[發明專利]高壓繞組的導體以及制造這種導體的方法

無效

• 申請號: 97196685.0
• 申請日: 1997-05-28
• 公開（公告）號: CN1226348A
• 公開（公告）日: 1999-08-18
• 發明（設計）人: T·伊姆雷爾;M·萊永;K·約翰內松;S·米爾頓;P·卡斯藤森;B·賴德霍姆;B·赫恩內斯;V·錢德拉毛里
• 申請（專利權）人: 瑞典通用電器勃朗勃威力公司
• 主分類號: H02K3/40
• 分類號: H02K3/40;H02K15/08;H01B7/30;H01B13/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳增勇,傅康

本發明涉及電力用途的電氣或電磁設備中的準備用于任何電工連接的高壓繞組的導體。具體地說，本發明涉及包括多根多芯絞線的高壓繞組用的導體。首先準備用的高壓高達所用的最高輸電電壓。

本發明具體地涉及準備用于旋轉電機、例如同步電機的導體，但是也涉及雙端饋電的電機、靜態換流器串級異步電機、外電極電機和同步流電機以及主要用作發電站發電用的發電機的交流電機等方面的應用。

但是，本發明也可以應用于準備用在電力變壓器或電抗器的高壓繞組中的導體。

本發明還涉及具有包括按照本發明的導體的高壓繞組的電機。

本發明還涉及按照本發明的適用于電氣設備的高壓繞組的導體的制造方法。

盡管以下對先有技術的描述主要涉及旋轉電機的高壓繞組，具體地說涉及發電機的定子繞組，但是本發明也適用于其他高壓繞組，諸如變壓器和電抗器的高壓繞組。變壓器和電抗器用來允許在兩個或多個輸電和配電的電氣系統之間進行電能交換，并且所述電繞組以眾所周知的方式用于電磁感應。首先準備應用本發明的變壓器和電抗器具有幾百kVA(千伏安)到1000MVA(兆伏安)以上的額定功率和從幾kV(千伏)到最高輸電電壓400至800kV或更高的額定電壓。

已知的發電機的繞組包括若干絕緣的矩形銅線。在定子繞組的情況下，這些多芯絞線要交叉(亦即，彼此換位)，而且以這樣的方式被共同的絕緣層包圍，使得所述導體束獲得矩形的截面。銅導體之所以呈矩形是為了減少渦流損耗，磁場方向的線性尺寸要小。

按照本發明的用于高壓繞組的導體包括多根諸如銅、鋁或其他合適的金屬或合金的導電的金屬的多芯絞線，后者通常具有圓形截面，而且具有細的尺度，亦即直徑在4mm(毫米)以下。這些多芯絞線排列成由高壓絕緣層包圍的導體芯，所述高壓絕緣材料包括第一半導電防暈層、絕緣層和第二半導電防暈層。這樣，按照本發明所用的絕緣導體的概念不包括保護套，在高壓電纜用于傳輸和分配電力時所述保護套包圍絕緣高壓電纜。另外，在配電用的高壓電纜中，在第二半導電防暈層頂上還有外絕緣層。包括具有這樣絕緣的導體的繞組的旋轉電機在共同未決的瑞典專利申請No.SE-9602079-7中作了較詳細的描述。

但是，具有矩形的高壓絕緣層截面、即、具有矩形的導體截面的導體，在導體的角上形成強得多的電場，因此要考慮到絕緣層的厚度來確定所述導體角的尺寸。最佳的絕緣層厚度是用圓形導體實現的。

可以用許許多多不同的方法來構造圓形導體。所述導體可以，例如，包括：

1)銅的或其他金屬的圓形截面實心棒，

2)由直徑相同或不同的圓形線絞合而成的導體，

3)由分段的導線絞合而成的導體，

4)由若干段壓制而成的導體，而其中每一個段本身又由圓形導線絞合而成，然后成形為段。

要用給定電壓的導體在電壓輸電線中保證高功率傳輸就必須增大電流的強度，而這只有增大導體的面積才能做到。隨著電流增大，導體中電流的分布受到影響，而變得不均勻，電流力求達到導體的外表面，而產生所謂“趨膚效應”的電流收縮效應。為了抵消這一點，生產了橫截面積大于1200mm²的大橫截面Cu導體，通常稱為密里根(Millikan)分割導體，亦即由若干同心排列的導線組成而隨后壓制成形的導體。這樣的導體通常由5或7段組成，而每一段本身又彼此絕緣。這樣的結構在高壓輸電和配電電纜中減少電流趨膚效應上是有效的。

在用于高壓電力傳輸的配電系統中，例如，電纜中所有多芯絞線都用漆絕緣，以減少電流收縮效應，見Publication?Hitachi?Cable?Review,1992,No.11,3-6頁：”一種由低損耗交聯聚乙烯電纜制成的超高壓(EHV)大容量輸電線”。其中沒有描述這種技術在發電機繞組上的應用。

如上所述，對于具有傳統設計的繞組的發電機，所產生的電壓的上限看來只有30kV。這通常意味著，發電機必須通過把電壓升至130-400kV或更高范圍的供電系統電平的變壓器才能連接到供電系統。

按照本發明通過把與輸電配電用高壓電纜基本上相同類型的導體用于發電機繞組中，發電機的電壓就可以增大到這樣的電平，以致不必使用中間變壓器，即能直接連接到供電系統。

這一概念應用在發電機定子繞組時一般要求：定子中安放絕緣導體的槽比傳統工藝的深；由于電壓較高，要求較厚的絕緣層；以及繞組中圈數較多。這帶來了新的問題，就是定子齒(定子槽之間的間隔)的自然機械振動以及其冷卻問題。