EP0167641A1 - Verfahren zur Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau sowie nach diesem Verfahren hergestellter Abschluss - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau sowie nach diesem Verfahren hergestellter Abschluss Download PDF

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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/04—Leading of conductors or axles through casings, e.g. for tap-changing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B17/00—Insulators or insulating bodies characterised by their form
    • H01B17/26—Lead-in insulators; Lead-through insulators
    • H01B17/28—Capacitor type

Definitions

  • Terminals in transformer construction are used to create a conductor connection and to shield this connection in the field. They generally consist of a shield electrode and an insulating holding element corresponding to the end form.
  • the isolating holding element carrying the shield electrode and corresponding to the termination form consists of a transformer board (on the question of manufacture, electrical and mechanical properties) as well as the application possibilities of Transformerboard compare SCIENTIA ELECTRICA, volume 25, number 3, pages 1 to 120, year 1979).
  • the gas permeability of the transformer board has an unfavorable effect insofar as correspondingly high gas concentrations can form in the lead-through area of the drip-tight seal at the operating temperature of the transformer, which can endanger operational safety. In addition, they do not withstand the mechanical stress.
  • the prior art also includes terminations made of synthetic resin, which, for manufacturing reasons, can only be produced in one standardized termination type per voltage series, while variations in the dimensions and in the installation position cannot be made due to cost reasons. Since it is difficult akuumg discerntechnik also in V, to avoid formation of gas bubbles completely, throw resin accounts for very high voltages for electrical reasons to big problems. Another disadvantage is the limited electrical surface resilience of synthetic resins in oil due to the high dielectric constant.
  • the invention has for its object to develop a cost-effective method that produces a vacuum-tight, oil-tight seal permitted for transformer construction and which also makes it possible, in particular, to produce terminations for a wide variety of dimensions and installation positions without great manufacturing outlay.
  • the layers of transformer board impregnated with resin bring about a vacuum-tight and oil-tight separation of the spaces located on different sides of the seal.
  • the additional layers of insulating material provided on the exposed outer sides of the impregnated layer, together with the impregnated layer, ensure the required mechanical and electrical strength.
  • the closures produced by the method according to the invention maintain a pressure difference of at least 1.5 bar from the inside to the outside and from the outside to the inside. This has the advantage that now only the feedthrough or cable connection space for the oil filling has to be evacuated, which is possible with a relatively small pump set.
  • closures form a very good barrier against oil and gas exchange between the oil-filled spaces to be separated.
  • the terminations produced by the method according to the invention can also be impregnated with oil and can therefore also be used at very high voltages below the permissible partial discharge level.
  • the layers of the transformer board impregnated with resin can also be impregnated with oil, since only the cavities between the fibers of the transformer board are closed by the resin and thus prevent gas and oil penetration, while the fibers themselves are not impregnated with resin, but with soak up oil.
  • the low dielectric constant of the resin used for the impregnation results in similar properties of the mixed dielectric transformer board / resin as transformer board / oil.
  • terminations up to very high voltages can be produced, and optimal solutions can be offered for many dimensions and installation positions without great additional technical outlay.
  • the termination 1 illustrates the use of a termination 1 produced by the method according to the invention in a transformer 2 with winding 3.
  • the termination serves to connect the winding end 4 to a bushing 5.
  • the bushing 5 is carried by a bushing dome 6 which encloses the bushing space 7.
  • a second layer 12 of transformer board which is also resin-impregnated, partially covers the first layer 11 and extends in a funnel shape outwards to a flange area 13.
  • a non-impregnated layer 15 of the transformer board is also provided on the exposed outside of the layer 11, likewise enveloping the shield electrode 9.
  • a funnel-shaped insulating material element 16 (“push-in funnel”) is provided on the exposed inside of the impregnated transformer board layer 12.
  • a flange ring 17 or 18 is provided in the flange area 13 on the inside and outside.
  • the wall thickness of the funnel-shaped insulating material element 16 is expediently between 4 and 8 mm.
  • the flange rings 17, 18 can have a thickness between 3 and 8 mm (the latter Dimensions apply to a termination with an outer diameter of the flange of 420 mm and a total length of the termination of approx. 400 mm).
  • the part is flooded in a vacuum impregnation kettle (at a temperature below 20 ° C) with a special, low to medium viscosity, oil-resistant resin that cures at low temperature and impregnated for at least 12 hours at normal pressure. After the resin has been drained and the excess resin has been cleaned, the curing takes place in a convection oven at 130 ° C.
  • the impregnated layer (consisting of layers 11 and 12) is again shaped with a transformer board (layers 14 and 15) to achieve greater mechanical and electrical strength.
  • the funnel-shaped insulating material element 16 push-in funnel
  • the flange section is then impregnated with resin in the manner explained above, in order to prevent oil and gas penetration in this area as well.
  • Low- to medium-viscosity resins such as those used for high-voltage insulating parts, for example bushings or switch parts, are suitable as the resin for impregnating the transformer board.
  • the Araldit cast resin with hardener HY225 (without fillers), marketed by Ciba-Geigy under the type designation CY225, is suitable.
  • Araldit CY225 is a modified, solvent-free, medium viscosity epoxy resin based on bisphenol A,
  • terminations can be produced in a wide variety of forms in the sandwich construction explained.
  • 3 to 6 show some variants, only the shield electrode 9a for the sake of simplicity to 9d and the holding element 10a to 10d is shown without illustrating the individual structure of the holding element from the different layers.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 6 correspond to the exemplary embodiment according to FIG. 2 with regard to construction and manufacture.
  • the V-shape of the termination shown in FIG. 3 is particularly suitable for voltages up to 110 kV.
  • the short V-shape shown in Fig. 4 is suitable for voltages up to 220 kV.
  • the long U-shape (left, fully extended) or the long V-shape (right, fully extended) shown in two variants in Fig. 5 is suitable for voltages up to 750kV.
  • the W-shape shown in Fig. 6 can be used up to to the highest operating voltages (over 1000 kV).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau, gekennzeichnet durch eine Sandwich-Konstruktion aus harzimprägniertem und nichtimprägniertem Transformerboard.

Description

  • Abschlüsse im Transformatorbau dienen zur Herstellung einer Leiterverbindung und zur feldgerechten Abschirmung dieser Verbindung. Sie bestehen im allgemeinen aus einer Schirmelektrode und einem der Abschlußform entsprechenden, isolierenden Halteelement.
  • Um Großtransformatoren transportieren zu können, ist es erforderlich, die Durchführungen oder Hochspannungskabelanschlüsse (die mit den erwähnten Abschlüssen verbunden sind) zu demontieren. Oft müssen ferner Durchführungen oder Kabelanschlüsse bei Änderungen oder Defekten ausgewechselt werden. Um nun eine derartige Demontage oder Auswechslung ohne Ablassen des Öles im Kesselraum vornehmen zu können, wurden sog. tropfdichte Abschlüsse entwickelt. Sie trennen das Öl zwischen Transformator und Durchführung (bzw. Kabelanschluß), so daß bei Demontage- und Auswechslungsarbeiten an den Durchführungen und Kabelanschlüssen das Öl im Kessel verbleiben kann.
  • Bei den bisher bekannten tropfdichten Abschlüssen besteht das die Schirmelektrode tragende, der Abschlußform entsprechende isolierende Halteelement aus Transformerboard (zur Frage der Herstellung, der elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie der Anwendungsmöglichkeiten von Transformerboard vergleiche SCIENTIA ELECTRICA, Band 25, Heft 3, Seiten 1 bis 120, Jahrgang 1979).
  • Beim Anlegen von Vakuum im Durchführungsraum tritt bei tropfdichten Abschlüssen ein kleiner öldurchfluß durch die Poren des Transformerboards von der Kesselseite zur Außenseite auf. Ebenso wirkt sich die Gasdurchlässigkeit von Transformerboard insofern ungünstig aus, als sich im Durchführungsraum des tropfdichten Abschlusses bei der Betriebstemperatur des Transformators entsprechend hohe Gaskonzentrationen bilden können, die die Betriebssicherheit gefährden können. Außerdem halten sie der mechanischen Beanspruchung nicht stand. Zum Stand der Technik gehören weiterhin Abschlüsse aus Kunstharz, die jedoch aus fertigungstechnischen Gründen nur in einem genormten Abschlußtyp pro Spannungsreihe hergestellt werden können, während Variationen in den Abmessungen und in der Einbaulage aus Kostengründen nicht gefertigt werden können. Da es ferner bei der Vakuumgießtechnik schwierig ist, eine Gasblasenbildung völlig zu vermeiden, werfen Kunstharzabschlüsse für sehr hohe Spannungen aus elektrischen Gründen große Probleme auf. Nachteilig ist ferner die durch die hohe Dielektrizitätskonstante bedingte begrenzte elektrische Oberflächenbelastbarkeit von Kunstharzen in Öl.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau gestattet und das es insbesondere auch ermöglicht, ohne großen herstellungstechnischen Aufwand Abschlüsse für die unterschiedlichsten Abmessungen und Einbaulagen zu fertigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten vakuumfesten, öldichten Abschluß bewirken die mit Harz imprägnierten Lagen Transformerboard eine vakuumfeste und öldichte Trennung der auf unterschiedlichen Seiten des Abschlusses befindlichen Räume. Die auf den freiliegenden Außenseiten der imprägnierten Schicht vorgesehenen weiteren Isolierstofflagen gewährleisten zusammen mit der imprägnierten Schicht die erforderliche mechanische und elektrische Festigkeit.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlüsse halten eine Druckdifferenz von mindestens 1,5 bar von innen nach außen sowie von außen nach innen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß nunmehr nur noch der Durchführungs- oder Kabelanschlußraum für die ölfüllung evakuiert werden muß, was mit einem relativ kleinen Pumpsatz möglich ist.
  • Die Abschlüsse bilden dabei eine sehr gute Barriere gegen einen Öl-und Gasaustausch zwischen den zu trennenden, ölgefüllten Räumen.
  • Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlüsse sind ferner mit öl imprägnierbar und können daher auch bei sehr hohen Spannungen unter dem zulässigen Teilentladungspegel eingesetzt werden. Auch die mit Harz imprägnierten Lagen Transformerboard lassen sich dabei mit Öl imprägnieren, da nur die Hohlräume zwischen den Fasern des Transformerboards durch das Harz verschlossen werden und dadurch den Gas- und öldurchtritt verhindern, während die Fasern selbst nicht mit Harz imprägniert werden, sondern sich mit öl vollsaugen.
  • Die niedrige Dielektrizitätskonstante des für die Imprägnierung verwendeten Harzes ergibt ähnliche Eigenschaften des Mischdielektrikums Transformerboard/Harz wie Transformerboard/öl.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abschlüsse bis zu sehr hohen Spannungen herstellen, wobei ohne großen technischen Mehraufwand für viele Abmessungen und Einbaulagen optimale Lösungen angeboten werden können.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Schemadarstellung, die den Einbau eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlusses veranschaulicht,
    • Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Abschluß,
    • Fig. 3-6 Schemadarstellungen einiger unterschiedlicher Abschlüsse.
  • Fig. 1 veranschaulicht die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlusses 1 bei einem Transformator 2 mit Wicklung 3. Der Abschluß 1, dessen Einzelheiten anhand von Fig. 2 noch im einzelnen erläutert werden, dient zur Verbindung des Wicklungsendes 4 mit einer Durchführung 5. Die Durchführung 5 wird von einem Durchführungsdom 6 getragen, der den Durchführungsraum 7 umschließt.
  • Im Kessel 8 herrscht im Betrieb ein ölsäulendruck von ca. 0,3 bar und im Durchführungsraum 7 ein ölsäulendruck von maximal 0,2 bar. Wird der Durchführungsraum 7 evakuiert oder wird im Kessel 8 ein Vakuum hergestellt, so erfährt der Abschluß 1 eine zusätzliche Druckbelastung. Unter dieser Belastung soll der Abschluß 1 vakuumfest und öldicht sein.
  • Der in Fig. 2 in seinen Einzelheiten veranschaulichte Abschluß 1 besteht im wesentlichen aus einer Schirmelektrode 9 aus Kupfer und einem isolierenden Halteelement 10, das wie folgt aufgebaut ist:
    • Eine erste Lage 11 Transformerboard umgibt die Schirmelektrode 9 und erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge dieser Schirmelektrode. Diese erste Lage 11 Transformerboard ist harzimprägniert.
  • Eine zweite Lage 12 Transformerboard, die gleichfalls harzimprägniert ist, überdeckt teilweise die erste Lage 11 und erstreckt sich im übrigen trichterförmig nach außen bis zu einem Flanschbereich 13. Auf der freiliegenden Außenseite der imprägnierten Lage 12 befindet sich eine weitere, aus Transformerboard bestehende Lage 14, die jedoch nicht imprägniert ist. Eine nicht imprägnierte Lage 15 Transformerboard ist ferner auf der freiliegenden Außenseite der Lage 11, gleichfalls die Schirmelektrode 9 umhüllend, vorgesehen.
  • Auf der freiliegenden Innenseite der imprägnierten Transformerboardlage 12 ist ein trichterförmig ausgebildetes Isolierstoffelement 16 ("Einstoßtrichter") vorgesehen. Schließlich ist noch im Flanschbereich 13 auf der Innen- und Außenseite je ein Flanschring 17 bzw. 18 vorgesehen.
  • Die mit Harz imprägnierten Transformerboardlagen 11 und 12 besitzen ebenso wie die nicht imprägnierten Transformerboardlagen 14 und 15 eine Wandstärke von 3 bis 5 mm. Die Wandstärke des trichterförmigen Isolierstoffelementes 16 liegt zweckmäßig zwischen 4 und 8 mm. Die Flanschringe 17, 18 können eine Stärke zwischen 3 und 8 mm besitzen (letztgenannte Abmessungen gelten für einen Abschluß mit einem Außendurchmesser des Flansches von 420 mm und eine Gesamtlänge des Abschlusses von ca. 400 mm).
  • Die Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Abschlusses 1 erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt:
    • Nach der Herstellung der Kupfer- Schirmelektrode 9 und deren Umformung mit einer ersten Lage 11 Transformerboard wird eine zweite Lage 12 Transformerboard in einer Form hergestellt, die ent-. sprechend der ermittelten elektrischen Feldverteilung ausgebildet ist. Sodann erfolgt im Umluftofen eine Trocknung, bis die Formstabilität erreicht ist. Dann wird das Teil von der Form befreit.
  • Nun erfolgt eine Trocknung im Vakuumschrank bei 105°C, bis die Endfeuchte<0,1 % beträgt und ein Endvakuum von 0,1 mbar erreicht ist.
  • Nach dieser Trocknung wird das Teil in einem Imprägnierkessel unter Vakuum kalt (bei einer Temperatur unter 20°C) mit einem speziellen, nieder- bis mittelviskosen, bei niedriger Temperatur aushärtenden ölbeständigen Harz geflutet und mindestens 12 Stunden bei Normaldruck weiter imprägniert. Nach dem Ablassen des Harzes und dem Reinigen des Abschlusses von überschüssigem Harz erfolgt im Umluftofen bei 130°C die Aushärtung.
  • Sodann wird die imprägnierte Schicht (bestehend aus den Lagen 11 und 12) zur Erreichung größerer mechanischer und elektrischer Festigkeit nochmals mit Transformerboard (Lagen 14 und 15) umformt.
  • Vor dem Aufkleben der Flanschringe 17, 18 wird noch das trichterförmige Isolierstoffelement 16 (Einstoßtrichter) angebracht, das durch den Flansch zusätzlich abgestützt wird. Anschließend wird die Flanschpartie in der oben erläuterten Weise mit Harz imprägniert, um auch in diesem Bereich einen Öl- und Gasdurchtritt zu verhindern.
  • Als Harz zum Imprägnieren des Transformerboard kommen nieder- bis mittelviskose Harze in Betracht, wie sie für Hochspannungsisolierteile, beispielsweise Durchführungen oder Schalterteile, verwendet werden. Geeignet ist beispielsweise das von der Fa. Ciba-Geigy unter der Typenbezeichnung CY225 vertriebene Araldit- Gießharz mit Härter HY225 (ohne Füllstoffe). Araldit CY225 ist ein modifiziertes, lösungsmittelfreies, bei Raumtemperatur mittelviskoses Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A,
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abschlüsse in der erläuterten Sandwich-Konstruktion in den unterschiedlichsten Formen herstellen. Die Fig. 3 bis 6 zeigen einige Varianten, wobei der Einfachheit halber jeweils nur die Schirmelektrode 9a bis 9d und das Halteelement 10a bis 10d dargestellt ist, ohne den Einzelaufbau des Halteelementes aus den verschiedenen Lagen zu veranschaulichen. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 3 bis 6 entsprechen insoweit bezüglich Aufbau und Herstellung dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
  • Ebenso wie bei der Variante gemäß Fig. 2 sind auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 bis 6 drei unterschiedliche Zonen des Isolationsaufbaues vorhanden:
    • In der Zone I folgt auf eine harzimprägnierte Lage 11 Transformerboard eine nichtimprägnierte Lage 15 Transformerboard.
    • In der Zone II liegen zwei harzimprägnierte Lagen 11 und 12 Transformerboard übereinander; hierauf folgt eine nichtimprägnierte Lage 12 Transformerboard.
    • In der Zone III ist schließlich eine Sandwich-konstruktion vorhanden, in der eine harzimprägnierte Lage 12 zwischen einem inneren Isolierstoffelement 16 und einer äußeren, gleichfalls nicht imprägnierten Transformerboardlage 14 angeordnet ist.
  • Die in Fig. 3 dargestellte V-Form des Abschlusses ist vor allem für Spannungen bis 110 kV geeignet. Die in Fig. 4 dargestellte kurze V-Form kommt für Spannungen bis 220 kV in Betracht.
  • Die in Fig. 5 in zwei Varianten dargestellte lange U-Form (links, voll ausgezogen) bzw. die lange V-Form (rechts, voll ausgezogen) ist für Spannungen bis 750kV geeignet.Schließlich kann in Fig. 6 dargestellte W-Form bis zu höchsten Betriebsspannungen (über 1000 kV)eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau, wobei eine Schirmelektrode (9) mit einem isolierenden Halteelement (10) versehen wird,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Die Schirmelektrode (9) wird wenigstens im Hauptteil ihrer Länge mit einer ersten Lage (11) Transformerboard umformt;.
b) anschließend wird eine der gewünschten Form des Halteelementes (14) entsprechende zweite Lage (12) Transformerboard so aufgebracht, daß sie die erste Lage (11) teilweise über- deckt;
c) nach Vakuumtrocknung werden die beiden Lagen (11, 12) Transformerboard im Vakuum mit einem nieder- bis mittelviskosen, bei niedriger Temperatur aushärtenden, ölbeständigen Harz imprägniert;
d) nach dem Aushärten des Harzes wird die imprägnierte Schicht (11, 12) auf den freiliegenden Außenseiten mit wenigstens je einer Isolierstofflage (14, 15, 16) versehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen je einer Isolierstofflage (14, 15, 16) auf die freiliegenden Außenseiten der imprägnierten Schicht (11, 12) im Flanschbereich (13) des Halteelementes (10) auf beiden Seiten Flanschringe (17, 18) angebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschbereich (13) nach dem Anbringen der Flanschringe (17, 18) mit einem nieder- bis mittelviskosen, bei niedriger Temperatur aushärtenden, ölbeständigen Harz imprägniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der ersten und zweiten Lage (11, 12) Transformerboard zunächst im Umluftofen bis zum Erreichen der Formstabilität erfolgt und daß anschließend eine Vakuumtrocknung, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 100 und 110°C, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagen (11, 12) Transformerboard unter Vakuum bei einer Temperatur zwischen 10 und 20°C mit Harz geflutet und anschließend mindestens 12 Stunden bei Normaldruck weiter imprägniert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Aushärtung des Harzes im Umluftofen bei einer Temperatur zwischen 110 und 150°C, vorzugsweise zwischen 120 und 140°C, erfolgt.
7. Abschluß, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Lage (11, 12) Transformerboard eine Schichtstärke von je 3 bis 5 mm besitzen.
8. Abschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstofflage auf der freiliegenden Innenseite der imprägnierten zweiten Lage (12) durch ein trichter- oder ringförmig ausgebildetes Isolierstoffelement (16) gebildet wird, dessen Wandstärke zwischen 4 und 8 mm beträgt.
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