[发明专利]静止感应设备

说明书

本发明涉及静止感应设备如变压器或电抗器，特别涉及其绕组的绝缘结构。

变压器是包括一个或两个绕组的静止感应设备。变压器在用于电力传输的电力系统中被广泛地使用，并用于通过在等频电路之间电磁感应的应用来转换电流值和电压值。另外，电抗器由一个或多个绕组组成，并用于增加电路或电力系统的电感。一般地，在内部冷却模式中，有油冷却、气体冷却、液体冷却、和空气冷却，而在外部冷却模式中，有空气冷却、水冷却、和其它冷却形式。另外，在磁路中，有通过堆叠硅钢片形成的铁心和无铁心的空气心。

在任何情况中，形成绕组的导电体部分具有不同的电压。导电体之间绝缘使用如用绝缘油和纤维绝缘材料的充油模式、充六氟化硫(SF₆)气体的模式、树脂浇注模式、以及其它模式的绝缘模式。通常，这些绝缘模式包括绝缘性能互不相同的多种材料或层的复合。从一方面，为了增强整体绝缘性能，在常规的变压器或电抗器中，绝缘性能比固体低的绝缘介质部分如油、气体或形成为液体或气体的空气由固体绝缘层分割以减小绝缘介质部分中的距离。例如，如在日本电气工程协会(the Institute of Electrical Engineers of Japan)的“ElectricalEngineering Handbook”1988，第673-674页所述，常规的变压器构造为高压绕组、低压绕组、铁心和箱体之间的每个油层通过层间绝缘纸制成的绝缘间壁分隔。已公知通过减小油层宽度的距离能提高每单位距离油层的绝缘性能。即，通过层间绝缘纸制成的绝缘间壁分隔，油层宽度距离的减小不仅增强了绝缘强度而且增强了绕组间的绝缘性能，另外还能对绝缘部分形成的放电现象的发生有抑制效果，该放电现象可引起介质击穿。同样，在气体绝缘装置中，由巴邢定律可知，分隔气体部分用于每个气体层宽度的距离减小，从而增强介质击穿电场。

此外，常规充油变压器中出现的绝缘问题涉及所谓“流动起电(flow electrification)”的起电现象。通常，在充油变压器中，油从绕组的较低部分流到其较高部分以用于冷却。当油与绝缘材料的表面接触时，在油和绝缘材料之间边界的附近发生电荷转移。另外，由油流动引起的转移电荷被带走而产生电荷分离。从而，使油和绝缘材料带相反极性的电荷。如果带电电荷积累在绝缘材料的表面上，沿油层或绝缘件的表面局部出现强电场，这导致异常绝缘。为了防止这种流动起电，防范措施有：(1)利用电量随油流速度的减小而减少的特性，将油流速限制到某一极限值以下，以及(2)在油中加入添加剂以抑制电荷转移。

日本未审实用新型申请公开No.(SHO)58-175618公开了一种技术，其中为了减小绝缘距离，绝缘纸被布置到圆柱形绕组之间以用绝缘纸作填充物。这利用了浸油固体绝缘层的绝缘性能比油层的绝缘性能高的事实。然而，由于其结构和制造的精确性，绕组表面上的不规则性是不可避免的，该精确性表示在使得绝缘纸与绕组紧密接触的实际中所遇到的困难。如果油层存在于绕组表面上，由于绝缘纸和油之间不同的介电常数，电场集中在油层中。另外，如上所述，由于油层比绝缘纸的绝缘性能差，所以形成不良的绝缘结构。从而，难于使绝缘纸显示其整体的绝缘性能。

到目前为止，防止绝缘结构中缺点的方法被用于高压旋转电机中。对于大于1千伏的高压旋转电机的定子绕组，使用所谓“成型线圈”的绕组。其结构为多个绝缘涂敷的导体被捆扎并被合成树脂和云母的复合固体绝缘覆盖，并被嵌入铁心中的箱体内。在这些导体和固体绝缘之间和固体绝缘和铁心之间产生气隙，这是由例如在制造过程中、在开始/停止或在操作期间出现的应力或劣化所产生，其在绝缘上构成一个薄弱点并导致局部放电。在由Kaihatsusha(最初由H.Seuentz出版的”Herstellung der Wicklungen electrischer Maschinen”)出版的Hisayasu Mitsui等翻译的“Manufacturing and Maintenance ofElectric Coil”1990，第133页描述了防止这种情况的方法。即，所谓内部电晕屏蔽的半导体层被布置在固体绝缘内部以及固体绝缘和导体之间以相对于导体保持相同的电位，而所谓外部电晕屏蔽的半导体层被布置在固体绝缘外部以及固体绝缘和铁心之间以相对于铁心保持相同的电位。在此，半导体层被构造为相对于固体绝缘具有高的附着力，从而在半导体层和导体之间或在半导体层和铁心之间更易于形成气隙。因此，甚至如果在半导体层和导体之间或在半导体层和铁心之间形成气隙，也能降低气隙内的电场，从而抑制局部放电的发生并防止绝缘结构中薄弱点的出现。