ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИЗОЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА И ВЫСОКОВОЛЬТНОЕ ИНДУКЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКУЮ ИЗОЛИРУЮЩУЮ СИСТЕМУ Российский патент 2016 года по МПК H01F27/32 H01F27/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение в целом относится к высоковольтным силовым системам и, в частности, к изолирующей системе для индукционного устройства в высоковольтной силовой системе и к высоковольтному индукционному устройству, содержащему такую изолирующую систему.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В высоковольтных силовых системах, например, в тех, которые работают с напряжением 100 кВ и выше, необходима надлежащая изоляция оборудования, например, для индукционных устройств, чтобы гарантировать их безопасную работу. Кроме того, из-за больших сопутствующих мощностей потери энергии образуют такие количества выделяемого тепла, например, в индуктивных элементах, что может потребоваться охлаждение.

Обмотки в высоковольтных индукционных устройствах, например в реакторах и трансформаторах, обычно охлаждаются посредством диэлектрического флюида, например трансформаторного масла, которое может поглощать тепло, образуемое в обмотке. Когда масло поглотит тепло в обмотке, оно выводится из обмотки и заменяется холодным маслом, которое может поглощать дополнительное тепло. Поэтому в изолирующей системе может быть предоставлен масляный канал, который изолирует обмотку. Изолирующая система может быть, например, снабжена масляным каналом из горизонтальных маслопроводов, которые размещаются в горизонтальной зигзагообразной структуре в верхнем конце и в нижнем конце обмотки.

Патент JP 61150309 раскрывает трансформаторную обмотку с циркулирующим маслом для получения большой эффективности охлаждения. Масло входит в структуру охлаждения на одном конце обмотки и выходит из структуры охлаждения на противоположном конце обмотки через вертикальные маслопроводы, которые сформированы изоляционными трубками для вертикального масляного потока, чтобы позволить маслу охлаждать обмотку трансформатора.

Патент CH 232439 раскрывает изолирующую систему для обмотки трансформатора. Изолирующая система имеет барьеры, которые позволяют маслу течь в противоположных направлениях на одном конце обмотки.

Патент DE 873721 также раскрывает изолирующую систему для обмотки трансформатора. Система имеет барьеры с отверстиями для того, чтобы позволить маслу течь в зигзагообразной структуре в осевом направлении.

Недостаток предшествующего уровня техники заключается в том, что имеющиеся методики не обеспечивают достаточно хорошие диэлектрические свойства на обоих концах обмотки в некоторых случаях, например, в некоторых применениях высоковольтного постоянного тока (HVDC).

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в том, чтобы предоставить улучшенную изолирующую систему для структуры обмоток. В частности, было бы желательно получить изолирующую систему, которая при ее размещении в индукционном устройстве для изолирования структуры обмоток увеличивает электрическую стойкость индукционного устройства. Кроме того, было бы желательно иметь возможность предоставить изолирующую систему, более надежную и более простую в изготовлении.

Следовательно, в соответствии с первым аспектом изобретения предоставляется изолирующая система для структуры обмоток, содержащая: самую дальнюю внутреннюю пару барьеров, размещенную для покрытия большей части структуры обмоток в осевом направлении структуры обмоток внутри и снаружи структуры барьеров относительно кривизны витков обмоток структуры обмоток, причем, по меньшей мере, один барьер из самой дальней внутренней пары барьеров задает первый тракт потока, позволяющий протекать диэлектрическому флюиду, главным образом, в первом осевом направлении между структурой обмотки и, по меньшей мере, одним барьером, когда изолирующая система находится в собранном состоянии; и первый внешний барьер, расположенный радиально внутри или радиально снаружи относительно каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров, причем первый внешний барьер задает второй тракт потока, параллельный первому тракту потока, позволяющий течь диэлектрическому флюиду, главным образом, во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, причем изолирующая система размещается так, что диэлектрическая среда имеет возможность течь от второго тракта потока и входить в первый тракт потока на одном осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров, и, на другом осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров, выходить из соответствующего первого тракта потока, причем каждый барьер самой дальней внутренней пары барьеров имеет непрерывную огибающую поверхность, проходящую между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров.

Эффект, который может быть тем самым получен, заключается в том, что путь утечки становится длиннее на обоих концах обмотки, поскольку потоки диэлектрического флюида изменяют осевое направление, по меньшей мере, один раз после входа и выхода из изолирующей системы, тем самым улучшая характеристики пути утечки вдоль трактов потока на осевых концевых участках структуры обмоток. Кроме того, можно предоставить более надежную изолирующую систему, если самая дальняя внутренняя пара барьеров имеет меньше отверстий, чем в решениях предшествующего уровня техники. Это также упрощает производство изолирующей системы. Дополнительно производство/конструкция изолирующей системы значительно упрощается, поскольку, обеспечивается незначительное число путей утечки, один для каждого канала прохождения флюида между параллельными трактами потока, по сравнению с предшествующим уровнем техники, где имеется один тракт утечки для каждого отверстия из множества отверстий в изоляции. Кроме того, улучшается диэлектрическая прочность, поскольку меньшее количество отверстий между трактами потока обеспечивает более высокую диэлектрическую прочность.

Путь утечки обычно предполагает наиболее короткий путь между двумя проводящими частями или между проводящей частью и граничной поверхностью оборудования, например, структурой обмотки, измеренный вдоль поверхности изолирующей системы.

Один вариант реализации содержит первое статическое экранирующее кольцо для расположения на первом конце структуры обмоток при осевой ориентации с ней, причем один осевой концевой участок каждого барьера из самой дальней внутренней пары барьеров располагается в области, которая электрически экранирована первым статическим экранирующим кольцом.

Один вариант реализации содержит второе статическое экранирующее кольцо для расположения на втором конце структуры обмоток при осевой ориентации с ней, причем другой осевой концевой участок каждого барьера из самой дальней внутренней пары барьеров расположен в области, которая электрически экранирована вторым статическим экранирующим кольцом.

Один вариант реализации содержит второй внешний барьер, размещенный радиально внутри или радиально снаружи от первого внешнего барьера, причем второй внешний барьер имеет поверхность, задающую третий тракт потока для диэлектрического флюида, причем, по меньшей мере, один из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров размещается для обеспечения обмена флюидом между первым трактом потока и вторым трактом потока, и первый внешний барьер размещается для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом потока и третьим трактом потока так, что диэлектрический флюид, текущий через изолирующую систему, имеет осевые компоненты в первом осевом направлении в первом тракте потока и третьем тракте потока и осевые компоненты во втором осевом направлении во втором тракте потока.

В соответствии с одним вариантом реализации первый внешний барьер и второй внешний барьер размещаются так, что диэлектрический флюид входит и выходит из изолирующей системы посредством третьего тракта потока.

В соответствии с одним вариантом реализации, по меньшей мере, один из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров имеет первое отверстие в одном осевом концевом участке и второе отверстие в другом осевом концевом участке, размещенные для обеспечения обмена флюидом между первым трактом потока и вторым трактом потока.

В соответствии с одним вариантом реализации первый внешний барьер имеет первое отверстие и второе отверстие, размещенные для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом потока и третьим трактом потока.

В соответствии с одним вариантом реализации первое отверстие и второе отверстие первого внешнего барьера аксиально смещены, причем первое отверстие размещено в участке первой половины первого внешнего барьера, и второе отверстие размещено в участке второй половины первого внешнего барьера.

В соответствии с одним вариантом реализации первое отверстие, по меньшей мере, одного барьера самой дальней внутренней пары барьеров аксиально смещено относительно первого отверстия первого внешнего барьера.

В соответствии с одним вариантом реализации второе отверстие, по меньшей мере, одной самой дальней внутренней пары барьеров из самой дальней внутренней пары барьеров аксиально смещено относительно второго отверстия первого внешнего барьера.

В соответствии с одним вариантом реализации каждое первое отверстие и второе отверстие первого внешнего барьера размещено выше по потоку относительно первого отверстия, по меньшей мере, одного барьера из самой дальней внутренней пары барьеров, и ниже по потоку второго отверстия, по меньшей мере, одного барьера из самой дальней внутренней пары барьеров относительно первого осевого направления.

В соответствии с одним вариантом реализации первый тракт потока, второй тракт потока, и третий тракт потока задают вертикальные траектории потока в изолирующей системе.

В соответствии с одним вариантом реализации самая дальняя внутренняя пара барьеров и первый внешний барьер выполнены из материала на основе целлюлозы.

Изолирующая система в соответствии с представленным здесь первым аспектом может быть успешно использована в высоковольтном индукционном устройстве. Следовательно, в соответствии со вторым аспектом изобретения предоставляется высоковольтное индукционное устройство, содержащее изолирующую систему для любой вариации первого объекта.

В соответствии с одним вариантом реализации высоковольтное индукционное устройство представляет собой трансформатор HVDC.

В соответствии с одним вариантом реализации высоковольтное индукционное устройство представляет собой реактор HVDC.

В целом, все используемые в формуле выражения должны интерпретироваться в соответствии с их обычным значением в данной области техники, если это специально не оговорено. Все упоминания "элемента, аппарата, компонента, средства" следует интерпретировать как относящиеся, по меньшей мере, к одному случаю элемента, аппарата, компонента, средства, и т.д., если специально не заявлено иначе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Концепция изобретения описывается ниже посредством примера и в связи с сопровождающими чертежами, на которых:

Фиг. 1 изображает схематический вид сбоку для сечения первого примера изолирующей системы;

фиг. 2 - схематический вид сбоку для сечения первого примера на фиг. 1, когда он находится в работе;

фиг. 3 - схематический вид сбоку для сечения второго примера изолирующей системы;

фиг. 4 - частичный вид третьего примера изолирующей системы;

фиг. 5 - частичный вид четвертого примера изолирующей системы; и

фиг. 6 - индукционное устройство, содержащее изолирующую систему в соответствии с настоящим раскрытием.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Концепция изобретения описывается ниже более полно в связи с сопровождающими чертежами, на которых показаны некоторые варианты реализации концепции изобретения. Однако концепция изобретения может быть воплощена во многих других формах и не должна рассматриваться как ограниченная сформулированными здесь вариантами реализации; в действительности эти варианты реализации предоставляются в качестве примера так, чтобы это раскрытие было исчерпывающим и полным и вполне передавало бы специалистам в данной области техники объем притязаний концепции по изобретению.

Примеры изолирующей системы для электрической изоляции структуры обмоток, имеющей первый концевой участок и второй концевой участок, представлены следующим образом. Изолирующая система содержит самую дальнюю внутреннюю пару барьеров, размещаемую для покрытия большей части обмоток в осевом направлении структуры обмоток внутри и снаружи структуры обмоток относительно кривизны витков обмоток для обмоток из структуры обмоток. По меньшей мере, один барьер самой дальней внутренней пары барьеров задает первый тракт потока, позволяющий течь диэлектрическому флюиду, главным образом, в первом осевом направлении между структурой обмотки и, по меньшей мере, одним барьером самой дальней внутренней пары барьеров, когда изолирующая система находится в собранном состоянии. Изолирующая система дополнительно содержит первый внешний барьер, размещенный радиально внутри или радиально снаружи относительно каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров, причем первый внешний барьер задает второй тракт потока, параллельный первому тракту потока, позволяющий течь диэлектрическому флюиду, главным образом, во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, причем изолирующая система размещается так, что диэлектрическая среда имеет возможность течь от второго тракта потока и входить в первый тракт потока на одном осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров и на другом осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров выходить из соответствующего первого тракта потока, причем каждый барьер самой дальней внутренней пары барьеров имеет непрерывную огибающую поверхность, проходящую между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров.

Для самой дальней внутренней парой барьеров, покрывающей большую часть структуры обмоток, считается, что самая дальняя внутренняя пара барьеров имеет длину, которая равна, по меньшей мере, половине длины структуры обмоток.

Для потока диэлектрического флюида, главным образом, в первом или втором осевом направлении считается, что, хотя диэлектрический флюид может течь в других направлениях, большая часть потока флюида находится в первом или втором осевом направлении. В частности, три ортогональные компоненты задают направление, в котором диэлектрический флюид может течь в пространстве. Таким образом, флюид, текущий вдоль траектории потока, главным образом, в осевом направлении, означает, что доминирующая компонента, то есть компонента с наибольшей величиной из этих трех компонент в пространстве, является осевой компонентой, где осевая компонента представляет собой компоненту, которая параллельна осевому расширению структуры обмоток.

Возможно множество вариаций изолирующей системы для осуществления вышеописанных функциональных возможностей. Ниже приводятся только несколько примеров.

На фиг. 1 показан первый пример изолирующей системы 1-1 для структуры 11 обмоток, имеющей первый концевой участок 11a и второй концевой участок 11b. Следует отметить, что структура обмотки показана не в масштабе, особенно это относится к соотношению размеров длины и ширины.

Изолирующая система 1-1 размещается для электрической изоляции обмоточной структуры 11 от ее окружения, и чтобы позволить диэлектрическому флюиду течь по трактам потока изолирующей системы 1-1 так, чтобы охлаждать структуру 11 обмоток, когда на структуру 11 обмоток подается ток. Кроме того, изолирующая система 1-1 улучшает свойства пути утечки от структуры 11 обмоток до, например, заземленной поверхности внутренней области индукционного устройства, содержащего структуру 11 обмоток и изолирующую систему 1-1.

Показанная в качестве примера изолирующая система 1-1 имеет самую дальнюю внутреннюю пару 3 барьеров, по существу концентрические барьеры 3′ и 3′′, и первый внешний барьер 5. Самую дальнюю внутреннюю пару барьеров следует рассматривать как самую внутреннюю относительно структуры 11 обмотки. Первым/вторым внешним барьером здесь служит барьер, который не является наиболее близким барьером к структуре 11 обмоток. Изолирующая система 1-1 может дополнительно содержать второй внешний барьер 7. Следует отметить, что в качестве вариации приведенного примера оба барьера 3′ и 3′′ могут иметь одинаковую или подобную конструкцию.

Самая дальняя внутренняя пара 3 барьеров размещается для покрытия, или заключения в себе, обмоточной структуры 11 и с внутренней стороны, и с внешней стороны структуры 11 обмотки относительно кривизны витков обмоток для обмоток из структуры 11 обмоток. В частности, один барьер 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещается для заключения в себе, или для покрытия, большей части структуры 11 обмоток вдоль осевого направления А на внутренней части структуры 11 обмоток. Другой барьер 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещается для заключения в себе, или для покрытия, большей части структуры 11 обмоток вдоль осевого направления на внешней стороне структуры 11 обмоток. Таким образом, один барьер 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещается радиально внутри относительно витков обмотки структуры 11 обмоток, и один барьер 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещается радиально снаружи относительно витков обмотки структуры 11 обмоток.

Осевое направление структуры 11 обмоток проходит от первого концевого участка 11a ко второму концевому участку 1b, то есть в продольном направлении каждого барьера 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров.

Когда изолирующая система 1-1 собрана вокруг структуры 11 обмоток, барьеры 3, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров отдалены от внешней поверхности 11-3 структуры 11 обмоток. В примере на фиг. 1 барьер 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров отдален на расстояние d₁ от внешней поверхности 11-3. Канал, обеспечиваемый посредством расстояния d₁ между поверхностью радиально внутреннего барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров, обращенной к внутренней поверхности 11-3 11 обмотки, задает первый тракт 3-1 потока для диэлектрического флюида в первом осевом направлении, которое является тем же самым, что и осевое направление A, то есть проходящее от первого концевого участка 11a до второго концевого участка 11b.

Следует отметить, что первый тракт потока в соответствии с одной вариацией может быть предоставлен также между внешней поверхностью структуры 11 обмоток и барьером 3′′, который находится на внешней стороне структуры 11 обмоток, то есть радиально снаружи относительно структуры обмоток.

Структура 11 обмотки имеет ось симметрии, параллельную осевому направлению A. Первый внешний барьер 5 размещается радиально снаружи или радиально внутри относительно самой дальней внутренней пары 3 барьеров и размещается по существу параллельно с каждым барьером 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров. Если используются два первых внешних барьера, то один может быть размещен радиально внутри относительно самой дальней внутренней пары 3 барьеров, и другой может быть размещен радиально снаружи относительно самой дальней внутренней пары 3 барьеров. Поверхность первого внешнего барьера 5 задает второй тракт 5-1 потока для диэлектрического флюида. Хотя в этом конкретном примере первый внешний барьер представляет собой барьер, следующий за внутренним барьером, то есть барьером 3′, из самой дальней внутренней пары барьеров в радиальном направлении, следует отметить, что первый внешний барьер не обязательно должен быть следующим барьером относительно внутреннего барьера 3′ или внешнего барьера 3′′ внутренней пары 3 барьеров; действительно, может быть один или более промежуточных барьеров между самой дальней внутренней парой барьеров и первым внешним барьером.

Первый внешний барьер 5 может быть размещен на расстоянии d₂ от любого из барьеров 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров, в соответствии с чем предоставляется канал посредством расстояния d₂ между барьером 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров и первого внешнего барьера 5. Второй тракт потока может при этом быть задан каналом между самым внутренним барьером 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров и первым внешним барьером 5. Как было отмечено выше, второй тракт потока в вариации изолирующей системы 1-1 может быть частью канала, задаваемого внутренней поверхностью первого внешнего барьера и внешней поверхностью другого барьера, которые не являются самой дальней внутренней парой барьеров.

Второй внешний барьер 7 размещен радиально снаружи или внутри относительно барьеров 3′, 3′′ первого внешнего барьера 5. Если используются два вторых внешних барьера, то один может быть размещен радиально внутри относительно первого внешнего барьера и другой может быть размещен радиально снаружи относительно первого внешнего барьера. Второй внешний барьер 7 имеет поверхность, задающую третий тракт 7-1 потока для диэлектрического флюида.

Второй внешний барьер 7 может быть размещен на расстоянии d₃ от первого внешнего барьера 5, в соответствии с чем канал предоставляется посредством расстояния d₃ между первым внешним барьером 5 и вторым внешним барьером 7. Третий тракт 7-1 потока при этом может быть задан каналом между первым внешним барьером 5 и вторым внешним барьером 7.

В соответствии с любым представленным здесь вариантом реализации изолирующая система размещается так, что диэлектрическая среда имеет возможность втекать от внешней стороны одного из барьеров самой дальней внутренней пары барьеров к первому тракту потока этого барьера на одном осевом концевом участке барьера и выходить или из первого тракта потока того же самого барьера в другом осевом его концевом участке или выходить из первого тракта потока другого барьера самой дальней внутренней пары барьеров на другом осевом концевом участке другого барьера. Каждый барьер самой дальней внутренней пары барьеров имеет непрерывную огибающую поверхность, проходящую между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком. Таким образом, вся огибающая поверхность каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров, проходящая между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком, оказывается непрерывной. Эта непрерывная поверхность, следовательно, не имеет сквозных отверстий, которые позволили бы диэлектрическому флюиду течь через самую дальнюю внутреннюю пару барьеров.

В соответствии с примером, изображенным на фиг. 1 и 2, самая дальняя внутренняя пара 3 барьеров размещается для обеспечения обмена флюидом между первым трактом 3-1 потока и вторым трактом 5-1 потока. Первый внешний барьер 5 размещается для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом 5-1 потока и третьим трактом 7-1 потока. Тем самым может быть обеспечен обмен флюидом между каждым из первого тракта 3-1 потока, второго тракта 5-1 потока и третьего тракта 7-1 потока. Обмен флюидом обеспечивается таким образом, что любой диэлектрический флюид F, текущий через изолирующую систему 1-1, имеет осевые компоненты C1, C2 в первом осевом направлении в первом тракте 3-1 потока и третьем тракте 7-1 потока, и осевые компоненты C3, C4 во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению во втором тракте 5-1 потока. В частности, диэлектрический флюид может иметь осевые компоненты C3, C4 в направлении, противоположном первому осевому направлению, аксиально по существу на уровне с первым концевым участком 11a и вторым концевым участком 11b. По меньшей мере, один из барьеров 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров, первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7, следовательно, размещаются так относительно друг друга, что диэлектрический флюид изменяет направление потока аксиально на уровне с первым концевым участком 11a и вторым концевым участком 11b. Изолирующая система в соответствии с любым представленным здесь примером может содержать первое статическое экранирующее кольцо для расположения на первом конце структуры обмоток, как обозначено первым концевым участком 11a, при осевом выравнивании с ней. В соответствии с этим примером один осевой концевой участок самой дальней внутренней пары барьеров предпочтительно располагается в области, которая электрически экранирована первым статическим экранирующим кольцом. Изолирующая система в соответствии с одним примером может содержать второе статическое экранирующее кольцо для расположения на втором конце структуры обмоток, как обозначено вторым концевым участком 11b, при осевой ориентации с ней. В соответствии с этим примером другой осевой концевой участок барьеров 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров предпочтительно располагается в области, которая электрически экранирована вторым статическим экранирующим кольцом. Таким образом, изолирующая система может иметь один или два статических экранирующих кольца.

Один или оба барьера 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров могут содержать первое отверстие 3a в одном осевом концевом участке и второе отверстие 3b в другом осевом концевом участке, размещаемые для обеспечения обмена флюидом между первым трактом 3-1 потока и вторым трактом 5-1 потока.

Первый внешний барьер 5 может содержать первое отверстие 5a и второе отверстие 5b, размещаемые для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом 5-1 потока и третьим трактом 7-1 потока.

Первое отверстие 3a и второе отверстие 3b барьера 3′, 3′′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров предпочтительно аксиально смещены в осевом направлении A. Диэлектрический флюид может, тем самым, входить в первый тракт 3-1 потока через первое отверстие 3a и выходить из первого тракта 3-1 потока через второе отверстие 3b, когда диэлектрический флюид течет в первом осевом направлении.

В соответствии с настоящим примером первое отверстие 3a размещается в участке первой половины барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров, и второе отверстие 3b размещается в участке второй половины барьера 3′ самой дальней внутренней пары барьеров, первой половины и второй половины, являющихся половинами изолирующей системы 1-1 в осевом направлении A.

Первое отверстие 5a и второе отверстие 5b первого внешнего барьера 5 аксиально смещены в осевом направлении A. Диэлектрический флюид может, тем самым, входить во второй тракт 3-1 потока через первое отверстие 5a и выходить из второго тракта 3-1 потока через второе отверстие 5b, когда диэлектрический флюид течет в первом осевом направлении.

Первое отверстие 5a может быть размещено в участке первой половины первого внешнего барьера 5, и второе отверстие 5b может быть размещено в участке второй половины первого внешнего барьера 5, первой половины и второй половины, являющимися половинами изолирующей системы 1-1 в основном направлении A.

Первое отверстие 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров аксиально смещено относительно первого отверстия 5a первого внешнего барьера 5. Второе отверстие 3b самой дальней внутренней пары 3 барьеров может быть аксиально смещенным относительно второго отверстия 5b первого внешнего барьера 5.

В соответствии с одним вариантом изолирующей системы каждое первое отверстие 5a и второе отверстие 5b первого внешнего барьера 5 размещается выше по потоку относительно первого отверстия 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров и ниже по потоку от второго отверстия 3b барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров относительно первого осевого направления.

Первый тракт 3-1 потока, второй тракт 5-1 потока и третий тракт 7-1 потока предоставляют зигзагообразный тракт потока аксиально для диэлектрического флюида. Первый тракт 3-1 потока, второй тракт 5-1 потока и третий тракт 7-1 потока предпочтительно задают вертикальные траектории потока в изолирующей системе 1-1. Однако следует понимать, что тракты потока могут иметь любую ориентацию в зависимости от ориентации структуры 11 обмоток.

В одном варианте реализации первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7 размещаются так, что диэлектрический флюид входит и выходит из изолирующей системы 1-1 посредством третьего тракта 7-1 потока. Третий тракт 7-1 потока, следовательно, функционирует как точка входа в изолирующую систему 1-1 и как точка выхода из изолирующей системы 1-1. Следует отметить, что вторая внешняя пара барьеров может быть сформирована вторым внешним барьером, размещенным радиально внутри относительно структуры 11 обмоток, и вторым внешним барьером, размещенным радиально снаружи относительно структуры 11 обмотки, в конструкции, аналогичной таковой для самой дальней внутренней пары барьеров. Предполагается, что с такой конструкцией, в одном ее варианте, диэлектрический флюид может входить в изолирующую систему посредством третьего тракта потока внутри, то есть радиально внутри относительно структуры обмотки, второго внешнего барьера второй внешней пары барьеров, и что диэлектрический флюид может выходить из изолирующей системы посредством третьего тракта потока снаружи второго внешнего барьера. Альтернативно диэлектрический флюид может входить в изолирующую систему посредством третьего тракта потока снаружи, то есть радиально снаружи относительно структуры обмотки, второго внешнего барьера второй внешней пары барьеров, и что диэлектрический флюид может выходить из изолирующей системы посредством третьего тракта потока внутри второго внешнего барьера.

Следует отметить, что вместо или в дополнение к отверстиям в барьере 3′ барьер 3′′ может в соответствии с одним вариантом быть предоставлен с отверстиями, то есть барьер, который размещен радиально снаружи относительно структуры 11 обмотки, может быть предоставлен с отверстиями вида, описанного выше в связи с барьером 3′.

Вместо того, чтобы использовать отверстия для обмена флюидом между трактами потока изолирующей системы, флюид может течь от одного тракта потока до другого тракта потока вокруг барьера, например барьера самой дальней внутренней пары барьеров. Кроме того, длина барьера может быть реализована такой, что диэлектрический флюид может течь вдоль всего или вдоль части осевого расширения барьера и течь радиально внутри или снаружи к другому тракту потока, где барьер заканчивается, то есть где барьер имеет свое осевое окончание. Вспомогательные барьеры могут быть использованы для управления потоком диэлектрического флюида, как можно видеть в примере на фиг. 5. Альтернативно отверстия барьеров могут быть объединены с этой конструкцией.

Ниже, в связи с фиг. 2, изолирующая система 1-1 рассматривается в работе, когда диэлектрический флюид F течет через изолирующую систему 1-1 для охлаждения обмоточной структуры 11.

Диэлектрический флюид F, например трансформаторное масло, течет вдоль третьего тракта 7-1 потока, когда диэлектрический флюид F течет по направлению к структуре 11 обмоток. В третьем тракте 7-1 потока диэлектрический флюид F течет в первом осевом направлении перед входом на второй тракт 5-1 потока через первое отверстие 5a первого внешнего барьера 5. В настоящем примере первое отверстие 5a первого внешнего барьера 5 размещено ниже по течению относительно первого отверстия 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров относительно первого осевого направления. Направление потока диэлектрического флюида F, тем самым, получает осевую компоненту C3, противоположную первому осевому направлению. Диэлектрический флюид F затем входит в первый тракт 3-1 потока через первое отверстие 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров для охлаждения обмоточной структуры 11. Поскольку первое отверстие 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещается выше по течению относительно первого отверстия 5a первого внешнего барьера 5 относительно первого осевого направления, направление потока диэлектрического флюида F снова изменяется так, что поток имеет осевую компоненту во втором осевом направлении, которое является противоположным первому осевому направлению, охлаждая обмоточную структуру 11.

Соответствующие изменения направления получаются посредством второго отверстия 3a барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров и второго отверстия 5b первого внешнего барьера 5.

В первом тракте 3-1 потока диэлектрический флюид F распространяется в первом осевом направлении перед входом во второй тракт 5-1 потока через второе отверстие 3b барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров. В настоящем примере второе отверстие 3b барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров размещено ниже по потоку относительно второго отверстия 5b первого внешнего барьера 5 относительно первого осевого направления. Направление потока диэлектрического флюида F, тем самым, получает осевую компоненту C4, противоположную первому осевому направлению при входе во второй тракт 5-1 потока из первого тракта 3-1 потока. Диэлектрический флюид F затем входит в третий тракт 7-1 потока через второе отверстие 5b первого внешнего барьера 5. Поскольку второе отверстие 5b первого внешнего барьера 5 размещается выше по течению относительно второго отверстия 3b барьера 3′ самой дальней внутренней пары 3 барьеров относительно первого осевого направления, направление потока диэлектрического флюида F снова изменяет направление так, чтобы получить осевую компоненту C2 в том же самом направлении, что и первое осевое направление в третьем тракте 7-1 потока перед выходом из изолирующей системы 1-1. Следовательно, аксиально может быть получена зигзагообразная картина потока, если флюид течет радиально внутри и снаружи относительно структуры 11 обмоток.

В связи с фиг. 3 рассматривается второй пример изолирующей системы 1-2. Изолирующая система 1-2 структурно та же самая относительно первого тракта 3-1 потока, второго тракта 5-1 потока и третьего тракта 7-1 потока. Однако второй пример 1-2 дополнительно содержит тракты потока, которые являются поперечными к осевому направлению A. Первый поперечный тракт 12-1 потока предоставляется в первом конце 13-1 изолирующей системы 1-2, посредством которой диэлектрический флюид F может входить в изолирующую систему 1-2. Первый поперечный тракт 12-1 потока может быть связан с третьим трактом 7-1 потока.

Второй поперечный тракт 12-2 потока предоставляется во втором конце 13-2, противоположном первому концу 13-1 изолирующей системы 1-2, посредством которой диэлектрический флюид F может выходить из изолирующей системы 1-2. Второй поперечный тракт 12-2 потока может быть связан с третьим трактом 7-1 потока.

Первый поперечный тракт 12-1 потока и второй поперечный тракт 12-1 потока имеет зигзагообразный рисунок. Диэлектрический флюид F входит в изолирующую систему 1-2, тем самым, получая возможность течь в зигзагообразной конфигурации в направлениях, поперечных к осевому направлению А в первом поперечном тракте 12-1 потока и втором поперечном тракте 12-2 потока, и в направлениях, по существу параллельных осевому направлению А, при течении в первом тракте 3-1 потока, втором тракте 5-1 потока и третьем тракте 7-1 потока, как было описано в связи с фиг. 2.

В одном варианте реализации первый поперечный тракт 12-1 потока и второй поперечный тракт 12-2 потока представляют собой горизонтальные, или по существу горизонтальные, тракты потока.

Первый поперечный тракт 12-1 потока и второй поперечный тракт 12-1 потока могут быть сформированы посредством расстояния между первым внешним барьером 5 и вторым внешним барьером 7. Альтернативно первый поперечный тракт потока и второй поперечный тракт потока могут быть физически раздельными рукавами, которые связным образом конфигурированы самой дальней внутренней парой барьеров, первым внешним барьером и вторым внешним барьером.

На фиг. 4 показан частичный вид третьего примера изолирующей системы 1-3. Изолирующая система 1-3 содержит самую дальнюю внутреннюю пару 3 барьеров, первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7. Диэлектрический флюид F имеет возможность входить в изолирующую систему 1-3 через второй внешний барьер 7. Самая дальняя внутренняя пара 3 барьеров, первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7 размещаются так, что диэлектрический флюид F может изменить направление в концах структуры обмоток. Изолирующая система 1-3 сконфигурирована так, что диэлектрический флюид F имеет возможность течь в изолирующей структуре локально, по существу на уровне с первым ярмом и вторым ярмом в направлениях, имеющих осевые компоненты, которые противоположны главному направлению A, как определено выше.

На фиг. 5 показан частичный вид четвертого примера изолирующей системы 1-4. Изолирующая система 1-4 содержит самую дальнюю внутреннюю пару 3 барьеров, первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7. Диэлектрический флюид F имеет возможность входить в изолирующую систему 1-3 в тракт потока между первым внешним барьером 5 и вторым внешним барьером 7. Первый внешний барьер 5 имеет поверхность 5c, противоположную относительно второго внешнего барьера 5, предоставляя тракт потока для диэлектрического флюида F. Самая дальняя внутренняя пара 3 барьеров, первый внешний барьер 5 и второй внешний барьер 7 размещаются так, что диэлектрический флюид F может изменить направление в концах структуры обмоток. Изолирующая система 1-3 размещается так, что диэлектрический флюид F имеет возможность течь локально в изолирующей структуре по существу на уровне с первым ярмом и вторым ярмом в направлениях, имеющих осевые компоненты, противоположные главному направлению A, как определено выше.

В любом представленном здесь примере изолирующая структура может быть выполнена из материала на основе целлюлозы, например из прессованного картона или из бумаги.

Описанные здесь изолирующие системы могут, например, использоваться в высоковольтном индукционном устройстве 15, например в высоковольтном реакторе или высоковольтном трансформаторе, как схематично показано на фиг. 7. Представленная здесь изолирующая система подходит, в частности, для применений HVDC, например для реакторов HVDC и трансформаторов HVDC.

Индукционные устройства, имеющие несколько электрических фаз, могут использовать одну изолирующую систему для каждой электрической фазы.

Следует отметить, что возможна любая структурная комбинация представленных здесь примеров изолирующих систем. Как пример, поперечные тракты потока второго примера могут, например, быть включены в изолирующую систему 1-1.

Концепции изобретения были, главным образом, описаны выше в связи с несколькими вариантами реализации. Однако, как легко будет понято специалистом в данной области техники, другие варианты реализации, отличные от раскрытых выше, также возможны в рамках объема притязаний изобретения, как определено в соответствии с приложенной формулой. Могут быть предоставлены дополнительные барьеры, заключающие в себе самый дальний внутренний барьер относительно структуры обмоток, так, чтобы обеспечить дополнительный зигзагообразный поток диэлектрического флюида, текущего через изолирующую систему. Противоположные концевые участки изолирующей системы в осевом направлении могут иметь различные конструкции для получения потока диэлектрического флюида в противоположных концах структуры обмоток в направлениях, имеющих осевые компоненты, противоположные главному направлению. Кроме того, изолирующая система не должна быть цилиндрически симметричной.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении изоляционной способности на обоих концах обмотки. Изолирующая система (1-1) содержит самую дальнюю внутреннюю пару (3) барьеров, размещенную для покрытия большей части структуры (11) обмоток в осевом направлении (A) внутри и снаружи относительно кривизны ее витков. По меньшей мере, один барьер самой дальней внутренней пары (3) барьеров задает первый тракт (3-1) потока, позволяющий течь диэлектрическому флюиду (F), главным образом, в первом осевом направлении между структурой (11) обмоток и, по меньшей мере, одним барьером, когда изолирующая система (1-1) находится в собранном состоянии. Первый внешний барьер (5) размещен радиально внутри или радиально снаружи относительно каждого барьера самой дальней внутренней пары барьеров и задает второй тракт (5-1) потока, параллельный первому тракту (3-1) потока, обеспечивая протекание диэлектрического флюида (F), главным образом, во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению. Изолирующая система (1-1) размещена так, что диэлектрическая среда (F) имеет возможность течь от второго тракта потока и входить в первый тракт (3-1) потока на одном осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров, а на другом осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров выходить из соответствующего первого тракта (3-1) потока. Каждый барьер самой дальней внутренней пары (3) барьеров имеет непрерывную огибающую поверхность, проходящую между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком каждого барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) для структуры (11) обмоток, содержащая:
самую дальнюю внутреннюю пару (3) барьеров, размещенную для покрытия большей части структуры (11) обмоток в осевом направлении (A) структуры (11) обмоток внутри и снаружи структуры (11) обмоток относительно кривизны витков обмоток для структуры обмоток, причем, по меньшей мере, один барьер самой дальней внутренней пары (3) барьеров задает первый тракт (3-1) потока, обеспечивающий протекание диэлектрического флюида (F), главным образом, в первом осевом направлении между структурой (11) обмоток и, по меньшей мере, одним барьером самой дальней внутренней пары (3) барьеров, когда изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) находится в собранном состоянии, и
первый внешний барьер (5), размещенный радиально внутри или радиально снаружи относительно каждого барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров, причем первый внешний барьер (5) задает второй тракт (5-1) потока, параллельный первому тракту (3-1) потока, обеспечивающий протекание диэлектрического флюида (F), главным образом, во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению,
причем изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) выполнена так, что диэлектрическая среда (F) имеет возможность течь от второго тракта потока и входить в первый тракт (3-1) потока на одном осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров и на другом осевом концевом участке одного из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров выходить из соответствующего первого тракта (3-1) потока, причем каждый барьер самой дальней внутренней пары (3) барьеров имеет непрерывную огибающую поверхность, проходящую между одним осевым концевым участком и другим осевым концевым участком каждого барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров.

2. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 1, содержащая первое статическое экранирующее кольцо для расположения на первом конце структуры обмоток соосно с ней, причем этот один осевой концевой участок каждого барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров расположен в области, которая электрически экранирована первым статическим экранирующим кольцом.

3. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 1, содержащая второе статическое экранирующее кольцо для расположения на втором конце структуры обмоток соосно с ней, причем этот другой осевой концевой участок каждого барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров расположен в области, которая электрически экранирована вторым статическим экранирующим кольцом.

4. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по любому из пп. 1-3, содержащая второй внешний барьер (7) размещенный радиально внутри или радиально снаружи от первого внешнего барьера (5), причем второй внешний барьер (7) имеет поверхность, задающую третий тракт (7-1) потока для диэлектрического флюида (F), причем, по меньшей мере, один из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров размещен для обеспечения обмена флюидом между первым трактом (3-1) потока и вторым трактом (5-1) потока, и первый внешний барьер (5) размещен для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом (5-1) потока и третьим трактом (7-1) потока так, что диэлектрический флюид (F), текущий через изолирующую систему (1-1; 1-2), имеет осевые компоненты в первом осевом направлении (A) в первом тракте (3-1) потока и третьем тракте (7-1) потока и осевые компоненты во втором осевом направлении во втором тракте (5-1) потока.

5. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3) по п. 4, причем первый внешний барьер (5) и второй внешний барьер (7) размещены так, что диэлектрический флюид (F) входит и выходит из изолирующей системы посредством третьего тракта (7-1) потока.

6. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 1, причем, по меньшей мере, один из барьеров самой дальней внутренней пары (3) барьеров имеет первое отверстие (3a) в одном осевом концевом участке и второе отверстие (3b) в другом осевом концевом участке, размещенные для обеспечения обмена флюидом между первым трактом (3-1) потока и вторым трактом (5-1) потока.

7. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 4, причем первый внешний барьер (5) имеет первое отверстие (5a) и второе отверстие (5b), размещенные для обеспечения обмена флюидом между вторым трактом (5-1) потока и третьим трактом (7-1) потока.

8. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 7, причем первое отверстие (5a) и второе отверстие (5b) первого внешнего барьера (5) аксиально смещены, причем первое отверстие (5a) размещено в участке первой половины первого внешнего барьера (5), и второе отверстие (5b) размещено в участке второй половины первого внешнего барьера (5).

9. Изолирующая система (1-1; 1-2; 1-3; 1-4) по п. 7, причем первое отверстие (3a), по меньшей мере, одного барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров аксиально смещено относительно первого отверстия (5a) первого внешнего барьера (5).

10. Изолирующая система (1-1; 1-2) по п. 7, причем второе отверстие (3b), по меньшей мере, одного барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров аксиально смещено относительно второго отверстия (5b) первого внешнего барьера (5).

11. Изолирующая система по п. 9, причем каждое первое отверстие и второе отверстие первого внешнего барьера размещено выше по потоку относительно первого отверстия, по меньшей мере, одной самой дальней внутренней пары (3) барьеров и ниже по потоку от второго отверстия, по меньшей мере, одного барьера самой дальней внутренней пары (3) барьеров относительно первого осевого направления.

12. Изолирующая система (1-1; 1-2) по п. 4, причем первый тракт (3-1) потока, второй тракт (5-1) потока и третий тракт (7-1) потока задают вертикальные траектории потока в изолирующей системе (1-1; 1-2).

13. Изолирующая система (1-1; 1-2) по п. 1, причем самая дальняя внутренняя пара барьеров и первый внешний барьер выполнены из материала на основе целлюлозы.

14. Высоковольтное индукционное устройство (15), содержащее изолирующую систему (1-1; 1-2) по п. 1.

15. Высоковольтное индукционное устройство (15) по п. 14, причем высоковольтное индукционное устройство (15) представляет собой трансформатор HVDC.

16. Высоковольтное индукционное устройство (15) по п. 14, причем высоковольтное индукционное устройство (15) представляет собой реактор HVDC.