[发明专利]用于变压器的绝缘件

说明书

技术领域

本发明涉及变压器领域，特别涉及用于电力变压器和配电变压器 的绝缘件或隔离件。

背景技术

变压器是用于对交流电信号的电压进行升压、隔离或降压的装 置，广泛应用于将初级绕组中的交流电的能量转移到一个或多个次级 绕组中。

变压器的基本设计由两个或多个包含初级和次级绕组的电路构 成，各电路由具有一个或多个通过于其间转移磁通量而使线圈耦合的 磁芯的多匝导体线圈制成。传统上，在芯形式构造中，该两个或多个 垂直设置的层压钢芯柱具有两个或多个围绕各芯柱同心设置的绕组。 在其最简单的形式中，该绕组通常分成低压(LV)和高压(HV)绕 组部分。在可替代的构造中，该LV和HV线圈垂直交错获得壳形式 构造。用介电(绝缘)材料将线圈彼此分开。

已知，例如参见美国专利申请公开号20040070480、美国专利号 6445269和6259345，通过将导体线圈封装在作为介电材料的液晶聚 合物(LCP)中用于制备小变压器。然而，封装技术不能用于大尺寸 的通常设计用作电力和配电变压器的变压器。对于较大的变压器，无 论是在层状绕组之间或在多个绕组部分之间，都必须使用轴向棒状隔 离件和径向隔离件以确保和维持变压器线圈的有效冷却。垂直设置的 棒状件通常用作线圈和/或层状类型绕组的绕组部分之间的分隔件。当 该绕组具有盘状类型(该术语也包括剖面、螺旋的)和壳状类型(该 术语为扁平状)时，已知通过适当使用轴向隔离件和/或径向(盘状) 隔离件来提供轴向和径向的间隔。在典型的壳式装置中，径向隔离件 是离散的，并沿芯的高度固定到轴向隔离件上，用于保持该径向隔离 件就位并由此在导体之前提供所需的介电距离和绕组周围冷却流体 的适当流动。通常，使用流体冷却介质，例如油、空气或气体。这些 径向隔离件通常胶合到壳式构造中的绝缘片(称作垫圈)上。在另一 典型装置中，将轴向和径向隔离件合并形成梳状构造。在例如美国专 利号1159770、2201005、2756397和2783441中描述了绕组隔离件的 一些实例。

垂直棒状件、轴向和径向隔离件(下文统称为隔离件)形式的介 电元件必须由电绝缘材料制成。该绝缘材料必须具有适当的介电强 度，并且能够承受热和温度波动。在一些变压器中，线圈和绝缘层浸 渍在流体中，这有助于从线圈中输出热量，因此理想的绝缘体材料应 当对通常所用的流体有耐受性。而且该隔离件必须能够承受在制造过 程中产生的机械应力和在变压器的操作过程中(例如在短路事件过程 中)的电/机械应力。

在常规变压器中，隔离件是由多种绝缘材料制成的，具体取决于 所需的温度等级、设计、成本和其它性能和性质需求。通常使用的材 料包括纤维素纤维、纸或纸板、陶瓷材料、芳族聚酰胺纤维、纸或纸 板、和填充玻璃纤维的热固性材料(例如环氧树脂或聚酯)，其中该 玻璃的形式可以为不连续的短纤维、玻璃垫或织物。

纤维素绝缘是具有成本效率的绝缘材料，即使制备所述部件需要 显著的劳动力。所述部件通常由大的片材切割或锯成，碾磨成一致的 厚度、在其边缘碾磨以除去可能撕裂导线绝缘的尖锐棱角，然后最后 冲压成单独的部件。在棒状件的情况下，必须将预切割条的堆胶合在 一起，然后烘炉固化以将该部件构造到适当的厚度。此外，纤维素绝 缘的使用限制于较低温度等级的变压器，具有有限的热点容量，操作 温度限定到不超过105℃连续。纤维素板部件的另一种限制源于其吸 湿性能，根据周围相对湿度，其会影响部件的尺寸稳定性和一致性。 这又会在线圈组装操作中引起严重的困难，其中必须特别留意以保持 盘与盘之间的距离以及在设计说明书中绕组组件的总高度，这对于变 压器的最终特征和性能是非常重要的。通常在绕组的组装过程中要进 行特别调节来补偿不一致的隔离件尺寸(例如关于在盘状卷绕组件中 径向隔离件的厚度)，且会导致组装时间以及最终成本的大大提高。 此外，已知在长期暴露于中高温下，纤维素纤维会受到水解降解和老 化，这造成隔离件收缩，导致机械夹紧结构的松弛，最终导致在短路 状态下的变压器故障。由于纤维素的吸湿性倾向，因此在干燥和调节 绕组中也要花费大量的时间。