專利名稱：具有更高雷電沖擊耐受性的電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)，特別涉及對于瞬變具有更高電耐受性的電機(jī)。
背景技術(shù)：
在電機(jī)中，由于繞組的配置，在局部會出現(xiàn)具有沖擊電壓的強(qiáng)電場。在這樣的區(qū)域內(nèi)，在與所述繞組相接觸的冷卻介質(zhì)(比如變壓器油)中發(fā)生電擊穿的風(fēng)險增高。一個關(guān)鍵區(qū)域是電力變壓器的繞組中的兩匝相鄰繞組之間的槽楔(wedge)形成區(qū)域，其是常常暴露于局部強(qiáng)電場的區(qū)域。由于在傳統(tǒng)上分別被用在電力變壓器中作為冷卻介質(zhì)和絕緣體的油與紙絕緣之間的介電常數(shù)的差異，這種區(qū)域內(nèi)的油發(fā)生電擊穿的風(fēng)險增高。當(dāng)所述繞組受到?jīng)_擊電壓時(例如由于雷擊電涌或測試)，此槽楔內(nèi)的電場應(yīng)力很高，從而可能引發(fā)所述油的部分擊穿，進(jìn)而可能導(dǎo)致閃流(streamer)(火花)通過所述油傳播到表面(即屏障)并且繼續(xù)傳播到地。如果出現(xiàn)這樣的閃流，其將會對變壓器造成嚴(yán)重?fù)p壞。為了防止出現(xiàn)閃流，比如電力變壓器的電機(jī)的規(guī)格需要被定為能夠應(yīng)對在如上所述區(qū)域內(nèi)局部出現(xiàn)的高電應(yīng)力。結(jié)果，電力變壓器的規(guī)格被定為耐受比正常工作負(fù)荷強(qiáng)幾倍的電場強(qiáng)度，從而導(dǎo)致昂貴、巨大并且笨重的機(jī)器。US 5，969，456涉及類似的放電問題，即沖擊電壓被感應(yīng)式電機(jī)中的各繞組部分不均等地分擔(dān)的問題，這趨向于在分擔(dān)過高電壓的繞組部分中導(dǎo)致電介質(zhì)擊穿。為了克服這一問題，描述了一種具有更高電暈放電電阻和電介質(zhì)強(qiáng)度的電磁裝備。在已知的裝備中，通過卷繞包括線纜的絕緣線形成電磁繞組，所述線纜具有由絕緣涂覆的內(nèi)層和涂覆的外部低電阻導(dǎo)電層所覆蓋的導(dǎo)體，其中外層涂覆的電阻率低于內(nèi)層涂覆。通過這樣的設(shè)置，可以通過形成在所述導(dǎo)體上的外層涂覆來限制由于電暈放電而釋放的電荷。從而每一個單元繞組的導(dǎo)電涂覆會改善每一個繞組單元到地的電暈放電電阻。此外，所述外層涂覆會增大繞組導(dǎo)體之間的串聯(lián)電容。因此，電壓由所述電磁繞組的各繞組均等地分擔(dān)，并且會減少局部強(qiáng)電場的出現(xiàn)。其結(jié)果是提高了所述電磁裝備對于沖擊電壓的絕緣強(qiáng)度。雖然提供了具有更高電耐受性的繞組，但是所述已知裝備的一個缺點在于，配備有幾層絕緣材料的繞組將很笨重，并且在所述機(jī)器的繞組卷繞期間難以操縱。其結(jié)果是配備這種繞組的機(jī)器將較為龐大。此外，當(dāng)把所述繞組卷繞成匝時，在相鄰兩層之間的槽楔內(nèi)仍然有較大電場，正如前面所描述的那樣。對于經(jīng)受快速瞬變(比如來自雷電的電壓浪涌)的更少間隔物繞組來說，一種常見的故障模式是開始于所述繞組、橋接第一部分管道(duct)并且朝向接地繼續(xù)的閃絡(luò) (flashover)，其通常循著所述繞組的表面或者通過電介質(zhì)液體到地。對應(yīng)于這種故障的先決條件是擊穿的發(fā)起，其后是傳播，最后是閃流模式 (streamer mode)改變至Ll快速事件(fast event)。在電擊穿過程中，電機(jī)中的電介質(zhì)液體的電擊穿是最后的階段，其中所述過程開始于電閃流的形成。擊穿由電弧的形成表征；即穿過所述液體的電短路。電閃流是在電弧形成之前在電介質(zhì)液體中形成的高度導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)，其中所述電弧允許大破壞性電流在否則應(yīng)由所述液體絕緣的兩個端子之間流動。如果電閃流橋接例如繞組與地之間的間隙，則其將形成導(dǎo)電短路，從而可能允許形成電弧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種電機(jī)，其能夠克服前面提到的閃流在暴露于強(qiáng)電場的局部區(qū)域內(nèi)傳播的問題。根據(jù)本發(fā)明，所述目的特別可以通過由所附權(quán)利要求書限定的一種電機(jī)來實現(xiàn)。本發(fā)明的想法是停止已經(jīng)處于發(fā)起時的閃流和閃絡(luò)的生成。閃流引燃的可能位置是處在所述繞組中的導(dǎo)體間的槽楔之內(nèi)。在所述槽楔內(nèi)，由于被用來隔離導(dǎo)體的油與紙之間的介電常數(shù)的差異，在所述油中有非常高的局部應(yīng)力。所述槽楔內(nèi)的電應(yīng)力可能會達(dá)到 100kV/mm或更高。根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有更高雷電沖擊耐受性的電機(jī)。所述機(jī)器包括一個軸以及被設(shè)置成圍繞該軸卷繞的基本上呈環(huán)狀的多匝的繞組。在所述繞組的相鄰兩匝之間形成槽楔形成區(qū)域。至少一個絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成覆蓋至少一個所述槽楔形成區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述繞組包括實質(zhì)上被設(shè)置在第一平面內(nèi)的至少相繼兩匝，其后是實質(zhì)上被設(shè)置在第二平面內(nèi)的至少相繼兩匝。所述第一和第二平面與所述軸垂直。所述至少一個槽楔形成區(qū)域被形成在所述兩個平面之間的繞組的周圍。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述至少一個槽楔形成區(qū)域位于所述繞組的外周。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述至少一個槽楔形成區(qū)域位于所述繞組的內(nèi)周。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述繞組實質(zhì)上被卷繞在每個垂直于所述軸的多于兩個相繼平面內(nèi)，并且其中所述至少一個絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成覆蓋形成在兩個相繼平面之間的至少一個槽楔形成區(qū)域，對于所述兩個相繼平面，所述匝在所述繞組的內(nèi)周從一個平面轉(zhuǎn)移到另一個平面。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述繞組實質(zhì)上被卷繞在每個垂直于所述軸的多于兩個相繼平面內(nèi)，并且其中所述至少一個絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成覆蓋形成在兩個相繼平面之間的所述至少一個槽楔形成區(qū)域，對于所述兩個相繼平面，所述匝在所述繞組的外周從一個平面轉(zhuǎn)移到另一個平面。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成與相鄰匝接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成覆蓋多個槽楔形成區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述絕緣材料構(gòu)件是絕緣紙。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述絕緣材料構(gòu)件是薄屏障。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述電機(jī)是電力變壓器。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述電力變壓器由液體冷卻，并且所述至少一個槽楔形成區(qū)域與所述液體接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述液體是油。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述液體是酯流體。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，所述電力變壓器是3相電力變壓器。通過下面的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


通過下面給出的實施例的詳細(xì)描述以及附圖可以更加全面地理解本發(fā)明，附圖僅僅是作為說明而給出的，因此并不限制本發(fā)明，其中圖Ia是示出了發(fā)生在傳統(tǒng)電機(jī)的繞組中的兩匝之間的閃流的詳細(xì)圖示。圖Ib是示出了根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的繞組中的兩匝的詳細(xì)圖示。圖2是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的頂視圖。圖如是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有隔離構(gòu)件的電機(jī)的繞組中的兩匝的詳細(xì)圖示。圖4b是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的具有隔離構(gòu)件的電機(jī)的繞組中的兩匝的詳細(xì)圖示。
具體實施例方式在下面的描述中，出于解釋而非限制的目的闡述了具體細(xì)節(jié)(比如特定技術(shù)和應(yīng)用)，以便提供對于本發(fā)明的透徹理解。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在背離這些具體細(xì)節(jié)的其他實施例中實踐本發(fā)明。在其他實例中，省略了對于公知的方法和設(shè)備的詳細(xì)描述，以免用不必要的細(xì)節(jié)模糊對于本發(fā)明的描述。下面將參照圖1-圖4描述根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的一個實施例。圖Ia是示出了在所述槽楔形成區(qū)域中生成的并且從電機(jī)(比如電力變壓器)的繞組中的兩匝3之間的所述槽楔形成區(qū)域朝向地傳播的閃流的詳細(xì)圖示。所述電機(jī)包括繞組2，所述繞組2具有圍繞軸1卷繞成多匝3的一個或多個被絕緣的導(dǎo)體。所述導(dǎo)體12由通常是紙的絕緣體13包圍，但是也可以使用其他絕緣材料。在繞組2的外周的相鄰兩匝3 之間形成不同導(dǎo)體11的絕緣體12之間的槽楔形成區(qū)域4。由于繞組2的配置，在槽楔形成區(qū)域4中將會出現(xiàn)局部強(qiáng)電場。在電力變壓器中常被分別用作冷卻介質(zhì)和絕緣體的油與紙絕緣體之間的介電常數(shù)的差異會增大這種區(qū)域內(nèi)的油發(fā)生電擊穿的風(fēng)險，由此可能會使得所引發(fā)的閃流穿過所述油傳播到地。在該圖中示出了經(jīng)由屏障10穿過所述油傳播到地的閃流11?；蛘?，閃流11可能穿過所述油直接傳播到地。圖Ib是示出了根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)的繞組2中的相應(yīng)的兩匝的詳細(xì)圖示。所述電機(jī)包括繞組2，所述繞組2具有圍繞軸1卷繞成多匝3的一個或多個被絕緣的導(dǎo)體。繞組 2可以圍繞鐵芯卷繞或者簡單地圍繞軸1卷繞，比如用在充油式電抗器中的所謂的空芯繞組。在繞組2的外周8的相鄰兩匝3之間形成槽楔形成區(qū)域4。在所述槽楔形成區(qū)域中將會出現(xiàn)局部強(qiáng)電場，從而會增大傳播閃流的風(fēng)險。絕緣材料構(gòu)件5被設(shè)置成覆蓋所述槽楔形成區(qū)域。出現(xiàn)在槽楔形成區(qū)域4內(nèi)的電荷從而被困在該槽楔內(nèi)，并且無法發(fā)展成傳播閃流。通過這種設(shè)置，可以提供更高的雷電沖擊耐受性。因此諸如電力變壓器或電抗器的電機(jī)就會更好地耐受由于強(qiáng)電場而導(dǎo)致的電應(yīng)力，并且導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞的傳播閃流的風(fēng)險也會得到限制。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電機(jī)中的細(xì)節(jié)的截面圖。所述機(jī)器包括具有軸1的鐵芯7，以及被設(shè)置成圍繞該鐵芯7卷繞的基本上呈環(huán)狀的多匝3從而形成電磁繞組的繞組2。所述繞組2包括設(shè)置在第一平面6a內(nèi)的相繼4匝3a、3b、3c、3d，其后是設(shè)置在第二平面6b內(nèi)的相繼4匝加、3廠38、31!，其后是設(shè)置在第三平面6(3內(nèi)的另外的相繼4 匝3i、3j、!3k、31，以及其后是設(shè)置在第四平面6d內(nèi)的另外的相繼4匝;3m、3n、30、3p。所述平面6a、6b、6c和6d關(guān)于鐵芯7的軸1垂直。所述機(jī)器還包括圍繞鐵芯7和繞組2的屏障10。軸1在該圖中被示為垂直的，但是其也可以是水平的或者具有任何其他方向。如圖中所示，在繞組2的外周8，在平面6a與6b之間有7個中間匝(匝3a_3g)， 而在平面6b與6c之間的外周只有一匝(匝池和3i)。因此，槽楔形成區(qū)域如內(nèi)的電場將比槽楔形成區(qū)域4b內(nèi)的電場強(qiáng)很多，從而會增大在槽楔如內(nèi)傳播閃流并導(dǎo)致?lián)p壞的風(fēng)險。 絕緣材料構(gòu)件如被設(shè)置成覆蓋槽楔形成區(qū)域4a，從而把電荷困在該槽楔內(nèi)并且防止其發(fā)展成傳播閃流。通過把電荷困在所述槽楔內(nèi)部，所述電荷從而將需要更多能量來逃逸及傳播。這意味著針對擊穿的耐受強(qiáng)度更高，并且將有可能不僅在所述槽楔內(nèi)而且還在所述管道內(nèi)允許更高的應(yīng)力。此外，在繞組2的內(nèi)周9，在平面6b與6c之間有7個中間匝(匝;3e_3h)。因此， 在平面6b與6c之間的內(nèi)周9的槽楔形成區(qū)域內(nèi)的電場將很強(qiáng)，并且絕緣材料構(gòu)件恥被設(shè)置成覆蓋所述槽楔形成區(qū)域。將要覆蓋的最為重要的槽楔是由連接到所述電機(jī)的引入或引出導(dǎo)體的繞組匝形成的槽楔，該處的局部電應(yīng)力在雷電脈沖期間或者在測試所述電機(jī)時最高。絕緣材料構(gòu)件fe還可以被設(shè)置成覆蓋繞組a_h、h-i、i-p之間的所有外部槽楔形成區(qū)域。內(nèi)部絕緣材料構(gòu)件恥還可以被設(shè)置成覆蓋繞組d-e、e-1、1-m之間的所有內(nèi)部槽楔形成區(qū)域。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電機(jī)的從上方看去的細(xì)節(jié)。所述機(jī)器包括具有軸1的鐵芯7，以及被設(shè)置成圍繞該鐵芯7卷繞的基本上呈環(huán)狀的多匝3從而形成電磁繞組的繞組2。所述繞組2包括設(shè)置在第一平面6a內(nèi)的相繼4匝3a、3b、3c、3d，其后是設(shè)置在第二平面6b內(nèi)的相繼4匝加、3廠38、311(未示出)。第一和第二平面6a、6b關(guān)于鐵芯7的軸 1垂直。所述機(jī)器還包括圍繞鐵芯7和繞組2的屏障10。第一絕緣材料構(gòu)件如被設(shè)置成覆蓋所述第一和第二平面之間的外周8中的槽楔形成區(qū)域4(未示出)。此外，第二絕緣材料構(gòu)件恥被設(shè)置成覆蓋所述第一和第二平面之間的內(nèi)周9中的槽楔形成區(qū)域4(未示出)。 從而高效地降低了在所述機(jī)器中出現(xiàn)傳播閃流的風(fēng)險。所述絕緣材料( 可以是通常用在充油式電機(jī)中的一層或更多層絕緣紙，或者可以是其他類型的基于纖維素的材料，比如硬紙板(presspan)或壓制板(pressboard)。所述絕緣材料還可以是聚合物，比如Nomex，其是一種間位芳綸(meta-aramid)材料。圖如和圖4b示出了不同形式的隔離構(gòu)件5的實例。絕緣材料構(gòu)件5可以具有防止閃流傳播的任何實用形式。在圖如中，隔離構(gòu)件5被設(shè)置成帶有可以裝配到相鄰兩匝3 之間的槽楔形成區(qū)域4內(nèi)的槽楔。在圖4b中，隔離構(gòu)件5僅僅是將填充相鄰兩匝3之間的槽楔形成區(qū)域4的槽楔。
顯而易見的是，可以按照多種方式改變本發(fā)明。這種變型不應(yīng)被視為背離由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的所有此類變型都應(yīng)被包括在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有軸(1)的電機(jī)，其包括-被設(shè)置成圍繞所述軸卷繞的基本上呈環(huán)狀的多匝(3)的繞組0)， 其中，在所述繞組的相鄰兩匝( 之間形成槽楔形成區(qū)域G)， 其特征在于，至少一個絕緣材料構(gòu)件( 被設(shè)置成覆蓋至少一個所述槽楔形成區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電機(jī)，其中，所述繞組( 包括實質(zhì)上被設(shè)置在第一平面(6a)內(nèi)的至少相繼兩匝(3)，其后是實質(zhì)上被設(shè)置在第二平面(6b)內(nèi)的至少相繼兩匝，所述第一和第二平面與所述軸(1)垂直，并且其中，所述至少一個槽楔形成區(qū)域(4)被形成在所述兩個平面之間的所述繞組 (2)的周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電機(jī)，其中，所述至少一個槽楔形成區(qū)域(4)位于所述繞組 ⑵的外周⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電機(jī)，其中，所述繞組(2)實質(zhì)上被卷繞在每個垂直于所述軸(1) 的兩個或更多個相繼平面(6)內(nèi)，并且其中所述至少一個絕緣材料構(gòu)件( 被設(shè)置成覆蓋形成在兩個相繼平面(6)之間的至少一個槽楔形成區(qū)域G)，對于所述兩個相繼平面，所述匝(3)在所述繞組的內(nèi)周(9)從一個平面轉(zhuǎn)移到另一個平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的電機(jī)，其中，所述至少一個槽楔形成區(qū)域(4)位于所述繞組 (2)的內(nèi)周(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電機(jī)，其中，所述繞組(2)實質(zhì)上被卷繞在每個垂直于所述軸(1) 的兩個或更多個相繼平面(6)內(nèi)，并且其中所述至少一個絕緣材料構(gòu)件( 被設(shè)置成覆蓋形成在兩個相繼平面之間的所述至少一個槽楔形成區(qū)域，對于所述兩個相繼平面，所述匝(3)在所述繞組的外周(8)從一個平面轉(zhuǎn)移到另一個平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一個的電機(jī)，其中，所述絕緣材料構(gòu)件( 被設(shè)置成與所述相鄰匝⑶接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一個的電機(jī)，其中，所述絕緣材料構(gòu)件( 被設(shè)置成覆蓋多個所述槽楔形成區(qū)域(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一個的電機(jī)，其中，所述絕緣材料構(gòu)件( 是一層或更多層絕緣紙。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一個的電機(jī)，其中，所述絕緣材料構(gòu)件(5)是Nomex薄屏障。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一個的電機(jī)，其中，所述絕緣材料構(gòu)件( 是硬紙板薄屏障。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一個的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是電抗器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一個的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是電力變壓器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電機(jī)，其中，所述電力變壓器由液體冷卻，并且其中所述至少一個槽楔形成區(qū)域(4)與所述液體接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的電機(jī)，其中，所述液體是油。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的電機(jī)，其中，所述液體是酯流體。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中的任一個的電機(jī)，其中，所述電力變壓器是3相電力變壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有軸的電機(jī)。所述機(jī)器包括被設(shè)置成圍繞所述軸卷繞的基本上呈環(huán)狀的多匝的繞組。在所述繞組的相鄰兩匝之間形成槽楔形成區(qū)域。一個絕緣材料構(gòu)件被設(shè)置成覆蓋至少一個所述槽楔形成區(qū)域。
文檔編號H01F27/32GK102239532SQ200980148962
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者A·喬斯伯格, J·哈杰克 申請人:Abb研究有限公司