在绕组中具有屏蔽环的变压器

摘要

本发明涉及变压器的绕组的屏蔽，特别地涉及变压器的线圈和电屏蔽设备、具有该设备的变压器和制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法。提供干式变压器的线圈和电屏蔽设备（200），其中电屏蔽装置（120、204）布置在垂直于变压器的纵轴（A）并且平行于圆柱形线圈（其通过绕组（103、202）环绕轴（A）来缠绕）的顶部表面的绕组（103、202）的轴向末端（116、118）处距绕组（103、202）的距离（D1、D2）处使得电屏蔽装置（120、204）覆盖垂直于纵轴（A）的绕组（103、202）的横截面区域。另一个这样的电屏蔽装置（120、204）可布置在绕组（103、202）的其他轴向末端处。绝缘材料（201）附连到绕组（103、202）和电屏蔽装置（120、204），从而沿纵轴（A）在绕组（103、202）与电屏蔽装置（120、204）之间提供距离（D1、D2）使得绕组（103、202）的环境屏蔽掉绕组（103、202）的电场。绕组（103、202）和电屏蔽装置（120、204）被铸成块，其通过在绕组（103、202）与电屏蔽装置（120、204）之间提供一定距离而使电屏蔽装置（120、204）与绕组（103、202）的电场隔离。

权利要求

1.一种干式变压器（101）的具有电屏蔽的线圈设备（200），所述线圈设备（200）包括：绕组（103、202），所述绕组（103、202）环绕所述变压器（101）的纵轴（A）缠绕，其形成线圈；

电屏蔽装置（120、204），所述电屏蔽装置（120、204）布置在垂直于所述纵轴（A）并且平行于所述线圈的顶部表面的离所述绕组（103、202）的轴向末端（116、118）一定距离（D1、D2）处，使得所述电屏蔽装置（120、204）覆盖垂直于所述纵轴（A）的所述绕组（103、202）的横截面区域，绝缘材料（201），所述绝缘材料（201）附连到所述绕组（103、202）和所述电屏蔽装置（120、204），其沿所述纵轴（A）在所述绕组（103、202）与所述电屏蔽装置（120、204）之间提供所述距离（D1、D2）使得所述绕组（103、202）的环境被屏蔽掉所述绕组（103、202）的电场，其中所述绕组（103、202）和所述电屏蔽装置（120、204）被铸成块，其通过在所述绕组（103、

202）和所述电屏蔽装置（120、204）之间提供一定距离而使所述电屏蔽装置（120、204）与所述绕组（103、202）的电场隔离，其中所铸成的块包括接近所述电屏蔽装置（120、204）的圆形边缘（401），其具有对应于所述电屏蔽装置（120、204）的第一圆形边缘（206）的半径的半径。

2.如权利要求1所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述电屏蔽装置（120、204）包括：

不面向所述绕组（103、202）的所述第一圆形边缘（206）；和面向所述绕组（103、202）的第二圆形边缘（208）；

其中使所述第一圆形边缘（206）的半径和所述第二圆形边缘（208）的半径适于使得所述绕组（103、202）的环境的电屏蔽由所述电屏蔽装置（120、204）提供。

3.如权利要求2所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述第一圆形边缘（206）具有5至20mm的半径；并且其中所述第二圆形边缘（208）具有2至5mm的半径。

4.如权利要求3所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述第一圆形边缘（206）具有10mm的半径。

5.如权利要求3所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述第二圆形边缘（208）具有3mm的半径。

6.如前述权利要求中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述电屏蔽装置（120、204）电连接到所述绕组（103、202）。

7.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述绕组（103、202）与所述电屏蔽装置（120、204）之间的距离（D1、D2）在5至40mm之间。

8.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述电屏蔽装置（120、204）具有开环形状或环形形状。

9.如权利要求1所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所铸成的块的圆形边缘（401）具有5至15mm的半径。

10.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述电屏蔽装置（102、204）的横截面从具有圆形边缘（206、208）的多边形横截面的、像半椭圆形的横截面的或圆形横截面的组选择。

11.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述电屏蔽装置（102、204）包括由导电材料层覆盖的非导电材料框架。

12.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），其中所述绕组（103、202）是高压绕组（103）和/或低压绕组（202）；

其中所述电屏蔽装置（120、204）覆盖垂直于所述纵轴（A）的所述高压绕组（103）和/或低压绕组（202）的横截面区域。

13.如权利要求1－5中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（100），其中附连的绝缘材料（201）的横截面包括圆形边缘（401）。

14.如权利要求11所述的具有电屏蔽的线圈设备（200），还包括：具有第二电屏蔽装置（204）的低压绕组（202）；和绝缘屏障（301）；

其中所述绝缘屏障（301）在高压绕组（103）与所述低压绕组（202）之间提供并且适于阻止所述高压绕组（103）与所述低压绕组（202）之间的电荷雪崩。

15.一种变压器（101），包括：

如权利要求1到14中任一项所述的具有电屏蔽的线圈设备（200）；

至少两个柱（113）；

轭（109），其连接所述至少两个柱（113）；以及

钳（102），其在所述轭（109）处附连并且使所述轭（109）稳定；

其中所述绕组（103、202）布置在所述至少两个柱（113）中的至少一个的周围。

16.如权利要求15所述的变压器（101），还包括：第二电屏蔽装置（112），其在所述变压器（101）的轭（109）与绕组（103）之间布置在所述轭（109）处并且适于将所述轭（109）与所述绕组（103）的电场屏蔽；以及电屏蔽元件（100），其在所述变压器（101）的钳（102）与绕组（103）之间布置在所述钳（102）处并且其适于将所述钳（102）与所述绕组（103）的电场屏蔽。

17.如权利要求16所述的变压器（101），其中

所述轭（109）是分裂的轭，其包括第一轭部分和第二轭部分，其中所述第二电屏蔽装置（112）包括第一电屏蔽元件（140）和第二电屏蔽元件（142），所述第一电屏蔽元件（140）在所述第一轭部分与所述变压器的绕组之间布置在所述第一轭部分处，所述第二电屏蔽元件（142）在所述第二轭部分与所述变压器的绕组之间布置在所述第二轭部分处。

18.一种制造干式变压器（101）的线圈设备（200）的方法（700），所述方法（700）包括以下步骤：使所述变压器（101）的绕组（103、202）环绕所述变压器（101）的纵轴（A）缠绕，其形成所述线圈（701）；

将电屏蔽装置（120、204）布置在垂直于所述纵轴（A）并且平行于所述线圈的顶部表面的离所述绕组（103、202）的轴向末端（116、118）一定距离（D1、D2）处，使得所述电屏蔽装置（120、204）覆盖垂直于所述纵轴（A）的所述绕组（103、202）的横截面区域；

使绝缘材料（201）附连到所述绕组（103、202）和所述电屏蔽装置（120、204），从而沿所述纵轴（A）在所述绕组（103、202）与所述电屏蔽装置（120、204）之间提供所述距离（D1、D2）；

将所述绕组（103、202）和所述电屏蔽装置（120、204）铸成块，其在通过在所述绕组（103、202）和所述电屏蔽装置（120、204）之间提供一定距离而使所述电屏蔽装置（120、204）与所述绕组（103、202）的电场隔离，其中所铸成的块包括接近所述电屏蔽装置（120、204）的圆形边缘（401），其具有对应于所述电屏蔽装置（120、204）的第一圆形边缘（206）的半径的半径。

说明书

在绕组中具有屏蔽环的变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及变压器的电屏蔽。特别地，本发明涉及变压器的线圈和电屏蔽设备、具有该设备的变压器和制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法。

背景技术

[0002] 变压器可广泛地用于低、中和高压应用。

[0003] 典型地，在干式变压器中，在具有或不具有是高压和低压线圈（其由固体绝缘包围）的固体屏障的情况下，高压到低压绝缘由气隙作出。空气中的临界电场在绕组的顶部和底部边缘处发现。

发明内容

[0004] 增加变压器的介电强度可视为本发明的目的。

[0005] 该目的由根据独立权利要求的变压器的线圈和电屏蔽设备、具有该设备的变压器和制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法来实现。另外的实施例从从属权利要求来显而易见。

[0006] 根据本发明的一个实施例，变压器的线圈和电屏蔽设备被提供有：绕组，所述绕组环绕纵轴缠绕，其形成线圈或圆柱形线圈；电屏蔽装置，所述电屏蔽装置布置在垂直于该纵轴并且平行于线圈（其可以是圆柱形线圈）的顶部表面的绕组的轴向末端处距绕组一定距离处使得电屏蔽装置覆盖垂直于纵轴的绕组的横截面区域；和绝缘材料，所述绝缘材料附连到绕组和电屏蔽装置，从而沿纵轴在绕组与电屏蔽装置之间提供所述距离使得绕组的环境屏蔽掉绕组的电场，其中绕组和电屏蔽装置被铸成块，其通过在绕组和电屏蔽装置之间提供一定距离而使电屏蔽装置与绕组的电场隔离。

[0007] 换句话说，例如采用开环形式的电屏蔽装置可布置在绕组的一个轴向末端处。这样的电屏蔽装置还可布置在绕组的另一个轴向末端处。一个或多个电屏蔽装置可特别地布置在绕组与绕组的轭之间，并且可平滑由绕组产生的到绕组外部的电场。绕组可以是绕组设备或可由多于一个线圈（例如高压线圈和低压线圈）组成。电屏蔽装置从而可将高压绕组的或由高压绕组产生的以及低压绕组的或由低压绕组产生的电场彼此屏蔽，使得绕组内部的电场以及由高压和低压绕组产生的到高压和低压绕组的环境的电场被屏蔽。绝缘材料可环绕或可模制到绕组和一个或多个电屏蔽装置。绕组和一个或多个电屏蔽装置可铸成块或封装在块中。

[0008] 电屏蔽装置可仅在高压绕组中或在高压绕组和低压绕组两者中位于绕组的第一末端处和第二末端处使得绕组的或由绕组产生的电场被平滑。靠近电屏蔽装置（例如屏蔽环）的固体绝缘内的电场可被平滑。从绝缘材料（其可以是树脂）到空气的介电常数的突然变化（其可在空气中导致电场畸变）可通过使绝缘材料（例如树脂）的边缘变圆而在靠近绕组边缘（靠近屏蔽环）的区域中避免尖锐边缘来平滑。从而，绕组的或由绕组产生的电场通过电屏蔽环加上近区域中的圆形边缘的组合来平滑。

[0009] 这样的具有一个或多个电屏蔽装置的设备可在变压器经受例如雷电冲击的任何高压浪涌时改进初始电压分布。利用上文描述的设备，与没有该设备的变压器相比可实现25-30%之间的击穿电压的改进。变压器可在72.5kV水平或在72.5kV以下的水平或在72.5kV以上的水平处可应用。变压器可以是干式变压器。

[0010] 根据本发明的另一个实施例，一个或多个电屏蔽装置包括不面向绕组的第一圆形边缘和面向绕组的第二圆形边缘，其中使第一圆形边缘的半径和第二圆形边缘的半径适于使得绕组的环境的电屏蔽由电屏蔽装置提供。

[0011] 具有第一和/或第二圆形边缘的一个或多个电屏蔽装置可改进一个或多个电屏蔽装置的屏蔽能力使得绕组的或由绕组产生的到绕组外部的电场可甚至比没有圆形边缘的一个或多个电屏蔽装置更好地被平滑。

[0012] 根据本发明的另一个实施例，第一圆形边缘具有5至20mm的半径，特别地10mm，并且第二圆形边缘具有2至5mm的半径，特别地3mm。

[0013] 靠近导体或绕组的第二圆形边缘的内半径可小于第一圆形边缘的外半径，例如对于内半径是2或3mm并且对于外半径在5-20mm之间。可制造例如具有矩形条（其具有圆形边缘（半径3-5mm））或具有圆形线（半径3-5mm）的电屏蔽装置。从而，高压变压器可有效地被屏蔽。电屏蔽装置可在一些点中打开以便避免可能引起短路的闭环。具有圆形边缘（其具有上文提到的半径）的一个或多个电屏蔽装置与其他上文提到的半径相比或与具有非圆形边缘的一个或多个电屏蔽装置相比可更有效地屏蔽到绕组环境的绕组的电场。

[0014] 根据本发明的另一个实施例，电屏蔽装置电连接到绕组。

[0015] 电屏蔽装置可在开始处并且在绕组的任何中间位置处电连接到绕组，或电屏蔽装置可电浮动。

[0016] 根据本发明的另一个实施例，绕组与电屏蔽装置之间的距离在5和40mm之间。

[0017] 与其他距离相比，具有这样的5和40mm之间的距离，由一个或多个电屏蔽装置进行的到绕组环境的绕组电场的屏蔽可被最优化。

[0018] 根据本发明的另一个实施例，电屏蔽装置具有开环形状或环形形状。

[0019] 具有开环形状的电屏蔽装置避免可能引起短路的闭环，并且从而可提供到绕组环境的绕组电场的有效和最优化的屏蔽。

[0020] 根据本发明的另一个实施例，绕组和电屏蔽装置被铸成块，其通过在绕组与电屏蔽装置之间提供5至40mm的距离而使电屏蔽装置与绕组的电场隔离。所铸成的块包括接近电屏蔽装置的圆形边缘，其具有对应于电屏蔽装置的第一圆形边缘的半径的半径，特别地5至15mm的半径。由绕组产生的电场通过电屏蔽装置与第一圆形边缘和接近第一圆形边缘的铸成的块的圆形边缘的组合来平滑。

[0021] 根据本发明的另一个实施例，电屏蔽装置的横截面从具有圆形边缘的多边形横截面的、像半椭圆形的横截面的或圆形横截面的组来选择。

[0022] 电屏蔽装置可具有带有3-5mm的横截面半径的圆形线的形式。

[0023] 与电屏蔽装置的其他横截面相比，上文提到的电屏蔽装置的横截面（特别地像半椭圆形的横截面）可提供到绕组环境的绕组电场的更好和更有效的屏蔽。

[0024] 根据本发明的另一个实施例，电屏蔽装置包括由导电材料层覆盖的非导电材料框架。

[0025] 导电材料层可比材料框架薄得多。

[0026] 通过提供具有由导电材料层覆盖的非导电材料框架的电屏蔽装置，关于到绕组环境的绕组电场的屏蔽的电屏蔽装置的屏蔽能力和/或屏蔽特性与没有这样的由导电材料层覆盖的非导电材料框架的电屏蔽装置相比可被改进或最优化。与材料框架厚度相比薄得多的导电材料可进一步改进电屏蔽装置的屏蔽特性。

[0027] 根据本发明的另一个实施例，绕组是高压绕组和/或低压绕组，其中电屏蔽装置覆盖垂直于纵轴的低压绕组和/或高压绕组的横截面区域。

[0028] 电屏蔽装置从而可将高压绕组的或由高压绕组产生的以及低压绕组的或由低压绕组产生的电场彼此屏蔽，使得绕组内部的电场以及由高压和低压绕组产生的到高压和低压绕组的环境的电场被屏蔽。

[0029] 根据本发明的另一个实施例，附连的绝缘材料的横截面包括圆形边缘。

[0030] 圆形边缘的半径可具有与第一圆形和/或第二圆形边缘的半径相同的尺寸。从而，靠近电屏蔽装置的固体绝缘内的电场可被平滑。从绝缘材料（其可以是树脂）到空气的介电常数的突然变化（其可在空气中导致电场畸变）可通过使绝缘材料（例如树脂）的边缘变圆而在靠近绕组边缘（靠近屏蔽环）的区域中避免尖锐边缘而平滑。从而，绕组的或由绕组产生的电场通过电屏蔽环加上近区域中的圆形边缘的组合而平滑。

[0031] 根据本发明的另一个实施例，该设备还包括具有第二屏蔽装置的低压绕组和绝缘屏障。该绝缘屏障在高压绕组与低压绕组之间提供并且适于阻止高压绕组与低压绕组之间的电荷雪崩。

[0032] 欠电压的两个部件之间绝缘屏障的包含可使电场增加并且从而使它们可以支撑的电压增加而没有任何放电。屏障的效应可用它们的阻止自由电荷（其可以促使放电）、限制电荷的路径、速度和能量的性质来解释。如果空气的总空间被分成更小的段，给定距离的空气可承受更多的电压。屏障可具有圆柱形的形式并且可由玻璃纤维复合膜（其可具有3mm的厚度）制成并且可适于充当电屏障和机械支撑。可利用可具有1mm厚度的相同匝数（turns）的绝缘膜获得另外的绝缘。屏障的数量可取决于高压和低压绕组之间的总空气距离，在从3-6的范围，或对于高空气距离甚至更多。气隙可在20-50mm之间并且屏障可在高压和低压绕组之间不均匀地分布使得气隙是相似的。

[0033] 为了最小化电场，典型地对于高压绕组，电屏蔽环可具有比内部高压绕组直径（例如，4mm）更多或更少的几个毫米。为了最小化电场，典型的低压绕组（屏蔽环）将具有比外部低压绕组直径（例如，4mm）更多或更少的几个毫米。

[0034] 如果绕组是圆形的（具有在5和20mm之间的直径），电场被平滑并且两个绕组之间的距离可以减小。可在完成缠绕后在制造或机械化期间获得形状。关于绕组周围的固体绝缘的厚度，除在高压和低压绕组的末端上（在那里它可以是大约20mm）外，在高压和低压绕组两者中它可以是大约10mm。

[0035] 在给定配置中，任何尖锐边缘（即使它是绝缘材料）可使电场增加。该效应可在变压器中绕组的末端处的边缘中出现，并且它可由于该区域中电场的均匀性而甚至更糟。具有圆形边缘的电屏蔽装置可平滑绕组内部（意指高压和低压绕组之间）的电场，并且为了在靠近绕组末端的空气中具有相同的效应，环氧树脂可具有圆形边缘，其具有大约相同的第一圆形边缘的半径，例如10mm。

[0036] 根据本发明的另一个实施例，变压器被提供有上文提到的实施例中的任何一个的设备，至少两个柱、连接该至少两个柱的轭和在轭处附连并且使轭稳定的钳。绕组布置在该至少两个柱中的至少一个周围。

[0037] 上文和下文提到的电屏蔽设备可应用于具有70kV以上电压水平的干式变压器，其有效地将干式变压器与由干式变压器的绕组产生的电场屏蔽。从而，具有设计为具有70kV及以上电压水平的HV盘形绕组的HV绕组的干式变压器可与具有较低电压水平的干式变压器一样紧凑地建造。与具有70kV以下电压水平的干式变压器相比，在HV绕组与LV绕组和/或轭之间的临界区中可存在更高的场强度并且在HV盘形绕组和轭和/或LV绕组的边缘处可特别地存在更高的场峰值，这需要更高的介电强度。此需要的更高的介电强度可由所述电屏蔽装置或多个电屏蔽装置（其可通过高压和/或低压绕组的多部分屏蔽而使到地的电场均匀）提供。从而通过电屏蔽装置来防止变压器的部件（例如轭）由于到轭边缘的电场放电而引起的过热或失去需要的机械强度。与具有HV和/或LV绕组的变压器（其没有电屏蔽装置）相比，电屏蔽装置可使击穿电压增加并且可导致轭与变压器线圈的HV和LV绕组之间的屏蔽改进。

[0038] 根据本发明的另一个实施例，变压器还包括第二电屏蔽装置，其在变压器的轭与绕组之间布置在轭处并且适合于将轭与绕组的电场屏蔽。变压器还包括电屏蔽元件，其在变压器的钳与绕组之间布置在钳处并且其适合于将钳与绕组的电场屏蔽。

[0039] 换句话说，盖可布置在轭处，其面向变压器的绕组并且由此将轭与绕组的电场屏蔽。第二电屏蔽装置可充当静电屏蔽或保护屏蔽以便屏蔽轭自身的尖锐边缘和与轭有关的所有其他边缘（例如轭叠片的边缘），因此关于轭使变压器的电场平滑。该屏蔽盖保持为裸露的，未被任何绝缘膜所覆盖。根据本发明的另一个实施例，该屏蔽盖可被绝缘。轭适合于连接至少两个柱。可提供多于一个轭。绕组可布置在该至少两个柱中的至少一个周围。上文和下文提到的电屏蔽设备可应用于具有70kV以上的电压水平的干式变压器，其有效地将干式变压器的轭与由干式变压器的绕组产生的电场屏蔽。从而，具有设计为具有70kV及以上电压水平的HV盘形绕组的HV绕组的干式变压器可与具有较低电压水平的干式变压器一样紧凑地建造。与具有70kV以下电压水平的干式变压器相比，在HV绕组与轭之间的临界区中可存在更高的场强度并且在HV盘形绕组和轭的边缘处可特别地存在更高的场峰值，这需要更高的介电强度。此需要的更高的介电强度可由所述第二电屏蔽装置或多个第二电屏蔽装置（其可通过轭的多部分屏蔽而使到地的电场均匀）提供。从而通过第二电屏蔽装置防止轭由于到轭边缘的电场放电而引起的过热或失去需要的机械强度。

[0040] 与没有第二电屏蔽装置的轭相比，第二电屏蔽装置可使击穿电压增加并且可导致轭与变压器线圈的绕组之间的屏蔽改进。

[0041] 根据本发明的另一个实施例，第二电屏蔽装置具有对应于轭的形状的形状使得轭被第二电屏蔽装置所覆盖。该形状可以是部分圆柱形的或像椭圆形层的或可以是适应于边缘的任何形状。

[0042] 根据本发明的另一个实施例，第二电屏蔽装置包括适于避免尖锐边缘的层形状。

[0043] 根据本发明的另一个实施例，第二电屏蔽装置包括导电材料。

[0044] 根据本发明的另一个实施例，第二电屏蔽装置包括铝和铜中的一个的薄矩形件并且可接地。根据本发明的另一个实施例，第二电屏蔽装置连接到变压器的金属结构（钳）。

[0045] 第二电屏蔽装置可包括铝和铜的混合物。第二电屏蔽装置可包括例如碳钢或非磁性钢的任何其他导电材料，和/或可包括半导体材料，因为半导体材料也将平滑电场。根据本发明的另一个实施例，轭与绕组电场的介电屏蔽由第二电屏蔽装置提供，所述第二电屏蔽装置可以是铜片或铜箔，和/或在轭处应用的绝缘层，该绝缘层可能具有高的厄普西隆（epsilon），例如为10的厄普西隆。从而，轭处的电场可被平滑。

[0046] 根据本发明的另一个实施例，轭是分裂的轭，其包括第一轭部分和第二轭部分，其中第二电屏蔽装置包括第一电屏蔽元件和第二电屏蔽元件。该第一电屏蔽元件在变压器的绕组与第一轭部分之间布置在第一轭部分处。第二电屏蔽元件在变压器的绕组与第二轭部分之间布置在第二轭部分处。第一电屏蔽元件适合于将第一轭部分与绕组电场屏蔽，并且第二电屏蔽元件适合于将第二轭部分与绕组电场屏蔽。

[0047] 换句话说，轭可分裂成两半：第一轭部分和第二轭部分。第一和第二电屏蔽元件（可能采用盖的形式）可布置在第一和第二轭部分处，其面向变压器的绕组并且由此将第一和第二轭部分与绕组电场屏蔽。第一和第二电屏蔽元件可充当静电屏蔽或保护屏蔽以便屏蔽第一和第二轭部分自身的尖锐边缘以及与第一和第二轭部分有关的所有其他边缘（例如第一和第二轭叠片的边缘），因此关于第一和第二轭部分使变压器的电场平滑。该屏蔽盖保持为裸露的，未被任何绝缘膜所覆盖。根据本发明的另一个实施例，该屏蔽盖可被绝缘。第一和第二轭部分适合于连接至少两个柱。可提供多于一个第一和第二轭部分。绕组可布置在该至少两个柱中的至少一个的周围。轭冷却道可存在于第一和第二轭部分之间用于通过例如油或空气或水的试剂而冷却变压器。根据本发明的示范性实施例，冷却试剂是空气。

[0048] 钳的电屏蔽元件可以是盖，其可面向绕组放置在钳上，并且该盖可充当静电屏蔽或保护屏蔽以便屏蔽钳自身的尖锐边缘以及与钳有关的所有其他金属边缘，因此关于钳使变压器的电场平滑。该屏蔽盖保持为裸露的，未被任何绝缘膜所覆盖。根据本发明的另一个实施例，该屏蔽盖可被绝缘。钳适合于将变压器的轭保持在一起或将变压器的轭机械固定到变压器的一个或多个线圈或使变压器的轭稳定。电屏蔽元件可覆盖钳和/或可具有覆盖钳的像桶或槽状形式。

[0049] 上文提到的电屏蔽元件可应用于具有70kV以上电压水平的干式变压器，其有效地将干式变压器的钳与由干式变压器的绕组产生的电场屏蔽。从而，具有设计为具有70kV及以上电压水平的HV盘形绕组的HV绕组的干式变压器可与具有较低电压水平的干式变压器一样紧凑地建造。与具有70kV以下电压水平的干式变压器相比，在HV绕组与钳之间的临界区中可存在更高的场强度并且在HV盘形绕组和钳的边缘处可特别地存在更高的场峰值，这需要更高的介电强度。此需要的更高的介电强度可由电屏蔽元件提供，该电屏蔽元件可使到地的电场均匀使得通过电屏蔽元件防止钳由于到钳边缘的电场放电而引起的过热或失去其需要的机械强度。

[0050] 电屏蔽元件可包括从由钢和铝组成的组选择的材料，并且一般来说包括具有稳定机械性质的任何导电材料。

[0051] 根据冲击电压测试，与没有电屏蔽元件的钳相比，电屏蔽元件可使击穿电压增加并且可导致变压器线圈的绕组与钳之间的屏蔽的25%改进。

[0052] 钳可具有形成圆形钳的圆形边缘，其可具有电屏蔽元件的功能，而将钳与由变压器的所述绕组或多个绕组产生的电场屏蔽。

[0053] 根据本发明的另一个实施例，电屏蔽元件包括圆形边缘。

[0054] 这样的具有圆形边缘的电屏蔽元件可通过避免场峰值或钳边缘处的放电而关于变压器钳来平滑变压器绕组的电场，从而防止钳过热或失去其需要的机械强度。

[0055] 根据本发明的另一个实施例，提供制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法，其包括以下步骤：

[0056] 使变压器的绕组环绕变压器的纵轴缠绕（其形成线圈，所述线圈可以是圆柱形线圈），将电屏蔽装置布置在垂直于纵轴并且平行于线圈的顶部表面的绕组的轴向末端处距绕组一定距离处使得电屏蔽装置覆盖垂直于纵轴的绕组的横截面区域，使绝缘材料附连到绕组和电屏蔽装置，从而沿纵轴在绕组与电屏蔽装置之间提供所述距离。

[0057] 本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例而变得明显并且参照下文描述的实施例阐明。

附图说明

[0058] 本发明的主旨将在下列正文中参照在附图中图示的示范性实施例更详细地解释。

[0059] 图1示意地示出根据本发明一实施例的具有线圈和电屏蔽设备的变压器的横截面图。

[0060] 图2示意地示出根据本发明一实施例的具有低压绕组和高压绕组的变压器的线圈和电屏蔽设备的横截面图。

[0061] 图3示意地示出根据本发明另一个实施例的具有低压绕组和高压绕组的变压器的线圈和电屏蔽设备的横截面图。

[0062] 图4示意地示出根据本发明另一个实施例的具有低压绕组和高压绕组的变压器的线圈和电屏蔽设备的横截面图。

[0063] 图5示意地示出根据本发明另一个实施例的电屏蔽装置的横截面图。

[0064] 图6示意地示出根据本发明另一个实施例的具有用于屏蔽变压器的轭的第二电屏蔽装置和用于屏蔽变压器的钳的电屏蔽元件的变压器的线圈和电屏蔽设备的横截面图。

[0065] 图7示意地示出制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法的流程图。

[0066] 在图中使用的参考标记和它们的含义采用概要形式列在参考标记列表中。原则上，在图中同样的部件提供有相同的参考标记。

具体实施方式

[0067] 图1示意地示出变压器101的图，该变压器101具有：对于该变压器101的每个相的线圈和电屏蔽设备200，其中绕组103、202各自环绕变压器101的纵轴A缠绕，其形成线圈，所述线圈可以是圆柱形线圈；电屏蔽装置120、204，其布置在垂直于纵轴A并且平行于线圈的顶部表面的绕组103、202的轴向末端116、118处距绕组103、202的一定距离处使得电屏蔽装置120、204覆盖垂直于纵轴A的绕组103、202的横截面区域；和绝缘材料，其附连到绕组103、202和电屏蔽装置120、204，从而沿纵轴A在绕组103、202与电屏蔽装置120、204之间提供一定距离使得绕组103、202的环境屏蔽掉绕组103、202的电场（也参见图2至图4）。两个轭109连接变压器101的三个芯柱113，每个轭109通过两个钳102机械稳定。绕组103、202布置在每个芯柱113的周围。如果变压器101经受例如雷电冲击的任何高频电压浪涌，电屏蔽装置
120、204可改进初始电压分布。

[0068] 第一电屏蔽装置120可布置在绕组103、202的第一末端116处和/或在绕组103、202的第二末端118处。第一电屏蔽装置120可布置在高压绕组103的第一末端116处和/或在第二末端118处，并且第二电屏蔽装置204可布置在低压绕组202的第一末端116处和/或第二末端118处。高压绕组103和/或低压绕组202可以是箔式绕组103、202。

[0069] 具有上文描述的线圈和电屏蔽设备200的变压器101（例如干式变压器101）在72.5kV的电压水平和以上电压水平处可应用。

[0070] 图2示意地示出在图1中示出的具有低压绕组202和高压绕组103的线圈和电屏蔽设备200中的一个的横截面图。绝缘材料201附连到高压绕组103和第一电屏蔽装置120，其中该第一电屏蔽装置120布置在距高压绕组103的距离D1处，其可以在15至40mm之间。绝缘材料201也附连到低压绕组202和第二电屏蔽装置204，其中在低压绕组202与第二电屏蔽装置204之间提供大约5至40mm的距离D2。线圈和电屏蔽设备200提供由高压绕组103和由低压绕组202产生的到高压绕组103和低压绕组202的环境的电场的屏蔽以及高压绕组103和低压绕组202之间的屏蔽。第一电屏蔽装置120和第二电屏蔽装置204包括不面向绕组103、202的第一圆形边缘206和面向绕组103、202的第二圆形边缘208。第一圆形边缘206可具有5-20mm的半径，并且特别地10mm的半径，并且第二圆形边缘208可具有2-5mm的半径，并且特别地3mm。第一圆形边缘206的半径和第二圆形边缘208的半径适于使得绕组103、202的环境的电屏蔽由电屏蔽装置120、204提供。在平行于轴A的方向上在高压绕组103与低压绕组202之间提供绝缘屏障301并且其适于阻止高压绕组103和低压绕组202之间的电荷雪崩。绝缘材料201例如是环氧树脂。高压绕组103和/或低压绕组202可以是箔式绕组103、202。

[0071] 图3示意地示出图2的线圈和电屏蔽设备200的横截面图，其区别在于低压绕组202未被第二电屏蔽装置屏蔽。有三个绝缘屏障301布置在高压绕组103与低压绕组202之间来阻止高压绕组103与低压绕组202之间的电荷雪崩。高压绕组103和低压绕组202的附连的绝缘材料201的横截面包括圆形边缘401。如果图2和图4的实施例组合，圆形边缘401的半径具有与图2的第一圆形边缘206的半径相同的尺寸。

[0072] 图4示意地示出图2的绕组103、202和电屏蔽装置设备200的横截面图，其区别在于低压绕组202和高压绕组103都未被第一电屏蔽装置或第二电屏蔽装置所屏蔽。高压绕组103和低压绕组202的附连的绝缘材料201的横截面包括圆形边缘401。如果图2和图4的实施例组合，圆形边缘401的半径可具有与图2的第一圆形边缘206的半径相同的尺寸。图4包括高压绕组103和低压绕组202之间的六个绝缘屏障301来阻止高压绕组103和低压绕组202之间的电荷雪崩。

[0073] 图5示意地示出电屏蔽装置120、204的横截面图，其可具有开环形式。电屏蔽装置120、204的横截面是具有半径为10mm的第一圆形边缘206和半径为3mm的第二圆形边缘208以及大约15mm的厚度T1、T2的矩形条横截面。电屏蔽装置120、204可以是第一电屏蔽装置
120或第二电屏蔽装置204，或两者都是。第一圆形边缘206可具有5-10mm的半径，并且第二圆形边缘208可具有2-5mm的半径。根据本发明另外的实施例，电屏蔽装置可具有半径为3-
5mm的圆形线的横截面或从具有圆形边缘206、208的多边形横截面或像半椭圆形的横截面或圆形横截面的组选择的横截面（部分在图5中示出）。

[0074] 图6示意地示出具有第二电屏蔽装置112的图1的变压器101的线圈和电屏蔽设备200的图，该第二电屏蔽装置112在变压器101的轭109与绕组103之间布置在轭109处并且适合于将轭109与绕组103的电场屏蔽。电屏蔽元件100在变压器101的钳102与绕组103之间布置在钳102处并且适合于将钳102与绕组103的电场屏蔽。

[0075] 轭109、124、126连接柱113。第二电屏蔽装置112布置在轭109、124、126处，从而在变压器101的轭109与绕组103之间覆盖轭109。第二电屏蔽装置112适合于将轭109、124、126与绕组103的电场屏蔽。

[0076] 第二电屏蔽装置112可以是在面向变压器101的绕组103的区域中放置在轭109、124、126上的圆形盖或静电屏蔽并且适于将轭109、124、126的尖锐边缘屏蔽并且从而平滑变压器101的电场。可用绝缘膜覆盖第二电屏蔽装置112。

[0077] 当设备安装到变压器101时，第二电屏蔽装置112可适于将轭109、124、126与变压器101的绕组103屏蔽，从而平滑变压器101的绕组103与轭109、124、126之间的电场。

[0078] 第二电屏蔽装置112可具有圆柱形或椭圆形层形状或对应于轭109、124、126的形状的形状使得轭109、124、126被第二电屏蔽装置112所覆盖。第二电屏蔽装置112可进一步包括适于避免尖锐边缘的层形状。

[0079] 第二电屏蔽装置112可具有导电材料并且可以是铝或铜或其混合物的矩形件或可具有半导体材料，并且可通过接地装置114而接地。

[0080] 接地装置114适合使第二电屏蔽装置112接地到地电势。

[0081] 第二电屏蔽装置112可包括覆盖第二电屏蔽装置112以便避免轭钢板之间的短路（其将导致更高的柱113损耗）的绝缘膜。

[0082] 具有第二电屏蔽装置112的膜或绝缘材料的盖可使第二电屏蔽装置112可以承受的电场增加而没有放电的发生。绝缘膜可以是半透明绝缘膜。

[0083] 第二电屏蔽装置112可包括互相分离的第一电屏蔽元件部分和第二电屏蔽元件部分，这意味着第二电屏蔽装置112可分成若干部分。

[0084] 变压器101适合于将绕组103（其可以是高压或低压绕组103）与轭109、124、126电屏蔽。

[0085] 图6的变压器101在72.5kV水平和高于72.5kV的水平处可应用。

[0086] 钳102、130、132附连在轭109、124、126处，并且使变压器101的轭109、124、126稳定，并且电屏蔽元件100、140、142在变压器101的轭109、124、126与绕组103之间布置在钳102、130、132处。电屏蔽元件100、140、142适合于将钳102、130、132与绕组103的电场屏蔽。
钳102、130、132适合于将变压器101的轭109、124、126保持在一起或机械固定。轭109、124、
126连接变压器101的至少两个柱113。电屏蔽元件100、140、142可包括圆形边缘105、106。

[0087] 电屏蔽元件100、140、142可在钳边缘104上凸出。

[0088] 变压器101包括至少两个柱113，特别地三个柱113，每个包括第一柱末端120和第二柱末端122。绕组103布置在至少两个柱113中的至少一个的周围，特别地，绕组103布置在三个柱113处。第一轭109、124在第一柱末端120处连接这三个柱113。第二轭109、126在第二柱末端122处连接这三个柱113。第一钳102、130在第一轭109、124处附连来使第一轭109、124稳定，并且第二钳102、132在第二轭109、124处附连来使第二轭109、126稳定。第一电屏蔽元件100、140在第一轭109、126与三个绕组103之间布置在第一钳102、130处，这些绕组
103中的每个布置在这三个柱113中的每个周围。第二电屏蔽元件100、142在第二轭109、126与三个绕组103之间布置在第二钳102、132处。

[0089] 第一圆形边缘105布置在钳102、130、132的纵向侧150处，其面向变压器101的绕组103，其中绕组103可以是高压或低压绕组。该纵向侧150可以是水平的，并且平行于轭109、
124、126柱113连接侧以及垂直于柱113，如在图1中指示的。第一圆形边缘105可布置在钳边缘104处，其可以是与钳102、130、132有关的金属钳边缘104。

[0090] 电屏蔽元件100、140、142充当静电屏蔽以将尖锐的钳边缘104自身以及与钳102、130、132有关的所有其他金属钳边缘104屏蔽，从而平滑变压器101的电场。

[0091] 第二圆形边缘106在钳102、130、132的横向侧152处布置在电屏蔽元件100、140、142的第一末端107处和第二末端108处。该横向侧152可以是水平的，垂直于纵向侧150并且垂直于与柱113平行的垂直侧。

[0092] 第一或第二圆形边缘105、106可具有5-45mm的半径，特别地30mm。

[0093] 第一圆形边缘105在变压器101的轭109、124、126处的第一区110处具有与不在轭109、124、126处的第二区111处不同的半径。电屏蔽元件100、140、142可通过连接到钳102、
130、132（例如通过焊接到钳102、130、132）而接地。

[0094] 第一圆形边缘105可具有由第一圆形边缘105的半径限定的球的圆周的1/8长度，或换句话说，第一圆形边缘可具有球的1/8长度。

[0095] 电屏蔽元件100、140、142布置在变压器101的所有钳102、130、132上，其中变压器101适合于对钳102、130、132电屏蔽绕组103，其可以是高压绕组103或低压绕组103，或两者都是。变压器101可以是干式变压器101。

[0096] 图1至6的实施例可相互组合。在图1至6的所有实施例或实施例的组合中，电屏蔽装置120、204可电连接到绕组103、202，绕组103、202与电屏蔽装置120、204之间的距离D1、D2可以在5至40mm之间，第一圆形边缘206可具有5至20mm的半径，第二圆形边缘208可具有2至5mm的半径，电屏蔽装置120、204可具有开环形状或环形形状，电屏蔽装置120、204可包括由导电材料层覆盖的非导电材料框架，屏蔽装置102、204的横截面可从具有圆形边缘206、208的多边形横截面、像半椭圆形的横截面或圆形横截面的组选择，并且附连的绝缘材料的横截面可包括圆形边缘401。

[0097] 图7示意地示出制造变压器的线圈和电屏蔽设备的方法700的流程图。该方法700包括使变压器的绕组环绕变压器的纵轴A缠绕（其形成线圈，所述线圈可以是圆柱形线圈）701、将电屏蔽装置布置在垂直于纵轴并且平行于线圈的顶部表面的绕组的轴向末端处距绕组的一定距离处使得电屏蔽装置覆盖垂直于纵轴的绕组的横截面区域702、使绝缘材料附连到绕组和电屏蔽装置从而沿纵轴在绕组与电屏蔽装置之间提供所述距离703的步骤。

[0098] 尽管本发明已经在附图和前面描述中详细地图示和描述，这样的图示和描述视为说明性的或示范性的而不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。

[0099] 公开的实施例的其他变形可以被本领域内技术人员所理解和影响并且从对附图、公开和随附权利要求的学习而实践要求权利的本发明。

[0100] 在权利要求中，单词“包括”不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一（a）”或“一（an）”不排除复数。单个线圈和电屏蔽设备，或单个轭和钳和电屏蔽装置设备，或单个变压器、单个轭或钳，或单个电屏蔽装置可实现在权利要求中陈述的若干项的功能。某些措施在互相不同的从属权利要求中陈述的无关紧要的事实不指示这些措施的组合不可以有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应该解释为限制范围。

[0101] 参考符号列表

[0102]100 电屏蔽元件 101 变压器
102 钳 103 绕组，高压绕组
104 一个或多个钳边缘 105 圆形边缘，第一圆形边缘
106 第二圆形边缘 107 （电屏蔽元件的）第一末端
108 （电屏蔽元件的）第二末端 109 轭
110 （在轭处的）第一区 111 （不在轭处的）第二区
112 第二电屏蔽装置 113 一个或多个柱
114 接地装置 120 电屏蔽装置，第一电屏蔽装置
121 一个或多个第一柱末端 122 一个或多个第二柱末端
124 第一轭 126 第二轭
130 一个或多个第一钳 132 一个或多个第二钳
140 一个或多个第一电屏蔽元件 142 一个或多个第二电屏蔽元件
150 （钳的）纵向侧 152 （钳的）横向侧
200 线圈和电屏蔽设备，设备 201 绝缘材料，附连的绝缘材料
202 绕组，低压绕组 204 电屏蔽装置，第二电屏蔽装置
206 一个或多个第一圆形边缘 208 一个或多个第二圆形边缘
301 一个或多个绝缘屏障 401 （附连的绝缘材料的）圆形边缘