用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器的制作方法

1.本发明涉及一种电抗器，尤其涉及一种用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器。


背景技术：

2.目前，几乎全部的电源系统都可能会面临整体或局部发生短路故障的情况，电路在短路时因为极低的电阻抗和极大的冲击电压，会瞬间产生非常大的冲击电流，冲击电流可达到几百千安甚至兆安级别，这种短路电流对系统危害性非常大，可以使整个电源系统中控制器件、开关器件、功率器件在冲击下损坏，甚至导致整个电源系统发生故障而烧毁。
3.为解决上述技术问题，现有技术提供了一种用于短路系统保护的电抗器，对冲击时产生的巨大能量进行释放或抑制，从而对主体电路进行有效保护；所述用于短路系统保护的电抗器，正常的额定工作电流并不大，一般为了满足寿命长和体积小的设计要求，均采用水冷方式来保护电抗器。所述用于短路系统保护的电抗器目前采用的水冷方式有两种：一种是水电一体式，亦既，绕组和水冷管一体化，采用铜管制造绕组，电路和水路为同一载体，这种冷却效率非常高，应用也最为广泛；一种是水电分离式，亦既，一般采用在绕组层间加入水冷板或水冷管进行间接式冷却散热。
4.上述两种冷却方式应用在电路短路保护系统中的电抗器上，都有非常大的局限性。由于此类电抗器在电路发生短路故障时，在短路电流达到几百千安的级别时，产生的电磁应力可达到千兆帕级别，应力集中的地方甚至可达到万兆帕级别，请参看图7，所述金属绕组受到径向电磁力及轴向电磁力的作用，亦既使得所述金属绕组的相邻线匝在轴向方向上压紧及每个线匝在径向方向向外扩大，这种巨大的电磁力会使整个电抗器绕组、结构件发生、浇注胶等发生巨大的变形和开裂，所述电抗器在容量和体积限制下，注定无法通过现有的材料强度强行抵抗短路电流冲击下的变形和开裂：例如水冷一体铜管式电抗器，由于水流和电流都在铜管中流通，所以绕组发生变形、开裂，在铜管内部的水路通道会发生泄露，使得整个水路系统发生故障失效，同时泄露水会对其他带电器件严重破坏；而水电分离的间接冷却方式也会面对同样情况，由于水冷板或管是夹在绕组层内，所以在绕组发生变形时，水冷板/管同样会受到巨大作用力同时发生变形，使的水路泄露或变形堵塞，同样造成水路失效，由于电抗器的水路本身是串/并联在整个电源系统中，电抗器一旦发生损坏，就会造成水泄露，泄露的水会损坏周围带电器件，进一步的水路泄露后，整个水路会断开，导致电源系统的水冷系统瘫痪，最终致使整个电源系统发生高温故障或停机。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明公开一种避免因绕组发生变形而导致冷却水泄露的用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器。
6.一种用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器，包括由金属导体绕制形成的电抗器绕组、水冷管、正引出排、负引出排、集水器，水冷管与集水器连接，电抗器绕组的两端
对应的与正引出排、负引出排电性连接，其特征在于：所述水冷管为不具有导电性和导磁性的材料制成，所述水冷管的长度与金属导体相匹配，所述金属导体上设置有卡槽，卡槽的延伸方向与金属导体的延伸方向相同，所述电抗器绕组为螺旋式结构且卡槽的开口方向朝向所述电抗器绕组的中心线，所述水冷管卡入所述卡槽后与所述电抗器绕组保持相对固定，并在所述电抗器绕组发生形变时，所述水冷管与所述电抗器绕组能够发生相对运动。
7.上述用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器中，所述水冷管为不具有导电性和导磁性的材料制成，所述金属导体上设置有卡槽，卡槽的延伸方向与金属导体的延伸方向相同，所述电抗器绕组为螺旋式结构且卡槽的开口方向朝向所述电抗器绕组的中心线，所述水冷管卡入所述卡槽后与所述电抗器绕组保持相对固定，并在所述电抗器绕组发生形变时，所述水冷管与所述电抗器绕组能够发生相对运动，如此短路电流产生的电磁应力使整个电抗器绕组发生变形时，由于所述水冷管采用不具有导电性和导磁性的材料制成，不会受到电磁力的影响，在所述电抗器绕组受到电磁应力发生形变时，在轴向方向，所述水冷管随着所述电抗器绕组轴向运动，在径向方向，所述电抗器绕组的每个线匝在径向方向向外扩大时，所述水冷管在径向方向不发生运动而实现所述水冷管与所述电抗器绕组之间的径向相对运动，进而避免所述水冷管随所述电抗器绕组变形而发生破裂漏水的情况发生。
附图说明
8.图1为本技术的用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器的结构示意图。
9.图2为图1中去掉密封壳体的用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器的结构示意图。
10.图3为图2中去掉正引出排的用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器的结构示意图。
11.图4为本技术的电抗器绕组的结构示意图。
12.图5为本技术的水冷管的结构示意图。
13.图6为本技术中安装了水冷管后的电抗器绕组横截面的结构示意图。
14.图7为现有电抗器绕组承受的电磁力示意图。
15.图中：用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器10、中心线100、电抗器绕组20、卡槽21、端部22、环形部23、水冷管30、正引出排40、负引出排50、集水器60、进水集水器61、出水集水器62、加强骨架70、密封壳体80、固定部81、固定孔82。
具体实施方式
16.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1至6所示，本技术提供的一种用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器10，包括由金属导体绕制形成的电抗器绕组20、水冷管30、正引出排40、负引出排50、集水器60，水冷管30与集水器60连接，电抗器绕组20的两端对应的与正引出排40、负引出排50电性连接，所述水冷管30为不具有导电性和导磁性的材料制成，所述水冷管30的长度与金属导
体相匹配，所述金属导体上设置有卡槽21，卡槽21的延伸方向与金属导体的延伸方向相同，所述电抗器绕组20为螺旋式结构且卡槽21的开口方向朝向所述电抗器绕组20的中心线100，例如螺旋结构的所述电抗器绕组20可以为圆柱状、长方体状、正方体状中的任意一种；所述水冷管30卡入所述卡槽21后与所述电抗器绕组20保持相对固定，并在所述电抗器绕组20发生形变时，所述水冷管30与所述电抗器绕组20能够发生相对运动。其中，所述卡槽21的截面与所述水冷管30的最外截面相匹配，所述卡槽的截面可以是半圆形、矩形、半椭圆形中的任意一种，所述卡槽21的截面形状的选取要易于水冷管30成型及水冷管30容易从所述卡槽21脱开。在本实施方式中，所述金属导体上开设所述卡槽21，且所述卡槽21长度与所述金属导体长度相适配，所述金属导体为铜排或者铝排，其中，所述金属导体的端部22与环形部23宽度相同，环形部23的靠近所述电抗器绕组20的中心线100的面高于端部22的靠近所述电抗器绕组20的中心线100的面，如此在环形部23的靠近所述电抗器绕组20的中心线100的面上开设所述卡槽21且将水冷管30设置在所述卡槽21后，保证所述金属导体的端部22与水冷管30的端部不发生干涉。在其他实施方式中，可以在所述金属导体上固定具有卡槽的固定件，只要保证所述水冷管30与所述金属导体接触，以将所述金属导体产生的热量带走即可。
18.进一步的，用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器10还包括加强骨架70，加强骨架70位于安装了所述水冷管30的所述电抗器绕组20围成的区域内，以使所述水冷管30稳定的位于所述电抗器绕组20的所述卡槽21中。所述加强骨架70还用于供设置了所述水冷管30的金属导体绕制形成所述电抗器绕组20。例如，水冷管30选为四氟管，四氟管表面光滑，摩擦系数低，容易脱离，绕制时对水冷管30进行适当烘热，使其具有一定的热塑性，然后将水冷管30卡入卡槽21后，在所述加强骨架70上进行绕制，由于水冷管30具有一定的热塑性和所述加强骨架70与金属导体上槽之间的挤压约束力作用，这样不仅方便了所述电抗器绕组20的成型，同时可以避免在绕制过程中所述水冷管30从所述卡槽21中脱离。其中，加强骨架70采用绝缘材料制成，在本实施方式中，加强骨架70为圆筒状。
19.进一步的，用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器10还包括与所述电抗器绕组20形状相适配的且具有开口的密封壳体80，集水器60包括进水集水器61、出水集水器62，所述电抗器绕组20的上、下两个自由端延伸的方向与所述电抗器绕组20的中心线100垂直；设置了所述水冷管30的所述电抗器绕组20设置在密封壳体80内，且所述电抗器绕组20的上、下两个自由端及所述水冷管30的进水端及出水端从所述密封壳体80伸出后，所述电抗器绕组20的上、下两个自由端对应的与正引出排40、负引出排50电性连接，所述水冷管30的进水端及出水端对应的与进水集水器61、出水集水器62连接；且密封壳体80内填充有绝缘材料以将设置了所述水冷管30的所述电抗器绕组20密封在密封壳体80内。例如，可使用固化后坚实的绝缘材质（例如环氧树脂）进行浇注而实现密封。在本实施方式中，密封壳体80上设置有凸出的固定部81，固定部81上开设有固定孔82，以利用固定部81、固定孔82将密封壳体80固定在外界的电源系统的其他支撑架上；其中，进水集水器61、出水集水器62对应的装配在正引出排40、负引出排50上，对正引出排40、负引出排50同时进行冷却，同时根据正引出排40、负引出排50的长度对水冷管30进行折弯，预留足够的变形长度，避免正引出排40、负引出排50在电流冲击力下发生变形时，由于水冷管30的两个自由端太短的原因，而造成水冷管30的两个自由端受正引出排40、负引出排50的变形而被扯断。在其他实施方式中，
可以将集水器60与正引出排40、负引出排50分开设置。
20.上述用于短路电流冲击保护系统的水冷式电抗器10中，所述水冷管30为不具有导电性和导磁性的材料制成，所述金属导体上设置有卡槽21，卡槽21的延伸方向与金属导体的延伸方向相同，所述电抗器绕组20为螺旋式结构且卡槽21的开口方向朝向所述电抗器绕组20的中心线100，所述水冷管30卡入所述卡槽21后与所述电抗器绕组20保持相对固定，并在所述电抗器绕组20发生形变时，所述水冷管30与所述电抗器绕组20能够发生相对运动，如此短路电流产生的电磁应力使整个电抗器绕组20发生变形时，由于所述水冷管30采用不具有导电性和导磁性的材料制成，不会受到电磁力的影响，在所述电抗器绕组20受到电磁应力发生形变时，在轴向方向，所述水冷管30随着所述电抗器绕组20轴向运动，在径向方向，所述电抗器绕组20的每个线匝在径向方向向外扩大时，所述水冷管30在径向方向不发生运动而实现所述水冷管30与所述电抗器绕组20之间的径向相对运动，进而避免所述水冷管30随所述电抗器绕组20变形而发生破裂漏水的情况发生。