EP0224072B1 - Transformator mit Sicherungseinrichtung - Google Patents

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EP0224072B1
EP0224072B1 EP86115158A EP86115158A EP0224072B1 EP 0224072 B1 EP0224072 B1 EP 0224072B1 EP 86115158 A EP86115158 A EP 86115158A EP 86115158 A EP86115158 A EP 86115158A EP 0224072 B1 EP0224072 B1 EP 0224072B1
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EP
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transformer
safety fuse
voltage bushing
voltage
bushing
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EP86115158A
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Friedrich Dipl.-Ing. Alber
Gerhard Dipl.-Ing. Altmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • H01F2027/404—Protective devices specially adapted for fluid filled transformers

Definitions

  • the invention relates to a transformer with a safety device for switching off in the event of electrical faults occurring within an oil-filled transformer tank, with a fuse designed as an I k interrupter between the lower end of a conductor pin assigned to an overvoltage bushing and an associated winding connection point.
  • Faults in the interior of transformers have so far usually been switched off by elements arranged outside the transformer, such as fuses in combination with a disconnector. These elements are air-cooled and, after long-term exposure to multiple times the nominal current, can lose their breaking capacity in whole or in part due to overheating. In the worst case, these fuses can even explode when triggered.
  • I k -interrupters there, have a defined characteristic curve, are suitable for installation under oil and are matched so that they only respond selectively to internal transformer faults. In the case of such internal faults, it can happen that an arc arising in the winding area can gain a foothold in the area in front of the fuse in the course of the energy flow direction, so that the full mains short-circuit power is implemented in the transformer tank bypassing the built-in fuse.
  • the invention is therefore based on the object to arrange and install these special type of fuses in the oil-filled transformer to be protected in such a way that short-circuit arcs of high power are reliably excluded when internal faults occur within the transformer tank.
  • this object is achieved in a transformer of the type mentioned in that the distance between the lower end of the high voltage bushing and the upper end of the fuse is less than half the length of the fuse and that the conductor section between the lower end of the high voltage bushing and the fuse arc foot point-free.
  • this conductor section is encased by appropriate pieces of shrink tubing.
  • the fuse has a shield made of insulating material that opens towards the high-voltage bushing.
  • a protective device is already known from US Pat. No. 3,474,374, which is arranged movably in a holder made of insulating material in the interior of a transformer tank.
  • part of the holder is funnel-shaped.
  • this funnel-shaped part does nothing to suppress possible arcing. Rather, all unprotected parts of the known arrangement are covered with insulating material to suppress arcs within the transformer tank.
  • the high-voltage bushing is designed as a plug-in bushing and that, in addition, between bare-side fuses and undervoltage bushings arranged outside the transformer tank, all bare surface sections of the components that carry the undervoltage are covered by insulating layers.
  • Screw bolts 2 are fastened, for example by welding, to a boiler cover of a transformer, which is shown as a detail, with a cover wall 1. These bolts 2 pass through a metal flange 3 of a high-voltage bushing, which is pressed against the cover wall 1 by washers 4 and nuts 5 and clamps a sealing ring 6.
  • the metal flange 3 carries in casting grooves 7 an upper cast resin sleeve 8 and a lower cast resin sleeve 9 and on the inner wall of a central opening a sealing ring 10 made of permanently elastic plastic.
  • the cast resin sleeves 8 and 9 together with the sealing ring 10 form a straight shaft with a circular cross section for receiving an insertable conductor pin 11.
  • the upper cast resin sleeve 8 is provided in the usual way with a bead 12 to extend the creepage distance.
  • the lower end of the conductor pin 11 is galvanic with the upper end of a fuse box tion 13 is connected, the lower end of which is in turn galvanically connected to a winding lead 14.
  • the melting drawing 13 is designed as a so-called I k interrupter and is suitable for installation in an oil volume. The installation of the I k interrupter in the oil volume results in a very good and even cooling of the same in addition to the insulation, thereby increasing its operational safety, especially when exposed to long-term currents above the nominal current.
  • the fuse is tuned so that it only responds selectively to electrical faults on or in the active part, i.e. inside the transformer.
  • the distance between the lower cast resin sleeve 9 and the fuse 13 is less than half its length, so that a screen 16 carried by this part of the fuse 13 via a sleeve 15 at least the point of exit of the conductor pin 11 from the cast resin sleeve 9 against the free space below shields the top wall 1.
  • the sleeve 15 and the screen 16 are made of insulating material and therefore have a relatively high thermal resistance. For this reason, in order to improve the dissipation of heat from the melt drawing 13, it is advantageous to arrange a fuse wire (not shown) held therein, entirely or substantially below the sleeve 15.
  • the shield 16 made of insulating material reliably prevents an arc rising from the active part of the transformer (not shown in more detail) from finding a base on the part of the conductor pin 11 located in front of the fuse 13. In the event that parts of the conductor pin 11 or connected to it bare metallic parts for design or other reasons can not be fully covered by the screen 16, these parts are covered in a manner not shown with insulating layers, for example in shrink tube technology.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Transformator mit einer Sicherungseinrichtung zum Abschalten bei innerhalb eines ölgefüllten Transformatorkessels auftretenden elektrischen Fehlern mit einer als Ik-Unterbrecher ausgebildeten Schmelzsicherung zwischen dem unteren Ende eines einer Oberspannungsdurchführung zugeordneten Leiterbolzens und einem zugehörigen Wicklungsanschlußpunkt.
  • Fehler im Inneren von Transformatoren werden üblicherweise bis heute durch außerhalb des Transformators angeordnete Elemente, wie beispielsweise Sicherungen in Kombination mit einem Trennschalter abgeschaltet. Diese Elemente sind luftgekühlt und können nach lang andauernder Belastung mit dem Mehrfachen des Nennstroms durch Überhitzung ihr Abschaltvermögen ganz oder teilweise verlieren. Im ungünstigsten Fall können diese Sicherungen im Ansprechfall sogar explodieren.
  • Gemäß einem in der Zeitschrift "Elektrizitätswirtschaft" im Jahrgang 83 auf den Seiten 318 bis 321 veröffentlichten Aufsatz mit dem Titel "Fabrikfertige, typgeprüfte, vollisoliserte Compact-Stationen mit Transformatoren und Ik-Unter- brecher" sollen diese äußeren Elemente künftig eingespart und durch in den Transformator selbst eingebaute Sicherungen ersetzt werden. Diese Sicherungen, dort Ik-Unterbrecher genannt, haben eine definierte Kennlinie, sind für den Einbau unter Öl geeignet und so abgestimmt, daß sie selektiv nur bei inneren Transformatorfehlern ansprechen. Bei derartigen inneren Fehlern kann der Fall eintreten, daß ein im Wicklungsbereich entstehender Lichtbogen im Zuge der Energieflußrichtung auch im Bereich vor der Sicherung Fuß fassen kann, so daß unter Umgehung der eingebauten Sicherung die volle Netzkurzschlußleistung im Transformatorkessel umgesetzt wird.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Sicherungen besonderer Bauart in dem jeweils zu schützenden ölgefüllten Transformator so anzuordnen und einzubauen, daß Kurzschlußlichtbögen hoher Leistung beim Auftreten von inneren Fehlern innerhalb des Transformatorkessels mit Sicherheit ausgeschlossen sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Transformator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen dem unteren Ende der Oberspannungsdurchführung und dem oberen Ende der Schmelzsicherung kleiner ist als die halbe Länge der Schmelzsicherung und daß der Leiterabschnitt zwischen dem unteren Ende der Oberspannungsdurchführung und der Schmelzsicherung lichtbogenfußpunktfrei ausgeführt sind. Zu diesem Zweck ist dieser Leiterabschnitt durch entsprechende Stücke von Schrumpfschläuchen eingehüllt. Darüber hinaus tragt die Schmelzsicherung einen sich in Richtung auf die Oberspannungsdurchführung öffnenden Schirm aus Isolierstoff.
  • Aus der US-PS 3 474 374 ist auch schon eine Schutzvorrichtung bekannt, die in einer Halterung aus Isolierstoff im Inneren eines Transformatorkessels beweglich angeordnet ist. Zur Führung der von außerhalb des Transformatorkessels einführbaren Schutzvorrichtung ist ein Teil der Halterung trichterförmig ausgebildet. Dieser trichterförmige Teil trägt jedoch nichts zur Unterdrükkung von möglichen Lichtbögen bei. Vielmehr sind zur Unterdrückung von Lichtbögen innerhalb des Transformatorkessels alle ungeschützten Teile der bekannten Anordnung mit Isolierstoff umhüllt.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die Oberspannungsdurchführung als Steckdurchführung ausgeführt ist, und daß zusätzlich auch zwischen außerhalb des Transformatorkessels angeordneten, unterspannungsseitigen Sicherungen und Unterspannungsdurchführungen alle blanken Oberflächenabschnitte von die Unterspannung führenden Bauteilen durch Isolierschichten abgedeckt sind.
  • Besonders vorteilhafte Lösungen der Erfindung ergeben sich, wenn innerhalb der Schmelzsicherung der eigentliche Schmelzleiter vollständig unterhalb einer den Schirm tragenden Manschette liegt, wenn der Schirm einen nach oben offenen, die innere Anschlußstelle der Oberspannungsdurchführung umfassenden Kegelmantel oder Kelch darstellt, oder wenn die Oberspannungsdurchführung am oberen Rand einer Längswand des Transformatorkessels befestigt ist.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß trotz lediglich innen an die Oberspannungszuführung eingebauter Sicherungen eine unverändert gute Betriebssicherheit gewährleistet ist, daß dabei äußere Elemente zur Absicherung des Transformators auf der Oberspannungsseite entfallen, und daß die eingesetzten besonderen Sicherungen durch die gute Kühlung durch Transformatoröl die vorgesehenen Ansprechwerte sehr gut einhalten.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • Auf einem ausschnittsweise dargestellten Kesseldeckel eines Transformators mit einer Deckelwand 1 sind Schraubenbolzen 2, beispielsweise durch Schweißen, befestigt. Diese Schraubenbolzen 2 durchsetzen einen Metallflansch 3 einer Oberspannungsdurchführung, die durch Scheiben 4 und Muttern 5 gegen die Deckelwand 1 gepreßt ist und einen Dichtring 6 einklemmt.
  • Der Metallflansch 3 trägt in Vergußnuten 7 eine obere Gießharzmanschette 8 und eine untere Gießharzmanschette 9 und auf der Innenwand einer zentrischen Öffnung einen Dichtring 10 aus dauerelastischem Kunststoff. Die Gießharzmanschetten 8 und 9 bilden zusammen mit dem Dichtring 10 einen geraden und im Querschnitt kreisrunden Schacht zur Aufnahme eines einsteckbaren Leiterbolzens 11.
  • Die obere Gießharzmanschette 8 ist in üblicher Weise mit einem Wulst 12 zur Verlängerung des Kriechweges versehen.
  • Des untere Ende des Leiterbolzens 11 ist galvenisch mit dem oberen Ende einer Schmelzsicherung 13 verbunden, deren unteres Ende wiederum gelvanisch mit einer Wicklungsausleitung 14 verbunden iet. Die Schmelzeicherung 13 ist als sogenannter Ik-Unterbrecher ausgeführt und zum Einbau in ein Ölvolumen geeignet. Der Einbau des Ik-Unterbrechers in dss Ölvolumen hat außer der Isolierung auch eine sehr gute und gleichmäßige Kühlung desselben zur Folge und erhöht dadurch dessen Betriebssicherheit, insbesondere bei einer Belastung mit lang dauernden Strömen oberhalb des Nennstromes. Die Schmelzsicherung ist so abgestimmt, daß sie selektiv nur bei elektrischen Fehlern am oder im Aktivteil, also im Inneren des Transformators anspricht.
  • Der Abstand zwischen der unteren Gießharzmanschette 9 und der Schmelzsicherung 13 ist kleiner als deren halbe Länge, so daß ein von diesem Teil der Schmelzsicherung 13 über eine Manschette 15 getragener Schirm 16 mindestens noch die Austrittsstelle des Leiterbolzens 11 aus der Gießharzmanschette 9 gegen den freien Raum unter der Deckelwand 1 abschirmt. Die Manschette 15 und der Schirm 16 bestehen aus Isolierwerkstoff und haben daher einen verhältnismäßig großen Wärmeleitwiderstand. Aus diesem Grund ist es zur Verbesserung der Wärmeabfuhr aus der Schmelzeicherung 13 vorteilhaft, einen in dieser gehaltenen nicht dargestellten Schmelzdraht ganz oder im wesentlichen unterhalb der Manschette 15 anzuordnen.
  • Der Schirm 16 aus Isolierwerkstoff verhindert zuverlässig, daß ein aus dem nicht näher dargestellten Aktivteil des Transformators aufsteigender Lichtbogen einen Fußpunkt auf dem vor der Schmelzsicherung 13 liegenden Teil des Leiterbolzens 11 finden kann. Für den Fall, daß Teile des Leiterbolzens 11 oder mit diesem verbundene metallisch blanke Teile aus konstruktiven oder anderen Gründen von dem Schirm 16 nicht voll umfaßt werden können, sind diese Teile in nicht dargestellter Art mit Isolierschichten, beispielsweise in Schrumpfschlauchtechnik, abgedeckt.
  • Zur weiteren Ertüchtigung der auf ihrer Oberspannungsseite lediglich gegen innere Fehler abgesicherten Transformatoren sind auf der Unterspannungsseite alle an sich blanken Teile zwischen den Unterspannungsdurchführungen und den üblichen Unterspannungsschmelzsicherungen ebenfalls mit Isolierschichten abgedeckt.

Claims (6)

1. Transformator mit Sicherungseinrichtung zum Abschalten bei innerhalb eines ölgefüllten Transformatorkessels auftretenden elektrischen Fehlern, beispielsweise bei an den Wicklungen auftretenden Kurzschlüssen, mit einer als Ik-Unterbrecher ausgebildeten Schmelzsicherung (13) zwischen dem unteren Ende eines einer Oberspannungsdurchführung zugeordneten Leiterbolzens (11) und einem zugehörigen Wicklungsanschlußpunkt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß der Abstand zwischen dem unteren Ende der Oberspannungsdurchführung und dem oberen Ende der Schmelzsicherung (13) kleiner ist als die halbe Länge der Schmelzsicherung (13) und
- daß der Leiterabschnitt zwischen dem unteren Ende der Oberspannungsdurchführung und der Schmelzsicherung (13) lichtbogenfußpunktfrei ausgeführt ist, indem
- dieser Leiterabschnitt durch entsprechende Stücke von Schrumpfschläuchen eingehüllt ist und
- die Schmelzsicherung (13) einen sich in Richtung auf die Oberspannungsdurchführung öffnenden Schirm (16) aus Isolierstoff trägt.
2. Transformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberspannungsdurchführung als Steckdurchführung ausgeführt ist.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich auch zwischen außerhalb des Transformatorkessels angeordneten, unterspannungsseitigen Sicherungen und Unterspannungsdurchführungen alle blanken Oberflächenabschnitte von die Unterspannung führenden Bauteilen durch Isolierschichten abgedeckt sind.
4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schmelzsicherung (13). der eigentliche Schmelzleiter vollständig unterhalb einer den Schirm (16) tragenden Manschette (15) liegt.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (16) einen nach oben offenen, die innere Anschlußstelle der Oberspannungsdurchführung umfassenden Kegelmantel oder Kelch darstellt.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberspannungsdurchführung am oberen Rand einer Längswand des Transformatorkessels befestigt ist.
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