Трансформатор/реактор и способ его изготовления

Номер патента: 1726

Опубликовано: 27.08.2001

Авторы: Хёрнфельдт Свен, Хольмстрём Йёран, Лейён Матс, Кюландер Гуннар

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ изготовления трансформатора/реактора с газовым или водяным охлаждением, имеющего, по меньшей мере, одну обмотку, отличающийся тем, что обмотку наматывают высоковольтным кабелем (111), содержащим изолированный электрический проводник, включающий, по меньшей мере, один токонесущий проводник (112), а также содержащим первый полупроводящий слой (113), окружающий указанный токонесущий проводник (112), твердый изолирующий слой (114), окружающий указанный первый слой (113), и второй полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой (114), причем трансформатор/реактор имеет, по меньшей мере, один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75), который наматывают в обмотку (2, 3, 4) при намотке высоковольтного кабеля (111) вокруг стержней (22, 23, 24) магнитопровода трансформатора/реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что

а) наматывают первый слой кабеля,

б) наматывают или устанавливают добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75),

в) наматывают еще один слой кабеля, после чего повторяют операции (б) и (в) до тех пор, пока не будет полностью намотана вся катушка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что высоковольтный кабель наматывают одновременно с наматыванием или установкой добавочных элементов (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75).

4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что перед тем, как наматывают или устанавливают добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75), на обмотку помещают заполнители (10).

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что заполнители (10) помещают на обмотку также после того, как намотаны или установлены добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75).

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве добавочного элемента обмотки наматывают охлаждающую трубку (9, 11, 12, 13).

7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве добавочного элемента обмотки наматывают единственный трубчатый элемент (50), заземляющий элемент (55), укрепляющий компаунд (60), механический укрепляющий элемент (65), шумоподавляющий элемент (70) или электрический преобразователь (75).

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что через охлаждающую трубку (9, 11, 12, 13) пропускают воду.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что

а) после намотки первого слоя кабеля распылением наносят теплопроводящий компаунд (10) в промежутки между витками обмотки,

б) после того, как охлаждающая трубка (9, 11, 12) или изолирующая трубка (14) намотана в промежутках между витками обмотки, на охлаждающую трубку (9, 11, 12) или изолирующую трубку (14) наносят распылением дополнительный теплопроводящий компаунд (10).

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что

а) после того, как намотан первый слой кабеля, охлаждающую трубку (9, 11, 12) или изолирующую трубку (14), запрессованную или залитую в теплопроводящий компаунд (10), наматывают на кабель,

б) придают теплопроводящему компаунду (10) такую форму, чтобы он прилегал к кабелям, когда наматывают второй слой кабеля.

11. Трансформатор/реактор (1) с газовым или водяным охлаждением, имеющий, по меньшей мере, одну обмотку, намотанную вокруг стержней (22, 23, 24) магнитопровода трансформатора/реактора, отличающийся тем, что обмотки (2, 3, 4) выполнены с использованием изолированного электрического проводника, включающего, по меньшей мере, один токонесущий проводник (112), а также включающего первый полупроводящий слой (113), окружающий указанный проводник (112), твердый изолирующий слой (114), окружающий указанный первый слой (113), и второй полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой (114), причем трансформатор/реактор имеет, по меньшей мере, один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75), который намотан в обмотку (2, 3, 4).

12. Трансформатор/реактор по п.11, отличающийся тем, что высоковольтный кабель (111) имеет цилиндрическую форму.

13. Трансформатор/реактор по п.11 или 12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65, 70, 75) помещен в пространство (8), образованное между кабелями (111) в процессе намотки.

14. Трансформатор/реактор по п.11 или 12, отличающийся тем, что добавочный элемент содержит, по меньшей мере, одну охлаждающую трубку (9, 11, 12, 14), помещенную в пространство (8), образованное между кабелями (111) в процессе намотки, причем пространство (8), которое остается между охлаждающими трубками (9, 11, 12, 14) и кабелями, заполнено теплопроводящим компаундом (10).

15. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (9) с круглым поперечным сечением.

16. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (11) с квадратным поперечным сечением.

17. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (12), имеющая сечение в виде квадрата с вогнутыми сторонами.

18. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) вставлена в трубку, содержащую заполнитель (10).

19. Трансформатор/реактор по п.11 или 12, отличающийся тем, что добавочный элемент выполнен в виде единственного трубчатого элемента (50), заземляющего элемента (55), укрепляющего компаунда (60), механического укрепляющего элемента (65), шумоподавляющего элемента (70) или электрического преобразователя (75), расположенного в пространстве (8) между кабелями (111), причем пространство (8), которое остается между добавочным элементом (50, 55, 60, 65, 70, 75) и кабелями, заполнено теплопроводящим компаундом (10).

20. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-19, отличающийся тем, что теплопроводящий компаунд (10) имеет низкую вязкость при высокой скорости сдвига, а в состоянии покоя является пастообразным.

21. Трансформатор/реактор по п.20, отличающийся тем, что теплопроводящий компаунд (10) содержит однокомпонентный или двухкомпонентный отверждающийся силиконовый каучук с теплопроводящим наполнителем.

22. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-21, отличающийся тем, что наполнитель содержит оксид алюминия, нитрид бора или карбид кремния.

23. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-22, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) выполнена из диэлектрического материала, например полиэтилена, полипропилена, полибутена, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена или эластомеров, содержащих наполнитель и усилитель.

24. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-23, отличающийся тем, что охлаждающаяся трубка (13) изготовлена из полиэтилена высокой плотности.

25. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-24, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) изготовлена из полиэтилена с межмолекулярными связями.

26. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-25, отличающийся тем, что высоковольтный кабель (111) содержит проводник с множеством жил (112), внутренний полупроводящий слой (113), окружающий указанный проводник, изолирующий слой (114), окружающий указанный внутренний полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой.

27. Трансформатор/реактор по п.26, отличающийся тем, что высоковольтный кабель (111) имеет диаметр в диапазоне 20-250 мм и площадь токопроводящей части в диапазоне 40-3000 мм2.

28. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-27, отличающийся тем, что изолированный проводник или высоковольтный кабель (111) являются гибкими.

29. Трансформатор/реактор по п.28, отличающийся тем, что слои (113, 114, 115) соединены друг с другом, даже когда изолированный проводник или высоковольтный кабель (111) изогнут.

30. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-29, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два соседних слоя (113, 114, 115) имеют, по существу, одинаковые коэффициенты теплового расширения.

31. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-30, отличающийся тем, что весь хладагент в вшфх газа или жидкости, предназначенный для охлаждения трансформатора/реактора, протекает через охлаждающую трубку (13).

32. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-31, отличающийся тем, что обмотка является гибкой и включает электропроводящую сердцевину, окруженную внутренним полупроводящим слоем, изолирующий слой из твердого материала, окружающий указанный внутренний полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий указанный изолирующий слой, причем слои соединены друг с другом.

33. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-32, отличающийся тем, что указанные слои выполнены из материалов, имеющих такую эластичность и такое соотношение коэффициентов теплового расширения, что изменения объема слоев, обусловленные температурными флуктуациями в процессе эксплуатации, могут быть поглощены за счет эластичности материала, так что сохраняется адгезия слоев друг к другу при температурных флуктуациях, которые имеют место в процессе эксплуатации.

34. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-33, отличающийся тем, что материалы указанных слоев имеют высокую эластичность, предпочтительно с модулем упругости меньшим, чем 500 МПа, а более предпочтительно меньшим, чем 200 МПа.

35. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-34, отличающийся тем, что коэффициенты теплового расширения материалов указанных слоев имеют, по существу, одинаковую величину.

36. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-35, отличающийся тем, что адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов.

37. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-36, отличающийся тем, что каждый полупроводящий слой, по существу, образует эквипотенциальную поверхность.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

1 Область техники Настоящее изобретение относится к силовым трансформаторам с кабельной обмоткой и воздушным, а предпочтительно - водяным, охлаждением и к способу изготовления такого силового трансформатора, рассчитанного на напряжения до 400 кВ. Уровень техники Современные силовые трансформаторы обычно имеют масляное охлаждение. Сердечник, состоящий из множества стержней, соединенных ярмами, и обмотки (первичная, вторичная, управляющая) заключены в закрытый контейнер, заполненный маслом. Тепло, создаваемое в катушках и сердечнике, отводится маслом, циркулирующим внутри через катушки и сердечник, и передается через стенки контейнера в окружающий воздух. Циркуляция масла может быть вынужденной, т.е. масло прокачивают по контуру, или же естественной за счет разности температур в масле. Циркулирующее масло охлаждают снаружи за счет воздушного или водяного охлаждения. Внешнее воздушное охлаждение может быть как вынужденным, так и естественным, конвекционным. Помимо функции переноса тепла в высоковольтных трансформаторах масло выполняет также функцию изолятора. Сухие трансформаторы обычно имеют воздушное охлаждение. Они обычно охлаждаются за счет естественной конвекции, так как современные сухие трансформаторы являются маломощными. Современная технология включает использование осевых охлаждающих каналов, созданных в гофрированной обмотке, как описано в GB 1147049, осевых каналов для охлаждения обмоток в заливочной смоле, как описано в ЕР 83107410.9, и использование вентиляторов со скрещенными потоками при пиковых нагрузках, как описано в SE 7303919-0. Для мощных трансформаторов с обмоткой из кабеля требования к охлаждению повышаются. Для удовлетворения требований по охлаждению всех обмоток необходима принудительная конвекция. Естественной конвекции недостаточно для охлаждения кабельных обмоток. Важно обеспечить короткий путь для отводимого тепла до хладагента, а также эффективную передачу тепла хладагенту. Поэтому важно,чтобы все обмотки имели непосредственный контакт с достаточным количеством хладагента. Известны залитые смолой катушки с очень гибким гофрированным кабелем, описанные,например, в патенте DE-A1-2854520, в частности, коммутационная катушка для выпрямительного блока, в которой имеются винтовые каналы охлаждения. Однако они неприменимы для трансформатора/реактора с высоковольтным кабелем, имеющим свои специфические электрические/магнитные проблемы. Известен проводник, описанный в патентеUS 5036165, в котором имеются внутренний и 2 внешний слои изоляции из полупроводящего пиролитического стекловолокна. Известно также использование проводников с такой изоляцией в электрическом генераторе, как описано,например, в патенте US 5066881, где слой из полупроводящего пиролитического стекловолокна находится в контакте с двумя параллельными стержнями, образующими проводник, а изоляция в пазах статора окружена внешним слоем полупроводящего пиролитического стекловолокна. Пиролитическое стекловолокно считается подходящим, так как оно сохраняет свое удельное сопротивление даже после пропитки. Цель изобретения Целью изобретения является создание способа намотки трансформатора/реактора с включением в его обмотку добавочных элементов,устанавливаемых в одном или более из промежутков, образованных между витками обмотки. Добавочные элементы могут быть выбраны в зависимости от конкретных требований. Они могут быть охлаждающими трубками для газа или жидкости, пустыми трубками для использования по различному назначению, средствами заземления, укрепляющими компаундами, механическими укрепляющими элементами, шумоподавляющими элементами или преобразователями различных типов. Другой целью изобретения является создание силового трансформатора с кабельной обмоткой описанного во вводной части типа, в котором обеспечивается газовое или предпочтительно водяное охлаждение. Изобретение направлено на охлаждение каждого витка в обмотках, причем хладагент распределяется должным образом для удовлетворения различных требований к охлаждению разных обмоток. Кроме того, целью изобретения является отказ от использования охлаждающего масла в силовых трансформаторах и обеспечение внутреннего охлаждения, которое приводит к уменьшению веса, повышению коэффициента заполнения и, следовательно, снижению стоимости. Сущность изобретения Цели, упомянутые выше, достигаются посредством способа и устройства согласно изобретению, имеющих признаки, определенные в формуле изобретения. Настоящее изобретение относится к трансформатору или реактору, содержащему трансформаторный сердечник, обмотанный кабелем так, что обмотка имеет канал охлаждения между всеми витками кабеля. Канал охлаждения выполнен с возможностью пропускания воды для охлаждения всех витков обмотки в трансформаторе. В устройстве, выполненном согласно изобретению, обмотки предпочтительно выполнены из кабелей, имеющих твердую, сформированную путем экструзии, изоляцию и в настоящее время используемых для энергоснабжения, 3 например кабелей с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями или кабелей с изоляцией из этиленпропиленового каучука. Такой кабель содержит внутренний проводник, состоящий из одной или более жил, внутренний полупроводящий слой, который окружает проводник и вокруг которого имеется сплошной изолирующий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий изолирующий слой. Такие кабели являются гибкими, что в данном контексте важно, поскольку технология создания устройства согласно изобретению базируется, прежде всего, на системах намотки, в которых обмотка формируется из кабеля, который в процессе сборки сгибают. Гибкость кабеля с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями обычно соответствует радиусу кривизны приблизительно 20 см для кабеля с диаметром 30 мм и радиусу кривизны приблизительно 65 см для кабеля с диаметром 80 мм. В настоящем описании термин "гибкий" используется для указания на то, что обмотку можно согнуть до радиуса кривизны, приблизительно в четыре раза превышающего диаметр кабеля, а предпочтительно - от восьми до двенадцати раз. Обмотки должны быть выполнены так,чтобы сохранять свои свойства даже тогда, когда они согнуты и испытывают температурные нагрузки во время эксплуатации. Очень важно,чтобы при этом сохранялась адгезия между слоями. Свойства материалов, из которых изготовлены слои, являются здесь решающими, особенно их эластичность и относительные коэффициенты теплового расширения. Например, в кабеле с изоляцией из полиэтилена с межмолекулярными связями изолирующий слой состоит из полиэтилена с низкой плотностью с межмолекулярныии связями, а полупроводящие слои состоят из полиэтилена с примесью сажи и металлических частиц. Изменения объема в результате температурных флуктуаций полностью поглощаются изменением радиуса кабеля и,благодаря сравнительно небольшому различию между коэффициентами теплового расширения слоев и при соответствующей эластичности этих материалов, радиальное расширение может иметь место без нарушения адгезии между слоями. Описанные выше комбинации материалов должны рассматриваться только в качестве примеров. Очевидно, что и другие комбинации материалов, удовлетворяющие описанным требованиям, а также являющиеся полупроводящими, т.е. имеющими удельное сопротивление в диапазоне 10-1-106 Омсм, например 1-500 Омсм, или 10-200 Омсм, естественно также находятся в объеме изобретения. Изолирующий слой может состоять, например, из твердого термопластичного материала, например полиэтилена с низкой плотностью,полиэтилена с высокой плотностью, полипро 001726 4 пилена, полибутилена, полиметилпентена, материалов с межмолекулярными связями, например полиэтилена с межмолекулярными связями,или каучука, например этиленпропиленового каучука или силиконового каучука. Внутренний и внешний полупроводящие слои могут быть выполнены из того же базового материала, в который добавлены частицы проводящего материала, например сажи или металлического порошка. На механические свойства этих материалов, в частности на их коэффициенты теплового расширения, относительно слабо влияет примесь сажи или металлического порошка, по меньшей мере, в количестве, требуемом для достижения проводимости, необходимой согласно изобретению. Таким образом, изолирующий слой и полупроводящие слои имеют по существу одинаковые коэффициенты теплового расширения. Подходящими полимерами для создания полупроводящих слоев могут являться сополимеры этилен-винил-ацетат/нитрильный каучук,полиэтилен, привитый бутил-каучуком, сополимеры этилен-бутил-акрилат и сополимеры этилен-этил-акрилат. Даже когда в качестве основы в различных слоях используются различные типы материала,желательно, чтобы их коэффициенты теплового расширения были по существу одинаковыми. Именно это и имеет место для комбинаций материалов, перечисленных выше. Материалы, перечисленные выше, имеют относительно хорошую эластичность с модулем упругости Е меньше 500 МПа, предпочтительно меньше 200 МПа. Такая эластичность достаточна для того, чтобы любые незначительные различия между коэффициентами теплового расширения материалов слоев поглощались в радиальном направлении за счет эластичности материала, чтобы не появлялось никаких трещин или других повреждений и слои не отходили друг от друга. Материал слоев является эластичным, а адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов. Проводимость двух полупроводящих слоев достаточна по существу для выравнивания потенциала вдоль каждого слоя. Проводимость внешнего полупроводящего слоя достаточно велика, чтобы удерживать электрическое поле в кабеле, но достаточно мала, чтобы не вызвать существенных потерь из-за индуцированных токов в направлении вдоль слоя. Таким образом, каждый из двух полупроводящих слоев по существу образует одну эквипотенциальную поверхность, и эти слои по существу удерживают электрическое поле между ними. Естественно, что один или более дополнительных полупроводящих слоев могут быть размещены в изолирующем слое. 5 Согласно изобретению охлаждающие трубки выполнены из электроизоляционного материала, например, полиэтилена с межмолекулярными связями, в форме круглых трубок,которые чередуются с кабелями так, чтобы тепло передавалось из кабелей в охлаждающие трубки прежде всего за счет теплопроводности. Использование трубок из полимерного материала позволяет избежать проблем, связанных с индуцированным напряжением и вихревыми токами в трубках. Кроме того, полимерные трубки являются значительно более гибкими,чем металлические трубки. Нет необходимости,чтобы полимерные трубки имели круглое поперечное сечение, они могут иметь квадратное или другое поперечное сечение; это означает,что они могут заполнять все пространство между четырьмя соседними кабелями. Чтобы можно было ввести и вывести каждую охлаждающую трубку в каждом слое кабеля, каждый слой кабеля наматывают отдельно, а затем сращивают и соединяют последовательно. Кроме того, пространство между кабелями и охлаждающими трубками заполняют теплопроводящим компаундом. Согласно изобретению, трансформаторный сердечник может охлаждаться газом или жидкостью, например воздухом от вентилятора и/или водой, циркулирующей в блоках охлаждения,имеющих каналы охлаждения. Другим возможным хладагентом является гелий. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления трансформатора/реактора с кабельной обмоткой и к трансформатору/ реактору, изготовленному согласно этому способу, причем добавочные элементы, включающие преобразователи различных типов, охлаждающие трубки, заземляющие устройства, укрепляющие компаунды, механические укрепляющие элементы, шумоподавляющие элементы или пустые трубки могут быть введены в обмотки катушки при намотке кабеля вокруг стержней магнитопровода трансформатора/ реактора. Пустые трубки могут содержать управляющие или измерительные обмотки, добавочный магнитный материал, добавочные обмотки и т.д. При намотке эти пустые трубки могут быть снабжены тянущими тросами. Краткое описание чертежей Ниже изобретение описано более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи. На фиг. 1 схематично, частично в разрезе,показан трехфазный силовой трансформатор,выполненный согласно изобретению; на фиг. 2 схематично показано сечение катушки с железным сердечником, иллюстрирующее четыре варианта 2 а, 2b, 2 с, 2d выполнения настоящего изобретения; на фиг. 3 схематично показано сечение катушки с железным сердечником, иллюстрирующее дополнительные варианты 3 а, 3b, 3 с,3d, 3 е, 3f выполнения настоящего изобретения. 6 Подробное описание изобретения На фиг. 1 показан силовой трансформатор 1 с тремя катушками 2, 3, 4 обмотки, каждая из которых содержит низковольтную обмотку 6 и высоковольтную обмотку 5. Катушки 2, 3, 4 обмотки намотаны соответственно вокруг стержней 22, 23, 24 железного сердечника, причем эти стержни магнитопровода соединены с каждой стороны посредством верхнего и нижнего ярма 7, 8 железного сердечника. Таким образом, стержни 22, 23, 24 магнитопровода и ярма 7, 8 формируют полный железный сердечник трансформатора 1. На фиг. 2 показано сечение части обмотки силового трансформатора с высоковольтными кабелями 111, предназначенными для использования в качестве обмотки трансформатора согласно настоящему изобретению. Высоковольтный кабель 111 содержит множество жил 112,например, из меди, с круглым поперечным сечением. Эти жилы 112 находятся в середине высоковольтного кабеля 111. Вокруг жил 112 расположен первый полупроводящий слой 113. Вокруг первого полупроводящего слоя 113 находится изолирующий слой 114, например, из полиэтилена с межмолекулярными связями. Вокруг изолирующего слоя 114 расположен второй полупроводящий слой 115. Таким образом, концепция "высоковольтного кабеля" в настоящей заявке не включает внешнюю оболочку, которая обычно окружает такие кабели,предназначенные для электроснабжения. Высоковольтный кабель 111 намотан вокруг стержня 24 сердечника, который соединен с другими стержнями ярмом 7. Когда высоковольтный кабель намотан так, как показано на фиг. 2, между кабелями образуется пространство 8, ограниченное цилиндрическими поверхностями оболочек, т.е. вторым полупроводящим слоем 115, четырех соседних кабелей 111. Пространство 8 заполняется каналами для жидкого хладагента, например воды, причем эти каналы могут быть выполнены одним из четырех способов, показанных на чертеже. В первом варианте выполнения трансформатора, обозначенном 2 а, имеются цилиндрические охлаждающие трубки 9 из полиэтилена с межмолекулярными связями, окруженные заполняющим материалом 10, играющим роль теплопроводящего компаунда, который полностью заполняет пространство 8 между охлаждающей трубкой 9 и цилиндрическими поверхностями оболочки каждого кабеля 111. Во втором варианте выполнения трансформатора, обозначенном 2b, имеются квадратные охлаждающие трубки 11, также выполненные из полиэтилена с межмолекулярными связями и окруженные заполняющим материалом 10, играющим роль теплопроводящего компаунда. Заполняющий материал 10 полностью заполняет пространство 8 между охлаждающей 7 трубкой 11 и каждым кабелем 111. Квадратная форма охлаждающей трубки 11 позволяет лучше использовать пространство 8 для охлаждения. В третьем варианте выполнения трансформатора, обозначенном 2 с, имеются вогнутые квадратные охлаждающие трубки 12, стороны которых изогнуты аналогично цилиндрическим кабелям. Эта форма выполнения изобретения еще более уменьшает пространство между охлаждающей трубкой 12 и кабелем по сравнению со вторым вариантом выполнения изобретения. В этом варианте выполнения изобретения охлаждающие трубки 12 из полиэтилена с межмолекулярными связями также окружены заполняющим материалом 10, играющим роль теплопроводящего компаунда, который полностью заполняет пространство 8 между охлаждающей трубкой 12 и каждым из кабелей 111. Во всех трех вариантах выполнения изобретения, описанных выше, хладагент в виде воды протекает в соответствующих охлаждающих трубках 9, 11, 12. Однако возможно также применение в качестве хладагента газообразного гелия. Возможно также использование в трубках и других типов жидких хладагентов. В четвертом варианте выполнения трансформатора, обозначенном 2d, имеются цилиндрические трубки 13 из полиэтилена с межмолекулярными связями, вставленные парой внутрь квадратной трубки 14 из полиэтилена с межмолекулярными связями, причем трубки 13 из полиэтилена с межмолекулярными связями окружены заполняющим материалом 10 внутри трубки для вставки, а указанная трубка 14 для вставки также окружена заполняющим материалом 10, который полностью заполняет пространство 8 между охлаждающей трубкой 9 и каждым из кабелей 111. Заполняющий материал 10 играет роль теплопроводящего компаунда,как внутри, так и вне трубки 14. Во всех описанных вариантах выполнения изобретения теплопроводящий компаунд в виде заполняющего пустоты материала содержит однокомпонентный или двухкомпонентный отверждающийся силиконовый каучук с теплопроводящим заполнителем, например оксидом алюминия. В не затвердевшем состоянии материал обладает такими характеристиками текучести, что ведет себя как жидкость при большой скорости сдвига (может подаваться насосом) и является пастообразным в состоянии покоя. Согласно первому способу, компаунд сначала наносят на кабели распылением, после чего охлаждающую трубку 9, 11, 12 или трубку 14 для вставки помещают в углубление между витками обмотки кабеля. Свежий компаунд наносят распылением на охлаждающую трубку 9, 11, 12 или трубку 14 для вставки, наматывают еще один виток кабеля, и так далее. В процессе намотки намоточный барабан вращается, но он 8 может останавливаться, если заполняющий материал 10 не подается. Согласно второму способу, отверждающийся силиконовый каучук заливают или экструдируют в качестве заполняющего материала вокруг охлаждающей трубки 9, 11, 12 или трубки 14 для вставки. В отвержденном состоянии компаунд имеет такую консистенцию, как формовочная глина, и в процессе намотки принимает такую форму, что заполняет оставшееся пространство между кабелями. Кроме того, согласно фиг. 2 железный сердечник имеет ярмо 7 и стержень 24, причем в ярме имеется продольный канал 15 охлаждения. Требования к охлаждению различны для разных обмоток и, таким образом, поток жидкости в разных охлаждающих трубках также должен быть различен. В общем случае больший поток требуется в трубках, расположенных ближе к низковольтным обмоткам, чем в трубках, расположенных ближе к высоковольтным обмоткам. Для достижения надлежащего распределения потока, трубки могут иметь различные диаметры или соединяться в различные последовательные и параллельные комбинации. Полимерные охлаждающие трубки могут быть изготовлены из многих материалов, например полиэтилена, полипропилена, полибутена, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена или эластомеров, содержащих наполнитель и усилитель. Среди перечисленных материалов предпочтительным является полиэтилен высокой плотности, поскольку его теплопроводность растет с увеличением плотности. Если полиэтилен имеет межмолекулярные связи, что может быть достигнуто пероксидным расщеплением, структурированием силаном или радиационным структурированием, способность противостоять давлению при повышенных температурах растет, и в то же самое время риск коррозии под нагрузкой исключается. Трубки должны находится в погруженном состоянии, так как в противном случае тепловое сопротивление между трубкой и кабелями будет слишком большим. Для увеличения теплопередачи между трубкой и обмоткой пространство заполняют заливаемым компаундом, способным к образованию поперечных связей. Он может содержать полимер с низкой вязкостью и, следовательно, в него может быть добавлена большая доля теплопроводящего наполнителя до введения его в пространство, где за счет химической реакции он становится нежидким компаундом. Примерами подходящих компаундов являются акрил, эпоксидная смола, ненасыщенный полиэстер, полиуретан и силикон, причем последний является предпочтительным из-за своей нетоксичности. Теплопроводящий наполнитель может также включать оксид алюминия,магния, железа или цинка, нитрид бора или алюминия, карбид кремния. Например, смесь оксида алюминия и силикона, т.е. полидиметил 9 силоксана с винильными группами, которые реагируют с гидрополидиметилсилоксаном в присутствии платинового катализатора, нагнетают под давлением в пространство между трубкой из полиэтилена с межмолекулярными связями и обмоткой, после чего происходит затвердевание за счет присоединения атомов водорода к винильным группам. Фиг. 3 аналогична фиг. 2, но на ней охлаждающие трубки объединены с другими элементами или заменены ими. На чертеже показаны другие элементы, которые могут быть намотаны совместно с высоковольтным кабелем 111. Высоковольтный кабель имеет ту же самую форму,как на фиг. 2. Кроме того, сердечник трансформатора/реактора аналогичен показанному на фиг. 2. На фиг. 3 а показан добавочный элемент в форме пустого трубчатого элемента 50, выполненного с возможностью намотки совместно с высоковольтным кабелем 111. Эта трубка 50 также окружена заполнителем 10, который в данном случае может также играть роль теплопроводящего компаунда, но который может иметь другие свойства, необходимые для добавочного элемента. Трубка 50 предназначена для вставки различных компонентов в обмотку, например дополнительной обмотки для управления или измерения. В других вариантах выполнения изобретения в трубку может быть введен магнитный материал для изменения электрических и/или магнитных свойств трансформатора/реактора. Кроме того, можно "пришить" дополнительные обмотки из такого же высоковольтного кабеля 111, как описанный выше. При таком способе вставки обмотки трубку смазывают подходящим веществом, например мыльной водой. Для облегчения вставки различных компонентов в трубку 50 она может быть снабжена одним или несколькими тянущими тросами 51. Еще один вариант выполнения изобретения иллюстрируется на фиг. 3b, где добавочный элемент выполнен в виде заземляющего элемента 55. На чертеже она имеет эллиптическую форму, но, конечно, может иметь различную форму поперечного сечения. Согласно еще одному варианту выполнения изобретения, иллюстрируемому на фиг. 3 с,добавочный элемент представляет собой укрепляющий компаунд 60, который является более жестким, чем окружающий заполнитель 10 и сохраняет заданную форму даже при комнатной температуре. На фиг. 3d показан вариант выполнения изобретения с добавочным элементом в виде механического укрепляющего элемента 65, который может быть выполнен из множества несвязанных дугообразных частей или из прокатанного провода. На фиг. 3 е показан вариант выполнения изобретения с добавочным элементом в виде 10 шумоподавляющего элемента 70, который имеет звездообразную форму для поглощения механических колебаний. На фиг. 3f показан вариант выполнения изобретения с добавочным элементом в виде электрического преобразователя 75, который намотан в обмотку. Преобразователь имеет проводники (не показаны) для соединения с вычислительным, контрольным и управляющим оборудованием. Во всех вариантах выполнения изобретения, описанных выше, заполнитель 10 полностью заполняет пространство 8 между каждым добавочным элементом и окружающими высоковольтными кабелями 111. Изобретение не ограничено показанными примерами. В объеме изобретения может быть выполнено несколько модификаций. Кабели не обязательно должны быть расположены симметрично, как показано на фиг. 2, 3, в этом случае пространство между соседними обмотками будет иметь различный вид, и добавочные элементы должны быть адаптированы к форме этого пространства. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления трансформатора/реактора с газовым или водяным охлаждением, имеющего, по меньшей мере, одну обмотку,отличающийся тем, что обмотку наматывают высоковольтным кабелем (111), содержащим изолированный электрический проводник,включающий, по меньшей мере, один токонесущий проводник (112), а также содержащим первый полупроводящий слой (113), окружающий указанный токонесущий проводник (112),твердый изолирующий слой (114), окружающий указанный первый слой (113), и второй полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой (114), причем трансформатор/реактор имеет, по меньшей мере,один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50,55, 60, 65, 70, 75), который наматывают в обмотку (2, 3, 4) при намотке высоковольтного кабеля (111) вокруг стержней (22, 23, 24) магнитопровода трансформатора/реактора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что а) наматывают первый слой кабеля,б) наматывают или устанавливают добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60, 65,70, 75),в) наматывают еще один слой кабеля, после чего повторяют операции (б) и (в) до тех пор, пока не будет полностью намотана вся катушка. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что высоковольтный кабель наматывают одновременно с наматыванием или установкой добавочных элементов (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60,65, 70, 75). 11 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем,что перед тем, как наматывают или устанавливают добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50,55, 60, 65, 70, 75), на обмотку помещают заполнители (10). 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что заполнители (10) помещают на обмотку также после того, как намотаны или установлены добавочные элементы (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60,65, 70, 75). 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве добавочного элемента обмотки наматывают охлаждающую трубку (9,11, 12, 13). 7. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве добавочного элемента обмотки наматывают единственный трубчатый элемент (50), заземляющий элемент (55), укрепляющий компаунд (60), механический укрепляющий элемент (65), шумоподавляющий элемент (70) или электрический преобразователь(75). 8. Способ по п.6, отличающийся тем, что через охлаждающую трубку (9, 11, 12, 13) пропускают воду. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что а) после намотки первого слоя кабеля распылением наносят теплопроводящий компаунд(10) в промежутки между витками обмотки,б) после того, как охлаждающая трубка (9,11, 12) или изолирующая трубка (14) намотана в промежутках между витками обмотки, на охлаждающую трубку (9, 11, 12) или изолирующую трубку (14) наносят распылением дополнительный теплопроводящий компаунд (10). 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что а) после того, как намотан первый слой кабеля, охлаждающую трубку (9, 11, 12) или изолирующую трубку (14), запрессованную или залитую в теплопроводящий компаунд (10), наматывают на кабель,б) придают теплопроводящему компаунду(10) такую форму, чтобы он прилегал к кабелям,когда наматывают второй слой кабеля. 11. Трансформатор/реактор (1) с газовым или водяным охлаждением, имеющий, по меньшей мере, одну обмотку, намотанную вокруг стержней (22, 23, 24) магнитопровода трансформатора/реактора, отличающийся тем,что обмотки (2, 3, 4) выполнены с использованием изолированного электрического проводника, включающего, по меньшей мере, один токонесущий проводник (112), а также включающего первый полупроводящий слой (113),окружающий указанный проводник (112), твердый изолирующий слой (114), окружающий указанный первый слой (113), и второй полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой (114), причем трансформатор/реактор имеет, по меньшей мере,один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50, 001726(111) имеет цилиндрическую форму. 13. Трансформатор/реактор по п.11 или 12,отличающийся тем, что, по меньшей мере, один добавочный элемент (9, 11, 12, 13, 14, 50, 55, 60,65, 70, 75) помещен в пространство (8), образованное между кабелями (111) в процессе намотки. 14. Трансформатор/реактор по п.11 или 12,отличающийся тем, что добавочный элемент содержит, по меньшей мере, одну охлаждающую трубку (9, 11, 12, 14), помещенную в пространство (8), образованное между кабелями(8), которое остается между охлаждающими трубками (9, 11, 12, 14) и кабелями, заполнено теплопроводящим компаундом (10). 15. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (9) с круглым поперечным сечением. 16. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (11) с квадратным поперечным сечением. 17. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что в пространство (8) между кабелями помещена охлаждающая трубка (12),имеющая сечение в виде квадрата с вогнутыми сторонами. 18. Трансформатор/реактор по п.14, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) вставлена в трубку, содержащую заполнитель(10). 19. Трансформатор/реактор по п.11 или 12,отличающийся тем, что добавочный элемент выполнен в виде единственного трубчатого элемента (50), заземляющего элемента (55), укрепляющего компаунда (60), механического укрепляющего элемента (65), шумоподавляющего элемента (70) или электрического преобразователя (75), расположенного в пространстве(8), которое остается между добавочным элементом (50, 55, 60, 65, 70, 75) и кабелями, заполнено теплопроводящим компаундом (10). 20. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-19, отличающийся тем, что теплопроводящий компаунд (10) имеет низкую вязкость при высокой скорости сдвига, а в состоянии покоя является пастообразным. 21. Трансформатор/реактор по п.20, отличающийся тем, что теплопроводящий компаунд(10) содержит однокомпонентный или двухкомпонентный отверждающийся силиконовый каучук с теплопроводящим наполнителем. 22. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-21, отличающийся тем, что наполнитель 13 содержит оксид алюминия, нитрид бора или карбид кремния. 23. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-22, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) выполнена из диэлектрического материала, например полиэтилена,полипропилена, полибутена, поливинилиденфторида, политетрафторэтилена или эластомеров, содержащих наполнитель и усилитель. 24. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-23, отличающийся тем, что охлаждающаяся трубка (13) изготовлена из полиэтилена высокой плотности. 25. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-18 или 20-24, отличающийся тем, что охлаждающая трубка (13) изготовлена из полиэтилена с межмолекулярными связями. 26. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-25, отличающийся тем, что высоковольтный кабель (111) содержит проводник с множеством жил (112), внутренний полупроводящий слой (113), окружающий указанный проводник,изолирующий слой (114), окружающий указанный внутренний полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой (115), окружающий указанный изолирующий слой. 27. Трансформатор/реактор по п.26, отличающийся тем, что высоковольтный кабель(111) имеет диаметр в диапазоне 20-250 мм и площадь токопроводящей части в диапазоне 403000 мм 2. 28. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-27, отличающийся тем, что изолированный проводник или высоковольтный кабель(111) являются гибкими. 29. Трансформатор/реактор по п.28, отличающийся тем, что слои (113, 114, 115) соединены друг с другом, даже когда изолированный проводник или высоковольтный кабель (111) изогнут. 30. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-29, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два соседних слоя (113, 114, 115) имеют,по существу, одинаковые коэффициенты теплового расширения. 31. Трансформатор/реактор по любому из пп.14-30, отличающийся тем, что весь хладагент в виде газа или жидкости, предназначенный для охлаждения трансформатора/реактора, протекает через охлаждающую трубку (13). 32. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-31, отличающийся тем, что обмотка является гибкой и включает электропроводящую 14 сердцевину, окруженную внутренним полупроводящим слоем, изолирующий слой из твердого материала, окружающий указанный внутренний полупроводящий слой, и внешний полупроводящий слой, окружающий указанный изолирующий слой, причем слои соединены друг с другом. 33. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-32, отличающийся тем, что указанные слои выполнены из материалов, имеющих такую эластичность и такое соотношение коэффициентов теплового расширения, что изменения объема слоев, обусловленные температурными флуктуациями в процессе эксплуатации,могут быть поглощены за счет эластичности материала, так что сохраняется адгезия слоев друг к другу при температурных флуктуациях,которые имеют место в процессе эксплуатации. 34. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-33, отличающийся тем, что материалы указанных слоев имеют высокую эластичность,предпочтительно с модулем упругости меньшим, чем 500 МПа, а более предпочтительно меньшим, чем 200 МПа. 35. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-34, отличающийся тем, что коэффициенты теплового расширения материалов указанных слоев имеют, по существу, одинаковую величину. 36. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-35, отличающийся тем, что адгезия между слоями, по меньшей мере, не меньше, чем прочность наименее прочного из материалов. 37. Трансформатор/реактор по любому из пп.11-36, отличающийся тем, что каждый полупроводящий слой, по существу, образует эквипотенциальную поверхность.

МПК / Метки

МПК: H01F 27/16

Метки: изготовления, способ

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/9-1726-transformator-reaktor-i-sposob-ego-izgotovleniya.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Трансформатор/реактор и способ его изготовления</a>

Похожие патенты