DE3843807A1

DE3843807A1 - Selbstgekuehlter hochspannungstransformator

Info

Publication number: DE3843807A1
Application number: DE19883843807
Authority: DE
Inventors: Hans-Helmar Dipl Ing Werk
Original assignee: LAHMEYER AG fur ENERGIEWIRTSC
Current assignee: LAHMEYER AG fur ENERGIEWIRTSC
Priority date: 1988-12-24
Filing date: 1988-12-24
Publication date: 1990-07-12
Also published as: DE8816742U1; DE3843807C2

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstgekühlten Hochspannungstransforma tor, mit Transformatorkern, Transformatorwicklung und Gehäuse, wobei der freie Innenraum des Gehäuses zwischen Transformatorkern und Transformatorwicklung einerseits sowie Gehäusemantel andererseits mit einem für die Selbstkühlung geeigneten Füllmittel ausgefüllt ist. Ins besondere betrifft die Erfindung selbstgekühlte Masttransformatoren mit entsprechend der dreiphasigen Hochspannung eingerichteter Trans formatorwicklung. Wicklung bezeichnet dabei die Gesamtheit der Wick lungsstränge einer Spannungsseite. Die Erfindung beschäftigt sich technologisch mit der Selbstkühlung eines solchen Hochspannungstrans formators. Bekanntlich treten im Transformatorkern und in der Trans formatorwicklung während des Leerlaufs und des Betriebes Verluste in Form von Wärme auf, die abgeführt werden muß, um eine unzulässig hohe Erwärmung der aktiven Teile und der Isolierung zu vermeiden. Als elektrisch nichtleitende Wärmeübertrager, welche die Wärme am Entstehungsort aufnehmen und über das Gehäuse aus dem Transforma tor heraus an die Umgebung abgeben, werden Gase und Flüssigkeiten eingesetzt. Wird mit Flüssigkeiten gearbeitet, so dient das Gehäuse gleichsam als Kessel, er führt die Wärme an die Umgebung durch Strahlung und Konvektion ab.

Bei dem (aus der Praxis) bekannten Hochspannungstransformator, von dem die Erfindung ausgeht, ist das Füllmittel eine isolierende Flüssig keit, z. B. Öl, Siliconöl oder eine andere flammenwidrige Flüssigkeit. Das hat sich in isolationstechnischer Hinsicht und in bezug auf die Selbstkühlung bewährt, genügt voll den entsprechenden Vorschriften und Normen und ist insoweit auch in sicherheitstechnischer Hinsicht vor teilhaft. Die Vorteile einer Flüssigkeit gegenüber einem Gas sind ein mal die größere spezifische Wärme sowie die größere Wärmeleitfähig keit, zum anderen die höhere Durchschlagfestigkeit und eine größere Wärmekapazität, was im Falle kurzzeitiger Überlastung vorteilhaft ist. Außerdem erlaubt der Einsatz einer Flüssigkeit als sogenanntes Kühl mittel eine gedrängte und raumsparende Bauweise. Um die Abmessungen und das Gesamtgewicht eines Transformators möglichst niedrig zu hal ten, paßt man das Gehäuse dem Transformatorkern und den Transfor matorwicklungen soweit an, wie es die Isolation zuläßt.

Andererseits kann nicht ausgeschlossen werden, daß bei einem solchen Transformator das Gehäuse durch Fremdeinwirkung Schaden nimmt und die Flüssigkeit ausläuft oder in Brand gerät. Das bedeutet eine potentielle Umweltbelastung, die es zu vermeiden gilt und die insbe sondere in Wasserschutzgebieten nicht hingenommen werden kann. Diese Probleme treten zwar nicht auf, wenn als Füllmittel Gießharz eingesetzt wird. Gießharz-Transformatoren sind jedoch aufwendig und nicht für alle Einsatzfälle geeignet. Häufig sind besondere Schutzgehäuse erforder lich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungstrans formator des eingangs beschriebenen grundsätzlichen Aufbaus zu schaf fen, der in isolationstechnischer Hinsicht sowie in bezug auf die Selbstkühlung allen Anforderungen genügt, jedoch von umweltbelasten den Risiken frei ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß das Füllmittel aus einem feinkörnigen dielektrischen Schüttgut ausreichender Wärme leitfähigkeit besteht, dessen Schüttung evakuierbare und durch Gas strömung spülbare Schüttgutporenräume bildet, und daß die Schüttgut porenräume mit einem Gas ausreichender Durchschlagfestigkeit ausge füllt sind. Schüttgutporenräume meint die Raumbereiche zwischen den Körnern. Mit anderen Worten sind die Schüttgutporenräume mit einem Gas ausgefüllt, welches dem Aggregat aus dem Schüttgut und dem Gas insgesamt eine ausreichende Durchschlagfestigkeit verleiht. Ausreichend meint im Rahmen der Erfindung, daß die bestehenden Vorschriften sicher erfüllt werden. Der Ausdruck dielektrisches Schüttgut besagt, daß diese eine für die isolationstechnischen Belange ausreichende Dielektrizitätskonstante aufweist. Ausreichende Wärmeleitfähigkeit liegt z. B. vor, wenn die der bisher üblichen Flüssigkeiten mehr oder we niger erreicht oder sogar überschritten wird. Das ist z. B. dann der Fall, wenn das Schüttgut aus einem Stoff der Gruppe Aluminiumoxid körner (Al₂O₃), Magnesiumoxidkörner (MgO), Quarzkörner, hauptsächlich kugelförmige Glaskörner, oder Mischungen davon, auch mit Beryllium oxidkörnern - besteht. Von besonderer Bedeutung ist, daß erfindungs gemäß die Schüttung evakuierbar und durch eine Gasströmung spülbar ist, und zwar nach Einfüllung in das Gehäuse des Hochspannungstrans formators. In der Formulierung evakuierbar und spülbar kommt zum Ausdruck, daß die Körnung des Schüttgutes nicht zu klein sein darf. Allerdings soll sie auch nicht zu grob sein. Insoweit lehrt die Er findung, daß das Schüttgut eine Körnung von unter 1 mm aufweist. Da bei kann es sich um feinförniges Schüttgut und/oder auch um solches mit einer im Rahmen der Lehre der Erfindung vorgegebenen Sieblinie handeln. Besteht bei einem Hochspannungstransformator das Füllgut aus einem feinkörnigen dielektrischen Schüttgut ausreichender Wärmeleitfähig keit, so ist die erforderliche Durchschlagfestigkeit im allgemeinen noch nicht gewährleistet. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Durchschlagfestigkeit überraschenderweise allen Anforderungen genügt, wenn die Schüttgutporenräume mit einem Gas ausreichender Durchschlagfestig keit gefüllt sind, - und aus diesem Grunde muß das Schüttgut in dem Behälter evakuierbar und durch Gasströmung spülbare Schüttgutporen räume bilden. Die Evakuierung erfolgt durch Anschluß des Behälters an eine Unterdruckquelle, die Spülung durch gleichzeitige Einführung des Spülgases, im Rahmen der Erfindung also des Gases ausreichender Durchschlagfestigkeit.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. So können die Schüttgutporen räume hauptsächlich mit Schwefelhexafluorid gefüllt sein. Das hat sich insbesondere in Kombination mit einer Schüttgutfüllung aus Magnesium oxidkörnern bewährt. Man kann die Schüttgutporenräume aber auch mit Helium füllen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, Mischungen von Schwefelhexafluorid und Helium einzusetzen. Dabei können das Schwe felhexafluorid und/oder das Helium Beimischungen von Luft aufweisen, d. h. bei der schon beschriebenen Spülung muß nicht das gesamte zu nächst in der Schüttung enthaltene Luftvolumen entfernt werden. Un schwer kann durch Versuche festgestellt werden, wie die Spülung ein zurichten ist, damit die erforderliche Durchschlagsfestigkeit gewähr leistet ist, obgleich sich noch Luftbeimischungen in der Gasatmosphäre befinden. Das Gehäuse ist zu diesem Zweck als evakuierbarer und spülbarer Druckbehälter ausgeführt. Zweckmäßigerweise wird die Aus legung so getroffen, daß der betriebsbereite Transformator einen Innendruck von 1 bis 2 bar aufweist. Das gilt insbesondere, wenn mit Schwefelhexafluorid als Gas gearbeitet wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Hochspannungstransfor mators,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gegenstandes der Fig. 1 aus Richtung des Pfeiles A,

Fig. 3 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand der Fig. 1 und

Fig. 4 den vergrößerten Ausschnitt C aus dem Gegenstand der Fig. 3.

Der in den Figuren dargestellte Hochspannungstransformator ist für Selbstkühlung eingerichtet. Es handelt sich um einen Masttransforma tor, der mit seinem Unterteil wie üblich auf einen Mast aufgesetzt wird. Zum grundsätzlichen Aufbau des Hochspannungstransformators gehören ein Transformatorkern 1, die Transformatorwicklung 2, das Gehäuse 3 und selbstverständlich die Anschlußeinrichtungen 4 für die Energiezuführung und -abführung. Weitere bauliche Einzelheiten des dargestellten Hochspannungstransformators bedürfen hier nicht der Be handlung. In der Fig. 3 erkennt man den Innenraum des Gehäuse 3 zwischen Transformatorkern 1 und Transformatorwicklung 2 einerseits sowie dem Gehäusemantel 5 andererseits. Der Innenraum ist mit einem für die Selbstkühlung geeigneten Füllmittel ausgefüllt.

Das Füllmittel besteht aus einem feinkörnigen dielektrischen Schüttgut 6 ausreichender Wärmeleitfähigkeit. Das Schüttgut 6 bildet evakuierba re und durch Gasströmung spülbare Schüttgutporenräume 7. Die Schütt gutporenräume 7 sind mit einem Gas ausreichender Durchschlagfestig keit ausgefüllt. Das wurde in der Fig. 4 dargestellt, die dem ver größerten Ausschnitt C aus dem Gegenstand der Fig. 3 entspricht. Die Körner 8 wurden übertrieben groß gezeichnet, so sollen unter 1 mm liegen. Verhältnismäßig groß wurden auch die Schüttgutporenräume 7 dargestellt, die z. B. mit Schwefelhexafluorid, Helium oder Mischungen davon gefüllt sind. Das Gehäuse 3 bildet einen Druckbehälter, der eva kuierbar und in bezug auf das eingebrachte Schüttgut 6 spülbar ist. Der Druckbehälter 3 ist für einen Innendruck von 1 bis 2 bar ausgelegt. Im allgemeinen besteht ein solcher Behälter aus einem Bodenteil 9, dem Mantel 5 und einem Deckelteil 10. Entsprechende Dichtungsmittel sind angeordnet. Die Dichtheit läßt sich z. B. leicht herstellen, indem der Behälter mit einem oder mit mehreren Zugankern zusammengespannt wird. Ein solcher könnte im Ausführungsbeispiel zentral durch die Achse des Hochspannungstransformators geführt sein. Im Bereich der Achse des dargestellten Hochspannungstransformators ist ausreichend Platz, zusätzlich Maßnahmen zur Wärmeabfuhr aus dem Innern des Transformators zu verwirklichen. Zum Beispiel kann der Zuganker ent sprechend ausgelegt sein. Es besteht auch die Möglichkeit, in diesem Bereich rohrförmige Aggregate anzuordnen, die teilweise mit einer bei der Arbeitstemperatur des Hochspannungstransformators verdampfenden, außerhalb des Transformators kondensierenden Flüssigkeit gefüllt sind, so daß die Verdampfungswärme für die Wärmeabfuhr ausgenutzt wird. Der dargestellte Hochspannungstransformator zeichnet sich im übrigen durch hohe Symmetrie und Modulbauweise aus.

Claims

1. Selbstgekühlter Hochspannungstransformator, insbesondere Masttrans formator, mit

Transformatorkern,
Transformatorwicklung und
Gehäuse,

wobei der freie Innenraum des Gehäuses zwischen Transformatorkern und Transformatorwicklung sowie Gehäusemantel mit einem für die Selbstkühlung geeigneten Füllmittel aufgefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel aus einem feinkör nigen dielektrischen Schüttgut ausreichender Wärmeleitfähigkeit be steht,

dessen Schüttung evakuierbare und durch Gasströmung spülbare Schüttgutporenräume bildet,

und daß die Schüttgutporenräume mit einem Gas ausreichender Durch schlagfestigkeit ausgefüllt sind.

2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Schüttgut aus Aluminiumoxidkörnern (Al₂O₃) besteht.

3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Schüttgut aus Magnesiumoxidkörnern (MgO) besteht.

4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Schüttgut aus Quarzkörnern besteht.

5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Schüttgut aus im wesentlichen kugelförmigen Glaskörnern besteht.

6. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß das Schüttgut eine Körnung von unter 1 mm aufweist.

7. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Schüttgutporenräume hauptsächlich mit Schwefelhexafluorid gefüllt sind.

8. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Schüttgutporenräume hauptsächlich mit Helium gefüllt sind.

9. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefelhexafluorid und/oder das Helium Beimischungen von Luft aufweisen.

10. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als evakuierbarer und spül barer Druckbehälter ausgeführt und im Betriebszustand des Transfor mators ein Innendruck von 1 bis 2 bar eingerichtet ist.