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Transformator-Durchführung von Leistungstransformatoren für sehr hohe
Betriebsspannungen von über 300 kV
Gegenstand der Erfindung ist eine Transformator-Durchführung
von Leistungstransformatoren für sehr hohe Betriebsspannungen von über
300 kV.
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Im Zusammenhang mit der wachsenden Höhe der übertra-ungsspannungen
großer Hochspannungsnetze nehmen die Anforderungen an die Durchführungen großer
Transformatoren stark zu. Insbesondere wird hierdurch die erforderliche Länge der
Durchführungen beeinflußt.
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In der F i g. 1 der Zeichnung ist eine in bekannter Weise aufgebaute
Durchführung dargestellt. Sie besteht in den meisten Fällen aus einem gesteuerten
Papierwickel 5 mit einem schweren Porzellanüberwurf 6, wobei der Zwischenraum
4 zwischen dem Papierdurchführungswickel und dem Porzellanüberwurf mit einer Isolierflüssigkeit,
vorzugsweise Öl,
aus(Yefüllt ist.
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Aus F i c. 1 geht der Zusammenbau einer solchen Transformator-Durchführuna
1 mit dem Transformatoro,ehäuse hervor, wobei es sich um eine Betriebsspannung
von über 500 kV, beispielsweise 750 kV,
handeln möge. Derartige Durchführungen
sind, soweit sie außerhalb des Transformatorgehäuses liegen, etwa 5 bis
6 in lang. Der außerhalb des Transformatorgehäuses liegende Teil ist mit
1, ein innerhalb des Transformatorgehäuses unter öl angeordneter Teil
der Durchführung ist mit 2 bezeichnet. Die Länge dieses im Transformatorgehäuse
untergebrachten Durchführungsteiles ist bedeutend kürzer als die Länge desjenigen
Teiles der Durchführung, der außerhalb des Transformatorgehäuses, d. h. in
Luft, angeordnet ist. Beispielsweise beträgt die Länge des innerhalb des Transforinatorgehäuses
angeordneten Teiles ein Fünftel oder weniger des außerhalb des Transformatorgehäuses
liegenden Teiles. In der Mitte der Durchführung befindet sich der stromführende
Leiter 3, beispielsweise in Form eines Kupferrundleiters oder eines Kupferrohres.
Dieser stromführende Leiter ist eingehüllt von einem Durchführungswickel, in den
meisten Fällen von einem kondensatorgesteuerten Papierwickel 5. Die Steucrungsbelege
innerhalb ? des Papierwickels haben verschiedene C Län- 'D aen. Es handelt
sich dabei um eine Kondensatordurchführung bekannter Art zur Verbesserung der Spannungsverteilung
längs der Oberfläche der Durchführung. Ohne eine solche Steuerung würde sich die
Betriebsspannung von beispielsweise 750 kV völlig ungleichmäßig auf die Transformator-Durchführungslänge
verteilen. Durch Einbau der Kondensatorbelege wird die Durchführung gesteuert, und
sie kann auf diese Weise bedeutend kürzer gehalten werden, nachdem eine gute Spannungsverteilung
längs ihrer Oberfläche erzwungen wurde. Mit Rücksicht auf die hohen Kosten des Porzellanüberwurfes
ist an der Verkürzung der Gesamtdurchführung viel gelegen. Da im Interesse einer
guten Spannungsverteilung die Oberflächen sämtlicher Kondensatorbelege ungefähr
gleich sein müssen, ist die Länge der Belege sehr verschieden. Der Papierwickel
5 läuft daher nach oben spitz zu. Die dem Leiter 3 zunächst liegenden
Kondensatorbelege haben einen kleinen Durchmesser und nehmen dafür eine große Länge
der Durchführung in Anspruch. Mit zunehmendem Durchmesser der Kondensatorbelege
nimmt ihre Länge ab.
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Eine solche Steuerung wird nach verschiedenen Gesichtspunkten errechnet.
Neben der Aufgabe der gleichmäßigen Spannungsverteilung spielt die Vermeidung von
Glimmerscheinungen an den Rändern der Kondensatorbelege eine bedeutende Rolle. Auch,
um dieses Glimmen zu verhindern, ist der Zwischenraum 4 zwischen dem Kondensatorwickel
5 und der äußeren Hülle 6 mit Öl ausgefüllt. Diese Durchführungshülle
6 besteht in den meisten Fällen aus Porzellan, und die Außenfläche dieses
Porzellanrohres ist in bekannter Weise mit einer großen Zahl von Schirmringen ausgestattet,
um im Fall der Beregnung und der Verschmutzung den erforderlichen Kriechweg zwischen
dem auf Höchstspannungspotential liegenden Durchführungsanschluß am oberen Ende
der Durchführung und dem auf Erdpotential liegenden Transformatorgehäuse zu erzielen.
Am oberen Ende der Durchführung befindet sich ein ölausdehnungsgefäß 7, das
beispielsweise im Interesse einer ZD guten Feldbildung als Kugel ausgebildet ist
und aus Metall besteht. Das in der Kugel befindliche Öl dient zur Sicherstellung
einer einwandfreien ölfüllung des erwähnten Zwischenraumes zwischen dem Durchführungswickel
und der Porzellanumhüllung.
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Eine solche Durchführung ist mit Rücksicht auf den großen Porzellanüberwurf
sehr aufwendig, auch
wenn der lange Porzellanüberwurf aus mehreren
Porzellanteilen zusammengefügt werden kann. Die Durchführung muß eine hohe mechanische
Festigkeit aufweisen, öldicht sein und zusammen mit dem Papierwickel die nötige
Durchschlagsfestigkeit zwischen dem Leiter 3 und den Nachbarphasen bzw. den
geerdetenTeilen des Transformatorgehäuses gewährleisten. Der innerhalb des Transformatorgehäuses
liegende Durchführungsteil kann kurz gehalten werden, weil dieser Durchführungteil
in öl mit einer hohen Durchschlagsfestigkeit und einer hohen Dielektrizitätskonstante
liegat.
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Der Kondensatorwickel 5 setzt sich nach innen fort, um auch
innerhalb des Ölbehälters eine gute Spannungsverteilung längs der Durchführung zu
erzielen.
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In den meisten Anwendungsfällen derartiger Höchstspannungstransformatoren
ist zwischen dem oberen Anschlußpunkt der Transformator-Durchführung und einer über
den Transformator hinweg-Gehenden Verbindungsleitung 8 der Hochspannungsanlage,
beispielsweise einer Hochspannungsschaltanlage, eine zusätzliche elektrische Anschlußleitungsverbindung
9 mit einer Länge von 3 bis 5 ni angeordnet. Diese Verbindungsleitung
ist vorzugsweise flexibel, d. h. durch einen Seilleiter Gebildet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine erhebliche Verminderung der Abmessungen
und des Aufwandes des innerhalb des Porzellanüberwurfes liegenden Teiles von Transformator-Durchführungen
zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß die Durchführung aus einem
das Transformatorgehäuse durchdringenden vollisoliert ausgebildeten Teil und einem
teilisoliert aufgebauten Verbindungsteil zusammengesetzt ist.
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Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der F i a. 2 und
3 der Zeichnung näher erläutert, wobei die F i a. 2 die gesamte Verbindung
zwischen Transformator und einer Verbindungsleitung und die F i g. 3 Einzelheiten
des das Transformatorgehäuse durchdrinaenden Durchführungsteiles darstellt.
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Die Erfindung ermöglicht eine erhebliche Verminderung des innerhalb
des Porzellanüberwurfes liegenden Teiles der Transformator-Durchführung. Dies geschieht
dadurch, daß sich die Durchführung gemäß F i g. 2 zusammensetzt aus einem
festen Durchführungsteil, der etwa nur ein Drittel oder weniger der Län-e der bekannten
Transformator-Durchführung aufweist und einem mit diesem festen Teil elektrisch
einwandfrei verbundenen isolierten Verbindun '-steil 11 gekuppelt wird, der
sehr lang bemessen ist, so daß sich eine bedeutend größere Länge als im Fall der
bekannten Transformator-Durchführuaa gemäß F i g. 1 ergibt. Bei der erfindungsgemäßen
An ordnung g wird also die obenerwähnte Tatsache ausgenutzt, daß zwischen der Transformator-Durchführun-
und der oberhalb derselben liegenden Anlagenverbindung 8 ein erheblicher
Höhenunterschied besteht, der bei der Durchführung nach F i g. 1 durch einen
blank-en Seilleiter, bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach F i g. 2 durch
einen teilisolierten Leiter erheblicher Länge überbrückt wird.
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Bei der Berechnung einer Durchführung, beispielsweise der Durchführung
nach F ig. 1, kann man die Länge und den Durchmesser des kondensatorgesteuerten
Innenteiles verschieden bemessen. Um den Porzellanüberwurf möglichst kurz halten
zu können, wird angestrebt, die Länge des kondensatorgesteuerten Teiles der Durchführung
möglichst kurz zu bemessen. Im Gegensatz dazu steht bei der erfindungsgemäßen Anordnung
nach F i g. 2 eine bedeutend größere Länge für den kondensator-Gesteuerten
Teil der Durchführung zur Verfügung" und auf diese Weise wird die Aufgabe der Bemessung
des Durchmessers der Gesamtdurchführung erheblich erleichtert. Durch diese vergleichs#veise
sehr große Länge der erfindungsgemäßen Durchführung wird ein großer Kriechweg geschaffen,
so daß auch die Ausbildung der auf der Oberfläche der Durchführuno, anaeordneten
Schirme einfacher cestaltet und die Zahl der Schirme verkleinert werden kann.
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An Hand der F i b-l. 2 soll der Teil 11 der Transformator-Durchführung
näher erläutert werden. Es handelt sich dabei um eine kabelartige Anordnung, jedoch
mit dem wesentlichen Unterschied, daß die Außenwandungen eines Hochspannungskabels
geerdet sind, während im vorliegenden Fall die Außenwandungen des Isolierteiles
aus Isolierstoff, beispielsweise Gießharz, bestehen. Diese Gießharzoberfläclie ist
mit Gießharzschirmen ausgestattet, um einen großen Kriechweg zu erzielen. Auch der
Durchführungsteil 11 ist zumindest zum großen Teil mit einer Steuerung ausgestattet,
um eine gute Spannungsverteilung längs desselben zu erzielen. Bei der Herstellung
dieses unmittelbar auf dem Leiter liegenden Kunststoffteiles 12 handelt es sich
beispielsweise wieder um einen Wickelvorgang. In den letzten Jahren wurden derartige
Wickel aus mit Gießharz getränkten Papieren oder Stoffbahnen entwickelt. Nach Herstellung
derselben werden sie in eine Gießform gelegt, und es wird dann die äußere Gießharzhülle
13 auf den Gießharzwickel aufgegossen. Es gibt auch andere Verfahren, um
eine solche kabelartige Isolierstoffhülle auf einen Kupferleiter aufzubringen.
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Am unteren Ende des Durchführungsteiles 11 ist der Wickel 14
zugespitzt, um ihn nach Art eines Steckers in eine Vertiefung einsetzen zu können,
die am oberen Ende des Teiles 10 der Durchführung angeordnet ist.
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D Die Einzelheiten des Innenaufbaues gehen aus der Fig.
3 hervor. Der Wickel des Teiles 10 der festen Durchführung ist wieder
wie in F i g. 1 mit 5 bezeichnet. Dieser kondensatorgesteuerte Wickel
ist am oberen Ende mit der erwähnten steckerartigen Vertiefung 15 ausgestattet,
in die das steckerartige Ende 14 der Durchführung 1 hineinaesteckt werden
kann.
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C el Die Stromverbindung dieser Kupplung zwischen dem Durchiührungsteil
10 und dem Durchführungsteil 11 ist in F i g. 3 mit
17 bezeichnet. Sie ist als, Rina-Spreiz-Kontaktanordnun- ausgebildet. Die
Ringkontakte 18 sind an einer äußeren Hülse 19 befestigt, und in diese
Rin-kontakte wird der Leiter 20 des oberen Durchführunasteiles hineingesteckt. Während
das Ausdehnungs ' gefäß 7 nach der bisherigen Ausführungsforin nach
Fig. 1 aus Metall besteht. handelt es sich bei dem Ausdehnungsgefäß
16 der
erfindungsgemäßen Durchführung um einen hohlen Körper aus Kunststoff,
z. B. PVC (Polyvinylchlorid).
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An der Stelle, an der das steckerartige Teil 14 in die Steckerhülse
15 eingeführt wird, entsteht eine elektrische Fuge zwischen zwei Isolationsmaterialien.
die beide durch Einbau von metallenen Zwischenbelägen mit einer elektrischen Steuerung
ausgerüstet sind. Nach einem Merkmal der Erfindung wird das ölausdelinungsgefäß
16 nicht nur zur Gewährleistung
einer einwandfreien Ölfüllung
des unteren Durchführungsteiles 10, sondern auch zur Füllung der erwähnten
Fu-e zwischen den beiden Isolationsteilen 14 und 15 benutzt. Der Fugenzwischenraum
ist elektrisch hoch beansprucht, und deshalb muß er mit einem Isolationsmaterial,
im vorliegenden Fall beispielsweise öl, Clophen oder Silicon-Gel ausgefüllt
werden.
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Ein Vorteil der daraestellten erfindungsgemäßen Anordnuno, besteht
darin, daß der Durchführungsteil 11 mit einem verhältnismäßia geringen Durchmesser
ausgebildet werden kann, weil , wie aus der F i 2 hervorgeht, die Länge dieses
Durchführungsteiles ohne Nachteil sehr groß bemessen werden kann.
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Nun ist es bereits bekannt, Höchstspannungskabel an Transformatoren
anzuschließen. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei der Durchführung
11, wie oben erläutert, nicht um einen vollisolierten Isolierkörper wie beim
Kabel, sondern um einen sogenannten teilisolierten Isolierkörper. Die Beanspruchungen
des festen Isolierrnaterials sind nach den Gesetzen der Teilisolieruno, außerordentlich
gering, weil der weitaus größte Teil der Spannung zwischen den Nachbarphasen und
gegenüber Erde durch die Luft aufgenommen wird.
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In F i g. 2 sind annäherungsweise Feldlinien eingezeichnet.
Bei den mit 21 bezeichneten Feldlinien in unmittelbarer Nähe des Transformatorkastens
handelt es sich um die Feldlinien einer Vollisolierung, d. h., die gesamte
Spannung zwischen dem Durchführungsstrombolzen und dem geerdeten Durchführungskasten
wird im festen Isoliermaterial abgebaut. Mit zunehmender Entfernung der Durchführungsoberfläche
vom Transformatorgehäuse geht die gesamte elektrische Feldanordnung immer mehr in
eine teilisolierte Anordnung über. Bei der Feldlinie 22 z. B. liegt zwischen dem
spannungsführenden Leiter innerhalb der Durchführung und dem Transformatorkasten
eine sehr große Luftstrecke, so daß das 4! teste Isoliermaterial in Richtuno, der
erwähnten Feldlinie 22 nur mit einem sehr geringen Anteil der Betriebsspannung,
beispielsweise mit 10% oder weni--er, beansprucht wird. Bei der Feldlinie
23 nimmt die Länge der Luftstrecke der Feldlinien gegenüber der Länge der
Feldlinien im festen Isoliermaterial weiter zu, so daß das feste Isoliermaterial
mit nur 511,'o oder weni-er der Gesamtspannung beansprucht C ZD wird. Gegenüber
einem geerdeten Kabel ist die Aus-C C bildung des Teiles 11 der Durchführung
bedeutend einiacher, weil, wie erläutert, das feste Isoliermaterial nur sehr schwach
beansprucht wird.
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Man könnte sich auch entschließ#ii, das untere zu-(Yespitzte Ende
14 des Teiles 11 der Durchführung unmittelbar in den Transformatorkasten
hineinlaufen zu lassen, dann müßte aber dieser untere Teil nach den Gesetzen der
Vollisolierung ausgebildet, d. h. außerordentlich hohen elktrischen Beanspruchungen
(Yewachsen sein. Hierzu eignet sich besser der feste Teil einer Transformator-Durchführung,
der in der F i -. 2 mit 10 bezeichnet ist.
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Nachfolgend werden zusammengefaßt einige Vorteile der neuen Anordnung
aufgezählt: Bei sehr hohen Betriebsspannungen werden die Durchführungen der bisherigen
Form so lano, und so C C
schwer, daß sie nur in einem geringen Winkel gegenüber
der Lotrechten geneigt in den Transformator eingebaut werden können, während andererseits
angestrebt wird, die Neigung zu vergrößern. Die erfindungsgemäße Durchführung weist
einen sehr kurzen Porzellanteil auf, der stark geneigt eingebaut werden kann.
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Mit Rücksicht auf den nur kurzen Porzellanteil der erfindungsgemäßen
Durchführung kann in vielen Fällen der Transformator zusammengebaut mit Durchführung
transportiert werden, während bisher die Durchführung in allen Fällen ausgebaut
und getrennt transportiert werden mußte. Die Montage ar. Ort und Stelle wird erleichtert
und ist weniger zeitraubend.
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Die außerordentlich schweren und kostspieliger. Porzellanteile werden
vermieden.