DE2062157A1

DE2062157A1 - High-voltage insulation arrangement for oil-filled electrical devices, in particular for direct voltage transmission

Info

Publication number: DE2062157A1
Application number: DE19702062157
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 8540 Schwabach; Stein Werner Dr.-Ing. 8500 Nürnberg. P Müller
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Transformatoren Union AG
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1970-12-17
Publication date: 1972-06-29

Description

Hochspannungsisolationsanordnung für ölgefüllte elektrische Geräte insbesondere zur Gleichspannungsübertragung. High voltage insulation arrangement for oil-filled electrical equipment especially for direct voltage transmission.

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsisolationsanordnung für ölgefüllte elektrische Geräte, insbesondere zur Gleichspannungsübertragung, mit gleichzeitiger Beanspruchung durch Wechsel-Gleich- und Stoßspannung.The invention relates to a high-voltage insulation arrangement for oil-filled electrical devices, in particular for direct voltage transmission, with simultaneous Stress from alternating direct current and surge voltage.

Bei der Übertragung von elektrischer Energie in sehr großen Mengen über extrem weite Entfernungen hat sich infolge der geringen Blindleistungsverluste die Gleichspannungsübertragung als sehr wirtschaftlich erwiesen.When transmitting electrical energy in very large quantities over extremely long distances has been due to the low reactive power losses DC voltage transmission has proven to be very economical.

Gleichzeitig hat sich els sehr zweckmäßig herausgestellt bei der Erzeugung der elektrischen Energie ion Generatoren und bei der Verteilung der Energie an die Verbraucher, die bisher übliche Arbeitsweise mit Wechsel- und Drehstrom beizubehalten. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, den in Wechsel- oder Drehetromgeneratoren erzeugten Strom vor dem Transport gleichzurichten sowie gleichzeitig auf ein Hochspannungspotential anzuheben und entsprechend am Ende der Übertragungsleitung das Hochspannungspotential zu verringern und den Gleichstrom in echsel-oder Drehstrom zurückzuverwandeln.At the same time, els has proven to be very useful in production the electrical energy ion generators and in distributing the energy to the Consumers to maintain the previously common mode of operation with alternating and three-phase current. This results in the need in alternating or rotary electric generators to rectify generated electricity before transport and at the same time to a High voltage potential and accordingly the high voltage potential at the end of the transmission line to reduce and convert the direct current back into alternating or three-phase current.

In den zur Erledigung dieser Aufgaben erforderlichen Geräten treten unvermeidlich nebeneinander sowohl hohe Wechsel- als auch hohe Gleichspannungen auf. Außerdem müssen diese Geräte bei der Prüfung unbeschadet auch hohe Stoßspannungsbeanspruchungen überstehen. In bisher bekannten Geräten der Wechsel- und Drehstromübertragungseinrichtungen sind die Isolationen mit Rücksicht auf die hierdurch bedingten Belastungen ausgelegt, wobei sich als sehr vorteilhaft erwiesen hat, daß sich die Dielektrizitätskonstanten von fester Isolation zu Öl etwa wie 2 zu 1 verhalten. Das in diesen Geräten an sich zur Kühlung dienende Öl hat also einen wesentlichen Anteil an der Isolation übernommen. Eine Übertragung dieser Verhaltnisse auf Geräte die außerdem auch durch Gleichspannung beansprucht werden, ist jedoch nicht möglich, weil sich die spezifischen Widerstände der üblichen festen Isolations-, mittel Papier der Preßspan zu dem von Öl etwa wie 100 zu 1 verhalten. Das hätte bei unveränderter Übernahme der von Wechsel- und i)rehstromgeräten her bekannten Isolieranordnungen zur Folge, daß die gesamte Gleichspannung praktisch an der festen Isolation abfallen würde. Zur Vermeidung von Durchschlägen und zur Erhaltung der Betriebssicherheit müßte also die feste Isolation verstärkt werden. Dies ist jedoch aus physikalischen Gründen sehr nachteilig und aus fertigungstechnischen Gründen sehr schwierig und an einigen Stellen wie beispielsweise der Wicklungsisolation aus Platzgründen nahezu unmöglich.Step into the equipment needed to complete these tasks both high AC and high DC voltages inevitably side by side on. In addition, these devices must also withstand high surge voltage stresses without prejudice to the test survive. In previously known devices of alternating and three-phase current transmission devices are the insulation designed with due consideration of the loads caused by this, it has proven to be very advantageous that the dielectric constant from solid insulation to oil behave roughly like 2 to 1. That in these devices itself The oil used for cooling has taken on a significant part of the insulation. A transfer of these conditions to devices that also use direct voltage However, this is not possible because of the specific resistances the usual solid insulation, means paper the pressboard to that of oil about like 100 to 1 behavior. That would have been with the unchanged adoption of the AC and i) reheater devices Known isolation arrangements ago that the entire DC voltage practically would fall off at the solid insulation. To avoid breakdowns and to To maintain operational safety, the solid insulation would have to be reinforced. However, this is very disadvantageous for physical reasons and for manufacturing reasons Establishing very difficult and on some places such as the winding insulation almost impossible due to lack of space.

Der erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ölgefüllte elektrische Geräte, insbesondere zur Gleichspannungsübertragung, eine Hochspannungsisolationsanordnung anzugeben, die einer gleichzeitigen Beanspruchung durch Wechsel-, Gleich- und Stoßspanung standhält und die trotzdem mit nur geringem fert igungstechnischem Aufwand verwirklicht werden kann.The invention is therefore based on the object for oil-filled electrical Devices, in particular for direct voltage transmission, a high-voltage insulation arrangement indicate the simultaneous stresses caused by alternating, direct and surge voltages withstands and which is nevertheless implemented with little manufacturing effort can be.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Isolationsanordnung aus einer Kombination von isolierten und blanken Elektrodenteilen besteht, bei der die isolierten Elektrodenteile sowohl das Wechsel- als auch das Stoßspannungsfeld von den blanken Elektrodenteilen abschirmen und daß die blanken Elektrodenteile nach den Erfordernissen des Gleichspannungsfeldes ausgebildet sind und die Gleichspannung im Olraum gleichmäßig abfällt, so daß die Isolationsschichten der isolierten Teile durch die G7.eichspannung nur wenig oder überhaupt nicht beansprucht werden.According to the invention this object is achieved in that the insulation arrangement consists of a combination of insulated and bare electrode parts in which the isolated electrode parts both the alternating and the surge voltage field shield from the bare electrode parts and that the bare electrode parts are designed according to the requirements of the DC voltage field and the DC voltage drops evenly in the oil space, so that the insulation layers of the isolated parts are only slightly or not at all stressed by the G7 calibration voltage.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Erfindung bestehen darin, daß die isolierten Teile als eine für den vom Gleichspannungsfeld getriebenen Gleichstrom durchlässige Reuse ausgebildet sind, die in ihrem Innern vorgesehene blanke Teile umfaßt oder daß zur Abschirmung des Wechsel-und Stoßspannungsfeldes vorgesehene Schirmelektroden auf der der Gegenelektrode zuge wendeten Seite isoliert und auf ihrer Rückseite im Schatten des echsel- und Stoßspannungsfeldes blank sind.Appropriate embodiments of this invention are that the isolated parts as one for the direct current driven by the direct voltage field permeable cages are formed, the bare parts provided in their interior or that provided for shielding the alternating and surge voltage field Shield electrodes on the side facing the counter electrode insulated and on their backs are bare in the shadow of the echsel and surge voltage field.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist sehr vorteilhaft, denn sie vermeidet die Beanspruchung der f.esten Isolation durch das in dem Gerät auftretende Gleichspannungsfeld und sie verhindert die Entstehung sehr hoher Gleichfeldstärken an Kanten und in Engstellen. Solche Stellen ergeben sich zum Beispiel an den Stoßstellen zwischen Leitungen und der Durchführung und an der nur dünn isolierten Wicklung.The arrangement according to the invention is very advantageous because it avoids the stress on the strongest insulation caused by the direct voltage field occurring in the device and it prevents the development of very high constant field strengths at edges and in Bottlenecks. Such points arise, for example, at the joints between Cables and the bushing and on the only thinly insulated winding.

Die Erfindung wird anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert: Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Lösung auf der in das Gerät eintauchenden Seite einer Durchführung und Fig. 2 die erfindungsgemäße Ausbildung eines Schirmringes auf der Stirnseite einer Wicklung.The invention is illustrated by means of two in the drawing Exemplary embodiments explained in more detail: Fig. 1 shows the solution according to the invention on the side of a bushing that is immersed in the device and FIG. 2 shows the embodiment according to the invention Formation of a shield ring on the face of a winding.

In einem Kesseldeckel 1 eines elektrischen Gerätes ist in üblicher Weise eine sogenannte Durchführung 2 befestigt.In a boiler lid 1 of an electrical device is in usual Way a so-called implementation 2 attached.

Das äußere Ende 3 dieser DurchfUhrung 2 ist in herkömmlicher Weise kugelförmig gestaltet. Die Austrittsstelle eines Leiters 5 aus dem inneren Ende 4 der Durchführung 2 ist gegen ein in dem Gerät auftretendes Wechselspannungsfeld abgeschirmt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß das Innere des Gerätes mit einer Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Transformatorenöl, gefüllt ist. Der Abschirmkörper wird im dargestellten Beispiel von drei aus elektrisch leitendem Werkstoff hergestellten, isolierten Ringen 6 dargestellt. Die isolierten Ringe 6 bilden zusammen einen Käfig, dessen Gitter von dem vorhandenen Wechselspannungsfeld praktisch nicht durchdrungen werden. Dagegen verhalten sich die Feldlinieneines gleichzeitig anliegendem Gleichspannungsfeldes annähernd so als wären die isolierten Ringe 6 überhaupt nicht vorhanden. Demzufolge verteilt sich der Spannungsabfall der Gleichspannung gleichmäßig auf den Abstand zwischen einer den Leiter 5 an seiner Austrittsstelle aus der Durchführung 2 umfassenden blanken Elektrode i7 und anderen blanken metallischen Teilen entgegengesetzter Gleichspannungspolarität. Würde man die isolierten Ringe 6 zu einem topfförmigen Gebilde zusammenfassen, müßte der Potentialausgleich für das Gleichspannungsfeld durch einen Engpaß zwischem diesem topfförmigen Gebilde und dem unteren Ende der Durchführung 2 erfolgen, wobei eine Überbelastung des auch diesen Engpaß ausfüllenden Transformatoröls auftreten würde.The outer end 3 of this leadthrough 2 is in a conventional manner designed spherical. The exit point of a conductor 5 from the inner end 4 of the implementation 2 is against an alternating voltage field occurring in the device shielded. It should be noted that the inside of the device is covered with a Cooling liquid, preferably transformer oil, is filled. The shielding body is in the example shown of three made of electrically conductive material, isolated rings 6 shown. The isolated rings 6 together form a cage, its grid from the existing alternating voltage field practically not be penetrated. In contrast, the field lines of one behave simultaneously applied DC voltage field almost as if the insulated rings were 6 not present at all. As a result, the voltage drop of the DC voltage is distributed uniformly to the distance between the conductor 5 at its exit point from the implementation 2 comprising bare electrode i7 and other bare metallic Divide opposite DC polarity. One would get the isolated rings 6 combine to form a cup-shaped structure, the equipotential bonding for the direct voltage field through a bottleneck between this cup-shaped structure and the lower end of the implementation 2 take place, with an overload of the also transformer oil filling this bottleneck would occur.

Nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Pigur 2 ist eine Wicklung auf herkömmliche Art und Weise im wesentlichen durch Winkel ringe 9 isoliert Zwischen den Stirnseiten der Wicklung 8 und den Winkelringen 9 sind Schirmringe 10 und 11 vorgesehen. Diese Schirmringe 10 und 11 sind im Gegenzatz zu den ueblichen Ausführungen bei reinen Wechselstromgeräten - in denen sie vellständig isoliert sind - nur auf den der Wicklung abgewandten Seiten isoliert, dagegen sind sie in Richtung auf die Wicklung blank belassen. Die nicht dargestellten Wicklungsenden der WieRlung 8 sind zur Gleichrichter mit einer Gleichspannungsübertragungsleitung mit sehr hoher Spannung verbunden. Die Wicklung 8 führt also nicht nur die in sie induzierte W@chselspannung, sondern auch die am Gleichrichter auftretende Gleichspannung. Bei vollständig isolierten Schirmringen 10 und 11 würde sich zwischen diesen und der Stirnseite der Wicklung 8 infolge des vorhandenen Gleichfeldes eine sehr große Totentialdifferenz einstellen, so daß die Gefahr bestünde, daß die Isolation zerstört würde und im Gefolge davon die Eigenschaften auch des den übrigen Baum ausfüllenden Transforma-toröls beeinträchtigt würden. Die blanken Oberflächen der der Wicklung zugekehrten Seiten der Schirmringe 10 und 11 und damit auch diese selbst führen das Gleichspannungspotential der unmittelbar benachbarten Kühlflüssigkeit, so daß trotz wirksamer Wechselfeldabschirmung keine Überbeanspruchung der Isolation durch zu große Gleichspannungspotentiale auftritt.According to the embodiment according to Pigur 2, a winding is conventional Way essentially by angle rings 9 isolated between the end faces the winding 8 and the angle rings 9, shield rings 10 and 11 are provided. These In contrast to the usual designs, shield rings 10 and 11 are pure AC devices - in which they are completely isolated - only on the winding remote sides isolated, on the other hand they are bare in the direction of the winding left. The winding ends of the winding 8, not shown, are for rectifiers connected to a very high voltage DC transmission line. The winding 8 therefore not only carries the alternating voltage induced in it, but also also the DC voltage occurring at the rectifier. When fully isolated Shield rings 10 and 11 would be between these and the end face of the winding 8 as a result of existing constant field set a very large total difference, so that the There would be a risk that the insulation would be destroyed and, as a result, the properties the transformer oil filling the rest of the tree would also be impaired. The bare surfaces of the winding facing sides of the shield rings 10 and 11 and thus also these themselves carry the direct voltage potential of the directly adjacent coolant, so that despite effective alternating field shielding none Overstressing of the insulation occurs due to excessive DC voltage potentials.

Claims

Claims 1. High-voltage insulation arrangement for oil-filled electrical devices, in particular for direct voltage transmission, with simultaneous Stress caused by alternating, direct and surge voltage, characterized in that the insulation arrangement consists of a combination of insulated and bare electrode parts in which the insulated electrode parts consist of both the exchangeable and the Shield the sauce voltage field from the bare electrode parts and that the bare Electrode parts are designed according to the requirements of the DC voltage field and the DC voltage in the oil chamber drops evenly, so that the insulation layers the insulated parts are only slightly or not at all stressed by the DC voltage will.

2. High-voltage insulation arrangement according to claim 1, characterized in that that the isolated parts as one for the direct current driven by the direct voltage field permeable cages are formed, the bare 'parts provided in its interior comprises.

3. High-voltage insulation arrangement according to claim 1, characterized in that that for shielding the alternating and surge voltage field provided shielding electrodes insulated on the side facing the counter electrode and on its rear side are bare in the shadow of the alternating and impulse voltage field.