专利名称：磁抽头变换器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及感应控制电压调节器，更具体地说，涉及这样一种在权利要求1的前序中所定义的通过电气变压器或电抗器装置的感应调节。本发明也涉及一种由权利要求10中所定义的这样一种感应控制电压调节器使用的调节器绕组，并且涉及一种在权利要求13中所定义的用于电线中的电压控制和用于电厂设备中的无功功率控制的方法。
用于较低电压范围的常规感应控制电压调节器，通过使用带有彼此相对旋转或移动的线圈的电感器而布置，如例如由I.L.Ia Cour和K.Faye-Hansen在书籍“Drehtransformator undSchubtransformator，Die Wechselstromtechnik Bd.2，DieTransformatoren”，Verlag von Julius Springer，Berlin，Germany，1936，第586-598页，在文献中描述的那样。另外，对于高压以合理的成本不能进行这样一种感应控制。绝缘构造是一种严格的设计限制。
另一种技术从US-A-4 206 434得知，其中在感应控制电压调节器的不同支腿之间的磁通描述成由可变直流磁化重新分配。为此目的，需要一个可变直流源。
因而，电气高压控制大都由电气变压器进行，该变压器包括一个或多个缠绕在变压器铁心的一个或多个支腿上的绕组。绕组包括使从变压器供给不同电压级成为可能的抽头。如在上面描述的和在电压干线中使用的当前电力变压器和配电变压器，包括用于电压调节的抽头变换器。他们由于在触点之间的放电易受机械磨损和电物理腐蚀。调节仅能是分段的。因而，对于与不同抽头的连接需要逐步电压调节和可动触点。
先有技术电压调节的缺点通过根据本发明的感应控制电压调节器避免。要找到的特征特性在于，由高和低压绕组围绕的磁路的磁通路径或支腿的短长度划分成至少两个支路，其中其至少一个包括带有一个可变更导磁率的区的调节装置。
本发明调节器的一个最佳实施例带有缠绕到最远以包含所有铁心磁通的高压绕组。然后把调节器的低压绕组划分成至少两个绕组部分，其中一个绕组部分包括诸匝的主要部分，并且缠绕在高压绕组内。包括诸匝较小部分的其他绕组部分绕至少一个具有可变更导磁率区的支腿支路缠绕。支腿支路的匝数取决于要求的电压调节范围。
在不同支腿支路之间必需的磁通划分的划分通过改变不同支腿支路中的磁阻得到，这种改变由可变更导磁率的区实现。在本发明的领域内不同的实施例是可能的。此刻最佳实施例或者包括一根可移入和移出形成为一个气隙的区的磁性杆，或者包括一个缠绕到分离磁心上的调节器绕组，该磁心形成对于包括该区的支腿支路的一个横向路径。调节器绕组供有影响穿过支腿支路的磁通的控制电压。
在气隙处的较高磁阻能由围绕所述区的面积、且与一个电容器串联电气连接成一个分离封闭电路的补偿器绕组补偿。
装有一个电容器的这样一种补偿器绕组形成一个负磁阻Rc＝-n2ω2C。绕组匝数n和电容器电容C可以以这样一种方法选择，以与正磁阻RL＝l/Aμ0相对应，其中l是气隙的(有效)长度，A是磁心的横截面积，及μ0是空气的导磁率。
电容C的典型值对于1kV的电压在从几微法至几毫法的量级上。
使得到这样一种高压，即36kV高至800kV，的电压调节成为可能的一个重要条件是，上述绕组任何一个的至少一部分由一根高压电缆建造，该电缆包括一个导体、一个内半导体、一个绝缘体、及一个外半导体。因而，变压器/电抗器是所谓的干式的。这样一种设计的高压电缆的使用使得有可能“捕获”电缆绝缘物内的电场。这意味着有可能设计用于高压用途的感应控制电压调节器。
另一个优点在于，即使当弯曲电缆时，所述层也布置成彼此粘结。因此，在电缆的整个寿命期间，在诸层之间实现良好接触。
对于熟悉本技术的专业人员，不同的用途位于该领域内。因而，例如有可能把本发明用于单相感应控制电压调节器。也有可能实现带载抽头变换器装置，即集成在变压器中的单相感应控制电压调节器。而且，借助于各相控制以及借助于公用相控制，能制成多相感应控制电压调节器。
由如在附图中表明的其示范性实施例的如下详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得更加明白，在附图中
图1是根据本发明的变压器铁心的一部分的剖视图，图2是根据本发明一个实施例的、部分以横截面表示的变压器铁心的较短部分的侧视图，图3是类似于图2的侧视图，但表示本发明的另一个实施例，及图4是在根据本发明的调节绕组中使用的高压电缆的剖视图。
现在参照一些最佳实施例将详细描述本发明，其原理表示在包括的附图中。在各图中使用的类似标号是指具有相应功能的类似或其他设备。图1至2表示仅对本发明重要的电压调节器的部分。
图1表示铁心磁通路径或支腿2的变压器铁心1的视图，支腿2的一半分成两个支路2A和2B。一个高压绕组3围绕着在外部位置中的支腿2的未分开的一半，在支腿2内，绕支腿2缠绕一个低压绕组的第一部分15A。诸绕组以剖视图表示。低压绕组的第一部分15A包括绕组匝的主要部分，并且与低压绕组的一个第二部分15B串联电气连接。具有绕组匝较小部分的第二部分15B围绕着支腿支路的一个2B。
变压器的电压调节基于通过控制在不同铁心支腿支路2A、2B中的磁阻来改变变压器中的磁通Φ泄漏的原理。为此目的，铁心支腿支路的一个或两个可以包括区域4，区域4导磁率由一个控制装置减小和/或增大。
图2表示本发明的一个最佳实施例，其中在上面，即其中支腿划分成两个支路2A和2B的点的上游，变压器铁心1的一个支腿2由高压绕组3和低压绕组的(主要)第一部分15A围绕着。正如在图1中所示的实施例中那样，低压绕组的第二部分15B绕支腿支路2B缠绕。该支腿支路2B包括一个其内布置一根磁性杆4的气隙5。杆4可移出和移入由双箭头A指示的气隙5。磁性杆4的运动能由适当的机械装置手动地或由任何电气驱动装置控制。磁性杆4的运动结果是，在低压绕组第二部分15B内的磁通能在零与全铁心支路磁通之间变化。在低压绕组第二部分15B中的绕组匝数将限制调节面积。
如图2中虚线指示的那样，其他支腿支路2A也可以包括一个带有可移动杆4的气隙。在两个支腿支路2A、2B中使用这样一种可移动杆4，可以给出磁心1中磁阻的更精细调节。以彼此组合和相向或背向能进行杆4的运动。在气隙5中杆4的初始位置可以是不同的，例如在支腿支路2B中的杆完全填入气隙(如图2中所示)，而同时在支腿支路2A中的杆或多或少处于相应气隙的外部位置中。
本发明的另一个实施例表示在图3中，其中机械杆或气隙已经由一个外部磁场代替。通过一个分离的磁心9可以得到这样一种外部磁场，磁心9的轴位于对于支腿支路2B轴的横向。铁心9能是一个预磁化段，或者最好是由一个调节器绕组6围绕的铁心。由调节器绕组6和/或分离的磁心9产生外部磁场，或多或少抵消根据施加到调节器绕组6上的控制电压穿过支腿支路的磁通。控制电压可以是与要调节的高压同相的交流电压，或者最好是直流电压。通过该实施例，如通过图1和2中所示的那些，得到变压器或电抗器装置的相同感应控制电压。
如图2中所示，一个补偿器绕组7绕变压器铁心1的磁通路径或支腿2缠绕。补偿器绕组7形成包括一个电容器装置8的闭合电路。
在图3中所示的实施例中，也能实现现在描述的补偿器电路。
为了使得有可能得到高压，即在约36至800kV的场中，的调节，通过使用图4中作为一个例子所示的类型的一种高压电缆61，缠绕绕组3、6、7、15A和15B的至少一个，或其任何一个的一部分。
在本发明中使用的电缆是可弯曲的，并且其种类在WO 97/45919和WO 97/45847中更详细地描述。在WO97/45918、WO97/45930和WO97/45931中能找到有关电缆的另外描述。
因而，在根据本发明的装置中的绕组最好具有与带有固体、挤压绝缘物的电缆相对应的类型，具有现在用于配电的类型，例如XLPE电缆或带有EPR绝缘物的电缆。这样一种电缆包括由一股或多股部分组成的一个内导体、一个围绕着该导体的内半导体层、一个围绕着该层的固体绝缘层、及一个围绕着该绝缘层的外半导体层。这样的电缆是可弯曲的，这在该上下文中是一种重要的性质，因为用于根据本发明的装置的技术，主要基于其中绕组由在装配期间挠曲的电缆形成的绕组系统。XLPE电缆的柔性通常对于直径30毫米的电缆对应于约20厘米的弯曲半径，而对于直径80毫米的电缆，弯曲半径约为65厘米。在本申请中，术语“可弯曲”用来指示对低到四倍电缆直径量级，最好是电缆直径的八至十二倍，的弯曲半径而可弯曲的绕组。
绕组应该建造成能保持其性质，即使当它弯曲时和在工作期间受到热或机械应力时也是如此。在该上下文中重要的是诸层保持其彼此粘结。诸层的材料性质，特别是其弹性和相对热膨胀系数，在这里是决定性的。在XLPE电缆中，例如，绝缘层包括交联、低密度聚乙烯，而诸半导体层由有碳黑和金属颗粒混合在其中的聚乙烯组成。作为温度波动结果的体积变化，作为电缆半径的变化被完全吸收，并且由于在诸层中热膨胀系数相对于这些材料的弹性有比较轻微的差别，所以能发生径向膨胀而不失去诸层之间的粘结。
上述材料组合应该仅作为例子考虑。其他实现规定条件、还有作为半导体的条件，即具有在10-1-106欧姆-厘米，例如1-500欧姆-厘米、或10-200欧姆-厘米范围内的电阻率，的组合自然也落入本发明的范围内。
例如，绝缘层可以由如下材料组成，诸如低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(“TPX”)之类的固体热塑性材料，诸如交联聚乙烯(XLPE)之类的交联材料，或诸如二元乙丙橡胶(EPR)或硅橡胶之类的橡胶。
内和外半导体层可以具有相同的基础材料，但带有诸如混合在其中的碳黑或金属粉末之类的导电材料颗粒。
这些材料的机械性质，特别是其热膨胀系数，受碳黑或金属粉末是否混合在其中的影响较小-至少在要求的比例下是如此，以实现根据本发明必需的导电性。绝缘层和半导体层因而具有基本相同的热膨胀系数。
乙烯乙酸乙烯共聚物/腈橡胶(EVA/NBR)、丁基接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸丁酯共聚物(EBA)及乙烯丙烯酸乙酯共聚物(EEA)也可以构成用于半导体层的适当聚合物。
即使当把不同类型材料用作各层中的基础时，也希望其热膨胀系数基本相同。这是关于以上列出的材料组合的情形。
以上列出的材料具有较好的弹性，具有E＜500MPa的E模量，最好＜200MPa。该弹性对于诸层中材料的热膨胀系数之间的任何较小差值，足以在弹性的径向被吸收，从而不会出现裂纹、或其他损坏，并从而诸层不会彼此分离。诸层中的材料是弹性的，并且诸层之间的粘结力至少与材料最弱中的数值相同。
两个半导体层的导电性足以基本上使电位沿每层相等。外半导体层的导电性大得足以把电场包含在电缆内，而且低得足以不会由于层纵向感应的电流引起显著损耗。
因而，两个半导体层的每一个基本上构成一个等电位表面，并且这些层将基本包围在他们之间的电场。
当然，没有东西能防止一个或多个辅助半导体层布置在绝缘层中。
这样一种高压电缆61可以包括一个或多个导电体631。表示在图4中的电缆实施例包括一种绝缘物，并且导体631直接与具有半导体性能的第一层632相连接。第一层632又由一个固体绝缘层633包围着，绝缘层633然后由一个具有半导体性能的第二层634包围着。
在表示本发明与电缆有关的细节的图4中，三层632、633、634布置成，即使当电缆弯曲时也彼此粘结。所示的电缆是可弯曲的，并且在电缆的整个寿命期间保持这种性能。
层632、633、634最好由相同的塑性材料或具有相同膨胀系数的其他材料制造。由此得到的重要优点在于，在绕组中的热运动处避免了缺陷、裂纹等。第一和第二层632、634的塑性材料带有添加到其上的导电材料。
尽管以上参照图中所示作为单相形式的变压器或电抗器已经描述了本发明，但显然它也也能应用于多相变压器和类似设备，如用在自耦变压器中和在升压变压器中。
权利要求
1.一种感应控制电压调节器，特别是一种变压器或一种电抗器装置，包括一个包含一个铁心(1)的磁路，铁心(1)带有至少一个由高和低压绕组(3、15)围绕着的磁通路径或支腿(2)，所述调节器的特征在于所述至少一个支腿(2)的一个短长度划分成至少两个支路(2A、2B)，其中其至少一个带有包括可变更磁导率的一个区(5)的调节装置(4或6)，并且高压绕组(3)的诸匝的至少一匝由一根高压电缆(61)缠绕，电缆(61)包括一个导体(631)、一个内半导体(632)、一个绝缘体(633)、及一个外半导体(634)。
2.根据权利要求1所述的调节器，并且其特征还在于所述高压绕组(3)缠绕到最远以包含所有铁心磁通，并且把低压绕组(15)划分成至少两个绕组部分(15A、15B)，其中一个绕组部分(15A)包括诸匝的主要部分，并且缠绕在高压绕组(3)内，包括诸匝较小部分的另一个绕组部分(15B)绕具有可变更导磁率的所述区(5)的所述至少一个支腿支路(2B)缠绕。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的调节器，并且其特征还在于可变更导磁率的所述区(5)包括一根磁杆(4)可移进和移出形成为一个气隙的区(5)。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的调节器，并且其特征还在于可变更导磁率的所述区(5)包括一个调节器绕组(6)，调节器绕组(6)缠绕到对于所述至少一个支腿支路(2B)形成一个横向路径的分离磁心(9)上，并且供有用于穿过所述至少一个支腿支路(2B)的磁通的受控变更的控制电压。
5.根据任一项以上权利要求所述的调节器，并且其特征还在于一个补偿器绕组(7)围绕具有可变更导磁率的所述区(5)的面积，且与一个电容器装置(8)串联电气连接。
6.根据任一项以上权利要求所述的调节器，并且其特征还在于另外的绕组(6、7、15A、15B)的至少一个也由一根高压电缆(61)缠绕，电缆(61)包括一个导体(631)、一个内半导体(632)、一个绝缘体(633)、及一个外半导体(634)。
7.根据任一项以上权利要求所述的调节器，并且其特征还在于所述调节器是一个多相变压器，每相的所述至少一个支腿支路(2B)包括一个用于每相的独立调节的调节装置(4或6)。
8.根据权利要求1至6任一项所述的调节器，并且其特征还在于所述调节器是一个多相变压器，每相的所述至少一个支腿支路(2B)包括一个为具有接点调节而连接的调节装置(4或6)。
9.根据权利要求1至6任一项所述的调节器，并且其特征还在于所述调节器是一个自耦变压器或一个升压变压器。
10.根据任一项以上权利要求所述的调节器，并且其特征还在于所述层(632、633、634)布置成即使当电缆弯曲时也彼此粘结。
11.一种用于根据以上权利要求任一项所述的感应控制电压调节器，特别是包括一个高压绕组(3)和低压绕组(15A、15B)的变压器或电抗器装置，的调节器绕组(6)，其特征在于所述绕组(3、6、15A、15B)的至少一个、或其任一个的一部分由一根高压电缆(61)缠绕，电缆(61)包括一个导体(631)、一个内半导体(632)、一个绝缘体(633)、及一个外半导体(634)。
12.根据权利要求11所述的绕组，其特征还在于所述半导体(632、634)和所述绝缘体(633)具有基本上相同的热膨胀系数。
13.根据权利要求11或12所述的绕组，其特征还在于所述半导体(632、634)和所述绝缘体(633)由相同的塑性材料制成，半导体塑性材料带有添加的导电材料。
14.一种用于在电线中的电压控制和/或用于电厂设备中的无功功率控制的方法，该电厂设备包括至少一个变压器或电抗器，该变压器或电抗器使其绕组的至少一个、或其任一个的一部分，是根据以上权利要求任一项所述的高压电缆型的，其中电压控制通过感应调节改变绕组中的磁通泄漏以这样一种方式实现，从而改变所述变压器/电抗器的不同支腿支路的磁阻。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于通过把一根磁杆移出或移入所述不同支腿支路的至少一个内的气隙，得到所述感应调节。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于通过供给到绕所述变压器/电抗器的一个调节支腿缠绕的一个绕组上的调节电压的变化，得到所述感应调节。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于通过控制一个具有可控制电容的电容器，得到所述调节电压的变化。
全文摘要
一种主要用于高压调节的感应控制电压调节器,包括一条基于一个磁心(1)的磁路,磁心(1)带有一个或多个磁通路径或支腿(2),该路径或支腿由高和低压绕组(3、15)围绕着。支腿(2)划分成至少两个支路(2A、2B),其至少一个(2B)带有可变更磁导率的一个区(5)的调节装置。通过把一根可移进和移出形成为一个气隙的区(5)的磁杆(4),可以进行导磁率的变更。用于这样一种变更的另一个实施例包括作用在穿过支腿支路(2B)的磁通上的调节器绕组的使用。一个补偿器绕组能绕包括可变更导磁率的区(5)的支腿支路(2B)布置。补偿器绕组与电容器装置串联电气连接。绕组的至少一个由一根高压电缆缠绕,该电缆包括一个由一个内半导体、一个绝缘体层及一个外半导体围绕的导体。
文档编号H01F27/32GK1272215SQ98809668
公开日2000年11月1日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年9月30日
发明者克里斯蒂·萨瑟, 本格·莱德霍尔姆, 乌德·福尔姆, 马茨·莱昂 申请人:Abb股份公司