[发明专利]高压绕组的导体以及制造这种导体的方法

说明书

本发明涉及电力用途的电气或电磁设备中的准备用于任何电工连接的高压绕组的导体。具体地说，本发明涉及包括多根多芯绞线的高压绕组用的导体。首先准备用的高压高达所用的最高输电电压。

本发明具体地涉及准备用于旋转电机、例如同步电机的导体，但是也涉及双端馈电的电机、静态换流器串级异步电机、外电极电机和同步流电机以及主要用作发电站发电用的发电机的交流电机等方面的应用。

但是，本发明也可以应用于准备用在电力变压器或电抗器的高压绕组中的导体。

本发明还涉及具有包括按照本发明的导体的高压绕组的电机。

本发明还涉及按照本发明的适用于电气设备的高压绕组的导体的制造方法。

尽管以下对先有技术的描述主要涉及旋转电机的高压绕组，具体地说涉及发电机的定子绕组，但是本发明也适用于其他高压绕组，诸如变压器和电抗器的高压绕组。变压器和电抗器用来允许在两个或多个输电和配电的电气系统之间进行电能交换，并且所述电绕组以众所周知的方式用于电磁感应。首先准备应用本发明的变压器和电抗器具有几百kVA(千伏安)到1000MVA(兆伏安)以上的额定功率和从几kV(千伏)到最高输电电压400至800kV或更高的额定电压。

已知的发电机的绕组包括若干绝缘的矩形铜线。在定子绕组的情况下，这些多芯绞线要交叉(亦即，彼此换位)，而且以这样的方式被共同的绝缘层包围，使得所述导体束获得矩形的截面。铜导体之所以呈矩形是为了减少涡流损耗，磁场方向的线性尺寸要小。

按照本发明的用于高压绕组的导体包括多根诸如铜、铝或其他合适的金属或合金的导电的金属的多芯绞线，后者通常具有圆形截面，而且具有细的尺度，亦即直径在4mm(毫米)以下。这些多芯绞线排列成由高压绝缘层包围的导体芯，所述高压绝缘材料包括第一半导电防晕层、绝缘层和第二半导电防晕层。这样，按照本发明所用的绝缘导体的概念不包括保护套，在高压电缆用于传输和分配电力时所述保护套包围绝缘高压电缆。另外，在配电用的高压电缆中，在第二半导电防晕层顶上还有外绝缘层。包括具有这样绝缘的导体的绕组的旋转电机在共同未决的瑞典专利申请No.SE-9602079-7中作了较详细的描述。

但是，具有矩形的高压绝缘层截面、即、具有矩形的导体截面的导体，在导体的角上形成强得多的电场，因此要考虑到绝缘层的厚度来确定所述导体角的尺寸。最佳的绝缘层厚度是用圆形导体实现的。

可以用许许多多不同的方法来构造圆形导体。所述导体可以，例如，包括：

1)铜的或其他金属的圆形截面实心棒，

2)由直径相同或不同的圆形线绞合而成的导体，

3)由分段的导线绞合而成的导体，

4)由若干段压制而成的导体，而其中每一个段本身又由圆形导线绞合而成，然后成形为段。

要用给定电压的导体在电压输电线中保证高功率传输就必须增大电流的强度，而这只有增大导体的面积才能做到。随着电流增大，导体中电流的分布受到影响，而变得不均匀，电流力求达到导体的外表面，而产生所谓“趋肤效应”的电流收缩效应。为了抵消这一点，生产了横截面积大于1200mm²的大横截面Cu导体，通常称为密里根(Millikan)分割导体，亦即由若干同心排列的导线组成而随后压制成形的导体。这样的导体通常由5或7段组成，而每一段本身又彼此绝缘。这样的结构在高压输电和配电电缆中减少电流趋肤效应上是有效的。

在用于高压电力传输的配电系统中，例如，电缆中所有多芯绞线都用漆绝缘，以减少电流收缩效应，见Publication Hitachi Cable Review,1992,No.11,3-6页：”一种由低损耗交联聚乙烯电缆制成的超高压(EHV)大容量输电线”。其中没有描述这种技术在发电机绕组上的应用。

如上所述，对于具有传统设计的绕组的发电机，所产生的电压的上限看来只有30kV。这通常意味着，发电机必须通过把电压升至130-400kV或更高范围的供电系统电平的变压器才能连接到供电系统。

按照本发明通过把与输电配电用高压电缆基本上相同类型的导体用于发电机绕组中，发电机的电压就可以增大到这样的电平，以致不必使用中间变压器，即能直接连接到供电系统。

这一概念应用在发电机定子绕组时一般要求：定子中安放绝缘导体的槽比传统工艺的深；由于电压较高，要求较厚的绝缘层；以及绕组中圈数较多。这带来了新的问题，就是定子齿(定子槽之间的间隔)的自然机械振动以及其冷却问题。