NO153196B - Trefasetransformator for store sekundaerstroemmer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en trefasetransfornator fer store strømstyrker og i en utformning som angitt i innledningen til patentkrav 1.

En lysbueovnstransformator må være konstruert for svært store sekundærstrømmer. For store lysbueovner kan strømmene komme opp i 80-100 tusen ampere.

Tradisjonelt har slike lysbueovnstransformatorer vært utført med åpne sekundærfaser, og sammenkoblingen av fasene i en trekant har først vært gjort utenfor transformatorbeholderen. På den måten har en oppnådd en kompensert strømføring ved at strømmens fram- og tilbakeledere har vært ført like inntil hverandre slik at de magnetiske feltene blir små. Dermed har en hatt kontroll med hvirvelstrømstap og oppvarmingsproblemer. Imidlertid blir en slik utvendig trekantsaitimenkobling svært stor på grunn av den store strømstyrken og dårlige kjøleforhold. Små isolasjonsavstander i luft kombinert med nedstøvning utgjør også en stadig fare for overslag mellom lederne.

I de senere år er det blitt mer vanlig å legge trekant-forbindelsene inne i transformatorbeholderen, hvor kjøle- og isolasjonsforholdene er ideelle. Dette har på den annen side den konsekvens at store strømmer må føres ukompensert gjennom beholder-vegg eller -lokk, hvilket igjen krever tiltak for å hindre høye hvirvelstrømstap og oppvarmingsproblemer. Det har derfor i mange tilfeller vært benyttet et eget gjennomførings-panel av isolermateriale eller av godt ledende, ikke-magnetisk materiale. Dette panelet har blitt festet i en tilsvarende åpning i kasseveggen ved hjelp av festeelementer.

Driftsmessig vil det alltid være problematisk å oppnå jevn belastning i en lysbueovn, fordi forholdene i ovnen stadig forandrer seg. Det har derfor vært et ønske å ha muligheten til å regulere elektrodespenningene (fasespenningene) individuelt og uavhengig av hverandre. For at dette skal være teknisk mulig, må sekundærfåsene av ovnstransformatoren være stjernekoblet. En slik sammenkobling kan også gjøres internt i transformatoren ved hjelp av skinner som ved en trekantkobling. Men også i dette tilfellet medfører det et relativt komplisert skinneopplegg med den samme faren for høye hvirvelstrømstap og oppvarmingsproblemer.

Som representativt for kjent teknikk på området kan nevnes US-BS 4 375 627, som viser en utførelse av en trefaset transformator med stjernekoblet sekundærvikling og med et panel i transformatorveggen som nevnt ovenfor. Panelet er ledende og er isolert og tettet mot resten av transformatorbeholderens vegg med en tetningsstrimmel av elektrisk materiale, så den i og for seg vil kunne betegnes som en nullpunktsplate og ut-førelsen dermed kan sies å være av den art som er angitt inn-ledningsvis. Imidlertid betegner den isolerende avtetning med tetningsstrimmel et svakt punkt i betraktning av de tetnings-problemer som uvegerlig vil opptre som følge av mekaniske på-kjenninger, f.eks. ved temperaturvariasjoner og også ved vari-erende temperaturforskjeller mellom panelet og transformatorbeholderen forøvrig, og det særlig i betraktning av at panelet bør bestå av umagnetisk materiale til forskjell fra resten av beholderveggen og man derfor også må regne med forskjeller i temperaturkoeffisient. Problemene i den forbindelse blir selvsagt større jo større panelet er, og jo lenger tetnings-fugen dermed blir, og sekundæruttaket er derfor ført i vinkel gjennom omgivende rørstusser på nullpunktpotensial.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse unngås disse vanske-ligheter ved at transformatoren oppviser de trekk som er angitt som karakteristiske i patentkrav 1, og fortrinnsvis også de trekk som er angitt i underkravene.

Nøytralpunktplaten med skjermplate som oppfinnelsen gir anvisning på, erstatter den kompliserte delen av skinnesystemet for sammenkobling av sekundærfåsene ved innvendig stjernekob-ling. Skjermplaten mellom nøytralpunktplaten og kasseveggen vil effektivt hindre induserte strømmer og redusere temperatur-problemer i kasseveggen.

Fordelene ved oppfinnelsen er at nøytralpunktplaten i forhold til en konvensjonell skinneføring gjør forbindelsene mellom sekundærvik1ingene og gjennomføringene enklere og kortere. Dette slår ut i lavere kortslutningsreaktans og tap. Skjermplaten kveler det magnetiske feltet fra nøytralpunktplaten effektivt, slik at kasseveggen kan utføres som en helsveiset konstruksjon uten særskilt gjennomføringspanel og man unngår de lekkasjeproblemer som et slikt gjennomføringspanel innebærer.

Beskrivelse av tegningsfigurer

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til skjematiske tegninger som viser utførings-eksempler. Fig. 1 viser et grunnriss av en transformator ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et vertikalt lengdesnitt av en del av transformatoren og anskueliggjør vesentlige trekk ved oppfinnelsen. Snittet viser viklingsuttak med gjennomføringer samt nøytral-punktplate og skjermplate. Fig. 3 viser et oppriss av en utførelse av en nøytral-punktplate.

Transformatoren på fig. 1 er en trefasetransformator som er utført for å levere store sekundærstrømmer. Transformatoren kan være av mantel- eller kjerneutførelse. Transformatoren er utført med jernkjerne, her betegnet med 20, og viklinger 21 er plassert på kjernen etter vanlige konstruksjonsmetoder.

Lavspennings- eller sekundærviklingen' er stjernekoblet. Sekundærviklingens uttaksledere fører store strømmer og er ut-ført som skinner 23. De er ført fram til nøytralpunktplaten 24. Her kobles sekundærviklingenes nøytraluttak til nøytralpunkt-platen. Faseuttakene er ført gjennom åpninger både i nøytral-punktplaten 24 og i skjermplaten 25 fram til høystrømsgjennom-føringer 26, som er ført gjennom transformatorbeholderveggen 27. Kjerne med viklinger samt uttaksskinner med nøytralpunkt-plate og skjermplate er plassert i en transformatorbeholder 27, som er fylt med transformatorolje eller annen isolerende væske. Den isolerende væsken tjener samtidig som kjølemedium.

Fig. 2 viser et snitt gjennom en del av transformatoren med viklingsuttak og gjennomføringer samt nøytralpunktplate og skjermplate.

Transformatorkjernen er her igjen betegnet med 20 og viklingene med 21.

Hver fase i sekundærviklingen består vanligvis av flere parallellkoblede viklinger. Uttakslederne fra disse viklingene, her betegnet med 22 og 23, fører store strømmer og er utført som skinner. Normalt vil uttakslederne forgrene seg til flere viklinger, men dette er ikke vist på tegningen. Skinnene føres som parallelle ledere frem til nøytralpunktplaten 24. Man beholder derfor den kompenserte lederføringen helt fram til sammenkoblingspunktet for nøytralpunktuttakene. Dette er en vesentlig fordel i forhold til tidligere utførelser hvor nøy-tralpunktet har vært oppkoblet med skinner. Man kunne da få lange ukompenserte skinneføringer som ga opphav til store tilleggstap i transformatoren, og denne fikk stor kortslutningsreaktans.

Nøytralpunktuttakene 22 kobles til nøytralpunktplaten 24. Nøytralpunktplaten 24 er montert elektrisk isolert fra transfor-ma torbeholderen ved hjelp av isolerende distanseelementer 28. Den plasseres fortrinnsvis rett ut for sekundærviklingsuttakene, slik at de blir kortest mulige. Nøytralpunktplaten strekker seg over hele arealet hvor uttakene er plassert. Av den grunn vil den forenkle sammenkoblingen av sekundærfåsene. Den gir stor fleksibilitet i plassering og tilkobling av faseuttakene. Man oppnår lettere symmetriske føringer og kortere ledere fram til en plate som strekker seg over hele arealet hvor uttakene er plassert enn ved tidligere transformatorutførelser hvor sammenkoblingen ble utført med skinner. Med kort leder-

eller skinneføring får transformatoren lav kortslutningsreaktans, og man oppnår å redusere tilleggstapene.

For denne type transformatorer som kan benyttes til

UHP = "ultra high power" drift av smelteovner, er det en vesentlig fordel at kortslutningsreaktansen er lav.

Faseuttakene 23 føres gjennom åpninger både i nøytral-punktplaten 24 og i skjermplaten 25 og kobles til høystrøm-gjennomføringer 26. Høystrømgjennomføringene er vanligvis hule og er utført for væskekjøling. Gjennomføringene 26 er på vanlig måte ført gjennom transformatorbeholderveggen 27.

Transformatorbeholderveggen hvor høystrømgjennomføringene er plassert, er utført av umagnetisk materiale, vanligvis austenittisk stål. Resten av transformatorbeholderen er utført av konstruksjonsstål. Hele transformatorbeholderen, det vil si bunn og sideflater, kan derfor utføres som en helsveiset konstruksjon. Med stjernepunktet utført som en nøytralpunktplate og montert i transformatorbeholderen unngår man tidligere kjente tiltak hvor et utsnitt eller en del av transformatorbeholderveggen må monteres isolert fra resten av transformatorbeholderen. I praksis har det vist seg svært vanskelig å oppnå en tilfredsstillende tetning med slike konstruksjoner og de vil være vesentlig kostbarere å produsere.

Skjermplaten 25 er plassert mellom nøytralpunktplaten

24 og beholderveggen 27. Den er montert elektrisk isolert fra transformatorbeholderen ved hjelp av isolerende distanseelementer 28. Den er av godt ledende umagnetisk materiale. Skjerm-platens oppgave er å redusere feltet i transformatorbeholderveggen. Ideelt ønsker man å legge den så nær beholderveggen som mulig, men praktisk oppbygging av transformatoren kan hindre dette. Skjermplaten vil fortrinnsvis dekke hele beholderveggen hvor gjennomføringene er plassert. Den kan også eventuelt strekke seg over en del av tilstøtende beholdervegger og være bøyd rundt sidekantene av nøytralpunktplaten for å fange opp eventuelle randfenomener. For å være effektiv må skjermplaten være minst like tykk som magnetfeltets inn-trengningsdybde ved nettfrekvens for det materiale som benyttes.

Fig. 3 viser oppriss av en utførelse av en nøytralpunkt-plate.

Uttakene fra en lysbueovnstransformators sekundærvik-linger er vanligvis "triangulert" for å oppnå en mest mulig lik reaktans mellom fasene. Det vil si at tyngdepunktene av uttakene fra de enkelte fasene er plassert i hvert sitt hjørne av en likesidet trekant.

Avstanden mellom uttakene er avhengig av transformatorens ytelse og fysiske dimensjoner og eventuelt av kundens krav.

Faseuttakene er ført gjennom åpninger i nøytralpunkt-platen, mens nøytralpunktene er koblet til platen. På fig. 3 er faseuttakene fra fase u ført gjennom åpningene 31, 32 og 33/mens nøytralpunktuttakene er vist koblet til platen i tilkoblingspunktene 34, 35 og 36. På samme måte er faseuttakene fra fase v ført gjennom åpningene 37, 38 og 39 og de fra fase w er ført gjennom åpningene 43, 44 og 45. Nøytralpunktuttakene er tilsvarende koblet til platen i tilkoblingspunktene 40, 41 og 42 for fase v og 46, 47 og 48 for fase w.

Nøytralpunktplaten er av godt elektrisk ledende materiale - fortrinnsvis kobber eller aluminium. Den strekker seg over den flaten hvor transformatorens sekundæruttak er plassert. Formen og arealet vil følge transformatorens dimensjoner. På figur 3 er den tegnet kvadratisk, men andre former kan benyttes, f.eks. ulikesidet rektangel eller trekantet.

Nøytralpunktplaten er plassert i transformatorbeholderen og får tosidig kjøling. Den får et stort areal i forhold til tidligere utførte nullpunkter av skinner slik at kjøleforhold-ene blir gunstige.

Eventuelt kan nøytralpunktplaten utføres med ribber for å øke kjøleflaten. Den kan også forsterkes med skinner som gir større tverrsnitt over de områdene hvor strømbelastningen er størst.

Claims (3)

1. Trefasetransformator for store sekundærstrømmer, f.eks. lysbueovnstransformator, hvor sekundærviklingen er koblet i stjerne og dens nøytralpunkt er utført som en isolert anordnet nøytralpunktplate hvor sekundærvik^ingens nøytralpunktuttak er tilkoblet,karakterisert vedat nøytral-punktplaten (24) er anbragt i avstand innenfor transformatorbeholderens vegg (27) og skjermet mot denne med en skjermplate (25), og at sekundærviklingens faseuttak (23) er ført gjennom både nøytralpunktplate (24) og skjermplate (25) og koblet til høystrømgjennomføringer (26) som er ført gjennom transformatorbeholderveggen (27) .

2. Transformator ifølge krav 1, karakterisert vedat nøytralpunktplaten (24) i det minste strekker seg over det areal hvor sekundærviklingsuttakene er plassert.

3. Transformator ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat skjermplaten (25) er plassert mellom nøytralpunktplate (24) og transformator-beholdervegg (27) og i det minste strekker seg over det areal som opptas av nøytralpunktplaten (24).