DE69629318T2 - HIGH VOLTAGE / LOW VOLTAGE TRANSFORMER WITH THERMOPLASTIC DRY INSULATION - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Transformatoren und bezieht sich insbesondere auf Trockentransformatoren.The present invention relates to Transformers and relates in particular to dry-type transformers.
Transformatoren, wie sie zum Verteilen von Energie an die Öffentlichkeit verwendet werden, weisen eine Nennspannung auf, die den Bereich zwischen 5 kVA und 2500 kVA umfasst.Transformers as they are used for distribution of energy to the public used, have a nominal voltage covering the range between 5 kVA and 2500 kVA.
Sie dienen dem Absenken des Spannungsniveaus des Netzes von einem "Mittel-Spannungs-" Niveau, das zwischen 5 und 36 kV enthalten ist, auf ein Niederspannungs-Niveau, das kleiner als 500 V ist, zur Zulieferung von elektrischer Energie an private Haushalte.They serve to lower the voltage level of the network from a "medium voltage" level that between 5 and 36 kV is included, at a low voltage level that is smaller than 500 V, for the supply of electrical energy to private Households.
Die Transformatoren vom immergierten Typ, mit Isolation durch eine dielektrische Flüssigkeit (in der Regel Öl) stellen die große Mehrheit in der Verwendung und des derzeitigen Angebotes dar. Tatsächlich ist Mineralöl ein kostengünstiges Material, ein guter Isolator und ein guter Wärmeüberträger für die Kühlung der Wicklungen. Jedoch weist Mineralöl als Nachteil seine gute Brennbarkeit auf, was im Fall eines internen Bogenüberschlags im Transformator bedauerlich ist.The transformers of the evergreen Type, with insulation by a dielectric liquid (usually oil) the size Majority in usage and current offer. Indeed it is mineral oil an inexpensive Material, a good insulator and a good heat exchanger for cooling the windings. however shows mineral oil as Disadvantage its good flammability on what in the case of an internal Arc flashover in the transformer is unfortunate.
Um das mit Mineralöl einhergehende Brand-Risiko zu beseitigen, sind dielektrische Flüssigkeiten mit hohem Flammpunkt entwickelt worden. Polychlorobenzol war das meistverwendete, aber seine Verwendung wurde inzwischen aufgrund seiner fehlenden Bio-Abbaubarkeit und aufgrund der Schädlichkeit gewisser Brand-Zersetzungs-Produkte verboten. Silikon-Ester und -Öle könnten bessere Kandidaten zum Ersetzen von Polychlorobenzol in den Transformatoren sein. Allerdings bilden diese Produkte noch keinen Standard, und sie werden nur in sehr geringfügigem Maße verwendet. Ihre kommerzielle Zukunft ist sicherlich belastet durch die zunehmenden Strenge der Gesetze, die die Anwendung dielektrischer Flüssigkeiten wegen des Risikos einer Verseuchung durch Kühlmittel betreffen. Die Vorrichtungen mit fester Isolation oder trockenen Vorrichtungen wurden nach dem Verbot der Verwendung von Polychlorobenzol stark entwickelt.The risk of fire associated with mineral oil dielectric liquids with a high flash point must be eliminated has been developed. Polychlorobenzene was the most used, but its Has been used in the meantime due to its lack of biodegradability and because of the harmfulness certain fire decomposition products prohibited. Silicone esters and -Oils could be better candidates to replace polychlorobenzene in the transformers. Indeed these products are not yet a standard and they are only made in very minor Dimensions used. Your commercial future is surely strained by the increasing Strict laws governing the use of dielectric liquids because of the risk of coolant contamination. The devices with solid insulation or dry fixtures were built after Ban on the use of polychlorobenzene is highly developed.
Sie werden überall in Einrichtungen verwendet, die die Öffentlichkeit empfangen (Immobilien, Betriebe), um Brandrisiken zu reduzieren. Ihre Verwendung in der Verteilung bleibt geringfügig wegen der beträchtlichen Kosten im Vergleich zu Vorrichtungen mit Mineralöl.They are used everywhere in institutions the public received (real estate, businesses) to reduce fire risks. Their use in distribution remains minor because of the considerable Cost compared to devices with mineral oil.
Moderne Trockentransformatoren weisen beträchtliche Luftlamellen auf, die eine Isolationsfunktion zwischen Wicklungen und zwischen Wicklungen und Masse sicherstellen, wodurch sich ihr Platzbedarf, ihre Masse und daher ihre Kosten vergößern. Zum Beseitigen dieses Problems, verwenden einige Konstrukteure eine Oberflächen-Metallisierung der Wicklungen, was es ihnen erlaubt, den Platzbedarf zu reduzieren. Diese Technoligie weist die Schwierigkeit auf, teuer und schwierig zum Arbeiten zu bringen zu sein.Modern dry-type transformers have considerable ones Air lamellas that have an insulation function between windings and ensure between windings and ground, which takes up space, increase their mass and therefore their costs. To get rid of this Problem, some designers use surface metallization of the windings, which allows them to reduce the space requirement. This technology is difficult, expensive and difficult to be able to get to work.
Es gibt heute zwei große Familien von Trockentransformatoren: die Umhüllten und die Getränkten. Die Herstellungsverfahren dieser Vorrichtungen sind sicher unterschiedlich, aber die verwendeten Isolations-Materialien haben gemeinsam, wärmehärtbar zu sein und eine Wärme-Polymerisation zu benötigen, was erhöhte Herstellungskosten induziert.There are two large families today of dry-type transformers: the enveloped and the soaked. The Manufacturing processes of these devices are certainly different, but the insulation materials used have in common, thermosetting too be and need a heat polymerization thing increased Manufacturing costs induced.
Die Erfindung zielt darauf ab, die oben genannten Schwierigkeiten der Trockentransformatoren zu beheben, indem ein Transformator eines Typs geschaffen wird, der sowohl bezüglich des Platzbedarfs als auch des Preises durch Reduktion im Vergleich zu den derzeit bekannten Transformatoren mit ähnlichen Leistungen eine Verbesserung darstellt.The invention aims to to solve the above-mentioned difficulties of dry-type transformers, by creating a transformer of a type that is both in terms of Space requirements as well as the price by reduction compared to an improvement on the currently known transformers with similar performance represents.
Sie zielt daher auf einen Transformator mit Trockenisolation, welcher wenigstens eine Oberspannungs-Wicklung und wenigstens eine Niederspannungs-Wicklung aufweist, die auf wenigstens einer Säule eines magnetischen Kreises befestigt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, das ihre Oberspannungs-Wicklung in eine Isolierhülle aus thermoplastischen Harz enthalten ist, die mit einer Oberflächenschicht aus einem thermoplastisch, elektrisch leitfähigem Harz zum Fixieren des Potentials umhüllt ist, die mit der isolierenden Hülle verträglich ist und ihre in einem elektrisch leitfähigen Harz umhülllt ist.It is therefore aimed at a transformer with dry insulation, which has at least one high-voltage winding and at least has a low voltage winding on at least one Pillar of a magnetic circuit are attached, which are characterized is that their high-voltage winding in an insulating sleeve thermoplastic resin is included with a surface layer made of a thermoplastic, electrically conductive resin to fix the Potential enveloped is that with the insulating sheath compatible and is encased in an electrically conductive resin.
Neben anderen Eigenschaften weist die Erfindung auf:
- – die Hülle der Oberspannungs-Wicklung weist an ihrer Seitenfläche Öffnungen zum Durchgang von Anschluß-Stiften der Wicklung auf;
- – die genannten Öffnungen zum Durchgang von Anschluß-Stiften der Oberspannungs-Wicklung sind an einem Seitenstreifen aus elektrisch isolierendem thermoplastischen Harz vorgesehen, der mit dem thermoplastischen Harz der Isolierhülle verträglich und bezüglich dieser in Überdicke ausgeführt ist;
- – der Transformator weist Schienen zum Anschließen einer Oberspannung auf, wobei jede Anschluß-Schiene einen von einem thermoplastischen isolierenden Harz umhüllten Mittelleiter aufweist, der von einem thermoplastischen elektrisch leitfähigen Harz umhüllt ist;
- – zwischen dem Mittelleiter der Anschluß-Schiene und ihrer isolierenden Hülle ist eine Zwischenschicht aus thermoplastischem elektrisch leitfähigem Harz eingefügt, die vorgesehen ist, Teilentladungen zu vermeiden, die Gefahr laufen zwischen dem Metall des Leiters und der Isoliation der Hülle zu erscheinen, falls der Metall-Isolator-Übergang nicht perfekt ist, oder falls ein Risiko seiner Verschlechterung aufgrund von thermischen oder mechanischen Belastungen besteht;
- – jede Anschluß-Schiene weist an jedem ihrer Enden ein Element zum Verbinden des Mittelleiters der Schiene mit einem Anschlussstift einer Oberspannungs-Wicklung auf, wobei eines der Verbindungselemente ein Verbindungselement nach Außen bildet, wobei die genannten Verbindungselemente jeweils mit einem Kopf aus thermoplastischem Harz umgeben sind, welcher einstöckig mit der Isolations-Umhüllung der Schiene geformt ist und welcher geeignete, an die Durchgangs-Öffnungen der Anschluß-Stifte der Oberspannungs-Wicklung angepasste Dimensionen aufweist, die in der Isolations-Hülle der genannten Wicklung vorgesehen sind, wobei der Kopf außerdem eine Umhüllung aus thermoplastischem elektrisch leitfähigen Harz aufweist, die einstöckig mit der elektrisch leitfähigen Umhüllung des Ganzen der Schiene geformt ist;
- – die genannte wenigstens eine Nie erspannungs-Wicklung ist direkt auf eine Hülse aus elektrisch leitfähigem Harz aufgespult, welche die zugehörige Säule des magnetischen Kreises umhüllt;
- – der magnetische Kreis weist außerdem Joche auf, die die Säulen des magnetischen Kreises verbinden, wobei die genannten Joche gleichermaßen von einer Harz-Hülle verkleidet sind;
- – die Harz-Hülle des wenigstens einen Joches des magnetischen Kreises weist Zonen in Überdicke zum Fixieren von Anschluß-Leitern der Niederspannungs-Wicklungen und für den Ausgang der Niederspannungs-Anschluß-Stifte des Transformator auf;
- – zwischen den Oberspannungs- und Niederspannungs-Spulen, sind Kanäle zum Zirkulieren eines Kühlfluids vorgesehen, begrenzt von Vorsprüngen aus dem Material von wenigstens einer der Umhüllungen der genannten Wicklungen;
- – zusätzliche Öffnungen für den Ausgang von Justage-Stiften sind in dem Seitenstreifen der Hülle der Oberspannungs-Wicklung vorgesehen, wobei jede dieser Öffnungen von einem Isolations-Stopfen verschlossen ist, der mit einer Schicht aus elektrisch leitfähigem Material verkleidet ist, zum Fixieren des Potentials im Kontakt mit der elektrisch leitfähigen Schicht der Umhüllung der Oberspannungs-Spule, um um die Kontinuität der elektrisch leitfähigen Schicht zum Fixieren des Potentials sicherzustellen.
- - The envelope of the high-voltage winding has openings on its side surface for the passage of terminal pins of the winding;
- - The said openings for the passage of pins of the high-voltage winding are provided on a side strip made of electrically insulating thermoplastic resin, which is compatible with the thermoplastic resin of the insulating sleeve and is made in excess thickness with respect to this;
- - The transformer has rails for connecting a high voltage, each connecting rail having a central conductor covered by a thermoplastic insulating resin, which is covered by a thermoplastic electrically conductive resin;
- - An intermediate layer of thermoplastic, electrically conductive resin is inserted between the center conductor of the connecting bar and its insulating sheath, which is intended to avoid partial discharges and run the risk of appearing between the metal of the conductor and the insulation of the sheath if the metal Insulator transition is not perfect, or if there is a risk of its deterioration due to thermal or mechanical loads;
- - Each connecting rail has at each of its ends an element for connecting the central conductor of the rail to a connecting pin of a high-voltage winding, with one of the connecting elements following a connecting element Forms outside, said connecting elements are each surrounded by a head made of thermoplastic resin, which is integrally formed with the insulation sheathing of the rail and which has suitable dimensions adapted to the through-openings of the connecting pins of the high-voltage winding are provided in the insulation sheath of said winding, the head also having a sheath made of thermoplastic electrically conductive resin which is integrally molded with the electrically conductive sheath of the whole of the rail;
- - The said at least one never-voltage winding is wound directly onto a sleeve made of electrically conductive resin, which envelops the associated column of the magnetic circuit;
- - The magnetic circuit also has yokes that connect the columns of the magnetic circuit, said yokes are equally covered by a resin shell;
- - The resin sheath of the at least one yoke of the magnetic circuit has zones of excess thickness for fixing connection conductors of the low-voltage windings and for the output of the low-voltage connection pins of the transformer;
- - Between the high-voltage and low-voltage coils, channels for circulating a cooling fluid are provided, delimited by protrusions made of the material of at least one of the wrappings of said windings;
- - Additional openings for the output of adjustment pins are provided in the side strip of the envelope of the high-voltage winding, each of these openings is closed by an insulation plug, which is covered with a layer of electrically conductive material, for fixing the potential in Contact with the electrically conductive layer of the envelope of the high-voltage coil in order to ensure the continuity of the electrically conductive layer for fixing the potential.
Die Erfindung wird durch die Lektüre der folgenden Beschreibung besser verstanden werden, welche allein als Beispiel gegeben wird und welche sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.The invention will become apparent by reading the following Description can be better understood, which alone as an example is given and which refers to the accompanying drawings.
Hierin sind:Here are:
In
In
Zum Realisieren der Anordnung in
Dieser Vorgang wird mittels Injektion ausgeführt, oder mittels Kompression der Streifen unter Wärmeeinwirkung, falls das verwendete Polymer thermoplastisch ist.This process is done by injection executed or by compressing the strips under the influence of heat, if used Polymer is thermoplastic.
Das verwendete Material kann indessen auch ein wärmehärtbarer Harz sein. Es ist wichtig, dass das Material wärmeleitfähig ist, und dies im größtmöglichen Maße. Hierzu kann es beispielsweise in einem geeigneten Verhältnis eine Charge Kohlenstoff enthalten, welcher den zusätzlichen Vorteil aufweist, es gleichermaßen leicht elektrisch leitend werden zu lassen, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird.However, the material used can also a thermosetting Resin. It is important that the material is thermally conductive, and as much as possible Dimensions. For this purpose, for example, in a suitable ratio Batch contain carbon, which has the additional advantage it alike easily become electrically conductive, in accordance with a preferred one embodiment of the invention, which is described below.
Nach Positionieren von Kompressionsringen
Dieser Leiter
Jedes seiner Enden ist nach außen verlängert zu
den klassischen Anschluß-Schienen
Die auf diese Weise realisierte Niederspannungs-Wicklung
wird anschließend
mit einer Schicht
Damit endet die Herstellung einer Niederspannungs-Wicklung des erfindungsgemäßen Transformators.This ends the production of one Low-voltage winding of the transformer according to the invention.
Die Hülse
Erstens stellt sie dank ihrer Steifigkeit
die notwendige mechanische Stabilität des die Säule
Ferner erfüllt die Hülse
Außerdem kann man, wenn man es
gleichermaßen
leicht elektrisch leitend werden läßt, die Verwendungssicherheit
der fertigen Vorrichtung dadurch verbessern, dass einfach die Hülse auf
Erde gelegt wird. Dies wird verständlicherweise erleichtert,
wenn man vorsieht, dass die Hülse
Außerdem dient sie, wie bereits
angedeutet, zum Tragen der Wicklung des elektrisch leitenden metallischen
Leiters
Wie in
Diese Rippen, beispielsweise mit
einer Höhe von
3 bis 50 mm, dienen gleichermaßen
dazu, zwischen ihnen Kanäle
In diesem Beispiel weist die Außenfläche der dielektrischen
Polymerharz-Hülle
Auf diese Weise weist, wie bereits
oben angegeben, die Hüllummantelung
aus Harz der Hülle oder
die Einkapselung
Dank einer solchen Anordnung, erhält man eine
antistatische Wirkung, um zu vermeiden, dass Stäube, welche die Luft unvermeidbar
aufweist, auf der Wand der Kühlkanäle
Der Komplex der Polymerharzpartien,
welches die Hülse
Die Kompressionsringe
Dies ist der Grund, warum man zwei konzentrische Ringe mit umgekehrten Rampen für die üblicherweise verwendete zweilagige Wicklung verwendet.This is the reason why you two Concentric rings with inverted ramps for the commonly used two-layer Winding used.
Diese Ringe weisen hierbei als einen
wesentlichen Vorteil auf, dass sie eine Masse zum Verschließen der
Enden der Hülse
Die in
Die
Zum Realisieren dieser Oberspannungs-Spule
Die so erhaltene Wicklung wird mittels
Injektion oder mittels Kompression mit einer Schicht aus elektrisch
isolierendem thermoplastischen Harz
Die Hülle
Die Öffnungen 14 zum Durchgang der
Anschluß-Stifte
der Oberspannungs-Wicklung sind in einem Seitenstreifen
Bevorzugterweise ist der Seitenstreifen
Auf der Schicht der Hülle
Dieser eine Oberflächenschicht
Auf diese Weise können die Schnittstellen mit den Isolatoren frei von Hohlräumen aufgeführt sein.In this way, the interfaces with the insulators free of voids be listed.
Die Oberspannungs-Spule ist damit abgeschlossen.The high-voltage coil is now completed.
Es verbleibt zu präzisieren,
dass die Dicken der Isolatoren auf der Wicklung ausreichend sind,
um den dielektrischen Belastungen Stand zu halten, die maximal zwischen
der Spule und der elektrisch leitfähigen Schicht
Der Seitenstreifen
Die Oberspannungs-Spule
Hierzu wird die auf Säule
Auf diese Weise wird eine gekoppelte Oberspannungs-Niederspannungs-Lage gebildet.In this way, a paired Upper-voltage and low voltage situation educated.
Die Lagen dieser Art werden zum Realisieren
eines Dreiphasen-Transformators verwendet, wie er in
Hierzu baut man drei Niederspannungs- Oberspannungs-Lagen
zusammen und man baut die Säulen
Die Joche
Die Joche
Im Hinblick auf ihren Zusammenbau
weisen die seitlichen Säulen
Die Hülle der Joche hat als zweite
Funktion, diese gegen äußere Eingriffe
zu schützen.
Die Hülle der
Joche
Sie stellt das Positionieren der
Oberspannungs-Spulen und Niederspannungs-Spulen
Sie stellt gleichermaßen den
mechanischen Zusammenhalt der Niederspannungs-Leiter
Hierzu weist die Hülle
Sie stellt verständlicherweise gleichermaßen den
mechanischen Zusammenhalt der Niederspannungs-Anschluß-Schienen sicher,
welche gleichermaßen
durch die oben erwähnten
Zonen in Überdicke
Diese Hülle stellt schließlich einen Zuwachs der thermischen Austausch-Fläche des Jochs sicher, zum Vorteil für die Kühlung, da das verwendete Harz wärmeleitend ist.This envelope finally represents one Increase in the thermal exchange area of the yoke for sure for the Cooling, because the resin used is thermally conductive is.
Auf diese Weise, wie in
Das Chassis
In
Zwischen dem Mittelleiter
Die in
Der Aufbau der Anschluss-Schiene
Jede Anschluss-Schiene weist an jedem
ihrer Enden eine Vorrichtung
Dank der soeben beschriebenen Anordnung, weist
die zugängliche
Fläche
der Anschlussschienen
Außerdem weist jede Schiene an
einem ihrer Enden eine Vorrichtung
Insbesondere unter Würdigung
der
Außerdem überdeckt die Hülle
Außerdem bewirkt diese Abdeckung
eine dichte Verbindung zwischen der Hülle
Diese Verbindung erlaubt:
- – den
mechanischen Zusammenhalt der Joche
24 ,26 auf den Säulen2 , - – den
Schutz gegenüber äußeren Angriffen
des aus den Jochen
24 ,26 und den Säulen2 gebildeten magnetischen Kreises.
- - the mechanical cohesion of the yokes
24 .26 on the pillars2 . - - Protection against external attacks from the yokes
24 .26 and the pillars2 formed magnetic circuit.
Unter erneutem Bezug auf
Obwohl in dem soeben beschrieben Beispiel die Erfindung auf einen Dreiphasen-Transformator angewendet wäre, ist es verständlicherweise möglich, sie auf die Ausführung eines Monophasen-Transformators anzuwenden, welcher wenigstens einen Komplex von Niederspannungs-/Oberspannungs-Wicklungen aufweist, welche von einer Säule eines geschlossenen magnetischen Kreises getragen sind.Although in the just described Example applied the invention to a three-phase transformer would be is understandably it possible, them on execution to use a monophase transformer which has at least one Complex of low-voltage / high-voltage windings, which from a pillar of a closed magnetic circuit.
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