专利名称：电气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一充满诸如绝缘油、绝缘气体等绝缘介质的电气装置，如变压器、电抗器等。
在充满诸如绝缘油之类的绝缘介质的电气装置中，一铁心变压器的截面如图5所示，绝缘圆柱部分的展开图如图6所示。在这些图中，标号1表示一硅钢片堆叠的铁芯；绝缘圆柱2设置于铁芯1外缘，用来在绝缘圆柱2和绕组之间形成绝缘介质的一通道A；一低压绕组3位于绝缘圆柱2外缘；中间圆柱4a、4b、4c以多重圆柱层的形状设置于低压绕组3的外缘以形成绝缘屏障。在层与层之间，取间隔装置5a、5b各自设置以形成绝缘介质通道C和D。在低压绕组3和绝缘圆柱4a的内缘之间形成有一绝缘介质通道B。标号6表示一设置于绝缘圆柱4a、4b、4c外缘上的高压绕组，高压绕组在其内表面和绝缘圆柱4c外缘之间形成一通道E。标号7表示设置于高压绕组外缘的绝缘圆柱，用来在该绝缘圆柱和高压绕组6的外缘之间形成一绝缘介质通道。
相对于低压绕组3和高压绕组6，在内缘侧的绝缘介质通道A或E和外缘侧的绝缘介质通道B或F之间每隔若干环圈设置有用来分隔的隔环。在这种结构中，低压绕组3和高压绕组6被构造，以使得在装置运行时，绝缘介质沿箭头所示方向弯曲迂回流动。形成于绝缘圆柱4a、4b和4c中相邻绝缘圆柱间的绝缘介质通道C和D适合于向上连通。
在如上所述结构的变压器中，低压绕组3和高压绕组6的各部分均通过在各相邻的圆环状绕组之间横向移动的绝缘介质的迂回流动而有效地冷却。由于低压绕组3和高压绕组6的圆盘状绕组之间的电位差很小，即使在高流速下，流动带电现象也很微弱。另一方面，由在低压绕组3和高压绕组6之间的绝缘圆柱4a、4b和4c形成的绝缘介质路径C、D处于高电场力强度下。因此，当绝缘介质流通过绝缘路径C和D时，各绝缘圆柱4a、4b和4c被充电并形成负极性，由此绝缘介质被充电并形成正极性。这样，电荷聚积于各绝缘圆柱4a、4b和4c的表面上。这将引起在表面上的部分放电，这是绝缘能力降低的一重要原因。
如上所述，具有在低压绕组3和高压绕组6之间形成绝缘屏障的绝缘圆柱4a、4b和4c之间的绝缘介质通道的传统结构具有下述缺点。当绝缘介质流过低压绕组3和高压绕组6之间的高电场强度作用下的绝缘介质路径C和D时，流动带电现象发生，由此降低绝缘的可靠性。
本发明为解决上述问题而产生，并旨在提供一可防止发生流动带电现象的电气装置，在该结构中，绝缘介质通道形成于绝缘圆柱之间，这些绝缘圆柱在铁芯和低压绕组、在低压绕组和高压绕组或高压绕组外围上形成绝缘屏障。
为达到上述目的，根据本发明第一方面，这里提供一电气装置，其中具有不同直径的多个绝缘圆柱以多重圆柱层形式设置于铁芯和低压绕组之间、低压绕组和高压绕组之间、以及高压绕组外周；被独立设置于多重绝缘圆柱层之间以形成多条绝缘介质路径的若干取间隔装置；一由低密度绝缘材料制成的、在绝缘介质路径中用来阻挡绝缘介质流的、至少设置于各绝缘介质路径上下端的一端的流体阻挡件。
按照本发明的第二方面，在如第一方面所定义的电气装置中，所述流体阻挡件由绝缘纤维的织物(mat)状形式的材料制成。
按照本发明的第三方面，在如第三方面所定义的电气装置中，所述被构造成如权利要求2的流体阻挡件具有5-50％绝缘纤维的体积比。
按照本发明的第四方面，在电气装置中，所述绝缘路径的上下端中至少一端被所述流体阻挡件的薄片覆盖，薄片构造如第一方面所述，具有5-50％绝缘纤维的体积比。
按照本发明的第五方面，在电气装置中，低压绕组和高压绕组彼此堆叠并沿垂直方向设置绕组，铁芯堆叠于绕组的中心和外缘上。多层绝缘屏障被设置在绕组中心堆叠的铁芯外缘，取间隔装置独立设置于绝缘屏障的层与层之间以沿垂直方向形成多条绝缘介质路径，由低密度绝缘材料制成的、在绝缘路径中用来阻挡绝缘介质流的流体阻挡件至少设置于个绝缘介质路径上下端的一端。
按照本发明第六方面，在电气装置中，低压绕组和高压绕组彼此堆叠并沿垂直方向设置绕组，铁芯堆叠于绕组的中心和外缘上，绝缘屏障的多个层被设置在绕组中心堆叠的铁芯外缘，取间隔装置独立设置于绝缘屏障的层与层之间以形成多条绝缘介质路径，由低密度绝缘材料制成的、在绝缘路径中用来阻挡绝缘介质流的流体阻挡件至少设置于各绝缘介质路径上下端的一端，一抑流体被设置在绝缘屏障和各铁芯内，所述抑流体具有一可为绝缘介质提供合适流速的长度。
图1是表示按照第一实施例的电气装置结构的截面图；图2是图1中的中间绝缘圆柱部分的部分展开图；图3是按照第二实施例的中间绝缘圆柱部分的部分展开图；图4是按照第三实施例的电气装置结构的绝缘圆柱部分的局部剖视图；图5是表示一传统电气装置结构的截面图；图6是表示一在图5中的电气装置中的中间绝缘圆柱部分的视图。
现在，将接合参阅附图对本发明的较佳实施例作更详细的描述。
图1表示按照本发明第一实施例的一结构。图2是中间绝缘圆柱部分的部分展开图。图1中所示结构包括在低压绕组和高压绕组之间以多重圆柱的形式形成的绝缘圆柱。在图1中，一铁芯1、一绝缘圆柱2、一低压绕组3、中间绝缘圆柱(4a、4b、4c)、取间隔装置(5a、5b)、高压绕组6、外绝缘圆柱7以与如图5中的传统结构相同的结构形成。一低压绕组内缘上的绝缘介质路径A、在其外缘上的绝缘介质路径B、在中间绝缘圆柱层之间的绝缘介质通道C和D、高压绕组6内缘上的绝缘介质路径E和其外缘上的绝缘介质路径F以如图1中所示传统结构相同的结构形成。标号15a表示独立地形成于绝缘圆柱层4a、4b之间的绝缘油路径C中的处于上下侧的油状流体流体阻挡件。标号15b表示绝缘油路径C中处于上下侧的油状流体流体阻挡件，绝缘油路径C形成于绝缘圆柱曾4b和4c之间。
流体阻挡件15a和15b可由无纺布以堆叠形式制成，这些无纺布作为一绝缘纸片的衬垫(低压绕组3和高压绕组6的主要绝缘材料)的材料或纤维、以及绝缘性、抗热性与合成纤维板相同的聚苯硫纤维和诸如聚-甲基-戊烯(polymethypentene)之类的纤维材料相缠绕。流体阻挡件15a和15b被切断以与绝缘介质路径C或D的剖面间隔相配合。被切断的流体阻挡件15a和15b被置于绝缘介质路径C和D的上侧和下侧。流体阻挡件15a、15b具有对外观体积的纤维材料的5-50％的体积比的密度。
这样，形成于中间绝缘圆柱层4a、4b和4c之间的绝缘介质路径C和D可设置成封闭状态，流体阻挡件15a和15b纤维材料的体积比可以是在绝缘介质是绝缘油的正常工作状态下的5％或更多。在这样的情况下，绝缘介质路径C和D内的流速可限定至1/10或更少。绝缘圆柱4a、4b和4c间的流动将防止流动带电现象的发生。
低密度纤维材料的流阻与动态粘滞系数的0.25次方成比例。假设变压器的运行温度是70摄氏度，作为绝缘介质的绝缘油的动态粘滞系数为3.5×10-6m2/s。假设运行温度是70摄氏度，压力为4kg/cm2，作为典型绝缘气体的SF6气体的动态粘滞系数是0.6×10-6m2/s。具有相同体积比的纤维材料的液阻为(3.5/0.6)0.25＝1.6倍。由此，绝缘油具有的液阻是SF6气流阻的1.6倍。因此，相比于绝缘油的情况，绝缘介质在其中的流速为1/10的纤维材料的体积比是绝缘路径中充满SF6气体的情况下的8％。这样，由于纤维材料的体积比是5％或更高，绝缘介质可以一非常小的流速流动。这确保了流动带电现象不会出现的情况。
在电气装置被组装后，其中充满了绝缘介质。在这种情况下，如果存在阻塞空间，空气将留在空间中，由此该空间中不会充以绝缘介质。这导致电气装置绝缘性能的降低。然而，只要流体阻挡件15a和15b纤维材料的体积比在50％以下，当绝缘介质充满装置时，空气可借助抽气被除去。
由这种方法，通过将流体阻挡件15a和15b的纤维材料的体积比设定在5-50％之间，则当装置被绝缘介质填满时空气并不停留，且在运行过程中流动带电现象并不发生于在绝缘圆柱4a、4b和4c中间的绝缘介质路径C和D中的这种状态可以确保。
上面的描述可关联于多个绝缘圆柱以多重绝缘圆柱的形式安置在铁心式变压器的中间圆柱部分、取间隔装置独立地置于各绝缘圆柱层之间以形成绝缘介质路径的情况。然而，当安置在铁芯和低压绕组或高压绕组外缘之间的绝缘圆柱形成绝缘介质路径时，也可通过沿绝缘介质路径与如上所述的例子一样设置流体阻挡件，以达到相同的效果。
本发明第二实施例具有一结构，其中低压绕组、高压绕组和中间绝缘圆柱以与第一实施例中相同的方式设置，绝缘介质路径的上下端被附以薄片状流体阻挡件。中间绝圆柱部分的展开图如图3所示，在图3中，标号16a、16b表示一由纤维材料的薄片制成的流体阻挡件。流体阻挡件16a、16b可由一片绝缘材料的无纺布或织物制成，所述绝缘材料的绝缘和热阻与在这种电子装置中用作主要绝缘材料的、例如聚苯硫纤维、聚-甲基-戊烯(polymethypertene)纤维等绝缘片、合成纤维板等的绝缘和热阻相等。流体阻挡件16a和16b的设置用来使绝缘介质路径C、D上下端呈闭塞状态。
通过在第一实施例中将流体阻挡件16a、16b的纤维材料的体积比设定在外观体积的5-50％之间，可形成一结构，当装置被绝缘介质填满时空气并不停留，且运动时油的流动并不发生在绝缘介质路径中C、D中。这样，可确保了流动带电现象不会出现。
在这种结构中，安置于铁芯和低压绕组或高压绕组外缘之间的绝缘圆柱形成绝缘介质路径，可通过如上实施例所述的将流体阻挡件16a设置在绝缘介质路径中而获得相同效果。
本发明第三实施例具有壳状变压器的结构，其中绝缘介质的流动停止在设于铁芯外围和绝缘屏障和铁芯之间的绝缘介质路径上。这种结构如图4所示。在图4中，标号21表示一铁芯；22表示一一绕组；23a、23b和23c表示设置于绕组22和铁芯21之间的绝缘屏障；25a、25b和25c表示独立地设置于绝缘屏障层23a、23b和23c之间并沿垂直方向形成一绝缘介质路径；26b、26c表示设置于在绝缘屏障23a、23b和23c之间的绝缘介质路径上下端的油流流体阻挡件。流体阻挡件26a和26b可由无纺布以堆叠形式制成，这些无纺布与作为一聚苯硫纤维或聚-甲基-戊烯(polymethypentene)纤维的衬垫制成的材料或纤维相缠绕。流体阻挡件26a和26b具有5-50％的纤维材料体积比。标号27表示一设置在铁芯21和绝缘屏障23a之间的抑流体。
标号33a、33b、33c表示设置于绕组22和铁芯21之间的绝缘屏障；35a、35b和35c表示分开设置于绝缘屏障33a、33b、33c层之间的间隔件，用来在垂直方向上形成绝缘介质路径；36b、36c表示设置于在绝缘屏障33a、33b和33c之间的绝缘介质路径上下端的油流流体阻挡件。油流流体阻挡件36b、36c由与油流流体阻挡件26b、26c相同的材料制成。标号37表示一设置在铁芯21和绝缘屏障23a之间的抑流体。
由于铁的损耗，在铁芯21处有温度的升高。因此，绝缘介质流需要在铁芯21和绝缘屏障23a以及铁芯21和绝缘屏障33a之间冷却。由于现在没有铁的损耗，在铁芯21和绝缘屏障23a以及铁芯21和绝缘屏障33a之间无需这种冷却。
当绝缘介质的流速很高时，流动带电现象将产生，由此绝缘的可靠性降低。因此，在铁芯21和绝缘屏障23a或绝缘屏障33a之间的需要冷却的抑流体27或37调整其纤维材料的体积比，由此产生一提供缓慢流动的流体阻尼，以使铁芯21冷却。需要调整在绝缘屏障23a和23b、23b和23c、33a和33b以及33b和33c之间的流体阻挡件26b、26c、36b和36c的纤维材料的体积比和长度，由此产生一流阻，该流阻用来在装置充满绝缘介质时防止空气停留，并在运行期间使绝缘介质的流动停滞。
在该结构中，当绝缘介质的流动速度受抑制时，铁芯21的表面被冷却，在运行时，在绝缘屏障23a和23b、23b和23c、33a和33b以及33b和33c之间时绝缘介质不会流动，且当装置充满绝缘介质时，空气不会保持残留。这样可获得可靠性提高的电气装置，该装置可使得铁芯21在绝缘屏障23a、23b、23c、33a、33b、33c的部分冷却并在绝缘屏障部分的流动带电现象的抑制处于适当平衡。
迄今为止已对绝缘介质在壳状变压器的碾压铁芯和与其相对的绕组面之间的流动作了描述。然而，在其它例子中，如当用作绝缘介质路径的间隙形成于高压绕组和低压绕组之间、或在铁芯层叠层之间，可设计出阻挡或抑制绝缘介质的结构，由此当装置充满绝缘介质时空气不会残留，且在运行期间不会发生流动带电现象。
在第一方面所定义的电气装置中，由低密度绝缘材料制成的用于使绝缘介质的流动停滞于绝缘介质路径中的流体阻挡件被设置于充满绝缘介质的在各绝缘圆柱之间的各绝缘介质路径上下侧的至少一侧，各绝缘圆柱层位于高压绕组和低压绕组之间。由于该结构，当油被注入时，在绝缘圆柱中不会形成气穴，而在运行期间绝缘圆柱的绝缘介质路径中的流动带电的现象被抑制。
在第二方面所定义的电气装置中，由本发明第一方面所定义所述流体阻挡件由以绝缘纤维衬垫的形式组成的材料制成，由此，所述流体阻挡件具有必要的弹性并因此可简单地配合于绝缘介质路径中。
在第三方面所定义的电气装置中，所述流体阻挡件具有由5-50％的绝缘纤维体积比所表示的密度。因此，当绝缘介质充满装置时，空气不会残留且绝缘圆柱的绝缘介质路径中的流动在运行期间停滞，由此流动带电现象被抑制。
在第四方面所定义的电气装置中，所述绝缘介质路径的上下端的至少一端被覆以具有权利要求1中所定义的低密度的所述流体阻挡件的薄片。由于这种结构，流体阻挡件可在组装中被轻易地配合入装置。
在第五方面所定义的电气装置中，低压绕组和高压绕组沿垂直方向设置，铁芯被堆叠在低压绕组和高压绕组的中心和外缘，多个绝缘屏障层被设置在位于绕组中心的堆叠的铁芯外缘，取间隔装置被设置在多个绝缘屏障层之间以沿垂直方向形成多条绝缘介质路径，由低密度绝缘材料制成的用来使绝缘介质的流动在绝缘介质路径中停滞的流体阻挡件被设置于各绝缘介质停滞路径的上下侧。由于这样的结构，活动时在绝缘屏障层之间的绝缘介质的流动不会发生，且当装置充满绝缘介质时空气不会残留，由于这个原因，绝缘屏障处的流动带电的现象被抑制，由此提高电气装置绝缘可靠性。
在第六方面所定义的电气装置中，低压绕组和高压绕组沿垂直方向设置，铁芯被堆叠在低压绕组和高压绕组的中心和外缘，多个绝缘屏障层被设置在位于绕组中心的堆叠的铁芯外缘，取间隔装置被设置在多个绝缘屏障层之间以沿垂直方向形成多条绝缘介质路径，由低密度绝缘材料制成的用来使绝缘介质的流动在绝缘介质路径中停滞的流体阻挡件被设置于各绝缘介质停滞路径的上下侧，具有可为绝缘介质提供一适当流速的长度的抑流体设置于绝缘屏障和各铁芯之间的绝缘介质路径中。由于这样的结构，运行时在绝缘屏障层之间的绝缘介质的流动不会发生，且当装置充满绝缘介质时空气不会残留。由于这个原因，绝缘屏障处的流动带电的现象被抑制，铁芯表面冷却。由此，铁芯可在没有流动带电的情况下被冷却。
权利要求
1.一电气装置，包括一铁芯；同心地设置于所述铁芯外缘的低压绕组和高压绕组；设置于所述铁芯和所述低压绕组之间、低压绕组和高压绕组之间、并在高压绕组外缘的多个绝缘圆柱；灌入于其中的绝缘介质；具有不同直径的、形状是多重圆柱形的多个绝缘圆柱；独立设置于所述多重绝缘圆柱层之间以形成多条绝缘介质路径的取间隔装置；以及一由低密度绝缘材料制成的、用来阻挡所述绝缘介质路径中的所述绝缘介质流的、至少设置于各所述绝缘介质路径上下端的一端的流体阻挡件。
2.如权利要求1所述电气装置，其特征在于，所述流体阻挡件由绝缘纤维衬垫状形式的材料制成。
3.如权利要求2所述电气装置中，其特征在于，所述流体阻挡件具有5-50％绝缘纤维的体积比。
4.如权利要求1所述电气装置中，其特征在于，所述绝缘路径的上下端中至少一端被具有5-50％绝缘纤维的体积比的所述流体阻挡件的薄片覆盖。
5.一电气装置，包括沿垂直方向设置绕组叠置的低压绕组和高压绕组；堆置于绕组的中心和外缘上的多个铁芯；设置在绕组中心堆叠的所述铁芯外缘的多个绝缘屏障层；独立分开设置于所述多个绝缘屏障的层与层之间以形成多条绝缘介质路径的多个取间隔装置；一由低密度绝缘材料制成的、在绝缘介质中用来阻挡绝缘介质流的、设置于各绝缘介质路径的流体阻挡件。
6.一电气装置，包括沿垂直方向设置的绕组叠置的低压绕组和高压绕组；堆置于绕组的中心和外缘上的多个铁芯；设置在绕组中心堆叠的铁芯外缘的多层绝缘屏障；分开设置于所述多个绝缘屏障层与层之间以形成多条绝缘介质路径的取间隔装置；一由低密度绝缘材料制成的、在绝缘介质路径中用来阻挡所述绝缘介质流的、设置于各所述绝缘介质路径的流体阻挡件；一设置在所述绝缘屏障层和各铁芯内的抑流体，所述抑流体具有一可为绝缘介质提供合适流速的长度。
全文摘要
一电气装置,包括:具有不同直径的多个绝缘圆柱以多重圆柱层形式设置于铁芯和低压绕组之间、低压绕组和高压绕组之间、高压绕组外缘;被分开设置于多重绝缘圆柱层之间以形成多条绝缘介质路径的取间隔装置;一由低密度绝缘材料制成的、在绝缘介质路径中用来阻挡绝缘介质流的、至少设置于各绝缘介质路径上下端的一端的流体阻挡件。
文档编号H01F27/32GK1328330SQ0112111
公开日2001年12月26日 申请日期2001年6月7日 优先权日2000年6月7日
发明者伊藤惠一, 石川清之, 吉住安二 申请人:三菱电机株式会社