[发明专利]高压变换器

说明书

本发明涉及高压变换器，其包括由非晶带状材料围绕至少一个内空心（inner hollow）缠绕的至少一个变换器芯，其中，由缠绕的带状材料的边缘形成两个相对的层叠前面侧（front side），并且其中，形成至少两个相对的芯柱区（limb area）和上轭区及下轭区（yoke area），其中，至少一个空心圆筒变换器线圈围绕至少一个变换器芯的芯柱区布置。

已知用于功率传输的高压变换器的额定电压等级例如为10kV、60kV、110kV或者以上，而额定功率量例如为1MVA、10MVA甚至100MVA。用于这种变换器的变换器芯典型地基于堆叠金属片。由于在这种变换器芯的操作期间永磁体重新取向，会产生磁损耗，这还会对变换器芯带来加热效果。堆叠金属片的标准变换器芯能在高达几百℃的温度下操作，而在这种情况下例如180℃-200℃的所属线圈的耐热性对于整个变换器而言是限制温度因子。

还已知由非晶材料制成的变换器芯与标准变换器芯相比，会提供减小的芯损耗。非晶材料典型可作为耐火带状材料得到，对任何机械应力极敏感。因此，非晶变换器芯需要由这种带状材料缠绕，而这种带的宽度能是例如30cm的量，而需要缠绕几千层。另外，缠绕的非晶变换器芯对于例如通过机械碰撞产生的任何机械应力敏感。而且要承受变换器的重量，该重量本身被认为是机械应力。

由于非晶变换器芯的高脆弱性，并且由于带状非晶材料的可用宽度的限制，考虑到实际的框架条件，具有非晶变换器芯的变换器的最大额定功率被限制为大致5-10MV。由于减小的芯损耗的效果例如仅在低于100℃-140℃的温度范围获得，否则芯损耗会不利地增大，非晶材料的变换器芯需要在操作期间被冷却。因此，非晶高压变换器的最大额定功率也由这种变换器的冷却系统或冷却装置限制。由于其布置在充油容器中，因此非晶油变换器已具有相当有效的油基冷却系统，使得在大多数情况下不需要额外的冷却工作。另一方面，在没有加强的冷却系统的情况下，非晶干式变换器受到例如2-4MVA的最大额定功率的限制。

基于本领域的这一现状，本发明的目的在于提供一种干式高压变换器，其具有由非晶带状材料缠绕的变换器芯，具有改善的冷却特性。

该问题由上述种类的高压变换器解决。其特征在于，冷却装置与层叠前面侧的至少一个的至少一部分连接。

本发明的基本想法是，在一个或者两个层叠前面侧将诸如冷却元件或者热交换器的冷却装置连接至非晶变换器芯。一方面，冷却装置适于从与非晶变换器芯接触的面积的热传输，以获得对于非晶变换器芯的冷却效果。另一方面，布置在一个或者两个层叠前面侧能在非晶变换器芯其自身内实现显著更高的冷却效果或热传输。

由非晶带状材料缠绕的变换器芯内的热传导性并非在所有几何方向都是相同的。进一步而言，非晶带材料的相同层内的热传导性最高，而与其垂直通过邻近层的热传导性显著降低。由于非晶带状材料的机械敏感性，与常规变换器芯的堆叠金属片相比，不会以这种压力将邻近层压在一起，使得邻近层之间的热传输可由于可能存在的极小的间隙而减弱。此外,非晶变换器芯的缠绕层数与常规类似的变换器芯的堆叠金属片数相比显著更高(例如为5000)，而后者例如只包括几百层。因此，通过所有层的热通道的数量对于由非晶带状材料缠绕的变换器芯而言，与类似尺寸的常规堆叠的变换器芯相比显著更高。

因此，将冷却装置连接至由非晶带状材料缠绕的变换器芯的一个或者两个层叠前面侧会对非晶变换器芯提供显著增大的冷却效果，并能够组成具有2-4MVA以上的增大的额定功率的、具有非晶变换器芯的干式变换器。另外，更大的变换器芯可以以如下方式随之冷却：在其操作期间在内变换器芯内不超过例如100℃-140℃的临界材料温度。

在本发明的变形中，冷却装置包括至少一个具有平坦侧的冷却元件，该冷却元件与变换器芯的前面侧面对面地邻近安装。如果变换器芯与冷却元件具有公共边界表面，那么这两个组件之间的热传递被有利地改善。冷却装置可包括若干组件，并基于若干类型的冷却原理。例如可以使用基于空气的冷却系统，其中，冷却元件部分地被环境空气包围，当被加热时，环境空气向上移动，以给出自然空气流。空气流可以由例如送风机或者风扇或者此类改善，以便这种冷却系统的效率以有利方式改善。而且，具有热交换器或蒸发器和凝结器和封闭式冷却回路的冷却系统也在本发明的范围内。封闭式冷却回路能以有利方式填充有冷却液体，以便冷却系统的效率再次增大。