专利名称：用于被液体冷却的绕组的导线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1前序部分所述的用于被液体冷却的绕组、尤其是用于变压器绕组或扼流圈的导线。本发明另外还涉及一种相应的被液体冷却的变压器和一种被液体冷却的扼流圈。
一种充满油的变压器或类似的大功率电气设备的绕组在用上述类型的导线构成时，通常刻有用于导引一种冷却液体例如油的冷却通道，以便将电阻损失产生的热量带走。所述在导线中产生的热量在此必须通过一个通常直接贴靠在导线上的典型地由纸制成的绝缘外壳和一个在该外壳表面上形成的边界层排出。在此，在所述外壳和边界层中都会产生温度梯度，由此在导线和冷却液体之间会有温差。当有待排走的热量值一定时，所述温差就成为一个选择所述导线和相应绕组的尺寸的决定性参数。
因此，为了保证有足够良好的冷却效果，尤其对于用现有技术中已知的导线制成的绕组的尺寸通常必须选择得比所期望的还要大。在专利文献EP 0746861B1和EP 1079500A1中已知用于变压器线圈的导线，该导线用多根分导线构成并具有一种穿孔的或网眼状的外壳，以使得相应的冷却液体流动穿过该外壳并由此可绕流各根分导线。这样虽然实现了更好的冷却效果，却付出了导线的绝缘效果明显更糟的代价，因为此时并不对整个导线进行绝缘，而是仅仅用一薄的绝缘漆层来对各单根分导线进行绝缘。因此，这样一种导线仅仅可应用在大约25千伏以下的较小工作电压下，这是因为更高的工作电压要求导线的外壳完全封闭。
因此，本发明的目的在于开发一种新型的用于制造被液体冷却的绕组的导线，该导线即便在更高的工作电压下也可被较好地冷却，因此，相应的电气设备也可设计得更小些。
上述目的通过一种如权利要求1所述的导线和如权利要求13所述的变压器和扼流圈得以实现。本发明的其他有利的扩展设计可从从属权利要求中获知。
按照本发明，所述导线具有将其整个包裹起来的一绝缘外壳，其中，所述外壳中的至少一层将该导线完全覆盖地包裹，但同时组成所述外壳的总共至少两层中的一外层具有开孔、网眼或流苏。由此一方面实现了导线良好的电绝缘并由此使得该导线也适用于在很高的电压下工作，另一方面又将所述导线的表面或所述导线的外壳构造成，使得绕流所述导线的冷却液体或至少冷却液体与该导线贴靠的边界层处于紊流状态。由此可明显改善在导线表面上的热交换，从而改善绕流导线的冷却液体的冷却效果，进而允许带有用这种导线制成的绕组的被冷却液体冷却的电气设备有更紧凑的结构。尤其是液冷式的扼流圈或变压器中的至少一个绕组、优选每个绕组都由这种导线构成，这样的扼流圈或变压器就可以相对于现有技术中已公知的电气设备用更小的尺寸制成和/或适用于更大的工作电压。在这样的情况下，尽管冷却液体不能贯通流过所述外壳并因此在导线由多个分导线构成时而不能逐个绕流这些分导线，也仍能实现改善冷却效果的优点。作为替代所述开孔和/或网眼或另外辅助性地用于产生紊流的措施，设置在所述外壳的外层上的流苏在本申请文件中被描述为所述外层从导线上呈小旗状地突伸出的部段。
所述导线外壳的一层可通过用一扁平的材料缠绕所述导线来构成，优选用一带条螺旋状地缠绕导线。由此可特别简单地制成所述外壳或该外壳上的相应层。当然所述外壳的多层或所有层都这样来构成。一种特别适合于制造该外壳的一层或多层的材料是具有良好的绝缘性、廉价且基于高弹性易于加工的纸。尤其是构成所述外壳完全包封导线的部分的一层外壳层或多层外壳层可分别由一简单的纸带组成。
按照本发明的一种为便于特别简单和廉价地制造导线而对于导线的设计，即便是外层也可由纸制成，该纸为形成开孔被穿孔打眼，由此可实现所期望的导线的表面特性。在另一种同样简单的设计中，所述外层由一螺旋状地缠绕导线的带条构成，该带条的一边缘按不太大的间隔被多次切割，使得该边缘构成从所述导线突伸出的一些小旗或流苏，它们也可按期望的那样影响冷却液体的流动。该带条的各切割口之间的间距也可有变化，为实现特别好的紊流效果，所述切割间隔的尺寸例如可在导线直径的十分之一至五分之一之间。即便在这样设计所述外壳的外层时，该外层也可用纸制成。
另一种同样特别简单的实现所述外壳外层并有利地影响冷却液体的流动状况的技术方案是，采用一个网或织物来构成所述外层。这样的网或织物为了足够稳定和本身不导电可由塑料或塑料纤维制成，例如由聚酰胺或尼龙制成。视所采用的冷却液体的具体粘性，为实现所期待的紊流效果，这种网或织物的网眼的直径例如可在1mm和15mm之间，典型地在1.5mm至5mm之间。这样形成的所述导线或所述导线外壳的表面结构可将冷却液体的边界层流破坏，由此可形成相应典型尺度的紊流。
在按照本发明的上述所有设计中，所述冷却液体的流动或其边界层流不仅可局部受限，而且通过对导线的整个表面进行处理不仅可局部而且可大面积地改善热交换。在对所述外层穿孔或打眼时，当开孔的直径在2mm和10mm之间时会有特别好的效果。在典型的冷却液体和流速的情况下，开孔直径在3mm至7mm之间被证明最佳。当所述外壳的带有开孔或网眼的外层覆盖其下层的覆盖率在30％至80％之间，也就是说由于所述开孔或网眼使得下层的20％至70％的面积不被覆盖时，则能特别均匀地影响流动，进而有助于大面积地形成紊流。当所述外层设计成带有前述类型的流苏时，也同理需要有利地注意到，所述外层前后间隔的组成部分沿导线的纵向看相互间隔不能超过大约一个导线直径。
作为用于冷却用这种导线构成的绕组的冷却剂，油和酯液，尤其是矿物油和合成油例如硅油特别适合。这样的冷却液体的特点在于有合适的粘性和适宜的耐热性。
当所述外壳的完全覆盖所述导线的一内层或多个内层的层厚在0.1mm和2mm之间时，即便在非常高的电压下工作，所述导线也有足够好的电绝缘特性。为了不用比必需的那样更多地影响对于导线的冷却，所述内层的厚度不应比必需的更厚。对于通常的应用目的，这意味着该内层的厚度在0.2mm和1mm之间是一种很好的妥协。
在按照本发明的导线的优选设计中，所述导线由多根基本相互平行地导引并相互扭绞的分导线组成。所述导线整体上可由此更柔软并因此易于操作处理。另一优点在于可由此在很大程度上减少在导线中产生的涡流及由此带来的功率损失和热损失。由此所述导线不仅获得了更佳的电特性，而且通过减少所产生的热量还进一步简化了对于导线的冷却，并由此使得一个相应的电气设备有更紧凑的结构。当导线由5至198根分导线组成时，可以一更低的成本达到这样的效果。在此，所述导线也可设计成双绞线。
按照本发明的用于被液体冷却的绕组的导线的设计，尤其适用于横断面在0.2cm2和40cm2之间但最好不超过16cm2的导线，由此适用于在高压下工作及进而在高电流强度下工作，但另一方面通过完全绕流整个导线的冷却液体仍允许进行有效的冷却。当这样的导线具有矩形的横断面时，可特别好地将其做成绕组，尤其在导线由多根分导线构成时可容易地实现这一点。
下面借助附
图1至3对本发明的实施方式予以详细说明，附图中图1为按照本发明的一种导线的一端部的立体示意图；图2为按照本发明的另一种导线的一端部的立体示意图；图3为按照本发明的导线的又一种实施方式的立体示意图。
在图1中可看到的导线1具有一个由一内层2和一外层3组成的外壳。所述内层2构成一个传统的纸质绝缘层，也就是说是通过缠绕纸来实现。它包绕所述导线1从而完全覆盖导线。所述外层3同样通过缠绕纸带构成，但它具有由开孔4构成的穿孔。这些开孔4的直径大约为4mm并占据外层表面达到这样的程度，即，使得外层3仅仅覆盖其下面的内层2约60％。可构成一个油冷式的变压器的绕组的该导线1或其外壳由此获得这样一种表面结构，该表面结构可使用作冷却剂的合成油至少在其表面处的流动处于紊流状态，由此可获得更好的热交换效果并使导线1被更有效地冷却。图示导线1由35根分导线组成，其横断面约为5.5cm2。通过对所述导线1的外壳的外层3的穿孔设计，导线1通过以上所述效果被特别有效地冷却，尽管所述冷却剂基于厚度约为0.5mm的绝缘内层2不能绕流所述导线1的每根分导线。
按照本发明的另一种设计在图2中示出。可以从图2中看到该导线1具有一外壳，该外壳同样由一内层2和一外层3组成。与图1所示实施方式不同的是，所述外壳的外层3在此通过一尼龙网构成，该尼龙网具有直径约为8mm的网眼并由此可造成使流动的冷却液体出现紊流的类似效果。
按照本发明的另一实施方式最后在图3中示出。从图3中也可看到一根真正的电导线1以及一内层2和一外层3。如前述第一种实施方式一样，所述外层3通过用纸带缠绕在导线1和内层2上来构成。但在此处，所述纸带上没有被穿孔，而是具有一个按规律的间隔被多次切割的边缘。由此该纸带边缘上构成许多突伸出的小旗6。所述外层3借助这些小旗6具有流苏，这些流苏同样又可使流过其旁的冷却液体形成紊流。
图1至3中所示的导线都同样地适合用于制作被液体冷却的扼流圈或类似的带有被液体冷却的绕组的电气装置。
权利要求
1.一种用于被液体冷却的绕组的导线、尤其是用于变压器绕组的导线，其具有将该导线整个包裹起来的一绝缘外壳，其中，所述外壳中的至少一层将该导线完全覆盖地包裹，其特征在于，组成所述外壳的至少两层(2，3)中的一外层(3)具有开孔(4)、网孔(5)或流苏。
2.按照权利要求1所述的导线，其特征在于，所述外壳的至少一层、优选每层(2，3)通过缠绕所述导线(1)构成。
3.按照权利要求1或2所述的导线，其特征在于，所述外壳的至少一层、优选至少除外层(3)之外的每层(2，3)由纸制成。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的导线，其特征在于，所述外层(3)由穿孔纸构成。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的导线，其特征在于，所述外层(3)由这样一个优选由纸制成的纸带构成，该纸带的一边缘按规律的间隔被切割从而在该边缘上形成多个突伸出的小旗。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的导线，其特征在于，所述外层(3)通过优选由一种塑料制成的网或织物构成。
7.按照权利要求6所述的导线，其特征在于，所述网或织物的各个网眼(5)的直径在1mm和15mm之间，优选在1.5mm至5mm之间。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的导线，其特征在于，所述外层(3)上的开孔(4)的直径在2mm和10mm之间，优选在3mm至7mm之间。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的导线，其特征在于，所述外层(3)覆盖其下面一层(2)的30％至80％。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的导线，其特征在于，通过所述外壳中的将所述导线完全覆盖的至少一层(2)构成的层厚在0.1mm和2mm之间，优选在0.2mm至1mm之间。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的导线，其特征在于，该导线由多根分导线组成，优选由5至198根分导线组成。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的导线，其特征在于，所述导线有一个横断面积在0.2cm2至40cm2之间的优选矩形的横断面。
13.一种被液体冷却的变压器或被液体冷却的扼流圈，其包含至少一个由如权利要求1至12中任一项所述的导线制成的绕组。
14.按照权利要求13所述的变压器或扼流圈，其特征在于，采用一种包围所述导线的油、优选矿物油或一种包围所述导线的酯液作为冷却介质。
全文摘要
本发明涉及一种用于被液体冷却的绕组的导线、尤其是用于变压器绕组的导线，其具有将该导线整个包裹起来的一绝缘外壳，其中，所述外壳中的至少一层将该导线完全覆盖地包裹，按照本发明，组成所述外壳的至少两层(2，3)中的一外层(3)具有开孔(4)、网眼(5)或流苏，由此使得一种绕流所述导线的冷却液体处于紊流状态，从而实现更好的热交换。本发明还另外涉及一种相应的被液体冷却的变压器和一种被液体冷却的扼流圈。
文档编号H01F27/28GK1856848SQ200480027698
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月6日 优先权日2003年9月25日
发明者迈克尔·谢弗 申请人:西门子公司