CN108369855B

CN108369855B - 带有柔性连接端子的干式铸造变压器

Info

Publication number: CN108369855B
Application number: CN201680074783.5A
Authority: CN
Inventors: C.罗伊; R.穆里洛; A.诺古伊斯巴里伊拉斯; L.塞布里安勒斯姆; L.桑彻兹; R.沙
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2020-03-06
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: EP3365903B1; WO2017067798A1; DK3365903T3; US10755851B2; KR20180064537A; ES2784365T3; PL3365903T3; KR101929184B1; CN108369855A; US20180247757A1; EP3365903A1

Abstract

提供了具有1 kV及以上的额定电压的干式铸造线圈变压器（10），该干式铸造线圈变压器包含：至少一个线圈（14），带有多个导体线匝（16）；铸造件（20），包含聚合树脂，包围线圈（14），且具有铸造面（22）；铁磁芯（24），在其上安装带有包围的铸造件（20）的线圈（14）；绝缘电缆终端（30），连接到线圈（14），其中，绝缘电缆终端（30）与线圈（14）之间的连接点（32）位于铸造件（20）内，且其中，绝缘电缆终端（30）的柔性部分（34）进一步从铸造面（22）向外延伸，且包含多个金属线（35）。

Description

带有柔性连接端子的干式铸造变压器

技术领域

本公开涉及电气变压器的领域，具体地，涉及具有带有改进的连接端子的电气连接端子的干铸造式的中压和高压变压器。

背景技术

随着变压器的绝缘水平提高，其高压端子的绝缘布置增加了重要性。问题不仅在于端子与地面之间的绝缘，而且还在于相同绕组中的任何对端子之间的绝缘。这主要适用于雷电冲击耐受电压，即使工频耐受电压也起作用。绝缘的问题能够在两个方面来观察：一方面，电压越高，就也越难以提供对地面的充分绝缘和相同绕组中的端子之间的充分绝缘。同样地，尺寸越小，相同绕组中的端子之间的绝缘就越难。围绕端子的屏障的包含或利用固体绝缘的端子表面的覆盖，在不具有任何放电的情况下增加它能够支持的电场(且因此电压)。屏障的作用能够以停止自由电荷(其能够发起放电)的性质解释，而固体绝缘的作用能够以其与金属相比而较低的电子发射率解释。除此之外，在这两种情况下，爬电距离都增加，因而有助于更大的耐受电压。

关于用于铸造线圈干式变压器的HV端子，常常应用以下类型。用于线路连接的端子经常由露出螺栓组成，所述露出螺栓能够放置于相(phase)的顶边缘和底边缘处。常常，端子不具有特殊绝缘，或它们可以具有槽，以便增加对地电位或相同绕组中的其它活点(live point)的爬电距离。此外，可以应用光滑衬套，其增加爬电距离。还已知装备有附加的棚的衬套，例如，用于高度污染乃至用于室外安装。在由放置于绕组的中间的露出螺栓组而组成的分接头转换开关端子的情况下，典型地，不存在围绕它们应用的特殊绝缘。然而，也在此情况下，可以应用突出物、槽乃至衬套。

当应用串联连接来连接绕组时，例如，当在相同磁芯支柱中存在多于一个绕组时，与针对分接头转换开关端子相同的布置能够用于使绕组彼此互连。

特别地，在高压或困难的环境条件，已知的技术可遭受各种隔离问题。此外，如果通过采用衬套等而解决这样的问题，则例如在变压器的运输期间，将导致提高的生产成本，并且能够导致提高的损伤风险。

US 3 569 884公开了变压器线圈，该变压器线圈从片状导体卷绕，并且与其高压引线导体一起铸造在树脂壳体中。高压引线导体抵靠低压绕组而被支撑。这允许降低应力通过刚性高压引线导体而施加至壳体的可能性。GB 1 602 970和AU 521 297同样地公开了变压器线圈，该变压器线圈从片状导体卷绕，并且与其刚性高压引线一起铸造在树脂壳体中。US2009/0284338公开了变压器，该变压器带有由扁平矩形线制成的多级线圈。鉴于上文，需要本发明。

发明内容

通过独立权利要求的主题而达到该目的。通过从属权利要求及权利要求组合以及通过与附图结合的描述而给出实施例。在第一方面，具有1kV及以上的额定电压的干式铸造线圈变压器包含：至少一个线圈，带有多个导体线匝；铸造件，包含聚合树脂，其包围线圈且具有铸造面；铁磁芯，在其上安装带有包围的铸造件的线圈；以及绝缘电缆终端，连接到线圈，其中，绝缘电缆终端与线圈之间的连接点位于铸造件内，且其中，绝缘电缆终端的柔性部分进一步从铸造面向外延伸。

在另外的方面，提供产生针对高于1kV的额定电压的干铸造变压器的方法，该方法包含：提供线圈；提供至少部分地为柔性的至少一个电缆，且将其连接到线圈以形成绝缘电缆终端；在采用模具的铸造过程中，提供聚合树脂的铸造件以将绕组包围在铸造件中，其中，修改铸造过程，使得第一绝缘电缆终端与线圈之间的连接点位于铸造件内，且其中，第一绝缘电缆终端的柔性部分进一步从铸造面向外延伸，特别地，其中，第一绝缘电缆终端的柔性部分直接从铸造面向外延伸。

本发明的另外的方面、优点和特征由从属权利要求、描述和附图显而易见。

附图说明

在说明书的剩余部分(包含对附图的参考)中，对本领域普通技术人员更具体地阐明全部和授权的公开(包含最佳模式)，其中：

图1示意地示出根据实施例的变压器的横截面视图；

图2示意地示出根据实施例的另外的变压器的横截面视图；

图3示意地示出根据另外的实施例的变压器的横截面视图；

图4示意地示出根据实施例的变压器的横截面视图。

图5示意地示出在根据实施例的方法的铸造过程中采用的模具。

具体实施方式

现在，将详细地参考各种实施例，在每个图中图示所述实施例的一个或多个示例。每个示例作为解释而提供，并且不旨在作为限制。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征能够用于其它实施例上，或与其它实施例结合使用，以得到另外的实施例。打算的是，本公开包含这样的修改和变化。

在下文的附图描述内，相同附图标记指相同组件。通常，仅描述相对于单独的实施例的差异。当在图中出现若干完全相同的项目或部分时，并非所有的部分都具有附图标记，以便使简化外观。

本文中所描述的***和方法不限于所描述的具体实施例，而是，***的组件和/或方法的步骤可以独立于本文中所描述的其它组件和/或步骤且与其分开而利用。更确切地说，示范性的实施例能够与许多其它应用结合而实现和使用。

即使本发明的各种实施例的具体特征可以在一些附图中示出，而不在其它附图中示出，这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，附图的任何特征可以与任何其它附图的任何特征组合而引用和/或要求保护。

在图1中，示出根据实施例的干式铸造线圈变压器10。变压器10包含至少一个线圈14。线圈具有多个导体线匝16。导体线匝典型地由金属(例如，铜或铝)制成，也可以采用其它导电材料。包含聚合树脂(典型地，环氧树脂)的铸造件20包围线圈14。铸造件20具有铸造面22。在铸造件中被包围的该线圈安装于铁磁芯24上，其中，后者仅在附图中示意地示出。针对从大约1kV至大约123kV或145kV(更典型地，从大约10kV至大约72kV)的HV侧上的电压而解释这样的干式铸造线圈变压器10。通常，根据实施例的干式变压器具有10kVA或更大(更典型地，1MVA或更大而直到63MVA)的额定功率。

根据实施例，至少一个绝缘电缆终端30连接到线圈14。从而，绝缘电缆终端30与线圈14之间的连接点32位于铸造件20的树脂体内。绝缘电缆终端30的柔性部分34进一步从铸造面22向外延伸-其中典型地，绝缘电缆终端30从连接点32至柔性部分34的端部在其全长上为柔性的。换句话说，绝缘电缆终端30的第一部分从连接点32穿过铸造件20的一部分而延伸至铸造面22，并且，绝缘电缆终端30的第二柔性部分进一步从铸造面22向外延伸。形成绝缘电缆终端30的柔性部分34的第二部分从而形成与线圈14的柔性端子连接。柔性部分34突出在铸造面22外。用于产生绝缘电缆终端30的电缆31典型地在其全长上而具有带有塑料层或护套的绝缘体。因而，柔性部分34突出在具有绝缘体的铸造面22外，以致于在柔性部分34上存在从铸造面延伸的无间隙的绝缘体。因而，绝缘体是柔性的并且维持电缆31的柔性，且因而维持铸造面22的外侧的柔性部分34的柔性。相对于针对例如升高的水平的环境湿度或加重的空气污染的保护，该绝缘体是合乎标准的。通常，关于本文中所描述的实施例，端子之间和端子与铸造面之间的绝缘和爬电距离增加。这允许避免使用不切实际的大的空隙，且通常增加雷电冲击耐受电压，且同样地增加工频耐受电压。此外，柔性部分34降低端子损伤的风险，因为，它仅仅在偶然受压时(例如，在运输的期间)弯曲。

绝缘电缆终端30与线圈14之间的连接点32位于铸造件20的树脂体内。如图1中所示，绝缘电缆终端30与线圈14之间的连接可以典型地采用螺旋式(screw-type)端子的形式实行。连接点32处的连接也可以不同地(例如，焊接、卷曲或钎焊)实行。

在柔性部分34的端部处，在实际使用中，典型地存在空的金属部分或终端(未在图1中示出，参见图3)，以用于至其它组件的连接。柔性部分34在其长度上未特别地受限制。它可以具有从几厘米(例如10cm)(从而允许连接至其它部分)直到若干米(例如，1m、2m、5m或10m)的长度。

可以使用提供柔性端子连接的这种绝缘电缆终端，例如，以用于将变压器10与另一电气组件(诸如，支持绝缘子、断路器、有载分接头转换开关等)直接连接，而不破坏绝缘。通常，最受压的端子是每个相的开始和结束，且因此，当诸如像上述那样提供这些端子时，预期最大的益处；即使，也可以如此提供任何中间端子，例如，用于至分接头转换开关的多个连接或串联连接。

在图2中，为了进一步增强对爬电的保护，示出与图1中类似的变压器10，该变压器10具有三个附加的圆柱形绝缘屏蔽件40、41、42。这些进一步提高绝缘性质，并且增加柔性部分34与定位成与图2中所示出的绝缘电缆终端30相邻的其它绝缘电缆终端(未示出)之间的爬电距离。圆柱形绝缘屏蔽件40、41、42典型地在线圈14的铸造过程之前放置，并且在铸造完成之后与铸造件形成整体部分。从而进一步增加沿着外部环氧树脂表面的爬电距离。屏蔽件的形状、材料、数量、厚度以及长度取决于所要求的绝缘。作为非限制性的示例，各自带有大约3mm至6mm的壁厚和100mm至300mm之间的长度(沿与铸造面22垂直的方向)的直到三个玻璃纤维圆柱形绝缘屏蔽件40、41、42可以为合适的。

在图3中，示出根据实施例的变压器，该变压器还包含多个棚36，该棚36被围绕绝缘电缆终端30的柔性部分34提供。即，棚36被从铸造面22向外提供柔性部分34的长度的至少一部分。在这种情况下，使用绝缘电缆终端30来在变压器本身处提供柔性但稳定的端子。终端的长度及其棚的数量和类型取决于所要求的绝缘。如在先前的情况下，典型地，在围绕线圈14形成铸造件20的铸造过程之前，布置绝缘电缆及其终端39。

线圈14的导体线匝16(在附图中，仅以减少的数量示出)典型地或优选地包含固体金属材料或由其组成，特别地，包含带有绝缘体的例如铜(Cu)或铝(Al)的单卷绕式金属线或由其组成。特别地，绝缘电缆终端30的柔性部分34直接从铸造面22向外延伸。绝缘端子连接件30(至少其柔性部分34)的电缆典型地包含多个金属线，以便确保期望的柔性。换句话说，它典型地包含绞合线(litz wire)或编织/多股绞合线(standed wire)。特别地，绝缘电缆终端30的柔性部分34的导电部分由多个金属线或绞合线或编织线或多股绞合线组成。

线圈14的导体线匝16典型地具有至少10mm²的横截面，并且，绝缘电缆终端30也具有至少10mm²的横截面。

在图4中，示出根据实施例的变压器，其中，包含多个棚36的图3的布置与如图2中所示出的圆柱形绝缘屏蔽件40、41、42组合。在该实施例中，通过使棚36和圆柱形绝缘屏蔽件40、41、42两者的作用组合，从而进一步增加爬电距离。

理解到，相对于附图而描述的变压器10仅仅是示范性的。典型地，变压器10可以具有如所描述的至少一个另外的绝缘电缆终端30，以致于至少高压线圈(或高压绕组)充分地装备有它。同样地，典型地，变压器(包含高压侧和低压侧)的所有的端子都可以装备有这样的绝缘电缆终端。

此外，不言而喻的是变压器可以是三相变压器。因而，它可以包含至少三个线圈14或更大数量的(像六个或九个)线圈14。从而，一个、两个或三个线圈14各自可以被包围在单独的铸造件20中。

变压器还可以包含从线圈14向外提供的分接头转换机构，其中，多个绝缘电缆终端30的至少一部分连接到分接头转换机构。

为了如所描述地产生变压器10，提供根据实施例的方法。它包含产生且提供线圈14，该线圈14具有多个导体线匝16。至少一个电缆31提供为至少部分地为柔性的，并且连接到线圈14，以致于电缆31形成用于线圈14的绝缘电缆终端30。然后，在采用模具21的铸造过程中，产生聚合树脂的铸造件20以将线圈包围在铸造件20中。

在图5中，示出用于根据实施例的方法的铸造过程的模具21，在该模具21中，提供线圈14。将在铸造之后形成绝缘电缆终端30的电缆31被提供成在连接点32处(典型地，利用螺旋式端子来)连接到线圈14。连接点32处的连接也可以不同地(例如，焊接、卷曲或钎焊)实行。

电缆31被提供成贯穿模具21中的凹部28，在铸造过程完成之后，在该位置处电缆31将作为柔性部分34而从铸造件20延伸。在铸造过程完成之后，电缆31形成绝缘电缆终端30。

从而，修改铸造过程，使得绝缘电缆终端30与线圈14之间的连接点32位于铸造件20内。此外，提供的是，绝缘电缆终端30的柔性部分从铸造面22向外延伸。模具21典型地具有至少一个凹部28，在铸造过程之前，电缆31穿过该凹部28放置。

从而，线圈14的导体线匝16典型地包含带有导体线匝16之间的绝缘体的固体金属材料或由其组成，并且，绝缘电缆终端30的至少柔性部分包含多个金属线，因而，它典型地包含绞合线或编织/多股绞合线。

在实施例中，多个棚36被围绕绝缘电缆端子30的柔性部分34提供从铸造面22向外延伸的其长度的至少一部分。可以典型地在铸造过程之前或随后提供这些棚36，取决于例如柔性部分34是否具有终端39(参见图4)(终端39可能在铸造过程完成之后阻碍其安装)。

电缆31可以在铸造之前被提供成在到线圈14的连接点32与电缆在铸造过程完成之后经过铸造面22所在的位置之间的其长度的至少一部分上具有螺旋形式(spiralform)。

通常，关于本文中所描述的实施例，绝缘和爬电距离增加，从而避免使用不切实际的大的空隙。这对于带有更高的电应力的端子(例如，线路端子)特别地有用，且在存在缩小的面积中(例如，在分接头转换开关处)的高密集的端子的情况下，同样地特别地有用。

此外，绕组之间的串联连接或相(Δ或Y)之间的连接中的绝缘端子连接的使用同样地导致绝缘和爬电距离的增加。

此外，从电应力的观点来看，端子的形状被改进。虽然在标准的解决方案中，使用矩形形状的棒和电缆接线片，但关于绝缘电缆，仅使用圆柱形元件。因此，电应力比标准的情况更平稳。

内部布置和与线圈的物理链路也被改进，因为所要求的空间缩小。这的原因是，绝缘端子连接的电缆具有圆形横截面以及它已绝缘的事实。这对于分接头转换开关特别地有用。

仅仅通过在铸造之前将电缆连接到线圈导体的制造过程比现有技术中的已知的备选方案(其经常涉及使用附加的铸造模具，以便制造围绕端子的树脂衬套)更简单。

由于从铸造面延伸的绝缘电缆为柔性的，因而不可能在处理或运输的期间破坏它。这是优于由环氧树脂制成的衬套(其相当易碎，且因而可容易被破坏或通常损伤)的优点。

实施例能够应用于带有高绝缘水平的变压器中或带有端子间的缩短的尺寸(这通常导致绝缘困难)的变压器中。

本书面描述使用示例来公开本发明，包含最佳模式，并且，还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包含制作并使用任何装置或***和执行任何合并的方法。虽然在前文中已经公开了各种具体实施例，但本领域技术人员将认识到，权利要求的精神和范围允许同等有效的修改。尤其是，可以使上述的实施例的互不排斥的特征彼此组合。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包含本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例具有并非与权利要求的字面语言不同的结构元件，或如果这样的其它示例包含与权利要求的字面语言无实质的差异的等效的结构元件，则它们打算在权利要求的范围内。

Claims

1.一种具有1 kV及以上的额定电压的干式铸造线圈变压器（10），包含：

a. 至少一个线圈（14），带有多个导体线匝（16）；

b. 铸造件（20），包含聚合树脂、包围所述线圈（14）且具有铸造面（22）；

c. 铁磁芯（24），在其上安装带有包围的铸造件（20）的所述线圈（14）；

d. 绝缘电缆终端（30），连接到所述线圈（14），其中，所述绝缘电缆终端（30）与所述线圈（14）之间的连接点（32）位于所述铸造件（20）内，且其中，所述绝缘电缆终端（30）的第一部分从所述连接点（32）穿过所述铸造件（20）的一部分延伸至所述铸造面（22），

e. 所述绝缘电缆终端（30）的第二部分形成所述绝缘电缆终端（30）的柔性部分（34），所述柔性部分（34）进一步从所述铸造面（22）向外延伸，以及

f. 所述绝缘电缆终端（30）的至少所述柔性部分（34）包含多个金属线，其特征在于，

g. 所述绝缘电缆终端（30）包含多个棚（36），所述棚（36）围绕所述绝缘电缆终端（30）的所述柔性部分（34）从所述铸造面（22）向外被提供了所述柔性部分的长度的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的变压器，还包含被围绕所述绝缘电缆终端（30）提供的至少一个圆柱形绝缘屏蔽件（40），所述圆柱形绝缘屏蔽件（40）与所述铸造面（22）物理接触。

3.根据权利要求1所述的变压器，其中，所述线圈（14）的所述导体线匝（16）包含带有绝缘体的固体金属材料或由其组成。

4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述线圈（14）包含带有绝缘体的单卷绕式金属线或由其组成。

5.根据权利要求4所述的变压器，其特征在于，所述单卷绕式金属线由铜或铝制成。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的变压器，其中，所述线圈（14）的所述导体线匝（16）具有至少10 mm²的横截面，并且，所述绝缘电缆终端（30）具有至少10 mm²的横截面。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的变压器，是三相变压器，并且具有三至六个线圈（14），其中，一个或两个线圈（14）各自被包围在单独的铸造件（20）中。

8.根据权利要求7所述的变压器，具有多个绝缘电缆终端（30），所述绝缘电缆终端（30）在所述铸造件（20）内的位置处连接到所述线圈（14），且从所述铸造面（22）向外柔性地延伸。

9.根据权利要求8所述的变压器，还包含被从所述线圈（14）向外提供的分接头转换机构（40），所述多个绝缘电缆终端（30）的至少一部分连接到所述分接头转换机构（40）。

10.根据权利要求1-5中的任一项所述的变压器，其特征在于，所述多个金属线确保所述柔性部分（34）的期望的柔性。

11.根据权利要求10所述的变压器，其特征在于，所述绝缘电缆终端（30）包含绞合线或编织线。

12.根据权利要求1-5中的任一项所述的变压器，其特征在于，所述绝缘电缆终端（30）的所述柔性部分（34）的导电部分由所述多个金属线组成。

13.根据权利要求10所述的变压器，其特征在于，所述绝缘电缆终端（30）包含多股绞合线。

14.一种产生根据权利要求1-13中的任一项所述的干式铸造线圈变压器（10）的方法，包含：

a）提供具有多个导体线匝（16）的线圈（14）；

b）提供至少部分地为柔性的至少一个电缆（31），且将其连接到所述线圈（14），以形成绝缘电缆终端（30）；

c）在采用模具（21）的铸造过程中，提供聚合树脂的铸造件（20），以将所述线圈包围在所述铸造件（20）中，

其中，修改所述铸造过程，使得所述绝缘电缆终端（30）与所述线圈（14）之间的连接点（32）位于所述铸造件（20）内，并且所述绝缘电缆终端（30）的柔性部分（34）包括从所述铸造面（22）向外延伸的延伸部分，并且，所述绝缘电缆终端（30）的至少所述柔性部分（34）包含多个金属线，其特征在于

所述方法还包含：将多个棚（36）围绕所述柔性部分（34）的所述延伸部分沿其长度的至少一部分设置。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述模具（21）具有至少一个凹部（28），所述电缆（31）穿过所述凹部（28）被放置以用于所述铸造过程。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述线圈（14）的所述导体线匝（16）包含带有绝缘体的固体金属材料或由其组成。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，其中，所述电缆（31）被提供成在到所述线圈（14）的所述连接点（32）与所述电缆在所述铸造过程完成之后经过所述铸造面（22）所在的位置之间的所述电缆（31）长度的至少一部分上具有螺旋形式。

18.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，还包含：与所述铸造面（22）接触地围绕所述绝缘电缆终端（30）提供至少一个圆柱形绝缘屏蔽件（40）。

19.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，其中，所述线圈（14）的所述导体线匝（16）具有至少10 mm²的横截面，并且，所述绝缘电缆终端（30）具有至少10 mm²的横截面。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述圆柱形绝缘屏蔽件包含聚合树脂。