專利名稱：：電力變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種至少有一個(gè)電繞組的電力變壓器，它包括導(dǎo)電裝置，用以冷卻導(dǎo)電裝置以改善其導(dǎo)電性能的冷卻裝置，和外圍的電氣絕緣裝置。特別是(但不是絕對(duì)的)，導(dǎo)電裝置具有超導(dǎo)特性，因而本發(fā)明涉及的超導(dǎo)電力變壓器的額定功率輸出從幾百KVA到1000MVA以上，額定電壓從3～4KV至400～800KV的很高的輸電電壓。雖然本發(fā)明主要是涉及帶鐵芯的變壓器，但也和其它類型的變壓器有關(guān)，例如殼式變壓器，無芯(即空氣芯)變壓器等。Ⅱ型超導(dǎo)體(例如鈮鈦合金，NbTi)的特征在于，它們的特性隨著外加磁場(chǎng)的增加逐漸以超導(dǎo)狀態(tài)變成正常的電阻狀態(tài)。但并不是直接進(jìn)入正常狀態(tài)，而是進(jìn)入一個(gè)稱為旋渦態(tài)或混合態(tài)的第二相，此時(shí)一些磁感應(yīng)B以磁力線的形式滲入材料內(nèi)，當(dāng)流過直流電時(shí)將產(chǎn)生微小的損耗。當(dāng)外加磁場(chǎng)增加時(shí)，愈來愈多的磁感應(yīng)滲入材料中，直至在某些被稱為HO2的場(chǎng)時(shí)，超導(dǎo)體變得飽和并成為正常。Ⅱ型超導(dǎo)體的物理特性可以歸納為圖1所示的溫度，磁場(chǎng)和電流密度曲線。對(duì)電力部門可能有用的所有已知超導(dǎo)體都是工作在混合態(tài)的Ⅱ型超導(dǎo)體。當(dāng)磁感均勻分布時(shí)在超導(dǎo)體內(nèi)達(dá)到熱平衡-這個(gè)條件在電流流過超導(dǎo)體時(shí)不可能滿足。當(dāng)磁感運(yùn)動(dòng)和電流流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)可觀的能量損耗，這在電力應(yīng)用中是不希望的。磁場(chǎng)在其中運(yùn)動(dòng)且很快達(dá)到平衡的材料稱為“可逆”或“軟”材料，場(chǎng)在其中不運(yùn)動(dòng)(稱為場(chǎng)“被釘扎”)的材料叫做“不可逆”或“硬”Ⅱ型超導(dǎo)體。當(dāng)電流在存在磁場(chǎng)的情況下流過超導(dǎo)體時(shí)，勞侖茲力(電流密度J和磁感B之積)把磁力線推向旁邊。隨著電流密度和(或)磁感增加，勞侖磁力也增加，直至超過釘扎力磁力線就開始運(yùn)動(dòng)，因而消耗能量。磁力線開始運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)叫做臨界電流密度Jc，它與磁感及溫度有關(guān)，如圖1所示。一般用Tc表示外加磁場(chǎng)和電流密度都為零時(shí)的相變或臨界溫度。同樣，習(xí)慣上用He來表示零溫度和零電流密度下的臨界磁場(chǎng)。但Jc一般表示在實(shí)際工作條件(例如在1T磁場(chǎng)中溫度為77K)的臨界電流密度。工作在接近絕對(duì)零度溫度的普通“低溫”Ⅱ型超導(dǎo)體已存在很多年了。但這種超導(dǎo)體的有效應(yīng)用受到需要采用昂貴的液氦冷卻以保持超導(dǎo)體低于4K的限制。最近已限制成高溫Ⅱ型超導(dǎo)體(以下稱為“HTS”)，它的相變或臨界溫度Tc達(dá)到135K(有壓力時(shí)達(dá)164K)，即遠(yuǎn)高于液氮的沸點(diǎn)(77K)。自從發(fā)現(xiàn)HTS以來，超導(dǎo)電力變壓器才變得具有吸引力。超導(dǎo)電力變壓器比浸油變壓器的優(yōu)點(diǎn)包括尺寸小重量輕，歐姆損耗小，不需要變壓器油，以及最終的制造成本低等。對(duì)現(xiàn)有超導(dǎo)電力變壓器及其比普通油浸變壓器的優(yōu)點(diǎn)的更詳細(xì)討論可參見SamPMehta，NicolaAversa和MichaelSWalker在“IEEESpectrun”1997年7月號(hào)上的文章“轉(zhuǎn)變中的變壓器”。在EP-A-0740315中描述了一種典型的現(xiàn)有超導(dǎo)電力變壓器。在這種現(xiàn)有的電力變壓器中，初級(jí)和次級(jí)線圈是由埋在環(huán)氧樹脂或塑料中的HTS制成的。線圈浸泡在冷卻液(一般為液氮)中，后者也用作一種介質(zhì)絕緣體。如果由超導(dǎo)體電場(chǎng)引起的電應(yīng)力超出液氮的電介質(zhì)強(qiáng)度，那時(shí)就開始放電，特別在液氮中形成了氣泡時(shí)。在埋入HTS線圈的環(huán)氧樹脂或塑料中也可能發(fā)生局部放電。比方說，當(dāng)溫度降至超導(dǎo)體的冷凝溫度時(shí)，材料要收縮。不同的材料收縮率也不同，這就增加了各種材料之間(例如導(dǎo)體和環(huán)氧材料之間)形成孔隙的可能性。為防止放電發(fā)生，導(dǎo)體和環(huán)氧材料應(yīng)具有相同的熱膨脹系數(shù)，但這只有當(dāng)所用的材料相同時(shí)才有可能。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的電力變壓器，其冷卻繞組用諸如高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)體制成，且電氣絕緣對(duì)于暈光放電問題不敏感。按照本發(fā)明的一電力變壓器的特征是，其電絕緣裝置包括一個(gè)與導(dǎo)電裝置電接觸的超導(dǎo)體材料內(nèi)層，一個(gè)電位沿長(zhǎng)度方向可控的超導(dǎo)體材料外層，和一個(gè)處于內(nèi)外層之間的電絕緣材料中間層。在本說明書中，“半導(dǎo)體材料”這個(gè)詞是指電導(dǎo)率比電導(dǎo)體低得多但比電絕緣體高的材料。一般說(但不是絕對(duì)的)，一種半導(dǎo)體材料應(yīng)該具有的電阻率從1至105Ω·cm，從10至500Ω·cm更好，最好是從10至100Ω·cm，典型值是20Ω·cm。電絕緣與各層做成基本上一體的形式比較方便，這可以采用機(jī)械接觸，或最好連接在一起(例如用熱壓粘接)。各層采用至少在環(huán)境工作溫度下具有彈性的塑料制造較方便。這可以讓做繞組的電線彎曲以形成所希望的繞組形狀。各層只采用具有相似的熱特性且在制造中沒有或很少有什么缺陷的材料，可以減小絕緣體內(nèi)的熱負(fù)荷和電負(fù)荷。特別是，中間絕緣層及半導(dǎo)體內(nèi)層和外層應(yīng)具有至少基本相同的熱膨脹系數(shù)(α)，使各層受熱或變冷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生由于熱膨脹不同而引起的缺陷。最理想是將各層圍繞導(dǎo)電裝置熱壓在一起。電絕緣中間層宜用固態(tài)熱塑材料，例如低或高密度聚乙烯(LDPE或HDPE)，聚丙烯(PP)，聚丁烯(PB)，聚甲烯(PMP)，乙烯(乙基)丙烯酸鹽共聚物，以及交聯(lián)材料，例如交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，或橡膠絕緣，例如乙烯丙烯橡膠(EPR)或硅橡膠。半導(dǎo)體內(nèi)外層可以用與中間層類似的材料，但當(dāng)中埋入一些導(dǎo)電顆粒，例如炭黑或煙炭顆粒。一般發(fā)現(xiàn)，一種特定的絕緣材料，例如EPR，無論不含或包含一些炭顆粒，其機(jī)械特性都相似。通過加入一層或多層半導(dǎo)體材料附加中間層，可以將中間層分為兩個(gè)或多個(gè)子層。半導(dǎo)體內(nèi)外層的屏蔽在絕緣中間層的內(nèi)面和外面形成基本上等位的表面，因此在半導(dǎo)體層和絕緣體層為同心的情況下，電場(chǎng)基本上是徑向的并被限制在中間層里面。特別是，半導(dǎo)體內(nèi)層安置得與它包圍的導(dǎo)電裝置相接觸并與其電位相同。半導(dǎo)體外層設(shè)計(jì)成當(dāng)作一個(gè)屏蔽，以防止由感應(yīng)電壓引起的損耗。增加外層的電阻可以降低外層的感應(yīng)電壓。減小外層的厚度可以增加電阻，但厚度不能低于某一最小厚度。選擇高電阻率的層材料也可以增加電阻。另一方面，若半導(dǎo)體外層的電阻率太高，則處于一個(gè)控制電位(如地電位)的相鄰分離點(diǎn)之間的電位將會(huì)變得足夠高，以致絕緣體中有產(chǎn)生暈光放電的危險(xiǎn)，從而腐蝕絕緣層和半導(dǎo)體層。因此，半導(dǎo)體外層是在一個(gè)導(dǎo)體(它具有低電阻和高感應(yīng)電壓損耗，但很容易連到一個(gè)控制電位，一般是地電位上)和一個(gè)絕緣體(它具有高電阻和低感應(yīng)電壓損耗，但需沿其長(zhǎng)度連到控制電位上)之間的折衰。因而半導(dǎo)體外層的電阻率Ps應(yīng)該在ρmin＜ρ＜ρmax的范圍內(nèi)，其中ρmin是由允許的由渦流損耗引起的功率損耗，和由磁場(chǎng)感應(yīng)的電壓引起的電阻損耗來決定的，而ρmax是由不產(chǎn)生暈光或輝光放電的要求來決定的。如果把半導(dǎo)體外層接地，或沿其長(zhǎng)度方向每隔一定距離與某個(gè)其它的控制電位相連，那就不需要有一層外金屬屏蔽和防護(hù)套將半導(dǎo)體外層包圍起來。這樣就可減小電纜的直徑，從而在一定的繞組尺寸時(shí)繞更多的圈數(shù)。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)電裝置具有超導(dǎo)體特性。但是，本發(fā)明并不是只限于具有超導(dǎo)體特性的導(dǎo)電裝置，而是企圖涵蓋其導(dǎo)電特性在低溫下(例如低于200K的溫度下)有顯著改善的任何導(dǎo)電裝置。在具有超導(dǎo)特性的導(dǎo)電裝置中，以用低溫半導(dǎo)體作導(dǎo)電裝置為好，但最好是用HTS材料(如HTS絲或帶)按螺線繞在一個(gè)內(nèi)管上。一種方便的HTS帶是由包銀的BSCCO-2212或BSCCO-2223(其中的數(shù)字表示在[Bi，Pb]2Sr2Ca2Cu3Ox分子中每種元素的原子數(shù))制成的，以下我們把這種HTS帶稱為“BSCCO帶”。BSCCO帶是通過管內(nèi)粉末(PIT)拉制，滾壓，燒結(jié)和滾壓工序?qū)⒀趸锍瑢?dǎo)體細(xì)絲嵌入銀或氧化銀基質(zhì)中制成的。也可以用表面冷敷工藝來制造。在每種情況下，最后一道工序都是氧化物熔化和重新凝固。其它一些HTS帶，例如TiBaCaCuO(TBCCO-1223)和YbaCuO(YBCO-123)，也已用各種表面涂敷或表面淀積技術(shù)制成。HTS絲在65K(最好是77K)工作溫度下的電流密度最好超過jc～105Acm-2。HTS材料在基質(zhì)中的填充系數(shù)要高，以使工程電流密度je≥104Acm-2。在1個(gè)特斯拉的外加磁場(chǎng)范圍內(nèi)，jc不應(yīng)該降低太多。按螺線繞制的HTS帶通過冷卻液(最好是液氮)流過內(nèi)支撐管而冷至HTS的臨界溫度Tc以下?？梢岳@著按螺線繞制的HTS帶設(shè)置一層低溫層，以將已冷卻的HTS帶與電絕緣材料進(jìn)行熱隔離。但是，也可以不用低溫層而將整個(gè)繞組組件浸在冷卻液(如液氮槽)中。在后一種情況下，可以將電絕緣材料直接施加在導(dǎo)電裝置上?；蛘咴趯?dǎo)電裝置和外圍的絕緣材料之間留一個(gè)空隙，可以是什么都沒有的空間，或者是填有可壓縮材料的空間，例如可高度壓縮的泡沫材料。這個(gè)空隙能減少?gòu)睦鋮s至冷凍溫度的加熱過程中在絕緣系統(tǒng)上的膨脹／收縮力。如果此空隙填充可壓縮材料，可以采用半導(dǎo)體材料，以保證半導(dǎo)體內(nèi)層和導(dǎo)電裝置之間有良好的電接觸。就本發(fā)明所針對(duì)的變壓器繞組而言，也可以設(shè)計(jì)出其它的導(dǎo)電裝置，它可以是任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)的經(jīng)冷卻的(最好是超導(dǎo))電纜，外面包著上述型式的電絕緣體。比方說，具有超導(dǎo)特性的其它型式的導(dǎo)電裝置，除內(nèi)冷HTS以外，還可以是外冷HTS，或者外冷加內(nèi)冷HTS。在后一種型式的HTS電纜中，兩個(gè)同心HTS導(dǎo)體間隔著一層低溫絕緣體并用液氮來冷卻，它們被用來輸送電力。外導(dǎo)體用作返回通路，且兩個(gè)HTS導(dǎo)體可以用一層或多層HTS帶制成，以攜帶所要求的電流。內(nèi)導(dǎo)體可以是繞在一個(gè)管狀載體上的HTS帶，液氮就從這個(gè)管狀載體中流過。外導(dǎo)體從外面用液氮來冷卻，整個(gè)部件可以裝在一個(gè)熱絕緣的低溫箱內(nèi)。一般希望外加磁場(chǎng)較低，以便允許超導(dǎo)狀態(tài)下的電流密度較高。在一種非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)中，這是通過將變壓器的高低壓繞組摻合在一起來實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，磁場(chǎng)至少彼此局部抵消，以降低漏磁導(dǎo)，允許有較高的臨界電流密度。在普通超導(dǎo)變壓器中，這是很難做到的，因?yàn)槔@組之間必須彼此絕緣，這就要求供組彼此分開一定距離。在本發(fā)明中，繞組外面的電場(chǎng)可以忽略，因而高低壓繞組可以相互摻合在一起，使得變壓器的結(jié)構(gòu)更為緊湊。本發(fā)明將通過一些具體的實(shí)施例，并參考附圖予以描述，附圖中圖1是一種Ⅱ型超導(dǎo)體的溫度，磁場(chǎng)，和電流密度變化曲線；圖2是本發(fā)明的一種電力變壓器的磁芯和繞組示意圖；圖3是沿圖2的A-A線的剖面圖；圖4是用來繞制變壓器繞組的一部分超導(dǎo)電纜的放大示意圖；圖5A和5B是摻合在一起繞在變壓器鐵芯柱上的高、低壓繞組部分示意圖。圖2和3是一個(gè)三相超導(dǎo)電力變壓器1，包括一多層狀磁芯2，它有三個(gè)不同相的柱子3，4和5，將上、下磁軛6和7連起來。繞組8，9，10分別繞在柱3，4和5上面。每個(gè)繞組8，9，10包含三個(gè)同心繞制的線匝，彼此間用電絕緣體11隔開。對(duì)繞組8而言，內(nèi)層繞組8a和8b代表初級(jí)或高壓繞組，另一繞組8c代表次級(jí)或低壓繞組。每個(gè)繞組是由圖4所示的超導(dǎo)電纜12構(gòu)成的。超導(dǎo)電纜12包括一個(gè)銅制的內(nèi)層管狀支撐13，其上是按螺線繞制的長(zhǎng)形HTS材料(例如BSCCO帶等)，以形成環(huán)繞管狀支撐13的超導(dǎo)層14。在超導(dǎo)材料外面是一個(gè)低溫區(qū)15，由兩個(gè)相隔一定距離的易彎曲瓦狀金屬管16和17構(gòu)成。管16和17之間的空間保持在真空狀態(tài)并包含超絕熱體18。液氮或其它冷卻液沿管狀支撐13流通，將外面的超導(dǎo)層14冷卻至臨界超導(dǎo)溫度Tc以下。管狀支撐13，超導(dǎo)層14和低溫區(qū)15共同構(gòu)成超導(dǎo)電纜裝置12。電絕緣被安置在超導(dǎo)裝置外面。它具有一致的形狀，包括一個(gè)與超導(dǎo)層14電接觸的半導(dǎo)體層20，一個(gè)外半導(dǎo)體層21，和夾在這兩個(gè)半導(dǎo)體之間的絕緣層22。20-22幾層最好由機(jī)械上緊密接觸的熱塑材料制成，或在它們的交接面上彼此牢固地連起來。這些熱塑材料宜有相似的熱膨脹系數(shù)，且至少在室溫下具有彈性。建議將20-22各層圍繞內(nèi)超導(dǎo)裝置熱壓在一起提供一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，以使電絕緣體內(nèi)出現(xiàn)空腔或孔洞的危險(xiǎn)降至最小。由于在高電場(chǎng)強(qiáng)度下，這些孔洞和空腔會(huì)使電絕緣體內(nèi)產(chǎn)生暈光放電，所以我們不希望它們出現(xiàn)在絕緣體內(nèi)。如果半導(dǎo)體層20與管17相接觸，則接觸表面層應(yīng)該是均勻的，以便當(dāng)電纜12內(nèi)外層之間出現(xiàn)溫度梯度變化時(shí)，給表面間的熱運(yùn)動(dòng)提供必要的條件。作為一個(gè)例子，固體絕緣層22可以采用交聯(lián)聚乙烯(XLPE)。但是，固體絕緣層也可由其它交聯(lián)材料組成，例如低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)，或橡膠絕緣，如乙烯丙烯橡膠，乙烯-丙烯-二烯單體(EPDM)或硅橡膠。內(nèi)、外層20和21的半導(dǎo)體材料可以包含例如與固體絕緣層22一樣材料的原料聚合物，以及埋在原料聚合物內(nèi)的高導(dǎo)電性顆粒，如炭黑顆粒或金屬顆粒。這些半導(dǎo)體層的體電阻率(例如，大約在20Ω·cm)可以通過改變加入原料聚合物內(nèi)的炭黑類型和比例，按需要加以調(diào)整。下面給出電阻率如何隨炭黑的不同類型的份量而改變的例子。<tablesid="table1"num="001"><table>原料聚合物炭黑類型炭黑份量(％)體電阻Ω·cm乙烯乙酸乙烯脂共聚物／亞硝酸鹽橡膠EC炭黑～15350～400乙烯乙酸乙烯脂共聚物／亞硝酸鹽橡膠P-炭黑～3770～10乙烯乙酸乙烯脂共聚物／亞硝酸鹽橡膠Ⅰ型超導(dǎo)電炭黑～3540～50</table></tables><tablesid="table2"num="002"><table>乙烯乙酸乙烯脂共聚物／亞硝酸鹽橡膠Ⅱ型超導(dǎo)電炭黑～3330～60丁基接枝聚乙烯Ⅱ型超導(dǎo)電炭黑～257～10乙烯丙烯酸丁酯共聚物乙塊炭黑～3540～50乙烯丙烯酸丁酯共聚物P炭黑～385～10乙烯丙烯橡膠超導(dǎo)電炭黑～35200～400</table></tables>半導(dǎo)體外層21在沿長(zhǎng)度相隔一定距離的區(qū)域與一個(gè)控制電位相連。在最實(shí)際的應(yīng)用中，這個(gè)控制電位是接地電位，相鄰接地點(diǎn)的具體相隔距離與層21的電阻率有關(guān)。半導(dǎo)體層21用作靜電屏蔽和接地外層，這確保了超導(dǎo)體電纜的電場(chǎng)被限制在兩半導(dǎo)體層20和21之間的固體絕緣體內(nèi)。增大層21的電阻可以降低層內(nèi)感應(yīng)電壓所引起的損耗。但是，由于層21必須至少有一定的最小厚度(例如大于0．8mm)，只能通過選用具有較高電阻率的層材料來使電阻增加。不過，電阻率也不能增得太大，否則層21在兩相鄰接地點(diǎn)中間的電壓將會(huì)太高，以致有引發(fā)與此有關(guān)的暈光放電的危險(xiǎn)。電絕緣體的厚度并不一定要求沿繞組長(zhǎng)度是均勻的。高壓時(shí)要求厚度大些，低壓時(shí)就不需要那么厚。因而，電絕緣厚度沿其長(zhǎng)度是階梯形分布，在繞組高壓端采用較厚的絕緣體。實(shí)際上是把具有不同絕緣體厚度的電纜連在一起，構(gòu)成一個(gè)指定的繞組。比方說，如果繞組是繞在一個(gè)鐵芯變壓器上，可以把具有一種電絕緣體厚度的電纜繞在一個(gè)鐵芯栓上，再?gòu)蔫F芯結(jié)構(gòu)外面將此電纜與另一個(gè)具有不同電絕緣體厚度的電纜連在一起。然后把這另一個(gè)電纜繞在鐵芯柱上。還可以把更多的電纜在離開鐵芯結(jié)構(gòu)的接頭處連起來，以獲得一個(gè)沿其長(zhǎng)度方向具有不同電絕緣厚度的繞組。繞組8a，8b和8c并不需要在物理上彼此分開，實(shí)際上一種較好的安排是將各繞組摻合在一起，以減少磁漏電感。之所以能這樣做是因?yàn)槔@組外面的電場(chǎng)可以忽略。減小了磁漏電感，就為達(dá)到高臨界電流密度提供了必要的條件。此外，將各繞組摻合在一起可使變壓器結(jié)構(gòu)更緊湊，特別對(duì)于上面談到的具有不同厚度電絕緣體的“階梯”形繞組更為明顯。圖5A和5B是幾種摻合繞組的示意圖。圖5A是一個(gè)變壓系數(shù)為1∶2的變壓器，其中26為低壓繞組層，28為高壓繞組層。提供空氣隙的疊片磁性材料27和墊片29安放在各繞組層及各圈之間，用以改善變壓器的效率。圖5B的裝置中，低壓繞組30和高壓繞組32的各圈和各層是對(duì)稱的，且有規(guī)律地均勻摻合在一起。雖然本發(fā)明主要是針對(duì)繞組中導(dǎo)電裝置具有超導(dǎo)特性且在使用中冷卻至超導(dǎo)溫度的電力變壓器，但也可以包括在200K以下(最好不要超過)的低工作溫度下導(dǎo)電性有所改善(但至少在打算使用的低工作溫度下并不具有超導(dǎo)特性)的導(dǎo)電裝置。在這些較高的低溫下，可以用液態(tài)二氧化碳來冷卻導(dǎo)體裝置。本發(fā)明的電力變壓器的電絕緣裝置是計(jì)劃用來承受很高電壓的，因而在這些電壓下將必然產(chǎn)生電負(fù)荷和熱負(fù)荷。舉例來說，本發(fā)明的電力變壓器可以有幾百KVA至1000MVA以上的額定功率，其額定電壓從3-4KV直至400-800KV的很高的傳輸電壓。在很高電壓下，局部放電(或PD)成為現(xiàn)有絕緣系統(tǒng)的一個(gè)嚴(yán)重問題。若絕緣體中存在空腔或孔洞，就有可能產(chǎn)生內(nèi)部暈光放電，使絕緣材料逐漸變壞而最終導(dǎo)致絕緣體擊穿。按本發(fā)明的電力變壓器，其電繞組絕緣體上的電負(fù)荷減小了，因?yàn)槟鼙ＷC絕緣體內(nèi)層基本上與內(nèi)導(dǎo)電裝置處于相同的電位，而絕緣體外層處在一個(gè)控制電位(如地電位)上。所以內(nèi)外層之間的絕緣體中間層內(nèi)的電場(chǎng)基本上是在中間層厚度上均勻分布的。另外，由于材料的熱特性相似且絕緣材料層內(nèi)的缺陷很少，在某個(gè)工作電壓下產(chǎn)生PD的可能性降低了。所以可以把這種電力變壓器設(shè)計(jì)得能承受很高的工作電壓，例如800KV或者更高。雖然最好是把電絕緣裝置熱壓到位，但也可以采用薄膜或片狀材料緊密地重疊纏繞成層的方法來制造電絕緣系統(tǒng)。半導(dǎo)體層和電絕緣層都可以按這種方法來制成。絕緣系統(tǒng)可以用全合成薄膜制造，其半導(dǎo)體內(nèi)外層或各部分可采用聚合物薄膜例如PP，PET，LDPE或HDPE，并埋入導(dǎo)電顆粒例如炭黑或金屬顆粒，在內(nèi)外半導(dǎo)體層或各部分之間是絕緣層或區(qū)段。就搭接的定義而言，足夠薄的膜將有比所謂的帕邢最小值還要小的接縫間隙，因此就不需要使用液體浸漬。一個(gè)多層繞制的干薄膜絕緣體還具有良好的熱特性，并可與作為電導(dǎo)體的超導(dǎo)管子組合起來，用泵將冷卻液(如液氮)打入管中。電絕緣系統(tǒng)的另一個(gè)例子和普通的以纖維素為基礎(chǔ)的電纜類似，其中的薄纖維素基本合成紙張或非織造材料繞著一個(gè)導(dǎo)體重疊地纏繞。在這種情況下，在絕緣層任一面上的半導(dǎo)體層可以采用纖維素紙或由絕緣材料纖維做的非織造材料，并埋入一些導(dǎo)電顆料。絕緣層可采用同樣基底的材料或其它的材料。還有一種絕緣系統(tǒng)是將薄膜和纖維絕緣材料按疊片或同時(shí)搭接的方式組合而成的。這種絕緣系統(tǒng)的一個(gè)例子是市場(chǎng)上能買到的所謂紙質(zhì)聚丙烯薄片(PPLP)，但也可以有幾種其它的薄膜和纖維部件組合方式。在這些系統(tǒng)中，可以采用礦物油或液氮等各種浸漬液。權(quán)利要求1．一種至少具有一個(gè)電繞組的電力變壓器(1)，其繞組由電導(dǎo)裝置(13-15)、為改善電導(dǎo)率而對(duì)電導(dǎo)裝置進(jìn)行冷卻的冷卻裝置、以及環(huán)繞的電絕緣裝置(20-22)組成，其特征在于，電絕緣裝置包括一個(gè)與所述電導(dǎo)裝置接觸的半導(dǎo)體材料內(nèi)層(20)，一個(gè)沿長(zhǎng)度處于控制電位的半導(dǎo)體材料外層(21)，和一個(gè)處在所述內(nèi)、外層(20，21)之間的電絕緣材料的中間層(22)。2．如權(quán)利要求1所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體外層(21)的電阻率為1至105Ω·cm。3．如權(quán)利要求1所述的電力變壓器，其特征在于，所述外層(21)的電阻率為10至500Ω·cm，最好為10至100Ω·cm。4．如權(quán)利要求1至3中任一條所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體外層(21)每單位軸向長(zhǎng)度的電阻在5至50，000Ω·cm-1。5．如權(quán)利要求1至3中任一條所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體外層(21)每單位軸向長(zhǎng)度的電阻為500至25，000Ω·cm-1，最好在2，500至5，000Ω·cm-1。6．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體外層(21)被導(dǎo)體裝置沿其長(zhǎng)度按相隔一定距離的區(qū)域連至一控制電位上，相鄰的接觸區(qū)域靠得足夠近，使相鄰接觸區(qū)中點(diǎn)的電壓不足以在電絕緣裝置內(nèi)引發(fā)暈光放電。7．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，控制電位是或者接近于地電位。8．按上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，中間層(22)與內(nèi)外層(20，21)中的每一層都作緊密的機(jī)械接觸。9．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，中間層(22)與內(nèi)外層(20和21)中的每一個(gè)相連接。10．如權(quán)利要求9所述的電力變壓器，其特征在于，中間層(22)和半導(dǎo)體的外層(21)之間的粘合強(qiáng)度與中間層材料的內(nèi)部強(qiáng)度是同一個(gè)數(shù)量級(jí)。11．如權(quán)利要求9或10所述的電力變壓器，其特征在于，各層(20-22)是用熱壓方式連在一塊的。12．如權(quán)利要求11所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體材料的內(nèi)外層(20，21)和絕緣體中間層(22)是通過一個(gè)多層熱壓模一起加在導(dǎo)電裝置上。13．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，內(nèi)層(20)是由其中摻有第一種導(dǎo)電顆粒的第一種塑料組成，外層(21)是由其中摻有第二種導(dǎo)電顆粒的第二種塑料組成，而中間層(22)是由第三種塑料組成。14．如權(quán)利要求13所述的電力變壓器，其特征在于，第一、二、三種塑料中的每一種可以是乙烯丙烯酸丁酯共聚橡膠，乙烯-丙烯-二烯基體橡膠(EPDM)，乙烯-丙烯共聚物橡膠(EPR)，LDPE，HDPE，XLPE，EPR或硅橡膠。15．如權(quán)利要求13或14所述的電力變壓器，其特征在于，第一、二、三種塑料至少具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。16．如權(quán)利要求13，14或15所述的電力變壓器，其特征在于，第一、二、三種塑料是同一種材料。17．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，導(dǎo)電裝置具有超導(dǎo)特性，且冷卻裝置用來將導(dǎo)電裝置冷卻至后者的臨界溫度以下。18．如權(quán)利要求17所述的電力變壓器，其特征在于，導(dǎo)電裝置由HTS材料組成。19．如權(quán)利要求18所述的電力變壓器，其特征在于，HTS材料包括按螺線繞制的HTS帶或?qū)w。20．如權(quán)利要求18所述的電力變壓器，其特征在于，HTS材料包括按螺線纏繞在一個(gè)支撐管上的HTS帶，且冷卻液(例如液氮)通過支撐管將HTS帶冷卻至HTS材料的臨界溫度以下。21．如權(quán)利要求17至20中任何一條所述的電力變壓器，其特征在于，導(dǎo)電裝置包含一個(gè)熱絕緣的外層。22．如上述1至16條權(quán)利要求中任何一條所述的電力變壓器，其特征在于，在變壓器使用過程中，冷卻裝置將導(dǎo)電裝置冷卻至200K以下。23．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，半導(dǎo)體內(nèi)層的電阻率為1至105Ω·cm，典型值為10至500Ω·cm，最好是50至100Ω·cm。24．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，低壓和高壓繞組摻合在一起，以減少磁漏電感。25．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，電絕緣裝置設(shè)計(jì)成適用于10KV以上的高壓，特別是36KV以上的高壓，最好在72．5KV以上，直至很高的傳輸電壓，例如400KV至800KV或者更高。26．如上述任何一條權(quán)利要求所述的電力變壓器，其特征在于，電絕緣裝置設(shè)計(jì)的功率范圍在0．5MVA以上，最好在30MVA以上，直至1000MVA。全文摘要一種至少具有一個(gè)電繞組的電力變壓器(1),繞組由導(dǎo)電裝置(13—15)、為改善電導(dǎo)率而對(duì)導(dǎo)電裝置進(jìn)行冷卻的冷卻裝置、以及環(huán)繞的電絕緣裝置(20—22)組成。這種變壓器包括一個(gè)與導(dǎo)電裝置相接觸的半導(dǎo)體材料內(nèi)層(20),一個(gè)沿其長(zhǎng)度接到其控制電信的半導(dǎo)體材料外層(21),和一個(gè)處于內(nèi)、外層(20,21)之間的電絕緣材料中間層(22)。文檔編號(hào)H02K3/32GK1279817SQ98811462公開日2001年1月10日申請(qǐng)日期1998年11月30日優(yōu)先權(quán)日1997年11月28日發(fā)明者M(jìn)·萊永,C·薩瑟申請(qǐng)人:Abb股份有限公司