(dǎo)線僅僅可應(yīng)用在大約25千伏以下的較小工作電壓下，這是因?yàn)楦叩墓ぷ麟妷阂髮?dǎo)線的外殼完全封閉。
因此，本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種新型的用于制造被液體冷卻的繞組的導(dǎo)線，該導(dǎo)線即便在更高的工作電壓下也可被較好地冷卻，因此，相應(yīng)的電氣設(shè)備也可設(shè)計(jì)得更小些。
上述目的通過一種如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線和如權(quán)利要求13所述的變壓器和扼流圈得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)可從從屬權(quán)利要求中獲知。
按照本發(fā)明，所述導(dǎo)線具有將其整個(gè)包裹起來的一絕緣外殼，其中，所述外殼中的至少一層將該導(dǎo)線完全覆蓋地包裹，但同時(shí)組成所述外殼的總共至少兩層中的一外層具有開孔、網(wǎng)眼或流蘇。由此一方面實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線良好的電絕緣并由此使得該導(dǎo)線也適用于在很高的電壓下工作，另一方面又將所述導(dǎo)線的表面或所述導(dǎo)線的外殼構(gòu)造成，使得繞流所述導(dǎo)線的冷卻液體或至少冷卻液體與該導(dǎo)線貼靠的邊界層處于紊流狀態(tài)。由此可明顯改善在導(dǎo)線表面上的熱交換，從而改善繞流導(dǎo)線的冷卻液體的冷卻效果，進(jìn)而允許帶有用這種導(dǎo)線制成的繞組的被冷卻液體冷卻的電氣設(shè)備有更緊湊的結(jié)構(gòu)。尤其是液冷式的扼流圈或變壓器中的至少一個(gè)繞組、優(yōu)選每個(gè)繞組都由這種導(dǎo)線構(gòu)成，這樣的扼流圈或變壓器就可以相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中已公知的電氣設(shè)備用更小的尺寸制成和/或適用于更大的工作電壓。在這樣的情況下，盡管冷卻液體不能貫通流過所述外殼并因此在導(dǎo)線由多個(gè)分導(dǎo)線構(gòu)成時(shí)而不能逐個(gè)繞流這些分導(dǎo)線，也仍能實(shí)現(xiàn)改善冷卻效果的優(yōu)點(diǎn)。作為替代所述開孔和/或網(wǎng)眼或另外輔助性地用于產(chǎn)生紊流的措施，設(shè)置在所述外殼的外層上的流蘇在本申請(qǐng)文件中被描述為所述外層從導(dǎo)線上呈小旗狀地突伸出的部段。
所述導(dǎo)線外殼的一層可通過用一扁平的材料纏繞所述導(dǎo)線來構(gòu)成，優(yōu)選用一帶條螺旋狀地纏繞導(dǎo)線。由此可特別簡(jiǎn)單地制成所述外殼或該外殼上的相應(yīng)層。當(dāng)然所述外殼的多層或所有層都這樣來構(gòu)成。一種特別適合于制造該外殼的一層或多層的材料是具有良好的絕緣性、廉價(jià)且基于高彈性易于加工的紙。尤其是構(gòu)成所述外殼完全包封導(dǎo)線的部分的一層外殼層或多層外殼層可分別由一簡(jiǎn)單的紙帶組成。
按照本發(fā)明的一種為便于特別簡(jiǎn)單和廉價(jià)地制造導(dǎo)線而對(duì)于導(dǎo)線的設(shè)計(jì)，即便是外層也可由紙制成，該紙為形成開孔被穿孔打眼，由此可實(shí)現(xiàn)所期望的導(dǎo)線的表面特性。在另一種同樣簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中，所述外層由一螺旋狀地纏繞導(dǎo)線的帶條構(gòu)成，該帶條的一邊緣按不太大的間隔被多次切割，使得該邊緣構(gòu)成從所述導(dǎo)線突伸出的一些小旗或流蘇，它們也可按期望的那樣影響冷卻液體的流動(dòng)。該帶條的各切割口之間的間距也可有變化，為實(shí)現(xiàn)特別好的紊流效果，所述切割間隔的尺寸例如可在導(dǎo)線直徑的十分之一至五分之一之間。即便在這樣設(shè)計(jì)所述外殼的外層時(shí)，該外層也可用紙制成。
另一種同樣特別簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)所述外殼外層并有利地影響冷卻液體的流動(dòng)狀況的技術(shù)方案是，采用一個(gè)網(wǎng)或織物來構(gòu)成所述外層。這樣的網(wǎng)或織物為了足夠穩(wěn)定和本身不導(dǎo)電可由塑料或塑料纖維制成，例如由聚酰胺或尼龍制成。視所采用的冷卻液體的具體粘性，為實(shí)現(xiàn)所期待的紊流效果，這種網(wǎng)或織物的網(wǎng)眼的直徑例如可在1mm和15mm之間，典型地在1.5mm至5mm之間。這樣形成的所述導(dǎo)線或所述導(dǎo)線外殼的表面結(jié)構(gòu)可將冷卻液體的邊界層流破壞，由此可形成相應(yīng)典型尺度的紊流。
在按照本發(fā)明的上述所有設(shè)計(jì)中，所述冷卻液體的流動(dòng)或其邊界層流不僅可局部受限，而且通過對(duì)導(dǎo)線的整個(gè)表面進(jìn)行處理不僅可局部而且可大面積地改善熱交換。在對(duì)所述外層穿孔或打眼時(shí)，當(dāng)開孔的直徑在2mm和10mm之間時(shí)會(huì)有特別好的效果。在典型的冷卻液體和流速的情況下，開孔直徑在3mm至7mm之間被證明最佳。當(dāng)所述外殼的帶有開孔或網(wǎng)眼的外層覆蓋其下層的覆蓋率在30％至80％之間，也就是說由于所述開孔或網(wǎng)眼使得下層的20％至70％的面積不被覆蓋時(shí)，則能特別均勻地影響流動(dòng)，進(jìn)而有助于大面積地形成紊流。當(dāng)所述外層設(shè)計(jì)成帶有前述類型的流蘇時(shí)，也同理需要有利地注意到，所述外層前后間隔的組成部分沿導(dǎo)線的縱向看相互間隔不能超過大約一個(gè)導(dǎo)線直徑。
作為用于冷卻用這種導(dǎo)線構(gòu)成的繞組的冷卻劑，油和酯液，尤其是礦物油和合成油例如硅油特別適合。這樣的冷卻液體的特點(diǎn)在于有合適的粘性和適宜的耐熱性。
當(dāng)所述外殼的完全覆蓋所述導(dǎo)線的一內(nèi)層或多個(gè)內(nèi)層的層厚在0.1mm和2mm之間時(shí)，即便在非常高的電壓下工作，所述導(dǎo)線也有足夠好的電絕緣特性。為了不用比必需的那樣更多地影響對(duì)于導(dǎo)線的冷卻，所述內(nèi)層的厚度不應(yīng)比必需的更厚。對(duì)于通常的應(yīng)用目的，這意味著該內(nèi)層的厚度在0.2mm和1mm之間是一種很好的妥協(xié)。
在按照本發(fā)明的導(dǎo)線的優(yōu)選設(shè)計(jì)中，所述導(dǎo)線由多根基本相互平行地導(dǎo)引并相互扭絞的分導(dǎo)線組成。所述導(dǎo)線整體上可由此更柔軟并因此易于操作處理。另一優(yōu)點(diǎn)在于可由此在很大程度上減少在導(dǎo)線中產(chǎn)生的渦流及由此帶來的功率損失和熱損失。由此所述導(dǎo)線不僅獲得了更佳的電特性，而且通過減少所產(chǎn)生的熱量還進(jìn)一步簡(jiǎn)化了對(duì)于導(dǎo)線的冷卻，并由此使得一個(gè)相應(yīng)的電氣設(shè)備有更緊湊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)導(dǎo)線由5至198根分導(dǎo)線組成時(shí)，可以一更低的成本達(dá)到這樣的效果。在此，所述導(dǎo)線也可設(shè)計(jì)成雙絞線。
按照本發(fā)明的用于被液體冷卻的繞組的導(dǎo)線的設(shè)計(jì)，尤其適用于橫斷面在0.2cm2和40cm2之間但最好不超過16cm2的導(dǎo)線，由此適用于在高壓下工作及進(jìn)而在高電流強(qiáng)度下工作，但另一方面通過完全繞流整個(gè)導(dǎo)線的冷卻液體仍允許進(jìn)行有效的冷卻。當(dāng)這樣的導(dǎo)線具有矩形的橫斷面時(shí)，可特別好地將其做成繞組，尤其在導(dǎo)線由多根分導(dǎo)線構(gòu)成時(shí)可容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
下面借助附

圖1至3對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式予以詳細(xì)說明，附圖中圖1為按照本發(fā)明的一種導(dǎo)線的一端部的立體示意圖；圖2為按照本發(fā)明的另一種導(dǎo)線的一端部的立體示意圖；圖3為按照本發(fā)明的導(dǎo)線的又一種實(shí)施方式的立體示意圖。
在圖1中可看到的導(dǎo)線1具有一個(gè)由一內(nèi)層2和一外層3組成的外殼。所述內(nèi)層2構(gòu)成一個(gè)傳統(tǒng)的紙質(zhì)絕緣層，也就是說是通過纏繞紙來實(shí)現(xiàn)。它包繞所述導(dǎo)線1從而完全覆蓋導(dǎo)線。所述外層3同樣通過纏繞紙帶構(gòu)成，但它具有由開孔4構(gòu)成的穿孔。這些開孔4的直徑大約為4mm并占據(jù)外層表面達(dá)到這樣的程度，即，使得外層3僅僅覆蓋其下面的內(nèi)層2約60％?？蓸?gòu)成一個(gè)油冷式的變壓器的繞組的該導(dǎo)線1或其外殼由此獲得這樣一種表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)可使用作冷卻劑的合成油至少在其表面處的流動(dòng)處于紊流狀態(tài)，由此可獲得更好的熱交換效果并使導(dǎo)線1被更有效地冷卻。圖示導(dǎo)線1由35根分導(dǎo)線組成，其橫斷面約為5.5cm2。通過對(duì)所述導(dǎo)線1的外殼的外層3的穿孔設(shè)計(jì)，導(dǎo)線1通過以上所述效果被特別有效地冷卻，盡管所述冷卻劑基于厚度約為0.5mm的絕緣內(nèi)層2不能繞流所述導(dǎo)線1的每根分導(dǎo)線。
按照本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)在圖2中示出。可以從圖2中看到該導(dǎo)線1具有一外殼，該外殼同樣由一內(nèi)層2和一外層3組成。與圖1所示實(shí)施方式不同的是，所述外殼的外層3在此通過一尼龍網(wǎng)構(gòu)成，該尼龍網(wǎng)具有直徑約為8mm的網(wǎng)眼并由此可造成使流動(dòng)的冷卻液體出現(xiàn)紊流的類似效果。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式最后在圖3中示出。從圖3中也可看到一根真正的電導(dǎo)線1以及一內(nèi)層2和一外層3。如前述第一種實(shí)施方式一樣，所述外層3通過用紙帶纏繞在導(dǎo)線1和內(nèi)層2上來構(gòu)成。但在此處，所述紙帶上沒有被穿孔，而是具有一個(gè)按規(guī)律的間隔被多次切割的邊緣。由此該紙帶邊緣上構(gòu)成許多突伸出的小旗6。所述外層3借助這些小旗6具有流蘇，這些流蘇同樣又可使流過其旁的冷卻液體形成紊流。
圖1至3中所示的導(dǎo)線都同樣地適合用于制作被液體冷卻的扼流圈或類似的帶有被液體冷卻的繞組的電氣裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于被液體冷卻的繞組的導(dǎo)線、尤其是用于變壓器繞組的導(dǎo)線，其具有將該導(dǎo)線整個(gè)包裹起來的一絕緣外殼，其中，所述外殼中的至少一層將該導(dǎo)線完全覆蓋地包裹，其特征在于，組成所述外殼的至少兩層(2，3)中的一外層(3)具有開孔(4)、網(wǎng)孔(5)或流蘇。
2.按照權(quán)利要求1所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外殼的至少一層、優(yōu)選每層(2，3)通過纏繞所述導(dǎo)線(1)構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外殼的至少一層、優(yōu)選至少除外層(3)之外的每層(2，3)由紙制成。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外層(3)由穿孔紙構(gòu)成。
5.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外層(3)由這樣一個(gè)優(yōu)選由紙制成的紙帶構(gòu)成，該紙帶的一邊緣按規(guī)律的間隔被切割從而在該邊緣上形成多個(gè)突伸出的小旗。
6.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外層(3)通過優(yōu)選由一種塑料制成的網(wǎng)或織物構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求6所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述網(wǎng)或織物的各個(gè)網(wǎng)眼(5)的直徑在1mm和15mm之間，優(yōu)選在1.5mm至5mm之間。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外層(3)上的開孔(4)的直徑在2mm和10mm之間，優(yōu)選在3mm至7mm之間。
9.按照權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述外層(3)覆蓋其下面一層(2)的30％至80％。
10.按照權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，通過所述外殼中的將所述導(dǎo)線完全覆蓋的至少一層(2)構(gòu)成的層厚在0.1mm和2mm之間，優(yōu)選在0.2mm至1mm之間。
11.按照權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，該導(dǎo)線由多根分導(dǎo)線組成，優(yōu)選由5至198根分導(dǎo)線組成。
12.按照權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線，其特征在于，所述導(dǎo)線有一個(gè)橫斷面積在0.2cm2至40cm2之間的優(yōu)選矩形的橫斷面。
13.一種被液體冷卻的變壓器或被液體冷卻的扼流圈，其包含至少一個(gè)由如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的導(dǎo)線制成的繞組。
14.按照權(quán)利要求13所述的變壓器或扼流圈，其特征在于，采用一種包圍所述導(dǎo)線的油、優(yōu)選礦物油或一種包圍所述導(dǎo)線的酯液作為冷卻介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于被液體冷卻的繞組的導(dǎo)線、尤其是用于變壓器繞組的導(dǎo)線，其具有將該導(dǎo)線整個(gè)包裹起來的一絕緣外殼，其中，所述外殼中的至少一層將該導(dǎo)線完全覆蓋地包裹，按照本發(fā)明，組成所述外殼的至少兩層(2，3)中的一外層(3)具有開孔(4)、網(wǎng)眼(5)或流蘇，由此使得一種繞流所述導(dǎo)線的冷卻液體處于紊流狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)更好的熱交換。本發(fā)明還另外涉及一種相應(yīng)的被液體冷卻的變壓器和一種被液體冷卻的扼流圈。
文檔編號(hào)H01F27/28GK1856848SQ200480027698
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2004年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月25日
發(fā)明者邁克爾·謝弗 申請(qǐng)人:西門子公司