CH331334A

CH331334A - Leistungstransformator

Info

Publication number: CH331334A
Authority: CH
Inventors: Alfred Dipl Ing Imhof
Original assignee: Moser Glaser & Co Ag
Priority date: 1954-02-05
Filing date: 1954-02-05
Publication date: 1958-07-15

Description

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Leistungstransformator Gegenstandder Erfindung ist ein Leistungstransformator mit einem neuartigen Isolationsaufbau. Zwar werden an sich bekannte Isolierstoffe verwendet, aber nun so disponiert, dass die gesamte Isolation der Wieklun- gen durch ein nur quer durchsetzendes elektrisches Feld beansprucht ist und somit. keine spannungsbeanspruchten Grenzflächen von festem und flüssigem oder festem und gasförmigem Dielektrikum vorhanden sind, ausgenommen am luftseitigen Ende der Durchführungen.

Dies wird erreicht, indem um mindestens die eine der Transformatorwicklungen jeder Phase, vorzugsweise die für Hochspannung zu isolierenden, und die ihr zugeordneten Kühlkanäle für ein fliessbares Kühldielektri- kam eine elektrische Isolation sieh schliesst aus aufgewundenem Foliendielektrikum, und dass diese Isolation bis zum Überschlagsteil der Hochspannungszuführungen von einer anliegenden Metallhülle völlig umkapselt ist. Auch die Isolation der Hoehspannungszu- tührungen besteht. aus dem aufgewundenen Foliendielektrikum in kontinuierlicher Fortsetzung der Wieklungsisolation, wie man sie vom Stromwandlerbau her kennt.

Es sind bereits Stromwandler bekannt, welche in dieser Weise isoliert sind. Aber das Problem ist dort dadurch sehr viel einfacher als bei Leistungstransformatoren, dass die zu isolierende Wicklung kleine Abmessungen aufweist und die Kühlung keine primäre Rolle spielt. Auch Leistungstransformatoren nach Schweizer Patent Nr. 313454 weisen nur Querbeanspruchungen auf. Indes erlaubt jenes Dielektrikum erfahrungsgemäss nicht, grosse Wicklungen zu isolieren, vor allem der thermischen Schrumpfung wegen, weshalb jene Erfindung eine Unterteilung in mehrere für sich isolierte Spulengruppen vornimmt. Doch auch damit ist die Transforma- torleistung eng begrenzt, da es kaum möglich ist, Spulen mit. sehr grossem Durchmesser einzugiessen.

Die vorliegende Erfindung löst das Problem auch fär die allerhöchsten Betriebsspannungen und grössten in der Technik vorkommenden Leistungen.

Uni Leistungstransformatoren nach der vorliegenden Erfindung in rationeller Weise zu bauen, sind auch neuartige Vorrichtungen nötig, die deshalb ebenfalls Gegenstand der Erfindung sind.

Die Zuleitungen können, soweit sie nicht Leitungsenden darstellen, als Kabel ausgeführt werden, an den Enden sind sie dann als Kabelendv erschlüsse ausgebildet und im Falle hoher Spannung in bekannter Weise mit ka- pazitiver Steuerung versehen, oder zu Keilen verdickt, oder mit Spreizflanschen versehen.

Das aufgewickelte Foliendielektrikumkann vorzugsweise aus Papierband bestehen. Papier gibt, mit guten -flüssigen oder gasförmigen Dielektriken imprägniert, eine wirtschaftliche und in dielektrischer Hinsicht ausserordent-

lich gute Isolation. Neuerdings kennt man aber auch Folien aus mineralischen Fasern, z. B. Glasfasern, die zwar noch teuer sind, aber sich doch in Fällen, wo die Brandgefahr im Vordergrund des Interesses steht, wirtschaftlich verwenden lassen, weshalb sie ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung genannt sind. Ferner kann das Foliendielektrikum aus aufgebandeltem Micafolium bestehen, dessen Bindemittel - ein Lack, Kunstharz oder Asphalteompound - durch Heiss-Aufplätten erweicht und zum Binden gebraucht wird.

Micafolium besteht aus einer Trägerfolie, insbesondere Papier, und darauf in gleichmässiger Verteilung aufgeklebten Glimmerschuppen.

Wenn das isolierende Band porös ist, wie z. B. Papier, so ist das Kühlmittel gleichzeitig Imprägniermittel der Bandisolation. Da seine Menge gegenüber den üblichen Transformatoren sehr klein ist, können auch teure Isoliermittel angewandt werden wie flüssige Chlor- diphenyle und flüssige Fluorkarbone. Für besonders intensive Kühlung kann Fluorkarbon im Kühlkanal verdampft werden, da auch die Dämpfe hochisolierende Dielektrzka sind. Ferner eignen sieh als Isolier- und Kühlmittel strömende Druckgase wie Stickstoff, Argon, Wasserstoff, CO2, besonders aber auch das wegen seiner schon bei atmosphärischem Druck und mässigem Überdruck hoch durchschlagfeste Gas SF6.

Aus der Kabeltechnik ist bekannt, dass die elektrische Festigkeit ölimprägnierter Papierisolationen ganz wesentlich erhöht wird durch Anwendung eines gegenüber dem äussern Luftdruck erhöhten öldruekes. Diese Erkenntnis wird vorzugsweise für die vorliegende Erfindung angewandt, um die elektrische Festigkeit des Transformators zu erhöhen, indem man z. B. den Druck auf die Isolierflüssigkeit höher wählt als die Summe von Atmosphärendruck und Druckgefälle im Kühlsystem. Praktisch kommen Drucke von etwa 5 bis 15 at in Betracht.

Die Strömung kann mittels einer dem Isoliermedium angepassten Pumpe erwirkt werden. Wenn Umlaufleitungen verwendet werden, müssen sie mindestens teilweise aus Isoliermaterial bestehen, damit nicht Wieklun- gen kurzgeschlossen werden.

Es muss vermieden werden, dass allfälliger Metallschlamm, der in den Pumpen durch Absetzung entsteht, in die Isolationen gelangt. Dies kann z. B. durch zeitweises Einschalten einer Filtervorrichtung in die eventuellen Umlaufleitungen geschehen.

Da der erfindungsgemässe Transformator keinen Nessel im übliehen Sinne zu besitzen braucht, kann der thermisehen Ausdehnungdes Kühlmittels Rechnung getragen werden, indem die eventuelle Umlaufleitung des Kühlmittels mit einem Expansionsgefäss in Verbindung gebracht wird.

Primär- und Sekundärwieklungen können jede für sieh im Sinne der Erfindung direkt metallisch umkapselt sein. Sie können aber auch gemeinsam umkapselt sein. Sofern die eine Wicklung eine Niederspannungswicklung ist, kann sie indes auch in Luft stehen und luftgekühlt werden. Dass letztere gilt auch vom Eisenkern. Indes kann auch der Eisenkern mit Kanälen für ein Kühlmedium ausgestattet sein. Da die einzelnen aktiven Teile direkt um ihre Papierisolation herum metallisch umkapselt sind, wird es sieh als nötig erweisen, die durch die Umkapselung bedingte K urz- schlusswindungen durch Isolierfugen zu unterbrechen.

Einige Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 bis 4 dargestellt.

Fig.l zeigt einen Dreiphasen-HIoehspan- nungstransforniator, dessen Eisenkern 1 und Unterspannungswicklung ' in gewohnter Weise luftgekühlt sind, während die Oberspannungswieklung 3 im Sinne der Erfindung mit Papier 4 umbandelt und direkt anliegend durch die metallische Kapsel 5 umhüllt ist.

Die Stromzuleitungen 6 und 7 sind in Fortsetzung der Wieklungsumbandelung mit Papier bandagiert und durch je eine als Überselilagsteil der 1loehspannungszuführungen dienende Isolierhaube 8 überdeckt. 9 ist die Sternpunktsverbindung. Das Kühlmedium wird durch die -U@inlaufpunipe 10 in die zwi-

sehen den Wicklungen verbleibenden Kanäle und darnach durch den Kühler 11 getrieben. Die Stromdurchführungen können als Kühlmitteleinführungen verwendet werden, aber auch besondere Durchführungen können für diesen Zweckt angebracht sein, die in analoger W'eise isoliert sind wie die Stromdurchführungen.

Fig.2 zeigt im Sehnut, wie die Ober- spannungswicklung im Sinne der Erfindung isoliert, gekühlt und umkapselt sein kann; es bedeuten: 12 die Spulen der Wicklung 3, 1 3 die Endringe, 14 der Kühlkanal zwischen den Spulen, 4 die umhüllende Isolation, die sieh rings uni die Durchführungsrohre 6 und 7 fortsetzt unter der Bezeichnung 15 und 16. 8 ist wieder eine abschliessende, aus Giessharz bestehende Isolierhaube um 15. 5 ist die metallische Umkleidung der Isolationsschicht 4l, bestehend z. B. aus einer Bandage aus perforiertem, metallisiertem Papier und einer dieses umhüllenden Blechverkleidung.

Fig.3 zeigt einen analogen Schnitt. Im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 2 befindet sieh nun aber auch, die U nterspannungs- wicklung 2 innerhalb der metallischen Um- kapselung 5. Es bedeuten: 12 die Spulen der Oberspannungswicklung 3, 13 die Endringe dazu, 14 der Kühlkanal, begrenzt einerseits durch die zylindrischen Spulenflächen, anderseits durch ihnen zugeordnete Isolier- ringe 17, 4 die Papierisolierschicht um die Obe rspannungswicklung 3, 5 die metallische Umnkleidung, die nun gemeinsam ist für die W icklung 3 und die Unterspannungswicklung 2 mit ihrer Papierhülle 18.

Der Wicklung 2 läuft auch hier ein koaxialer Isolierkanal 14 entlang, begrenzt einerseits durch die zylindrischen Spulenflächen, anderseits durch die Isolierringe 17. Die Isolation der Hochspannungszuführungen ist hier wiederum durch eine als Überschlagsteil der Zuführung die- itende Isolierhaube 30 überdeckt, die hier z. B. aus Porzellan bestehen kann. Die Isolier- haube ist. abgedichtet und mit dem die Wiek lungsisolation imprägnierenden und Kühlkanäle durchströmenden Kühl- und Isoliermittel gefüllt. Die Isolation der Hochspan- nungszuführungen wird hier zweckmässigerweise innerhalb der Isolierhaube zu Spreiz- flanschen ausgebildet.

Gegenstand der Erfindung ist auch das Verfahren zur Herstellung von Transformatoren der beschriebenen Art, ist doch mit den bisher bekannten Maschinen und Einrichtungen der beschriebene Isolationsaufbau wenigstens bei grossen Transformatoren nicht in rationeller Weise möglich. Nach dem neuen Verfahren wird die gesamte zu isolierende Wicklung mit dem Polienband in Achsrichtung maschinell umbandelt, mit. Ausnahme, der Zonen, in denen die Hochspannungszuführungen austreten.

Diese Zonen werden unter Mitv erwendung von isolierenden Einlagestücken von Hand umbandelt Zur Ausübung des erwähnten maschinellen Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, mit deren Hilfe isolierendes Band von Vorratsrollen auf die z11 isolierende Wicklung abgerollt wird, indem die Achsen der Rollen durch ein endloses Laufband getragen sind, welches die Wicklung mit Spielraum umschliesst. Die Bezeichnung Band soll ein Sammelausdruck für alle Transportmittel sein, die wie Treibriemen ihre Bahnen durchlaufen können, wie flache Riemen, Riemen reit Trapezquerschnitt, Ketten.

Damit das Laufband in die zu isolierende Wicklung ein und ausgefahren werden kann, muss es sich öffnen und wieder schliessen lassen. Zu diesem Zweck kann z. B. das Laufband mit trennbaren. Gliedern versehen werden. Die Laufbandführungsrollen werden relativ zur Wicklung um die Wicklungsachse bewegt.

Ein Beispiel einer Vorrichtung, welche dass beschriebene Verfahren anzuwenden erlaubt, ist in Fig. 4 schematisch gezeichnet. 3 ist die zu isolierende Wicklung, 19 das Laufband mit Papiervorratsrollen 20, die auf die ganze Laufbandlänge verteilt sein können. Mit 21 sind die ablaufenden Papierbänder bezeichnet. Das Laufband ist getragen und angetrieben durch die beiden Räder 22 mit den Trägern 23. Die letzteren sind um die Achse 24 der Wieklung drehbar, aber sie können auch feststehen, und es geht dann die

Wicklung auf einer Drehscheibe. So ist es möglich, den ganzen Wicklungsumfang mit abrollendem Band zu bestreichen. Mit 25 ist das Schloss zur Öffnung des Bandes angedeutet.

So kann die ganze Wicklung bandagiert werden, mit Ausnahme der Zonen, in denen die Durchführungen austreten. Diese Teile werden durch Handarbeit bewickelt, in analoger Weise wie dies bei papierisolierten Ringstromwandlern üblich ist.

Ist der Wicklungsdurchmesser mindestens um den Durchmesser der Papiervorratsrollen grösser als die Höhe der Wicklung, so kann an Stelle des Laufbandes ein starrer Laufring von Kreisform treten.

Transformatoren nach dieser Erfindung können sehr kleine Mengen eines flüssigen oder gasförmigen Isolier- und Kühlmittels enthalten, was sich in bezug auf die Brandgefahr vorteilhaft auswirkt. Zudem können aber aus demselben Grunde die teuren un- brennbaren Isolierflüssigkeiten und Isolier- gase verwendet werden, wodurch der Transformator völlig unbrennbar wird. Da die Wicklungsisolation nur quer beansprucht ist, können die Abstände zwischen Wicklungen und Jochen des Eisenkernes relativ zur Hölle der Spannung extrem klein sein, z. B. für einen 220-kV-Transformator etwa 6 cm. Dies hat grosse Einsparungen an Material zur Folge.

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Leistungstransformator, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Phase um mindestens die eine seiner Wicklungen und die ihr zugeordneten Kühlkanäle für ein fliessbares Kühldielektrikum eine elektrische Isolation sich schliesst aus ausgewundenem Faserstoffdielektrikum, wobei diese Isolation von einer anliegenden Metallhülle bis zum Überschlagsteil der Hochspannungszuführungen völlig umkapselt ist, und das ferner die Isolation der Hochspannungszuführungen ebenfalls aus dem aufgewundenen Faserstoffdielektrikum in kontinuierlicher Fortsetzung der Wicklungsisolation besteht. II.

Verfahren zur Herstellung eines Trans- formators nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte zu isolierende Wicklung mit dem Folienband in Achsrichtung maschinell umbandelt wird, mit Aus- fahme der Zonen, in denen die Hochspannungszuführungen austreten, welche Zonen durch Handarbeit umbandelt werden unter Mitverwendung von isolierenden Einlagestücken. III. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Vorratsrollen, von denen Folienbänder auf die zu bandagierende Wicklung abgerollt wird, durch ein endloses, jedoch sich zwecks Einführung in die Wicklung öffnen lassendes, die Wicklung mit Spielraum umschlingendes Laufband getragen sind, wobei die Laufbandführungsrollen um die Wieklungsachse herum bewegt werden. UNTERANSPRÜCHE I..

Leistungstransformator nach Patent- ansprueh I, dadurch gekennzeichnet, dass das Foliendielektrikum Papier ist. 2. Leistungstransformator nach Patent- ansprueh I, dadurch gekennzeichnet, dass das Foliendielektrikum Glasfaserpapier ist. 3.

Leistungstransformator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Foliendielektrihum ein Mieafolium ist. J. Leistungstransformator nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Wicklungen, die -je aus zwei koaxialen Spulenkörben mit dazwischenliegendem Kühlkanal bestehen. 5. Leistungstran.3formator nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Wicklungen, die je aus einem Spulenkorb und koaxialen Kühlkanälen bestehen. 6. Leistungstransformator nach Patent- ansprueh I und Unteransprneh 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle durch den Spulen zugeordnete Reifen aus Isolierstoff gebildet sind. 7.

Leistungstransformator nach Patentansprueh I, gekennzeichnet durch Lagenwicklungen mit koaxialen Kühlkanälen. <Desc/Clms Page number 5> 8. Leistungstransformator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Kühl- und Imprägniermittel eine Isolierflüssigkeit ist. 9. Leistungstransformator nach Patentanspruch I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass (las strömende Kühl- und Imprägniermittel ein flüssiges Fluorkarbon ist. 10. Leistungstransformator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Kühl- und Imprägniermittel ein Gas bzw. Gasgemiseh ist, dessen Druek der erforderlichen elektrischen Festigkeit entsprechend gewählt ist. 11. Leistungstransformator nach Patentanspruch I und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Kühl- und Imprägniermittel SF6 ist. l2.

Leistungstransformator nach Patentanspruch 1 und Unteransprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömung durch eine Pumpe bewirkt wird und die Umlaufleitungen mindestens teilweise aus Isolierstoff bestehen. 13. Leistungstransformator nach Patent- anspruch I und Unteransprüchen 8 und 9, ge- kennzeichnet durch eine Reinigungsvorrichtung, die in die Umlaufleitung des Kühlmediums einsehaltbar ist. 14. Leistungstransformator nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufleitung des flüssigen Kühlmediums mit einem Expansionsgefäss versehen ist. 15. Leistungstransformator nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel durch Kühlkanäle des Eisenkernes gepumpt wird, die ein für sich geschlossenes System bilden. 16.

Leistungstransformator nach Patentanspruch I und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierflüssigkeit unter einem Druck steht, der höher ist als die Summe von äusserem Luftdruck und Druckgefälle im Kühlsystem. 17. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufband eine beheizte Plättevorriehtung mit um die Wicklung bewegt, welche die abgerollte Folie unverzüglich aufplättet. 18. Vorrichtung nach Patentanspruch III, dadureh gekennzeichnet, dass das Laufband Kreisringform hat und starr ist.