浸在絕緣液體中的電器的製作方法

2023-12-07 19:32:56 2

專利名稱：浸在絕緣液體中的電器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電器，這種電器被浸入不可燃絕緣液體中，以此來冷卻該電器並增加電器的絕緣性。
以前一項關於被浸入絕緣液體中的電感器的工藝，正如日本專利申請公開第63-241909號中示出的，其組成為一個含有一個鐵芯及一個感應線圈的電感器體，一個密封液罐。在該液罐中放有該電感器體，不可燃絕緣液體充滿了電感器體與密封液罐間空間的一部分來浸沒裡面的電感器體，空間的另一部分充滿被加壓的絕緣氣體。加壓絕緣氣體的一部分在不可燃絕緣液體中被吸收，結果加壓絕緣氣體的體積在液罐中減小。在上述以前關於浸在絕緣液體中電感器的工藝中，當由於液罐中溫度的降低而引起密封液罐中壓力降低時，被吸收的絕緣氣體返回氣體，結果絕緣液體包含許多氣泡在裡面。由於絕緣氣體的絕緣強度低於被塗覆的電感器線圈間的絕緣液體，這些絕緣氣體氣泡引起電感器中絕緣強度的降低。
本發明之目的是提供一個浸在絕緣液體中的電器，在這個電器中絕緣液體不包含或吸收氣體而且被防止汽化。
根據本發明，一個被浸入絕緣液體的電器其組成為，一個電器，一個包含該電器的密封液罐，被放置在電器與液罐間的絕緣液體，在這裡液罐包含一個可變形裝置，氣體與液體不能通過該裝置，該裝置的形狀是可變的，結果能夠接收液罐與電器間的絕緣液體的接收容積也是可變的，絕緣液體完全充滿液罐中的接收容積，而且該浸入絕緣液體的電器之進一步組成有用於調節可變形裝置形狀的加壓裝置，結果液罐中的絕緣液體的壓力被保持在一適當程度來防止絕緣液體汽化。
在根據本發明的浸入絕緣液體中的電器裡，由於液罐包含可變形裝置，氣體和液體不能通過該裝置且該裝置的形狀是可變的所以能夠接收液罐與電器間絕緣液體的接收容積是可變的，由於絕緣液體完全充滿液罐中的接收容積，所以接收容積不包含氣體在裡面因而氣體不會被接收容積中的絕緣液體所吸收。由於液罐含有可變形裝置，該裝置的形狀可變化因而接收容積也可變化，所以可變形裝置補償了接收容積的變化，甚至在液罐的形狀及電器與絕緣液體的體積由於溫度的變化而變化時，也是如此，此外，由於浸入絕緣液體中的電器進一步由用於調節可變形裝置的形狀的加壓裝置組成，因而液罐中的絕緣液體的壓力被保持在一適當程度來防止絕緣液體汽化，所以甚至在接收容積改變時，絕緣液體也不會汽化。因而，降低電器中絕緣強度的氣泡在絕緣液體中也不會產生。


圖1是一個部分剖面圖示出了根據本發明的浸入絕緣液體的電器的一個實施例。
圖2是一個示意截面圖示出了(一個感應線圖的一部分)它用在根據本發明的浸入絕緣液體的電器裡。
圖3是一曲線圖示出了用在根據本發明的浸入絕緣液體的電器裡的全氟碳(perfluorocarbon)液其沸點相對於絕對壓力的特性。
圖4和圖5是部分剖面圖，示出了根據本發明的浸入在絕緣液體的電器的可變形裝置在形狀上的改變，即可變形裝置隨溫度的改變而變形。
圖6到圖10是部分剖面圖示出了根據本發明的浸入絕緣液體的電器的其他實施例。
在根據本發明的浸入絕緣液體的電器的一個實施例中，如圖1所示，一個帶有一鐵芯2和一感應線圈3的電感器體4被包含在一密封液罐1中。不可燃並絕緣的液體與充滿了液罐1與電感器體4間的容積來使電感器體4冷卻並增加電感器體4中的絕緣強度。這個不可燃液體比如是全氟碳，其主要成分則C8F16O0液罐1包含有一散熱器6用來使由電感器體4運行所加熱的不可燃液體5冷卻。液罐容積調節裝置7被安置在液罐1的上部來調節能夠接收絕緣液體5的容積以便使其能包電感器體4，並增加絕緣液體5的壓力比如大於大氣壓。液罐容積調節裝置7帶有一個封密蓋71，它被安裝在液罐1及一個柔韌的或可變形的構件或薄片72上，氣體及液體不能通過此構件，該構件與蓋71一起限定了一個室73，並與液罐1一起限定了能夠接收絕緣液體5的液罐容積。由於可變形構件72能夠變形，能夠接收液罐1中的絕緣液體5的容積也變化。被加壓的氣體73(室73與安置在其裡面的氣體以同一參考數碼73來表示)被送入室73來壓迫可變形構件72並調節可變形構件72的形狀以便根據絕緣液體5的體積來調節液罐容積，液罐1中的絕緣液體5被加壓比如大於大氣壓力(大約0.1MPa)並小於0.3MPa。氣體73的壓力被確定到使絕緣液體5的壓力在一適當程度以防止絕緣液體5汽化，甚至在由於電感器體4或包圍液罐1的空氣的熱量而引起的絕緣液體5的溫度增加時也是如此。氣體73可以是比如空氣或絕緣氣體或惰性氣體。由於氣體73和絕緣液體5不能通過可變形構件72且絕緣液體與完全充滿能夠接收液罐1中的絕緣液體5的液罐容積，所以絕緣液體5不包含或吸引氣體。此外，甚至在絕緣液體5的溫度增加和/或液罐中的絕緣液體5的壓力降低時，也不產生氣泡。
在如圖2所示的感應線圈3的結構中，一個用於絕緣液體5的通道32在線圈3的塗覆電線31間輻射狀擴展。該絕緣液體通道32的寬度在圖2中由D來表示。
絕緣液體5在通道32中流動來冷卻電感器體，絕緣液體5的溫度因電感器體4運行所產生的熱量而增加。被加熱的絕緣液體5流向用於冷卻絕緣液體5的散熱器6，結果環繞電感器體4的絕緣液體5的溫度被保持在一較低程度。此外，絕緣液體5能有效冷卻電感器體4且絕緣液體5的絕緣特性並不降低。由於由加壓氣體通過可變形構件72對絕緣液體5加壓比如大於0.1MPa而少於0.3MPa，絕緣液體5的沸點在一較高程度，如圖3所示。因而，比如在感應線圈3的塗覆電線31間的絕緣液體通道32裡，不產生汽化的絕緣液體的汽泡，甚至在電感器體4開始運行時或甚至在塗覆電線31裡的電流迅速增加時，即甚至在絕緣液體5的溫度迅速增加時，也是如此。以這種方式，絕緣液體5的絕緣強度總是保持在一高的程度上。
此外，雖然以前工藝中絕緣液體通道的寬度D大約為5mm，根據本發明的絕緣液體通道32的寬度D可以很小比如小於2mm，由於氣體沒有被絕緣液體5吸收，汽化的絕緣液體的汽泡就不產生，且全氟碳液體(C8F16O)的運動粘滯性0.8cts大大小於礦物油的運動粘滯性7.5cts。因而，電感器體4的尺寸可以很小。
如果絕緣液體5的壓力及氣體73的壓力保持在0.1MPa和0.3MPa之間，則液罐1和蓋71不需要一個用於抵抗壓力的特殊結構。
當絕緣液體5是全氟碳液體時，由可變形構件72與蓋71所確定的室73的適當容積如下面來確定。請參照圖4和5。根據玻義耳(Boyle)和查理(Charles)定律，當周圍溫度

為-25℃，絕緣液體5的體積為VL，氣體73的體積為VG，氣體的壓力是PG1氣體73的溫度如圖4所示為T，當周圍溫度

′為80℃時，絕緣液體5的體積為VL′，氣體73的體積為VG′，氣體的壓力是PG′，氣體73的溫度T′如圖5所示，這些之間的關係用下列等式(1)，(2)和(3)來表示。
(PG＊VG)/T＝(PG′＊VG′)/T -(1) VG＝X＊VL-(2) VG′＝X＊VL-VL＊β＊(

′-

) -(3) (X是VG對於VL的比率，β是絕緣液體5的膨脹係數) 當等式(2)和(3)與(1)式結合時， (PG＊×＊VL)/T＝PG′＊VL＊｛X-β＊(

′-

)｝/T -(4) X/X-β＊(

′-

)＝(PG′＊T)/(PG＊T′) -(5) 根據等式(5)，當PG是0.1MPa，T為253(273-20℃)K，

為-20℃，PG′是0.3MPa，T′是358(273+85℃，

′是85℃而β為15.4＊10-4(1/℃)時， X＝0.3 因而，當周圍溫度

是-25℃時，室73的適當體積是絕緣液體5的體積的30%。
在這個實施例中，改進了絕緣強度的可靠性，保持了穩定的絕緣特性。此外，感應線圈的尺寸可以是小的，液罐不需要用於抵抗壓力的特別結構，而且可提供一個低成本的，浸入絕緣液體的電器。
根據本發明的浸入絕緣液體的電器的另一個實施例，如圖6所示，帶有一個液罐容積調節裝置7，該裝置包括一個箱74，箱74被可拆卸地安在液罐1上且其內部與濃罐相通，還包括一個氣球形狀的可變形構件75，該構件的體積是可變的，在該構件裡加壓氣體73被加入來調節氣球狀可變形構件75用以對絕緣濃體5加壓，而且該構件包含在箱74裡。氣體73和絕緣液體5不能通過可變形形構件75，且絕緣液體5完全充滿液罐1和箱74裡的能夠接收絕緣液體5的容積。箱74可被安置在液罐1的上部或其邊側部。在這個結構裡，改進了絕緣強度，且由於濃罐容積調節裝置7的可拆卸結構，在其運輸期間流入絕緣液體的電器的尺寸可以是小的。
根據本發明的浸入絕緣液體中的電器之另一個實施例如圖7所示帶有液罐容積調節裝置7，該裝置包括了一個氣球形可形變構件75，構件的外部體積是可變的，在這個構件中加壓氣體73被放入來調節氣球狀可變形構件75的體積用以在一適當程度對絕緣液體5加壓，而且該構件被包含在液罐1中。氣體73和絕緣液體5不能通過可變形構件75且絕緣液體5完全充滿在液罐1中能夠接收包圍電感器體4的絕緣液體5的容積。在這個結構中，改進了絕緣強度，絕緣液體5完成充滿可接收液罐1中包圍電感器體4，絕緣液體5完全充滿可接收液罐1中包圍電感器體4的絕緣液體5的容積，它的體積可以是小的。因此，浸入絕緣液體中的電器的尺寸是小的。
根據本發明的浸入絕緣液體中的電器的另一個實施例，如圖8所示，具有在圖1中示出的結構及被安置在電感器體4與液罐1間的固體絕緣構件10。在這種結構中，改進了絕緣強度，絕緣液體5之體積可以是小的，它完全充滿了可接收液罐1中包圍電感器體4的絕緣液體5的容積，由於所需絕緣液體5的體積是小的所以氣體93的體積也可以是小的。因而，浸入絕緣液體的電器之尺寸是小的。
根據本發明，浸入絕緣液體中的電器的另一個實施例，如圖9所示，具有帶鐵芯2和感應線圖3的電感器體4及包含電感器體4和散熱器6的密封液罐1。液罐容積調節裝置7被安置在液罐1的上部。液罐容積調節裝置7帶有可變形構件72，該構件與液罐1的一部分71一起限定出室73，該構件與液罐1一起限定出能夠接收絕緣液體5的液罐容積。加壓氣體被加入室73。絕緣液體5完全充滿了液罐1中能接收絕緣液5的液罐容積。固體絕緣構件10被安置在電感器體4和液罐1之間。一個第二液罐11通過導管13和壓力響應排放閥12與室73相連，只有當室73的壓力增至超過一預定度數時，壓力響應排放閥12才將第二液罐11與室73相連。這個預定度數低於液罐1或其一部分71的抵抗壓力強度。因而防止了室73或液罐1的壓力超過預定度數或超過液罐1的抵抗壓力強度，結果防止了液罐1被超過液罐1抵抗壓力強度的壓力所破壞。如果可變形構件72被損壞，絕緣液體5流向第二液罐11，結果絕緣液5不流向外邊。壓力響應排放閥12帶有一個電開關，只有當壓力響應排放閥12將室73連到第二液罐11時，電開關才切斷流向電感器體4的電源。
在根據本發明的浸入絕緣液體中的電器的另一個實施例中，如圖10所示，具有鐵芯2和感應線圈3的電感器體4被包含在密封液罐1中。不可燃的和絕緣的液體5充滿了液罐1和電感器體4間的液罐容積。液罐1含有用於冷卻不可燃液體5的散熱器6。至少有一個液罐容積調節裝置7被安置在液罐1的上部用以調節能接收在液罐1中包圍電感器體4的絕緣液體5的容積並為絕緣液體5加壓。液罐容積調節裝置7帶有一波紋管(bellows)76，波紋管被固定在液罐1上，氣體和液體不能通過該波紋管，它的內部與液罐1的內部相通與液罐1一起限定能接收絕緣液體5的液罐容積。由于波紋管76可變形來改變其內部容積，可接收液罐1中的絕緣液體5的容積也被改變。安置在液罐1與波紋管間的一個彈簧78通過一活塞盤77對波紋管76加壓來調節波紋管76的形狀，以便根據絕緣液體5的體積來調節液罐容積，在液罐1裡的絕緣液體5被加壓至比如大於大氣壓(大約為0.1MPa)並小於0.3MPa。彈簧78的壓力被確定在使絕緣液體5在一適當程度以防止絕緣液體5汽化，甚至在由電感器體或包圍液罐1的空氣的熱量所引起的絕緣液體5的溫度增加時，也是如此。絕緣液體5完全充滿液罐1中能接收絕緣液體5的容積。用於補償絕緣液體5的體積變化的一個所需體V由下列式子來確定 V＝β＊(

′-

)＊VL ＝15.4＊10-4＊105＊VL＝0.16VL 因而，波紋管76的可調節內部體積可以是絕緣液體的16%，這樣浸入絕緣液針電器的尺寸可以是小的
權利要求
1、一個浸入絕緣液體的電器其組成是，一個電容，一個包含該電器的密封液罐，被安置在電器與液罐間的絕緣液體，在這裡液罐包括可變形裝置，氣體和液體不能通過該裝置，該裝置與液罐一起形成一能夠接收液罐與電器間絕緣液體的接收容積，該裝置的形狀是可變化的使得接收容積也可變化，絕緣液體完全充滿液罐中的接收體積，浸入絕緣液體的電器進一步的組成有加壓裝置，該裝置用於調節可變形裝置使得液罐中的絕緣液體被保持在一適當程序來防止絕緣液體汽化。
2、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡由加壓裝置所增壓的絕緣液體的壓力是大於大氣壓的。
3、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡加壓裝置是壓迫可變形裝置的被加壓氣體。
4、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡加壓裝置是一個壓迫可變形裝置的彈簧。
5、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡可變形裝置是一個與液罐一起形成接收容積的韌性薄片。
6、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡可變形裝置是一與液罐一起形成接收容積的波紋管。
7、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡可變形裝置是一氣球狀構件，加壓裝置是放入氣球狀構件的被加壓氣體。
8、一個根據權利要求7的浸入絕緣液體的電器，在這裡氣球狀構件被包含在液罐中。
9、一個根據權利要求7的浸入絕緣液體的電器，在這裡浸入絕緣液體的電器包括一與液罐相通的箱，氣球狀構件被包含在箱內。
10、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡絕緣液體是不可燃的。
11、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡絕緣液體是全氟碳液體(perfluorocarbon)。
12、一個根據權利要求1的浸入絕緣液體的電器，在這裡浸入絕緣液體的電器進一步包括一第二液罐和一壓力響應排出閥，該閥只有當液罐的壓力是大於所預定的度數為使液罐壓力降低時才將第二液罐與液罐連通起來。
全文摘要
根據本發明，一個浸入絕緣液體的電器其組成為，一個電器，一個包含該電器的密封液罐，被安置在電器與液罐間的絕緣液體，在這裡，液罐包括可變形裝置，氣體和液體不能通過該裝置，該裝置的形狀是可變化的使得一個能接收液罐與電器間的絕緣液體的接收容積也是可變化的，絕緣液體完全充滿液罐中的這個接收體積，浸入絕緣液體的電器進一步的組成有加壓裝置，該裝置用於調節可變形裝置，使得液罐中的絕緣液體的壓力被保持在一適當程度用以防止絕緣液體汽化。
文檔編號H01F27/14GK1048767SQ9010451
公開日1991年1月23日 申請日期1990年7月10日 優先權日1989年7月10日
發明者中武良二, 上野善人, 坂元健, 遠藤馨 申請人:株式會社日立製作所