[其他]超容性电力变压器

说明书

本发明属于电力变电装置。

从十九世纪八十年代在电力系统中出现了变压器，至今已有百年的历史。

目前最常见的是感性变压器，而其中比较先进的是最近由瑞士生产的一种电力变压器，它是用一层厚度为0.2～0.8mm的金属箔做成绕组，绕组之间用纸作绝缘层。上述变压器只适用于220V的低压，且铁芯线圈与线圈之间的电磁耦合是感性的，故导致电力网络中的负载也是感性的。所以不论是电力网络或电力变压器本身的功率因数COSφ均较小，并且是滞后的。为了提高功率因数，提高发电厂机组的出力，降低网络输电能耗，人们做了很多的努力。目前比较通用的方法是并联电容器组补偿法。也就是说，感性负载用容性负载来补赏，以减小其滞后相位，从而提高功率因数。但这种方法有严重的缺陷，这是电容器本身的特性决定的。由于电容器端电压恒定，所以在欠补偿和过补偿时，就会发生对一定数量的电容器组进行投切，方可达到较理想的补偿点。但伴随而来是冲击、振荡和过电压。这些对于电力网络都是不允许的。同时，大量的高低压电容器设备的设置，使投资增加，占地面积增大，也不符合经济原则。

本发明的目的是设计一种超容性的变压器，以便依靠其绕组本身的分布电容，通过强化措施，使电力变压器在50Hz工频交流时，由感性转为超容性，在用于电力网络时，可大大提高其功率因数。

为实现上述目的，需对绕组进行容性处理。因此必须采用两层或两层以上的金属薄膜（1），每层厚度均为0.007～0.01mm，然后将两层或两层以上的金属薄膜（1）做成绕组，绕组之间是绝缘薄膜层（2）。本发明绕组总匝数等于各层绕组的匝数之和，而各层绕组之间连接是采用串联方式。

上述金属薄膜（1）采用铜或铝，而绝缘薄膜层（2）则是聚脂、聚丙烯或聚四氟乙烯材料。

基于电气绕组层、匝间电位差的存在，由分布电容所引起的超前无功功率是存在的。但由于相对面积间距与电压均不适应，因此，这种超前无功功率在50Hz工频交流时甚为微小。如果我们加大相对面积，减小间距，采用较大的介电常数的介质等措施，分布电容将大大加强。因此必需采取多层金属薄膜式绕组，如图1所示，由图1看出金属薄膜层（1）之间是绝缘薄膜层（2）。

除此之外，本发明各金属层绕组间采用串联方式。下面以两层金属薄膜为例，并结合图2对其接线方式的原理加以说明。

由图2看出：1-3和1′-3′是双层金属薄膜绕组，A、X端为激励端，N₁、N₂分别是两层金属薄膜的绕组匝数。而且N₁＝N₂，因而绕组总匝数N＝N₁+N₂，所以

U₁-U₂＝U₂

即A-X端的电压U＝U₁＝2U₂（Ux＝0）。

如设点2位置于1、3中间，考虑三点1、2、3处的分布电容电压为Uc₁、Uc₂、Uc₃。在1-1′处，分布电容C₁两端的电压

Uc₁＝U₁-U₂＝U₂

在2-2′处，分布电容C₂两端的电压

Uc₂=(U₂+ (U₁-U₂)/2 )- (U₂)/2 = (U₂)/2 = U₁

在3-3′处分布电容C₃两端的电压

Uc₃＝U₂-O＝U₂

所以Uc＝Uc₁＝Uc₂＝Uc₃

实际分分布电容的两端电压是处处相等的。当电容C和两端电压Uc足够大时，铁芯线圈将产生足够大的超前无功功率Qc，即：

Qc＝WCU²（ω＝2πf，而f＝50Hz）。

这就是本发明的理论基础。本发明具有如下优点：

1.适用于电力网络中220V～35KV范围的电压。可大幅度提高电力网络的功率因数，而不需用并联电力电容器作为容性负载来补偿功率因数。