本发明的各方面主要涉及在公用设施和电力应用中所使用类型中的干式空心电抗器，更具体地涉及用于交流(ac)空心电抗器但也可应用于直流(dc)空心电抗器的支架。
背景技术：
在公用设施的变电站中，所有空心电抗器处在线电位(线电压和线电流)，需要用绝缘体与地面和其他相进行隔离。电流绝缘体有两种主要类型：瓷和复合物。对于许多类型的设备，强度极限在很大程度上由绝缘体的弯曲决定。弯曲强度通常由称为“悬臂强度”的量来表征。瓷绝缘体在悬臂强度方面稍有不足，而复合材料的悬臂强度则相当强。可安装在典型的公用设施变电站中的设备之一是空心电抗器。
空心电抗器是具有一个或多个连接在电源与电气载荷之间的电感器元件的电气部件。电抗器抵制电流的快速变化。因此，它减弱了电流尖峰并限制了其他专门应用中的峰电流。电抗器能在内部产生力，引起必须由它们的支撑结构来容纳的载荷。电抗器还承受来自绕组、地震、故障电流和工业振动的外部载荷。他们还需要用电绝缘体与地面分离，这样可能导致需要长支腿。电抗器结构问题的核心是在绕组(其通常产生大载荷)与支撑线圈的绝缘支腿之间的接口。支架有助于以适合于电抗器的方式传递载荷。
直流(dc)空心电抗器通常包含安装在支架(其进而安装在绝缘体上)上的线圈。支架由含铁材料形成。该线圈可能是变电站中安装在绝缘体上的最重的设备。该线圈处于线电位，需要强绝缘体结构来支撑它，因为线圈可能是笨重物体。例如，线圈重量可能高达120,000lbs。解决在相对弱的绝缘体上安装相对重物体的结构问题的一种途径是通过加入接头以允许线圈移动来解决的。有必要将这种技术推广到交流(ac)空心电抗器。ac空心电抗器的问题是它们形成很强的磁场。该磁场造成支架的含铁材料发热。支架发热所用的能量被浪费了，且发热可能是不被接受的。
因此，需要改善在诸如空心电抗器的应用中的支架技术。
技术实现要素：
简单来讲，本发明的各方面涉及配置成星形或轮状或这些形式的组合且至少部分地由电介质材料形成的支架。电介质材料的使用能产生新的支架几何形状。特别地，形成连续路径的多个外部构件中的至少一个外部构件必须由电介质材料形成，同时保持线圈的结构载荷，并且多个辐射臂由使得支架能保持线圈结构载荷的材料形成。本领域的技术人员应当了解，这样的支架能构可配置成安装在需要线圈支撑结构的不同环境中，例如，在交流(ac)空心电抗器中在结构上加固电抗器的同时消除涡流电流路径和/或减轻电磁加热。
根据本发明的一个说明性实施方式，提供一种安装空心电抗器的线圈的支架。空心电抗器包括安装支架的多个绝缘支腿。支架包括从中心毂伸出的多个臂。每个臂具有自由端和联接到毂的端。每个臂的自由端配置成联接到轴承组件。支架还包括多个外部构件。从毂伸出的每个臂的自由端联接到多个外部构件中的相应外部构件。多个外部构件中的所有外部构件都由电介质材料形成。从毂伸出的多个臂由满足电抗器结构和热条件的材料形成。通常其可以是非铁或电介质材料。
根据本发明的另一个说明性实施方式，提供一种空心电抗器。电抗器包括线圈、安装线圈的支架和安装支架的多个绝缘支腿。支架包括从中心毂伸出的多个臂。支架包括横跨在绝缘支腿安装点之间的多个外部构件。当线圈与导电紧固件连接时，多个外部构件中的所有外部构件由电介质材料形成。当线圈与不导电紧固件连接时，多个外部构件中至少一个外部构件由电介质材料形成。支架的多个臂中的所有臂可以都由满足电抗器结构和热条件的材料构成。
根据本发明的又一个说明性实施方式，提供一种安装电力线电抗器的线圈的支架。支架包括从中心毂径向延伸的多个臂。每个臂具有自由端。支架还包括多个外部构件。多个外部构件中的相应外部构件联接到多个臂中的相应一对相邻臂。多个外部构件由不导电的材料形成，多个臂由具有足够的机械和结构强度的材料形成，使得支架支撑线圈的重量。
附图说明
图1a示出了用于将空心电抗器线圈位置固定的现有技术支架的示意图。
图1b示出了用于将空心电抗器线圈位置固定的现有技术支架的另一种配置的示意图。
图2示出了根据本发明的示例性实施方式，用于将ac空心电抗器的线圈位置固定的支架的示意图。
图3示出了根据本发明的示例性实施方式，在ac空心电抗器的绝缘体支腿上方将线圈位置固定的支架的另一种配置的示意图。
图4示出了根据本发明的示例性实施方式，ac空心电抗器的示意图，在该空心抗电器中线圈安装在被放置于绝缘体支腿上的支架上。
图5示出了根据本发明的示例性实施方式，支架的另一种配置的示意图。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式，支架的又一种配置的示意图。
图7示出了根据本发明的示例性实施方式，支架的又一种配置的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明的实施方式、原理和特征，下文结合说明性实施方式中的实施对它们进行阐释。特别是，在空心电抗器的支架部分地由高电阻率材料诸如电介质材料(例如，瓷、玻璃纤维复合物)和部分地由高电阻率且低导电性的材料诸如非铁材料(例如，奥氏体不锈钢)形成的背景中对它们进行描述。然而，本发明的实施方式并不限于在所描述的装置或方法中使用。
下文所述的构成各实施方式的部件和材料意在说明性，而非限制性的。可执行与本文所描述的材料相同或相似功能的许多合适部件和材料旨在也包含在本发明实施方式的范围内。
图1a示出了用于将dc空心电抗器线圈(未示出)位置固定的现有技术支架10的示意图。支架10包括从中心毂20径向延伸的多个臂15(1-4)。多个臂15(1-4)中的每个臂具有相应的自由端25(1-4)。每个臂15的每个自由端25具有配置成联接于轴承组件的各个接口30(1-4)。在实践中，支架10可表现出相对于与支架10的水平面45平行的轴线40的旋转35。不期望该旋转，这会导致结构和稳定性问题。支架10由含铁材料形成。
图1b示出了用于将dc空心电抗器线圈(未示出)位置固定的另一种配置的现有技术支架100的示意图。支架100由含铁材料形成。支架100包括从中心毂120径向延伸的多个臂115(1-4)。多个臂115(1-4)中的每个臂具有相应的自由端125(1-4)。每个臂115的每个自由端125具有配置成联接于轴承组件的各个接口130(1-4)。支架100包括多个外部构件135(1-4)。多个臂115(1-4)中每对相邻臂的自由端125联接到多个外部构件135(1-4)中的相应外部构件135。当其由含铁材料形成并用于空心电抗器时，由于因其形成的大磁场而在支架100中形成第一涡流路径140(1)和一系列第二涡流路径(140(2)为说明性的)。第一和第二涡流路径140(1-2)使支架100发热并因此浪费能量，且可以具有其他有害影响(例如，材料强度降低、保护性涂层降质等)。因此，当在ac空心电抗器中使用时，支架100的形式和材料引起操作员或公用设施不期望的低效率。
所要求的材料特性按照如下鉴定。虽然有许多因素影响在线圈产生的场附近使用的材料，两个特性占主导地位：磁导率和电阻率。两种影响有待避免(它们实际上是相同的现象，但将它们视为不同的方面会有帮助)。1.过度的涡流发热：这是由低电阻率引起的循环电流路径导致的。2.由场的直接暴露导致的过度感应发热，受磁导率和电阻率组合的影响。此外，当确定部件发热时，它们也必须具有传递载荷的强度能力(也许是在高温下)，适合于长期外用，以便于并入到产品中且经济上可行性的形式出现。
本发明的实施方式包含如图2所示的变化形式和改变的图1a的支架10的结构材料，来基本上消除相对于与支架10的水平面45平行的轴线40的旋转35。本发明的实施方式进一步包含如图3所示的用于图1b的支架100的结构材料的组合，来基本上消除支架100中的第一和第二涡流路径140(1-2)。
因此，提供了一种基本上没有旋转问题且基本上没有循环涡流路径的支架，使用电介质材料作为能使支架支撑线圈中的材料且具有高电阻率以及足够的机械和结构强度使得支架支撑线圈的重量。在一个实施方式中，除了电介质材料，非铁材料也用于形成支架。以此方式，在一个实施方式中，结构形式和至少两种不同材料的组合构成ac空心电抗器的支架。此处所公开的设备、系统和技术可以用于减少由磁场感应涡流引起的不良影响。具有较高介电常数的绝缘材料例如层叠电介质材料可以用于此目的。
参照图2，其示出了根据本发明的示例性实施方式，将ac空心电抗器的线圈(未示出)位置固定的支架200的示意图。支架200包括从中心毂220径向延伸的多个臂215(1-4)。多个臂215(1-4)中的每个臂具有相应的自由端225(1-4)。每个臂215的每个自由端225具有配置成联接于线圈的各个接口230(1-4)。支架200包括多个外部构件235(1-4)。多个臂215(1-4)中的每对相邻臂的自由端225联接到多个外部构件235(1-4)中的相应外部构件235。中心毂220可以是导电或不导电的。多个臂235(1-4)中的一个或多个或所有臂可以是导电或不导电的。支架线圈接口230(1-4)可以是导电或不导电的。
与一个实施方式一致，多个外部构件235(1-4)中的相应外部构件235(1)可以在偏离于多个臂215(1-4)中的一对相邻臂的自由端240(1-2)的点245(1-2)处，联接到多个臂215(1-4)中相应一对相邻臂的各个自由端240(1-2)。多个外部构件235(1-4)到多个臂215(1-4)的这种偏离联接基本上消除了支架200相对于与支架200的水平面260平行的轴线255的旋转250。
在一个实施方式中，为了避免涡流加热，多个外部构件235(1-4)由电介质材料制成。例如，电介质材料可以是离散不导电的材料。就是说，选择不导电的材料来避免图1b中的涡流路径40(1-2)。电介质材料可以由纤维玻璃材料形成，诸如0.25英寸厚的结构部分。这消除了涡流的产生。仅仅一个外部构件235(1)可以由电介质材料形成，以阻断涡流路径40(1-2)中电流流动。然而，如果电抗器被栓接到支架200且是利用导电接头(典型的)完成的，则所有外部构件235(1-4)必须由电介质材料制成。
由诸如纤维玻璃复合物或瓷的材料制成的外部构件235(1)将足够了。这种布置防止了涡流从一个臂行进到另一个臂。当然，如果多个臂215(1-4)也通过将电介质材料用于它们的构造制成抗涡流的，则可以获得更好的性能。以此方式，所有支架产生的发热现象在支架200周围被间断。
根据本发明的示例性实施方式，支架200的多个臂215(1-4)由使得支架200能支撑线圈重量的材料形成。根据一个实施方式，支架200的多个臂215(1-4)中的每个不相邻的臂是由电介质材料形成的。电介质材料的实例包含纤维玻璃复合物或瓷。
在一个实施方式中，支架200的多个臂215(1-4)由含铁材料构成。在一个实施方式中，支架200的多个臂215(1-4)和多个外部构件235(1-4)由非铁材料构成。非铁材料必须是来自由纤维玻璃复合物和瓷构成的组中的电介质材料。非铁材料可以是奥氏体不锈钢。在实施方式中，支架200的多个臂215(1-4)由非铁材料构成，而支架200的多个外部构件235(1-4)由电介质材料构成。非铁材料可以是奥氏体不锈钢。虽然奥氏体不锈钢可能是能用于形成支架200结构部分的最强的材料，但存在电损耗比高强度更重要的设计情况。在这种情况下可以使用基本不导电的结构构件。例如，支架200可以是由复合材料诸如聚合物树脂、玻璃纤维和填料制成的。纤维强化塑料复合支架是不导电的，因此，不会因托架200与线圈的磁场相互作用而造成的能量损失。
图3示出了根据本发明的示例性实施方式，在ac空心电抗器的绝缘体支腿310(1-4)上将线圈305位置固定的支架300的另一种配置的示意图。支架300包括从中心毂320径向延伸的多个臂315(1-6)。多个臂315(1-4)中的每个臂具有相应的自由端325(1-6)。每个臂315具有配置成联接于线圈的各个接口(未示出)。支架300包括多个外部构件335(1-6)。多个臂315(1-6)中的每对相邻臂联接到多个外部构件335(1-6)中的相应外部构件335。
根据本发明的示例性实施方式，支架300的多个臂315(1-6)由使得支架300能支撑线圈重量的材料形成。在一个实施方式中，支架300的多个臂315(1-6)由非铁材料构成。非铁材料可以是奥氏体不锈钢。根据一个实施方式，支架300的多个外部构件335(1-6)由电介质材料形成。电介质材料的实例包含纤维玻璃复合物或瓷。
在一个实施方式中，支架300的多个臂315(1-6)和多个外部构件335(1-6)由非铁材料构成。非铁材料必须是电介质材料。在一个实施方式中，多个臂315(1-6)由含铁材料构成，支架300的多个外部构件335(1-6)由电介质材料构成。多个外部构件335(1-6)可以由不导电的材料形成，多个臂315(1-6)可以由具有高电阻率和足够机械强度的材料形成，使得支架300支撑线圈305的重量。
根据本发明的另一个说明性实施方式，提供一种空心电抗器。电抗器包括线圈、安装线圈的支架和安装支架的多个绝缘支腿。支架包括从中心毂伸出的多个臂。支架包括横跨在绝缘支腿安装点之间的多个外部构件。当线圈与导电紧固件连接时，多个外部构件中的所有外部构件由电介质材料形成。当线圈与不导电的紧固件连接时，多个外部构件中的至少一个外部构件由电介质材料形成。支架多个臂中的所有臂都可以由满足电抗器结构和热条件的材料构成。
图4示出了根据本发明的示例性实施方式，ac空心电抗器400的示意图。ac空心电抗器400包含线圈405、支架410和多个绝缘支腿415(1-6)。线圈405安装在联接于绝缘体支腿415(1-6)的支架410上。尽管支架410显示为包含在ac空心电抗器400中，支架200或300也可以很好地在ac空心电抗器400中在它的位置代替它而使用。支架臂420可以联接到轴承轴425。轴承轴425联接到绝缘体安装板430。相对地绝缘体435连接到绝缘体安装板430。相对地绝缘体435包含在底端处的联接到ac空心电抗器400的底部结构的底部基座440。
图5示出了根据本发明的示例性实施方式，支架500的另一种配置的示意图。支架500包括毂505、多个辐射臂510(1-6)、多个外部构件或撑杆515(1-6)以及多个线圈接口520(1-6)。毂505可以是导电的或不导电的，多个辐射臂510(1-6)可以是导电的或不导电的，多个外部构件或撑杆515(1-6)可以是不导电的，并且多个线圈接口520(1-6)可以是导电的或不导电的。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式，支架600的又一种配置的示意图。支架500包括多个外部构件或撑杆605(1-6)和多个线圈接口610(1-6)。只要至少一个支架撑杆605是不导电的，则多个外部构件或撑杆605(1-6)可以是导电的或不导电的，多个线圈接口610(1-6)可以是不导电的。
图7示出了根据本发明的示例性实施方式，支架700的又一种配置的示意图。支架700包括毂705、多个辐射臂710(1-6)和多个线圈接口715(1-6)。毂705可以是导电的或不导电的，多个辐射臂710(1-6)可以是导电的或不导电的，多个线圈接口715(1-6)可以是导电的或不导电的。
虽然以示例性形式公开了本发明的实施方式，对于本领域技术人员来说明显的是，在不脱离本发明的精神和范围及如下列权利要求中所述的其等同方式的情况下，能够进行许多的修改、添加和删除。
参考非限制性实施方式对本发明的实施方式及其各种特征和有益细节进行更为全面地阐释，其中非限制性实施方式在附图中示出，并在下面的描述中进行详述。省去了对众所周知的初始材料、工艺技术、部件和装置的描述，以使实施方式更清晰。然而，应当理解的是，详细描述和特定示例虽然指示了本发明的优选实施方式，但是是以说明而不是限制的方式给出。根据该公开内容，对本领域技术人员来说，在基本的发明构思的精神和/或范围内，各种替代、改进、增加和/或重新布置将变得显而易见。
如本文所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”或它们的任何其他变型旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括一系列要素的工艺、制品或设备不一定仅含这些要素，而是可以包括未明确列举的或这种工艺、制品或设备固有的其他要素。
此外，本文给出的任何示例或图示不应被视为以任何方式局限在、受限于它们所用的任何术语，或者是该任何术语的明确定义。相反，这些示例或图示应视为是参照一个特定实施方式而描述的且仅仅是说明性的。本领域普通技术人员将会理解，这些示例或图示所使用的任何术语将包含可能有或没有使用该任何术语而给出的或在说明书其他地方给出的其他实施方式，所有这些实施方式旨在包含在该术语的范围内。
在前述说明书中，结合具体实施方式对本发明进行了描述。然而，本领域普通技术人员理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出各种修改和变化。因此，说明书和附图应当视为是说明性的，而非限制性的，所有这些修改将包含在本发明的范围之内。
尽管参照本发明的特定实施方式对本发明进行了描述，但是这些实施方式仅仅是说明性的，而非对本发明的限制。本文本发明图示实施方式的描述无意于穷举或将本发明限制于本文所公开的精确形式(具体地，任何特定实施方式、特征或功能的包括无意于将本发明的范围限制于该实施方式、特征或功能)。相反，该描述旨在对说明性实施方式、特征和功能进行描述，以便在将本发明限制于任何具体描述的实施方式、特征或功能的情况下为本领域普通技术人员提供理解本发明的背景。如相关领域技术人员将认识并理解的，虽然本文对本发明的具体实施方式和示例进行描述仅仅为了说明性的目的，各种等同方式和修改也可以在本发明的精神和范围内。如所指出的，这些修改可以是根据前面对本发明图示实施方式的描述而做出的且将被包括在本发明的精神和范围内。因此，虽然参照特定实施方式对本发明进行了描述，但是其一定范围的修改、各种变化和替换都在上述公开之内，并且应当了解的是，在有些情况下，在不脱离所述的本发明范围和精神的情况下，可以采用本发明实施方式的一些特征而不使用其他特征。因此，可以做出许多修改来使特定情形或材料适应本发明的实质范围和精神。
贯穿本说明书各处相应出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”或者“在具体实施方式中”或类似术语不一定指相同的实施方式。而且，任何特定实施方式的特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其他实施方式组合。应当理解的是，考虑本文的教导，在本文描述并图示的实施方式的其他变动和修改也是可以的，并且应当被认为是本发明的精神和范围的一部分。
在本文的描述中，提供了很多具体细节，诸如部件和/或方法的示例，以充分理解本发明的实施方式。然而，相关领域技术人员将认识到，可以不通过这些具体细节中的一个或多个，或者通过其他装置、系统、组件、方法、部件、材料、部分等来实践实施方式。在其他例子中，已知的结构、部件、系统、材料或者操作没有特别地详细示出或描述,以避免混淆本发明实施方式的各方面。虽然通过用特定实施方式对本发明进行了说明，这并不是且不会将本发明限制于任何特定实施方式，本领域普通技术人员将认识到额外的实施方式也很容易理解且是本发明的一部分。
还将理解的是，当按照具体应用有用时，附图中所示要素中的一个或多个还可以以更分散或更集中的方式实施，或者甚至在某些情况下去掉或设为不可操作。
上文已就具体实施方式对益处、其他优点和问题的解决方案进行了描述。然而，不应将可能导致任何益处、优点、或解决方案发生或变得更加显著的益处、优点、问题的解决方案以及任何部件诠释为关键的、所需的或主要特征或部件。