静态感应机及其电缆 【技术领域】
本发明涉及静态感应机，其包括
至少一个包括至少一个细长的、具有导线的软电缆的绕组，以及
在感应机工作期间，在冷却剂的帮助下转移导线中产生的多余热量的冷却装置，
其中导线为管状并围绕用于循环所述冷却剂的连续管道。
本发明也涉及用于这种感应机的电缆。
本发明尤其涉及用于系统电压超过1千伏的静态的感应机，以及用于这种感应机的电缆。
在上下本文中，“电缆”表示由固定的、连续的绝缘材料围绕的导线。
背景技术
在用于传送电能地电力系统中，采用由电缆组成绕组的静态感应机是公知的。在这里，“电力系统”表示电压超过1千伏的系统，“静态感应机”表示不旋转的感应机，即，变压器和电抗器。
已知的卷绕电缆的感应机的问题，特别是用在大电流情况下，是在工作期间有效的转移由于电缆中的导线的Joule效应损耗产生的多余热量的问题。在这里，“多余热量”表示导致感应机内的温度超过高于环境温度的预定温度的热。已知的提供冷却的方法是在绕组的匝间建立供引入的冷却剂流动的通道。通常，强制进行冷却，即，引入的冷却剂借助泵或风扇装置流动。
通过WO 98/34239 A1已知的冷却方案中，所设计的绕组具有将预定的相邻的绕组匝互相分隔开的隔离元件。从而在绕组中建立起流动通道，其中风扇装置引入通常为空气的气体来流动。在该文中，通常用导流罩将气流引导到绕组中。但是，上述的冷却装置显示出许多的缺点。首先，在绕组的匝间放置流动通道意味着绕组要占据较大的体积。这使感应机较大，在某些应用中可能是不利的，例如，在变压器中希望绕组的填充系数较高时。将气流引导到绕组中的导流罩也使感应机的尺寸显著增加，并使感应机的制造成本增加。其次，由于由流动通道隔开的相邻的绕组匝不能互相支撑，所以在绕组中的流动通道构成损害。这些损害使绕组对在电力系统中短路期间上升的力更敏感。第三，目前发展的趋势是在感应机中比以前更高的电流，这就要求在气冷感应机中比以前更高的流动速度以提供有效的冷却。这使风扇装置必须消耗大量的能源。
已知的另一个冷却装置中，流动通道用通常为聚合物材料的电绝缘材料的冷却管形成，其中冷却管从绕组匝间通过。抽取装置通过冷却管抽取液体，例如，去离子水。但是，由于流动通道增加了绕组的体积并降低了其经受短路力的能力，所以这种液冷装置表现出与上述气冷装置相同的缺点。此外，进一步的问题出现了。至少在有限的程度上，聚合物材料的液体的渗透性构成了冷却液透过冷却管渗透到围绕着电缆中的导线的绝缘层中的危险。在工作期间，由于交变电流通过导线而在导线周围产生的交变电场的作用下，冷却液可以在绝缘层中形成所谓的水树(water tree)。这是不希望出现的，因为水树的形成减弱了绝缘层的绝缘强度。在冷却管中也可以形成不希望出现的水树。
通过说明一种用于高压感应装置的电力电缆的GB 2332557 A可知另一个冷却装置。电力电缆包括流过冷却液的金属冷却管或内部支撑。其目的是将电力电缆冷却到低温，并且所述冷却管由金属组成，例如，铜和镍的合金。
但是，由导电材料的冷却管与电缆缠绕在一起的电缆卷绕的感应机显示出了很大的缺点。其缺点是在感应机中的磁通量导致在冷却管中产生电流。其结果是冷却管被加热并产生不希望的损耗。该问题随着频率和感应机工作的电力系统的额定输出而增加。
本发明的说明
本发明的目的是提供一种具有能够完全或部分克服上述缺点和问题的有新的冷却装置的静态感应机。
根据本发明的感应机和电缆的特征在于：电缆包括布置在导线中并形成所述通道的聚合物材料的冷却管。
通过布置在导线内部的通道，从而提供有效的冷却。冷却剂在靠近热源，即，电缆的导线，的地方发挥作用，前面所说的热量被冷却剂带走之前，多余的热量不会透过电缆的绝缘层，此外，冷却剂起作用的区域是在常规电缆中被称作“热点”的温度最高的区域，即，在电缆的中心部分，使冷却的效率更高。此外，设置在导线中的通道不受导线中的电流产生的交变电场的影响。因此，避免了在冷却管中水树形成的问题。此外，通过将放置在导线中的通道，相邻的绕组匝可以互相紧挨着放置，从而形成能够很好地吸收短路电力的稳定的绕组结构。
通过聚合物材料的冷却管避免了在冷却管中感应出电流。由此，根据本发明的感应机的损耗，与用导电材料的冷却管的电缆的电缆卷绕感应机相比，被显著地降低了。另外，与金属相比，聚合物材料是柔软的，从而提供容易处理的电缆，并由此有利于绕组的形成。
附图简要说明
下面结合附图进一步说明本发明，其中
图1示意性的示出了电缆卷绕的电抗器，
图2示出了根据图1形成电抗器的部分的电缆的剖开图，以及
图3示出了根据图1的电缆的端部。
实施例的说明
图1以电抗器的形式示出了电缆卷绕的静态感应机的部分。电抗器用作HVDC系统(未示出)中的换流器和HVAC系统(未示出)中的相导体之间的连接，以衰减换流器产生的谐波。电抗器包括承载卷绕的电缆1的支撑结构，未示出，从而形成围绕形成电抗器的填充空气的中心部分3的圆柱形绕组2。在该连接中，电缆1用来输送电流，以在空气芯3中产生磁通。在图2中示出了电缆的剖开部分。电缆具有基本为圆形的剖面，并包括沿电缆的纵轴放置的细长的、柔软的冷却管4、围绕冷却管4的扩散层5、围绕扩散层5的半导体层6、围绕半导体层6的导线7、围绕导线7的支撑层8和围绕支撑层8的绝缘层9。冷却管4形成占据电缆1的中心部分的通道10，在通道10中流动乙二醇和水的混合物形式的冷却剂。冷却管4由聚合物材料制成，优选交联的聚乙烯(PEX)。由于在有限的程度上聚合物材料能透过液体，所以在管的包层表面设置扩散层5，以确保乙二醇-水的混合物不会渗透到电缆1的外侧部分并在绝缘层中形成水树。扩散层5优选由聚乙烯叠层铝带组成，成螺旋型紧紧地缠绕在冷却管4上，并且在电抗器的空气芯3中的磁通只产生很小的电流。位于扩散层5上的半导体层6由混有磨碎的煤粉的聚乙烯构成，形成电缆1的导线7的子结构。导线7为管状。在所示的实施例中，导线7由多个涂漆的互相紧密排列的铝线组成，并在半导体层6上缠绕为一层。支撑层8由聚丙烯共聚物(PP共聚物)带组成，在电缆1的制造过程中缠绕在导线7上，以防止在将绝缘层9挤压到电缆1上时绝缘层9的聚合物材料进入铝线之间。绝缘层9优选由PEX组成。
电缆在两个端部11和12之间延伸，11和12分别位于螺旋状绕组2的两个相对端面的一端。在图3中示出了其中的一个端部。在端部11和12，从电缆1上去掉绝缘层9和支撑层8。在每个端部11和12，冷却管4与扩散层5一起通过半导体层6和导线7中的开口引出，并且在每个端部11和12与将乙二醇和水的混合物引导到抽取和热交换装置(未示出)的连接管(未示出)相连。在每个端部11和12，导线7与冷却管4分离之后电连接到用于连接的连接器13和14，连接器13和14分别连接到HVDC系统的换流器(未示出)和HVAC系统的一个相导体(未示出)上。
上面通过电缆卷绕的空心单相电抗器说明了本发明的原理。但是，应当理解，本发明也可用于其它类型的电缆卷绕的静态感应机，例如，电缆卷绕的三相铁心电力变压器。
在上述的实施例中，冷却剂为乙二醇和水的混合物。但是，在其它应用中，可采用其它冷却剂，例如，去离子水，或气体冷却剂，例如，空气。在某些应用中，可以省略扩散层。但是，最重要的是电缆的组成部分是柔软的，从而在感应机的制造过程中能够顺从地形成电缆。