专利名称：具有更高雷电冲击耐受性的电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机，特别涉及对于瞬变具有更高电耐受性的电机。
背景技术：
在电机中，由于绕组的配置，在局部会出现具有冲击电压的强电场。在这样的区域内，在与所述绕组相接触的冷却介质(比如变压器油)中发生电击穿的风险增高。一个关键区域是电力变压器的绕组中的两匝相邻绕组之间的槽楔(wedge)形成区域，其是常常暴露于局部强电场的区域。由于在传统上分别被用在电力变压器中作为冷却介质和绝缘体的油与纸绝缘之间的介电常数的差异，这种区域内的油发生电击穿的风险增高。当所述绕组受到冲击电压时(例如由于雷击电涌或测试)，此槽楔内的电场应力很高，从而可能引发所述油的部分击穿，进而可能导致闪流(streamer)(火花)通过所述油传播到表面(即屏障)并且继续传播到地。如果出现这样的闪流，其将会对变压器造成严重损坏。为了防止出现闪流，比如电力变压器的电机的规格需要被定为能够应对在如上所述区域内局部出现的高电应力。结果，电力变压器的规格被定为耐受比正常工作负荷强几倍的电场强度，从而导致昂贵、巨大并且笨重的机器。US 5，969，456涉及类似的放电问题，即冲击电压被感应式电机中的各绕组部分不均等地分担的问题，这趋向于在分担过高电压的绕组部分中导致电介质击穿。为了克服这一问题，描述了一种具有更高电晕放电电阻和电介质强度的电磁装备。在已知的装备中，通过卷绕包括线缆的绝缘线形成电磁绕组，所述线缆具有由绝缘涂覆的内层和涂覆的外部低电阻导电层所覆盖的导体，其中外层涂覆的电阻率低于内层涂覆。通过这样的设置，可以通过形成在所述导体上的外层涂覆来限制由于电晕放电而释放的电荷。从而每一个单元绕组的导电涂覆会改善每一个绕组单元到地的电晕放电电阻。此外，所述外层涂覆会增大绕组导体之间的串联电容。因此，电压由所述电磁绕组的各绕组均等地分担，并且会减少局部强电场的出现。其结果是提高了所述电磁装备对于冲击电压的绝缘强度。虽然提供了具有更高电耐受性的绕组，但是所述已知装备的一个缺点在于，配备有几层绝缘材料的绕组将很笨重，并且在所述机器的绕组卷绕期间难以操纵。其结果是配备这种绕组的机器将较为庞大。此外，当把所述绕组卷绕成匝时，在相邻两层之间的槽楔内仍然有较大电场，正如前面所描述的那样。对于经受快速瞬变(比如来自雷电的电压浪涌)的更少间隔物绕组来说，一种常见的故障模式是开始于所述绕组、桥接第一部分管道(duct)并且朝向接地继续的闪络 (flashover)，其通常循着所述绕组的表面或者通过电介质液体到地。对应于这种故障的先决条件是击穿的发起，其后是传播，最后是闪流模式 (streamer mode)改变至Ll快速事件(fast event)。在电击穿过程中，电机中的电介质液体的电击穿是最后的阶段，其中所述过程开始于电闪流的形成。击穿由电弧的形成表征；即穿过所述液体的电短路。电闪流是在电弧形成之前在电介质液体中形成的高度导电的结构，其中所述电弧允许大破坏性电流在否则应由所述液体绝缘的两个端子之间流动。如果电闪流桥接例如绕组与地之间的间隙，则其将形成导电短路，从而可能允许形成电弧。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电机，其能够克服前面提到的闪流在暴露于强电场的局部区域内传播的问题。根据本发明，所述目的特别可以通过由所附权利要求书限定的一种电机来实现。本发明的想法是停止已经处于发起时的闪流和闪络的生成。闪流引燃的可能位置是处在所述绕组中的导体间的槽楔之内。在所述槽楔内，由于被用来隔离导体的油与纸之间的介电常数的差异，在所述油中有非常高的局部应力。所述槽楔内的电应力可能会达到 100kV/mm或更高。根据本发明，提供一种具有更高雷电冲击耐受性的电机。所述机器包括一个轴以及被设置成围绕该轴卷绕的基本上呈环状的多匝的绕组。在所述绕组的相邻两匝之间形成槽楔形成区域。至少一个绝缘材料构件被设置成覆盖至少一个所述槽楔形成区域。根据本发明的一个实施例，所述绕组包括实质上被设置在第一平面内的至少相继两匝，其后是实质上被设置在第二平面内的至少相继两匝。所述第一和第二平面与所述轴垂直。所述至少一个槽楔形成区域被形成在所述两个平面之间的绕组的周围。根据本发明的另一个实施例，所述至少一个槽楔形成区域位于所述绕组的外周。根据本发明的另一个实施例，所述至少一个槽楔形成区域位于所述绕组的内周。根据本发明的另一个实施例，所述绕组实质上被卷绕在每个垂直于所述轴的多于两个相继平面内，并且其中所述至少一个绝缘材料构件被设置成覆盖形成在两个相继平面之间的至少一个槽楔形成区域，对于所述两个相继平面，所述匝在所述绕组的内周从一个平面转移到另一个平面。根据本发明的另一个实施例，所述绕组实质上被卷绕在每个垂直于所述轴的多于两个相继平面内，并且其中所述至少一个绝缘材料构件被设置成覆盖形成在两个相继平面之间的所述至少一个槽楔形成区域，对于所述两个相继平面，所述匝在所述绕组的外周从一个平面转移到另一个平面。根据本发明的另一个实施例，所述绝缘材料构件被设置成与相邻匝接触。根据本发明的另一个实施例，所述绝缘材料构件被设置成覆盖多个槽楔形成区域。根据本发明的另一个实施例，所述绝缘材料构件是绝缘纸。根据本发明的另一个实施例，所述绝缘材料构件是薄屏障。根据本发明的另一个实施例，所述电机是电力变压器。根据本发明的另一个实施例，所述电力变压器由液体冷却，并且所述至少一个槽楔形成区域与所述液体接触。根据本发明的另一个实施例，所述液体是油。根据本发明的另一个实施例，所述液体是酯流体。
根据本发明的另一个实施例，所述电力变压器是3相电力变压器。通过下面的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。
通过下面给出的实施例的详细描述以及附图可以更加全面地理解本发明，附图仅仅是作为说明而给出的，因此并不限制本发明，其中图Ia是示出了发生在传统电机的绕组中的两匝之间的闪流的详细图示。图Ib是示出了根据本发明的电机的绕组中的两匝的详细图示。图2是根据本发明的电机的截面图。图3是根据本发明的电机的顶视图。图如是示出了根据本发明的一个实施例的具有隔离构件的电机的绕组中的两匝的详细图示。图4b是示出了根据本发明的另一个实施例的具有隔离构件的电机的绕组中的两匝的详细图示。
具体实施例方式在下面的描述中，出于解释而非限制的目的阐述了具体细节(比如特定技术和应用)，以便提供对于本发明的透彻理解。但是本领域技术人员将认识到，可以在背离这些具体细节的其他实施例中实践本发明。在其他实例中，省略了对于公知的方法和设备的详细描述，以免用不必要的细节模糊对于本发明的描述。下面将参照图1-图4描述根据本发明的电机的一个实施例。图Ia是示出了在所述槽楔形成区域中生成的并且从电机(比如电力变压器)的绕组中的两匝3之间的所述槽楔形成区域朝向地传播的闪流的详细图示。所述电机包括绕组2，所述绕组2具有围绕轴1卷绕成多匝3的一个或多个被绝缘的导体。所述导体12由通常是纸的绝缘体13包围，但是也可以使用其他绝缘材料。在绕组2的外周的相邻两匝3 之间形成不同导体11的绝缘体12之间的槽楔形成区域4。由于绕组2的配置，在槽楔形成区域4中将会出现局部强电场。在电力变压器中常被分别用作冷却介质和绝缘体的油与纸绝缘体之间的介电常数的差异会增大这种区域内的油发生电击穿的风险，由此可能会使得所引发的闪流穿过所述油传播到地。在该图中示出了经由屏障10穿过所述油传播到地的闪流11。或者，闪流11可能穿过所述油直接传播到地。图Ib是示出了根据本发明的电机的绕组2中的相应的两匝的详细图示。所述电机包括绕组2，所述绕组2具有围绕轴1卷绕成多匝3的一个或多个被绝缘的导体。绕组 2可以围绕铁芯卷绕或者简单地围绕轴1卷绕，比如用在充油式电抗器中的所谓的空芯绕组。在绕组2的外周8的相邻两匝3之间形成槽楔形成区域4。在所述槽楔形成区域中将会出现局部强电场，从而会增大传播闪流的风险。绝缘材料构件5被设置成覆盖所述槽楔形成区域。出现在槽楔形成区域4内的电荷从而被困在该槽楔内，并且无法发展成传播闪流。通过这种设置，可以提供更高的雷电冲击耐受性。因此诸如电力变压器或电抗器的电机就会更好地耐受由于强电场而导致的电应力，并且导致严重损坏的传播闪流的风险也会得到限制。
图2示出了根据本发明的一个实施例的电机中的细节的截面图。所述机器包括具有轴1的铁芯7，以及被设置成围绕该铁芯7卷绕的基本上呈环状的多匝3从而形成电磁绕组的绕组2。所述绕组2包括设置在第一平面6a内的相继4匝3a、3b、3c、3d，其后是设置在第二平面6b内的相继4匝加、3厂38、31!，其后是设置在第三平面6(3内的另外的相继4 匝3i、3j、!3k、31，以及其后是设置在第四平面6d内的另外的相继4匝;3m、3n、30、3p。所述平面6a、6b、6c和6d关于铁芯7的轴1垂直。所述机器还包括围绕铁芯7和绕组2的屏障10。轴1在该图中被示为垂直的，但是其也可以是水平的或者具有任何其他方向。如图中所示，在绕组2的外周8，在平面6a与6b之间有7个中间匝(匝3a_3g)， 而在平面6b与6c之间的外周只有一匝(匝池和3i)。因此，槽楔形成区域如内的电场将比槽楔形成区域4b内的电场强很多，从而会增大在槽楔如内传播闪流并导致损坏的风险。 绝缘材料构件如被设置成覆盖槽楔形成区域4a，从而把电荷困在该槽楔内并且防止其发展成传播闪流。通过把电荷困在所述槽楔内部，所述电荷从而将需要更多能量来逃逸及传播。这意味着针对击穿的耐受强度更高，并且将有可能不仅在所述槽楔内而且还在所述管道内允许更高的应力。此外，在绕组2的内周9，在平面6b与6c之间有7个中间匝(匝;3e_3h)。因此， 在平面6b与6c之间的内周9的槽楔形成区域内的电场将很强，并且绝缘材料构件恥被设置成覆盖所述槽楔形成区域。将要覆盖的最为重要的槽楔是由连接到所述电机的引入或引出导体的绕组匝形成的槽楔，该处的局部电应力在雷电脉冲期间或者在测试所述电机时最高。绝缘材料构件fe还可以被设置成覆盖绕组a_h、h-i、i-p之间的所有外部槽楔形成区域。内部绝缘材料构件恥还可以被设置成覆盖绕组d-e、e-1、1-m之间的所有内部槽楔形成区域。图3示出了根据本发明的一个实施例的电机的从上方看去的细节。所述机器包括具有轴1的铁芯7，以及被设置成围绕该铁芯7卷绕的基本上呈环状的多匝3从而形成电磁绕组的绕组2。所述绕组2包括设置在第一平面6a内的相继4匝3a、3b、3c、3d，其后是设置在第二平面6b内的相继4匝加、3厂38、311(未示出)。第一和第二平面6a、6b关于铁芯7的轴 1垂直。所述机器还包括围绕铁芯7和绕组2的屏障10。第一绝缘材料构件如被设置成覆盖所述第一和第二平面之间的外周8中的槽楔形成区域4(未示出)。此外，第二绝缘材料构件恥被设置成覆盖所述第一和第二平面之间的内周9中的槽楔形成区域4(未示出)。 从而高效地降低了在所述机器中出现传播闪流的风险。所述绝缘材料( 可以是通常用在充油式电机中的一层或更多层绝缘纸，或者可以是其他类型的基于纤维素的材料，比如硬纸板(presspan)或压制板(pressboard)。所述绝缘材料还可以是聚合物，比如Nomex，其是一种间位芳纶(meta-aramid)材料。图如和图4b示出了不同形式的隔离构件5的实例。绝缘材料构件5可以具有防止闪流传播的任何实用形式。在图如中，隔离构件5被设置成带有可以装配到相邻两匝3 之间的槽楔形成区域4内的槽楔。在图4b中，隔离构件5仅仅是将填充相邻两匝3之间的槽楔形成区域4的槽楔。
显而易见的是，可以按照多种方式改变本发明。这种变型不应被视为背离由所附权利要求书限定的本发明的范围。对本领域技术人员显而易见的所有此类变型都应被包括在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种具有轴(1)的电机，其包括-被设置成围绕所述轴卷绕的基本上呈环状的多匝(3)的绕组0)， 其中，在所述绕组的相邻两匝( 之间形成槽楔形成区域G)， 其特征在于，至少一个绝缘材料构件( 被设置成覆盖至少一个所述槽楔形成区域。
2.根据权利要求1的电机，其中，所述绕组( 包括实质上被设置在第一平面(6a)内的至少相继两匝(3)，其后是实质上被设置在第二平面(6b)内的至少相继两匝，所述第一和第二平面与所述轴(1)垂直，并且其中，所述至少一个槽楔形成区域(4)被形成在所述两个平面之间的所述绕组 (2)的周围。
3.根据权利要求1或2的电机，其中，所述至少一个槽楔形成区域(4)位于所述绕组 ⑵的外周⑶。
4.根据权利要求3的电机，其中，所述绕组(2)实质上被卷绕在每个垂直于所述轴(1) 的两个或更多个相继平面(6)内，并且其中所述至少一个绝缘材料构件( 被设置成覆盖形成在两个相继平面(6)之间的至少一个槽楔形成区域G)，对于所述两个相继平面，所述匝(3)在所述绕组的内周(9)从一个平面转移到另一个平面。
5.根据权利要求1或2的电机，其中，所述至少一个槽楔形成区域(4)位于所述绕组 (2)的内周(9)。
6.根据权利要求5的电机，其中，所述绕组(2)实质上被卷绕在每个垂直于所述轴(1) 的两个或更多个相继平面(6)内，并且其中所述至少一个绝缘材料构件( 被设置成覆盖形成在两个相继平面之间的所述至少一个槽楔形成区域，对于所述两个相继平面，所述匝(3)在所述绕组的外周(8)从一个平面转移到另一个平面。
7.根据权利要求1-5中的任一个的电机，其中，所述绝缘材料构件( 被设置成与所述相邻匝⑶接触。
8.根据权利要求1-7中的任一个的电机，其中，所述绝缘材料构件( 被设置成覆盖多个所述槽楔形成区域(4)。
9.根据权利要求1-8中的任一个的电机，其中，所述绝缘材料构件( 是一层或更多层绝缘纸。
10.根据权利要求1-8中的任一个的电机，其中，所述绝缘材料构件(5)是Nomex薄屏障。
11.根据权利要求1-8中的任一个的电机，其中，所述绝缘材料构件( 是硬纸板薄屏障。
12.根据权利要求1-11中的任一个的电机，其中，所述电机是电抗器。
13.根据权利要求1-11中的任一个的电机，其中，所述电机是电力变压器。
14.根据权利要求13的电机，其中，所述电力变压器由液体冷却，并且其中所述至少一个槽楔形成区域(4)与所述液体接触。
15.根据权利要求14的电机，其中，所述液体是油。
16.根据权利要求14的电机，其中，所述液体是酯流体。
17.根据权利要求13-16中的任一个的电机，其中，所述电力变压器是3相电力变压器。
全文摘要
本发明涉及一种具有轴的电机。所述机器包括被设置成围绕所述轴卷绕的基本上呈环状的多匝的绕组。在所述绕组的相邻两匝之间形成槽楔形成区域。一个绝缘材料构件被设置成覆盖至少一个所述槽楔形成区域。
文档编号H01F27/32GK102239532SQ200980148962
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月8日
发明者A·乔斯伯格, J·哈杰克 申请人:Abb研究有限公司