NL7906500A - Transformator. - Google Patents

Description

* \ r VO 8338

Hitachi, Ltd.

Tokio, Japan.

Transformator.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een transformator van het gegoten type, voorzien van spoelen, die om een been van een ij zerkern zijn gewikkeld en integraal door vormen of gieten onder gebruik van een kunsthars zijn gemonteerd. Meer in het bijzon-5 der heeft de uitvinding betrekking op een isolerend ondersteunings- stelsel om de gevormde of gegoten spoel in de gevormde of ingekapsel-de transformator te ondersteunen.

De laatste tijd wordt steeds meer gebruik gemaakt van een transformator van het gevormde of gegoten type, welke is voorzien van 10 een hoogspanningsspoel en een laagspanningsspoel, die coaxiaal om een been zijn gewikkeld en integraal door vormen zijn gemonteerd onder gebruik van een thermohardende hars, zoals bijvoorbeeld een epoxyhars, en wel voor een transformator met relatieve lage spanning en een klein vermogen in plaats gan een in olie ondergedompelde transformator, 15 waarbij de individuele spoelen door olie zijn geïsoleerd.

»

Bij de gebruikelijke transformator van het gevormde type ligt de in de hoogspanningsspoel geïnduceerde spanning in het gebied van 20 tot 30 kV. Derhalve kan de voor dit type transformator vereiste elektrische isolatie op een betrekkelijk gemakkelijke wijze 20 worden gerealiseerd. De laatste tijd bestaat er evenwel een grote vraag naar een dergelijk type transformator, welke op een bevredigende wijze kan worden toegepast bij spanningen in het gebied van 60 tot 70 kV. In het geval van de gebruikelijke, gevormde transformator met een spanningsdimensionering in het gebied van 20 tot 30 kV.

25 is een lucht- of atmosferische isolatie-afstand van ongeveer 120 mm.

adekwaat. Zelfs bij een transformator met een isolatie-oppervlak, dat aan verontreinigingen onderhevig is, kan een adekwate isolatie worden verkregen door een isolatie-afstand van de orde van 200 mm.

Het bij het bekende gevormde type transformator gebruikte, 30 gevormde of gegoten spoelstelsel omvat een hoogspanningsspoel en een laagspanningsspoel, die coaxiaal om een beengedeelte van een ijzerkern 7906500 ( 2 zijn gewikkeld en op een geïsoleerde wijze in een voorafbepaalde positie worden ondersteund door middel van metalen ondersteuningsorganen, isolerende ondersteuningsblokken, veerkrachtig materiaal en dergelijke, dat zich "bij de heide uiteinden van het gevormde spoelstelsel 5 bevindt.

Bij een dergelijk stelsel wordt de atmosferische isolatie-afstand voor de hoogspanningsspoel op de bovenbeschreven wijze bepaald. Meer in het bijzonder bevindt het aan de ijzerkern bevestigde metalen ondersteuningsorgaan zich op aardpotentiaal. Anderzijds treedt in 10 de hoogspanningsspoel een hoge spanning op, terwijl het spannings niveau bij de laagspanningsspoel dichter bij aardpotentiaal dan bij de hoogspanningswaarde ligt. Derhalve vormt een kruipweg, die zich tussen het metalen ondersteuningsorgaan en de hoogspanningsspoel in de kern uit strekt, evenals een kruipweg, die zich tussen de 15 laagspanningsspoel en de hoogspanningsspoel tussen de spoelen uitstrekt, uit een isolatie oogpunt een kritisch probleem.

Deze kruipwegen of -vlakken vertonen, wanneer zij worden verontreinigd, een sterke degradatie in hun spanningsweerstandsvermo-gen. Derhalve wordt het nodig de gemiddelde veldsterkte te beperken 20 tot een gebied, kleiner dan 0,1 kV./mm, hetgeen betekent, dat voor een transformator van het gevormde type met een spanning in het gebied van 20 tot 30 kV. een kruipweg van ongeveer 300 mm. nodig is.

Om dezelfde redenen is in het geval van een gevormde transformator voor hoogspanning, zoals TO kV., een kruipafstand van 700 mm.

25 nodig, hetgeen neer komt op een grote verspilling wanneer men rekening houdt met het feit, dat een isolatie-afstand van 280 mm. adekwaat is i — · voor een zuiver atmosferische isolatie wanneer geen., vast isolatievlak .. aanwezig is.. Het lagere spanningsweerstandsvermogen. van het vaste isolatievlak vergeleken met een atmosferische of luchtisolatie is een 30 gevolg van het feit, dat het isolatievlak aan verontreiniging onder hevig kan zijn, waardoor de oppervlakteweerstand wordt verlaagd. Meer in het bijzonder wordt, wanneer een vast isolatiemateriaal, dat een inwendige weerstand, met een waarde van 10^ ohm bezit , aan een opper-vlakteverontreiniging wordt onderworpen, de oppervlakteweerstand ver-35 laagd tot 10° ohm. Derhalve voert uit een oogpunt van spanningsver- 7906500 φ' 3 deling, een niet-verontreinigd gedeelte een grotere proportie ran de spanningsverdeling, welke leidt tot een ontlading bij dit gedeelte, die eventueel tot een diêlektrische doorslag kan voeren. Het is derhalve gewenst, dat het optreden van een niet-uniforme potentiaalverdeling aan 5 het oppervlak van het isolerend onderdeel zelfs bij verontreiniging, wordt tegengegaan.

De uitvinding beoogt te voorzien in een transformator van het gevormde of gegoten type, waarbij de kruipweg tussen het metalen on-dersteuningsorgaan op aardpotentiaal en de geleider van de gevormde 10 of gegoten spoel, meer in het bijzonder de hoogspanningsspoel, klein is, waardoor de gehele transformatorconstructie geringere afiaetingen kan hebben. Daartoe voorziet de uitvinding in een transformator van het gevormde type, voorzien van een ijzerkern, bestaande uit een been-gedeelte en jukgedeelten die door klemorganen tezamen worden ge-klemd voor het verschaffen van een magnetisch circuit, een gevormd spoelstelsel, voorzien van een hoogspanningsspoel en een laagspan-ningsspoel, die om het beengedeelte van de ijzerkern zijn gewikkeld, metalen ondersteuningsorganen, die zich bij de beide uiteinden van het gevormde spoelstelsel tegenover elkaar bevinden, en isolatie-onderde-^ len, die elk tussen êên uiteinde van het gevormde spoelstelsel en éên van de respectieve metalen ondersteuningsorganen zijn aangebracht, waarbij in elk van de isolerende onderdelen een potentiaalbesturings-condensator aanwezig is, waarbij êên uiteinde van de condensator elektrisch met een elektrisch geleidend gedeelte van de gevormde ^5 hoogspanningsspoel is verbonden, terwijl het andere uiteinde van de condensator met het metalen ondersteuningsorgaan is verbonden.

De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening, daarbij toont : fig. 1 een vooraanzicht van een driefaze transformator van J het gevormde of gegoten type, waarop de uitvinding van toepassing is; fig. 2 een zijaanzicht van de in fig. 1 afgebeelde transformator, waarbij een gedeelte in doorsnede is weergegeven; fig. 3 een doorsnede ter illustratie van een hoofdgedeelte van een uitvoeringsvorm van den transformator van het gevormd-35 de of gegoten type volgens de uitvinding; 7906500 4.

* ' u fig. h een doorsnede ter illustratie van een isolerend onder steuningsblok van een andere uitvoeringsvorm van een transformator van het gevormde of gegoten type volgens de uitvinding; en fig. 5 een grafische voorstelling van de variatie van de 5 kruipoverslagspanning als een functie van de elektrostatische capaci- • teit van een condensator, verkregen vanneer de potentiaal aan het kruipvlak van het isolerende ondersteuningshlok vordt ‘bestuurd onder gebruik van condensatoren, die volgens de uitvinding worden toegepast.

Zoals uit fig. 1 en 2 blijkt, welke een uitvoeringsvorm van 10 een driefazetransformator van het gevormde of gegoten type tonen, omvat een ijzerkern 10 een beengedeelte 10A en boven- en onderjurken 10B voor elke faze, die met elkaar samenwerken om een magnetisch circuit te vormen. Aan beide zijden van de boven- en onderjukken 10B bevinden zich klemorganen 11 om het mogelijk te maken., dat de ijzer-15 kern 10 vordt vastgeklemd door middel van bouten, band of dergelijkë (niet af geheeld), terwijl· de klemorganen 11 met elkaar zijn verbonden door koppelorganen 12. Aan het onderste klemorgaan 11 is in een gedeelt, overeenkomende met een centerpositie voor elke faze, stevig een montage-basis 13 verbonden. Het been 10A van de ijzerkern 10 is bewikkeld met 20 een gevormde laagspanningsspoel 1^A en een gevormde hoogspanningsspoel 15, die in de® volgorde vanuit* het inwendige van het‘been zijn aangebracht.. Elk van de gevormde laag- en hoogspannings spoelen 11+ en 15 vordt gevoonlijk verkregen door geleiderstroken 1 hk en. 15A met een betrekkelijk grote breedte volgens een voorafbepaald aantal windingen te 25 wikkelen en daarna, voorafbepaalde aantallen spoelen lU en 15 in axiale richting op te stapelen. Hadat de spoelen lU en 15 elektrisch volgens een gewenst verhindingspatroon zijn verbonden, worden zij integraal gevormd door het gieten van een thermohardende hars, zoals een epoxyhars. Het is duidelijk,, dat de gevormde laag— en hoogspannings spoelen 3Q 14 en 15 ook afzonderlijk kunnen worden-vervaardigd en daarna kunnen worden gemonteerd‘met kanalen voor koellucht tussen de spoelen 1^ en 15, zoals in de figuren is weergegeven. De gevormde laag- en hoogspan-ningsspoelen 1^ en 15 van elke faze, die om het beengedeelten 10A van de ijzerkern 10 zijn tewikkeld, zijn volgens een voorafbepaalde drie-3? fazeverbinding ‘aangesloten. In het geval van de in fig. 1 afgebeelde 790650® «ΐ- 5 driefazetransformator is de hoogspanningsspoel 15 van elke faze met de aansluitingen U, V en ¥ "bij de "bovenzijde verbonden, terwijl de neutrale aansluitingen X, Y en Z aan de onderzijde zijn uit gevoerd, waar door middel van verbindingsgeleiders 15 een driefaze-sterverbin-5 ding wordt verwezenlijkt. Het op een gewenst niveau regelen van de spanning geschiedt door mideel van een omschakelaar 20, die bij elke faze bij een centraal oppervlaktegedeelte is aangebracht.

Het spoelstelsel met de laag- en hoogspannings spoelen 1 lien 15 5 die om het beengedeelte 10A van de ijzerkern 10 zijn gewikkeld, 10 wordt in een voorafbepaalde positie op een elektrisch isolerende en sandwichwijze ondersteund tussen elektrisch isolerende ondersteu-ningsblokken 17 5 welke zich bij de boven- en onderzijden van het spoelstelsel bevinden tussen ondersteuningsplaten 11A, bestaande uit vlakke, kraaggedeelten van de ringvormige klemorganen 11 en de boven- en 15 onderuiteinden van het spoelstelsel, waarbij steeds veerkrachtige lagen 18 daartussen zijn aangebracht. Het spoelstelsel wordt in een compacte toestand gehouden en wel onder invloed van een druk, welke wordt ' uitgeoefend door middel van klembouten 19·

Ofschoon elk van de isolerende steunblokken 17 integraal is 2Q uitgevoerd en gemeenschappelijk is voor de beide spoelen 1U en 15 in het geval van de in fig. 1 en 2 afgebeelde transformatoreonstrue-tie, is het duidelijk, dat het isolerende steunblok 17 overeenkomstig de spoelen “ik en 15 kan worden verdeeld. In elk geval zijn potentialen regelende condensatoren ingebed'in gedeelten van het isolerende 25 steunblok 17 5 elk overeenkomende met de hoogspannings spoel 15s teneinde de oppervlaktepotentiaalverdeling van het blok 17 te regelen en daardoor de isolatiewerking te verbeteren.

De in het isolatieblok aanwezige condensator dient zodanig te worden gekozen, dat de door de condensator verschafte impedantie 3Q kleiner is dan de oppervlakte-impedantie,die tengevolge van een verontreiniging verliezen lijdt. Wanneer wordt aangenomen, dat de opper- g vlakte-impedantie 10 ohm bedraagt, dient de capaciteit zodanig te worden gekozen, dat aan de onderstaande voorwaarde wordt voldaan.

-==- <* 10®

35 2 7Tf C

7906500 b 6 waarbij f de frequentie en C de elektrostatische capaciteit van de condensator voorstelt.

Wanneer de frequentie gelijk is aan 50 Hz. is de waarde van C groter dan 30 pF. Met andere woorden is de gecombineerde capaciteit 5 van alle condensatoren,, welke niet kleiner is dan 30 pF, theore- . · tisch voldoende om het beoogde doel te bereiken.

Fig. 3 toont’in detail de opbouw van een steunblok 17 en bijbehorende gedeelten van een uitvoeringsvorm van een transformator volgens de uitvinding. Omdat er geen vaste isolatie is, die tot een 1Q- kruipweg tussen de hoogspanningsspoel 15 en de laagspanningsspoel 1 k leidt, is een luchtisolatie, verkregen door het koelluehtkahaal, voldoende om. een diëlektrisehe doorslag te beletten. Anderzijds moet er een isolerend steunblok 17' tussen tenminste de hoogspannings spoel 15 en de metalen ondersteuningsplaat 11A aanwezig zijn. De bovenste en 15 onderste isolerende steunblokken 17 dienen om de hoogspannings spoel 15 via de respectieve tussengelegen veerkrachtige onderdelen 18 stevig te bevestigen. Zoals uit fig. 3 blijkt, is een aantal elektrisch geleidende planaire platen 21, die zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken, in het isolerende steunblok 17’ ingebed. De geleidende platen 21 2Q zijn in de asrichting van de spoel over een voorafbepaalde afstand van elkaar gescheiden en vormen een overeenkomstig aantal.condensatoren.

De plaat 21, welke zieh het dichtst bij de hoogspannings spoel 15 beyindt, is via een contact 22 elektrisch met een spoelgeleider 15A verbonden. De eondensatorplaat 21, welke zich bij het metalen steun-25 orgaan 11A bevindt,, is daaraan onder gebruik van de klembout 19 elek trisch aangesloten. De eondensatorplaat 21. kan bestaan, uit een metalen rooster of een massieve metalen plaat. Het is ook mogelijk voor de . eondensatorplaat 2.1 koolplaten, elektrisch geleidende rubberplaten en der'gelijke toe te passen. Het is duidelijk, dat paren tegenover elkaar 30 gelegen platen 21- een overeenkomstig aantal, condensatoren vormen. Ten einde een grote elektrostatische capaciteit te verkrijgen verdient het de voorkeur aan het ondersteuningsblok 1J een ringyorm te geven, waarbij het blok zieh over de gehele omtrek van. de hoogspanningsspoel 15 uitstrekt.

35 Fig,- ^ toont een isolerend ondersteuningsblok bij een andere 7906500 rt τ uitvoeringsvorm van de transformator volgens de uitvinding. Zoals uit fig. 4 blijkt, omvat het isolerende steunblok 17 een cilindrische huls, welke is voorzien van buitenste ribben 23, waarin een aantal elektrisch onderling verbonden condensatorelementen 2h en een overeenkomstig aan-5 tal elektrisch geleidende schermplaten 25 afwisselend zijn opgesteld, die zich in de asrichting van de transformatorspoelen boven elkaar bevinden. Bij de open boven- en onderuiteinden van de cilindrische huls 22 zijn dekplaten 26 aangebracht. Toevoerdraden 27 zijn in de respectieve dekplaten 26 ingebed en leiden naar de aansluitingen van het 10 eondensatorstelsel.

Wanneer het ondersteuningsblok 17 betrekkelijk geringe afmetingen heeft, kan met het stelsel, weergegeven in fig. 3, geen voldoende grote elektrostatische capaciteit worden verkregen. Derhalve wordt in diê gevallen, waarin een grote elektrostatische capaciteit ge-15 wenst is, de voorkeur gegeven aan het stelsel volgens fig. l·. Meer in het bijzonder zal door het gebruik van keramische condensatoren voor de condensatorelementen 2h de elektrostatische capaciteit sterk worden vergroot.

Fig. 5 toont grafisch de resultaten van metingen van de 20 kruipoverslagspanning, welke zijn uitgevoerd bij een isolerend onder st euningsblok, dat voorzien is van een oppervlaktepotentiaalregelconden-satorstelsel volgens de uitvinding en welk blok men nadat erover verontreinigd zout water is gespoeld, een uur heeft laten staan. Als meetva-riabele wordt de elektrostatische capaciteit van het eondensator-25 stelsel gevarieerd. Het blijkt, dat de overslagspanning toeneemt naar mate de elektrostatische capaciteit toeneemt totdat een elektrosta tische capaciteit is bereikt, welke groter is dan 100 pF., waarop de overslagspanning in hoofdzaak constant blijft. Ofschoon een elektrostatische capaciteit, welke groter is dan 30 pF, theoretisch adekwaat is, 30 zoals boven is toegelicht, zijn de in fig. 5 aangegeven elektrosta tische capaciteiten in werkelijkheid nodig, omdat de potentiaal, geleverd door het eondensatorstelsel, bij overdracht naar het kruipvlak een elektrische weerstand ontmoet. Het is derhalve gewenst, dat de condensator in het isolerende ondersteuningsblok een elektrostatische 35 capaciteit heeft, welke tenminste gelijk is aan 50 pF.

7906500 8 't' } *

Bij een andere proef werd een transformator van het ge-• vormde type-met een vermogen van 10' MVA en een nominale spanning van 77 kV/6,6 kV. en een' isolerend ondersteuningsblok met een ophouw volgens de uitvinding (waarbij de elektrostatische capaciteit 150 pP.

5 bedroeg., gedurende zes maanden bedreven in een stoffige atmosfeer van 50 tot J0% RH, tezamen met een transformator van het gevormde type met'hetzelfde'vermogen en dezelfde nominale spanning,, welke evenwel . was voorzien van een isolerend steunblok van bekende constructie.

Daarna werd de diëlektrisehe doorslagspanning ten opzichte van aarde .10 gemeten. De resultaten zijn aangegeven in de onderstaande tabel I

en wel als functie van de doorslagspanning.

_Tabel I __

Hormale Transformator transformator volgens de uit vinding 15-

Boorslagspan- ning 100+50 200 + 20

Zoals uit tabel I blijkt, kan in het geval van een transformator volgens de uitvinding de afstand tussen de metalen ondersteu-ningsplaat en de . geleider van de hoogspannings spoel met 50% worden ge-20 reduceerd vergeleken met die van een normale transformator bij een bepaald spanningsuithoudingsvermogen, waarbij de betrouwbaarheid ook . dienovereenkomstig wordt vergroot.

In het bovenstaande is aangenomen, dat de spoelen aan de beide uiteinden daarvan worden ondersteund door de metalen plaat 11A 25 via het isolerende steunblok 17 en het veerkrachtige onderdeel 18, doch de steunplaat 11A kan ook bestaan uit een integraal kraagver-lengstuk van het' klemonderdeel 11, dat zich over de spoelen uit strekt, of bestaan uit een. afzonderlijke ondersteuningsplaat.

Hit het bovenstaande blijkt, dat een transformator van het 30 gevormde type met een opbouw volgens1 de uitvinding het mogelijk maakt, dat de elektrische potentiaal aan een isolatie-oppervlak wordt bepaald of voorgesehreven. door het in het isolerende ondersteuningsblok aanwezige. pot entiaalbesturingseondensat or stelsel, waardoor de kruipisola- 79 0 6 5 0 ff < 9 Λ- tie-afstand tussen de metalen ondersteuningsplaat en de gevormde hoog-spanningsspoel kan -worden gereduceerd, hetgeen het op zijn heurt mogelijk maakt, dat de transformator van het gevormde type met kleinere afmetingen en een groot isolatievermogen kan worden verwezenlijkt.

790650a

Claims (3)

1. Transformator van het gegoten type, voorzien van een ijzer-kem, "bestaande uit een teengedeelte en jukgedeelten, welke door • klemorganen tezamen worden geklemd teneinde daardoor een magnetisch circuit te vormen, een gegoten spoelstelsel, voorzien van een hoog-5 spannlngsspoel en een laagspanningsspoel, die om het beengedeelte van de ijzer kern zijn gewikkeld, metalen ondersteuningsorganen, die "bij de "beide uiteinden van het spoelstelsel tegenover elkaar zijn opgesteld, en isolatie-onderdelen, die elk tussen êên uiteinde van het gegoten spoelstelsel en een metalen ondersteuningsorgaan zijn aange-10 "bracht met het. kenmerk, dat in elk van de isolatie-onderdelen een po- tentiaalhesturingseondensator aanwezig is, waarbij een uiteinde van deze condensator elektrisch is verbonden., met een elektrisch geleidend gedeelte van de gegoten hoogspanningsspoel, terwijl het andere uiteinde van de condensator met het metalen ondersteuningsorgaan is 15 verbonden.

2. Transformator volgens conclusie '1 met het kenmerk, dat de potentiaalbesturingscondensator bestaat uit een aantal elektrisch geleidende planaire platen,, die met een voorafbepaalde afstand daartussen in de asrichting van het gegoten spoelstelsel boven elkaar zijn 2Q . opgesteld.

3. Transformator volgens conclusie 1. met het kenmerk, dat de potent iaalbesturingscondensat or bestaat uit een aantal keramische condensator element en, die zich elk bevinden tussen sehermonderdelen, welke met een voorafbepaalde afstand daartussen in de asrichting van het t 25 gegoten spoelstelsel boven elkaar zijn opgesteld. k. Transformator volgens eonclusie 1 met het kenmerk, dat de po- tentiaalbesturingscondensator.een elektrostatische capaciteit heeft, welke niet.kleiner is dan. 50 pF. . ·. 5 · Transformator volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de po- 30. tentiaalhesturingseondensator. een ringvormige configuratie heeft, welke in hoofdzaak overeenkomt met een eindconfiguratie van het gegoten spoelstelsel. 7906500