CN107039159A - 电绕组、具有电绕组的干式变压器和制造电绕组的方法 - Google Patents

电绕组、具有电绕组的干式变压器和制造电绕组的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电绕组、具有电绕组的干式变压器和制造电绕组的方法。本发明涉及一种用于干式变压器(1)的电绕组(10，20)，其在电压等级较高的情况下也使得能够构造紧凑的干式变压器(1)。为此电绕组(10，20)具有绕组导体(11)的缠绕成线圈(15)的多个绕组。线圈(15)嵌入固体绝缘体(12)中。按照本发明设置为，在绝缘体(12)的表面(13)上施加由导电材料构成的涂层(14)。

Description

电绕组、具有电绕组的干式变压器和制造电绕组的方法
技术领域
本发明涉及一种用于干式变压器的电绕组。
背景技术
干式变压器，尤其是树脂浇注变压器，是电力变压器，其在能量技术中用于在高压侧变换直至大约36kV的电压。在这样的变压器中，低压侧绕组和高压侧绕组同轴地围绕铁芯的一个腿布置。具有较低电压的绕组在此称为低压侧绕组，具有较高电压的绕组称为高压侧绕组。两个绕组嵌入固定的绝缘材料中，在高压侧绕组情况下为此通常使用树脂浇注。从EP 1 133 779B1中已知这样的干式变压器。
如果这样的干式变压器要构造为用于比36kV更高的电压，则结果其比低压类的变压器明显更大，因为尤其是必须加大在高压侧绕组和低压侧绕组之间的距离。
发明内容
从该背景出发，本发明的技术问题是，提出一种用于干式变压器的电绕组、干式变压器、以及用于制造电绕组的方法，其能够实现干式变压器的紧凑结构。
为此设置用于干式变压器的电绕组，尤其是高压侧绕组，其具有绕组导体，绕组导体以多个绕组缠绕成线圈。绕组导体在此可以是薄膜导体、带导体或线导体。线圈嵌入到由固定的绝缘材料构成的绝缘体中。通常为此使用浇注树脂，利用所述浇注树脂浇注线圈并且所述树脂在浇注之后硬化。结果获得空心圆柱体形式的机械稳定的绕组，其线圈被很好地保护免受环境影响。按照本发明，在绝缘体的表面上施加由导电材料制成的涂层。在本领域和在本发明的意义上，当电导率大于10-8西门子每米(S/m，Siemens pro Meter)时，材料被看作为导电的。低于所述值时材料被看作为绝缘体或不导电。涂层应当至少施加在绝缘体的内衬面上，优选也施加在端面上。特别优选涂层施加在绝缘体的整个表面上，也就是除了内衬面和端面之外还施加在外罩面上。通过这样的涂层，电绕组的电场尽可能在浇注树脂中减小，因此在绕组外部被降低到如下大小，所述大小允许，至变压器的其他组成部分、例如铁芯或低压侧绕组的距离由此可以更小，这能够实现更紧凑的结构。
优选地，涂层由半导体材料构成。当材料的电阻率大于10-8西门子每米并且小于10-6西门子每米时，在本领域和在本发明的意义上，材料被看作是半导体。因为绕组的导电涂层，尤其是整个表面的导电涂层形成短路绕组，所以在该短路绕组中流过电流，该电流产生功率损耗。利用由半导体材料构成的涂层可以限制该功率损耗。
例如从US 2015/0243409A1或者DE 10 2005 018 615 A1公知用于电缆或导体的涂层的合适的导电的或半导电的涂层。其通常在载体材料中包含导电的或半导电的颗粒。通过颗粒的材料、厚度和大小可以在宽的范围上调整涂层的电导率。
优选涂层具有102Ω/□至105Ω/□、优选103Ω/□至104Ω/□的薄层电阻率，也称为表面电阻率。所述薄层电阻率应当是电绕组在新状态下所具有的。由于老化、环境影响或污染，其会改变。该数量级的薄层电阻率一方面特别有效地限制功率损耗，但是另一方面在薄层电阻率由于污染而降低的情况下仍然提供足够的余量。
在本发明的优选实施方式中，涂层通过喷涂法施加。这一方面保证了均匀的层厚，另一方面防止了会导致局部放电的气泡。
视为有利的是，涂层电接地。由此特别有效地降低在绕组外部的电场。
上述技术问题还通过一种干式变压器解决。这样的干式变压器具有围绕铁芯的腿布置的低压侧绕组和在外部同心地围绕低压侧绕组布置的高压侧绕组。在此至少高压侧绕组是如上所述的电绕组。
上述技术问题还通过一种用于制造电绕组的方法解决。方法步骤在此是：
首先将绕组导体以多个绕组缠绕成线圈。
然后将线圈嵌入固定的绝缘体中，优选利用浇注树脂浇注线圈，之后硬化。
然后在绝缘体表面上施加由导电材料构成的涂层。
如上所述，涂层在此可以被施加在整个表面上或者仅表面的部分上。通过这样的方法可以制造电绕组，其电场尽可能被涂层屏蔽，并且其在干式变压器中被采用，由此能够实现紧凑的结构。优选涂层是漆。涂层的施加在此可以通过喷射、喷涂、刷涂、辊涂或浸涂来进行。
优选涂层由半导体材料构成。
特别优选涂层以喷涂方法施加，由此可以实现特别均匀的层厚。
附图说明
以下结合附图详细解释本发明。在此
图1示出了公知的干式变压器的半剖面图，
图2示出了按照本发明的干式变压器的半剖面图，
图3示出了按照本发明的方法的流程图。
互相相应的部件在所有附图中具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了常规的干式变压器50的半剖面图。围绕铁芯腿30，同心地围绕通过铁芯腿30延伸的纵轴40从铁芯腿30向外布置低压侧绕组20、绝缘体柱23、高压侧绕组51和屏蔽装置24。通常，干式变压器50具有带有三个这样的铁芯腿30的铁芯。
低压侧绕组20通常构造为薄膜绕组。在此将薄的导体膜21在绕组铁芯上缠绕成低压侧绕组。在导体膜的各个绕组层之间缠入绝缘体膜。替换地，导体膜也可以具有绝缘层。低压侧线圈在缠绕过程之后利用浇注树脂浇注。替换地，可以在各个绕组层之间缠入利用预浸料浸渍的中间层22，其在缠绕过程之后硬化。在这两种情况下都获得稳定的空心圆柱体绕组体。
高压侧绕组51构造为盘绕组。为此通常为带状的导体11首先在一个平面中螺旋形地围绕绕组轴缠绕到绕组铁芯上成为盘线圈。多个这样互相堆叠的盘线圈互相串接为线圈15。线圈15然后利用浇注树脂浇注，使得整个线圈15由浇注树脂包围。于是线圈15嵌入作为绝缘体12的浇注树脂中。
这样形成的空心圆柱体高压侧绕组51通常具有比低压侧绕组20大的直径，由此从铁芯腿30看布置在低压侧绕组20外部。
在低压侧绕组20和高压侧绕组51之间作为圆柱形空腔形成的气隙中，可以布置由电绝缘材料制造的绝缘柱23。其一方面用于进行电屏蔽，另一方面用于高压侧绕组51与低压侧绕组20的热退耦。
主要通过施加在高压侧绕组51上的电压形成的电场，主要在高压侧绕组51和低压侧绕组20之间的气隙中减小。因此，气隙的尺寸必须与施加在高压侧绕组51上的电压对应。在电压较高的情况下，气隙也相应地较大。气隙此外用于冷却高压侧绕组和低压侧绕组，方法是使空气流通过对流或者以机电驱动的方式通过所述绕组。
此外，可以在高压侧绕组51外部布置通常由金属制造的导电屏蔽装置24，其接地并且使得干式变压器1是触摸安全的，因为在附近的人员由此不会再接触高压侧绕组51的高电场。为了使屏蔽装置24不形成短路绕组，其不允许被圆形封闭，而是必须具有轴向间隙。
图2示出了按照本发明的干式变压器1，其与公知的干式变压器50的区别主要在于高压侧绕组10。高压侧绕组10的基本结构类似于图1。线圈15与之相同地构造。其如前面描述的那样也嵌入例如由浇注树脂构成的绝缘体12中。然而不同之处是，将导电或半导电的涂层14施加到绝缘体12的表面上。所述涂层在此包围绝缘体12的由内衬面16、外罩面17和端面18形成的整个表面。但是也可以考虑，将涂层14仅施加到内衬面16上或者内衬面16和端面18上。涂层14优选是漆并且可以按照通常的喷涂法施加。
涂层14此时使得高压侧绕组10的电场几乎完全在高压侧绕组10的绝缘体12中消除。在涂层14的表面上根据薄层电阻率产生电压，该电压大约对应于低压侧绕组20的电压的数量级。由此可以减小高压侧绕组10和低压侧绕组20之间的间隙。该间隙此时实际上不再具有电功能，并且可以几乎仅根据要求的冷却功率来确定尺寸。
优选涂层14在一个位置处与地电势相连。在示出的图2的例子中，涂层14在下端面18上接地。如果涂层14由导电材料构成，则实际上涂层14的整个表面处于地电势。如果涂层14由半导体材料构成，则在涂层14的表面上形成电压分布。在接地的位置处，电压是零，在表面的远离该位置的另一个点处，产生最高电压。该电压的大小主要取决于涂层14的薄层电阻率。
图3示出了用于制造用于干式变压器1的电绕组10、20，优选制造用于干式变压器的高压侧绕组10的按照本发明的方法的流程图。在方法步骤101中，首先将绕组导体11以多个绕组缠绕成线圈15。然后，在方法步骤102中，例如通过利用浇注树脂浇注线圈15并且使浇注树脂硬化，将线圈15嵌入固体绝缘体12中。在随后的方法步骤103中，将由导电材料构成的涂层14施加到表面13上，优选施加到绝缘体12的整个表面13上。
附图标记列表
1 干式变压器
10 高压侧绕组
11 绕组导体
12 绝缘体(浇注树脂)
13 绝缘体表面
14 涂层
15 高压侧线圈
16 内衬面
17 外罩面
18 端面
20 低压侧绕组
21 导体膜
22 绝缘(预浸料)
23 绝缘柱
24 屏蔽装置
30 腿(铁芯)
40 纵轴
50 变压器(SdT)
51 高压侧绕组(SdT)

Claims (11)

1.一种用于干式变压器(1)的电绕组(10，20)，尤其是高压侧绕组(10)，具有绕组导体(11)，所述绕组导体以多个绕组缠绕成线圈(15)，其中，线圈(15)嵌入固体绝缘体(12)中，其特征在于，
在绝缘体(12)的表面(13)上施加由导电材料构成的涂层(14)。
2.根据权利要求1所述的电绕组(10，20)，其特征在于，
所述涂层(14)完全覆盖绝缘体(12)的表面(13)。
3.根据权利要求1或2所述的电绕组(10，20)，其特征在于，
所述涂层(14)由半导体材料构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电绕组(10，20)，其特征在于，
所述涂层(14)的表面电阻率为102Ω/□至105Ω/□、优选103Ω/□至104Ω/□。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电绕组(10，20)，其特征在于，所述涂层(14)通过喷涂方法施加。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电绕组(10，20)，其特征在于，所述涂层(14)接地。
7.一种具有围绕铁芯的腿(30)布置的低压侧绕组(20)和同心地围绕该低压侧绕组布置的高压侧绕组(10)的干式变压器(1)，其中，高压侧绕组(10)是按照权利要求1至6中任一项所述的电绕组(10)。
8.一种制造电绕组(10，20)的方法，具有如下方法步骤：
-将绕组导体(11)以多个绕组缠绕成线圈(15)，
-优选通过利用浇注树脂浇注，将线圈(15)嵌入固体绝缘体(12)中，
-将由导电材料构成的涂层(14)施加到绝缘体(12)的表面(13)上。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
将所述涂层(14)施加到绝缘体(12)的整个表面(13)上。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述涂层(14)由半导电材料构成。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，
所述涂层(14)以喷涂方法施加。
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