專利名稱：樹脂封裝配電變壓器線圈的dc電壓/電流加熱/凝膠/固化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)以樹脂封裝的干式配電變壓器線圈進(jìn)行干燥、凝膠、以及固化的內(nèi)部加熱方法，并且更為特別的是，一種使用DC電壓/電流來(lái)對(duì)使用填充了礦物的環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)封裝的真空鑄造、干式配電變壓器線圈進(jìn)行加熱、凝膠、和固化的方法。
現(xiàn)有技術(shù)描述真空鑄造變壓器繞組的加熱、凝膠和固化的常規(guī)處理是通過以強(qiáng)制送風(fēng)對(duì)流烘箱(forced-air convection ovens)的方式來(lái)施加外部熱量。在這種現(xiàn)有技術(shù)的處理中，熱量從外到內(nèi)地施加，這和凝膠從內(nèi)到外的自然和最期望的處理相反。常規(guī)的烘箱不可能進(jìn)行從內(nèi)到外的加熱。從外到內(nèi)的加熱有很多缺點(diǎn)。首先，溫度梯度和濕度梯度相反，使得濕氣很難并且很慢地從線圈/絕緣結(jié)構(gòu)中傳播出來(lái)。第二，從外到內(nèi)的加熱使得線圈在外部被凝膠，也和需要在內(nèi)部首先收縮的所需的自然處理相反。這兩個(gè)缺點(diǎn)和其它缺點(diǎn)使得該處理周期時(shí)間是從內(nèi)到外加熱的處理時(shí)間的兩倍。這種現(xiàn)有技術(shù)的處理在一種減少周期時(shí)間的努力中得到檢驗(yàn)，由此提高生產(chǎn)能力，以減少處理的能量需要。可能期望使用可變直流(DC)電源，通過內(nèi)部電阻性的加熱來(lái)快速干燥、凝膠并固化變壓器環(huán)氧封裝線圈。相比常規(guī)的烘箱和凝膠固化技術(shù)，本發(fā)明的處理使在凝膠和固化中的內(nèi)部壓力最小化。這個(gè)壓力的減輕主要是因?yàn)橄啾瘸Ｒ?guī)的從外到內(nèi)加熱的烘箱來(lái)說，從內(nèi)(導(dǎo)體電阻性的加熱)到外地加熱線圈。本發(fā)明的處理將很長(zhǎng)的凝膠和固化時(shí)間減少了大約50-70％，并且減少了對(duì)昂貴的現(xiàn)有烘箱的需要。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于對(duì)環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)進(jìn)行干燥、凝膠和最終固化的內(nèi)部加熱方法，該環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)是用于封裝干式真空鑄造配電變壓器線圈的。本發(fā)明涉及一種對(duì)變壓器線圈進(jìn)行絕緣的方法，并且包括下面的步驟將變壓器線圈放入到模具中來(lái)生產(chǎn)線圈/模具裝配件，以及施加DC電流到線圈來(lái)電阻性地加熱線圈到預(yù)先確定的溫度以及以預(yù)先確定的時(shí)間，以從線圈和線圈/模具裝配件內(nèi)部移除所有濕氣。本方法進(jìn)一步包括當(dāng)處在真空下時(shí)施加DC電流到線圈/模具裝配件來(lái)電阻性地加熱線圈、以保持預(yù)先確定的溫度并以液態(tài)環(huán)氧樹脂填充模具來(lái)封裝線圈的步驟。本方法進(jìn)一步包括施加DC電流到線圈來(lái)以預(yù)先確定的時(shí)間把環(huán)氧封裝的線圈電阻性地加熱到預(yù)先確定的溫度、以實(shí)現(xiàn)環(huán)氧凝膠的步驟。本方法進(jìn)一步包括持續(xù)施加DC電流到線圈來(lái)電阻性地加熱環(huán)氧封裝的線圈到最終溫度以及預(yù)先確定的時(shí)間、以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)氧封裝線圈的最終固化、并且之后從模具中移除固化的環(huán)氧封裝線圈的步驟。
為了本發(fā)明的更詳細(xì)公開和它的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，可以參考下面結(jié)合附圖進(jìn)行的說明。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1和2示出了在標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)烘箱中進(jìn)行的現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)凝膠/固化處理。
圖3和4示出了本發(fā)明的使用DC加熱來(lái)從內(nèi)到外加地?zé)峋€圈。
圖5是示出了本發(fā)明的多個(gè)處理步驟的圖表式的圖。
圖6和7是簡(jiǎn)化的示意圖，示出了用于使用DC電流來(lái)同時(shí)處理多個(gè)相同繞組的典型串聯(lián)連接布置。
圖8是一簡(jiǎn)化的示意圖，示出了用于使用DC電流來(lái)同時(shí)處理多個(gè)相同繞組的典型的并聯(lián)連接布置。
現(xiàn)有技術(shù)的描述參考圖1和2，其中示出了用于干式環(huán)氧樹脂封裝的配電變壓器線圈的常規(guī)凝膠/固化處理，其是在標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)烘箱中進(jìn)行的?，F(xiàn)有技術(shù)的處理包括將變壓器線圈10放入模具12來(lái)生產(chǎn)線圈/模具裝配件14，之后將線圈/模具裝配件14與模制部分10和液態(tài)樹脂16一起移進(jìn)沒有示出的標(biāo)準(zhǔn)凝膠/固化烘箱。烘箱溫度配置(80到140℃)由沒有示出的計(jì)算機(jī)控制裝置控制。通常監(jiān)控的溫度是如圖1所示的在頂部的溫度(Ttop)和在底部的溫度(Tbottom)，外部溫度(Texterior)和導(dǎo)體溫度(Tconductor)，以及如圖2所示的在端部的溫度(Tend)和在中心的溫度(Tcentre)。在圖1中，Tbottom≥Ttop，并且在圖2中Tcentre≥Tend。模制部分或線圈10的溫度在其中可以完成凝膠的大約六小時(shí)的時(shí)間階段內(nèi)保持恒定在大約100℃，并且之后在大約四個(gè)小時(shí)的時(shí)間階段內(nèi)溫度逐漸上升，直到溫度達(dá)到140℃。在140℃時(shí)固化周期開始，并且通常延長(zhǎng)到六個(gè)小時(shí)的時(shí)間階段。在這個(gè)常規(guī)處理中，因?yàn)闊崮軄?lái)自烘箱，因此，如箭頭所示，加熱是從該部分的外部到內(nèi)部而進(jìn)行的。這不是一個(gè)良好的凝膠條件，因?yàn)橥獠渴紫饶z；這樣封閉或密封了在內(nèi)部具有液態(tài)樹脂的物體。未凝膠的樹脂仍然膨脹并且產(chǎn)生氣體，該氣體現(xiàn)在是被堵住的；這樣引起了潛在的內(nèi)部空隙。為了克服或最小化內(nèi)部空隙的風(fēng)險(xiǎn)，必須延長(zhǎng)處理時(shí)間，并且很慢地進(jìn)行。理論上應(yīng)該從內(nèi)部到外部、并且從底部到頂部來(lái)固化樹脂。以這個(gè)方式，液態(tài)的樹脂總是可用來(lái)因?yàn)榛瘜W(xué)收縮來(lái)填充空隙，和因?yàn)槟z階段中的氣體產(chǎn)生來(lái)填充空隙。
優(yōu)選實(shí)施例的描述圖3，4和5示出了本發(fā)明使用DC加熱來(lái)從內(nèi)到外地加熱線圈的處理，如圖3和4的大箭頭所指示。如圖3和4所示，將變壓器線圈20放進(jìn)模具22來(lái)生產(chǎn)線圈/模具裝配件24。將DC電流施加到線圈20來(lái)電阻性地加熱線圈到預(yù)先確定的溫度和預(yù)先確定的時(shí)間，以從線圈和線圈/模具裝配件24的內(nèi)部移除所有濕氣。在真空條件下施加DC電流到線圈/模具裝配件24來(lái)電阻性地加熱線圈20，以保持預(yù)先確定的溫度，并以液態(tài)環(huán)氧樹脂26填充模具22來(lái)封裝線圈20。施加DC電流到線圈20來(lái)以預(yù)先確定的時(shí)間把環(huán)氧封裝的線圈電阻性地加熱到預(yù)先確定的溫度，以實(shí)現(xiàn)環(huán)氧凝膠。DC電流流過導(dǎo)體使得導(dǎo)體溫度增加到所選的級(jí)別；這樣使得凝膠是從內(nèi)到外而發(fā)生的。這消除了內(nèi)部空隙的危險(xiǎn)。持續(xù)施加DC電流到線圈20來(lái)以預(yù)先確定的時(shí)間把環(huán)氧封裝的線圈電阻性地加熱到最終溫度，以實(shí)現(xiàn)用于環(huán)氧封裝的線圈的最終固化溫度，并且之后從模具中移除固化的環(huán)氧封裝線圈。這個(gè)處理在環(huán)境溫度和壓力(室內(nèi)條件)下完成的，并且不需要烘箱。在圖3中，Tbottom＞Ttop并且Tinterior≥Tconductor＞Texterior。在圖4中，Tcentre＞Tend。通過實(shí)例的方式，Tconductor＝110-120℃作為用于凝膠的大致溫度范圍，并且用于固化的溫度高到大約140℃?？傊芷跁r(shí)間減少了50％或更多，并且減少了資本裝備的投資。
描述本發(fā)明的鑄造生產(chǎn)處理的四個(gè)基本步驟包括干燥，封裝，凝膠和固化。參考圖5，干燥步驟需要在環(huán)氧封裝步驟之前進(jìn)行加熱，以從絕緣系統(tǒng)中移除所有濕氣。這在將線圈放入模具之后來(lái)執(zhí)行。在封裝步驟中，把線圈/模具裝配件放在真空中并且以環(huán)氧樹脂填充。在下一個(gè)步驟中，必須在一定特定溫度以及時(shí)間配置上對(duì)填充了樹脂的線圈/模具裝配件進(jìn)行凝膠和固化。干燥、凝膠和固化步驟需要施加能量來(lái)加熱線圈/模具裝配件到特定的溫度。本發(fā)明使用DC電流來(lái)把該部分電阻性地加熱到特定的溫度以及時(shí)間配置?；诮o定線圈的導(dǎo)體橫截面面積和它的環(huán)氧樹脂數(shù)量，將DC電流施加到給定線圈，以實(shí)現(xiàn)用于干燥、凝膠和最終固化的特定溫度。
環(huán)氧封裝的交叉連接取決于必須在整個(gè)處理中精確控制的溫度和時(shí)間配置。這個(gè)新的處理發(fā)明通過DC導(dǎo)體的電阻性測(cè)量來(lái)改進(jìn)了溫度的精確性。常規(guī)溫度控制方法使用危及高壓絕緣系統(tǒng)電介質(zhì)完整性安全的傳感器，比如熱電偶，電阻溫度檢測(cè)器等。為了這些原因，必須由DC電源從外部控制凝膠/固化溫度。本發(fā)明通過電位的落差(導(dǎo)體電阻方法)來(lái)控制溫度。特別的，線圈導(dǎo)體的電阻由個(gè)人計(jì)算機(jī)/可編程邏輯計(jì)算機(jī)(PC/PLC)控制器來(lái)持續(xù)監(jiān)控，并且從而轉(zhuǎn)換成溫度，如圖6和8所示。把電壓與環(huán)流(circulating current)一起施加并進(jìn)行監(jiān)控，以保持多種處理步驟所需要的導(dǎo)體溫度。這個(gè)方法可以用于全部的處理(也就是，絕緣材料的預(yù)干燥，環(huán)氧的凝膠，以及環(huán)氧的最終固化)。通過按照?qǐng)D6的串聯(lián)布置、或圖8的并聯(lián)布置來(lái)把相同繞組進(jìn)行互連，可以同時(shí)處理多個(gè)線圈。在圖6和8中所示的實(shí)例包括三個(gè)線圈。如圖7所示，把每一線圈的抽頭(tapings)進(jìn)行連接，從而允許電流流過整個(gè)繞組。
雖然多種模具類型可能用來(lái)實(shí)踐本發(fā)明，但在美國(guó)專利No.6,221,297中公開的一種用后即丟棄的模具類型是特別適用的。在本發(fā)明中整個(gè)處理所需的DC電流取決于被處理的繞組的多種特性。本發(fā)明已被用在廣泛范圍的產(chǎn)品上，例如，從112.5KVA到12,000KVA，其導(dǎo)致了加熱到特定溫度所需的極其寬范圍的DC電壓和電流。為了確定對(duì)一個(gè)特定繞組或繞組的組進(jìn)行DC處理的需求，需要獲得下面的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。導(dǎo)體類型(鋁或銅)，導(dǎo)體橫截面面積，額定工作電壓，額定工作電流，以及在額定電流上的溫度上升。從這個(gè)數(shù)據(jù)，以及在室溫下對(duì)繞組電阻的測(cè)量，可以計(jì)算在目標(biāo)處理溫度上的繞組電阻。另外，諸如繞組的物理尺寸、環(huán)氧體積、導(dǎo)體和絕緣質(zhì)量(insulationmass)的進(jìn)一步數(shù)據(jù)將幫助預(yù)測(cè)時(shí)間/溫度配置，以保證封裝繞組的最好固化特性。通過實(shí)例的方式，在這里公開類型的繞組在250到375mil的范圍內(nèi)通常具有相對(duì)大的環(huán)氧封裝厚度。
對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析提供了下面的電阻范圍鑄造低電壓線圈在25℃時(shí)具有0.00008到0.05歐姆，并且鑄造高電壓線圈在25℃時(shí)具有0.01到55.0歐姆。能夠處理上述實(shí)例中大約90％的DC電源需要從在3,000安培的5伏到在250安培的1,000伏的輸出范圍。
雖然描述并示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是，應(yīng)該理解在不脫離所修訂權(quán)利要求的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其做出進(jìn)一步的變更。
權(quán)利要求
1.一種使變壓器線圈絕緣的方法，包括以下步驟(a)將變壓器線圈放入到模具中，以生產(chǎn)線圈/模具裝配件，(b)施加DC電流到線圈來(lái)電阻性地加熱線圈到預(yù)先確定的溫度以及以預(yù)先確定的時(shí)間，來(lái)從線圈和線圈/模具裝配件內(nèi)部移除所有濕氣，(c)當(dāng)處在真空下時(shí)，施加DC電流到線圈/模具裝配件，以電阻性地加熱線圈來(lái)保持預(yù)先確定的溫度，并以液態(tài)環(huán)氧樹脂填充模具來(lái)封裝線圈，(d)施加DC電流到線圈來(lái)以預(yù)先確定的時(shí)間把環(huán)氧封裝的線圈電阻性地加熱到預(yù)先確定的溫度，以實(shí)現(xiàn)環(huán)氧凝膠，(e)持續(xù)施加DC電流到線圈來(lái)電阻性地加熱環(huán)氧封裝的線圈到最終溫度以及預(yù)先確定的時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)用于環(huán)氧封裝的線圈的最終固化溫度，以及(f)之后從模具移除固化的環(huán)氧封裝線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的使變壓器線圈絕緣的方法，其中把DC電壓與環(huán)流一起施加到線圈并且進(jìn)行監(jiān)控，以維持處理步驟(b)-(e)所需的導(dǎo)體溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的使變壓器線圈絕緣的方法，其中持續(xù)監(jiān)控線圈導(dǎo)體的電阻，并將其轉(zhuǎn)換成溫度。
4.如權(quán)利要求2所述的使變壓器線圈絕緣的方法，其中通過以串聯(lián)布置把相同的線圈繞組進(jìn)行電氣互連來(lái)同時(shí)處理多個(gè)線圈。
5.如權(quán)利要求2所述的使變壓器線圈絕緣的方法，其中通過以并聯(lián)布置把相同的線圈繞組進(jìn)行電氣互連來(lái)同時(shí)處理多個(gè)線圈。
全文摘要
公開了一種用于對(duì)環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)進(jìn)行干燥、凝膠和最終固化的內(nèi)部加熱方法，該環(huán)氧樹脂絕緣系統(tǒng)是用于封裝干式真空鑄造配電變壓器線圈的。本內(nèi)部方法使用直流(DC)電源來(lái)控制并提供DC電流，以電阻性地加熱變壓器線圈，該變壓器線圈是在真空下在模具中以液態(tài)樹脂進(jìn)行封裝的?；诮o定線圈的導(dǎo)體橫截面面積以及它的環(huán)氧樹脂數(shù)量來(lái)施加電流到該給定線圈，從而實(shí)現(xiàn)用于干燥、凝膠和最終固化的特定溫度。對(duì)每一步驟，由DC電阻性地加熱而控制的溫度保持一個(gè)給定時(shí)間階段。
文檔編號(hào)H01F41/12GK1656578SQ02818567
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2002年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月21日
發(fā)明者托馬斯·J·拉努埃, 查爾斯·H·薩爾韋爾, 哈羅德·楊格, 小拉什·B·霍頓, 邁克爾·D·懷特, 保羅·薩斯 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)公開股份有限公司