SE511358C2 - Vattenkyld krafttransformator samt förfarande för framställning av en sådan - Google Patents

Description

*511 ass 10 15 20 25 30 35 att kyla kabellindningarna. Det är viktigt med kort transportväg för värmen till det kylande mediet samt att den överförs effektivt till det kylande mediet. Det gör det viktigt att alla lindningar står i direkt kontakt med tillräcklig mängd kylande medium av lämplig temperatur.

UPPFINNINGENS SYFTE: Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en transformator av inledningsvis angivet slag vilket möjliggör vattenkylning av en kabellindad krafttransformator. Uppfinningen syftar till att kyla varje lindningsvarv i lindningarna där det kylande mediet är rätt fördelat för att klara lindningarnas olika kylbehov.

Vidare syftar uppfinningen till att eliminera tidigare bruk av oljekylning vid krafttransformatorer och härvid åstadkomma intern kylning vilken innebär lägre vikt och högre fyllfaktor som i sin tur innebär lägre kostnader.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning avser en transformator innefattande en med kabel lindad transformatorkärna, anordnad sá att lindningen är försedd med en kylkanal mellan varje lindningsvarv. Kylkana- len är vidare anordnad att transportera kylvatten för att kyla samtliga lindningsvarv i transformatorn.

Kylrören enligt uppfinningen består av elektriskt isolerande material, t.ex. förnätad polyeten i form av cirkulära s.k. PEX- rör vilka varvas med kablarna så att värmen överförs från kablarna till kylrören, huvudsakligen genom värmeledning. Genom att använda polymera rörmaterial undviks problem med inducerade spänningar och virvelströmmar i rören. Dessutom är polymera rör betydligt mer böjbara än metallrör. Vidare behöver polymera rör inte ha cirkulär form utan kan ha kvadratiskt snitt eller ha en form som innebär att de upptar hela utrymmet mellan de fyra angränsande kablarna. För att kunna leda in och leda ut 10 15 20 25 30 35 511 358 kylröret/kylslangen i varje kabelskikt lindas varje kabelskikt och seriekopplas i efterhand. Vidare är kablar och kylrör fyllt med en termiskt separat och skarvas mellanrummet mellan ledande massa.

Transformatorkärnan kan vid en uppfinning av föreliggande typ kylas med luft från i kylkanalsförsedda en fläkt och/eller med vatten som cirkulerar kylblock.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nu med hänvisningsbeteckningar i anslutning till bifogade ritningsfigurer att närmare beskrivas.

Figur 1 visar delvis i ett snitt schematiskt en trefas kraft- transformator enligt föreliggande uppfinning.

Figur 2 visar schematiskt ett snitt genom en spole med järn- kärna innefattande fyra utföringsformer 2a,2b,2c,2d en- ligt föreliggande uppfinning.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: Figur 1 visar en krafttransformator 1 försedd med tre lind- ningsspolar 2,3,4 var och en innefattande en lágspänningslind- ning 6 och en högspänningslindning 5. Lindningsspolarna 2,3,4 är lindade runt var sitt ben 22,23,24 på förbundna pà varje sida om spolarna med ett i järnkärnan Således bildar benen 22,23,24 och oken 7,8 transformatorns 1 totala järnkärna. en järnkärna vilka ben är ingående övre och undre ok 7,8.

I figur 2 visas en tvärsnittsvy pá en del av en krafttransforma- tor vilken är lindad med högspänningskablar lll att användas som transformatorlindning enligt föreliggande uppfinning. Högspä- ningskabeln 111 innefattar ett antal kardeler 112 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler 112 är anordnade i mitten av högspänningskabeln lll. Runt kardelerna Ü511 358 112 finns anordnat ett första halvledande skikt 113. Runt det I första halvledande skiktet 113 finns anordnat ett isolations- 2 skikt 114, t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 114 finns lvledande skikt 115. Begreppet högspän- anordnat ett andra ha kan innefattar således ej det : 5 ningskabel i föreliggande ansö »» yttre skyddshölje och metallskärm som normalt omger en dylik f kabel vid kraftdistribution. Högspänningskabeln 111 är lindad runt ett ben 24 vilket är förbundet med övriga ben i transformatorn genom ett ok 7. 10 Vid den lindning av högspänningskabeln, rak kabelplacering,som T: visas i utföringsformen enligt figur 2 bildas ett mellanrum 8 as av de fyra närliggande kablar- mellan kablarna vilket begräns dess andra halvledande skikt a mantelyta dvs. tt med kylkanaler för kylmedel i vilka kanaler kan vara utformade pà *“ nas 111 cylindrisk 15 115. Mellanrummet 8 är förse vätskefas, lämpligen vatten, ett av de fyra sätt som visas i figuren. v transformatorn, betecknad 2a, är 9 av tvärbunden polyeten (s.k. som verkar som en Den första utföringsformen a _ 20 försedd med cylindriska kylrör lf PEX-rör) vilka omges av ett distansmedel 10, termiskt ledande massa, vilket helt fyller ut mellanrummet 8 mellan kylröret 9 och respektive kabels 111 cylindriska mantel- yta. 25 Den andra utföringsformen av transformatorn, betecknad 2b, är d med kvadratiska kylrör 11 vi X-rör) vilka omges av ett distansme- del 10, som verkar som e kt ledande massa. Distansmedlet 10 fyller helt ut mellanrummet 8 mellan kylröret 11 och respek- tive kabel 111. Den kvadratiska formen på kylröret 11 möjliggör andegrad av mellanrummet 8 för kyländamàl. -rf försed lka också är tillverkade av tvärbunden polyeten (s.k. PE n termis 30 en större utnyttj “d Den tredje utföringsformen av transformatorn, betecknad 2c, är ed konkavt fyrkantiga kylrör 1 a kablarna. Denna form innebär att 9“_ 35 försedd m 2 vilkas sidor har samma fšä “Py krökta form som de cylindrisk *S det resterande utrymmet mellan kylrör 12 och kabel minimeras l0 15 20 25 30 35 511 358 ytterligare i förhållande till utförandet enligt den andra utföringsformen. Kylrören 12 är även vid denna utföringsform tillverkade av tvärbunden polyeten (s.k. PEX-rör) vilka även vid denna utföringsform omges av ett distansmedel 10, som verkar som en termiskt ledande massa, vilket helt fyller ut mellanrummet 8 mellan kylröret 12 och respektive kabel 111.

I samtliga de tre ovan beskrivna utföringsformerna strömmar kylmedium i form av kylvatten inuti respektive kylrör 9,11,12.

Den fjärde utföringsformen av transformatorn, betecknad 2d, är försedd med cylindriska PEX-rör 13 som kylrör vilka parvis löper inuti ett kvadratiskt isolationsrör 14 av tvärbunden polyeten (s.k. PEX-rör) 14 av distansmedel 10 vilket isolationsrör varvid PEX-rören 13 omges inuti isolationsröret 14 dessutom omges av distansmedel 10, vilket helt fyller ut mellanrummet 8 mellan kylröret 9 och respektive kabel 111. Distansmedlet 10 verkar både inuti och utanför isolationsröret 14 som en termiskt ledande massa.

Den termiskt ledande massan i form av distansmedel i samtliga beskrivna utföringsformer består av en eller tvåkomponents härdande silikongummi fyllt med värmeledande fyllmedel såsom aluminiumoxid. I ohärdat tillstànd ges materialet sådana reologiska egenskaper att det är flytande vid höga skjuvhastigheter (pumpbart) och pastös i vilotillstànd. ännu ett varv kabel lindas o.s.v. Lind- ningstrumman roterar vid lindning men kan också stå still utan att distansmedlet 10 flyter iväg. 1511 358 9,11,12 alternativt isolationsröret 14. I härdat tillstànd har (liknande modellera) att den vid massan sådan konsistens lla nt det kvarvarande mellanrummet lindning formas till att fy mellan kablarna. _ 5 Gemensamt för samtliga utföringsformer är att kylrören alltid är isolerade mot kablarna eftersom i rören s ledande och befinner sig på jordpotential. trömmande vatten som kylmedium är rnkärnan försedd med ett ok 7 och ende kylkanal gur 2 är dessutom jä 10 Enligt fi försett med en längsgà ett ben 24 varvid oket är . 11 .i |hllul 15. ket innebär att man har a för lindningarna vil krävs högre flöde lika kylrör. Vanligtvis gslindningen jämfört med de tt åstadkomma Kylbehovet är olik 15 olika vätskeflöden i o ligger invid lågspännin slindningen. För a tformas med olika diametrar, ch parallellkombinationer. i de rör som rör som ligger invid högspänning rätt flödesfördelning kan rören u alternatiivt kopplas i olika serie- o 20 rial som polyeten, polytetrafloureten Polymera kylrör kan framställas av många mate polypropen, polybuten, samt fyllda och armerade elastomerer. polyeten med hög densitet HDPE då den ad densitet. Tvärbinds polyeten, silantvärbindning eller polyvinylidenflourid, Bland dessa föredras termiska ledningsförmàgan 25 stiger med ök vilket kan ske delning av en peroxid, màgan att tåla tryck vid förhöjd stràlningsförnätning ökas för isken för spänningskorrosion försvin- genom tvär temperatur samtidigt som r ner . 30 Ingjutning av rören är nödvändigt eftersom den termiska resis- tensen mellan röret och kablarna annars blir för hög. För att öringen mellan rör och lindning fylls utrymmet med Denna kan bestå av en polymer som har 35 låg visk att fyllas med hög halt edande fyllnadsmedel innan den injiceras i utrymmet där förs till en icke flytande öka värmeöverf en tvärbindbar gjutmassa. ositet och därmed tål värmel den genom kemisk reaktion över 10 15 511 358 förening. Exempel pá lämpliga föreningar är akryl, epoxy, omättad polyester, polyuretan och silikon varav den sista föredras pga. sin ogiftighet. Värmeledande fyllnadsmedel kan exv. vara oxider av aluminium, magnesium, nitrider av bor eller aluminium, kiselkarbid. En blandning av exv. aluminiumoxid och silikon dvs. polydimetylsiloxan med vinylgrupper vilka i närvaro av en platinakatalysator reagerar järn eller zink, med vätepolydimetylsiloxan, pressas med övertryck in i hàlrummet mellan PEX-röret och lindning varefter härdning sker genom att väteatomerna adderas till vinylgrupperna.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade exemplen utan ett flertal modifikationer är tänkbara inom uppfinningens ram.

Kabelplaceringen behöver således inte vara rak utan kan vara diagonal varvid utrymmet mellan de närliggande lindningarna får ett annat utseende varvid kylrören anpassas efter denna form pà utrymme.

Claims (15)

f.|..>innåifi._...ï.nd|x.m|.l..l-mmi uiínliil» min ...m mlnnmn mmm." (nu. illiful' f äfiml :mä 511358 10 15 20 25 30 35 SE 9700339-6 8 PATENTKRAV

1. Vattenkyld krafttransformator (1) innefattande en med, företrädesvis cylinderformad, ledare lindad transformatorkärna (22, 23, 24), kännetecknad av att ledaren är utförd som en hög- spänningskabel (111) innefattande ett antal kardeler (112) i mitten av högspänningskabeln (111) och att det runt kardelerna finns anordnat ett första halvledande skikt (113), varvid runt det första halvledande skiktet finns anordnat ett isolationsskikt (114) och att det runt isolationsskiktet (114) finns anordnat ett andra halvledande skikt (115), varvid minst ett kylrör (9, 11, 12, 14) är placerat i ett genom lindningsförfarandet bildat utrymme (8) mellan varje kabel (111) varvid det mellan kylrören (9, 11, 12, 14) och kablarna kvarvarande utrymmet (8) är fyllt med en termiskt ledande massa (10).

2. Transformator enligt kravet 1, kännetecknad av att ett kylrör (9) med cirkulärt tvärsnitt är placerat i utrymmet (8).

3. Transformator enligt kravet 1, kännetecknad av att ett kylrör (11) med kvadratiskt tvärsnitt är placerat i utrymmet (8).

4. Transformator enligt kravet 1, kännetecknad av att ett fyrkantigt kylrör (12) med konkava sidor är placerat i utrymmet (8).

5. Transformator enligt kravet 1, kännetecknad av att kyl- röret (13) är omslutet av ett isolationsrör (14) fyllt med fyll- I medel (10).

6. Transformator enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att den termiskt ledande massan (10) är làgviskös vid höga skjuvhastigheter och pastöst i vilotillstànd. 10 15 20 25 30 35 511 358 SE 9700339-6 9

7. Transformator enligt kravet 6, kännetecknad av att den termiskt ledande massan (10) består av ett en- eller tvåkompo- nents härdande silikongummi försett med ett värmeledande fyll- nadsmedel.

8. Transformator enligt något av ovanstående krav, känne- tecknad av att fyllnadsmedlet utgörs av endera aluminiumoxid, bornitrid eller kiselkarbid.

9. Transformator enligt något av ovanstående krav, känne- tecknad av att kylröret (13) är tillverkat av dielektriskt mate- rial såsom polyeten, polypropen, polybuten, polyvinylidenflou- rid, polytetrafloureten eller fyllda och armerade elastomerer.

10. något av ovanstående krav, känne- tecknad av att transformatorn Transformator enligt är utförd som en krafttransforma- tor vilkens lindningen utgörs av en högspänningskabel (111).

11. högspänningskabeln (lll) Transformator enligt kravet 10, kännetecknad av att har en diameter i intervallet 20 - 200 mm och en ledningsarea i intervallet 80 - 3000 mmå

12. Transformator enligt något av ovanstående krav, känne- tecknad av att kylröret (13) är tillverkat av högdensitetspoly- eten (HDPE).

13. Transformator enligt något av ovanstående krav, känne- tecknad av att kylröret (13) är tillverkat av tvärbunden poly- eten (PEX).

14. Förfarande för framställning av en vattenkyld transfor- mator, av det slag som anges enligt något av kraven 1-13, känne- tecknat av att, a) ett första skikt med kabeln lindas, (10) lindningsvarven bildade spåren, b) en termiskt ledande massa sprutas i de mellan 511 358 SE 9700339-6 10 c) ett kylrör (9, ll, 12) eller ett isolationsrör (14) lindas i det mellan lindningsvarven bildade spåret, d) ytterligare termiskt ledande massa (10) sprutas på kylröret (9, 11, 12) alternativt isolationsröret (14), É 5 e) ytterligare ett skikt med kabel lindas, ; varvid stegen b) till e) upprepas till dess hela spolen är ä fardiglindaa. Ä

15. Förfarande för framställning av en vattenkyld transfor- lO mator av det slag som anges enligt något av kraven 1-13, känne- tecknat av att, a) ett första skikt med kabel lindas, b) ett kylrör (9,ll,l2) alternativt ett isolationsrör (14) (H11: mmm (vw h» i) vilket extruderas eller omkringgjutits med en termiskt 15 ledande massa (10) lindas på kabeln, c) den termiskt ledande massan (10) formas till anliggning »-fiimww mot kablarna när ett andra skikt med kabel lindas ett å andra varv, É varvid stegen b) och c) upprepas till dess hela spolen är fär- på 20 diqiindad. H H .E *ä få lä ïfl :HH