技术领域

本发明涉及电力或电磁装置，包括一个高压绕组，并适用于某些 电力技术用途、电机。这样“电机”所指的是静态电机如变压器、反 应器和旋转电机如同步电机，以及双馈电机、异步整流器级联中的应 用装置、外磁极电机、同步流式电机或交流电机。

在第一个方面中，本发明涉及一种高压绕组，它包括于电机中， 包括一个绝缘导体。更准确地说，本发明的第一个方面涉及一种根据 权利要求1的前序部分的高压绕组。具体地说，本发明涉及一种包括 一个绝缘导体的高压绕组，其中绝缘导体包括多个绞合线，它们相互 之间保持电绝缘。为此用途，“高压”指的是高达电能的发电、传输 或分配中所用到的最高电压的电压。

在第二个方面中，本发明涉及一种在制造、安装、维修或其它维 护或修理工作中用于连接这种绝缘导体的方法，其中绝缘导体包括于 一个高压绕组中并且包括多个相互之间保持电绝缘的绞合线。本发明 的方法迅速、简单、可靠，保证构成连接起来的导体的部分的绞合线 之间保持紧密电接触，从而在接头中保持良好电接触。

本发明的第三个方面涉及一种电机，它包括具有这种连接起来的 绝缘导体的高压绕组。

发明背景和现有技术

尽管以下描述主要涉及并以高压绕组作为旋转电机的一部分的 现有技术和本发明为例，因而，首先涉及并以高压定子绕组为例，但 本发明基本适用于各种类型的电机，同样包括静态电机如变压器和反 应器。在本申请中，“高压绕组”一词指的是使用中电压电平为20 至800KV，优选高于36KV的绕组。包括这种高压绕组的变压器和反应 器用于在两个或多个系统间交换电能，用于传送或分配电能，因而高 压绕组按照本身已知的方式用于进行电磁感应。具有本发明的高压绕 组的变压器主要设计用于的额定功率从几百KVA直到超过 1．000MVA，而额定电压从几VK直到相当于400至800KV或更高的高 传输电压。

用于所述电压电平，根据已有技术安装于旋转电机如发电机中的 高压绕组包括许多绝缘的矩形铜线，在一个定子绕组中，这些绞合线 交叉起来，也就是说它们相互改变位置并封装于一个共同的绝缘层 中，其中导线和绝缘层的结构使得导体的线束能具有矩形横截面。使 用矩形铜导体的原因是这可以产生较小的涡流损耗。此类发电机通常 设计用于电压值从15KV直到30KV的电压，30KV通常被认为是上限。 因此这就使得发电机通过变压器与输电网相连，变压器将电压转变为 输电网中所用的高电压，通常为130－400KV。通过使高压绕组包括如 以前在尚未发布的国际专利申请PCT／SE97／00874中所公开的那样的 绝缘导体(所述导体在本申请中的下文中称作高压电缆)，使其绝缘 层为电能传输中所用的电缆的绝缘层类型相同，就可以将电机的电压 提高从而使得它可以直接与传输电网相连，而无需中间的变压器。这 种电缆及其内部构成、制造和安装方法如以前的尚未公布的国际专利 申请PCT／SE97／00874、PCT／SE97／00877、PCT／SE97／00901、 PCT／SE97／00902、PCT／SE97／00903中所述。电缆包括许多绞合线， 它们通常为圆形横截面，由铜、铝或其它适用的金属或合金如铝基或 铜基合金制成。优选的，所用的导线直径小于4mm。这些细绞合线构 成的导体外侧包围着一个第一内半导体层、一个绝缘层和一个第二外 半导体层，其中绝缘层优选地包括一种交联型聚乙烯组分。

因此，本发明的高压电缆不包括包围着配电所用高压电缆并对其 起机械保护作用以防如磨损和其它损坏的外保护皮。而且本发明的高 压电缆在外半导体层外侧也不存在任何外绝缘层。具有包括这种高压 电缆的高压绕组的一种旋转电机在以前的、尚未公布的国际专利申请 中进行了详细描述。使用这种高压电缆需预先假定电机已适合于这些 高压绕组，也就是说电机中外半导体层已经接地，同时鉴于局部放电 的可能性以及外半导体层起到接地的作用，已经采取措施以显著提高 该层的电阻系数，以便减小否则由于该层中感应产生的涡流而产生的 热损耗。另外高压电缆放于其中的绕组槽边已进行改进，优选地它们 比以前更深以便可以放入更厚的绝缘层，这就会导致其它的结构改动 以便防止发生固有谐振并进行冷却。将高压电缆放于槽中并固定住， 并且由于缺少外保护皮和外绝缘层因而对这种特殊的高压电缆操作 时会发生机械磨损，这些也要求采取一定措施。导体放入槽中时必须 不会损坏外半导体层，并且接地必须受到保护。

另外，导线束及其与内半导体层的连接方式也与传输电能所用的 普通绝缘高压电缆不同。与这些传输电缆相比，构成高压绕组的一部 分的电缆暴露于磁场中，感应产生电流并伴有损耗。因此此类电缆中 的至少某些绞合线具有一个电绝缘表层、或者具有一个电绝缘涂层， 以便使所有绞合线相互之间保持电绝缘，但同时与内半导体层相接触 的该层中的至少一根绞合线与内半导体层保持电接触。这样，就可以 保证工作中内半导体层具有基本与绞合线相同的电位，同时可以保证 导体中形成均匀的电流分布，并且能消除涡流损耗。这点优选地通过 在高压电缆中同时使用绝缘胶合线和未绝缘胶合线并使两根未绝缘 的导线没有电接触来实现。所利用的绝缘层在高压电缆的制造和安装 过程中，即优选地在高达220℃的温度下应当保持稳定。在电机的使 用期间，绝缘层也应当保持稳定。适用的绝缘材料包括绝缘漆如基于 甲醛、聚酯、聚酯胺(poly－esterimide)、聚氨酯、聚酰胺、聚酰 亚胺、聚酰胺－酰亚胺、热固化塑料、挤塑热塑性塑料、氧化物、可 以产生或涂敷的氮化物、硅酸盐或其它陶瓷化合物的漆，它们优选地 通过已知的用于沉积薄表层的表面涂层或沉积技术来涂敷，并能产生 具有足够粘合力以及强度和紧密性的薄层。

如上所述，包括于本发明的高压绕组中的高压电缆不具有外绝缘 层和／或外保护皮，因此在制造、存放和安装期间，必须使机械应变 和特别是外半导体层的磨损减至最小。因此，显然，在将其装入绕组 如定子绕组中时，不能用力拉着长长的高压电缆沿其整个长度穿过槽 中。高压绕组可包括长达10km的高压电缆，因此高压电缆被适当地 分成多段，在以后再将其连接起来。因此接头的个数通常会很大。同 时，所受应变要求这些接头对电缆的电学性能的影响尽可能减小，而 又必须保证构成高压电缆的所有绞合线都已相接触。因此用于从绝缘 绞合线上除去绝缘层的剥皮或类似机械方法将会太费时间因而不合 经济性要求。通过高温方法如高温分解或燃烧方法来除去绝缘层会留 下残渣、残渣会影响机械连接和电接触。利用化学方法如浸入浸蚀剂 或溶剂中也会造成绝缘层的残渣和／或所用剂残留在绞合线的表面 上。

本发明

本发明的一个目的是提供一种包括一种简单适用的可靠的接头 的高压绕组。这种接头应当适于简便、可重复地应用于包括此类高压 绕组的电机的制造、安装或维修过程。这通过权利要求1的导言中的 一种高压绕组来实现，其特征由权利要求1的特征或特征说明部分来 说明。本发明的另一个目的是提供一种在制造、安装、维修或其它维 护或修理工作中用于连接绝缘导体的方法，其中所述绝缘导体包括于 这种高压绕组中，并且包括多个相互之间保持电绝缘的绞合线。这一 目的根据权利要求14的导言来实现，其特征由权利要求14的特征或 特征说明部分来说明。此外本发明的另一个目的是提供一种包括这种 高压绕组的电机。这种电机在权利要求26中确定。根据本发明，电 机所用的高压绕组包括至少一个连接起来的、多绞合线的、电绝缘的 导体，并且其特征在于多绞合线绝缘导体包括一个具有多个导线的芯 线、电绝缘的多根绞合线以及一个多层式导体绝缘层，导体绝缘层包 围着复合式多绞合线式导体芯线，使导体实现电绝缘，并且导体绝缘 层包括一个封装着导体芯线的内半导体层、一个包围着内半导体层的 固体绝缘层和一个位于固体绝缘层外侧的第二外半导体层，所有所述 绞合线在接头处相互保持电接触。关于高压绕组的本发明的这一方面 的其它实施方案的特征由权利要求2至13的特征说明。关于本发明 的方法的其它进展情况的特征由权利要求15至25的特征说明。

根据本发明，具有包括一个连接起来的、多绞合线的、电绝缘的 电缆的电机，其中接头具有两个相互保持电接触并相连的导体部分， 带有一个多导线式绝缘电缆。电缆包括一个具有多根相互之间保持电 绝缘的导线(绞合线)的导体、绞合线以及一个包围着复合式多导线 式导体的多层式电缆绝缘层。电缆绝缘层包括一个封装着导体的第一 内半导体层，一个包围着内半导体层的固体绝缘材料层以及一个包围 着固体绝缘材料层的第二外半导体层，其中在接头处每个电缆芯线的 所有绞合线互相保持电接触。优选地，这可通过具有稳定的导电接头 的一个或两个电缆芯线来实现，其中导电接头连接于电缆芯线的端面 上，接头能使得包括电缆芯线的所有绞合线结合在一起并使它们保持 电绝缘。另外，这还可以通过在绞合线之间建立稳定的电接触点来实 现。

根据本发明的一个实施方案，通过将一个粘合导电粘结相层如金 属焊料涂于电缆芯线的端面上而提供了一种稳定的导电接头。优选使 用软焊料如银基软焊料。通过涂于电缆芯线端面的粘合导电粘结相 层，就可以保证绝缘的绞合线保持电接触并结合在一起。根据一个优 选实施方案，导电粘结相层与一个连接于端面和该层的导电体相连， 所述导电体优选为电缆芯线上所带连接套管的一部分。

根据另一个实施方案，固体导电接头包括一个导电体，它通过摩 擦焊接法连接于电缆芯线的端面上，所述导电体具有一个与所有绞合 线端面相连的基本为金属的粘结层。优选地，导电体构成电缆芯线上 所带的连接套管的一部分。

根据本发明的一个实施方案，对于插入连接套管中的电缆芯线， 可以建立电缆芯线中的绞合线之间的稳定电接触点，其中包括于电缆 芯线中的绝缘绞合线在插入后或插入时发生变形从而使得通过这种 变形，在绞合线之间以及外侧绞合线与所连接的连接套管之间建立了 稳定的电接触点。优选地，所连接的连接套管也发生变形，例如通过 将其夹紧于所插入的电缆芯线上而进行。根据本发明的另一个实施方 案，为了保证建立稳定的电触点，将坚硬、锐利的导电粒子在电缆芯 线的端部施加于绞合线上并进入绝缘层中，优选地，这些坚硬、锐利 的导电粒子包括一种导电陶瓷如钛的氮化物或碳化物，它们被适当地 施于绞合线的绝缘层上，散布于导电接触油脂中。根据另一个实施方 案，至少一部分插入套管中的电缆芯线发生扭曲，以便通过这种扭 曲，使扭曲的部分中的绞合线发生变形从而使绞合线绝缘层通过这种 变形而完全或部分除去，并将套管紧压在扭曲的导体部分上。当然， 也可以组合使用扭过的电缆芯线和坚硬的导电粒子以在所有胶合线 之间建立稳定的电接触点。

根据一个实施方案，接头包括一个带有一个连接套管的第一电缆 芯线。这种连接套管在其自身及电缆芯线的端面上带有一个尖头，当 接头形成时，尖头插入相对的第二电缆芯线中。因此第二电缆芯线由 一个夹紧装置夹在一起，以便使得插入的连接套管的尖头基本与第二 电缆芯线的所有绞合线保持电接触。第一电缆芯线的所有绞合线相互 之间以及与连接套管的电接触通过任一前述实施方案来实现。在带有 尖头的连接套管安装好并保持接触后，就将已接触好的连接套管的尖 头插入第二电缆芯线中。第二电缆芯线利用一个夹紧装置夹在一起， 以便使得插入的连接套管的尖头能基本与第二电缆芯线的所有绞合 线保持接触。

为在包括高压绕组的电机的制造或维修期间将多导线式电绝缘 的电缆连接起来，通过使包括于本发明的高压绕组中的绝缘多导线式 电缆的两根电缆芯线连接起来并保持电接触，构成接头的各部分的所 有导线、绞合线相互之间就形成了稳定的电接触，从而可以保证两根 电缆芯线相互之间保持电接触。这种多导线式绝缘电缆包括一个带有 多个彼此电绝缘的导线的芯线。绞合线和一个包围着复合式多导线式 导体的多层式电缆绝缘层。电缆绝缘层包括一个包围着导体的第一内 半导体层、一个包围着内半导体层的固体绝缘层以及一个包围着固体 绝缘层的第二外半导体层。

根据本发明的方法的一个优选实施方案，导电接头连接于电缆芯 线的端面上，从而使得包括于电缆芯线中的所有绞合线结合在一起并 且彼此保持稳定的电接触。优选地，这通过将一层导电粘结相如导电 金属焊料涂于多导线式电缆芯线的端面上来实现。为降低接头的电 阻，在某些情况下，一个导电体利用粘结相与电缆芯线的端面粘合在 一起。为实现这一点，利用以由软焊料如银基软焊料构成为宜的所用 的粘结相层，而将导电体连接于电缆芯线的端面上，并与绞合线的端 面连接并保持接触。另外可通过摩擦焊接方法将导电体连接于电缆芯 线的端面上，并与绞合线的端面连接并保持接触。优选地导电体是由 导电材料构成的连接套管的一部分，从而使它与绞合线的端面连接并 保持接触。

另外，可将电缆芯线插入连接套筒中，在它上面绞合线发生变形 从而使得可在绞合线之间以及外侧绞合线与套管之间建立稳定的电 接触点。优选地，套管适当地通过将其夹在电缆芯线上，也发生变形。 为了保证在只能有限变形或者由于某些原因例如加在绞合线上的绝 缘层具有较高韧性和粘合力因而绝缘层不能破裂或除去，因此绞合线 之间不能露出足够的接触表面的情况下，也能建立稳定的电接触点， 根据本发明，在将电缆芯线插入套管之前将坚硬的导电粒子施于电绝 缘的绞合线上。在有限变形的情况下，这些粒子将会透过绝缘层，从 而利用坚硬的粒子在绞合线之间以及外侧绞合线之间建立电接触 点。施加粒子的优选的、特别适用的方法是将粒子散布于导电接触油 脂中，随后将包含所散布的粒子的接触油脂置于绞合线上。当然粒子 也可以从任何其它适用的方法施加，例如干式喷射粒子或者对散布于 溶剂中的粒子通过喷射、浸渍等方法进行。粒子也可在使绞合线绝缘 之前就已散布于绞合线绝缘层中，只要这符合对绞合线彼此间的电绝 缘方面的要求。

根据一个实施方案，绞合线和绞合线绝缘层进行变形以便将绞合 线上的至少部分绝缘层除去，从而通过使电缆芯线在电缆芯线的端面 处的一部分发生扭曲以便使绞合线和绞合线绝缘层因扭曲而发生变 形而将绞合线绝缘层全部或部分除去，因而在电缆芯线的绞合线之间 形成接触面，随后电缆芯线被插入套管中。其后套管受到压缩，至少 压在扭过的部分上，因而在该扭过的部分中在绞合线之间以及外侧绞 合线与套管之间建立稳定的电接触点。当然在存在坚硬粒子的情况下 也可使电缆芯线扭曲，以便如上所述，保证建立足够多并且足够稳定 的电接触点。

也适于采用能迅速除去绞合线上带有的至少部分绝缘层从而在 靠在其它绞合线上的该绞合线形成接触面积，并且基本上不存在绝缘 层残渣和任何处理介质的方法。例如，可将电缆芯线迅速冷却从而使 绝缘层变脆并且全部或部分破裂，因而通过剥落使绞合线的至少部分 表面露出。剥落可与低温处理同时进行或者在其后的变形过程中进 行。优选地，低温处理通过以下方法进行，将电缆芯线的端部暴露于 冷却空气或气流如液态氮或干冰的过冷液体流中，或者利用气体膨胀 时产生的冷却效应，Rank原理来进行。

在一个实施方案中，一个第一电缆芯线被插入带有一个尖头的连 接套管中并与其保证接触。带有的尖头意味着连接套管包括一个具有 适当形状的凸出装置，从而使得当它插入第二电缆芯线中时，它或者 直接或者在将第二电缆芯线束紧于插入的尖头上后，与第二电缆芯线 中所有的绞合线形成电接触。第一电缆芯线的所有绞合线相互之间以 及与连接套管的电接触通过任一种前述方法来实现。在带有尖头的连 接套管已安放好并保持接触后，保持接触的连接套管的所述尖头就被 插入第二电缆芯线中，第二电缆芯线在插入时或插入后，利用夹紧装 置夹在一起，从而使得插入的连接套管的尖头基本与第二电缆芯线的 所有绞合线保持接触。

本发明还涉及一种包括一个高压绕组的电机。优选地，包括一个 高压绕组并适用于电力的发电、传输或分配过程的电机，例如发电 机、变压器、反应器或电机，在电力生产设备、电力传输设备或电力 分配网络中，构成了一个生产者或者一个用户。本发明还涉及一种电 机如位于大电力用户例如较大工厂中的电动机、变压器、反应器或其 它电机。

附图

将参照附图在下文中对本发明进行更详细的描述并利用一个优 选实施方案来举例说明。

图1示出了为包括于本发明的一种高压绕组中的类型的高压电缆 的横截图；

图2a详细示出了包括于本发明的一个实施方案中的一种电缆芯 线，根据本发明的一个实施方案，它带有一层加于绞合线的端面上的 电绝缘材料，图2b示出了带有一个通过导电粘结相连接于绞合线的 端面上并与其保持接触的导电体的另一个实施方案。

图3示出了包括于本发明的一个实施方案中的一种电缆芯线，其 中导电体利用摩擦焊接方法连接于绞合线的端面上。

图4a和4b详细示出了包括于本发明的一个实施方案中的带有一 个中间绝缘层的两根绞合线。在图4a中，一种包括坚硬导电粒子的 混合物被加于绝缘层中，而如图4b所示，在发生变形之后它穿过了 绝缘层从而在绞合线之间建立了稳定的电接触点。

图5a、5b、5c和5d示出了本发明的一个实施方案，它包括一种 带有发生扭曲变形的绞合线的电缆芯线。通过扭曲在绞合线之间建立 了稳定的电接触点。

图6示出了穿过本发明一个实施方案的连接起来的高压电缆的纵 截面，其中第一电缆芯线包括一个具有一个插入第二电缆芯线中的尖 头的连接套管。

附图说明