EP2256753A1 - Stromleiter für eine Hochstromdurchführung - Google Patents

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EP2256753A1
EP2256753A1 EP09161011A EP09161011A EP2256753A1 EP 2256753 A1 EP2256753 A1 EP 2256753A1 EP 09161011 A EP09161011 A EP 09161011A EP 09161011 A EP09161011 A EP 09161011A EP 2256753 A1 EP2256753 A1 EP 2256753A1
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EP
European Patent Office
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conductor
hollow
current
support ring
compression springs
Prior art date
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EP09161011A
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Ansgar Dais
Michael Christen
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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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
    • 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
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a current conductor according to the introductory part of claim 1.
  • the invention also relates to a high current feedthrough with such a current conductor and a method for producing this high current feedthrough.
  • High current feedthroughs are used in power station transformers and are located in the current path between the generator and the primary windings of the transformer in a generally encapsulated generator lead, which are loaded at comparatively low rated voltages of up to 52 kV with rated currents up to 40 kA. Because of the low dielectric and the high thermal load, high current feedthroughs have a relatively short current conductor with a large diameter. Therefore, heat generated in the conductor of the bushing due to current loss is rapidly conducted to its two ends, each formed as a power terminal. A first of the two power connections is located in the oil of the transformer and is connected to its primary winding. He has - as prescribed by the transformer manufacturers - two mutually parallel contact surfaces. The second power connection is generally located in the air-filled enclosure of the generator lead and is connected to a live conductor of the drain.
  • the rated current carrying capacity of the high-current feedthroughs is determined essentially by the comparatively high temperatures occurring at the power connections and the permissible temperature of the insulating material used in the feedthrough.
  • a current conductor of the type mentioned above is used in a transformer feedthrough type GOH and is described in the published by ABB Power Technologies AB Components, 77180 Ludvika, Sweden, technical instructions 1ZSE 2750-107 de, Rev 1, 2000-04-15.
  • This conductor contains a rigid aluminum bolt, in which in the oil of the transformer guided first end of a power connection with two mutually parallel aligned contact surfaces and cooling elements are milled.
  • the air-guided second end of the bolt is equipped with four drilled flat terminals, which are welded to the bolt.
  • a current conductor for a high current feedthrough of the type RTXF which can be used in transformers is described in a company publication D 4317 published by Micafil AG, Zurich / Switzerland.
  • This conductor is tubular and includes at both ends of the tube arranged, plate-shaped power connections, which are held on two the two ends of the tube final end plates.
  • the current conductors of the prior art include a plurality of electrically conductive parts joined together by welding or soldering. Therefore, in a current path extending between the two current connections, joints are present, which increase the electrical resistance in the current path and thus contribute to an increase in the electrical losses.
  • the object of the invention is to provide a conductor of the type mentioned and a high-current implementation with such a conductor, which are characterized by a small size by low electrical losses in a compact design.
  • a first power connection is hollow and has transverse to the axis oval profile with two sides forming the two longitudinal sides, is disposed between the first power terminal and a first end of a conductor piece, a hollow conductor section, which is the first power connection to the conductor piece connects and forms a smooth transition from two contact surfaces of the first power connection to a cylindrical outer surface of the conductor piece, and a second power connection without a joint is connected to a second end of the conductor piece.
  • the current conductor according to the invention comprises only a single current-conducting part and can therefore be manufactured directly from a suitable metal or a suitable alloy, for example based on aluminum, without complicated connecting techniques.
  • a current path extending between the two current connections during operation of the current conductor has lower electrical losses because of missing joints compared to a current conductor according to the prior art. Since both power connections are each seamlessly integrated into the current path, a uniform distribution of the current in the conductor is achieved even if the power supply lines are asymmetrically or incompletely connected to connecting conductors.
  • the electrical losses in the current path is additionally reduced and so on the other an excessive local heating of the conductor avoided.
  • the oval profile of the first power connector contains two elbows that connect the two contact surfaces. These elbows ensure that the first electrical connection has a high mechanical strength and is also characterized by a relatively large surface, which quickly releases heat due to the electrical losses in the conductor heat to the outside.
  • a first cooling system inside the hollow conductor section.
  • a manufacturing technology advantageous integration of this cooling system in the conductor is achieved with axially aligned cooling elements, the a radially extending wall termination of the hollow conductor section are arranged.
  • preferably designed as needles or ribs cooling elements are protected by the surrounding wall of the hollow conductor section from mechanical damage.
  • heated coolant such as in particular transformer oil
  • transformer oil which is located in the hollow conductor section and heat extracts the first cooling system and the power connector is improved when in the hollow conductor section radially outwardly bounding wall openings are formed.
  • a higher rated current carrying capacity of the conductor according to the invention is achieved when the conductor piece is formed as a hollow cylinder, when the second power connector is formed in a tubular extension of the hollow cylinder, and when the hollow cylinder and the tube extension are separated by a radially guided closure plate. Since the rated current is guided in a hollow, largely rectilinear current path, which has neither joints nor edges, the electrical losses are reduced during operation of the conductor particularly strong. If a second cooling system, which has axially aligned cooling elements arranged on the partition wall, is arranged in the interior of the tubular extension, the nominal flow can be increased still further because of the increased cooling capacity.
  • the current conductor according to the invention and at least one of the aforementioned, optionally in the conductor integrated devices, such as the first or second cooling system or the externally accessible support ring, may be designed as a cast body. There are then avoided in a particularly simple manner, the undesirable joints and achieved by integrating one or more of the additional devices functions that favor the cooling of the conductor and the production of the current conductor containing high current feedthrough.
  • a high-current bushing with a current conductor has a first support ring serving to support prestressed compression springs and held on the current conductor.
  • the conductor is coaxially surrounded by a hollow cylindrical field control body supported on the prestressed compression springs, a mounting flange supported on the field control body, an insulator supported on the mounting flange, and a second support ring supporting the insulator and frictionally connected to the conductor.
  • the first support ring is in this case formed in the hollow conductor section and has axially aligned pin for guiding the compression springs.
  • Such a high current feedthrough is characterized by low electrical losses and a correspondingly high rated current carrying capacity. It can also be made in a process suitable for mass production.
  • the compression springs are plugged onto the axially aligned pin and a support ring is pushed from above onto the conductor and stored on upwardly free ends of the compression springs. Then are pushed onto the conductor sealing rings, the field control body, the mounting flange, the insulator and the second support ring. A stack thus formed is biased by a force acting on the second support ring and the second support ring is finally connected non-positively while maintaining the biasing force with the conductor.
  • Fig. 1 illustrated high-current feedthrough is formed along the axis A largely cylindrically symmetrical and has the marked with the reference S conductor, which is surrounded in a coaxial arrangement of a hollow cylindrical field control body F and guided around the field control body hollow cylindrical insulator I.
  • the field control body F is designed as a support insulator known from the prior art and has a solidified with a cured thermosetting polymer, the electric field of the implementation capacitively controlling winding body containing an insulating film and embedded in the foil, each other electrically insulated sheet metal coatings.
  • the field control body F is seated with its lower end on a support ring SR, which in turn is held resiliently on a held at the lower part of the conductor ring of biased compression springs D.
  • a not apparent from the figure shoulder is formed, on which a mounting flange M is seated with a lower end face.
  • the implementation can be used in any position in an opening in a transformer housing and with the mounting flange M air and oil-tight attached to the housing.
  • the lower end of the conductor S is designed as a power connection 10 and is electrically connected to the assembly of the implementation by means of connecting screws, which are guided in holes 12 of the power connector 10, with a primary winding of the transformer.
  • the power connector 10 is located during operation of the bushing inside the transformer filled with insulating oil.
  • the upper end of the current conductor S is designed as a power connection 20 and is also electrically connected during installation of the implementation by means of screws which are guided in bores 22 with a generally arranged in a grounded, air-filled metal encapsulation phase conductor of a generator lead.
  • the bushing is designed so that it can be loaded during operation with rated currents of up to 40 kA and rated voltages of up to 52 kV.
  • the current conductor S is formed by an electrically conductive cast body, which typically consists of a castable aluminum alloy.
  • This cast body has in addition to the two power terminals 10 and 20 as a hollow cylinder 30 formed, along the axis A extending conductor piece with a cylindrical surface.
  • the power connector 10 has two mutually parallel contact surfaces 11, 11 'on (off Fig.2 visible), of which a part of the contact surface 11 in Fig.1 is shown. Both power connections 10, 20 are hollow.
  • Out Fig.2 It can be seen that the power connector 10 has perpendicular to the axis A oval profile with two the two contact surfaces 11, 11 'forming longitudinal sides. Between the power connector 10 and the lower end of the conductor piece 30, a hollow conductor section 40 is arranged.
  • This section connects the power connector 10 to the conductor piece 30 and forms a smooth transition from the two contact surfaces 11, 11 'on the cylindrical surface of the conductor piece 30.
  • the hollow-shaped power terminals 10 and 20 and the hollow power section 40 ensure that the current conductor S is optimized not only in the form of a hollow cylinder conductor piece 30, but also in its end with respect to the suppression of eddy currents and the skin effect.
  • the current conductor 1 in a current path between the two current terminals 10, 20 has no joint. Otherwise, a joint is created when the conductor is manufactured from two or more components. Here, the two components are brought together to form a joint at joining surfaces and then by joining the joint, such as metal when welding or soldering, materially connected together.
  • the joint such as metal when welding or soldering, materially connected together.
  • the oval profile of the power connector 10 has two Fig.2 apparent bow pieces 13, 13 ', which connect the two contact surfaces 11, 11' together. These curved pieces cause a high mechanical strength of the power connector 10. They also increase the surface and ensure that due to electrical losses in the conductor S heat is released quickly to the surrounding transformer oil.
  • the hollow conductor portion 40 disposed in the transformer oil receives a cooling system 50.
  • This cooling system is integrated into a radially extending wall termination 41 of the hollow conductor section 40 and has cooling elements 51 formed as needles or ribs.
  • the hollow conductor section 40 is bounded radially outwardly by a wall in which openings 42 are formed. The openings 42 ensure that transformer oil, which has been heated by absorbing heat loss at the cooling system 50, flows radially outward from the interior of the section 40 and the power connection 10 and can be rapidly replaced by axially flowing cool oil.
  • an externally accessible support ring 60 is formed with axially directed pin 61.
  • the bias voltage generating compression springs D are slidably mounted in the axial direction.
  • the from the FIGS. 1 and 3 apparent power connection 20 is formed in a tubular extension 31 of the hollow cylinder 30 and has a plurality, here eight, arranged on the manner of a regular polyhedron contact surfaces 21. Hollow cylinder 30 and tube extension 31 respectively. Power connection 20 are separated by a radially guided closure plate 32, into which a in the interior of the air-filled tube extension 31 optionally arranged cooling system 70 may be integrated.
  • the cooling system 70 has axially aligned and formed as needles or ribs cooling elements 71 and increases as the cooling system 50, the rated current carrying capacity by additional cooling of the conductor S.
  • a casting core held on a rod and determining the inner contours of the tube extension 31, the hollow cylinder 30 and the wall termination 41 is arranged in a two-part casting mold.
  • the mold determines the outer contours of the tube extension 31, respectively.
  • the closed mold is filled with a melt of an aluminum alloy and after cooling and Demoulding the executed as a cast body conductor S obtained.
  • the cast body has a centrally disposed in the wall end 41 opening, which is bounded by an axially downwardly extending pipe socket 43.
  • the pipe socket In order to prevent the penetration of the oil into the interior of the hollow cylinder 30 of the pipe socket is closed with a perpendicular to the axis A guided plate 44.
  • the penetration of air into the cavity of the current conductor S bounded by the hollow cylinder 30 is prevented by the wall 32 guided perpendicularly to the axis A.
  • the casting is optionally machined by machining.
  • the contact surfaces 11, 11 ', 21 are formed by milling and the openings provided for guiding the connecting screws and the openings 42 are formed by drilling.
  • the compression springs D are first attached to the axially aligned pin 61 and the support ring SR is pushed from above onto the current conductor S and stored on upwardly free ends of the compression springs. Subsequently, on the current conductor S, sealing rings, the field control body F, the mounting flange M, the insulator I and the support ring T are pushed. A thus formed stack is compressed with a force acting on the support ring T force to form biasing force and the support ring T while maintaining the biasing force by means of the fastener frictionally fixed to the conductor S.

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Abstract

Der Stromleiter (S) dient der Führung des Nennstroms in einer Hochstromdurchführung eines Transformators. Er enthält ein längs einer Achse (A) erstrecktes Leiterstück (30) mit einer zylindrischen Mantelfläche und zwei Stromanschlüsse (10, 20), von denen ein erster (10) zwei zueinander parallel ausgerichtete Kontaktflächen (11, 11') aufweist. Bei kompakter Bauweise sollen die elektrischen Verluste des Stromleiters gering gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der zweite (20) der beiden Stromanschlüsse (10, 20) ohne Fügestelle mit dem Leiterstück (30) verbunden ist, dass der erste Stromanschluss (10) hohl ausgebildet ist und senkrecht zur Achse (A) ovales Profil mit zwei die beiden Kontaktflächen (11, 11') bildenden Längsseiten aufweist, und dass zwischen dem ersten Stromanschluss (10) und dem Leiterstück (30) ein hohler Stromleiterabschnitt (40) angeordnet ist, der den ersten Stromanschluss (10) mit dem Leiterstück (30) verbindet und einen fliessenden Übergang von den beiden Kontaktflächen (11, 11') des ersten Stromanschlusses (10) auf die Mantelfläche des Leiterstücks (30) bildet.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromleiter nach dem einleitenden Teil von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch eine Hochstromdurchführung mit einem solchen Stromleiter und ein Verfahren zur Herstellung dieser Hochstromdurchführung.
  • Hochstromdurchführungen werden in Kraftwerkstransformatoren eingesetzt und befinden sich im Strompfad zwischen dem Generator und den Primärwicklungen des Transformators in einer im allgemeinen gekapselt ausgebildeten Generatorableitung, die bei vergleichsweise geringen Nennspannungen von bis zu 52 kV mit Nennströmen bis zu 40 kA belastet werden. Wegen der geringen dielektrischen und der hohen thermischen Belastung weisen Hochstromdurchführungen einen relativ kurzen Stromleiter mit einem grossen Durchmesser auf. Daher wird im Stromleiter der Durchführung infolge von Stromverlusten erzeugte Wärme rasch an seine beiden, jeweils als Stromanschluss ausgebildeten, Enden geführt. Ein erster der beiden Stromanschlüsse befindet sich im Öl des Transformators und ist mit dessen Primärwicklung verbunden. Er weist - wie von den Transformatorherstellern vorgeschrieben - zwei zueinander parallel ausgerichtete Kontaktflächen auf. Der zweite Stromanschluss befindet sich im allgemeinen in der mit Luft gefüllten Kapselung der Generatorableitung und ist mit einem stromführenden Leiter der Ableitung verbunden.
  • Die Nennstrombelastbarkeit der Hochstromdurchführungen ist ganz wesentlich durch die an den Stromanschlüssen auftretenden vergleichsweise hohen Temperaturen und die zulässige Temperatur des in der Durchführung eingesetzten Isoliermaterials bestimmt.
    • STAND DER TECHNIK
  • Ein Stromleiter der eingangs genannten Art wird in einer Transformatordurchführung vom Typ GOH verwendet und ist in der von ABB Power Technologies AB Components, 77180 Ludvika/Schweden, herausgegebenen technischen Anleitung 1ZSE 2750-107 de, Rev 1, 2000-04-15 beschrieben. Dieser Stromleiter enthält einen steifen Aluminiumbolzen, in dessen in das Öl des Transformators geführtes erstes Ende ein Stromanschluss mit zwei zueinander parallel ausgerichtete Kontaktflächen sowie Kühlelemente eingefräst sind. Das an Luft geführte zweite Ende des Bolzens ist mit vier gebohrten Flachanschlüssen ausgestattet, die mit dem Bolzen verschweisst sind.
  • Ein Stromleiter für eine in Transformatoren einsetzbare Hochstromdurchführung das Typs RTXF ist in einer von Micafil AG, Zürich/Schweiz, herausgegebenen Firmenschrift D 4317 beschrieben. Dieser Stromleiter ist rohrförmig ausgebildet und enthält an beiden Enden des Rohrs angeordnete, plattenförmige Stromanschlüsse, die auf zwei die beiden Enden des Rohrs abschliessenden Stirnplatten gehalten sind.
  • Die Stromleiter nach dem Stand der Technik enthalten mehrere durch Schweissen oder Löten miteinander verbundene stromleitende Teile. Daher befinden sich in einem zwischen den beiden Stromanschlüssen erstreckten Strompfad Fügestellen, welche den elektrischen Widerstand im Strompfad erhöhen und so zu einer Vergrösserung der elektrischen Verluste beitragen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromleiter der eingangs genannten Art und eine Hochstromdurchführung mit einem solchen Stromleiter anzugeben, welche sich bei kompakter Bauweise durch geringe elektrische Verluste auszeichnen.
  • Beim Stromleiter nach der Erfindung ist ein erster Stromanschluss hohl ausgebildet und weist quer zur Achse ovales Profil mit zwei die beiden Kontaktflächen bildenden Längsseiten auf, ist zwischen dem ersten Stromanschluss und einem ersten Ende eines Leiterstücks ein hohler Stromleiterabschnitt angeordnet, der den ersten Stromanschluss mit dem Leiterstück verbindet und einen fliessenden Übergang von zwei Kontaktflächen des ersten Stromanschlusses auf eine zylindrische Mantelfläche des Leiterstücks bildet, und ist ein zweiter Stromanschluss ohne Fügestelle mit einem zweiten Ende des Leiterstücks verbunden.
  • Der Stromleiter nach der Erfindung umfasst lediglich ein einziges stromleitendes Teil und kann daher ohne aufwendige Verbindungstechniken unmittelbar aus einem geeigneten Metall oder einer geeigneten Legierung, etwa auf der Basis von Aluminium, gefertigt werden. Ein bei Betrieb des Stromleiters zwischen den beiden Stromanschlüssen erstreckter Strompfad weist wegen fehlender Fügestellen gegenüber einem Stromleiter nach dem Stand der Technik geringere elektrische Verluste auf. Da beide Stromanschlüsse jeweils fugenlos in den Strompfad integriert sind, wird auch dann eine gleichmässige Verteilung des Stroms im Stromleiter erreicht, wenn die Stromzuführungen unsymmetrisch oder unvollständig mit Anschlussleitern verbunden sind. Zudem werden wegen des ovalen Profils des ersten Stromanschlusses und des fliessenden Übergangs von seinen beiden parallel zueinander ausgerichteten Kontaktflächen auf die zylindrische Mantelfläche des hohlen Leiterstücks zum einen die elektrischen Verluste im Strompfad zusätzlich reduziert und wird so zum anderen eine übermässig hohe lokale Erwärmung des Stromleiters vermieden. Das ovale Profil des ersten Stromanschlusses enthält zwei Bogenstücke, welche die beiden Kontaktflächen miteinander verbinden. Diese Bogenstücke sorgen dafür, dass der erste Stromanschluss eine hohe mechanische Festigkeit aufweist und sich zudem durch eine relativ grosse Oberfläche auszeichnet, welche infolge der elektrischen Verluste im Stromleiter entstehende Wärme rasch nach aussen abgibt.
  • Um den bei Betrieb im Stromleiter fliessenden Nennstrom zu erhöhen, ist es vorteilhaft, im Inneren des hohlen Stromleiterabschnitts ein erstes Kühlsystem anzuordnen. Eine fertigungstechnisch vorteilhafte Integration dieses Kühlsystems in den Stromleiter wird mit axial ausgerichteten Kühlelementen erreicht, die an einem radial erstreckten Wandabschluss des hohlen Stromleiterabschnitts angeordnet sind. Zugleich sind die vorzugsweise als Nadeln oder Rippen ausgebildeten Kühlelemente sind durch die umgebende Wand des hohlen Stromleiterabschnitts vor mechanischer Beschädigung geschützt.
  • Der Austausch von erwärmtem Kühlmittel, wie insbesondere Transformatoröl, welches sich im hohlen Stromleiterabschnitt befindet und dem ersten Kühlsystem und dem Stromanschluss Wärme entzieht, wird verbessert, wenn in eine den hohlen Stromleiterabschnitt radial nach aussen begrenzende Wand Öffnungen eingeformt sind.
  • Ist in den hohlen Stromleiterabschnitt ein radial nach aussen erstreckter Tragring mit axial ausgerichteten Zapfen eingeformt, so wird die Fertigung einer den Stromleiter verwendenden Hochstromdurchführung erheblich vereinfacht.
  • Eine höhere Nennstrombelastbarkeit des Stromleiters nach der Erfindung wird erreicht, wenn das Leiterstück als Hohlzylinder ausgebildet ist, wenn der zweite Stromanschluss in einen rohrförmigen Fortsatz des Hohlzylinders eingeformt ist, und wenn der Hohlzylinder und der Rohrfortsatz durch eine radial geführte Verschlussplatte voneinander getrennt sind. Da der Nennstrom in einem hohlen, weitgehend geradlinigen verlaufenden Strompfad geführt ist, der weder Fügestellen noch Kanten aufweist, werden die elektrischen Verluste bei Betrieb des Stromleiters besonders stark reduziert. Wird im Inneren des Rohrfortsatzes ein zweites Kühlsystem angeordnet, welches an der Trennwand angeordnete, axial ausgerichtete Kühlelemente aufweist, so kann der Nennstrom wegen der vergrösserten Kühlleistung noch weiter erhöht werden.
  • Der Stromleiter nach der Erfindung und mindestens eine der vorgenannten, gegebenenfalls in den Stromleiter integrierten Vorrichtungen, wie das erste oder zweite Kühlsystem oder der von aussen zugängliche Tragring, können als Gusskörper ausgeführt sein. Es werden dann in besonders einfacher Weise die unerwünschten Fügestellen vermieden und durch Integration einer oder mehrerer der zusätzlichen Vorrichtungen Funktionen erreicht, die die Kühlung des Stromleiters und die Fertigung einer den Stromleiter enthaltenden Hochstromdurchführung begünstigen.
  • Eine Hochstromdurchführung mit einem Stromleiter nach der Erfindung weist einen der Lagerung vorgespannter Druckfedern dienenden und am Stromleiter gehaltenen ersten Tragring auf. Der Stromleiter ist in koaxialer Anordnung von einem auf den vorgespannten Druckfedern abgestützten, hohlzylindrischen Feldsteuerkörper, einem auf dem Feldsteuerkörper abgestützten Montageflansch, einem auf dem Montageflansch abgestützten Isolator und einem den Isolator abstützenden und kraftschlüssig mit dem Stromleiter verbundenen zweiten Tragring umgeben. Der erste Tragring ist hierbei in den hohlen Stromleiterabschnitt eingeformt und weist axial ausgerichteten Zapfen zur Führung der Druckfedern auf.
  • Eine solche Hochstromdurchführung zeichnet sich durch geringe elektrische Verluste und eine dementsprechend hohe Nennstrombelastbarkeit aus. Sie kann zudem in einem für eine Massenfertigung geeigneten Verfahren hergestellt werden. Bei diesem Herstellungsverfahren werden die Druckfedern auf die axial ausgerichteten Zapfen aufgesteckt und wird ein Stützring von oben auf den Stromleiter aufgeschoben und auf nach oben freien Enden der Druckfedern gelagert. Sodann werden auf den Stromleiter Dichtungsringe, der Feldsteuerkörper, der Montageflansch, der Isolator und der zweite Tragring aufgeschoben. Ein so gebildeter Stapel wird mit einer am zweiten Tragring angreifenden Kraft vorgespannt und der zweite Tragring wird schliesslich unter Aufrechterhaltung der Vorspannkraft mit dem Stromleiter kraftschlüssig verbunden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig.1
    eine Aufsicht in radialer Richtung auf eine längs einer Achse A ausgerichtete Hochstromdurchführung mit einem Stromleiter nach der Erfindung, bei der die Durchführung in der rechten Hälfte teilweise längs der Achse geschnitten dargestellt ist,
    Fig.2
    eine von unten geführte Ansicht des Stromleiters der Durchführung gemäss Fig.1, und
    Fig.3
    eine Draufsicht auf den Stromleiter der Durchführung gemäss Fig.1.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die in Fig. 1 dargestellte Hochstromdurchführung ist längs der Achse A weitgehend zylindersymmetrisch ausgebildet und weist den mit dem Bezugszeichen S gekennzeichneten Stromleiter auf, der in koaxialer Anordnung von einem hohlzylindrischen Feldsteuerkörper F und einem um den Feldsteuerkörper geführten hohlzylindrischen Isolator I umgeben ist.
  • Der Feldsteuerkörper F ist wie aus dem Stand der Technik bekannt als Stützisolator ausgeführt und weist einen mit einem gehärteten duromeren Polymer verfestigten, das elektrische Feld der Durchführung kapazitiv steuernden Wickelkörper auf, der eine Isolierfolie und in die Folie eingelagerte, voneinander elektrisch isolierten flächenhafte Metallbeläge enthält. Der Feldsteuerkörper F sitzt mit seinem unteren Ende auf einem Stützring SR auf, der seinerseits auf einem am unteren Teil des Stromleiters gehaltenen Kranz von vorgespannten Druckfedern D federnd gehalten ist. In die Mantelfläche des Feldsteuerkörpers ist eine aus der Figur nicht ersichtliche Schulter eingeformt, auf der ein Montageflansch M mit einer unteren Stirnfläche aufsitzt. Auf der oberen Stirnfläche des Montageflanschs M sitzt eine untere Stirnfläche des mit einer Beschirmung versehenen Isolators I auf. Auf der oberen Stirnfläche des Isolators I sitzt ein Tragring T auf, der mit Hilfe eines nicht dargestellten - etwa als Sprengring ausgeführten - Befestigungselements im oberen Teil des Stromleiters S festgesetzt ist. Ein aus der Figur nicht ersichtlicher, vom Stromleiter S nach innen, dem Tragring T nach oben, dem Stützring SR und dem Montageflansch M nach unten und dem Feldsteuerkörper F und dem Isolator I nach aussen begrenzter, ringförmiger Hohlraum ist mit nicht bezeichneten Dichtungen abgeschlossen und mit einer isolierenden Vergussmasse gefüllt.
  • Die Durchführung kann in beliebiger Einbaulage in eine Öffnung eines Transformatorgehäuses eingesetzt und mit dem Montageflansch M luft- und öldicht am Gehäuse befestigt werden. Das untere Ende des Stromleiters S ist als Stromanschluss 10 ausgebildet und wird bei der Montage der Durchführung mit Hilfe von Verbindungsschrauben, die in Bohrungen 12 des Stromanschlusses 10 geführt sind, mit einer Primärwicklung des Transformators elektrisch leitend verbunden. Der Stromanschluss 10 befindet sich während des Betriebs der Durchführung im Inneren des mit Isolieröl gefüllten Transformators. Das obere Ende des Stromleiters S ist als Stromanschluss 20 ausgebildet und wird bei der Montage der Durchführung ebenfalls mit Hilfe von Schrauben, die in Bohrungen 22 geführt sind, mit einem im allgemeinen in einer geerdeten, luftgefüllten Metallkapselung angeordneten Phasenleiter einer Generatorableitung elektrisch leitend verbunden. Die Durchführung ist so ausgelegt, dass sie im Betrieb mit Nennströmen bis zu 40 kA und mit Nennspannungen bis zu 52 kV belastet werden kann.
  • Der Stromleiter S wird von einem elektrisch leitenden Gusskörper, der typischerweise aus einer giessbaren Aluminiumlegierung besteht, gebildet. Dieser Gusskörper weist neben den beiden Stromanschlüssen 10 und 20 ein als Hohlzylinder 30 ausgebildetes, längs der Achse A erstrecktes Leiterstück mit einer zylindrischen Mantelfläche auf. Der Stromanschluss 10 weist zwei zueinander parallel ausgerichtete Kontaktflächen 11, 11' auf (aus Fig.2 ersichtlich), von denen ein Teil der Kontaktfläche 11 in Fig.1 dargestellt ist. Beide Stromanschlüsse 10, 20 sind hohl ausgebildet. Aus Fig.2 ist ersichtlich, dass der Stromanschluss 10 senkrecht zur Achse A ovales Profil mit zwei die beiden Kontaktflächen 11, 11' bildenden Längsseiten aufweist. Zwischen dem Stromanschluss 10 und dem unteren Ende des Leiterstücks 30 ist ein hohler Stromleiterabschnitt 40 angeordnet. Dieser Abschnitt verbindet den Stromanschluss 10 mit dem Leiterstück 30 und bildet einen fliessenden Übergang von den beiden Kontaktflächen 11, 11' auf die zylindrische Mantelfläche des Leiterstücks 30. Die hohl ausgebildeten Stromanschlüsse 10 und 20 und der hohle Stromabschnitt 40 stellen sicher, dass der Stromleiter S nicht nur in dem als Hohlzylinder ausgebildeten Leiterstück 30, sondern auch in seinen Endbereichen hinsichtlich der Unterdrückung von Wirbelströmen und des Skineffekts optimiert ist.
  • Wegen seiner Ausbildung als Gusskörper weist der Stromleiter 1 in einem zwischen den beiden Stromanschlüssen 10, 20 erstreckten Strompfad keine Fügestelle auf. Eine Fügestelle entsteht sonst beim Fertigen des Stromleiters aus zwei oder mehr Bauteilen. Hierbei werden die beiden Bauteile unter Bildung einer Fuge an Fügeflächen zusammengeführt und danach durch Auffüllen der Fuge, etwa mit Metall beim Schweissen oder Löten, stoffschlüssig miteinander verbunden. Beim Betrieb der Durchführung auftretende elektrische Verluste und eine damit verbundene Erwärmung der Durchführung sind daher kleiner als bei einer vergleichbar dimensionierten und vergleichbar belasteten Durchführung nach dem Stand der Technik, die einen Stromleiter mit mindestens einer Fugestelle aufweist. Wegen des ovalen Profils des Stromanschlusses 10 und des fliessenden, frei von Kanten und abrupten Richtungsänderungen, die beim Stand der Technik typischerweise 90° betragen, gehaltenen Übergangs von den beiden parallel zueinander ausgerichteten Kontaktflächen 11, 11' auf die zylindrische Mantelfläche des hohlen Leiterstücks 30 werden die elektrischen Verluste im Strompfad zusätzlich reduziert und an sonst vorhandenen Unstetigkeitsstellen lokale Erwärmung aufgrund erhöhter Verlustleistung weitgehend vermieden.
  • Das ovale Profil des Stromanschlusses 10 weist zwei aus Fig.2 ersichtliche Bogenstücke 13, 13' auf, die die beiden Kontaktflächen 11, 11' miteinander verbinden. Diese Bogenstücke bewirken eine hohe mechanische Festigkeit des Stromanschlusses 10. Sie vergrössern zudem dessen Oberfläche und sorgen so dafür, dass infolge elektrischer Verluste im Stromleiter S entstehende Wärme rasch an das umgebende Transformatoröl abgegeben wird.
  • Der im Transformatoröl angeordnete, hohle Stromleiterabschnitt 40 nimmt ein Kühlsystem 50 auf. Dieses Kühlsystem ist in einen radial erstreckten Wandabschluss 41 des hohlen Stromleiterabschnitts 40 integriert und weist als Nadeln oder Rippen ausgebildete Kühlelemente 51 auf. Der hohle Stromleiterabschnitt 40 ist radial nach aussen durch eine Wand begrenzt, in die Öffnungen 42 eingeformt sind. Die Öffnungen 42 sorgen dafür, dass Transformatoröl, welches am Kühlsystem 50 durch Aufnahme von Verlustwärme erwärmt wurde, aus dem Inneren des Abschnitts 40 und des Stromanschlusses 10 radial nach aussen strömt und durch axial zuströmendes kühles Öl rasch ersetzt werden kann.
  • In den hohlen Stromleiterabschnitt 40 ist ein von aussen zugänglicher Tragring 60 mit axial ausgerichteten Zapfen 61 eingeformt. Auf diesen Zapfen sind die die Vorspannung erzeugenden Druckfedern D in axialer Richtung verschiebbar gelagert.
  • Der aus den Figuren 1 und 3 ersichtliche Stromanschluss 20 ist in einen rohrförmigen Fortsatz 31 des Hohlzylinders 30 eingeformt und weist mehrere, hier acht, auf nach Art eines regelmässigen Polyeders angeordnete Kontaktflächen 21 auf. Hohlzylinder 30 und Rohrfortsatz 31 resp. Stromanschluss 20 sind durch eine radial geführte Verschlussplatte 32 voneinander getrennt, in die ein im Inneren des luftgefüllten Rohrfortsatzes 31 wahlweise angeordnetes Kühlsystem 70 integriert sein kann. Das Kühlsystem 70 weist axial ausgerichtete und als Nadeln oder Rippen ausgebildete Kühlelemente 71 auf und erhöht wie das Kühlsystem 50 die Nennstrombelastbarkeit der Durchführung durch zusätzliche Kühlung des Stromleiters S.
  • Zur Fertigung des Stromleiters S wird ein an einer Stange gehaltener und die Innenkonturen des Rohrfortsatzes 31, des Hohlzylinders 30 und des Wandabschlusses 41 bestimmender Giesskern in einer zweiteiligen Giessform angeordnet. Die Giessform bestimmt hierbei die Aussenkonturen des Rohrfortsatzes 31 resp. des Stromanschlusses 20 und des Hohlzylinders 30 sowie die innere und äusseren Konturen des hohlen Stromanschlusses 10 und des hohlen Stromleiterabschnitts 40, einschliesslich des die Lagerzapfen 61 enthaltenden Tragrings 60 und des Kühlsystems 50. Die geschlossene Giessform wird mit einer Schmelze einer Aluminiumlegierung gefüllt und nach Abkühlen und Entformen der als Gusskörper ausgeführte Stromleiter S erhalten. Wegen der den Giesskern haltenden Stange weist der Gusskörper eine zentral im Wandabschluss 41 angeordnete Öffnung auf, die durch einen axial nach unten erstreckten Rohrstutzen 43 begrenzt ist. Um das Eindringen vom Öl ins Innere des Hohlzylinders 30 zu verhindern ist der Rohrstutzen mit einer senkrecht zur Achse A geführten Platte 44 verschlossen. In entsprechender Weise wird das Eindringen von Luft in den durch den Hohlzylinder 30 begrenzten Hohlraum des Stromleiters S durch die senkrecht zur Achse A geführte Wand 32 verhindert.
  • Um bestimmte an den Stromleiter gestellte Spezifikationen zu erfüllen, wird der Gusskörper gegebenenfalls spanabhebend nachbearbeitet. Typischerweise werden die Kontaktflächen 11, 11', 21 durch Fräsen eingeformt und werden die zur Führung der Verbindungsschrauben vorgesehenen Öffnungen sowie die Öffnungen 42 durch Bohren gebildet.
  • Bei der Fertigung der Hochspannungsdurchführung werden zunächst die Druckfedern D auf die axial ausgerichtete Zapfen 61 aufgesteckt und wird der Stützring SR von oben auf den Stromleiter S aufgeschoben und auf nach oben freien Enden der Druckfedern gelagert. Nachfolgend werden auf den Stromleiter S Dichtungsringe, der Feldsteuerkörper F, der Montageflansch M, der Isolator I und der Tragring T aufgeschoben. Ein so gebildeter Stapel wird mit einer am Tragring T angreifenden Kraft unter Bildung von Vorspannkraft zusammengepresst und der Tragring T unter Aufrechterhaltung der Vorspannkraft mit Hilfe des Befestigungselements kraftschlüssig am Stromleiter S festgesetzt.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Stromanschluss
    11, 11'
    Kontaktflächen
    12
    Öffnungen
    13, 13'
    Bogenstücke
    20
    Stromanschluss
    21
    Kontaktflächen
    22
    Öffnungen
    30
    Leiterstück, Hohlzylinder
    31
    Rohrfortsatz
    32
    Verschlussplatte
    40
    Stromleiterabschnitt
    41
    Wandabschluss
    42
    Öffnungen
    43
    Rohrstutzen
    44
    Verschlussplatte
    50
    Kühlsystem
    51
    Kühlelemente
    60
    Tragring
    61
    Zapfen, Führungselemente
    70
    Kühlsystem
    71
    Kühlelemente
    A
    Achse
    D
    Druckfedern
    F
    Feldsteuerkörper
    I
    Isolator
    M
    Montageflansch
    S
    Stromleiter
    SR
    Stützring
    T
    Tragring

Claims (10)

  1. Stromleiter (S) für eine Hochstromdurchführung enthaltend ein längs einer Achse (A) erstrecktes Leiterstück (30) mit einer zylindrischen Mantelfläche und zwei Stromanschlüsse (10, 20), von denen ein erster (10) ohne Fügestelle mit einem ersten beider Enden des Leiterstücks (30) verbunden ist und zwei zueinander parallel ausgerichtete Kontaktflächen (11, 11') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite (20) der beiden Stromanschlüsse (10, 20) ohne Fügestelle mit dem zweiten Ende des Leiterstücks (30) verbunden ist, dass der erste Stromanschluss (10) hohl ausgebildet ist und senkrecht zur Achse (A) ovales Profil mit zwei die beiden Kontaktflächen (11, 11') bildenden Längsseiten aufweist, und dass zwischen dem ersten Stromanschluss (10) und dem ersten Ende des Leiterstücks (30) ein hohler Stromleiterabschnitt (40) angeordnet ist, der den ersten Stromanschluss (10) mit dem Leiterstück (30) verbindet und einen fliessenden Übergang von den beiden Kontaktflächen (11, 11') des ersten Stromanschlusses (10) auf die Mantelfläche des Leiterstücks (30) bildet.
  2. Stromleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des hohlen Stromleiterabschnitts (40) ein erstes Kühlsystem (50) angeordnet ist.
  3. Stromleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kühlsystem (50) axial ausgerichtete Kühlelemente (51) aufweist, welche an einem radial erstreckten Wandabschluss (41) des hohlen Stromleiterabschnitts (40) angeordnet sind.
  4. Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in eine den hohlen Stromleiterabschnitt (40) radial nach aussen begrenzende Wand Öffnungen (42) eingeformt sind.
  5. Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den hohlen Stromleiterabschnitt (40) ein radial nach aussen erstreckter Tragring (60) mit axial ausgerichteten Zapfen (61) eingeformt ist.
  6. Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterstück (30) als Hohlzylinder ausgebildet ist, dass der zweite Stromanschluss (20) in einen rohrförmigen Fortsatz (31) des Hohlzylinders eingeformt ist, und dass der Hohlzylinder (30) und der Rohrfortsatz (31) durch eine radial geführte Verschlussplatte (32) voneinander getrennt sind.
  7. Stromleiter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Rohrfortsatzes (42) ein an der Verschlussplatte (32) befestigtes zweites Kühlsystem (70) angeordnet ist, welches axial ausgerichtete Kühlelemente (71) aufweist.
  8. Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleiter (S) als Gusskörper ausgeführt ist.
  9. Hochstromdurchführung mit einem Stromleiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 8 mit einem der Halterung von vorgespannten Druckfedern (D) dienenden, am Stromleiter (S) gehaltenen ersten Tragring (60), bei der der Stromleiter (S) in koaxialer Anordnung von einem auf den vorgespannten Druckfedern (D) abgestützten, hohlzylindrischen Feldsteuerkörper (F), einem auf dem Feldsteuerkörper abgestützten Montageflansch (M), einem auf dem Montageflansch abgestützten Isolator (I) und einem den Isolator abstützenden und kraftschlüssig mit dem Stromleiter (S) verbundenen Tragring (T) umgeben ist, und bei der der erste Tragring (60) in den hohlen Stromleiterabschnitt (40) eingeformt ist und axial ausgerichtete Zapfen (61) zur Führung der Druckfedern (D) aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung der Hochstromdurchführung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern (D) auf die axial ausgerichteten Zapfen (61) aufgesteckt werden, dass ein Stützring (SR) von oben auf den Stromleiter (S) aufgeschoben und auf nach oben freien Enden der Druckfedern (D) gelagert wird, dass auf den Stromleiter (S) Dichtungsringe, der Feldsteuerkörper (F), der Montageflansch (M), der Isolator (I) und der zweite Tragring (T) aufgeschoben werden, dass ein so gebildeter Stapel mit einer am zweiten Tragring (T) angreifenden Kraft vorgespannt wird und dass der zweite Tragring (T) unter Aufrechterhaltung der Vorspannkraft mit dem Stromleiter (S) kraftschlüssig verbunden wird.
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