NO318756B1 - Elektrisk forbindelsesinnretning utformet for a fore energi mellom et hoyspent elektrisk kraftsystem og en beskyttende sikring og beskyttelsesinnretning omfattende den elektriske forbindelsesinnretningen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk forbindelse utformet for elektrisk krafttilførsel til et høyspentapparat, som er beskyttet av en sikring som er forbundet i serie mellom den elektriske krafttilførselskilden og apparatet, idet sikringen i det minste delvis er nedsenket i en beskyttende tank inneholdende en dielektrisk væske eller gass.

Dokument EP-A-0 224 072 beskriver en trefasetransformator som er nedsenket i en tank inneholdende en dielektrisk væske, i dette tilfellet olje, hvor krafttilførselen utføres med en elektrisk forbindelse som omfatter en høyspentgjennomføring mellom utsiden og innsiden av tanken. Transformatorens primærkrets er beskyttet av sikringer som er plassert inne i tanken, hvilke sikringer har slike karakteristika at de kun svarer på elektriske feil som er forbundet med interne feil i transformatoren. I denne type installasjon må det tas forholdsregler mot fare for at det skal dannes en elektrisk bue mellom en transformators primærvikling og gjennomførin-gen. En slik bue ville faktisk resultere i en kortslutning som ikke går gjennom sikringen, slik at sikringen ikke ville være istand til å bryte den. For å begrense denne faren beskriver dokumentet på den ene side at sikringen må anordnes på en slik måte at avstanden mellom den nedre ende av gjennomføringen for høyspennin-gen og den øvre ende av sikringen er mindre enn halvparten av sikringens lengde, og på den annen side at lederpartiet mellom den nedre ende av gjennomføringen for høyspenningen og sikringen må være utformet på en slik måte at det ikke danner et utgangspunkt for en elektrisk bue, hvilket er oppnådd ved å innelukke lederpartiet som befinner seg mellom den nedre ende av gjennomføringen for høyspenningen og sikringen i stykker av isolerende rør som er forbundet til hverandre ved at de er sammenbundet, og/eller ved å forsyne sikringen med en beskyttende skjerm med form av en avkortet kjegle som er laget av isolerende materiale, som åpner i retning av gjennomføringen for høyspenningen.

Et slikt arrangement kompliserer montasje og demontasje av gjennomføringen og sikringen. I tillegg gir formen av skjermen med form av en avkortet kjegle, selv om den er i stand til å tilveiebringe beskyttelse mot farene for dannelse av en bue mellom en vikling og gjennomføringen, ikke noen god beskyttelse mot faren for at en bue bryter ned mellom de nedre ender av to tilstøtende gjennomføringer, særlig i nivå ved sikringshodene, og enda mer mellom en sikring og tankens vegger, særlig i tilfelle av en reduksjon i nivået eller kvaliteten av dielektrikumet i tanken.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å forenkle montasje og demontasje av en elektrisk forbindelse av den tidligere kjente type. Hensikten er også å foreslå en enkel og billig elektrisk forbindelse som kan benyttes ved krafttilførsel til mellomspenning elektriske apparater som er beskyttet av en sikring, og reduserer kortslutningsfarene ved nivået ved sikringens krafttilførselsideterminal, særlig ved reduksjon av dielektrikumets nivå eller kvalitet.

Disse hensiktene oppnås ved hjelp av en elektrisk forbinde!sesinnretning som er utformet for å føre energi mellom det høyspente elektriske krafttilførselssystem og en beskyttende sikring som beskytter et elektrisk apparat som omfatter en last og er plassert inne i en tank som inneholder en dielektrisk væske eller gass og har en åpning, hvor sikringen omfatter to terminaler, en på krafttilførselsiden og den andre på lastsiden, idet lastsideterminalen er plassert inne i tanken, idet de to terminaler på sikringen er forbundet med et sikringselement som befinner seg i en dielektrisk kropp, hvilken innretning omfatter: • en elektrisk ledende kjerne; • et krafttilførselsidekoblingsgrensesnitt utformet for elektrisk forbindelse mellom kjernen og den elektriske krafttilførsel; • en gjennomføring som er utformet til innsetting i åpningen og som omfatter anordninger for tetting av åpningen og fastholdelse til veggen i tanken, utformet til å oppnå tetthet mellom innsiden og utsiden av tanken i nivå ved åpningen og isolere kjernen elektrisk fra tankens vegger; • et lastsidekoblingsgrensesnitt som er utformet for elektrisk forbindelse mellom kjernen og sikringens krafttilførselssideterminal;

en innretning hvor lastsidekoblingsgrensesnittet omfatter en kappe laget av et eleastomerisk materiale som kan deformeres elastisk for å omgi sikringens krafttilførselssideterminal og oppnå tettheten og den elektriske forbindelse mellom sikringens krafttilførselsideterminal og tankens interne medium.

Sikringens krafttilførselsideterminal er fortrinnsvis, men ikke nødvendigvis, anordnet inne i tanken, særlig med tanke på støtbestandighet og stivhetshensyn.

Kappen omfatter fortrinnsvis minst én vegg som omfatter et elektrisk ledende belegg. Belegget har i så fall samme potensiale som sikringsterminalen. Dette begrenser faren for ionisering av luften på grunn av corona-effekt mellom sikringsterminalen og kappen. Belegget kan ha form av et elastomerlag som er fylt med ledende karbonpartikler, eller en film av ledende materiale. Alternativt kan innsiden av kappen være dekket av et metallskjørt i form av en kopp, som er gjort fleksibelt ved tilstedeværelse av aksiale omkretsspalter. Skjørtet kan eksempelvis krympes på enden av kjernen, idet elastomerkappen i så fall formes på dette skjørtet. Det er også mulig å kombinere et metallskjørt og en ledende film.

Kappen omfatter fortrinnsvis en leppe som er utformet til å funksjonere sammen med sikringskroppen for oppnåelse av tettheten mellom dielektrikumet i tanken og kappens innside. Denne anordningen gjør at isolasjonen av sikringsterminalen mestres perfekt.

Gjennomføringen omfatter fortrinnsvis et belegg laget av et elastomermateriale som er formet i ett med kappen. Denne anordningen gir gjennomføringen fordelak-tige mekaniske egenskaper, og særlig en viss elastisitet ved bøying og torsjon, hvilket tillater en mekanisk frakobling mellom krafttilførselsystemet og lasten. En slik frakobling er særlig nyttig når lasten utsettes for mekaniske vibrasjoner. I tillegg er fremstillingen av den elektriske forbindelse i dette tilfellet særlig enkel.

Innretningen omfatter fortrinnsvis en deformerbar elektrisk kabel med en isolerende kledning som er laget av et elastomerisk materiale som omgir én eller flere elektriske ledere som inngår i kjernen i innretningen. I tilfelle den deformerbare elektriske kabel er plassert på utsiden av tanken, gjør forbindelsen det mulig å eliminere et sett av koblingsstykker, sett i sammenligning med konvensjonelle innretninger. Den muliggjør også stor frihet i posisjonering av det elektriske apparat. Kabelen kan alternativt plasseres inne i tanken, mellom gjennomføringen og lastsidekoblingsstykket. Det er også mulig å kombinere en elektrisk kabel på utsiden av tanken og en elektrisk kabel inne i tanken.

Den isolerende kledning på den elektriske kabel er fortrinnsvis laget av det samme elastomermaterialet som kappen, hvilket gjør det mulig å forme eller støpe forskjellige deler av innretningen i ett enkelt fremstillingstrinn.

Uttrykket "elektrisk kabel" betegner i den foreliggende søknad på generisk måte deformerbare lange elektriske ledere, som utgjøres eksempelvis av sammenvevde metalliske delledere. Den elektriske kabel omfatter fortrinnsvis en flette av ledende delledere. Den flettede kabel, dvs. hvor dellederne går forholdsvis flatt på kryss og tvers som i en fletting, gir en mye større fleksibilitet enn konvensjonelle delleder-kabler. For strømmer med lavere styrke, kan delleder- eller trådkabler være et alternativ.

Et annet trekk ved oppfinnelsen vedrører beskyttelsesinnretningen i et mellomspenning elektrisk apparat, særlig en transformator som befinner seg i en tank som inneholder en dielektrisk væske eller gass og omfatter en åpning, idet denne innretningen omfatter: • en beskyttelsessikring som i det minste delvis er anordnet inne i tanken og er forbundet mellom krafttilførselen og apparatet, idet sikringen omfatter to terminaler, en på krafttilførselsiden og den andre på lastsiden, som er forbundet med et sikringselement som befinner seg i en dielektrisk kropp, idet lastsideterminalen er anordnet inne i tanken, og • en elektrisk forbindelsesinnretning som beskrevet ovenfor, hvis lastsidekoblingsgrensesnitt er forbundet til sikringens krafttilførselssideterminal.

En slik innretning garanterer isolasjon av høy kvalitet mellom sikringen og tankens innside.

Et annet trekk ved oppfinnelsen vedrører et elektrisk apparat som utgjør en last som får sin tilførsel fra et høyspent elektrisk kraftsystem, som er plassert inne i en tank som inneholder en dielektrisk væske eller gass og omfatter en åpning, og som er forsynt med en beskyttelsesinnretning som ovenfor beskrevet, anordnet mellom det elektriske krafttilførselssystem og det elektriske apparat.

Andre fordeler og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå klart av den følgende beskrivelse av forskjellige utførelser av oppfinnelsen, som kun er gitt som ikke-begrensende eksempler og er vist på de ledsagende tegninger, hvor: fig. 1 viser et tverrsnitt av et mellomspenning elektrisk apparat som får sin tilførsel av en elektrisk forbindelse ifølge en første utførelse av oppfinnelsen;

fig. 2 viser et lengdesnitt av den elektriske forbindelse på fig. 1 i en referansestil-ling;

fig. 3 viser et lengdesnitt av en elektrisk forbindelse ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen;

fig. 4 viser et lengdesnitt av en elektrisk forbindelse ifølge en tredje utførelse av oppfinnelsen.

Med henvisning til fig. 1, omfatter en elektrisk kontrolltavle 1 for mellomspenning, som er innelukket i en inne lukning 2 som er fylt med en dielektrisk gass, i dette tilfellet svovelheksafluorid, mateledninger 3 som leverer kraftsystemstrømmen til et elektrisk apparat 4 som utgjør en last. Dette apparatet 4 omfatter en trefase mellomspenning/lavspenningstransformator 5, og en beskyttende innretning som omfatter en trefase kretsbryter 6 og sikringer 10, som er forbundet til matesiden av primærviklingene i transformatoren 5. Kretsbryteren 6 er utformet for beskyttelse mot elektriske feil som induserer kun små strømstøt i nivået ved transformatorens primærside, særlig feil som forekommer i sekundærviklingene. Hver sikring 10 er forbundet i serie mellom kraftsystemet og kretsbryteren, og er selektivt sensitiv mot kortslutninger som påvirker primærviklingene i transformatoren 5. En detaljert beskrivelse av denne innretningen kan finnes i fransk patentsøknad med det nasjonale registreringsnummer 98/10519. Hver sikring 10 omfatter på konvensjo-nell måte to metalliske endeterminaler 11,12 som er forbundet med et sikringselement 13 som befinner seg i en sylindrisk kropp 14 som omfatter et fast dielektrisk materiale. Det elektriske apparat 4 befinner seg i en tank 9 som danner en tett forseglet beholder som er fylt med et dielektrisk fluid 16, i dette tilfellet olje.

En elektrisk forbindelse 20 ifølge den første utførelse av oppfinnelsen, som er vist på fig. 1 og 2, er utformet for elektrisk krafttilførsel til primærviklingene i transformatoren, og er i den ene ende forbundet til krafttilførselssystemet ved nivået for mateledningene 3, og i den andre ende til apparatet 4. Denne elektriske forbindelse 20 omfatter en utvendig forbindelse 21 som er utformet til forbindelse med krafttilførselssystemet, en mellomdel som utgjør en fleksibel elektrisk kabel 22, en gjennomføring 23 som sikrer tetthet ved nivået for en åpning i veggen i tanken 9, og en innvendig forbindelse 24, i hvilken terminalen 11 på sikringen 10 er i inngrep.

Den elektriske forbindelse 20 omfatter en elektrisk ledende kjerne 25 som er dekket med en mantel 26 som er laget av et godt isolerende elastomerisk materiale. Kjernen 25 omfatter i sin mellomdel en flette 27 som består av metalliske delledere, og i hver ende en stift eller pinne 28, 29 som er krympet på fletten 27. Kjernen 25 omfatter i tillegg et ledende belegg 30 som dekker metallfletten 27. Det ledende sjikt 30 gjør det mulig å eliminere virkningene av pigger på del lederne som rager radialt ut fra fletten 27, og utjevning av overflater med likt potensiale i nærheten av irregulariteter på flettens overflate. Det ledende belegg 30 er i praksis utformet som et silikonsubstrat som er fylt med ledende karbonpartikler.

Mantelen 26 er i denne utførelse dannet av kaldvulkaniserbar silikon med en generelt sylindrisk form, som også utgjør kroppen eller hoveddelen av gjennomfø-ringen og krafttilførselside- og lastsideforbindelsene. Mantelen 26 er dekket med en kledning som er dannet av en ledende film 31 som har det samme potensialet som jord. Som et indikativt eksempel, for en merkespenning på 24 kV og en merkestrøm på 100 A, er diameteren av fletten ca. 8 mm, for en utvendig diameter av kabelen på ca. 30 mm. Det kan ses at forbindelseskabelen 20 i hvilestillingen på fig. 2 og i bruksstillingen på fig. 1 kan bøyes i en stor vinkel, dvs. minst 180°. Med andre ord, når en av forbindelsens ender, eksempelvis den innvendige ende, er fastholdt, kan den andre beveges på en reversibel måte fra en første referansestil-ling - for eksempel hvilestillingen på fig. 2 - til en annen stilling hvor den har gjennomgått en rotasjon på 180° - i eksemplet stillingen på fig. 1.1 dette tilfellet er bøyingen mulig i alle rommets plan, på hver side av hvilestillingen. Disse frihetsgradene muliggjør at den frie ende av forbindelsen kan posisjoneres uten for store spenninger.

Gjennomføringen 23 og den innvendige forbindelse 24 er i denne utførelse innleiret i hverandre. Gjennomføringen 23 omfatter en fastholdelsesflens 32 som er fastholdt på veggen av tanken 9 ved hjelp av fastholdelsesskruer 33. Et beskyttende deksel 41 beskytter en strømtransformator 42 som leverer et signal som er representativt for strømintensiteten gjennom forbindelsen 20. Den innvendige forbindelse 24 omfatter en kappe 34, som har en del 35 med form av en kopp med hovedsakelig de samme former som sikringens krafttilførselsideterminal, med en sylindrisk vegg og en flat basis som flukter med lastsideenden av pinnen 29 i den ledende kjerne i forbindelsen 20. Denne koppen 35 er forlenget som en sylindrisk leppe 36 med en noe mindre diameter for å anta formen av sikringens kropp 14. De innvendige vegger i koppen 35 er dekket med en ledende film på en slik måte at de har det samme potensialet som lastsidepinnen 29 i kjernen. Når sikringen 10 er innsatt i forbindelsen 24, virker omkretsleppen 36 av forbindelsen sammen med sikringens sylindriske kropp 14 og gjennomgår en fleksibel deformasjon som muliggjør at det sikres et tilstrekkelig kontakttrykk mot kroppen av sikringen, slik at en tett forsegling dannes mellom innsiden av koppen 35 og det utvendige medium som er nedsenket i det dielektriske fluid i tanken 9.

Den utvendige forbindelse 21 omfatter et hulrom 37 i form av en kopp, fra bunnen av hvilken krafttilførselsenden av pinnen 28 rager ut. Den utvendige omkrets av forbindelsen 21 omfatter en vegg 38 med form av en avkortet kjegle, som danner en føringsflate og tilveiebringer den dielektriske tetthet, og en støttekrage 39 for en fastholdelsesflens 40. Forbindelsen 21 er utformet til inngrep med en gripekontakt 43 på mateledningen 3 i mellomspenningkontrolltavlen 1.

Den flerfunksjonelle elektriske forbindelse fremstilles ved å plassere kjernen i forbindelsen i en form, noe forspent i strekkretningen via dens ender, og deretter sprøyte inn kald silikon under et svakt overtrykk fra hoder som er fordelt i en ring rundt kjernen. I et annet trinn dekkes den utvendige sylindriske vegg av kledningen med en ledende silikonfilm som er fylt med karbonpartikler, hvilket skjer ved malingspåføring. På samme måte avsettes en malingsfilm på den innvendige overflaten av koppen på lastsidekoblingsstykket.

Med henvisning til fig. 3, skiller en annen utførelse av oppfinnelsen seg fra den første ved fravær av en seksjon av fleksibel elektrisk kabel. Forbindelse til krafttilførselsystemet oppnås her ved hjelp av en separat kabel som plugges inn i krafttilførselsideforbindelsen 21.

Fig. 4 viser en tredje utførelse av oppfinnelsen. Her er krafttilførselsideforbindel-sen 21 plassert i gjennomføringen, som er forbundet til lastsideforbindelsen 24 ved hjelp av en elektrisk kabel 50 med en konstruksjon som er identisk med den i den første utførelse. Det oppnås således frihet til posisjonering av sikringen i forhold til gjennomføringen.

Oppfinnelsen kan selvsagt utføres i forskjellige varianter. Særlig kan det være fordelaktig å benytte forskjellige materialer for forskjellige deler av forbindelsen, i henhold til de mekaniske egenskaper som er påkrevet. Mer bestemt er det mulig å utforme kroppen av gjennomføringen i et svært stivt materiale og la elastomermaterialet i lastsideforbindelsen og den fleksible elektriske kabel henge fast i dette. Det er også mulig å benytte forskjellige elastomerer i lastsideforbindelsen og kabelen. De elastomerene som kan benyttes er ikke utelukkende kaldvulkaniserbare silikoner: andre silikonklasser, særlig varmvulkaniserbare silikoner, kan benyttes. Til slutt skal det bemerkes at også andre elastomermaterialer kan tenkes å bli benyttet.

I de ovenstående utførelser er sikringen i sin helhet plassert inne i tanken, på én side av det midtre plan i tankens deksel, som danner en beskyttelse mot støt. Oppfinnelsen beholder imidlertid sine fordeler når sikringens krafttilførselsidefor-bindelse er anordnet over dette midtre planet, så lenge sikringens lastsideterminal er nedsenket i det dielektriske fluid og gjør det nødvendig å mestre matesideisola-sjonen av sikringens kropp.

De bestemte former av koppen i lastsidekoblingsstykket i forbindelsen er diktert av motsvarende former på sikringen, og kan variere fra en sikring til en annen. Det viktige er å forme kappeleppen på en slik måte at det oppnås en fleksibel deformasjon som genererer et tilstrekkelig kontakttrykk mellom elastomermaterialet i koblingsstykket og sikringens kropp. Koppen er også utformet i henhold til formen av sikringens terminal. Det er også mulig å anordne det slik at sikringshodet skrus inn i koppen.

I de ovenstående utførelser inneholder tanken olje. Oppfinnelsen er imidlertid også anvendbar for apparatanleggapparater som er nedsenket i andre dielektriske væsker eller gasser, særlig i svovelheksafluorid.

Videre kan beskyttelsesinnretningen som omfatter den elektriske forbindelse og sikringen benyttes ved enhver type apparat som er nedsenket i olje eller i en dielektrisk gass. Særlig er den anvendbar for en mellomliggende kretsbrytertrans-formator.

Utførelsene vedrører mellomspenning, som i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse inngår i høyspenning. Oppfinnelsen kan imidlertid også anvendes over 56 kV.

Claims (10)

1. Elektrisk forbindelsesinnretning (20) utformet for å føre energi mellom et høyspent elektrisk kraftsystem og en beskyttende sikring (10) som beskytter et elektrisk apparat (4) som utgjør en last og som er plassert inne i en tank (9) som inneholder en dielektrisk væske eller gass (16) og omfatter en åpning, hvor sikringen (10) omfatter to terminaler, en (11) på krafttilførselsiden og den andre (12) på lastsiden, hvor lastsideterminalen (12) er plassert inne i tanken (9), hvor de to terminaler (11, 12) på sikringen (10) er forbundet med et sikringselement (13) som befinner seg i en dielektrisk kropp (14), hvor innretningen (20) omfatter: • en elektrisk ledende kjerne (25); • et krafttilførselssidekoblingsgrensesnitt (21) som er utformet for elektrisk forbindelse mellom kjernen (25) og den elektriske krafttilførsel; • en gjennomføring (23) som er utformet til å bli innsatt i åpningen og omfatter anordninger for tetting av åpningen og fastholdelse til veggen i tanken (9), utformet til å oppnå tetthet mellom innsiden og utsiden av tanken (9) ved åpningens nivå og isolere kjernen elektrisk fra veggen i tanken (9); • et lastsidekoblingsgrensesnitt (24) som er utformet for elektrisk forbindelse mellom kjernen (25) og sikringens krafttilførselsideterminal (11); karakterisert ved at lastsidekoblingsgrensesnittet (24) omfatter en kappe (34) som er laget av et elastomerisk materiale som kan deformeres elastisk for å omgi sikringens krafttilførselsideterminal (11) og oppnå tettheten og den elektriske isolasjon mellom sikringens krafttilførselsideterminal (11) og det innvendige medium i tanken (9).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at kappen (34) omfatter minst én vegg som inkluderer et elektrisk ledende belegg.

3. Innretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kappen (34) omfatter en leppe (36) som er utformet til å virke sammen med sikringens (10) kropp (14) for oppnåelse av tettheten mellom dielektrikumet (16) i tanken (9) og innsiden av kappen (34).

4. Innretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at gjennomføringen (23) omfatter et belegg som er laget av et elastomerisk materiale som er formet i ett med kappen (34).

5. Innretning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter en deformerbar elektrisk kabel (22) med en isolerende mantel (26) som er laget av et elastomerisk materiale som omgir én eller flere elektriske koblingsstykker som danner en del av innretningens kjerne (25).

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at den deformerbare elektriske kabel (22) er plassert på utsiden av tanken (9).

7. Innretning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at den isolerende mantel (26) i den elektriske kabel (22) er laget av det samme elastome-riske materialet som kappen (34).

8. Innretning ifølge et av kravene 5-7, karakterisert ved at den elektriske kabel (22) omfatter en flette (27) av ledende delledere.

9. Beskyttelsesinnretning for et mellomspenning elektrisk apparat (4), særlig en transformator (5), som befinner seg i en tank (9) som inneholder en dielektrisk væske eller gass og omfatter en åpning, hvilken innretning er karakterisert ved at den omfatter: • en beskyttende sikring (10) som i det minste delvis er anordnet inne i tanken (9) og som er forbundet mellom krafttilførselen og apparatet (4), idet sikringen (10) omfatter to terminaler, en (11) på krafttilførselsiden og den andre (12) på lastsiden, som er forbundet med et sikringselement (13) som er anordnet i en dielektrisk kropp (14), idet lastsideterminalen (12) er anordnet inne i tanken (9); og • en elektrisk forbindelsesinnretning (20) ifølge et av kravene 1-8, hvis lastsidekoblingsgrensesnitt (24) er forbundet til sikringens krafttilførselsideterminal (11).

10. Elektrisk apparat (4) som utgjør en last som får tilført kraft fra et høyspent elektrisk kraftsystem, som er plassert inne i en tank (9) som inneholder en dielektrisk væske eller gass (16) og omfatter en åpning, karakterisert ved at det er forsynt med en beskyttelsesinnretning ifølge krav 9, som er anordnet mellom det elektriske kraftsystem og det elektriske apparat.