-
Isolieranordnung für flüssigkeitsisolierte Hochspannungstransformatoren
od. dgl. Bei flüssigkeitsisolierten Transformatoren für hohe Spannungen und hohe
Leistungen sind die Probleme der Isolierung und der Kühlung der aktiven Wicklungen,
insbesondere bei sehr hohen Spannungen, so gelagert, daß beide sich gegenseitig
behindern. So verlangt eine gute Isolation, insbesondere bei sehr hohen Spannungen,
daß die aktiven Wicklungen möglichst dick mit festem Isoliermaterial, meist ölgetränktem
Weichpapier, eingehüllt werden, während die zu fordernde gute Kühlung vorschreibt,
daß die zu kühlenden Wicklungen mit möglichst wenig festem Isoliermaterial umgeben
werden sollen, damit der die Kühlung besorgende Strom des Isoliermittels diese Wicklung
möglichst unmittelbar treffen und von ihr die entstehende Verlustwärme abführen
kann.
-
Die praktischen Lösungen, die sich aus diesem Widerstreit der Probleme
ergeben, sind daher stets mehr oder weniger geglückte konstruktive Kompromisse.
-
In Fig. 1 ist im Prinzip nun der in Lagen gewickelte Teil einer Transformatorwicklung
dargestellt, wie er im Prinzip bei Transformatoren höchster Spannung und Leistung
etwa angewendet wird. Mit 1 bis 6 sind dabei die einzelnen Lagen der Hochspannungswicklung
dargestellt, die auf die Weichpapierzylinder 7, 8, 9, 10, 11 und 12 aufgewickelt
sind. Die Achse dieser Wicklungen ist rechts der Lage 7 zu denken: Diese Weichpapierzylinder
7 bis 12 werden etwa so erhalten, daß nach- Aufwicklung des Weichpapierzylinders
7 auf einen Wickeldorn und Anfertigung der Drahtlage 1 auf diese Lage 1 Isolierleisten
gelegt- und dann darauf der nächste Weichpapierzylinder usiv. gewickelt wird. Die
Drahtlagen! bis 6 werden dann in bekannter Weise in Serie geschaltet, sc daß zwischen
Anfang der Lage 1 und Ende der Lage 6 die vorgesehene hohe Transförmatorspannung
erzeugt wird.
-
Zwischen den Weichpapierzylindern und den einzelnen Drahtlagen entstehen
so die :durch Isolierleisten distanzierten-Kühlkanäle 13 bis 17, Die Weichpapierzylinder
7 bis 12 werden, etwa nach einer bewährten Methode; durch das sogenannte Umreißen
in rechtwinkelig zur Wicklungsachse liegende Isolierkragen 18 bis 23. umgeformt,
wobei entsprechende Distanzklötze (wohl dargestellt, aber nichtnäher bezeichnet
für einen mechanisch festen Aufbau der gesamten Hochspannungsspul,e, sorgen. Das
Spplengewicht und die axialen Spulenkräfte werden in Fig.1 durch einen ebenfalls
-isolierten Spülendruckflansch 24 aufgenommen. Die Wand des Kessels, in den die
Wicklung eingebaut gedacht ist, ist mit 25 bezeichnet und ebenso wie der Spulenflansch
24 auf Erdpotential zu denken.
-
Durch den obenerwähnten Aufbau wird erreicht, daß durch die abgewinkelten
Isolierkragen 18 bis 23 Kanäle gebildet werden, durch die das Kühlmittel, z. B.
Öl, in die Kühlkan4le 13 bis 17, die als, Kühlkanäle der Wicklungslagen-
1- bis 6 dienen, geleitet wird. Der Eintritt des kiihlenden Ölstroms -in den Kühlkanal
13 ist mit 26 bezeichnet.
-
Wird auf diese Weise. eine recht gute Abführung der Verlustwärme aus
den Wicklungslagen 1 bis 6 erreicht, so ergeben sich isolatiönsmäßig bei diesem
Aufbau beachtliche Schwierigkeiten dadurch; -daß, etwa bei der sogenannten-Nicklungsprüfung
der hier dargestellten- Hochspannungswicklung, eine sehr hohe elektrische Beanspruchung
auftritt,- Diese Wicklungsprüfung wird nach den -einschlägigen Bestimmungen etwa
so durchgeführt, daß die Hochspannungswicklung als Ganzes an den einen Pol einer
Ilochspannungsquelle, die Gesamtheit .der übrigen Wicklungen, verbunden mit dem
Kern und-den damit verbundenen Konstruktionsteilen sowie mit dem Ölkessel des Transformators,
aber an Erde gelegt wird: Zwischen der Hochspannungswicklung und den; gecrdeten.Teileri
wird dann eine bestimmte Zeit eine vorgeschriebene Prüfspannung angelegt, der die
Isolation gewachsen sein maß.
-
Für den in Fig.1 dargestellten Wicklungsaufbau ergibt sich- bei einer
solchen- Prüfung-am Ende der Wicklungslage 1 eine sehr unangenehme elektrische Beanspruchung
dadurch, daß; wie aus dem. skizzenhaft angegebenen Verlauf der Äquipotentiallinien27-bis.29
des elektrischen Feldes zu. ersehen ist, auf dem. von dem Kühlölstrom 26 benetzten
Teil - des Kragens 18
innerhalb eines kürzen Weges hohe auftreten. Diese Beanspruchung.ist
insofern besonders unangenehm, als bekannt. ist, -däß -die zulässige elektrische
. Beanspruchung-.über -freien, . d. -h. nicht durch Barrieren unterteilten 5lstrecken
wesentlich kleiner ist als bei mehrfach unterteilten Ölstrecken,
d.
h. bei kurzen Beanspruchungslängen. Das heißt aber, daß Wicklungen nach der in Fig.
1 dargestellten Art bei wirtschaftlich vertretbarem Aufwand in der Höhe der Prüfspannung
begrenzt sind.
-
Wollte man den freien Ölweg in dem Ölzuführungskänal, der durch die
Ringflächen 18 und 19 begrenzt ist, durch Barrieren unterteilen, dann würde sich
eine außerordentliche Behinderung des Kühlölstromes ergeben: Diesem Übelstand kann
nun dadurch abgeholfen werden, daß bei der Isolieranordnung für die hier in Frage
stehenden flüssigkeitsisolierten Hochspannungstransformatoren mit aus einzelnen
Lagen kontinuierlich abgestufter Länge aufgebauten Wicklungen, die zur elektrischen
Entlastung der durch Isolierwände begrenzten Ölkanäle, welche das Kühlöl für die
Hochspannungswicklungen führen, isolierte Elektroden enthält, erfindungsgemäß die
Elektroden entlang des zu entlastenden Kanals etwa bis zur radialen Höhe der Lagenwicklung,
deren Lagen gegebenenfalls Schirmringe besitzen, vorgeschoben sind, wobei die Elektroden
in üblicher Weise etwa das gleiche Potential besitzen wie der vom Kühlmittel zuerst
getroffene oder gerade verlassene Wicklungsteil.
-
Es sind schon Isolieranordnungen für Transformatoren od. dgl. bekannt,
bei denen der Isolationsabstand zwischen einer Wicklung hoher Spannung und dem Kasten
durch dazwischenliegende, einen Isoliermantel bildende Isolierschichten unterteilt
ist. Dabei sind zur Steuerung des elektrischen Feldes an den oberen und unteren
Enden des Isoliermantels bzw. der einzelnen Isolierzylinder etwa aus abgerundetem
Kupferband hergestellte Ringe vorgesehen, die im wesentlichen spiegelbildlich zu
den Rändern der Wicklung hoher Spannung liegen. Diese Steuerringe befinden sich,
in radialer Richtung gesehen, verhältnismäßig weit weg von den Lagen der Wicklung,
so daß sie nicht mehr im Bereich der eigentlichen Wicklungsisolation liegen und
daher auch nicht-- unmittelbar vom Kühlmittel umströmt werden. Damit der Isoliermantel
die notwendige Steifigkeit erhält, ist weiterhin eine besondere, im wesentlichen
aus einem Tragzylinder in Verbindung mit Distanzstücken bestehende Stützkonstruktion
notwendig.
-
Bei der Isolationsanordnung nach der Erfindung hingegen liegen die
Steuerringe im Bereich der Wicklungsisolation, wodurch einmal eine weitestgehende
elektrische Entlastung der durch eine oder mehrere Isolierwände begrenzten Ölkanäle
erreicht wird und zum anderen gewährleistet ist, daß die Steuerringe unmittelbar
vom Kühlmittel umströmt werden. Schließlich kann hierbei auf besondere Stützkonstruktionsteile
verzichtet werden, da bei der Anordnung nach der Erfindung für den Fall, daB Isolierbarrieren
verwendet werden sollen, diese etwa als Zylinderausschnitte ausgebildet und lediglich
gegenüber den Kesselwänden angeordnet sein können, wobei dann die Barrieren auf
einfache Weise durch Einschieben in die zwischen den einzelnen Isolierwinkeln der
Isolierflansche verbleibende Spalte gehaltert werden können.
-
Die nach dem Erfindungsgedanken abgeänderte Transformatorwicklung
der Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Teile 1 bis 25 haben dabei die gleiche
Bedeutung wie in Fig. 1. Zur elektrischen Entlastung des früher durch die Isolierflansche
18 und 19 begrenzten Ölzuführungskanals 26 dient nach der Erfindung eine Ringelektrode
30, die zur Vermeidung einer Kurzschlußwindung, natürlich entsprechend aufgeteilt,
konzentrisch zur Wicklung vorgesehen ist und im vorliegenden Fall galvanisch mit
dem untere Ende der Wicklungslage 1 verbunden zu denken ist Den Isolierflansch 18
wird man dann zweckmäßigerweise in Form von Winkelringen um den Steuerring 30 herum
anordnen, wobei im gezeigten Beispiel von der weiteren Anwendung entsprechender
Barrieren Gebrauch gemacht wurde. Den ersten aus dem Isolierkragen 18 gebildeten
Isolierwinkel 31 wird man direkt an den Steuerring anlegen, die beiden folgenden
Isolierwinkel 32 und 33 in einem solchen Abstand dagegen vorsehen, daß man die Isolierbarrieren
34, 35 und 36 einschieben kann. Die Barrieren 34, 35 und 36 brauchen dabei nicht
unbedingt den ganzen Wicklungszylinder einzuhüllen, es genügt unter Umständen, sie
nur als Zylinderausschnitte etwa gegenüber den Kesselwänden anzuordnen. Der Ölzuführungskanal,
in Fig. 1 mit 26 bezeichnet, wird so zum Ölkanal 37, der im Vergleich mit dem relativ
schmalen, an ihn anschließenden Kühlkanal 13 ohne Mühe noch mit genügend großem
Eintrittsquerschnitt ausgeführt werden kann. Der Zwischenraum zwischen dem Steuerring
30 und der Wicklungslage 1 kann mit Ringen aus Isoliermaterial 38 ausgefüllt werden.
-
Der Erfolg dieser erfindungsgemäßen Maßnahme ist deutlich aus dem
wieder einskizzierten Verlauf der Niveaulinien 39, 40 und 41 zu ersehen, die den
Niveaulinien 27, 28 und 29 der Fig. 1 entsprechen. Aus diesem Verlauf ersieht man
nun, daß die Beanspruchung in dem neu gebildeten Ölkanal 37 erheblich zurückgegangen
ist gegen jene in Fig, 1; außerdem haben die Niveaulinien des elektrischen Feldes
bzw. die damit charakterisierten Äquipotentialflächen eine derartige Form angenommen,
daß sie mit tragbarem Aufwand durch Barrieren aus Isoliermaterial etwa nachgebildet
werden können. Das letztere heißt aber, daß die neue elektrische Beanspruchung durch
eine relativ feine Unterteilung durch Isolierbarrieren sich leichter beherrschen
läßt als die hohe Beanspruchung in dem Ölkanal 26 von Fig. 1.
-
Es sei hier ausdrücklich betont, daß es Ziel der Erfindung ist, die
durch eine oder mehrere Isolierwände begrenzten Ölkanäle, die das Kühlöl den Hochspannungswicklungen
zuführen, durch Feldausbildung elektrisch zu entlasten. Das umgebildete Feld läßt
sich, wie schon erwähnt, außerhalb der Kühlkanäle durch Barrieren relativ leicht
beherrschen.
-
Um in der durch den Pfeil 37 in Fig. 2 dargestellten Strömungsrichtung
des Öles eine Barrierenwirkung der Isolierwände 34, 35 und 36 zu erzielen, ist es
zweckmäßig, die öleintrittsschlitze in diesen Isolierwänden so gegenseitig zu versetzen,
daß der Ölstrom jeweils rechtwinklig umgeleitet wird und die Kraftlinien des elektrischen
Feldes keine zu langen freien Ölwege durchlaufen können.
-
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird vorgeschlagen, die in
Fig. 2 mit 38 bezeichneten Ringe aus Isoliermaterial zwischen der Steuerelektrode
30 und der Wicklungslage 1 wegfallen zu lassen und den Steuerring 30 in radialer
Richtung bis nach der Wicklungslage 1 auszudehnen. Man erhält sodann einen auf der
einen Seite völlig vom elektrischen Feld entlasteten Kühlkanal 37.