專利名稱：電氣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一充滿諸如絕緣油、絕緣氣體等絕緣介質的電氣裝置，如變壓器、電抗器等。
在充滿諸如絕緣油之類的絕緣介質的電氣裝置中，一鐵心變壓器的截面如圖5所示，絕緣圓柱部分的展開圖如圖6所示。在這些圖中，標號1表示一硅鋼片堆疊的鐵芯；絕緣圓柱2設置于鐵芯1外緣，用來在絕緣圓柱2和繞組之間形成絕緣介質的一通道A；一低壓繞組3位于絕緣圓柱2外緣；中間圓柱4a、4b、4c以多重圓柱層的形狀設置于低壓繞組3的外緣以形成絕緣屏障。在層與層之間，取間隔裝置5a、5b各自設置以形成絕緣介質通道C和D。在低壓繞組3和絕緣圓柱4a的內緣之間形成有一絕緣介質通道B。標號6表示一設置于絕緣圓柱4a、4b、4c外緣上的高壓繞組，高壓繞組在其內表面和絕緣圓柱4c外緣之間形成一通道E。標號7表示設置于高壓繞組外緣的絕緣圓柱，用來在該絕緣圓柱和高壓繞組6的外緣之間形成一絕緣介質通道。
相對于低壓繞組3和高壓繞組6，在內緣側的絕緣介質通道A或E和外緣側的絕緣介質通道B或F之間每隔若干環圈設置有用來分隔的隔環。在這種結構中，低壓繞組3和高壓繞組6被構造，以使得在裝置運行時，絕緣介質沿箭頭所示方向彎曲迂回流動。形成于絕緣圓柱4a、4b和4c中相鄰絕緣圓柱間的絕緣介質通道C和D適合于向上連通。
在如上所述結構的變壓器中，低壓繞組3和高壓繞組6的各部分均通過在各相鄰的圓環狀繞組之間橫向移動的絕緣介質的迂回流動而有效地冷卻。由于低壓繞組3和高壓繞組6的圓盤狀繞組之間的電位差很小，即使在高流速下，流動帶電現象也很微弱。另一方面，由在低壓繞組3和高壓繞組6之間的絕緣圓柱4a、4b和4c形成的絕緣介質路徑C、D處于高電場力強度下。因此，當絕緣介質流通過絕緣路徑C和D時，各絕緣圓柱4a、4b和4c被充電并形成負極性，由此絕緣介質被充電并形成正極性。這樣，電荷聚積于各絕緣圓柱4a、4b和4c的表面上。這將引起在表面上的部分放電，這是絕緣能力降低的一重要原因。
如上所述，具有在低壓繞組3和高壓繞組6之間形成絕緣屏障的絕緣圓柱4a、4b和4c之間的絕緣介質通道的傳統結構具有下述缺點。當絕緣介質流過低壓繞組3和高壓繞組6之間的高電場強度作用下的絕緣介質路徑C和D時，流動帶電現象發生，由此降低絕緣的可靠性。
本發明為解決上述問題而產生，并旨在提供一可防止發生流動帶電現象的電氣裝置，在該結構中，絕緣介質通道形成于絕緣圓柱之間，這些絕緣圓柱在鐵芯和低壓繞組、在低壓繞組和高壓繞組或高壓繞組外圍上形成絕緣屏障。
為達到上述目的，根據本發明第一方面，這里提供一電氣裝置，其中具有不同直徑的多個絕緣圓柱以多重圓柱層形式設置于鐵芯和低壓繞組之間、低壓繞組和高壓繞組之間、以及高壓繞組外周；被獨立設置于多重絕緣圓柱層之間以形成多條絕緣介質路徑的若干取間隔裝置；一由低密度絕緣材料制成的、在絕緣介質路徑中用來阻擋絕緣介質流的、至少設置于各絕緣介質路徑上下端的一端的流體阻擋件。
按照本發明的第二方面，在如第一方面所定義的電氣裝置中，所述流體阻擋件由絕緣纖維的織物(mat)狀形式的材料制成。
按照本發明的第三方面，在如第三方面所定義的電氣裝置中，所述被構造成如權利要求2的流體阻擋件具有5-50％絕緣纖維的體積比。
按照本發明的第四方面，在電氣裝置中，所述絕緣路徑的上下端中至少一端被所述流體阻擋件的薄片覆蓋，薄片構造如第一方面所述，具有5-50％絕緣纖維的體積比。
按照本發明的第五方面，在電氣裝置中，低壓繞組和高壓繞組彼此堆疊并沿垂直方向設置繞組，鐵芯堆疊于繞組的中心和外緣上。多層絕緣屏障被設置在繞組中心堆疊的鐵芯外緣，取間隔裝置獨立設置于絕緣屏障的層與層之間以沿垂直方向形成多條絕緣介質路徑，由低密度絕緣材料制成的、在絕緣路徑中用來阻擋絕緣介質流的流體阻擋件至少設置于個絕緣介質路徑上下端的一端。
按照本發明第六方面，在電氣裝置中，低壓繞組和高壓繞組彼此堆疊并沿垂直方向設置繞組，鐵芯堆疊于繞組的中心和外緣上，絕緣屏障的多個層被設置在繞組中心堆疊的鐵芯外緣，取間隔裝置獨立設置于絕緣屏障的層與層之間以形成多條絕緣介質路徑，由低密度絕緣材料制成的、在絕緣路徑中用來阻擋絕緣介質流的流體阻擋件至少設置于各絕緣介質路徑上下端的一端，一抑流體被設置在絕緣屏障和各鐵芯內，所述抑流體具有一可為絕緣介質提供合適流速的長度。


圖1是表示按照第一實施例的電氣裝置結構的截面圖；圖2是圖1中的中間絕緣圓柱部分的部分展開圖；圖3是按照第二實施例的中間絕緣圓柱部分的部分展開圖；圖4是按照第三實施例的電氣裝置結構的絕緣圓柱部分的局部剖視圖；圖5是表示一傳統電氣裝置結構的截面圖；圖6是表示一在圖5中的電氣裝置中的中間絕緣圓柱部分的視圖。
現在，將接合參閱附圖對本發明的較佳實施例作更詳細的描述。
圖1表示按照本發明第一實施例的一結構。圖2是中間絕緣圓柱部分的部分展開圖。圖1中所示結構包括在低壓繞組和高壓繞組之間以多重圓柱的形式形成的絕緣圓柱。在圖1中，一鐵芯1、一絕緣圓柱2、一低壓繞組3、中間絕緣圓柱(4a、4b、4c)、取間隔裝置(5a、5b)、高壓繞組6、外絕緣圓柱7以與如圖5中的傳統結構相同的結構形成。一低壓繞組內緣上的絕緣介質路徑A、在其外緣上的絕緣介質路徑B、在中間絕緣圓柱層之間的絕緣介質通道C和D、高壓繞組6內緣上的絕緣介質路徑E和其外緣上的絕緣介質路徑F以如圖1中所示傳統結構相同的結構形成。標號15a表示獨立地形成于絕緣圓柱層4a、4b之間的絕緣油路徑C中的處于上下側的油狀流體流體阻擋件。標號15b表示絕緣油路徑C中處于上下側的油狀流體流體阻擋件，絕緣油路徑C形成于絕緣圓柱曾4b和4c之間。
流體阻擋件15a和15b可由無紡布以堆疊形式制成，這些無紡布作為一絕緣紙片的襯墊(低壓繞組3和高壓繞組6的主要絕緣材料)的材料或纖維、以及絕緣性、抗熱性與合成纖維板相同的聚苯硫纖維和諸如聚-甲基-戊烯(polymethypentene)之類的纖維材料相纏繞。流體阻擋件15a和15b被切斷以與絕緣介質路徑C或D的剖面間隔相配合。被切斷的流體阻擋件15a和15b被置于絕緣介質路徑C和D的上側和下側。流體阻擋件15a、15b具有對外觀體積的纖維材料的5-50％的體積比的密度。
這樣，形成于中間絕緣圓柱層4a、4b和4c之間的絕緣介質路徑C和D可設置成封閉狀態，流體阻擋件15a和15b纖維材料的體積比可以是在絕緣介質是絕緣油的正常工作狀態下的5％或更多。在這樣的情況下，絕緣介質路徑C和D內的流速可限定至1/10或更少。絕緣圓柱4a、4b和4c間的流動將防止流動帶電現象的發生。
低密度纖維材料的流阻與動態粘滯系數的0.25次方成比例。假設變壓器的運行溫度是70攝氏度，作為絕緣介質的絕緣油的動態粘滯系數為3.5×10-6m2/s。假設運行溫度是70攝氏度，壓力為4kg/cm2，作為典型絕緣氣體的SF6氣體的動態粘滯系數是0.6×10-6m2/s。具有相同體積比的纖維材料的液阻為(3.5/0.6)0.25＝1.6倍。由此，絕緣油具有的液阻是SF6氣流阻的1.6倍。因此，相比于絕緣油的情況，絕緣介質在其中的流速為1/10的纖維材料的體積比是絕緣路徑中充滿SF6氣體的情況下的8％。這樣，由于纖維材料的體積比是5％或更高，絕緣介質可以一非常小的流速流動。這確保了流動帶電現象不會出現的情況。
在電氣裝置被組裝后，其中充滿了絕緣介質。在這種情況下，如果存在阻塞空間，空氣將留在空間中，由此該空間中不會充以絕緣介質。這導致電氣裝置絕緣性能的降低。然而，只要流體阻擋件15a和15b纖維材料的體積比在50％以下，當絕緣介質充滿裝置時，空氣可借助抽氣被除去。
由這種方法，通過將流體阻擋件15a和15b的纖維材料的體積比設定在5-50％之間，則當裝置被絕緣介質填滿時空氣并不停留，且在運行過程中流動帶電現象并不發生于在絕緣圓柱4a、4b和4c中間的絕緣介質路徑C和D中的這種狀態可以確保。
上面的描述可關聯于多個絕緣圓柱以多重絕緣圓柱的形式安置在鐵心式變壓器的中間圓柱部分、取間隔裝置獨立地置于各絕緣圓柱層之間以形成絕緣介質路徑的情況。然而，當安置在鐵芯和低壓繞組或高壓繞組外緣之間的絕緣圓柱形成絕緣介質路徑時，也可通過沿絕緣介質路徑與如上所述的例子一樣設置流體阻擋件，以達到相同的效果。
本發明第二實施例具有一結構，其中低壓繞組、高壓繞組和中間絕緣圓柱以與第一實施例中相同的方式設置，絕緣介質路徑的上下端被附以薄片狀流體阻擋件。中間絕圓柱部分的展開圖如圖3所示，在圖3中，標號16a、16b表示一由纖維材料的薄片制成的流體阻擋件。流體阻擋件16a、16b可由一片絕緣材料的無紡布或織物制成，所述絕緣材料的絕緣和熱阻與在這種電子裝置中用作主要絕緣材料的、例如聚苯硫纖維、聚-甲基-戊烯(polymethypertene)纖維等絕緣片、合成纖維板等的絕緣和熱阻相等。流體阻擋件16a和16b的設置用來使絕緣介質路徑C、D上下端呈閉塞狀態。
通過在第一實施例中將流體阻擋件16a、16b的纖維材料的體積比設定在外觀體積的5-50％之間，可形成一結構，當裝置被絕緣介質填滿時空氣并不停留，且運動時油的流動并不發生在絕緣介質路徑中C、D中。這樣，可確保了流動帶電現象不會出現。
在這種結構中，安置于鐵芯和低壓繞組或高壓繞組外緣之間的絕緣圓柱形成絕緣介質路徑，可通過如上實施例所述的將流體阻擋件16a設置在絕緣介質路徑中而獲得相同效果。
本發明第三實施例具有殼狀變壓器的結構，其中絕緣介質的流動停止在設于鐵芯外圍和絕緣屏障和鐵芯之間的絕緣介質路徑上。這種結構如圖4所示。在圖4中，標號21表示一鐵芯；22表示一一繞組；23a、23b和23c表示設置于繞組22和鐵芯21之間的絕緣屏障；25a、25b和25c表示獨立地設置于絕緣屏障層23a、23b和23c之間并沿垂直方向形成一絕緣介質路徑；26b、26c表示設置于在絕緣屏障23a、23b和23c之間的絕緣介質路徑上下端的油流流體阻擋件。流體阻擋件26a和26b可由無紡布以堆疊形式制成，這些無紡布與作為一聚苯硫纖維或聚-甲基-戊烯(polymethypentene)纖維的襯墊制成的材料或纖維相纏繞。流體阻擋件26a和26b具有5-50％的纖維材料體積比。標號27表示一設置在鐵芯21和絕緣屏障23a之間的抑流體。
標號33a、33b、33c表示設置于繞組22和鐵芯21之間的絕緣屏障；35a、35b和35c表示分開設置于絕緣屏障33a、33b、33c層之間的間隔件，用來在垂直方向上形成絕緣介質路徑；36b、36c表示設置于在絕緣屏障33a、33b和33c之間的絕緣介質路徑上下端的油流流體阻擋件。油流流體阻擋件36b、36c由與油流流體阻擋件26b、26c相同的材料制成。標號37表示一設置在鐵芯21和絕緣屏障23a之間的抑流體。
由于鐵的損耗，在鐵芯21處有溫度的升高。因此，絕緣介質流需要在鐵芯21和絕緣屏障23a以及鐵芯21和絕緣屏障33a之間冷卻。由于現在沒有鐵的損耗，在鐵芯21和絕緣屏障23a以及鐵芯21和絕緣屏障33a之間無需這種冷卻。
當絕緣介質的流速很高時，流動帶電現象將產生，由此絕緣的可靠性降低。因此，在鐵芯21和絕緣屏障23a或絕緣屏障33a之間的需要冷卻的抑流體27或37調整其纖維材料的體積比，由此產生一提供緩慢流動的流體阻尼，以使鐵芯21冷卻。需要調整在絕緣屏障23a和23b、23b和23c、33a和33b以及33b和33c之間的流體阻擋件26b、26c、36b和36c的纖維材料的體積比和長度，由此產生一流阻，該流阻用來在裝置充滿絕緣介質時防止空氣停留，并在運行期間使絕緣介質的流動停滯。
在該結構中，當絕緣介質的流動速度受抑制時，鐵芯21的表面被冷卻，在運行時，在絕緣屏障23a和23b、23b和23c、33a和33b以及33b和33c之間時絕緣介質不會流動，且當裝置充滿絕緣介質時，空氣不會保持殘留。這樣可獲得可靠性提高的電氣裝置，該裝置可使得鐵芯21在絕緣屏障23a、23b、23c、33a、33b、33c的部分冷卻并在絕緣屏障部分的流動帶電現象的抑制處于適當平衡。
迄今為止已對絕緣介質在殼狀變壓器的碾壓鐵芯和與其相對的繞組面之間的流動作了描述。然而，在其它例子中，如當用作絕緣介質路徑的間隙形成于高壓繞組和低壓繞組之間、或在鐵芯層疊層之間，可設計出阻擋或抑制絕緣介質的結構，由此當裝置充滿絕緣介質時空氣不會殘留，且在運行期間不會發生流動帶電現象。
在第一方面所定義的電氣裝置中，由低密度絕緣材料制成的用于使絕緣介質的流動停滯于絕緣介質路徑中的流體阻擋件被設置于充滿絕緣介質的在各絕緣圓柱之間的各絕緣介質路徑上下側的至少一側，各絕緣圓柱層位于高壓繞組和低壓繞組之間。由于該結構，當油被注入時，在絕緣圓柱中不會形成氣穴，而在運行期間絕緣圓柱的絕緣介質路徑中的流動帶電的現象被抑制。
在第二方面所定義的電氣裝置中，由本發明第一方面所定義所述流體阻擋件由以絕緣纖維襯墊的形式組成的材料制成，由此，所述流體阻擋件具有必要的彈性并因此可簡單地配合于絕緣介質路徑中。
在第三方面所定義的電氣裝置中，所述流體阻擋件具有由5-50％的絕緣纖維體積比所表示的密度。因此，當絕緣介質充滿裝置時，空氣不會殘留且絕緣圓柱的絕緣介質路徑中的流動在運行期間停滯，由此流動帶電現象被抑制。
在第四方面所定義的電氣裝置中，所述絕緣介質路徑的上下端的至少一端被覆以具有權利要求1中所定義的低密度的所述流體阻擋件的薄片。由于這種結構，流體阻擋件可在組裝中被輕易地配合入裝置。
在第五方面所定義的電氣裝置中，低壓繞組和高壓繞組沿垂直方向設置，鐵芯被堆疊在低壓繞組和高壓繞組的中心和外緣，多個絕緣屏障層被設置在位于繞組中心的堆疊的鐵芯外緣，取間隔裝置被設置在多個絕緣屏障層之間以沿垂直方向形成多條絕緣介質路徑，由低密度絕緣材料制成的用來使絕緣介質的流動在絕緣介質路徑中停滯的流體阻擋件被設置于各絕緣介質停滯路徑的上下側。由于這樣的結構，活動時在絕緣屏障層之間的絕緣介質的流動不會發生，且當裝置充滿絕緣介質時空氣不會殘留，由于這個原因，絕緣屏障處的流動帶電的現象被抑制，由此提高電氣裝置絕緣可靠性。
在第六方面所定義的電氣裝置中，低壓繞組和高壓繞組沿垂直方向設置，鐵芯被堆疊在低壓繞組和高壓繞組的中心和外緣，多個絕緣屏障層被設置在位于繞組中心的堆疊的鐵芯外緣，取間隔裝置被設置在多個絕緣屏障層之間以沿垂直方向形成多條絕緣介質路徑，由低密度絕緣材料制成的用來使絕緣介質的流動在絕緣介質路徑中停滯的流體阻擋件被設置于各絕緣介質停滯路徑的上下側，具有可為絕緣介質提供一適當流速的長度的抑流體設置于絕緣屏障和各鐵芯之間的絕緣介質路徑中。由于這樣的結構，運行時在絕緣屏障層之間的絕緣介質的流動不會發生，且當裝置充滿絕緣介質時空氣不會殘留。由于這個原因，絕緣屏障處的流動帶電的現象被抑制，鐵芯表面冷卻。由此，鐵芯可在沒有流動帶電的情況下被冷卻。
權利要求
1.一電氣裝置，包括一鐵芯；同心地設置于所述鐵芯外緣的低壓繞組和高壓繞組；設置于所述鐵芯和所述低壓繞組之間、低壓繞組和高壓繞組之間、并在高壓繞組外緣的多個絕緣圓柱；灌入于其中的絕緣介質；具有不同直徑的、形狀是多重圓柱形的多個絕緣圓柱；獨立設置于所述多重絕緣圓柱層之間以形成多條絕緣介質路徑的取間隔裝置；以及一由低密度絕緣材料制成的、用來阻擋所述絕緣介質路徑中的所述絕緣介質流的、至少設置于各所述絕緣介質路徑上下端的一端的流體阻擋件。
2.如權利要求1所述電氣裝置，其特征在于，所述流體阻擋件由絕緣纖維襯墊狀形式的材料制成。
3.如權利要求2所述電氣裝置中，其特征在于，所述流體阻擋件具有5-50％絕緣纖維的體積比。
4.如權利要求1所述電氣裝置中，其特征在于，所述絕緣路徑的上下端中至少一端被具有5-50％絕緣纖維的體積比的所述流體阻擋件的薄片覆蓋。
5.一電氣裝置，包括沿垂直方向設置繞組疊置的低壓繞組和高壓繞組；堆置于繞組的中心和外緣上的多個鐵芯；設置在繞組中心堆疊的所述鐵芯外緣的多個絕緣屏障層；獨立分開設置于所述多個絕緣屏障的層與層之間以形成多條絕緣介質路徑的多個取間隔裝置；一由低密度絕緣材料制成的、在絕緣介質中用來阻擋絕緣介質流的、設置于各絕緣介質路徑的流體阻擋件。
6.一電氣裝置，包括沿垂直方向設置的繞組疊置的低壓繞組和高壓繞組；堆置于繞組的中心和外緣上的多個鐵芯；設置在繞組中心堆疊的鐵芯外緣的多層絕緣屏障；分開設置于所述多個絕緣屏障層與層之間以形成多條絕緣介質路徑的取間隔裝置；一由低密度絕緣材料制成的、在絕緣介質路徑中用來阻擋所述絕緣介質流的、設置于各所述絕緣介質路徑的流體阻擋件；一設置在所述絕緣屏障層和各鐵芯內的抑流體，所述抑流體具有一可為絕緣介質提供合適流速的長度。
全文摘要
一電氣裝置,包括:具有不同直徑的多個絕緣圓柱以多重圓柱層形式設置于鐵芯和低壓繞組之間、低壓繞組和高壓繞組之間、高壓繞組外緣;被分開設置于多重絕緣圓柱層之間以形成多條絕緣介質路徑的取間隔裝置;一由低密度絕緣材料制成的、在絕緣介質路徑中用來阻擋絕緣介質流的、至少設置于各絕緣介質路徑上下端的一端的流體阻擋件。
文檔編號H01F27/32GK1328330SQ0112111
公開日2001年12月26日 申請日期2001年6月7日 優先權日2000年6月7日
發明者伊藤惠一, 石川清之, 吉住安二 申請人:三菱電機株式會社