EP0383988B1 - Hochspannungsdurchführung für ölgekühlte elektrische Geräte - Google Patents

Hochspannungsdurchführung für ölgekühlte elektrische Geräte Download PDF

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EP0383988B1 EP89104925A EP89104925A EP0383988B1 EP 0383988 B1 EP0383988 B1 EP 0383988B1 EP 89104925 A EP89104925 A EP 89104925A EP 89104925 A EP89104925 A EP 89104925A EP 0383988 B1 EP0383988 B1 EP 0383988B1
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage bushing for oil-cooled electrical devices, in particular high-voltage machine and mains transformers, in which components for the electrical and mechanical connection of the end of a feed-through conductor bolt to a high-voltage connecting lead lie in a cup-shaped shield.
  • Such a high-voltage bushing is known from DE-A-25 54 460.
  • This known implementation is connected to the end of the winding rejection to be connected via screw connections and flexible conductor sections. To avoid externally effective inhomogeneities of the electrical field, this screw connection together with the flexible conductor sections is completely immersed in a cup-shaped shield in the operating state.
  • DE-A-28 42 341 also already discloses an attenuator for cables for damping high-frequency vibrations emanating from switchgear assemblies when hitting transformers, for example in which a voltage-dependent resistor, a low-induction fixed resistor and a choke winding are provided in a concentric arrangement from the inside to the outside and electrically connected in parallel to one another.
  • the separate arrangement of such attenuators for cables before the input of high-voltage transformers requires an even larger space than results from the enlargement of transformer dimensions as a result of wiring the windings with ZnO elements.
  • the invention is therefore based on the object of creating a space-saving arrangement for resonance-sensitive high-voltage devices, such as, for example, mains or machine transformers, by which high-frequency vibrations caused by switching operations or the like are damped to such an extent that damage to the connected devices can be ruled out.
  • resonance-sensitive high-voltage devices such as, for example, mains or machine transformers
  • the object of the invention is achieved with a high-voltage bushing of the type mentioned in the introduction that a low-induction fixed resistor forming the end of the connecting conductor is spatially and electrically located between a chalice-shaped shield and a similar chalice-shaped shielding pot and that the load current is electrically parallel and spatially coaxial with the fixed resistor leading ironless choke winding is provided which includes the shielding pot at one end and the shielding at the other end.
  • the choke winding is wound from two radially superposed electrically parallel conductors which are spatially crossed out in the middle of the winding, and the fixed resistor consists of a stack of resistance disks lying against one another in the axial direction.
  • High-voltage bushings designed in accordance with the invention are very advantageous because they provide practically no particular space requirement by adding an attenuator to reliably protect the devices that are connected to them from high-frequency vibrations that resonate.
  • the relatively complex wiring of individual components of the devices to be protected can be dispensed with, as can attenuators to be set up next to these devices in special housings.
  • a high-voltage bushing 2 with a bushing conductor pin 3 is installed in the cover 1 of a transformer tank which is not shown in detail and is completely filled with oil and closed on all sides.
  • the lower end of the high-voltage bushing 2 dips into a goblet-shaped shield 4 together with the lower end of the bushing conductor pin 3.
  • the lower end of the feed-through conductor pin 3 carries flexible connecting leads 5, not shown, of which several are electrically connected in parallel and are evenly distributed over the circumference and connect the lead-through conductor stud 3 galvanically to a connecting plate 6 and to a winding end 7 of a choke winding 8.
  • connection plate 6 Coaxial to the axis of the high-voltage bushing 2, the connection plate 6 continues below the goblet-shaped shield 4 in a low-induction fixed resistor from a stack of resistance disks 9 lying against one another in the axial direction.
  • the resistance disks 9 lie concentrically within the choke winding 8. Both the choke winding 8 and the stack of the resistance disks 9 are supported on a goblet-shaped shielding pot 10, which carries an inclined chimney 11 for receiving a winding rejection 12.
  • the choke winding 8 is wound from two radially one above the other electrically connected parallel conductors, which are preferably represented by copper cables with a circular cross section and paper wrapping as insulation. To ensure a uniform current load on both conductors, they are crossed out in the middle of the choke winding 8 by cross-out conductors 16. The ends of the choke winding 8 are supported on press rings 13.
  • the fixed resistor located within the choke winding consists of a stack of nine resistance disks 9, of which only the middle one is spaced from the adjacent resistance disks by short supports 14.
  • the ends of the middle resistance disk 9 are electrically connected to the cross-out conductors 16 in the middle of the choke winding 8 via the supports 14 via potential bridges 15. Mutual voltage control of the fixed resistor and the choke winding 8 is thereby forced.
  • the high-voltage bushing 2 and the resistor disks 9 connected downstream thereof and the choke winding 8 are loaded with a low-frequency current, for example of 50 or 60 Hz.
  • the choke winding 8 drops significantly less than 0.1 o / oo of the operating voltage, and the resistance disks 9 contribute practically nothing to the current carrying, since their resistance is approximately 10 f times the resistance of the choke winding 8.
  • the voltage supplied via the high-voltage bushing 2 is consequently passed on to the winding lead-out 12 with almost no voltage drop.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsdurchführung für ölgekühlte elektrische Geräte, insbesondere an Hochspannung liegende Maschinen- und Netztransformatoren, bei denen Bauteile zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Endes eines Durchführungsleiterbolzens mit einem Hochspannung führenden Anschlußleiter in einer kelchförmigen Abschirmung liegen.
  • Eine derartige Hochspannungsdurchführung ist durch die DE-A-25 54 460 bekannt geworden. Diese bekannte Durchführung ist über Schraubverbindungen und flexible Leiterabschnitte mit dem Ende der anzuschließenden Wicklungsausleitung verbunden. Zur Vermeidung nach außen hin wirksamer Inhomogenitäten des elektrischen Feldes ist diese Schraubverbindung zusammen mit den flexiblen Leiterabschnitten im Betriebszustand vollständig in eine kelchförmige Abschirmung eingetaucht.
  • Im Zuge des weiteren Netzausbaus und den sich daraus ergebenden Verkleinerungen der Netzimpedanzen einerseits und andererseits weiter anwachsender durch Schaltvorgänge zu beherrschende Leistungen wächst die Gefährdung von an Hochspannung liegenden Geräten, insbesondere von deren Wicklungen, durch Resonanzanregungen mit Frequenzen im MHz-Bereich. Bisher vorgeschlagene Abhilfemaßnahmen bestehen überwiegend in der Beschaltung der Wicklungen, beispielsweise durch ZnO-Elemente gemäß der EP-A1-0 163 907. Besonders hohe Frequenzen werden bei Anschluß von resonanzschwingungsempfindlichen Geräten an SF₆-isolierten Schaltanlagen erreicht.
  • Zur Dämpfung hochfrequenter von Schaltanlagen ausgehender Schwingungen beim Auftreffen beispielsweise auf Transformatoren, ist durch die DE-A-28 42 341 auch schon ein Dämpfungsglied für Kabel bekannt geworden, bei dem in konzentrischer Anordnung von innen nach außen und elektrisch zueinander parallel geschaltet ein spannungsabhängiger Widerstand, ein induktionsarmer Festwiderstand und eine Drosselwicklung vorgesehen sind. Die gesonderte Anordnung derartiger Dämpfungsglieder für Kabel vor dem Eingang von Hochspannungstransformatoren erfordert jedoch einen noch größeren Raumbedarf als sich aus der Vergrößerung von Transformatorabmessungen infolge Beschaltung der Wicklungen mit ZnO-Elementen ergibt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für resonanzempfindliche Hochspannungsgeräte, wie beispielsweise Netz- oder Maschinentransformatoren, eine raumsparende Anordnung zu schaffen, durch die hochfrequente, durch Schaltvorgänge oder ähnliches verursachte Schwingungen so weit gedämpft werden, daß eine Schädigung der beschalteten Geräte auszuschließen ist.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einer Hochspannungsdurchführung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein das Ende des Anschlußleiters bildender induktionsarmer Festwiderstand räumlich und elektrisch zwischen einer kelchförmigen Abschirmung und einem dieser ähnlichen kelchförmigen Abschirmungtopf liegt und daß elektrisch parallel und räumlich koaxial zu dem Festwiderstand eine den Laststrom führende eisenlose Drosselwicklung vorgesehen ist, die mit ihrem einen Ende den Abschirmtopf und mit ihrem anderen Ende die Abschirmung umfaßt.
  • Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist die Drosselwicklung aus zwei radial übereinander liegenden elektrisch parallel geschalteten in der Wicklungsmitte räumlich gegeneinander ausgekreuzten Leitern gewickelt und besteht der Festwiderstand aus einem Stapel von in Achsrichtung aneinanderliegenden Widerstandsscheiben.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 sowie 5 bis 8 angegeben.
  • Erfindungsgemäß gestaltete Hochspannngsdurchführungen sind sehr vorteilhaft, weil sie praktisch ohne besonderen Raumbedarf durch die Ergänzung mit einem Dämpfungsglied die über sie an Spannung liegenden Geräte zuverlässig vor resonanzanregenden hochfrequenten Schwingungen schützen. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Hochspannungsdurchführung kann dabei auf die verhältnismäßig aufwendige Beschaltung einzelner Bauteile der zu schützenden Geräte ebenso verzichtet werden wie auf neben diesen Geräten aufzustellende Dämpfungsglieder in besonderen Gehäusen.
  • Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • In einen nicht näher dargestellten vollständig mit Öl gefüllten und allseitig geschlossenen Transformatorkessel ist in dessen Deckel 1 eine Hochspannungsdurchführung 2 mit einem Durchführungsleiterbolzen 3 eingebaut. Das untere Ende der Hochspannungsdurchführung 2 taucht zusammen mit dem unteren Ende des Durchführungsleiterbolzens 3 in eine kelchförmige Abschirmung 4 ein. Das untere Ende des Durchführungsleiterbolzens 3 trägt über nicht dargestellte Klemmverbindungen flexible Anschlußleiter 5, von denen mehrere elektrisch parallel geschaltet und gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnet sind und den Durchführungsleiterbolzen 3 galvanisch mit einer Anschlußplatte 6 sowie mit einem Wicklungsende 7 von einer Drosselwicklung 8 verbinden.
  • Koaxial zur Achse der Hochspannungsdurchführung 2 setzt sich die Anschlußplatte 6 unterhalb der kelchförmigen Abschirmung 4 in einem induktionsarmen Festwiderstand aus einem Stapel von in Achsrichtung aneinanderliegenden Widerstandsscheiben 9 fort. Die Widerstandsscheiben 9 liegen konzentrisch innerhalb der Drosselwicklung 8. Sowohl die Drosselwicklung 8 als auch der Stapel aus den Widerstandsscheiben 9 stützen sich an einem kelchförmigen Abschirmtopf 10 ab, der einen schräg verlaufenden Schlot 11 zur Aufnahme einer Wicklungsausleitung 12 trägt.
  • Die Drosselwicklung 8 ist aus zwei radial übereinander angeordneten elektrisch parallel geschalteten Leitern gewickelt, die vorzugsweise von Kupferseilen mit kreisrundem Querschnitt und Papierumspinnung als Isolierung dargestellt sind. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Strombelastung beider Leiter sind diese in der Mitte der Drosselwicklung 8 durch Auskreuzleiter 16 gegeneinander ausgekreuzt. Die Enden der Drosselwicklung 8 stützen sich auf Preßringen 13 ab.
  • Der innerhalb der Drosselwicklung liegende Festwiderstand besteht aus einem Stapel von neun Widerstandsscheiben 9, von denen lediglich die mittlere durch kurze Stützen 14 von den jeweils benachbarten Widerstandsscheiben distanziert ist. Über die Stützen 14 sind die Enden der mittleren Widerstandsscheibe 9 über Potentialbrücken 15 mit den Auskreuzleitern 16 in der Mitte der Drosselwicklung 8 galvanisch verbunden. Dadurch ist eine gegenseitige Spannungssteuerung des Festwiderstandes und der Drosselwicklung 8 erzwungen.
  • Im normalen Betriebszustand sind die Hochspannungsdurchführung 2 sowie die ihr nachgeschalteten Widerstandsscheiben 9 und die Drosselwicklung 8 mit einem niederfrequenten Strom, beispielsweise von 50 oder 60 Hz belastet. Dabei fällt an der Drosselwicklung 8 deutlich weniger als 0,1 o/oo der Betriebsspannung ab und dabei tragen die Widerstandsscheiben 9 praktisch nichts zur Stromführung bei, da ihr Widerstand etwa beim 10⁴-fachen des Widerstands der Drosselwicklung 8 liegt. Die über die Hochspannungsdurchführung 2 zugeführte Spannung wird demzufolge nahezu ohne Spannungsabfall an die Wicklungsausleitung 12 weitergegeben.
  • Dieses Bild ändert sich jedoch, sobald eine hochfrequente Spannung im MHz-Bereich am Durchführungsleiterbolzen 3 ansteht. Für derartige hochfrequente Spannungen stellt die Drosselwicklung 8 über ihre Induktivität einen erheblichen Widerstand dar, so daß von hochfrequenten Spannungen nur ein Bruchteil an die Wicklungsausleitung 12 weitergeben wird. Außerdem wird die über die Wicklungsausleitung 12 versorgte Transformatorwicklung an der Ausführung von Resonanzschwingungen gehindert.

Claims (8)

  1. Hochspannungsdurchführung für ölgekühlte elektrische Geräte, insbesondere an Hochspannung liegende Maschinen- und Netztransformatoren, bei denen Bauteile (3, 5) zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Endes eines Durchführungsleiterbolzens (3) mit einem Hochspannung führenden Anschlußleiter (12) in einer kelchförmigen Abschirmung (4) liegen,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß ein das Ende des Anschlußleiters (12) bildender induktionsarmer Festwiderstand (9) räumlich und elektrisch zwischen der kelchförmigen Abschirmung (4) und einem dieser ähnlichen kelchförmigen Abschirmtopf (10) liegt und
    - daß elektrisch parallel und räumlich koaxial zu dem Festwiderstand (9) eine den Laststrom führende, eisenlose Drosselwicklung (8) vorgesehen ist, die mit ihrem einen Ende den Abschirmtopf (10) und mit ihrem anderen Ende die Abschirmung (4) umfaßt.
  2. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwicklung (8) aus zwei radial übereinander liegenden, elektrisch parallel geschalteten, in der Wicklungsmitte räumlich gegeneinander ausgekreuzten Leitern gewickelt ist.
  3. Hochspannungsdurchführung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Leiter Leiterseile mit kreisrundem Querschnitt dienen.
  4. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Festwiderstand aus einem Stapel von in Achsrichtung aneinander liegenden Widerstandsscheiben (9) besteht.
  5. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsdurchführung (2) das ölgekühlte elektrische Gerät direkt mit einer SF₆-isolierten Schaltanlage verbindet.
  6. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Festwiderstand (9), die Drosselwicklung (8) sowie die Abschirmung (4) und der Abschirmtopf (10) schaltanlagenseitig an der Hochspannungsdurchführung (2) vorgesehen sind.
  7. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß sich die bei einer Betriebsfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz wirksamen Widerstände der Drosselwicklung (8) und des Festwiderstandes (9) um einen Faktor von etwa 10⁴ unterscheiden.
  8. Hochspannungsdurchführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß je einer der Anschlüsse der mittleren Widerstandsscheibe (9) zusätzlich zu seinem Anschluß an die benachbarte Widerstandsscheibe (9) mit je einem von zwei Auskreuzleitern (16) der Drosselwicklung (8) galvanisch verbunden ist.
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