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 Isolatoren<B>19</B> 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 <B>10</B> 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 <B>25</B> 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.
Transformer, especially for high power and high voltage. The dimensions of the transformers for large outputs of over 10,000 kW and for voltages of 100 kV and above are primarily due to the large insulating distances that are required for both types of construction that are still common today.
This construction ax is in three phases; characterized you: raw three upright columns arranged in one plane, which exercise and are connected at the bottom by a cross yoke each;
by a low-voltage winding usually pushed over the column and an external high-voltage winding;
by means of insulating cylinders between the winding and iron core as well as between the two windings, if necessary also outside the high-voltage winding, the insulating cylinders being at a certain distance from one another and from the coils: in order to ensure good oil circulation;
by means of a large, pressure-tight oil box and means for re-cooling the oil; through cable-like insulated connection lines inside the box and through .gewalÜge Durohleituugsisolatoren to the H,
he execution of the high-voltage lines through the cover to the connection terminals. In addition, there are various stiffeners and protective devices, as well as oil treatment and transport aids, which should not be specifically mentioned here.
Since the iron core stands on the bottom of the, it must be earthed for safety reasons. So it is necessary, between the yokes: and:
to maintain a sufficient insulation distance between the winding ends, the so-called end distance. Furthermore, a considerable insulating distance between the surface of the high-voltage winding and the box wall is required.
And in particular, the supply and connection lines on the high-voltage side require considerable space inside the box.
All these isolation distances require a certain minimum size of the transformer, its box and its amount of oil.
In addition, there are transport difficulties, and so far one has been forced to build special wagons for rail and road transport of the large transformers and, on the other hand, to design the transformers so that
that the prescribed passage profiles are not exceeded. Since it is practically unenvünselht to send large transformers disassembled into individual parts, at least the insulators have been made removable or moved to the narrow side of the box, or the box cover has been replaced by a makeshift flat cover for shipping.
The way to replace the three-phase transformer with three single-phase transformers is un-, virtscha.ft- borrowed and increases the space required for a given power; Likewise, the way to distribute the power over several transformers.
The invention enables the construction of a large transformer for extra high voltages, which is given much smaller dimensions. This can be achieved by giving either the core or the box high voltage potential and, starting from this, the potential between the box and the box in a radial direction from high voltage potential -1 to
Earth potential reduced, and that the potential can theoretically drop either from the core to the box or from the box to the core.
For the invention it follows that, in order to obtain a potential graduation, the iron bern is divided into mutually insulated parts by means of gaps running essentially parallel to the column axis, which are electrically connected to points the -g'iclklurrg can be brought to different potentials.
In Fig. 1 of the drawing is shown as an exemplary embodiment for the invention, the longitudinal section of an oil transformer, on which it can be shown what further advantages, apart from space.
The new design possesses weight, material and cost savings and how these advantages have been achieved. Fig. 2 shows the known triangular arrangement of the cores of a three-phase transformer, which is particularly advantageous when using the structure of the transformer according to the invention,
Among other things, because you can accommodate two columns next to each other in the track profile even with a very large pipe. In Fig. 3 the variant of a detail is shown. 4 illustrates the example of a transformer according to the invention which can be regulated on the high voltage side.
According to Fig. 1, the column 1 of the core is cylindrical and laminated radially or involute, which is known to result in a very low magnetization current due to the large active transition area at the butt joints surrounding the column.
The tubular channel 2 in the middle of the column is made usable for the oil circulation. This column 1 is closed at 3 directly to the high-voltage terminal 4 of the transformer a.n- and therefore has high-voltage potential, as does the ring-shaped part 5 directly connected to it,
which establishes the mag netic connection between the column 1 and the lower yoke 6 and can also be laminated if advantageous radially or involute.
The corresponding ring piece 7 of the upper yoke 9 is isolated from the column 1 by a high-voltage Iiabel insulation 9,
which is firmly wound on the column 1 and has sufficient breakdown resistance against the entire phase voltage. A second insulating jacket 10 is wound onto the yoke rings 5, 7 and the (Yberapanungsss-ioklung 11,
which is arranged between the two rings 5 and 7. It is conductively connected at the bottom at 12 to the lower yoke ring 5 and at the upper end at 13 to the upper yoke ring 7 and wound in horizontal layers so that its potential decreases steadily from 5 to 7.
The winding 11 is penetrated by a concentric cooling slot 1! 4, the slot openings 1.5 in the yoke rings 5 and 7 speak accordingly. so that cooling oil can circulate through the winding.
Between the two yokes. 6 and 8, the 1-inch voltage winding 16 is arranged as an outer wall. Its distance 17 from the wall of the oil box 18 is to be measured depending on the height of its savings.
With three-phase current, the upper. Yoke rings 7 of the three phases connected to a neutral point and grounded if necessary. In this case the isolation 1.0 above can be between; Yoke ring 7 and yoke 8 are omitted.
Since the core 1, 5, 6, 7, 8 is partly high-voltage, it is carried by strong insulators <B> 19 </B> .. which can consist of alternately stacked wooden and chipboard panels. Likewise, the core is supported at the top against the cover 22 by insulators 20 with the interposition of springs 21 which absorb the thermal expansion and short-circuit forces.
The potential distribution for the one shown. The transformer is therefore as follows: The inner column 1 has high voltage potential, as does the lower yoke ring 5;
this decreases upwards on the way through the high-voltage winding 11 until: f the zero point potential on which the upper yoke ring 7 is located; The winding. 16 has the potential corresponding to the undervoltage, and the two yokes 6 and 8 as well as the box 18 with its cover 22 are connected to earth.
To the qOl in thicker; Finishing not to be stressed too high, the two cable insulation 9 and 10 on the iron parts 1, 5, 7, and on the coil 11 must be fully wound; their thickness depends on the required test voltage. Because of :
the electrical oil stress at the ends, it is also advisable to let the insulating jackets 9, 10 according to FIG. 3 thicken outwards and accordingly to give the gaps on the abutting surfaces of the yoke rings 5, 7 a wedge-shaped cross-section and the corners in a known manner a protective ring 3,
2 to cover. The oil rises automatically through the core duct 2 and the winding and yoke ring braids 14, 15 and sinks in the space 17 between box 18 and low voltage winding 16 and possibly through the cooling elements such as radiators and. the like. off again.
Fig. 2 shows the floor plan of a three-phase, entranssformato, rs with triangularly arranged columns and two unequal sized yokes similar to one another, of which the upper 8 is the earthed: star point of the upper voltage winding:
g 11 forms so that the upper yoke rings 7 can be omitted. The upper yoke 8 is therefore only protruded upwards by the insulating cylinder 9,
while the outer insulating jacket 10 extends to its lower end face. The notches .2i3 and 2d of the yokes @ 6 and 8 not only serve to circulate the oil, but also for the passage of the
bolt not shown here for the sake of clarity.
Since the outer insulation jacket <B> 10 </B> is subjected to decreasing loads from bottom to top when the zero point is grounded, its wall thickness can be reduced from bottom to top. If you want to avoid the conduction of electricity through the active iron.,
you can lay a special non-insulated or weakly insulated connecting conductor from terminal 4 through column 1 or its central channel 2, or you can replace one of the iron sheets with a copper sheet, to which
the clamp and. the windings are connected.
With the new design, taps on the high-voltage winding would disrupt the regular potential distribution. However, in order to still be able to regulate on the side of the high-voltage chip, the known type of regulation with a separate winding section can advantageously be used for regulation.
as is shown schematically in FIG. 4, for example. Then the part <B> 25 </B> of the upper voltage winding to be controlled is separated from the main winding 11 by an intermediate yoke ring 2! 6 and by a corresponding outer intermediate connection 2,
7 magnetically separated. The high-voltage regen winding is of a low-voltage primary winding 21 & to give that of a. controllable voltage divider 29 is fed, either in the sense of or against the sense of the main voltage,
if connection and counter connection is required. The voltage divider 29 is connected to the undervoltage: 1G of the transformer: it can be a controllable transformer with or without stages, or an induction regulator.
The high voltage value 11 is a at point I? with the lower Joohring 5 and at point 30 with the Zwischenjoehring 2t>, the upper tension side .ge @e: Gehvichlung 25 at point 31 with the Zwischenjoohring 2 (i and at point 13 with the upper yoke ring i connected. At the radial This does not change the potential distribution.
The drawing shows the practically more important case that the potential decreases gradually from the inside to the outside, i.e. from the column to the oil box. However, if you want to let the potential decrease from the outside to the inside, at least one of the two yokes is electrically connected to the winding end of the higher potential and the column is connected to the winding end of the lower potential.
Three or three-winding transformers produced according to the invention receive correspondingly more concentric yoke rings and insulating jackets. This is the best way to build them. that inside the upper tension. in the middle the medium voltage and outside the. Undervoltage is arranged in order to obtain the gradual potential reduction from the inside to the outside again.
In certain cases the horizontal arrangement of the core is preferable, but then generally requires an artificial oil circulation. Even dry-type transformers can advantageously be built according to the invention.
To conclude, noeli emphasized the special advantages of the design. The arrangement enables a particularly small distance between turns;
the end distances between the ends of the overvoltage fluctuations and the yokes fall. continued, as well as the high-voltage supply and connection cables. The insulating jackets 9.
1I), wound from paper like an oil cable insulation, are essentially 11111! stressed on penetration. All of this reduces the level of fitness and the required oil. Since the low-voltage sound is also on the outside, the oil box can have a very compact shape.
The result is significant material savings. In addition, the iron losses and the cost of copper are much lower than with the previous high voltage large transformers. Since the butt joint induction can be kept very small, large air gaps can be afforded. The small butt joint induction also results in a strong reduction in the niagneti-like noises.
Since in 31a, the iron-ampere turns strongly decrease compared to the air-ampere turns, the transformer is practically harmonic-free. The large iron bodies used as entrance signs provide natural protection against bouncing waves. so that special protective measures are not necessary.