DE102011008462A1 - Shield ring for a HVDC transformer coil or HVDC choke coil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Schirmring (24) für eine HGÜ-Transformatorspule oder eine HGÜ-Drosselspule. Diese weist einen ringförmigen Kern (28) auf, welcher eine leitfähige Oberfläche (29) hat und mit einer Schicht (30) aus Cellulosematerial umgeben ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese Schicht (30) als Komposit ausgeführt ist, wobei dieser in seinem spezifischen Widerstand im Vergleich zu unbehandeltem Cellulosematerial verringert ist. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Beaufschlagung des Schirmrings mit einem elektrischen Gleichspannungsfeld ein Spannungsabfall besser über die Schicht (30) des Schirmrings verteilt wird. Hierdurch können Belastungsspitzen verringert werden, weswegen der Schirmring (24) vorteilhaft mit einer geringeren Höhe (h) und/oder mit geringeren Radien (r) der Ecken des Querschnitts des Schirmrings und/oder mit einer geringeren Schichtdicke (s) der Schicht (30) verwendet werden kann. Vorteilhaft lässt sich dadurch der konstruktive Spielraum bei der Gestaltung des Schirmringes vergrößern sowie der Materialbedarf verringern.The invention relates to a shield ring (24) for an HVDC transformer coil or an HVDC choke coil. This has an annular core (28) which has a conductive surface (29) and is surrounded by a layer (30) of cellulose material. According to the invention, this layer (30) is designed as a composite, the resistivity of which is reduced in comparison to untreated cellulose material. This has the advantage that a voltage drop is better distributed over the layer (30) of the shield ring when the shield ring is acted on by an electrical DC voltage field. In this way, load peaks can be reduced, which is why the shield ring (24) advantageously with a lower height (h) and / or with smaller radii (r) of the corners of the cross section of the shield ring and / or with a smaller layer thickness (s) of the layer (30) can be used. This advantageously increases the constructive latitude in the design of the shield ring and reduces the material requirement.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schirmring für eine HGÜ-Transformatorspule oder eine HGÜ-Drosselspule. Dieser weist einen ringförmigen Kern mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche auf, welche normalerweise durch eine elektrisch leitfähige Schicht auf einem Isolierstoff wie z. B. Blockspan zur Verfügung gestellt wird und an einer Stelle des Umfanges des Kerns elektrisch isolierend getrennt wird. Der restliche Kern ist in diesem Fall aus dem Blockspanmaterial gebildet. Außerdem weist der Schirmring eine Schicht aus einem Cellulosematerial auf, welche insbesondere aus Papier besteht und welche den Kern vollständig einschließt.The invention relates to a shield ring for a HVDC transformer coil or a HVDC choke coil. This has an annular core with an electrically conductive surface, which normally by an electrically conductive layer on an insulating material such. B. block chip is provided and is electrically isolated at one point of the circumference of the core. The remainder of the core is formed in this case from the block chip material. In addition, the shield ring comprises a layer of a cellulosic material, which in particular consists of paper and which completely encloses the core.
Ein Schirmring der eingangs angegebenen Art ist beispielsweise gemäß der
Die Schicht wird normalerweise durch eine Papierwicklung hergestellt. Da die Papierwicklung als solche im Wesentlichen gleichmäßige Schichtdicken erzeugt, müssen die besagten Ecken mit größerem Radius und zusätzlicher Schichtdicke derart hergestellt werden, dass in diesem Bereich Einlagen beispielsweise aus Papier mit eingewickelt werden. Hierdurch entsteht ein gewisser Fertigungsaufwand, da die Einlagen vor der Umwicklung mit Papier schwer zu handhaben sind.The layer is usually made by a paper wrap. Since the paper winding as such produces substantially uniform layer thicknesses, the said corners with a larger radius and additional layer thickness must be produced in such a way that inserts of paper, for example, are wrapped in this area. This creates a certain manufacturing effort, since the deposits are difficult to handle before wrapping with paper.
Aus der
Weiterhin ist es bekannt, dass Nanokomposite auch als feldgradierendes Material verwendet werden können, wenn es darum geht, Spitzen bei der Ausbildung von elektrischen Feldern, beispielsweise an der Isolation elektrischer Leiter, zu verringern. Gemäß der
Bei einer Beanspruchung des elektrischen Leiters mit einer Wechselspannung entsteht ebenfalls ein feldgradierender Effekt, der allerdings einem anderen Mechanismus folgt. Die feldschwächende Wirkung des Nanokomposits hängt hierbei von der Permittivität des Nanokomposits ab, wobei die Permittivität ε ein Maß für die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder ist. Die Permittivität wird auch als. Dielektrizitätskonstante bzeichnet, wobei im Folgenden der Begriff „Permittivität” verwendet werden soll. Als relative Permittivität bezeichnet man das durch die Permittivitätszahl εr = ε/ε0 bezeichnete Verhältnis der Permittivität ε eines Stoffes zur elektrischen Feldkonstante ε0, welche die Permittivität des Vakuums angibt. Je höher die relative Permittivität ist, desto größer ist auch der feldschwächende Effekt des eingesetzten Stoffes im Verhältnis zum Vakuum. Im Folgenden werden nur die Permittivitätszahlen der zum Einsatz kommenden Stoffe behandelt.When the electrical conductor is subjected to an alternating voltage, a field-grading effect is also produced which, however, follows a different mechanism. The field-weakening effect of the nanocomposite depends on the permittivity of the nanocomposite, the permittivity ε being a measure of the permeability of a material for electric fields. The permittivity is also called. Dielectric constant signifies, in the following the term "permittivity" is to be used. As the relative permittivity is referred to by the relative permittivity ε r = ε / ε 0 designated ratio of the permittivity ε of the substance to the electric field constant ε 0, which indicates the permittivity of vacuum. The higher the relative permittivity, the greater the field weakening effect of the substance used in relation to the vacuum. In the following, only the permittivity figures of the substances used are dealt with.
Die
Die
Aus der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen
Eine Dotierung kann erreicht werden, indem die BNNT durch Beigabe von geeigneten Dotierstoffen dahingehend modifiziert werden, dass die Dotierstoff-Atome elektronische Zustände ausbilden, die das BNNT zu einem p-Leiter (d. h., dass elektronische Zustände ausgebildet werden, die Elektronen von der Valenzbandkante einfangen) oder zu einem n-Leiter (d. h., dass elektronische Zustände erreicht werden, die Elektronen durch thermische Anregung über die Leitungsbandkante emittieren) ausbilden. Als Dotierstoff für eine p-Dotierung kommt beispielsweise Be in Frage, als Dotierstoff für eine n-Dotierung kommt Si in Frage. Eine solche Dotierung der BNNT kann in situ erfolgen, wobei während des Wachstums der BNNT z. B. aus der Gas- oder Flüssigphase die Dotierstoff-Atome eingebaut werden. Auch ist es möglich, die Dotierung in einem weiteren Schritt nach dem Wachstum der BNNT durchzuführen, wobei die Dotierstoffe typischerweise unter dem Einfluss einer Wärmebehandlung von den BNNT aufgenommen werden. Durch Einbringung der Dotierstoffe in die BNNT kann der spezifische Widerstand auf für dotierter Halbleiter typische Werte zwischen 0,1 und 1000 Ωcm abgesenkt werden.Doping can be achieved by modifying the BNNT by adding suitable dopants such that the dopant atoms form electronic states that will make the BNNT a p-conductor (ie, electronic states that capture electrons from the valence band edge ) or to an n-conductor (ie, reaching electronic states that emit electrons by thermal excitation across the conduction band edge). As a dopant for a p-doping, for example Be comes into question, as a dopant for n-doping Si comes into question. Such doping of the BNNT can be done in situ, during the growth of the BNNT z. B. from the gas or liquid phase, the dopant atoms are incorporated. It is also possible to carry out the doping in a further step after the growth of the BNNT, wherein the dopants are typically taken up by the BNNT under the influence of a heat treatment. By introducing the dopants in the BNNT, the resistivity can be lowered to typical for doped semiconductor values between 0.1 and 1000 Ωcm.
Gemäß der der nach dem Zeitpunkt dieser Anmeldung veröffentlichten Anmeldung mit dem Aktenzeichen
Mit Blick auf die eingangs erwähnte
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schicht als Komposit ausgeführt ist, bestehend aus einem behandelten Cellulosematerial, in dem Partikel mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand ρp des unbehandelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Widerstand in einer Konzentration oberhalb der Perkolationsschwelle verteilt sind. Alternativ oder zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass in dem behandelten Cellulosematerial ein zusammenhängendes Netzwerk eines leitfähigen Polymers mit einem im Vergleich zum spezifischen Widerstand ρp des unbehandelten Cellulosematerials geringeren spezifischen Widerstand den Komposit durchzieht. Das behandelte Cellulosematerial kann in der eingangs bereits beschriebenen Weise gewonnen werden und entweder als Formkörper hergestellt werden, in den der ringförmige Kern des Schirmrings eingelegt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Papiere als behandeltes Cellulosematerial herzustellen und mit diesen anschließend den Kern in an sich bekannter Weise zu umwickeln, wobei sich aus der Wicklung die Schicht aus dem Cellulosematerial ergibt.This object is achieved according to the invention in that the layer is designed as a composite consisting of a treated cellulose material in which particles having a specific resistivity ρ p of the untreated cellulose material are distributed in a concentration above the percolation threshold. Alternatively or additionally, it can be provided according to the invention that in the treated cellulosic material a coherent network of a conductive polymer with a lower specific resistance than the specific resistance ρ p of the untreated cellulose material pervades the composite. The treated cellulosic material can be obtained in the manner already described above and either produced as a shaped body, in which the annular core of the shield ring is inserted. Another possibility is to produce papers as treated cellulose material and then to wrap these with the core in a manner known per se, resulting in the layer of the cellulose material from the winding.
Unter HGÜ-Komponenten sind derartige Komponenten zu verstehen, die zur Übertragung von Hochspannungs-Gleichströmen zum Einsatz kommen und stromführende Elemente beinhalten (HGÜ steht für Hochspannungsgleichstromübertragung). Insbesondere werden hierbei Transformatoren oder Drosseln als HGÜ-Komponenten benötigt. Allerdings sind auch Leitungsführungen zur elektrischen Verbindung verschiedener HGÜ-Komponenten erforderlich. Weitere HGÜ-Komponenten sind Trennstellen in solchen Leitungsführungen bzw. Durchführungen durch Gehäusebauteile, in denen andere HGÜ-Komponenten untergebracht sind. Neben den zu führenden Hochspannungsgleichströmen treten beispielsweise in Transformator- und Drosselspulen auch Wechselströme auf. Die HGÜ-Komponenten im Sinne dieser Erfindung sollen zur Übertragung von Hochspannungsgleichströmen von mindestens 100 KV, bevorzugt zur Übertragung von Hochspannungsgleichströmen von mehr als 500 KV geeignet sein.HVDC components are understood to mean those components which are used to transmit high-voltage direct currents and contain current-carrying elements (HVDC means high-voltage DC transmission). In particular, transformers or chokes are required as HVDC components. However, cable routing for the electrical connection of various HVDC components are required. Further HVDC components are disconnection points in such cable guides or bushings through housing components in which other HVDC components are housed. In addition to leading to high-voltage direct currents occur, for example, in transformer and choke coils and alternating currents. The HVDC components in the context of this invention should be suitable for transmitting high-voltage direct currents of at least 100 KV, preferably for the transmission of high-voltage direct currents of more than 500 KV.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des behandelten Cellulosematerials hat den Vorteil, dass der spezifische Widerstand des so entstehenden Komposits ρcomp im Vergleich zum spezifischen Widerstand ρp des unbehandelten Cellulosematerials verringert wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich der spezifische Widerstand des Komposits ρcomp an denjenigen des Öls ρo annähert oder, wie im Folgenden näher erläutert wird, ihn sogar übersteigt. Hierdurch wird erreicht, dass im Falle eines Anlegens einer Gleichspannung an der durch den Schirmring mitgebildeten Isolierstrecke für die HGÜ-Spule (d. h. HGÜ-Transformatorspule oder HGÜ-Drosselspule) ein Spannungsabfall besser auf die Komponenten aus dem Cellulosematerial und das Transformatoröl verteilt wird. Einerseits kann nämlich das Transformatoröl einen höheren Spannungsabfall verkraften, ohne dass es zu elektrischen Durchschlägen kommt. Andererseits führt eine Entlastung des Cellulosematerials dazu, dass hier die Sicherheit gegenüber Durchschlägen erhöht wird bzw. eine Papierwicklung oder eine anderweitig hergestellte Schicht am Schirmring dünner ausgeführt werden kann. Insbesondere kann in den besonders beanspruchten Bereichen der abgerundeten Ecken des Querschnitts, die von der Stirnseite der Spule abgewandt sind (insbesondere der innenliegenden abgerundeten Ecke) eine Belastung vorteilhaft stark verringert werden, so dass auf eine Unterlegung der Wicklung mit einem anderen Isolationsmaterial (insbesondere Cellulosematerial) verzichtet werden kann. Dies bewirkt, dass vorteilhaft die Fertigung des Schirmrings stark vereinfacht wird und gleichzeitig eine Sicherheit gegen einen elektrischen Durchschlag verbessert oder zumindest auf dem geforderten Niveau gehalten werden kann. Vorteilhaft ist es dabei, dass der spezifische Widerstand ρcomp des Komposits zumindest an der Oberfläche des Schirmrings höchstens 5 mal 1013 Ωm beträgt.The inventive design of the treated cellulosic material has the advantage that the specific resistance of the resulting composite ρ comp is reduced in comparison to the specific resistance ρ p of the untreated cellulose material. In this way it can be achieved that the specific resistance of the composite ρ comp approaches that of the oil ρ o or, as will be explained in more detail below, even exceeds it. This ensures that in the case of application of a DC voltage at the formed by the shield ring Isolierstrecke for the HVDC coil (ie HVDC transformer coil or HVDC choke coil) a voltage drop is better distributed to the components of the cellulosic material and the transformer oil. On the one hand, namely the transformer oil can cope with a higher voltage drop, without causing electrical breakdowns. On the other hand, a relief of the cellulosic material leads to the fact that the security against breakdowns is increased here or a paper winding or another layer produced on the shield ring can be made thinner. In particular, in the particularly stressed areas of the rounded corners of the cross section, which face away from the end face of the coil (in particular the inside rounded corner), a load can advantageously be greatly reduced, so that it is important to underlay the winding with another insulation material (in particular cellulosic material). can be waived. This has the effect that advantageously the production of the shield ring is greatly simplified and at the same time a security against electrical breakdown can be improved or at least maintained at the required level. It is advantageous in this case that the specific resistance ρ comp of the composite is at most 5 times 10 13 Ωm at least on the surface of the shield ring.
Der beschriebene, für die Erfindung wesentliche Effekt einer Entlastung des Cellulosematerials, indem der Spannungsabfall in größerem Maße auch am Transformatoröl erfolgt, lässt sich vorteilhaft gut nutzen, wenn der spezifische Widerstand ρcomp des Komposits höchstens bei 5 mal 1013 Ωm liegt. Man kann zur Nutzung dieses Effekts vorteilhaft auch einen spezifischen Widerstand ρcomp des Komposits einstellen, der das 1- bis 20-fache des spezifischen Widerstandes ρo des Transformatoröls beträgt. Besonders vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass der spezifische Widerstand ρcomp des Komposits größenordnungsmäßig dem spezifischen Widerstand von Transformatoröl entspricht. Mit größenordnungsmäßig ist gemeint, dass der spezifische Widerstand ρcomp des Komposits höchstens um eine Größenordnung von demjenigen des Transformatoröls abweicht (also höchstens um den Faktor 10).The described, for the invention essential effect of a relief of the cellulosic material by the voltage drop takes place to a greater extent on the transformer oil, can be used advantageously good if the specific resistance ρ comp of the composite at most at 5 times 10 13 Ωm lies. Advantageously, in order to utilize this effect, it is also possible to set a specific resistance ρ comp of the composite which is 1 to 20 times the specific resistance ρ o of the transformer oil. It can be provided particularly advantageously that the specific resistance ρ comp of the composite corresponds, on the order of magnitude, to the specific resistance of transformer oil. By order of magnitude, it is meant that the specific resistance ρ comp of the composite differs by at most an order of magnitude from that of the transformer oil (ie at most by a factor of 10).
Die spezifischen Widerstände ρo, ρp und ρcomp im Zusammenhang mit dieser Erfindung sollen jeweils bei Raumtemperaturen und einer herrschenden Bezugsfeldstärke von 1 kV/mm gemessen werden. Bei diesen Bedingungen liegt der spezifische Widerstand ρo zwischen 1012 und 1013 Ωm. Zu bemerken ist jedoch, dass sich der spezifische Widerstand ρo von Transformatorenöl bei einer erfindungsgemäß vorgesehenen stärkeren Belastung durch die am Transformatoröl abfallende Spannung eher verringert. Bei den im Folgenden noch näher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird daher von einem spezifischen Widerstand ρo im Transformatoröl von 1012 Ωm ausgegangen.The specific resistances ρ o , ρ p and ρ comp in the context of this invention should each be measured at room temperatures and a prevailing reference field strength of 1 kV / mm. Under these conditions, the resistivity ρ o is between 10 12 and 10 13 Ωm. It should be noted, however, that the specific resistance ρ o of transformer oil is rather reduced in the case of an inventive heavier load due to the voltage drop across the transformer oil. In the embodiments described in more detail below, it is therefore assumed that a specific resistance ρ o in the transformer oil of 10 12 Ωm.
Wichtig bei der Wahl des spezifischen Widerstandes ρcomp des Komposits an der Oberfläche des Schirmrings ist, dass in diesem Bereich der spezifische Widerstand des Transformatoröls ρo nicht wesentlich unterschritten wird. Hierdurch kann, wie bereits beschrieben, eine Angleichung der elektrischen Beanspruchung des Transformatoröls und des Cellulosematerials erfolgen. Allerdings ist es vorteilhaft auch möglich, dass der spezifische Widerstand des Cellulosematerials des Schirmrings mit zunehmenden Abstand von der Oberfläche des Schirmrings weiter abnimmt (auch auf Werte unterhalb von ρo), so dass in diesem Bereich eine gezielte Verteilung der Feldstärke ermöglicht wird. Dies trägt in besonderem Maße vorteilhaft zu einer Verringerung der elektrischen Beanspruchung im Bereich der oben bereits angesprochenen abgerundeten Ecken des Querschnitts bei.When selecting the specific resistance ρ comp of the composite on the surface of the shield ring, it is important that the specific resistance of the transformer oil ρ o is not significantly undercut in this range. As a result, as already described, an equalization of the electrical load on the transformer oil and the cellulosic material can take place. However, it is also advantageously possible for the specific resistance of the cellulose material of the shielding ring to decrease further with increasing distance from the surface of the shielding ring (also to values below ρ o ), so that a targeted distribution of the field strength is made possible in this area. This contributes particularly advantageously to a reduction in the electrical stress in the region of the above-mentioned rounded corners of the cross section.
Um eine ungleichmäßige Verteilung des spezifischen Widerstandes ρcomp über die Schichtdicke am Schirmring zu erreichen, ist es vorteilhaft möglich, dass der spezifische Widerstand von benachbarten, die Schicht bildenden Schichtlagen abgestuft ist, wobei die Schichtlage oder die Schichtlagen mit dem geringsten spezifischen Widerstand an den Kern angrenzen. Die Lagen können beispielsweise durch Wicklungen mit unterschiedlich imprägnierten Papieren entstehen. Es wird danach auf den Kern zunächst die Schichtlage mit dem geringsten spezifischen Widerstand ρcomp und danach mindestens eine Schichtlage mit einem höheren spezifischen Widerstand ρcomp aufgebracht, wobei vorteilhaft die letzte Lage, die die Oberfläche des Stirnrings bildet, zumindest größenordnungsmäßig dem spezifischen Widerstand von Transformatoröl entsprechen kann. Als Schichtlagen im Sinne der Erfindung werden jeweils Bereiche der Schichtdicke aufgefasst, die jeweils mit demselben spezifischen Widerstand ρcomp ausgestattet sind. Dies bedeutet auch, dass diese Schichtlage durch mehrere Papierlagen gebildet werden kann. Es werden hierbei so viele Papierlagen (Wicklungslagen) gewickelt, dass die gewünschte Dicke der Schichtlage erreicht wird.In order to achieve an uneven distribution of the specific resistance ρ comp over the layer thickness on the shield ring, it is advantageously possible for the resistivity of adjacent layer layers forming the layer to be graded, with the layer layer or the layer layers having the lowest specific resistance being applied to the core adjoin. The layers can be formed, for example, by windings with differently impregnated papers. It is then applied to the core first the layer layer with the lowest specific resistance ρ comp and then at least one layer layer with a higher resistivity ρ comp , wherein advantageously the last layer forming the surface of the end ring, at least the order of magnitude of the specific resistance of transformer oil can correspond. As layer layers in the sense of the invention, in each case regions of the layer thickness are understood which are each equipped with the same specific resistance ρ comp . This also means that this layer layer can be formed by a plurality of paper layers. In this case, so many paper layers (winding layers) are wound that the desired thickness of the layer layer is achieved.
Eine andere Möglichkeit, den Schirmring mit Bereichen unterschiedlichen spezifischen Widerstandes ρcomp auszustatten, besteht darin, dass dieser aus mehreren konzentrisch ineinanderliegenden Einzelringen aufgebaut ist, wobei der innere Einzelring mit einem Cellulosematerial mit einem geringeren spezifischen Widerstand versehen ist, als der äußere Einzelring oder mehrere folgende Einzelringe. Besonders vorteilhaft werden allerdings nur zwei Einzelringe verwendet. Die Einzelringe bilden im Sinne der Erfindung gemeinsam den Schirmring, auch wenn diese baulich nicht miteinander verbunden sind. Als Schirmring im Sinne der Erfindung ist also damit die gesamte Baugruppe zu verstehen, die im Bereich der stirnseitigen Enden der Spulen vorgesehen ist und einen typischen Schirmring-Aufbau aufweist.Another possibility for equipping the shield ring with regions of different specific resistance ρ comp is that it is made up of a plurality of concentrically nested individual rings, wherein the inner single ring is provided with a cellulose material with a lower resistivity than the outer single ring or several subsequent ones individual rings. However, only two individual rings are used particularly advantageously. The individual rings together form the shield ring in the sense of the invention, even if they are structurally not connected to each other. The umbrella ring in the sense of the invention is therefore to be understood as meaning the entire assembly, which is provided in the area of the front ends of the coils and has a typical shield ring structure.
Es ist vorteilhaft, den inneren Ring mit einem geringeren spezifischen Widerstand zu versehen, als den äußeren Ring. Die die bereits beschriebene elektrische Beanspruchung der abgerundeten, dem stirnseitigen Ende der Spule abgewandten Ecken des Querschnitts des Schirmrings ist auf der Innenseite der Spule nämlich höher als auf der Außenseite. Dies kann bei der Auslegung des am Schirmring verwendeten Cellulosematerials berücksichtigt werden. Hierdurch ist vorteilhaft für den äußeren Einzelring eine Imprägnierung des Cellulosematerials mit geringerer Konzentration einstellbar, wodurch insbesondere Materialkosten eingespart werden können. Außerdem entsteht vorteilhaft ein größerer Spielraum, um das elektrische Feld in der gewünschten Weise zu gradieren.It is advantageous to provide the inner ring with a lower resistivity than the outer ring. The already described electrical stress of the rounded, the front end of the coil facing away corners of the cross section of the shield ring is on the inside of the coil namely higher than on the outside. This can be taken into account in the design of the cellulosic material used on the shield ring. As a result, an impregnation of the cellulosic material with a lower concentration is advantageously adjustable for the outer single ring, whereby in particular material costs can be saved. In addition, advantageously creates a greater latitude to grade the electric field in the desired manner.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schicht aus dem Cellulosematerial um den gesamten senkrecht zum Ringverlauf liegenden Querschnitt im Wesentlichen gleich dick ausgeführt ist. Diese Ausführung wird, wie bereis erläutert, dadurch ermöglicht, dass erfindungsgemäß der spezifische Widerstand des Cellulosematerials an die Erfordernisse einer Feldgradierung derart angepasst wird, dass die elektrische Beanspruchung besser über die einzelnen Bereiche des Schirmringes sowie das umgebende Transformatoröl verteilt wird. Unter einer im Wesentlichen gleich dicken Ausführung des Cellulosematerials soll auch eine Schicht des Schirmrings verstanden werden, die allein durch Wickeln eines Papierstreifens um den Kern erzeugt wird. Hierbei ist es naturgegeben so, dass die gewickelte Schicht auf der Innenseite des Ringes etwas dicker wird, als auf der Außenseite des Ringes, weil sich hier die benachbarten Wickelschlingen des verwendeten Papiers etwas stärker überschneiden. Im Wesentlichen ist eine gewickelte Schicht in Anbetracht des Durchmessers des zu umwickelnden Kerns allerdings als mit im Wesentlichen in gleicher Dicke ausgeführt anzusehen.A particular embodiment of the invention provides that the layer of cellulose material around the entire perpendicular to the ring profile lying cross-section is made substantially the same thickness. This embodiment is, as already explained, made possible by the fact that according to the invention the specific resistance of the cellulosic material to the requirements of a field grading is adjusted so that the electrical stress is better distributed over the individual areas of the shield ring and the surrounding transformer oil. Under a substantially equal thickness of the cellulosic material is also a layer of the umbrella ring, which is created solely by wrapping a paper strip around the core. In this case, it is natural that the wound layer on the inside of the ring is slightly thicker than on the outside of the ring, because here the adjacent winding loops of the paper used overlap somewhat more. In essence, however, considering the diameter of the core to be wrapped, a wound layer should be considered as having substantially the same thickness.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn die Schicht aus dem Cellulosematerial um den gesamten senkrecht zum Ringverlauf liegenden Querschnitt direkt auf dem Kern aufliegt. Dies bedeutet, dass auf zusätzliche Einlagen verzichtet wird, die einen zusätzlichen Fertigungsaufwand bedeuten würden. Vorteilhaft kann also der Fertigungsaufwand durch das Einsparen zusätzlicher Einlagen verringert werden. Hierdurch wird nicht nur der Fertigungsaufwand verringert, sondern es wird auch eine höhere Prozesssicherheit erreicht, da auf eine Einlage verzichtet wird, die beim Wickeln beispielsweise verrutschen könnte.Another embodiment of the invention is obtained when the layer of cellulosic material rests directly on the core around the entire cross section lying perpendicular to the ring profile. This means that is dispensed with additional deposits, which would mean additional manufacturing costs. Advantageously, therefore, the manufacturing cost can be reduced by saving additional deposits. As a result, not only the production cost is reduced, but it is also a higher process reliability achieved because it dispenses with a deposit that might slip during winding, for example.
Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Cellulosematerials ist es vorteilhaft auch möglich, dass die Höhe h des Schirmrings im Vergleich zur erforderlichen Höhe bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials anstelle des Komposits verringert ist. Eine andere Möglichkeit besteht vorteilhaft darin, dass die Dicke s der Schicht im Vergleich zur erforderlichen Dicke bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials anstelle des Komposits verringert ist. Außerdem kann auch vorgesehen werden, dass vorteilhaft der Schirmring einen rechteckigen, senkrecht zum Ringverlauf liegenden Querschnitt mit abgerundeten Ecken aufweist, wobei der Radius r dieser abgerundeten Ecken im Vergleich zum erforderlichen Radius bei Verwendung des betreffenden unbehandelten Cellulosematerials anstelle des Komposits verringert ist. Diese konstruktiven Auslegungsmerkmale können vorteilhaft aufgrund des bereits erwähnten konstruktiven Gestaltungsspielraums modifiziert werden, wobei hierbei die geometrischen Randbedingungen des Anwendungsfalls Berücksichtigung finden können. Beispielsweise ist es möglich, der Höhe h des Schirmrings bei HGÜ-Transformatoren zu verringern mit einer Isolierstrecke zu versehen, die ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Cellulosematerials bei den immer höheren Betriebsspannungen der HGÜ-Komponenten von teilweise über 1000 kV zu raumgreifend werden würden. Andererseits sind die baulichen Maximalabmessungen von HGÜ-Komponenten vorgegebenen, um beispielsweise einen Transport mit der Eisenbahn noch zu ermöglichen. Hier können Schirmringe mit verringerten geometrischen Abmessungen einen Beitrag zur Bauraumreduzierung leisten. Zu berücksichtigen ist bei der Reduzierung des Bauraums, also der Höhe h des Schirmrings oder der Dicke s der Schicht allerdings, dass insgesamt die Sicherheit gegen elektrische Durchschläge mindestens den vorgegebenen Werten noch entspricht.By using the cellulosic material according to the invention, it is also advantageously possible for the height h of the shielding ring to be reduced in comparison to the required height when using the relevant untreated cellulose material instead of the composite. Another possibility is advantageously that the thickness s of the layer is reduced compared to the required thickness when using the relevant untreated cellulose material instead of the composite. In addition, it can also be provided that advantageously the shield ring has a rectangular, perpendicular to the ring profile lying cross section with rounded corners, wherein the radius r of these rounded corners is reduced compared to the required radius when using the respective untreated cellulose material instead of the composite. These structural design features can be advantageously modified due to the aforementioned design flexibility, in which case the geometric boundary conditions of the application can be considered. For example, it is possible to reduce the height h of the shield ring in HVDC transformers with an insulating section, which would be without the use of cellulosic material according to the invention at the ever higher operating voltages of the HVDC components of more than 1000 kV to space. On the other hand, the structural maximum dimensions of HVDC components are predetermined, for example, to allow transport by rail. Umbrella rings with reduced geometric dimensions can make a contribution to reducing installation space here. When reducing the installation space, that is to say the height h of the shield ring or the thickness s of the layer, it must be taken into account, however, that overall the security against electrical breakdowns still corresponds at least to the predetermined values.
Die Verringerung der Radien r der abgerundeten Ecken des Querschnitts des Schirmrings hat vor allem den Vorteil, dass dieser mechanisch einer größeren Belastung ausgesetzt werden kann, um die einzelnen Bauteile der HGÜ-Komponente zusammen zu halten. Gleichzeitig ergibt sich die Konsequenz einer Verringerung dieser Radien auch daraus, dass Einlagen zwischen dem Kern und der diesen umgebenden Schicht eingespart werden können, so dass der Bauraum, der durch diese Einlagen benötigt würde, durch das Material des Kerns ausgefüllt ist.The reduction of the radii r of the rounded corners of the cross section of the shield ring has the particular advantage that it can be mechanically exposed to a larger load to hold the individual components of the HVDC component together. At the same time, the consequence of reducing these radii also results from the fact that deposits between the core and the surrounding layer can be saved, so that the installation space that would be required by these deposits is filled by the material of the core.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen:Further details of the invention will be described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same reference numerals and will only be explained several times as far as there are differences between the individual figures. Show it:
Eine elektrische Isolierstrecke
Die elektrische Isolation eines Transformators muss im Betriebsfall bei Anliegen einer Wechselspannung elektrische Durchbrüche verhindern. In diesem Fall ist das Isolationsverhalten der Isolierung von der Permittivität der Komponenten der Isolierung abhängig. Für Öl liegt die Permittivitätszahl εo ungefähr bei 2, für das Cellulosematerial εp bei 4. Bei einer Beanspruchung der Isolation mit einer Wechselspannung ergibt sich daher für die Belastung der einzelnen Isolationskomponenten, dass die am Öl anliegende Spannung Uo ungefähr doppelt so hoch ist, wie die am Cellulosematerial anliegende Spannung Up. Wird ein Nanokomposit verwendet, bei dem das Cellulosematerial
Gleichzeitig ist bei HGÜ-Komponenten auch die Durchschlagfestigkeit der Isolation bei Anliegen von Gleichspannungen von Bedeutung. Die Verteilung der anliegenden Spannung auf die einzelnen Isolationsbestandteile ist dann allerdings nicht mehr von der Permittivität abhängig, sondern vom spezifischen Widerstand der einzelnen Komponenten. Der spezifische Widerstand ρo von Öl liegt zwischen 1013 und 1012 Ωm. Berücksichtigt man, dass erfindungsgemäß ein größerer Teil des Spannungsabfalls zur Entlastung des Cellulosematerials im Öl erfolgen soll und dass der spezifische Widerstand des Öl sich bei Anliegen einer Spannung verringert, ist eher, wie in
Die erfindungsgemäß in das Cellulosematerial
In
Für die Wicklung
In
Weiterhin ist zu erkennen, dass die Schicht des inneren Einzelringes
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