CH202333A

CH202333A - Transformator, insbesondere für grosse Leistung und hohe Spannung.

Info

Publication number: CH202333A
Authority: CH
Inventors: Cie Aktiengesellschaft Boveri
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1937-10-20
Filing date: 1937-10-20
Publication date: 1939-01-15

Description

Transformator, insbesondere für grosse .Leistung und hohe Spannung. Die Abmessungen der Transformatoren für ,grosse Leistungen von ilber 10,000 kW und für Spannungen von 100 kV und darüber sind vor allem bedingt durch die grossen Isolierabstände, die beider bis heute üblichen Bauart erforderlich wenden.

Diese Bauaxt ist bei drei Phasen; gekennzeichnet du:roh drei in einer Ebene angeordnete, aufrecht stehende Säulen, die üben und unten durch je ein Querjoch verbunden sind;

durch eine meist über die ,Säule geschobene Unterspan- nungswicklung und eine aussenliegende Obe-r- spannungswieklung;

durch Isolierzylinder so wohl zwischen Wicklung und Eisenkern als auch zwischen den beiden Wicklungen, .ge gebenenfalls auch ausserhalb der Oberspan- nungswicklung, wobei die Isolierzylinder ge- wisse Abstände voneinander und von den Spulen haben:, um einen guten Olumlauf zu gewährleisten,;

durch einen grossen, druck festen ;Ölkasten und Mittel zur Rüükkühlung des Öls; durch kabelartig isolierte Ver- bindungsleitungen im Kasteninnern und durch .gewalÜge Durohführuugsisolatoren zur H,

erausführung der Oberspannungsleitungen durch den Deckel zu den Ansohlussklemmen. Dazu kommen noch verschiedene Versteifun gen und @Schutzvorrichtungen, .sowie Öl- behandlungs- und Transportbehelfe, die hier nicht besonders erwähnt werden sollen.

Da der Eisenkern auf .dem: Boden des steht, muss er aus Sicherhei tsgründen geerdet werden,. Es ist also -erforderlich, zwischen den Jochen: und :

den Wicklungsenden einen genügenden Isolierabstand einzuhalten, die soggenannte Enddistanz. Ferner ist ein erheb licher Isolierabstand zwischen -der Oberfläche der Oberspannungswicklung und der Kasten wand erforderlich.

Und besonders benötigen .die oberspannungsseitigen Zuf "ührungs- und Verbindungsleitungen im Innern, des ]Kastens erheblichen Platz.

Alle diese Isolierabstände bedingen eine bestimmte Mindestgrösse des Transformators, seines Kastens und seiner Ölmenge.

Dazu kommen noch BeförderungssQhwie- rigkeiten, und man war bisher gezwungen., für die Bahn.- -und Strassenbeförderung der Grosstransformatoren besondere Wagen zu bauen und anderseits die Transformatoren so zu gestalten,

dass die vorgeschriebenen Durch gangsprofile nicht überschritten -werden. Da es praktisch unenvünselht ist, Grosstransfor matoren in Einzelteile zerlegt zu versenden, hat man wenigstens die Isolatoren abnehmbar gemacht oder auf die Schmalseite des Kastens verlegt, oder man hat für den Versand den Kastendeckel durch einen behelfsmässigen flachen Deckel ersetzt.

Der Weg, den Drei- phasentransformator durch drei E inphasen- transformatoren zu ersetzen, ist un-,virtscha.ft- lieh und erhöht den Platzbedarf für eine ge- ge,bene Leistung; ebenso der Weg, die Lei stung auf mehrere Transformatoren zu ver teilen.

Die Erfindung ermöglicht den Bau eines Grosstransformators für Höchstspannungen, der wesentlich kleinere Abmessungen erhält. Dies lässt sich erreichen, wenn man entweder dem Kern oder dem Kasten Oberspannungs- potential gibt und von diesem ausgehend das Potential zwischen Kein und Kasten in ra dialer Richtung stufenic@eise vom Oberspan- nungspotentia-1 zum

Erdpotential vermindert, und zwar kann dabei das Potential theore tisch entweder vom Kern zum Kasten oder vom Kasten zum Kern abfallen.

Für die Erfindung ergibt sich daraus, da.ss., um eine Potentialstufung zu erhalten, der Eisenbern durch im -wesentlichen par allel zur Säulenachse laufende Spalte in ge- geneina.nd.er isolierte Teile unterteilt wird, die durch elektrische Verbindung mit Punk ten der -g'iclklurrg auf voneinander verschie dene Potentiale gebracht werden.

In Fig. 1 der Zeichnung ist als Au.sfüh- rungsbeispiel für die Erfindung der Längs schnitt eines OltranGformators dargestellt, an welchem gezeigt werden kann, welche wei teren Vorteile, ausser Raum-.

Gewichts-, Werkstoff- und Kostenersparnis die neue Bauart besitzt und auf welche Weise diese Vorteile erreicht worden sind. Fig. 2 zeigt die bekannte Dreieckanordnung der Kerne eines Drehstromtransformators, die bei An wendung des Aufbaues des Transformators nach der Erfindung besonders vorteilhaft ist,

unter anderem -weil man auch bei sehr grosser Leitung zwei Säulen nebeneinander im Bahnprofil unterbringen kann. In Fig. 3 ist die Variante einer Einzelheit dargestellt. Fig. 4 veranschaulicht das Beispiel eines ober- spannungsseitig regelbaren Transformators nach -der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 ist die Säule 1 des Kernes zylindrisch und radial oder evolventenförmig geblecht, wobei sich bekanntlich infolge der grossen aktiven Vbertrittsfläche an den die Säule umgebenden Stossfugen ein sehr gerin ger Magnetisierungsstrom ergibt.

Der rohr- förmige Kanal 2 in er Säulenmitte wird für die Olzirkulation nutzbar gemacht. Diese Säule 1 ist bei 3 unmittelbar an die Hoch spannungsklemme 4 des Transformators a.n- gesehlossen und besitzt daher Hochspannungs potential, ebenso wie der mit ihr unmittelbar verbundene ringförmige Teil 5,

der die mag netische Verbindung ziviselren der Säule 1 und dem untern Joch 6 herstellt und eben falls vorteilhaft radial oder evolventenförmig geblecht werden kann.

Das entsprechende Ringstück 7 des obern Joches 9 ist von der Säule 1 durch eine Hochspannungs-Iiabel- isolation 9 isoliert,

die fest auf die Säule 1 aufgewickelt ist und genügend Durchsehlags- festigkeit gegen .die gesamte Phasenspannung besitzt. Ein zweiter Isolationsmantel 10 wird auf die Jochringe 5, 7 und die (Yberapan- nungsss-ioklung 11 gewickelt,

die zwischen den beiden Ringen 5 und 7 angeordnet ist. Sie -wird unten bei 12 mit dem untern Joch- ring 5 und am obern Ende bei 13 mit dem obern Jochring 7 leitend verbunden und in horizontalen Lagen gewickelt, so dass ihr Po tential von 5 nach 7 hin stetig abnimmt.

Die Wicklung 1l ist von einem konzentrischen Kühlschlitz 1!4 durchsetzt, dem Schlitz öffnungen 1.5 in den Jochringen 5 und 7 ent sprechen. so dass dass Kühlöl durch die Wick lung hindurch zirkulieren kann.

Zwischen den 'beiden Jochen. 6 und 8 ist die 1"nter- spannungswicklung 16 als äussere Wieklun- i ,ing geordnet. Je nach der Höhe ihrer Sparr- nunist ihr Abstand 17 von der Wand des Ölkastens 18 zu bemessen.

Bei Drehstrom können die obern. Jochringe 7 der drei Phasen zu einem Sternpunkt verbunden und gege benenfalls geerdet werden. In diesem Falle kann die Isolation 1.0 oben zwischen; Jochring 7 und Joch 8 entfallen.

Da der Kern 1, 5, 6, 7, 8 zum Teil hoch- spannungsführend ist, wird er von kräftigen Isolatoren19 getragen.. die aus abwechselnd aufgeschichteten Holz- und Pressspanscheiben bestehen können. Ebenso ist der Kern oben durch Isolatoren 20 unter Zwischenschaltung von die Wärmedehnung und Kurzschluss- kräfte aufnehmenden Federn 21 gegen den Deckel 22 abgestützt.

Die Potentialverteilung bei dem dar- gestellten. Transformator ist also folgende: Die innere Säule 1 hat Oberspannungspoten- tial, ebenso der untere Jochring 5;

dieses nimmt auf dem Wege durch die Oberspan- nungswicklung 11 nach oben hin ab bis au:f das Nullpunktspotential, auf dem sich d-err obere Jochring 7 befindet; die Wicklung.16 hat .das der Unterspannung entsprechende Po,- ten-tial, und die beiden Joche 6 und 8 sowie .der Kasten 18 mit seinem Deckel 22 liegen an Erde.

Um des qOl in dickeren; Schlichten nicht zu hoch zu beanspruchen, müssen die beiden Kabelisolationen 9 und 10 auf die Eisen teile 1, 5, 7 ,sowie auf die Spule 11 satt auf gewickelt sein; ihre Dicke richtet sich nach der erforderlichen Prüfspannung. Wegen :

der elektrischen Ölbeanspruchung an den Enden empfiehlt es sich auch, die Isoliermäntel 9, 10 gemäss Fig. 3 sich nach aussen verdicken zu lassen und dementsprechend den Spalten an den Stossflächen der Jochringe 5, 7 einen keilförmigen Querschnitt zu geben und die Ecken in bekannter Weise mit einem Schutz- ring 3,

2 abzudecken. DasÖl steigt in selbst tätigem Umlauf durch den Kernkanal 2 und die Wicklungs- und Jochringsohlitze 14, 15 hoch und sinkt in dem Raum 17 zwischen Kasten 18 und Unterspannungswicklung 16 sowie gegebenenfalls durch die Kühlorgane wie Radiatoren und. dergl. wieder ab.

Fig. 2 zeigt den Grundriss eines Drei- phas,entranssformato,rs mit in Dreieck angeord neten Säulen und zwei ungleich grossen, ein ander ähnlichen Jochen, von denen das obere 8 den geerdetem :Sternpunkt der Oberspan- nungewicklun:

g 11 bildet, so dass die obern Jochringe 7 entfallen können. Das Oberjoch 8 wird daher nur vom Isolierzylinder 9 nach oben überragt,

während der äussere Isolier mantel 10 biss an seine untere Stirnfläche reicht. Die Ausspaxungen .2i3 und 2d der Joche @6 und 8 dienen nicht nur dem Ölum- lauf, sondern auch zum Durchtritt der den Eisenkern verspannenden,

hier der Deutlich keit halber nicht gezeichneten Bolzen.

Da bei @geerdetem Nullpunkt der äussere Tsoliermantel 10 von unten nach oben ab nehmend beansprucht wird, kann man seine Wandstärke von .unten nach oben abnehmen lassen. Wenn man die Stromleitung durch das aktive Eisen vermeiden will.,

kann man einen besonderen nicht- oder schwachisolier ten An@schlussleiter von der Klemme 4 durch die Säule 1 oder ihren Mittelkanal 2 hindurch verlegen, oder mau kann eines der Eisen- bleche durch ein Kupferblech ersetzen, an welches ,

die Klemme und. die Wicklungen an- geschlossen werden.

Beider neuen Bauart würden Anzapfun- gen an,der Oberspannungswicklung die regel mässige Potentialverteilung stören. Um aber trotzdem oberspaanungsssitig regeln zu kön nen, lässt sich mit Vorteil die bekannte Re- gelungsart mit einem beaonderen Wicklungs- abschnitt für die Regelung verwenden,

wie sie beispielsweise in Fig. 4 schematisch dar gestellt ist. Danach ist der zu regelnde Teil 25 der Obersp-annunglswicklung von der Hauptwicklung 11 durch einen Zwischenjoch- ring 2!6 und durch ein entsprechendes äusseres Zwisohenjoeh 2,

7 magnetisch getrennt. Die Oberspannungsregedwicklung ist von einer niedergespannten Primärwicklung 21 & um geben, die von einem. regelbaren Spannungs- teiler 29 gespeist wird, und zwar entweder im Sinne oder gegen den Sinn der Haupt- spannung,

wenn Zu- und Gegemcbaltung verlangt wird. Der Spannungsteiler 29 wird zwecl@mässib an die Unterspannung :1G des Transformators angeschlossen.: er kann ein regelbarer Transformator mit oder ohne Stu fen, oder ein Induktionsregler sein.

Die Oberspannungswieklung 11 ist a in Punkt I? mit dem untern Joohring 5 und am Punkt 30 mit dem Zwischenjoehring 2t>, die ober- spannungsseiti.ge @e:gehvichlung 25 am Punkt 31 mit dem Zwischenjoohring 2(i und am Punkt 13 mit dem obern Jochring i verbun den. An der radialen Potentialverteilung wird dadurch nichts geändert.

In der Zeichnung ist der praktisch wich tigere Fall dargestellt, dass das Potential von innen nach aussen, also von der Säule nach dem Ölkasten hin, stufenweise abnimmt. Will man jedoch das Potential von aussen nach innen abnehmen lassen, so wird wenigstens eines der beiden Joche mit dein Wicklungs- ende höheren Potentials und die Säule finit dem Wicklungsende tieferen Potentials elek trisch verbunden.

Nach der Erfindung hergestellte Drei oder 3Zehrwicklungs-Transformatoren erhal ten entsprechend weitere konzentrisebe Joch ringe und Isoliermäntel. Zweckmässig baut man sie so. dass innen die Oberspannung. in der Mitte die Mittelspannung und aussen die. Unterspannung angeordnet ist, um wieder die stufenweiso Potentialverminderung von innen nach aussen zu erhalten.

In gewissen Fällen ist die liegende An- ordnung des Kernes vorzuziehen, bedingt dann aber im allgemeinen eine künstliche Ölzirkulation. Selbst Trockentransformatoren lassen sich mit Vorteil nach der Erfindung bauen.

Zum Sehluss geien noeli die besonderen Vor züge der bgezeiehneten Bauart hervorgehoben. Die Anordnung ermöglicht einen besonders kleinen Wieldungsabstand;

die Enddistanzen zwischen den Enden der @berspannungswich- lungen und den Jochen fallen. fort, ebenso die oberspannungaführenden Zu.Ieitungs- und Verbindungskabel. Die Isoliermäntel 9.

1I), nach Art einer Ölka.belisolation aus Pa pier gewickelt, -werden im wesentlielieii 11111! auf Durchschla.g- beansprucht. Alls dies ver- mindert die Abinessuagen und die benötigte Olmen"-e. Da ferner die Niederspannungs- w ieklung aussen liegt. kann der Olkasten sehr gedrängte Form haben.

Die Folge ist eine bedeutende Werkstoffersparnis. Zudem werden die Eisenverluste, und der Kupfer aufwand viel geringer als bei den bisherigen Höchstspa.nnungs-Grosstransformatoren. Da die Stossfugeninduktion sehr klein gehalten werden kann, kann man sich grosse Luft spalte leisten. Die kleine Stossfugeninduktion hat aber auch eine starke Verminderung der niagnetisahen Geräusche zur Folge.

Da iin 31a,gnetisierungsstroin die EisenampArewin- dungen gegenüber den Luft.amperewindungen stark zurücktreten, wird der Transformator praktiseli oberwellenfrei. Die, grossen Eisen körper als Eingangsschilder bilden einen na türlichen Schutz gegen Sprungwellen. so dass sich besondere Schutzmassnahmen erübrigen.

Claims

PATENTANSPRUCH: '1.'ra.nsformator. insbesondere für grosse Leistung und hohe Spannung. dadurch ge- kennzeicbnet, dass sein Eisenkern durch im wesentlichen parallel zur Säulenachse lau fende Spalte in gegeneinander isolierte -teile zerlegt ist, die dureli elektrische Verbindung mit Punkten der M--icklung auf voneinander verschiedene Potentiale gebracht werden.

LTU TERA'#\7fiPR CCHE l.. Transformator nach Patentanspruch. da durch gekennzeichnet, dass sich die Spalte zwischen der bewickelten Säule und den Jochen befinden. ?. Transformator nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet durch eine solche Potential verteilung. dass das Potential von innen nach aussen. also von der Säule nach dem Ölkasten hin. stufenweise abnimmt.

3. Transformator nach Unteransprüchen 1 und ?, da.dureli gekennzeichnet, dass die Säule mit dem Wicklungsende höheren Potentials und wenigstens eines der bei den Joche mit dem Wicklungsende tiefe ren Potentials elektrisch verbunden ist.

4. Transformaetor nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet durch eine solche Potential verteilung, dass das Potential von aussen nach innen stufenweise abnimmt. 5. Transformator nach Unteransprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass we- nigstens eines der beiden Joche mit dem Wioklungsende höheren, Potentials und die Säule mit dem Wicklungsende tiefe ren Potentials elektrisch verbunden ist. 6.

Transformator nach Patentanspruoh, da- durch gekennzeichnet, dass die Wick- lungsenden an :den Säulenenden benaah- barten isolierten Jochteilen angeschlossen sind. 7. Transformator nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass :die zylindri schen :Säulen strahlig geblecht sind.

B. Transformator nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kernteile durch kreiszylinderförmige Spalte unter teilt sind. 9. Transformator nach Unteranspruch 8, da- ,durch :gekennzeichnet, dass sich. die Spalte nach den; Säulenenden zu verbreitern. 10.

Transformator nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass die Säulen enden von ringförmigen Eisenteilen um schlossen sind, von -denen jeder durch ringförmige .Spalte sowohl von der Säule, als auch vom Rückschlussjoch getrennt ist. 11. Transformator nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ring- förmigen Eisenteile strahlig geblecht sind.

12. Transformator nach Patentanspruch, da durch .gekennzeichnet, dass sowohl anein- andergrenzende Kernteile verschiedenen Potentials, als auch Kernteile und Wick lungen verschiedenen Potentials durch Papierwinkel voneinander getrennt sind.

18. Transformator nach Patentanspruch, da,- durch gekennzeichnet, dass die ,an die Isolierung angrenzenden Teile (Eisen und Wicklung) satt, :das heisst ohne Zwi schenraum am Isoliermaterial anliegen. 14.

Transformator nach Patentanspruch, :da,- durch gekennzeichnet, dass die Wicklun- gen, mit den angeschlossenen gemeinsam durch dieselben Isolierhülsen von den benachbarten Teilen andern Po tentials getrennt sind.

15. Transformator nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeiol-inet, dass die Dicke des Isolierwickels entsprechendab- nehmender Potentialdifferenz zwischen den benachbarten Teilen ebenfalls ab nimmt. 16. Transformator nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Teile des Kernes selbst zur .Stromleitung dienen.

17. Transformator nach Patentanspruch, :da durch gekennzeichnet, dass längs -den Kernteilen: besondere nicht- oder schwach isolierte, Verbindungsleitungen von glei chem Potential wie die Kernteile geführt sind.

18. Transformator nach Patentanspruch, da durch .gekennzeichnet, dass einzelne Bleche des als Stromleitung benutzten Kernteils aus besserleitendem Meta11 als die übri gen Bleche hergestellt sind.

19. Trans%orma;tor nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass :die zwischen Isolierhülsen eingebettete Wicklung mit längsdurchgehenden Kühlschlitzen ver sehen, ist, :

die in entsprechende Durch- -lass,öffniungen in den anschliessenden Teä- len des. Kernes münden. 20. Dreiph.aeentranssformator nach Patentan- spruch, daduroh gekennzeichnet, @dass, edie :drei :

Säulen an den, Eckpunkten eines Dreieckes angeordnet sind. 21. Dreiphasentransformatar nach Unteran- s.pruch 210, dadurch gekennzeichnet, dass die Joche .dreieckige Grundform haben und die Säulen in Form je eines ge- schlitzten: Ringes umfassen.

22. Dreiphasentransformator nach Unteran spruch 21, :dadurch gekennzeichnet, dass -die Joche eine Mittelöffnung aufweisen, die zum Durchtritt des Öls dient.