DE10219157A1 - Gas-insulated coiled arrangement used in transformers and self-induction coils comprises a conductor of a charging part, an insulating substance, and an insulating gas as the atmosphere of the coiled arrangement - Google Patents
Gas-insulated coiled arrangement used in transformers and self-induction coils comprises a conductor of a charging part, an insulating substance, and an insulating gas as the atmosphere of the coiled arrangementInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine gasisolierte Windungsspuleneinrichtung, beispielsweise einen Transformator oder eine Selbstinduktionsspule, die für die elektrische Energieversorgung verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine gasisolierte Windungsspuleneinrichtung mit verbesserter Durchschlagfestigkeit, welche andere Isoliergase als Schwefelhexafluoridgas (SF6) verwendet, und hierdurch das Bemühen unterstützt, die globale Erwärmung zu verringern.The present invention relates to a gas-insulated winding coil device, for example a transformer or a self-induction coil, which are used for the electrical energy supply. In particular, the present invention relates to a gas-insulated winding coil device with improved dielectric strength, which uses insulating gases other than sulfur hexafluoride gas (SF 6 ), and thereby supports the effort to reduce global warming.
Im Stand der Technik sind gasisolierte Windungsspuleneinrichtungen bekannt, welche SF6-Gas als Isoliergas verwenden. SF6-Gas weist hervorragende Isolier- und Kühleigenschaften auf, und ist sehr nützlich dazu, die Leistung gasisolierter Windungsspuleneinrichtungen zu erhöhen, und diese zu verkleinern. Allerdings weist SF6-Gas ein großes Potential in Bezug auf die globale Erwärmung auf, das etwa das 23900-fache jenes von Kohlendioxid (CO2) beträgt. Selbst die Verwendung kleiner Mengen von SF6-Gas weist daher das Potential auf, die globale Erwärmung ernsthaft zu beeinflussen. In the prior art, gas-insulated winding coil devices are known which use SF 6 gas as the insulating gas. SF 6 gas has excellent insulation and cooling properties, and is very useful in increasing and reducing the performance of gas-insulated winding coil devices. However, SF 6 gas has great potential for global warming, which is approximately 23900 times that of carbon dioxide (CO 2 ). Even the use of small amounts of SF 6 gas therefore has the potential to seriously affect global warming.
Um die Gesamtmenge an SF6-Gas zu verringern, das als Isoliergas in Einrichtungen verwendet wird, wurden Untersuchungen durchgeführt, bei denen das SF6-Gas mit einem anderen Gas gemischt wurde. Diese Mischung wird dann, als Ersatz für das SF6-Gas, als das Isoliergas verwendet.In order to reduce the total amount of SF 6 gas used as an insulating gas in facilities, studies have been conducted in which the SF 6 gas has been mixed with another gas. This mixture is then used as a substitute for the SF 6 gas as the insulating gas.
Als Gas, das mit SF6 gemischt werden soll, wurden Atmosphärengase untersucht, die in der Natur vorhanden sind, beispielsweise Stickstoffgas (N2), trockene Luft, oder CO2-Gas. Wenn eine Mischung von Atmosphärengas und SF6 als Isoliergas verwendet wird, stellte sich heraus, dass die Durchschlagsfestigkeit der Mischung schlechter als bei SF6-Gas allein war. Allerdings ist der Einfluß auf die globale Erwärmung bei der Mischung geringer als bei SF6-Gas.As the gas to be mixed with SF 6 , atmospheric gases that are present in nature have been investigated, for example nitrogen gas (N 2 ), dry air, or CO 2 gas. When a mixture of atmospheric gas and SF 6 was used as the insulating gas, it was found that the dielectric strength of the mixture was inferior to that of SF 6 gas alone. However, the influence on global warming is less with the mixture than with SF 6 gas.
Alternativ schlägt als Isoliergas, das in einem gasisolierten Schaltgerät (GIS) verwendet werden soll, die japanische Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 2000-69625 (H02B 13/02) ein Mischgas vor, welches ein Hauptgas wie N2-Gas oder CO2-Gas enthält, und ein Untergas, beispielsweise ein elektrisch negatives Gas (O2-Gas oder CO2-Gas), das einen Elektronenanlagerungswirkungsgrad aufweist, wodurch die gesamte verbrauchte Menge an SF6-Gas verringert werden kann.Alternatively, as the insulating gas to be used in a gas-insulated switchgear (GIS), the Japanese publication of an unexamined patent No. 2000-69625 (H02B 13/02) proposes a mixed gas which is a main gas such as N 2 gas or CO 2 - Contains gas and a sub-gas, for example an electrically negative gas (O 2 gas or CO 2 gas), which has an electron attachment efficiency, whereby the total amount of SF 6 gas consumed can be reduced.
Ein elektrischer Durchbruch eines Isoliergases tritt auf der Grundlage der Potentialdifferenz zwischen einem Metallbehälter als Erde und einer Maschine auf, beispielsweise einem Schaltkreisunterbrecher, in einer Isoliergasatmosphäre innerhalb des Behälters, wenn die gesamte Anzahl an Elektronen an der Spitze einer Elektronenlawine einen kritischen Wert überschreitet, wodurch die Elektronenlawine in einen Strom umgewandelt wird. Daher wird bei dem GIS auf der Grundlage der voranstehend erwähnten Veröffentlichung die Gasmischung aus dem Hauptgas und dem Untergas (oder dem elektrisch negativen Gas) als Isoliergas verwendet, um die Elektronendichte an der Spitze der Elektronenlawine durch Elektronenanlagerung an das elektrisch negative Gas zu verringern. Durch Verwendung des elektrisch negativen Gases wird daher die Elektronenlawine daran gehindert, in einen Strom umgewandelt zu werden, wodurch die Durchschlagsspannung des Isoliergases höher ausgebildet werden kann als die Durchschlagsspannung des Hauptgases allein.An electrical breakdown of an insulating gas occurs on the Basis of the potential difference between one Metal container as earth and a machine on for example a circuit breaker in one Isolation gas atmosphere inside the container when the total number of electrons at the top of one Electron avalanche exceeds a critical value, causing the electron avalanche is converted into a current. Therefore is used in the GIS based on the above Publication of the gas mixture of the main gas and the Untergas (or the electrically negative gas) as an insulating gas used the electron density at the top of the Electron avalanche through electron attachment to the electrical decrease negative gas. By using the electric negative gas therefore becomes the avalanche of electrons on it prevented from being converted into a current, causing the Breakdown voltage of the insulating gas is higher can be called the breakdown voltage of the main gas alone.
Allerdings weist ein GIS typischerweise einen einfachen Aufbau auf, bei welchem ein Hochspannungsleiter, beispielsweise der Schaltkreisunterbrecher, und der Metallbehälter ein koaxiales Rohr mit einem homogenen, nahezu gleichförmigen elektrischen Feld ausbilden. In der Praxis ist daher das elektrisch negative Gas (beispielsweise O2-Gas oder CO2-Gas) nicht besonders wirksam.However, a GIS typically has a simple structure in which a high-voltage conductor, for example the circuit breaker, and the metal container form a coaxial tube with a homogeneous, almost uniform electrical field. In practice, therefore, the electrically negative gas (for example O 2 gas or CO 2 gas) is not particularly effective.
Die Isoliereigenschaften des Isoliergases innerhalb des GIS sind mit Paschen-Kurven in Fig. 5 gezeigt.The insulating properties of the insulating gas within the GIS are shown with Paschen curves in FIG. 5.
In Fig. 5 bezeichnet eine gestrichelte Linie A eine Eigenschaft, wenn ein Isoliergas verwendet wird, das vollständig aus N2-Gas besteht, bezeichnet eine durchgezogene Linie B eine Eigenschaft, wenn das Isoliergas trockene Luft aus N2- und O2-Gas ist, die man durch Einmischen von O2-Gas als elektrisch negativem Gas in N2-Gas erhält, und bezeichnet die gepunktete Linie C eine Eigenschaft, wenn das Isoliergas vollständig aus CO2-Gas besteht.In Fig. 5, broken line A denotes a property when using an insulating gas composed entirely of N 2 gas, solid line B denotes a property when the insulating gas is dry air of N 2 and O 2 gas , which is obtained by mixing O 2 gas as an electrically negative gas in N 2 gas, and the dotted line C denotes a property when the insulating gas consists entirely of CO 2 gas.
Im Falle einer sogenannten gasisolierten Einrichtung, beispielsweise einem GIS, die im allgemeinen einen Gasdruck innerhalb des Bereiches von einigen 100 kPa (absolut) aufweist, und Isolierabmessungen von einigen Millimeter zu einigen Zentimeter, ist die Durchschlagsfestigkeit der Trockenluftmischung, welche das elektrisch negative O2-Gas in dem N2-Gas enthält, am höchsten, und nimmt die Durchschlagsfestigkeit in der Reihenfolge von N2-Gas und CO2-Gas ab. Allerdings ist, wie in Fig. 5 gezeigt, wenn das Isoliergas in einer Umgebung mit einem annähernd gleichförmigen elektrischen Feld, das homogen ist, verwendet wird, beispielsweise in dem GIS, der Unterschied der Durchschlagsfestigkeit zwischen den geschilderten Gasen tatsächlich gering, und ist der Unterschied in der Auswirkung bei der Verwendung von nur N2-Gas, CO2-Gas, oder trockener Luft gering. Daher ist die Auswirkung gering, die sich durch Vorsehen des elektrisch negativen Gases als Teil des Isoliergases ergibt.In the case of a so-called gas-insulated device, for example a GIS, which generally has a gas pressure within the range of a few 100 kPa (absolute) and insulation dimensions of a few millimeters to a few centimeters, the dielectric strength of the dry air mixture, which is the electrically negative O 2 - Gas in the N 2 gas contains the highest, and the dielectric strength decreases in the order of N 2 gas and CO 2 gas. However, as shown in Fig. 5, when the insulating gas is used in an environment with an approximately uniform electric field that is homogeneous, for example in the GIS, the difference in dielectric strength between the gases described is actually small, and is the difference little effect when using only N 2 gas, CO 2 gas, or dry air. Therefore, the impact resulting from the provision of the electrically negative gas as part of the insulating gas is small.
Bei gasisolierten Windungsspuleneinrichtungen nach dem Stand der Technik wurde den Auswirkungen auf die globale Erwärmung, die durch die Verwendung von SF6-Gas oder einer Mischung mit diesem hervorgerufen werden, nicht ausreichend berücksichtigt.In the case of gas-insulated winding coil devices according to the prior art, the effects on global warming which are caused by the use of SF 6 gas or a mixture with it have not been adequately taken into account.
Um Maßnahmen einzuführen, die zur Verringerung der globalen Erwärmung wirksam sind, gab es im Stand der Technik, ebenso wie bei dem GIS in der voranstehend erwähnten Veröffentlichung, einige Überlegungen in Bezug auf die Verwendung von Atmosphärengasen, die in der Natur vorhanden sind.To introduce measures to reduce global Warming is effective in the prior art, as well as with the GIS in the aforementioned Publication, some considerations regarding the Use of atmospheric gases that are present in nature are.
Da CO2-Gas zur globalen Erwärmung beiträgt, sollte dessen Verwendung so weit wie möglich vermieden werden. Weiterhin werden bei einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung entflammbare Isoliersubstanzen hauptsächlich in der Isoliergasatmosphäre in der Einrichtung verwendet. Wenn daher eine Trockenluftmischung aus N2- und O2-Gas als Isoliergas verwendet wird, ist das Auftreten einer Beeinträchtigung in Bezug auf Oxidation oder eine Entzündung wahrscheinlich.Since CO 2 gas contributes to global warming, its use should be avoided as much as possible. Furthermore, in the case of a gas-insulated winding coil device, flammable insulating substances are mainly used in the insulating gas atmosphere in the device. Therefore, when a dry air mixture of N 2 and O 2 gas is used as the insulating gas, deterioration in oxidation or ignition is likely to occur.
Weiterhin ist, wie in Fig. 5 gezeigt, der Unterschied der Durchschlagsfestigkeit zwischen allein N2-Gas und Trockenluft gering. Daher wurde überlegt, ein Isoliergas zu verwenden, das vollständig aus N2-Gas besteht, innerhalb der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung.Furthermore, as shown in Fig. 5, the difference in dielectric strength between N 2 gas alone and dry air is small. It was therefore considered to use an insulating gas which consists entirely of N 2 gas within the gas-insulated winding coil device.
Allerdings unterscheiden sich gasisolierte Windungsspuleneinrichtungen von einem GIS, und können verschiedene Teile mit komplizierten Formen enthalten, beispielsweise Spulen oder isolierende Substanzen in der Isoliergasatmosphäre. Wenn ein Isoliergas, das vollständig aus N2-Gas besteht, zusammen mit diesen Teilen verwendet wird, welche komplizierte Formen aufweisen, können die nachstehend erläuterten Schwierigkeiten auftreten.However, gas-insulated winding coil devices differ from a GIS and can contain various parts with complicated shapes, for example coils or insulating substances in the insulating gas atmosphere. When an insulating gas made entirely of N 2 gas is used with these parts which have complicated shapes, the following problems may arise.
Hierbei ist Fig. 6 eine Teilansicht, welche isolierende Anordnungen zwischen Spulen bei einem Beispiel für eine gasisolierte Windungsspuleneinrichtung zeigt. In Fig. 6 sind koaxial angeordnet eine Primärspule 1, ein erster Isolierzylinder 2, ein zweiter Isolierzylinder 3, und eine Sekundärspule 4, die voneinander jeweils beabstandet sind.Here, Fig. 6 is a partial view insulating arrangements between coils shows in an example for a gas insulated Windungsspuleneinrichtung. In Fig. 6 are coaxially arranged a primary coil 1, a first insulating cylinder 2, a second insulating cylinder 3, and a secondary coil 4, which are respectively spaced from each other.
Die Spulen 1 und 4 werden dadurch hergestellt, dass Mantelleiter gewickelt werden.The coils 1 and 4 are manufactured by winding sheathed conductors.
Vertikalkanalabstandsstücke 5 sind zwischen der Primärspule 1 und dem ersten Isolierzylinder 2 vorgesehen. Die Vertikalkanalabstandsstücke 5 sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um den ersten Isolierzylinder 2 herum angeordnet. Vertikalkanalabstandsstücke 5', ähnlich dem Abstandsstück 5, sind zwischen dem zweiten Isolierzylinder 3 und der Sekundärspule 4 angeordnet. Die Vertikalkanalabstandsstücke 5' sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um die Sekundärspule 4 angeordnet.Vertical channel spacers 5 are provided between the primary coil 1 and the first insulating cylinder 2 . The vertical channel spacers 5 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the first insulating cylinder 2 . Vertical channel spacers 5 ′, similar to the spacer 5 , are arranged between the second insulating cylinder 3 and the secondary coil 4 . The vertical channel spacers 5 ′ are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the secondary coil 4 .
Weiterhin sind Abstandsstücke 6 zwischen dem ersten und zweiten Isolierzylinder 2 bzw. 3 angeordnet, und in gleichen Abständen in Umfangsrichtung um den zweiten Isolierzylinder 3 herum, auf solche Weise, dass ein Zwischenraum zwischen den Isolierzylindern 2 und 3 aufrecht erhalten wird, und die Positionen der Primärspule 1 und der Sekundärspule 4 festgelegt werden. Das Abstandsstück 6 ist aus Isoliermaterial hergestellt, aus gleichem oder ähnlichem Material wie jenem, das bei den Abstandsstücken 5, 5' eingesetzt wird.Furthermore, spacers 6 are arranged between the first and second insulating cylinders 2 and 3 , and at equal intervals in the circumferential direction around the second insulating cylinder 3 , in such a way that a gap between the insulating cylinders 2 and 3 is maintained, and the positions of the Primary coil 1 and the secondary coil 4 are set. The spacer 6 is made of insulating material, of the same or similar material as that used in the spacers 5 , 5 '.
Zwischen der Primärspule 1 und dem ersten Isolierzylinder 2, zwischen dem ersten Isolierzylinder 2 und dem zweiten Isolierzylinder 3, und zwischen dem zweiten Isolierzylinder 3 und der Sekundärspule 4 ist ein Isoliergas eingefüllt, und arbeitet als Kühlmedium.An insulating gas is filled between the primary coil 1 and the first insulating cylinder 2 , between the first insulating cylinder 2 and the second insulating cylinder 3 , and between the second insulating cylinder 3 and the secondary coil 4 , and works as a cooling medium.
Die Primärspule 1 und die Sekundärspule 4, und der erste Isolierzylinder 2 und der zweite Isolierzylinder 3, weisen zylindrische und gekrümmte Formen auf. Andererseits weisen die Abstandsstücke 5, 5' und das Abstandsstück 6 gerade Formen auf. Daher sind kleine Keilspalte G an Berührungsabschnitten (die mit gestrichelten Kreisen in Fig. 6 angedeutet sind) zwischen der Spule 1 und dem Abstandsstück 5 vorhanden, zwischen dem Abstandsstück 5 und dem ersten Isolierzylinder 2, zwischen dem ersten Isolierzylinder 2 und dem Abstandsstück 6, zwischen dem Abstandsstück 6 und dem zweiten Isolierzylinder 3, zwischen dem zweiten Isolierzylinder 3 und dem Abstandsstück 5', sowie zwischen dem Abstandsstück 5' und der Spule 4. The primary coil 1 and the secondary coil 4 , and the first insulating cylinder 2 and the second insulating cylinder 3 , have cylindrical and curved shapes. On the other hand, the spacers 5 , 5 'and the spacer 6 have straight shapes. Therefore, there are small wedge gaps G at contact portions (indicated by dashed circles in FIG. 6) between the coil 1 and the spacer 5 , between the spacer 5 and the first insulating cylinder 2 , between the first insulating cylinder 2 and the spacer 6 , between the spacer 6 and the second insulating cylinder 3 , between the second insulating cylinder 3 and the spacer 5 ', and between the spacer 5 ' and the coil 4 .
Spulen der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, die für besonders hohe Spannung eingesetzt werden, sind als Windung mit hoher Reihenkapazität ausgebildet, um so potentielle Oszillationen durch Anlegen einer übermäßigen Impulsspannung einzuschränken, beispielsweise einer impulsförmigen Testspannung.Coils of the gas-insulated winding coil device which are used for particularly high voltages are used as a turn trained with high row capacity so potential Oscillations caused by excessive pulse voltage restrict, for example an impulsive Test voltage.
Bei dieser Art einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, die viele Teile mit komplizierten Formen aufweist, können ebenfalls verschiedene Keilspalte G dort hervorgerufen werden, wo sich benachbarte Isoliersubstanzen berühren, unabhängig von dem Spulenaufbau.With this type of gas-insulated winding coil device, which can have many parts with complicated shapes also different wedge gaps G caused there where neighboring insulating substances touch, regardless of the coil structure.
Weiterhin weist, wie in Fig. 7 gezeigt, jeder der Leitungsdrähte der Spulen 1, 4 einen Leiter 7 auf, eine halternde, isolierende Substanz 8, und ein ummanteltes Band oder Mantelband 9. Der Leiter 7 ist an der halternden, isolierenden Substanz 8 mit dem Mantelband 9 befestigt. Weiterhin werden kleine Keilspalte G an den Berührungsabschnitten zwischen dem Leiter 7 und der isolierenden Substanz 8 hervorgerufen.Furthermore, as shown in FIG. 7, each of the lead wires of the coils 1 , 4 has a conductor 7 , a holding, insulating substance 8 , and a covered tape or jacket tape 9 . The conductor 7 is fastened to the holding, insulating substance 8 with the sheath band 9 . Furthermore, small wedge gaps G are produced at the contact sections between the conductor 7 and the insulating substance 8 .
In den Spalten G entwickelt sich, wenn N2-Gas als Isoliergas verwendet wird, und die isolierenden Substanzen eine unterschiedliche Dielektrizitätskonstante aufweisen, und wenn eine übermäßig hohe Spannung angelegt wird, beispielsweise eine impulsförmige Testspannung, ein konzentriertes elektrisches Feld. Hierbei tritt leicht eine kleine Entladung auf, so dass durch die kleine Entladung Elektronen durch Ionisierung erzeugt werden. In columns G, when N 2 gas is used as the insulating gas and the insulating substances have a different dielectric constant, and when an excessively high voltage is applied, for example, a pulse-shaped test voltage, a concentrated electric field develops. A small discharge easily occurs here, so that the small discharge generates electrons by ionization.
Da N2-Gas keinen Elektronenanlagerungswirkungsgrad aufweist, diffundieren die erzeugten Elektronen schnell in die gesamte Isoliergasatmosphäre.Since N 2 gas has no electron attachment efficiency, the generated electrons quickly diffuse into the entire insulating gas atmosphere.
Das Impulsspannungsverhältnis des Isoliergases ist im allgemeinen klein. Daher werden bei der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung Hauptteile wie beispielsweise die Spule isoliert konstruiert, so dass kein Durchschlag zwischen den Hauptteilen und einem Eisenkern als Erde hervorgerufen wird, selbst wenn eine übermäßig hohe Impulsspannung, beispielsweise die impulsförmige Testspannung, an die Hauptteile angelegt wird, wobei selbstverständlich die isolierenden Eigenschaften in dem nahezu gleichförmigen elektrischen Feld berücksichtigt werden. Allerdings tritt beim Stand der Technik eine Schwierigkeit auf, wenn die Elektronen, die durch die kleine Entladung an den Spalten G erzeugt werden, in den Isoliergasraum diffundieren. Diese Diffusion verringert beträchtlich die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases in diesem Raum, auf unterhalb einer vorbestimmten Durchschlagsfestigkeit, die bei der Konstruktion der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung angenommen wurde, so dass leicht ein Durchschlag bei den Hauptteilen einschließlich der Spule auftreten kann.The pulse voltage ratio of the insulating gas is in generally small. Therefore, the gas-insulated Winding coil device main parts such as the Coil insulated so no breakdown between the main parts and an iron core as earth even if an excessively high pulse voltage, for example the pulse-shaped test voltage to which Main parts is created, of course the insulating properties in the almost uniform electrical field are taken into account. However, occurs a difficulty in the prior art when the Electrons caused by the small discharge at the G generated, diffuse into the insulating gas space. This Diffusion significantly reduces the dielectric strength of the insulating gas in this room, on below one predetermined dielectric strength, which at the Construction of the gas-insulated winding coil device was adopted, so that a breakthrough easily Main parts including the coil can occur.
Bei der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, welche eine Wicklung mit hoher Reihenkapazität verwendet, ist die Potentialdifferenz zwischen benachbarten Spulenwindungen groß, und ist das elektrische Feld im Spalt G in den Berührungsabschnitten zwischen den benachbarten Spulenwindungen größer als bei einer üblichen Scheibenspule. Daher nimmt die elektrische Durchschlagsspannung deutlich ab, auf der Grundlage der Diffusion von Elektronen, die durch die kleine Entladung in den Spalten G erzeugt werden, wenn die impulsförmige Testspannung angelegt wird. Um dies zu verhindern ist es dazu erforderlich, die Spule extrem groß auszubilden.In the gas-insulated winding coil device, which a Winding with high series capacitance is used Potential difference between adjacent coil turns large, and is the electric field in the gap G in the Sections of contact between the neighboring Coil turns larger than with a conventional disc coil. Therefore the electrical breakdown voltage decreases significantly, based on the diffusion of electrons through the small discharge are generated in columns G when the pulse-shaped test voltage is applied. To do this To prevent it is necessary to make the coil extremely large train.
Wenn daher bei der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung das Isoliergas von SF6-Gas auf N2-Gas geändert wird, können die Anforderungen an eine Verkleinerung oder eine Verringerung der Kosten nicht erfüllt werden, und ist in der Praxis ein Ersetzen des Isoliergases SF6 durch N2 nicht effektiv.Therefore, if the insulating gas is changed from SF 6 gas to N 2 gas in the gas-insulated winding coil device, the requirements for a reduction or a reduction in costs cannot be met, and in practice it is a replacement of the insulating gas SF 6 with N 2 not effective.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, die nicht SF6-Gas als Isoliergas verwendet, und hierdurch zur Verringerung der globalen Erwärmung beiträgt.An advantage of the present invention is the provision of a gas-insulated winding coil device which does not use SF 6 gas as the insulating gas and thereby contributes to reducing global warming.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, bei welcher die Durchschlagsspannung nicht infolge einer Diffusion von Elektronen verringert wird, die durch eine kleine Entladung an Keilspalten G erzeugt werden.Another advantage of the invention is that Provision of a gas-insulated winding coil device, where the breakdown voltage is not due to a Diffusion of electrons is reduced by a small discharge at wedge gaps G are generated.
Um die voranstehenden Vorteile zu erreichen, werden folgende Maßnahmen eingesetzt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine gasisolierte Windungsspuleneinrichtung eingesetzt, die als Isoliergas eine Gasmischung aus N2-Gas und einem elektrisch negativen Gas mit Ausnahme von SF6-Gas enthält.The following measures are used to achieve the above advantages. According to one embodiment of the present invention, a gas-insulated winding coil device is used which contains a gas mixture of N 2 gas and an electrically negative gas with the exception of SF 6 gas as the insulating gas.
In diesem Fall wird das elektrisch negative Gas hauptsächlich nicht dazu verwendet, bei dem N2-Gas eine Umwandlung einer Elektronenlawine in einen Strom zu verhindern, und auch nicht dazu, die Durchschlagsspannung des Isoliergases zu erhöhen. Statt dessen adsorbiert das elektrisch negative Gas die Elektronen, die durch eine kleine Entladung in Keilspalten G erzeugt werden, die an Berührungsabschnitten zwischen benachbarten, isolierenden Substanzen vorhanden sind, beispielsweise den Spulen, oder an Berührungsteilen zwischen einem Leiter eines Aufladeteils und einer isolierenden Substanz in der Isoliergasatmosphäre, und schränken so die Diffusion von Elektronen ein.In this case, the electrically negative gas is mainly not used to prevent the conversion of an electron avalanche into a current in the N 2 gas, nor to increase the breakdown voltage of the insulating gas. Instead, the electrically negative gas adsorbs the electrons generated by a small discharge in wedge gaps G, which are present at contact portions between adjacent insulating substances, for example the coils, or at contact parts between a conductor of a charging part and an insulating substance in the Insulating gas atmosphere, and thus restrict the diffusion of electrons.
Dann wird das elektrisch negative Gas zu einem negativen Ion durch Aufnahme des Elektrons, wobei die Diffusionsgeschwindigkeit des negativen Ions erheblich niedriger ist als jene der Elektronen.Then the electrically negative gas becomes a negative ion by picking up the electron, the Diffusion rate of the negative ion considerably is lower than that of the electrons.
Daher wird eine Diffusion der Elektronen oder der negativen Ionen verhindert, wodurch eine Abnahme der Durchschlagsspannung des N2-Gases als Isoliergas vermieden wird, die infolge einer Diffusion der Elektronen auftreten könnte.Therefore, diffusion of the electrons or the negative ions is prevented, thereby avoiding a decrease in the breakdown voltage of the N 2 gas as the insulating gas, which might occur due to diffusion of the electrons.
Da bei den Hauptteilen einschließlich der Spule ein Durchschlag verhindert wird, muß die Spule keine großen Abmessungen aufweisen. Weiterhin kann gemäß der Erfindung ein in der Natur vorhandenes Gas das SF6-Gas ersetzen. Der endgültige Vorteil besteht darin, dass infolge dieser Merkmale die Erfindung die globale Erwärmung nicht ernsthaft beeinflußt, wie dies im Falle der Verwendung von SF6-Gas der Fall wäre.Since breakdown is prevented in the main parts including the coil, the coil need not be large in size. Furthermore, according to the invention, a gas present in nature can replace the SF 6 gas. The ultimate advantage is that, due to these features, the invention does not seriously affect global warming as would be the case if SF 6 gas was used.
Unter Berücksichtigung des Vorhandenseins zahlreicher entflammbarer, isolierender Substanzen innerhalb der Einrichtung ist das elektrisch negative Gas vorzugsweise ein nicht entflammbares Gas, und ist speziell CO2-Gas wünschenswert, infolge seiner Sicherheit unter Kostengesichtspunkten. Considering the presence of numerous flammable, insulating substances within the device, the electrically negative gas is preferably a non-flammable gas, and CO 2 gas is particularly desirable due to its safety from a cost point of view.
Falls die isolierenden Substanzen, die innerhalb der Einrichtung eingesetzt werden, nicht entflammbar sind, ist O2-Gas als das elektrisch negative Gas ausreichend. Dies stellt einen zusätzlichen Vorteil zur Verfügung, da O2-Gas die globale Erwärmung nicht beeinflußt.If the insulating substances used within the device are not flammable, O 2 gas is sufficient as the electrically negative gas. This provides an additional advantage because O 2 gas does not affect global warming.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:The invention is illustrated below with reference to drawings illustrated embodiments explained in more detail what other advantages and features emerge. It shows:
Fig. 1 eine Teilansicht einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 is a partial view of a gas-insulated Windungsspuleneinrichtung according to a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine Teilansicht einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 is a partial view of a gas-insulated Windungsspuleneinrichtung according to another embodiment of the invention;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 2; Fig. 3 is an enlarged view of part of Fig. 2;
Fig. 4 eine Darstellung der Eigenschaften der Durchschlagsspannung von Fig. 2; Fig. 4 is an illustration of the breakdown voltage characteristics of Fig. 2;
Fig. 5 eine Darstellung der Eigenschaften in dem annähernd gleichförmigen elektrischen Feld von GIS; Fig. 5 illustrates properties in the approximately uniform electric field of GIS;
Fig. 6 eine Teilansicht einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung nach dem Stand der Technik; und Fig. 6 is a partial view of a gas-insulated Windungsspuleneinrichtung according to the prior art; and
Fig. 7 eine weitere Teilansicht einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung nach dem Stand der Technik. Fig. 7 is a further partial view of a gas-insulated Windungsspuleneinrichtung according to the prior art.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Embodiments of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
Die erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.The first embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 1.
Fig. 1 ist eine Teilansicht einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, welche Spulenteile aufweist, die als Doppelzylinderaufbau ausgebildet sind, ähnlich wie bei der in Fig. 6 gezeigten Windungsspuleneinrichtung nach dem Stand der Technik. Die gasisolierte Windungsspuleneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine isolierende Anordnung zwischen Erde (Masse) und einer Primärspule auf. FIG. 1 is a partial view of a gas-insulated winding coil device which has coil parts which are designed as a double cylinder structure, similar to the prior art winding coil device shown in FIG. 6. The gas-insulated winding coil device according to the present embodiment has an insulating arrangement between earth (ground) and a primary coil.
In Fig. 1 ist ein Eisenkern 16 oberhalb einer Primärspule 13 in einer Atmosphäre aus Isoliergas angeordnet. Eine Abschirmung 14 für das elektrische Feld und eine Spulendruckvorrichtung 15 dienen als isolierende Substanzen zwischen dem Eisenkern 16 und der Primärspule 13. Die Abschirmung 14 für das elektrische Feld wird dazu verwendet, das elektrische Feld an den Enden der Spulen abzuschwächen.In Fig. 1, an iron core 16 is arranged above a primary coil 13 in an atmosphere of insulating gas. A shield 14 for the electric field and a coil pressure device 15 serve as insulating substances between the iron core 16 and the primary coil 13 . The electric field shield 14 is used to weaken the electric field at the ends of the coils.
Die Abschirmung 14 für das elektrische Feld weist eine gekrümmte Form auf Abschnitten auf, welche dem Eisenkern 16 gegenüberliegen. Infolge dieser gekrümmten Form wird zumindest ein kleiner Keilspalt G zwischen der Abschirmung 14 für das elektrische Feld und der Spulenandruckvorrichtung 15 hervorgerufen (der Keilspalt G ist in Fig. 1 durch den gestrichelten Kreis angedeutet). The shield 14 for the electric field has a curved shape on sections which lie opposite the iron core 16 . As a result of this curved shape, at least a small wedge gap G is produced between the shield 14 for the electric field and the coil pressure device 15 (the wedge gap G is indicated in FIG. 1 by the dashed circle).
Die Länge L der Spulendruckvorrichtung 15 ist so gewählt, dass eine ausreichende Isolierentfernung in Reaktion auf die Durchschlagsspannungseigenschaften des Isoliergases 12 vorhanden ist, so dass kein Durchschlag in den Spulenteilen auftritt, wenn eine übermäßig hohe Impulsspannung, beispielsweise eine impulsförmige Testspannung, angelegt wird.The length L of the coil printing device 15 is selected so that there is sufficient insulation distance in response to the breakdown voltage properties of the insulating gas 12 so that no breakdown occurs in the coil parts when an excessively high pulse voltage, for example a pulse-shaped test voltage, is applied.
N2-Gas wird bei dieser Ausführungsform als das Isoliergas 12 anstelle von SF6-Gas eingesetzt, unter Berücksichtigung des Einflusses auf die globale Erwärmung.In this embodiment, N 2 gas is used as the insulating gas 12 instead of SF 6 gas, taking into account the influence on global warming.
Wenn ein Isoliergas 12 verwendet wird, welches vollständig aus N2-Gas besteht, so wird beim Anlegen einer übermäßig hohen Impulsspannung, beispielsweise einer impulsförmigen Testspannung, ein konzentriertes elektrisches Feld in dem Isoliergas 12 an dem Spalt G erzeugt. Dieses elektrische Feld wird infolge der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten des Isoliergases 12, der Abschirmung 14 und der Spulenandruckvorrichtung 15 als isolierende Substanzen erzeugt. Daher kann leicht eine kleine Entladung innerhalb des Spaltes G auftreten, unabhängig vom Vorhandensein oder der Abwesenheit eines Durchschlags.If an insulating gas 12 is used which consists entirely of N 2 gas, a concentrated electric field is generated in the insulating gas 12 at the gap G when an excessively high pulse voltage, for example a pulse-shaped test voltage, is applied. This electric field is generated as insulating substances due to the different dielectric constants of the insulating gas 12 , the shield 14 and the coil pressure device 15 . Therefore, a small discharge can easily occur within the gap G regardless of the presence or absence of a breakdown.
Die Elektronen, die durch Ionisierung bei der kleinen Entladung erzeugt werden, weisen ein geringes Gewicht auf, und breiten sich schnell über die Isoliergasatmosphäre aus, und verringern sofort die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases 12. Daher kann ein Durchschlag selbst dann auftreten, wenn die Impulsspannung momentan angelegt wird, beispielsweise wenn eine impulsförmige Testspannung angelegt wird. The electrons generated by ionization in the small discharge are light in weight, and spread rapidly through the atmosphere of the insulating gas, and immediately decrease the dielectric strength of the insulating gas 12 . Therefore, breakdown can occur even when the pulse voltage is currently applied, for example, when a pulse test voltage is applied.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform als Isoliergas 12 eine Mischung von Gasen verwendet, die N2-Gas und ein elektrisch negatives Gas enthält.Therefore, in the present embodiment, a mixture of gases containing N 2 gas and an electrically negative gas is used as the insulating gas 12 .
Das elektrisch negative Gas kann ein Gas sein, das einen hohen Elektronenanlagerungswirkungsgrad aufweist, beispielsweise O2, CO2, N2O, CF4, C2F6, C3F8, C-C4F8, C6F14, oder CHF3. SF6 wird nicht als eines der Gase in der Mischung eingesetzt, angesichts seiner potentiellen Auswirkungen auf die globale Erwärmung.The electrically negative gas can be a gas which has a high electron attachment efficiency, for example O 2 , CO 2 , N 2 O, CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , CC 4 F 8 , C 6 F 14 , or CHF 3 . SF 6 is not used as one of the gases in the mixture, given its potential impact on global warming.
Als nicht-einschränkendes Beispiel sind die Verhältnisse des N2-Gases und des elektrisch negativen Gases beispielsweise so gewählt, dass 80% N2-Gas und 20% elektrisch negatives Gas vorhanden sind, wobei es sich um Volumenprozentsätze (Druckprozentsätze) handelt.As a non-limiting example, the ratios of the N 2 gas and the electrically negative gas are selected, for example, such that 80% N 2 gas and 20% electrically negative gas are present, which are volume percentages (pressure percentages).
Wenn das elektrisch negative Gas als Teil des Isoliergases 12 vorhanden ist, und eine kleine Entladung in dem Spalt G auftritt, lagern sich die durch die kleine Entladung erzeugten Elektronen an das elektrisch negative Gas an. Diese Elektronenanlagerung wandelt das negative Gas in ein Gas aus negativen Ionen um, wodurch eine Diffusion der Elektronen eingeschränkt wird. Das Gas aus negativen Ionen ist nämlich schwerer als die Elektronen, und weist eine sehr geringe Diffusionsgeschwindigkeit auf.When the electrically negative gas is present as part of the insulating gas 12 and a small discharge occurs in the gap G, the electrons generated by the small discharge accumulate on the electrically negative gas. This electron attachment converts the negative gas into a gas of negative ions, which limits diffusion of the electrons. The gas from negative ions is heavier than the electrons and has a very slow diffusion rate.
Da die Elektronen, die durch die kleine Entladung im Spalt G erzeugt werden, bezüglich der Diffusion eingeschränkt werden, wird eine Verringerung der Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases 12 vermieden. Daher wird das Isoliergas 12 auf der vorbestimmten Durchschlagsspannung gehalten, die bei der Konstruktion angenommen wurde, um sicherzustellen, dass beim Anlegen einer übermäßig hohen Impulsspannung, beispielsweise einer impulsförmigen Testspannung, in kurzer Zeit ein Durchschlag der Hauptteile vermieden wird, beispielsweise bei der Spule.Since the electrons generated by the small discharge in the gap G are restricted in terms of diffusion, a reduction in the dielectric strength of the insulating gas 12 is avoided. Therefore, the insulating gas 12 is kept at the predetermined breakdown voltage adopted in the construction to ensure that when an excessively high pulse voltage, such as a pulse test voltage, is applied, breakdown of the main parts, such as the coil, is avoided in a short time.
Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Diffusion der Elektronen, die durch die kleine Entladung im Spalt G erzeugt werden, was zu einer Verringerung der Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases führen würde, verhindert unter Verwendung des elektrisch negativen Gases. Selbst ohne Einsatz von SF6-Gas als Isoliergas 12 ist es daher möglich, einen Durchschlag zu verhindern, wenn die impulsförmige Testspannung bei der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung angelegt wird. Daher trägt die gasisolierte Windungsspuleneinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht zur globalen Erwärmung bei, was ein Problem darstellt, das beim Stand der Technik nicht ausreichend angegangen wurde.Therefore, in the present embodiment, diffusion of the electrons generated by the small discharge in the gap G, which would lead to a reduction in the dielectric strength of the insulating gas, is prevented using the electrically negative gas. Even without using SF 6 gas as the insulating gas 12 , it is therefore possible to prevent breakdown if the pulse-shaped test voltage is applied to the gas-insulated winding coil device. Therefore, the gas-insulated winding coil device according to the present embodiment does not contribute to global warming, which is a problem that has not been adequately addressed in the prior art.
Weiterhin ist, wenn ein nicht entflammbares Gas, beispielsweise CO2, als das elektrisch negative Gas verwendet wird, infolge der Tatsache, dass N2-Gas ebenfalls ein nicht entflammbares Gas darstellt, das Isoliergas 12 ein nicht entflammbares Gas. Daher können entflammbare Materialien, die kostengünstiger als nicht entflammbare Materialien sind, bei den jeweiligen isolierenden Substanzen der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung eingesetzt werden, beispielsweise bei der Abschirmung 14 oder der Spulenandruckvorrichtung 15. Daher können bevorzugte Isolierergebnisse unter geringerem Kostenaufwand erzielt werden.Furthermore, when a non-flammable gas such as CO 2 is used as the electrically negative gas due to the fact that N 2 gas is also a non-flammable gas, the insulating gas 12 is a non-flammable gas. Therefore, flammable materials, which are less expensive than non-flammable materials, can be used with the respective insulating substances of the gas-insulated winding coil device, for example with the shield 14 or the coil pressure device 15 . Therefore, preferred insulation results can be achieved at a lower cost.
Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass elektrisch negative Gase, welche Fluor (F) enthalten, ein Potential in Bezug auf die globale Erwärmung haben können, welches um das 1000-fache größer ist als bei CO2. Weiterhin empfiehlt sich eine sorgfältige Handhabung bei N2O-Gas. Daher ist es in der Praxis vorzuziehen, CO2 oder O2 als das elektrisch negative Gas zu verwenden.However, it should be noted that electrically negative gases containing fluorine (F) can have a global warming potential that is 1000 times greater than that of CO 2 . Furthermore, careful handling with N 2 O gas is recommended. Therefore, in practice, it is preferable to use CO 2 or O 2 as the electrically negative gas.
Wenn die isolierenden Substanzen in der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung aus nicht entflammbaren Materialien hergestellt werden, kann das elektrisch negative Gas O2-Gas sein, welches in vorteilhafter Weise keinen Einfluß auf die globale Erwärmung hat.If the insulating substances in the gas-insulated winding coil device are made from non-flammable materials, the electrically negative gas can be O 2 gas, which advantageously has no influence on global warming.
Andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 erläutert.Other embodiments of the present invention will be explained with reference to FIGS. 2 to 4.
Fig. 2 ist eine Teilansicht, die eine Primärspule einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung zeigt, die eine Wicklung mit hoher Reihenkapazität aufweist, die für Anwendungen mit besonders hoher Spannung verwendet wird. Fig. 2 is a partial view showing a primary coil of a gas insulated winding coil device having a high series winding which is used for particularly high voltage applications.
Eine Primärspule 18 in der Atmosphäre eines Isoliergases 17 wird dadurch ausgebildet, dass in Vertikalrichtung Schichten aus mehreren Scheibenspulen 19a bis 19e mit Doppelspiralaufbau angeordnet werden. Die rechte Seite von Fig. 2 repräsentiert die Außenseite der Primärspule 18, während die linke Seite das Innere (Zentrumsseite) der Primärspule 18 repräsentiert.A primary coil 18 in the atmosphere of an insulating gas 17 is formed by arranging layers of a plurality of disk coils 19 a to 19 e with a double spiral structure in the vertical direction. The right side of FIG. 2 represents the outside of the primary coil 18 , while the left side represents the inside (center side) of the primary coil 18 .
In der Schicht der ersten Scheibenspule 19a werden jeweilige Mantelspulenwindungen 20 dadurch ausgebildet, dass sie zur Innenseite der Spule 19a in der Reihenfolge von 1, 2, 3, 4, 5 von einem Vorderende 21 aus gewickelt werden, wobei die Spulenwindung 20 von 5 zu einer Spulenwindung 20 von 6 der zweiten Scheibenspule 19b übergeht, nach Durchgang durch eine innere Überkreuzung 24.In the layer of the first disc coil 19 a are formed by respective cladding coil windings 20 that they will be a wound to the inside of the coil 19 in the order of 1, 2, 3, 4, 5 from a front end 21 from, the coil turn 20 of 5 to a coil turn 20 of 6 of the second disc coil 19 b, after passing through an inner crossover 24 .
Weiterhin werden Spulenwindungen 20 dadurch ausgebildet, dass ein Wickeln nach außen hin in der Reihenfolge von 6, 7, 8, 9, 10 vom Inneren der zweiten Scheibenspule 19b aus erfolgt, und die Spulenwindung 20 von 10 zur ersten Scheibenspule 19a zurückkehrt, nachdem sie eine äußere Rückkehrüberkreuzung 23 durchquert hat. Dann werden Spulenwindungen 20 gewickelt, durch Einführen zwischen 1, 2, 3, 4 und 5, zur Innenseite hin, in der Reihenfolge von 11, 12, 13, 14, 15 von der Außenseite der ersten Scheibenspule 19a aus, und dann überkreuzt die Spulenwindung 20 von 15 die Spulenwindung 20 von 16 der zweiten Scheibenspule 19b, nach Durchgang über eine innere Überkreuzung 22. Dann werden Spulenwindungen 20 gewickelt, durch Einführen zwischen 6, 7, 8, 9 und 10, zur Außenseite hin, in der Reihenfolge von 16, 17, 18, 19, 20, von der Innenseite der zweiten Scheibenspule 1% aus. Auf diese Weise werden mehrere Spulen erzeugt.Furthermore, coil turns 20 are formed by winding outwards in the order of 6, 7, 8, 9, 10 from the inside of the second disk coil 19 b, and the coil turn 20 of 10 returns to the first disk coil 19 a after it has crossed an outer return crossing 23 . Then coil turns 20 are wound, by inserting between 1, 2, 3, 4 and 5, toward the inside, in the order of 11, 12, 13, 14, 15 from the outside of the first disc coil 19 a, and then crosses over Coil turn 20 of 15 the coil turn 20 of 16 of the second disk coil 19 b, after passing through an inner crossover 22 . Then coil turns 20 are wound, by inserting between 6, 7, 8, 9 and 10, to the outside, in the order of 16, 17, 18, 19, 20, from the inside of the second disc coil 1%. In this way, several coils are generated.
Als nächstes geht die Spulenwindung 20 von 20 an einer Überkreuzung 25 an der Außenseite vorbei, und ist mit der Spulenwindung 20 von 21 verbunden, und dann werden eine dritte und eine vierte Scheibenspule 19c, 19d dadurch ausgebildet, dass auf die Spulenwindungen 20 ähnlich wie bei der ersten und zweiten Scheibenspule 19a, 19b aufgewickelt wird, und werden mehrere zusätzliche Spulen ausgebildet.Next, the coil turn 20 of FIG. 20 passes a crossover 25 on the outside and is connected to the coil turn 20 of FIG. 21, and then a third and a fourth disc coil 19 c, 19 d are formed by similarly acting on the coil turns 20 as in the first and second disc coils 19 a, 19 b, and several additional coils are formed.
Die Bezugszeichen 26, 27 und 28 bezeichnen Überkreuzungen entsprechend den Überkreuzungen 22, 24 und 25.The reference numerals 26 , 27 and 28 denote crossings corresponding to the crossings 22 , 24 and 25 .
Weiterhin kann die vierte Scheibenspule 19d mit einer Spulenwindung 20 von 41 einer fünften Scheibenspule 19e über eine Überkreuzung 29 an der Außenseite verbunden werden, und kann die fünfte Scheibenspule 19e, ebenso wie zusätzliche Spulen, entsprechend wie voranstehend geschildert hergestellt werden.Furthermore, the fourth disk coil 19 d can be connected to a coil turn 20 of 41 of a fifth disk coil 19 e via a crossover 29 on the outside, and the fifth disk coil 19 e, as well as additional coils, can be produced in accordance with the above.
Bei der so ausgebildeten Windung mit hoher Reihenkapazität tritt eine Potentialdifferenz annähernd proportional zum Unterschied bei den Windungszahlen auf, und beträgt die Spannung (Spannung zwischen Windungen) zwischen den benachbarten Spulenwindungen in den jeweiligen Scheibenspulen 19a bis 19d etwa ein Drittel der Maximalspannung zwischen den Scheibenspulen 19a bis 19d (oder zwischen der Schicht), beispielsweise der Spannung zwischen den Spulenwindungen 20 von 6 und 35.In the winding with high series capacitance thus formed, a potential difference occurs approximately proportional to the difference in the number of windings, and the voltage (voltage between windings) between the adjacent coil windings in the respective disk coils 19 a to 19 d is approximately one third of the maximum voltage between the disk coils 19 a to 19 d (or between the layer), for example the voltage between the coil turns 20 of FIGS. 6 and 35.
Abschnitte der Spulenwindungen 20 bei den benachbarten Spulenwindungen 6 und 16 der zweiten Scheibenspule 19b sind in Fig. 3 vergrößert dargestellt.Sections of the coil turns 20 in the adjacent coil turns 6 and 16 of the second disk coil 19 b are shown enlarged in FIG. 3.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist jede der Spulenwindungen 20 einen Leiter 20a auf, der mit einem Isolierfilm 20b ummantelt ist, und werden die kleinen Keilspalte G an Berührungsabschnitten zwischen den benachbarten Filmen 20a ausgebildet, die als die isolierenden Substanzen dienen.As is apparent from Fig. 3, each of the coil turns 20 has a conductor 20 a, which is coated with an insulating film 20 b, and the small wedge gaps G are formed on contact portions between the adjacent films 20 a, which serve as the insulating substances.
Eine Entfernung D zwischen den Scheibenspulen 19a bis 19d usw. wird so festgelegt, dass eine ausreichende Isolierentfernung vorhanden ist, unter Berücksichtigung der Durchschlag des Isoliergases 17, so dass kein Durchschlag auftritt, wenn eine übermäßig Spannung angelegt wird, beispielsweise die impulsförmige Testspannung.A distance D between the disc coils 19 a to 19 d etc. is set so that there is sufficient insulation distance, taking into account the breakdown of the insulating gas 17 , so that no breakdown occurs when an excessive voltage is applied, for example, the pulse test voltage.
Allerdings wird in den Scheibenspulen 19a bis 19d usw. das elektrische Feld konzentriert in den Spalten G zwischen den benachbarten Spulenwindungen 20 erzeugt, und kann eine kleine Entladung leicht auf der Grundlage des Unterschieds bezüglich der Dielektrizitätskonstanten zwischen dem Isolierfilm 20b und dem Isoliergas am Spalt G auftreten, wenn eine übermäßig hohe Spannung angelegt wird, beispielsweise die impulsförmige Testspannung.However, in the disc coils 19 a to 19 d, etc., the electric field is concentratedly generated in the gaps G between the adjacent coil turns 20 , and a small discharge can be easily caused based on the difference in dielectric constant between the insulating film 20 b and the insulating gas Gap G occur when an excessively high voltage is applied, such as the pulse test voltage.
Durch die kleine Entladung werden Elektronen in den jeweiligen Spalten G erzeugt. Wenn das Isoliergas 17 vollständig aus N2-Gas besteht, diffundieren zu diesem Zeitpunkt die Elektronen schnell, und nimmt die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases 17 ab. Allerdings ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Isoliergas 17 eine Mischung aus N2-Gas und dem elektrisch negativen Gas, so dass sich die Elektronen an das elektrisch negative Gas anlagern, was die Diffusion von Elektronen einschränkt.The small discharge generates electrons in the respective columns G. At this time, when the insulating gas 17 is composed entirely of N 2 gas, the electrons diffuse rapidly, and the dielectric strength of the insulating gas 17 decreases. However, in the present embodiment, the insulating gas 17 is a mixture of N 2 gas and the electrically negative gas, so that the electrons attach to the electrically negative gas, which restricts the diffusion of electrons.
Das Gas, das durch das Anlagern der Elektronen negativ ionisiert wird, weist eine beträchtlich geringere Diffusionsgeschwindigkeit auf als die Elektronen selbst.The gas created by the accumulation of electrons is negative ionized has a considerably lower Diffusion speed on than the electrons themselves.
Selbst wenn eine kleine Entladung in den Spalten G auftritt, nimmt die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases 17 nicht ab, wenn die impulsförmige Testspannung angelegt wird.Even if a small discharge occurs in the columns G, the dielectric strength of the insulating gas 17 does not decrease when the pulse test voltage is applied.
Bei der gasisolierten Windungsspuleneinrichtung, die eine Windung mit hoher Reihenkapazität aufweist, wurden Experimente durchgeführt, durch Anlegen der impulsförmigen Testspannung in solchen Fällen, in welchen das Isoliergas 17 vollständig aus N2-Gas bestand, eine Gasmischung aus N2 und CO2 verwendet wurde, und eine Gasmischung aus N2 und O2 eingesetzt wurde. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 4 dargestellt. Experiments were carried out on the gas-insulated winding coil device having a winding with a high series capacitance, by applying the pulse-shaped test voltage in cases where the insulating gas 17 consisted entirely of N 2 gas, a gas mixture of N 2 and CO 2 was used, and a gas mixture of N 2 and O 2 was used. The results of these tests are shown in Fig. 4.
Bezüglich der Versuche wird darauf hingewiesen, dass die Gasmischung eine Mischung aus N2-Gas von 80% und dem elektrisch negativen Gas von 20% enthielt, wobei es sich um Volumenprozentsätze (Druckprozentsätze) handelt.Regarding the experiments, it is pointed out that the gas mixture contained a mixture of N 2 gas of 80% and the electrically negative gas of 20%, which are volume percentages (pressure percentages).
Fig. 4 zeigt Eigenschaften der Durchbruchsspannung in Abhängigkeit von der Entfernung D zwischen beispielsweise den Spulenwindungen 20 von 6 und 35. Die gestrichelte Linie A' zeigt eine Eigenschaft, wenn das Isoliergas 17 verwendet wurde, das vollständig aus N2-Gas bestand, und die durchgezogene Linie B' zeigt eine Eigenschaft, wenn das Isoliergas verwendet wurde, das eine Gasmischung aus N2 und CO2 oder N2 und O2 war. Fig. 4 Properties showing the breakdown voltage as a function of the distance D between, for example, the coil turns 20 of 6 and 35. The broken line A 'shows a property when the insulating gas 17 was used, which consisted entirely 2 gas of N, and solid line B 'shows a property when the insulating gas was used, which was a gas mixture of N 2 and CO 2 or N 2 and O 2 .
Die gepunktete Linie C' dient zu Vergleichszwecken, und zeigt die Entladungsspannung des Spaltes G zwischen den Spulenwindungen 20.The dotted line C 'is used for comparison purposes and shows the discharge voltage of the gap G between the coil turns 20 .
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, tritt dann, wenn eine kleine Entladung in den Spalten G infolge des Anlegens der impulsförmigen Testspannung auftritt, und das Isoliergas 17 verwendet wurde, das vollständig aus N2-Gas bestand, eine schnelle Diffusion der durch die Entladung erzeugten Elektronen auf, und nimmt die Durchschlagsfestigkeit des Isoliergases 17 ab. Selbst wenn die Entfernung D vergrößert wird, nimmt die Durchbruchsspannung nicht zu, und wird die Durchbruchsspannung nicht so, wie sie konstruktiv sein sollte, und aus der Paschen-Kurve in Fig. 5 erwartet wird. Wenn das Isoliergas 17 aus N2 und CO2 oder aus N2 und O2 besteht, wird jedoch eine Diffusion der Elektronen vermieden, und steigt die Durchbruchsspannung proportional zur Entfernung D an, so dass die Durchbruchsspannung eine Durchbruchsspannung erreicht, wie sie konstruktiv vorgegeben ist, und aus der Paschen-Kurve in Fig. 5 erwartet wird. As is apparent from Fig. 4, when a small discharge occurs in the columns G due to the application of the pulse-shaped test voltage and the insulating gas 17 which is made entirely of N 2 gas is used, rapid diffusion of those generated by the discharge occurs Electrons, and the dielectric strength of the insulating gas 17 decreases. Even if the distance D is increased, the breakdown voltage does not increase, and does not become the breakdown voltage as it should be designed, and is expected from the Paschen curve in FIG. 5. If the insulating gas 17 consists of N 2 and CO 2 or of N 2 and O 2 , however, diffusion of the electrons is avoided, and the breakdown voltage increases in proportion to the distance D, so that the breakdown voltage reaches a breakdown voltage as specified in the design , and is expected from the Paschen curve in FIG. 5.
Bei dieser Art einer gasisolierten Windungsspuleneinrichtung sind die Keilspalte G nicht nur an den Berührungsteilen zwischen den isolierenden Substanzen in der Isoliergasatmosphäre vorhanden, die bei den voranstehenden Ausführungsformen beschrieben wurden, sondern auch beispielsweise an den Berührungsteilen zwischen dem Leiter 7 und der isolierenden Substanz 8 in der Isoliergasatmosphäre, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.In this type of gas-insulated winding coil device, the wedge gaps G are not only present on the contact parts between the insulating substances in the insulating gas atmosphere, which were described in the preceding embodiments, but also, for example, on the contact parts between the conductor 7 and the insulating substance 8 in the insulating gas atmosphere as shown in FIG. 7.
Wenn das Isoliergas eine Gasmischung aus N2-Gas und dem elektrisch negativen Gas wie beispielsweise CO2 oder O2 ist (selbstverständlich mit Ausnahme von SF6-Gas), wird die Diffusion der Elektronen eingeschränkt, die durch die kleine Entladung erzeugt werden, die in irgendeinem dieser Keilspalte G durch Anlegen der impulsförmigen Testspannung hervorgerufen wird, und daher wird eine Verringerung der Durchbruchsspannung vermieden.If the insulating gas is a gas mixture of N 2 gas and the electrically negative gas such as CO 2 or O 2 (of course with the exception of SF 6 gas), the diffusion of the electrons generated by the small discharge is restricted is caused in any of these wedge gaps G by application of the pulse-shaped test voltage, and therefore a reduction in the breakdown voltage is avoided.
Die Erfindung kann bei gasisolierten Windungsspuleneinrichtungen mit unterschiedlichen Aufbauten eingesetzt werden, wobei ähnliche Auswirkungen wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen erzielt werden.The invention can be used in gas-insulated Winding coil devices with different structures are used, with similar effects to the Embodiments described above can be achieved.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziellen, voranstehend geschilderten Ausführungsformen beschränkt. Es wird darauf hingewiesen, dass sich zahlreiche Abänderungen der vorliegenden Erfindung vornehmen lassen, ohne vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen, die sich aus der Gesamtheit der Anmeldeunterlagen ergeben und von den Patentansprüchen umfaßt sein sollen.The present invention is not limited to the specific limited embodiments described above. It it should be noted that there are numerous changes let the present invention be made without being of essence and scope of the invention which result from the All of the registration documents result and from the Claims should be included.
Claims (4)
einen Leiter eines Ladungsteils;
zumindest eine isolierende Substanz; und
ein Isoliergas als Atmosphäre der Windungsspuleneinrichtung, wobei das Isoliergas Stickstoffgas und ein elektrisch negatives Gas enthält, mit Ausnahme von Schwefelhexafluoridgas,
wobei Keilspalte an Berührungsabschnitten zwischen dem Leiter und der zumindest einen isolierenden Substanz ausgebildet werden, sowie dann, wenn zwei oder mehr isolierende Substanzen verwendet werden, an Berührungsabschnitten zwischen isolierenden Substanzen.1. Gas-insulated winding coil device, which has:
a conductor of a charge part;
at least one isolating substance; and
an insulating gas as the atmosphere of the winding coil device, the insulating gas containing nitrogen gas and an electrically negative gas, with the exception of sulfur hexafluoride gas,
wherein wedge gaps are formed on contact sections between the conductor and the at least one insulating substance, and, if two or more insulating substances are used, on contact sections between insulating substances.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |