NO320723B1 - Nedsenket transformator, selvbeskyttet av en anordning omfattende en effektbryter og sikringer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en elektrisk transformator hvor viklingene og den magnetiske krets er nedsenket i en dielektrisk væske eller gass innesluttet i en tank, og som er utstyrt med en beskyttelsesanordning, utformet for å begrense effektene av en intern funksjonssvikt for transformatoren.

Dokumentet FR-A-2 712 730 beskriver en trefasetransformator av denne type som ligger i et bad i en oljetank, hvor beskyttelsesanordningen omfatter i det minste én beskyttelsessikring for hver fase anordnet mellom hver elektrisk kraftforsynings-fase og den tilsvarende primære vikling for transformatoren, og en trefaset brytesvitsj anordnet mellom sikringene og de tilsvarende trans formatorfaser. Åpning av brytesvitsjen utføres av en utløseranordning som respons på et signal fra en sensor som er følsom overfor endringer i i.det minste en parameter som representerer karakteristikkene til den dielektriske væske. Den målte parameter er dielektrikumets trykk, som kan tilveiebringe en angivelse av lokale funksjonssvikt internt hos transformatorens kretser, f.eks. en punktfeil i den elektriske isolering i en vikling, som kan degenerere i et varmested, som vises bare som en veldig lav overstrøm i strømforsyningen til den primære kretsen. Sikringene er utformet for å lindre sammenbrudd i transformatorens interne impedanse, ved å innføre en stor resistiv feil. For å tilveiebringe optimal beskyttelse, er i det minste to sikringer anordnet i serie med hver fase, med trinnvis anordnet bryteterskler: en av sikringene har en veldig kort tidskonstant og er følsom overfor svært høy strøm som overskrider seks ganger den nominelle strøm for transformatoren, den andre sikring er følsom overfor overbelastninger som tilsvarer tre til fem ganger den nominelle strøm, med en større tidskonstant. Anordningen er utformet slik at hvis den avbryter strømforsyningen til transformatorens primære viklinger, kan ikke denne strømforsyning reetableres uten en spesiell demonteringsoperasjon for tanken, utført av en spesialist. Dette er grunnen til at brytesvitsjen ikke kan nullstilles og er nedsenket i tanken, sammen med sikringene. Denne bevisste anordning stammer fra idéen at en hvilken som helst utløsning av beskyttelsesanordningen nødvendigvis tilsvarer en intern funksjonssvikt i transformatoren, og ikke i noe tilfelle en ekstern begivenhet. Det vil sannelig være ganske uttillatelig å påtvinge en reparasjon av en transformator som er i god stand, på grunn av tilstedeværelse av en ekstern feil, spesielt på last side-anlegg. Det må derfor tilveiebringes anordninger som kan utføre selektivitet i forhold til elektriske feil som er utvendige overfor transformatoren. Erfaring har vist at det i praksis finnes risiko for uønsket smelting av sikringene i beskyttelsesanordningen, og spesielt for sikringene som opererer i lavoverstrøms-området.

I tillegg, ved en liten overstrøm, f.eks. litt under tre ganger transformatorens nominelle intensitet f.eks., kan de nedsenkede lavsmeltingsstrømsikringer til beskyttelsesanordningen forårsake at varmen øker utillatelig for deres nærliggende miljø, uten at de imidlertid smelter og avbryter strømmen. Alvorlige feil kan da genereres som er det motsatte av hensikten med å anordne sikringen. I tillegg vil oppvarming av sikringene forårsake for tidlig aldring av disse, og derfor en økende risiko for funksjonssvikt med tid.

Dokumentet EP-A-0 468 299 beskriver ytterligere en trefasetransformator som er nedsenket i olje, til hvilken det er tilknyttet hver primære fase, en beskyttelsesanordning som omfatter, koblet i serie med viklingene til den aktuelle primære fase, en enkelfaset effektbryter styrt av en overbelastnings-utløseranordning som er følsom overfor strømmen i effektbryteren, og en sikring hvor den nominelle strømintensitet er i det minste fem ganger større enn den nominelle fasestrøms-intensitet for transformatoren, og fortrinnsvis 10 eller 20 ganger større. En slik dimensjonering tillater at driftsområdet for sikringene begrenses til primære kortslutninger i transformatoren, mens andre elektriske driftshendelser, omfattende primær overstrøm på grunn av kortslutninger på sekundærsiden til transformatoren, er tatt hensyn til av effektbryteren. Tilstedeværelsen av sikringene tillater i sin tur at en effektbryter med lav ytelse og derfor lave kostnader, men med en relativt lav utkoblingskapasitet velges.

Imidlertid er denne anordningen plassert utenfor transformatoren. Dette resulterer i store generelle dimensjoner og kompleksitet ved monteringen på stedet. Spesielt må en stor avledningsavstand i luft beholdes mellom linjeside- og låstsidekoblingene for effektbryteren, på grunn av de høye strømmer som antageligvis vil strømme gjennom effektbryteren når en primær kortslutning oppstår. Det høye antall koblinger utenfor transformatorens tank, hvor isolasjon vanskelig kan styres, forårsaker en ytterligere risiko for feil.

Dette problem er ytterligere forverret av det faktum at anordningen ikke er aktiv i forhold til kortslutninger på sikringens linjeside, spesielt de som genereres av den elektriske kobling mellom effektbryteren og sikringen. Sikringen er faktisk koblet i serie mellom effektbryteren og transformatoren og en strømsensor som styrer utløsning av sikringen er anordnet på sikringens lastside. Feilstrømmen i tilfelle kortslutning mellom effektbryteren og sikringen vil således strømme gjennom effektbryteren med en intensitet som overskrider bryterens bryter-evnen, slik at effektbryteren ikke vil være i stand til å avbryte kretsen. Feilen vil da føre til en utkobling på nivå til en linjeside-node for kraftsystemet, og dette vil skade den globale tilgjengelighet.

Ytterligere tilveiebringer ikke anordningen samtidig utløsing av de tre effektbrytere som hver er tilknyttet en fase i transformatorens primærside. Delvis utløsning på grunn av en feil kan således oppstå under bestemte forhold, og det gjenstår en lekkasjestrøm i en ikke-åpnet fase som forblir lavere enn utløsningsstrømmen for effektbryteren eller som forårsaker en stor forsinkelse i utkoblingen, med alle de skadelige konsekvenser for den primære krets (eksplosjonsrisiko) og/eller for hele anlegget (ikke mulig å utføre selektivitet i forhold til kildens understasjon). Dokumentet US-A-4 323 871 beskriver et apparat for beskyttelse av en elektrisk krets, som ikke spesielt er ment for beskyttelse av en transformator og som omfatter en effektbryter og sikringer, hvor hele systemet er nedsenket i en tank som er fylt med olje. Effektbryteren er utformet for å avbryte lave feilstrømmer mens sikringene er utformet for å avbryte store feilstrømmer. Effektbryteren omfatter, i énfaseversjonen, en konvensjonell vakuumpatron med en stasjonær kontaktanordning og en bevegelig kontaktanordning som kan beveges translatorisk i patronens sylindriske legeme. Den bevegelige kontaktanordning omfatter en stang som er kinematisk koblet til en åpnings- og lukkemekanisme med en åpningsfjær. Denne mekanisme omfatter en betjeningsarm som tillater manuell åpning og lukking gjennom tanken. Den omfatter også en åpningslås i form av en kam som er fleksibelt presset til en hvilestilling. En U-formet utløsingsanordning med en bimetallstrimmel samvirker med kammen og holder den i en aktiv stilling hvor den blokkerer mekanismen i den lukkede stilling. Strømmen som strømmer gjennom patronen strømmer gjennom bimetall-strimmelen. Hvis det oppstår en feilstrøm, vil den bues og utløse kammen, som i sin tur utløser en åpningshakke som virker på åpningsfjæren og som forårsaker åpning av mekanismen. En trefaseeffektbryter avledes fra det ovennevnte ved å sette sammen tre enfase-effektbrytere. Enfaseåpnings- og lukkemekanismer er mekanisk koblet til hverandre, på den ene side på nivået til åpningshakkene, og på den andre side på nivået til åpningsarmene, for å danne en enkel mekanisme som tillater samtidig eller nesten samtidig åpning og lukking av de tre polene i effektbryteren, både under en elektrisk feil og ved manuell kontrolloperasjon. I disse anordninger er bimetall-strimmelen i hver fase koblet i serie mellom gjennomføringen og den tilsvarende vakuumpatron og fasestrømmen strømmer gjennom bimetall-strimmelen. Bimetall-strimmelen innfører derfor ved sin tilstedeværelse en ytterligere en risiko for elektrisk feil, siden den danner en ikke-beskyttet, bevegelig ledning som er direkte nedsenket i olje. Ytterligere er den bimetall-strimmelen, av konstruksjonsmessige grunner, plassert direkte oppstrøms eller nedstrøms for effektbryteren som den styrer. Den kan derfor ikke ta i betrakting kortsikringer ved gjennomføirngsnivået, eller mellom gjennomføringen og effektbryteren.

Videre viser US 3 599 135 en beskyttelsesinnretning for en elektrisk krets omfattende en effektbryter og strømbegrensende sikring, hvor bryterens og sikringens bryterkaråkteristikker er avstemt på en slik måte at beskyttelsesinnretningens bryterevne overgår både bryterens og sikringens isolert sett.

Hensikten med oppfinnelsen er således å overvinne ulempene ved den kjente teknikk og spesielt å oppnå, med lave kostnader og i et volum som tilsvarer en konvensjonell nedsenket transformatortank, en integrert beskyttelse med en høy grad av sikkerhet, som er aktiv for lave overstrømmer mens den hindrer risikoen for støysmelting som oppstår ved sikringsanordninger.

Mer generelt er hensikten med oppfinnelsen å foreslå, med lave kostnader og i et lite volum, en transformator med en integrert beskyttelsesanordning med pålitelig drift, som er i stand til å virke både for interne feil og for feil ved de sekundære poler. Man skal huske at driftssikkerhetskrav for et system innebærer at det følgende skal tas i betraktning samtidig: systemets sikkerhet, dvs. dets evne til å hindre en katastrofe; pålitelighet, dvs. sannsynligheten at det ikke feiler over en gitt tid; tilgjengelighet, dvs. sannsynligheten for operasjon ved et gitt tidspunkt, som i seg selv er avhengig av påliteligheten, og muligheten til å vedlikeholde systemet, som er sannsynligheten til reparasjonen innenfor et gitt tidsintervall. I dette spesielle tilfellet, innebærer sikkerhetskravene at alle de interne transformatorfeil som eventuelt kan forårsake eksplosjon i tanken resulterer i utkobling av transformatoren fra kretsen. Pålitelighetskravet innebærer spesielt at tilstedeværelsen av beskyttelsesanordningen i seg selv ikke genererer noen ytterligere risiko for feil. Tilgjengeligheten og muligheten for vedlikeholdskrav innebærer god selektivitet overfor interne feil som krever en tung vedlikeholdsoperasjon på transformatoren og ved feil på den sekundære kretsen utenfor transformatoren hvor vedlikeholdsoperasjonene må reduseres til det minimale.

Ifølge et første trekk ved oppfinnelsen, oppnås disse hensikter ved hjelp av en elektrisk trefase-transformator omfattende:

• en tank som omfatter en dielektrisk væske eller gass,

• en primær trefasekrets og en sekundær trefasekrets, hvor begge omfatter viklinger som er nedsenket i dielektrikumet, hvor hver fase til den primære krets er innført i tanken via en isolerende gjennomføring,

• en beskyttelsesanordning omfattende:

i det minste to sikringer som er nedsenket i dielektrikumet, idet hver sikring er koblet i serie på én fase i den primære kretsen i transformatoren mellom den isolerende gjennomføring og den primære kretsvikling, og har en tilstrekkelig bryterevne til å tilveiebringe avbrudd av den tilsvarende fase i tilfellet en trefasekortslutning i den primære krets,

en flerpolet effektbryter omfattende, for hver fase utstyrt med en av sikringene, en pol som er nedsenket i dielektrikumet og som er koblet i serie på nevnte fase mellom den tilsvarende sikring og viklingene, hvor hver pol omfatter kontaktanordninger som er i stand til å innta i forhold til hverandre en kontaktstilling hvor de sikrer strømning av strøm og en atskillelsesstilling, hvor effektbryteren i tillegg omfatter en åpningsmekanisme som er felles for alle polene, som er utformet for å bevege kontaktanordningene fra deres kontaktstilling til deres atskillelsesstilling,

en utløseranordning tilknyttet åpningsmekanismen for effektbryteren og omfattende en overbelastnings-utløseranordning, idet sikringene, effektbryteren og utløseranordningen er tilknyttet på en slik måte at under forhold som tilsvarer en kortslutning ved polene til den sekundære krets, vil kontaktanordningene i effektbryteren atskilles og avbryte strømmen uten at sikringene begynner å smelte, og at det finnes en terskelverdi for strømintensitet som strømmer i hver sikring, hvor denne terskelen er lavere enn bryterevnen til den tilsvarende pol i effektbryteren og over hvilken terskel vil smelting av en sikring ha foregått før en atskillelsesordre for kontaktanordningen gitt av overbelastnings-utløseranordningen er i stand til å forårsake atskillelse av kontaktene.

Ifølge et andre trekk ved oppfinnelsen, oppnås disse hensikter ved hjelp av en elektrisk enfase-transformator omfattende:

• en tank omfattende en dielektrisk væske eller gass,

• en primær krets og en sekundær krets, hvor hver omfatter én eller flere viklinger nedsenket i dielektrikumet, idet fasen til den primære krets er innført i tanken via en isolerende gjennomføring,

• en beskyttelsesanordning omfattende:

• i det minste én sikring nedsenket i dielektrikumet, og som er koblet i serie med fasen til den primære kretsen i transformatoren mellom den isolerende gjennomføring og viklingen eller viklingene i den primære krets og som har en tilstrekkelig bryterevne til å utføre avbrudd av den tilsvarende fase i tilfelle kortslutning i den primære kretsen, • en effektbryter omfattende en pol nedsenket i dielektrikumet, som er koblet i serie mellom sikringen og viklingene, og som omfatter kontaktanordninger som er i stand til å innta i forhold til hverandre en kontaktstilling hvor de sikrer strømmens strømning og en atskillelsesstilling, idet effektbryteren i tillegg omfatter en

åpningsmekanisme som er utformet for å bevege kontaktanordningen fra deres kontaktstilling til deres atskillelsesstilling,

en utløseranordning tilknyttet åpningsmekanismen i effektbryteren og som omfatter en overbelastnings-utløseranordning,

idet sikringen, effektbryteren og utløseranordningen er tilknyttet på en slik måte at under forhold som tilsvarer en kortslutning ved polene til den sekundære krets, vil kontaktanordningene i effektbryteren atskilles og avbryte strømmen uten at sikringen begynner å smelte, og at det finnes en terskelverdi for strømintensitet som strømmer i sikringen, idet denne terskelen er lavere enn bryterevnen til den tilsvarende pol i effektbryteren og over hvilken terskel smelting av sikringen vil ha funnet sted før en atskillelsesordre for kontaktanordningen gitt av overbelastnings-utløseranordningen har vært i stand til å forårsake atskillelse av kontaktene.

Utviklingene nedenfor, fokusert mer spesielt på trefaseanordningen, er også gyldige når det gjelder enfase-transformatoren, med mindre man spesifiserer det motsatte.

Tilstedeværelse av en effektbryter i beskyttelsesanordningen tillater begrenset fravær av tilgjengeligheten i tilfelle feil på den sekundære kretsen. Etter at årsaken til feilen er funnet, er det simpelthen bare å lukke effektbryteren. Denne operasjonen vil bare kreve en enkel operasjon på stedet, og kan til og med utføres fjernt hvis effektbryteren er utstyrt med en elektrisk lukkingsfjernkontroll. Åpning av alle effektbryterens poler foregår samtidig, og deretter vil en hvilken som helst risiko for delvis utkobling av transformatoren, dvs. for avbrudd av et utilstrekkelig antall faser, noe som lar en av de primære kretsstrømningssløyfer lukket, unngås.

På grunn av at effektbryterens poler og sikringene er nedsenket i effektbryterens tank, kan det foreslås en fabrikkmontert enhet, hvor monteringen på stedet og tilpasning på stedet er redusert, noe som reduserer risikoene for feil som genereres av beskyttelsesanordningen betraktelig. Monteringen av sikringene på linjeside av effektbryteren tillater å forholde seg til risikoene for elektriske feil som er forårsaket av tilstedeværelsen av effektbryteren.

Nedsenking av åpningsmekanismen vil på sin side tilveiebringe en antikorrosjons-beskyttelse og en smøring som er fordelaktige med hensyn på forelding. Den generelle pålitelighet er derved økt.

Poler med veldig små dimensjoner kan anordnes av flere grunner, på den ene side på grunn av den lave bryterytelse som kreves for effektbryteren, og på den andre side på grunn av nedsenkingen i dielektrikumet, som gjør det mulig å redusere effektbryterens avledningsavstand, dvs. avstanden mellom linjesiden og lastsidekoblingen.

Spesielt vedrørende en trefase-transformator, skal man bemerke at en sikring og en pol for effektbryteren ideelt kan anordnes på hver fase men at det også kan utstyres bare to av de tre faser med en sikring og en pol for effektbryteren, som er tilstrekkelig for å avbryte strømmen i hele den primære krets og i tillegg tillater en kostreduksjon, gitt at den tapte selektivitet i forhold til kraftforsynings-beskyttelsesanordningen og linjeside-transformatoren i tilfelle jordfeil kan tillates.

Som en fordel omfatter overbelastnings-utløseranordningen i det minste en anordning for å måle strømintensitet i en fase i transformatorens primære krets. I praksis er sensoren en strømtransformator. En slik anordning sikrer at en kortslutning i tanken mellom en fase og jord ved et punkt mellom sikringen og den tilsvarende pol i effektbryteren, som resulterer i smelting av denne sikringen, ses av utløseranordningen for å oppnå en total atskillelse av transformatoren. Det er spesielt fordelaktig at måleanordningen måler den strøm som strømmer ved et punkt plassert på linjesiden av sikringen, fortrinnsvis utenfor tanken, på linesiden av gjennomføringen. Det vil således sikres at alle feilene innenfor tanken, inkludert feilene ved gjennomføirngsnivået eller ved dens kobling til sikringen ses av sensoren og resulterer i åpning av effektbryteren. For å hindre tilfeller av utløsning pga. feil utenfor tanken, vil det foreslås å velge et målepunkt så nær som mulig gjennomføringen. Et spesielt fordelaktig valg er å anordne en strømtransformator-toroid på den side av gjennomføringen som er utenfor tanken, eller i umiddelbar nærhet derav.

Ifølge en fordelaktig utførelse, har sikringen eller sikringene en avlang form med to ledende ender som er utformet for deres linjeside-kobling til gjennomføirngssiden og lastside-kobling til effektbrytersiden, plassert på hver side av en mellomdel hvor den utvendige flate er isolert, og hver fase er utstyrt med en sikring, idet de ledende deler mellom den isolerende gjennomføring og den isolerte utvendige flate i mellomdelen i sikringen er innesluttet i en fast isolator. Den elektriske skjøten mellom gjennomføringen og sikringen er faktisk det eneste punkt i installasjonen som ikke er beskyttet av montasjen sikring/effektbryter. Den er derfor et sårbart punkt når det gjelder anleggets sikkerhet. Den faste isoleringen tilveiebringer derved en god sikring av fravær av feil. Som et alternativ og foretrukket, har sikringen eller sikringene en avlang form med to ledende ender som er utformet for deres linjeside-kobling på gjennomføringssiden og lastside-kobling på effektbryterens side, plassert på hver side av en mellomdel hvor den utvendige flate er dannet av en isolator, og hvor hver fase er utstyrt med sikring, hvor sikringen tilveiebringer en monoblokkmontasje.med gjennomføringen, og den eksterne overflate til denne montasje, i den delen som ligger innenfor tanken, omfatter gjennomføringen, den linjeside-ledende ende og sikringens mellomdel, og er dannet av én eller flere faste isolatorer som danner en fast isolasjon uten avbrytelse. En hvilken som helst risiko for en primær kortslutning innenfor tankens linjeside for sikringen, og således en hvilken som helst feilrisiko som fører til tankens eksplosjon, er således opphevet.

For å forbedre beskyttelsen mot interne feil, er det fordelaktig at utløseranordningene i tillegg omfatter en utløseranordning som styrer åpning av effektbryteren når i det minste én parameter som representerer tilstanden til nevnte dielektrikum overskrider en fastsatt terskel. I praksis er forskjellige fysiske parametere for tilstanden til dielektrikumet tilgjengelige: væskens trykk, temperatur, væskens nivå i tanken, men også tilstedeværelse av gass i tanken som tillater blant annet å detektere et gassgjennombrudd for dielektrikumet eller for en solid isolator, f.eks. ved en bue av lavspenning mellom vindinger i én av transformatorens viklinger. Det er også fordelaktig å tilveiebringe utløsning av effektbryteren ifølge noen bestemte karakteristikker for den sekundære kretsen (sekundær strøm) eller primærkretsen (smelting av én eller flere sikringer).

Det kan også tenkes som et alternativ eller sammen med strømsensoren på transformatorens primærside, at overbelastnings-utløseranordningen omfatter i det minste én måleanordning for å måle intensiteten til strømmen som strømmer i en fase i den sekundære kretsen til transformatoren. På grunn av den potensielle metning til den magnetiske krets i transformatoren, er det ikke alltid tilfredsstillende å ta effektbryterens utløserinformasjon fra den primære krets. I praksis er det mulig å utstyre én eller flere grener i den sekundære krets, fortrinnsvis hver av fasene og nullederen om den er tilstede med en strømsensor. Ifølge en utførelse, er de to strømmålingsanordninger i tillegg tilknyttet i en differensial beskyttelsesanordning for transformatoren. En anordning av denne type er beskrevet f.eks. i dokument FR-A-214 77 \ .

Fortrinnsvis, vil sikringen eller sikringene, effektbryteren og utløseranordningen være koblet på en slik måte at hvis sikringen eller en av sikringene smelter, gir utløseranordningen en atskillelsesordre til kontaktanordningen. Det finnes et verdiområde for strømintensitet, dvs. verdiene som overskrider intensitetsterskelens verdi over hvilken sikringen har fullstendig smeltet før en atskillelsesordre for kontaktanordningen gitt av utløseranordningen har vært i stand til å forårsake atskillelse av kontaktene, for hvilke atskillelse av kontaktene i effektbryterens spoler foregår etter smelting av i det minste én av sikringene. Det er også et verdiområde for primærfasestrøm-intensitet, dvs. verdiene som ligger mellom verdien som tilsvarer en sekundær kortslutning og den forhåndsdefinerte terskelverdi, for hvilke rekkefølgen for smelting av sikringen eller sikringene og atskillelse av kontaktene ikke er av betydning. I dette området, er feilstrøm faktisk lavere enn utkoblingskapasiteten til effektbryteren og høyere enn utkoblingskapasiteten for sikringene.

Fortrinnsvis er sikringen eller sikringene begrensende. Man sikrer således at strømmen som strømmer i den primære krets under smelting av sikringene forblir i et tillatelig nivå.

På en spesielt fordelaktig måte, omfatter hver effektbryter en vakuumpatron som er nedsenket i dielektrikumet. På grunn av tilstedeværelsen til sikringene som utfører beskyttelse i tilfelle en kortslutningsstrøm med høy intensitet, er det mulig å anvende lavytelsesvakuumpatroner med veldig små dimensjoner. Den lille avledningsavstand for vakuumpatronen, dvs. den korte avstand mellom linjeside- og lastside-koblingene for patronen, vil således ikke forårsake et ytterligere problem, siden koblingene er nedsenket i olje, noe som tilveiebringer en god elektrisk isolering. Vakuumpatronen vil således tilveiebringe et veldig fordelaktig kompromiss når det gjelder størrelse, ytelse og kostnader.

Fortrinnsvis omfatter effektbryteren en lukkemekanisme som er utformet for å bevege kontaktanordningene fra deres atskilte stilling til deres kontaktstilling, omfattende en betjeningsanordning som er tilgjengelig fra utsiden av tanken, idet åpningsmekanismen er utformet for å forårsake åpning av effektbryterpolen eller polene uansett tilstanden til lukkemekanismen. Det er således mulig, hvis utløsning oppstår på grunn av en årsak som er ekstern for transformatoren, å sette transformatoren tilbake i drift uten å åpne tanken. Det faktum at åpningen har prioritet hindrer skader til transformatoren hvis feilen fortsetter når lukkingen oppstår.

Andre fordeler og trekk ved oppfinnelsen vil komme klarere frem fra den følgende beskrivelse av forskjellige utførelser av oppfinnelsen som bare er gitt som et ikke-begrenset eksempel og som representeres i de vedlagte tegninger, hvor: fig. 1 representerer et koblingsskjema for en transformator ifølge en første utførelse av oppfinnelsen;

fig. 2 representerer et tverrsnitt av en anordning tilsvarende den første utførelse av oppfinnelsen;

fig. 3 representerer et tverrsnitt i et plan som er rettvinklet til planet i fig. 1;

fig. 4 representerer et diagram hvor tidsstrømkarakteristikkene for effektbryteren og sikringene i transformatoren er angitt;

fig. 5 representerer skjematisk elementene i en transformator ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen;

fig. 6 representerer et koblingsskjema av en tredje utførelse av oppfinnelsen;

fig. 7 representerer skjematisk elementene i en transformator ifølge en fjerde utførelse av oppfinnelsen.

Med henvisning til fig. 1 -3 omfatter en trefaset, mellomspenning/ lavspennings-transformator 1 primære viklinger 2 og sekundære viklinger 3 som er nedsenket i en tank 4 som omfatter en dielektrisk væske 5, i praksis olje. Hver fase i den primære kretsen i transformatoren innføres i tanken 4 via en fierfunksjonsdel 6 som omfatter en mellomspennings-gjennomføring 7.

Flerfunksjonsdelen 6 omfatter i den delen som ligger utenfor tanken 4 et spesielt innføringsområde 8 og i den delen som er på innsiden av tanken et inngrepsområde 9 for hodet 10 til en sikring 11. Sikringen 11 er en konvensjonell begrensningssikring, med en mellomdel som danner legemet 12 med en sylindrisk og isolerende utvendig vegg, og to metallender, hodet 10 og foten 13. Inngrepssonen 9 omfatter en rørformet utvendig vegg dannet av et elektrisk isolerende elastomermateriale, hvor bunnenden samvirker med hovedlegemet 12 i sikringen 11 for å oppnå tetning mellom hodet 10 i sikringen og oljen 5. Toppenden til den rørformede vegg tilveiebringer tetthet med innføringsområdet 8. Flerfunksjonsdelen 6 danner derved, med sikringer 11 på plass, en monoblokkmontasje hvor de eksterne vegger danner en solid isolering uten avbrytelse mellom gjennomføringen 7 og mellomdel en 12 i sikringer 11. Man vil således sikre at en elektrisk feil som oppstår på linjesiden av sikringen 11 faktisk ligger utenfor tanken 4, og vil således ikke føre til noen eksplosjonsrisiko for tanken.

Den andre ende av sikringen 11 er koblet til en kildeside-koblingsstrimmel 14 for en effektbrytermodul 15 ved hjelp av en elektrisk kobling som omfatter en skjermet elektrisk ledning.

Effektbrytermodulen 15 omfatter, for hver fase, en vakuumpatron 17 av konvensjonell struktur, med et hovedlegeme som danner et sylindrisk kammer som omfatter stasjonære kontaktanordninger 19 og en bevegelig kontaktanordning 20 som er styrt aksielt i patronen og som fortsetter med en kontrollstang 21. En patron av denne type er beskrevet f.eks. i dokumentet US-A-4 323 871. En åpnings- og lukkemekanisme 22 for denne effektbryter er også av den type beskrevet i dokumentet US-A-3 323 871. Denne mekanismen 22 er utstyrt med en betjeningsarm 23 som er tilgjengelig fra utsiden av tanken 4, og som tillater manuell åpning og lukking.

Koblingsspolen 24 på lastsiden av effektbrytermodulen 15 er koblet til de primære viklinger 2 i transformatoren 1 ved hjelp av en trinnkobler 25. Trinnkobleren er av den type beskrevet f.eks. i dokumentet US-A-4 504 811. Den har en fast koblingsstrimmel som gir adgang til forskjellige punkter i den primære vikling og en bevegelig strimmel som bærer koblingspunktene på lastsidekoblings-spolene til effektbryteren. Bevegelse av den bevegelige strimmel tillater samtidig kobling av hver fase i primæren, til lastsidekoblings-spolen for effektbryteren selektivt til ett av avgangspunktene i den tilsvarende primære vikling.

Tanken 4 er lufrtett eller nesten lufttett (det siste dekker tilfellet for tanken som omfatter f.eks. en lufttørkepipe med små dimensjoner) og oljenivået er slik at inngrepsområdet 9, sikringene 11 og vakuumpatronene 17, og også de bevegelige deler av mekanismen 22 i effektbryteren 15, som ikke er betjeningsarm er 23, er nedsenket.

I nærheten av mellomspenningsgjennomføringen 7, utenfor tanken 4, er det. anordnet en toroide 26 for en mål etransformator 27 som gir et mål av strømintensiteten som strømmer i gjennomføringen. En overbelastnings-utløseranordning 28 mottar signalet og styrer åpnings- og lukkemekanismen 22 for effektbrytermodulen 15.

Virkningen av anordningen kan ses i tids/strømdiagrammet i fig. 4. Det følgende er vist i dette diagram: på y-aksen vises tid og på x-aksen vises intensiteten til fasestrømmen. Effektbryterens utløserkurve 40 og smeltekurven 41 for sikringen i den tilsvarende fase er representert.

Med hensyn til den nominelle strøm In, tillater effektbryteren en overbelastning Is uten å utløses. Effektbryterens utløserkurve 40 avleder fra Is slik at med en terskelverdi Iccbt som tilsvarer strømintensiteten som strømmer i en fase av primæren når en trefasekortslutning oppstår på transformatorens sekundærside, har effektbryteren en kort utløsningstid, i dette eksempel 0,1 sekunder. Sikringens smeltekurve 41 ligger i dette området godt over effektbryterens utkoblingskurve, siden smelting bare vil oppstå etter 3 sekunders utsetting for strømmen. I praksis uttrykkes dette av det faktum at ved en kortslutning på transformatorens sekundær, vil effektbryteren som styres av dens overbelastningsrelé avbryte strømmen i transformatorens primærside før sikringene har tid til å varmes opp betraktelig.

Utover terskelverdien Iccbt, finnes det en terskelverdi If, som er lavere enn effektbryterens utkoblingskapasitet, hvor effektbryterens utløsningskurve 40 og sikringens smeltekurve 41 krysser hverandre. Dette betyr at hvis en kortslutning på den primære side av transformatoren 1 forårsaker en strøm med en intensitet som er høyere enn lp på i det minste én fase, vil smelting av sikringen eller sikringene 11 som er utsatt for denne strøm være fullstendig før en utløsningsordre har vært overført til effektbryteren 15 av utløseranordningen 28. Imidlertid vil en av strømsensorene 27 ha sett kretskortslutningsstrømmen strømme og utløseranordningen 28 vil deretter forårsake åpning av effektbryteren 15. Denne montasje sikrer at hele den primære krets er isolert, selv om kortslutningen bare har forårsaket smelting av en enkelt sikring 11.

Andre utløserformer for effektbryteren er tenkt. Spesielt er én eller flere sensorer for data som representerer tilstanden til dielektrikumet tilveiebragt, og koblet til en utløseranordning 30.1 det foregående tilfellet med en dielektrisk væske, vil disse data omfatte f.eks. målinger av væskens nivå, temperatur, trykk eller tilstedeværelse av en gass i tanken.

Ifølge en andre utførelse, som representeres i fig. 5, omfatter en monoblokk flerfunksjons-undermontasje 50 en mellomspennings-koblingsdel 51, en fleksibel elektrisk kobling 52, en gjennomføring 53 og en del for sikringshode-tilpasning 54. Den fleksible kobling 52 omfatter en kjerne 55 som omfatter en metallflette eller en tynn kabel. Undermontasjen omfatter et støpt eksternt belegg 56 dannet av et isolerende elastomermateriale. En flens 57 er tilveiebragt for feste til tanken 4. Elektrisk isolering er således oppnådd uten avbrytelse mellom mellomdelen til sikringen 11 og mellomspennings-koblingen 51 på utsiden av tanken. Denne anordning har den ytterligere fordel i forhold til den forrige at den opphever en koblingsdel med mellomspennings-svitsjeapparatene på kildesiden.

De samme prinsipper gjelder for en fase, som angitt ved fig. 6 som representerer koblingsskjemaet av en tredje utførelse av oppfinnelsen. En enkelt strømsensor er da tilstrekkelig for å utføre kontroll av effektbryteren.

En fjerde utførelse, illustrert i fig. 7, avviker fra den første utførelse hovedsakelig i strukturen til gjennomføringen og til linjesidekoblingen for sikringer for hver fase. Gjennomføringen er koblet til hodekoblingen i den begrensende sikring 8, ved hjelp av en elektrisk kobling 58 dannet av en skjermet ledning. Denne anordning, med lavere ytelse, er imidlertid også mindre kostbar siden den reduserer antall spesifikke deler.

De ovennevnte eksempler av utførelser har vært tatt i feltet mellomspennings/ lavspennings-transformatorer. Oppfinnelsen er imidlertid også anvendelig med andre typer transformatorer, spesielt for mellomspennings kildetransformatorer; Transformatorens primærside kan være enten deltakoblet eller stjernekoblet. I det siste tilfellet kan det være anvendelig å anordne en strømsensor på nulledergjennomføringen for å kontrollere overbelastningsanordningen.

Oppfinnelsen kan også anvendes med en dielektrisk gass, spesielt SF6.

Claims (12)

1. Elektrisk trefase-transformator (1),karakterisert ved at den omfatter: • en tank (4) som omfatter en dielektrisk væske eller gass (5), • en primær trefasekrets og en sekundær trefasekrets, hvor begge omfatter viklinger (2, 3) som er nedsenket i dielektrikumet, hvor hver fase til den primære krets er innført i tanken (4) via en isolerende gjennomføring (7), • en beskyttelsesanordning omfattende: • i det minste to sikringer (11) som er nedsenket i dielektrikumet (5), idet hver sikring er koblet i serie på en fase i den primære kretsen i transformatoren (1) mellom den isolerende gjennomføring (7) og de primære kfetsvikling (2) og har en tilstrekkelig bryterevne til å tilveiebringe avbrudd av den tilsvarende fase i tilfelle en trefasekortslutning i den primære kretsen, • en fierpolet effektbryter (15) omfattende, for hver fase utstyrt med en av sikringene (11), en pol som er nedsenket i dielektrikumet (5) og som er koblet i serie på nevnte fase mellom den tilsvarende sikring (11) og viklingene (2), hvor hver pol omfatter kontaktanordninger (19, 20) som er i stand til å innta i forhold til hverandre en kontaktstilling hvor de sikrer strømning av strøm og en atskillelsesstilling, hvor effektbryteren (15) i tillegg omfatter en åpningsmekanisme (22) som er felles for alle polene, som er utformet for å bevege kontaktanordningene (19, 20) fra deres kontaktstilling til deres atskillelsesstilling,

   en utløseranordning (28, 30) tilknyttet åpningsmekanismen (22) for effektbryteren (15) og omfattende en overbelastning-sutløseranordning (28), idet sikringene (11), effektbryteren (15) og utløseranordningen (28, 30) er tilknyttet på en slik måte at under forhold som tilsvarer en kortslutning ved polene til den sekundære krets, vil kontaktanordningene (19, 20) i effektbryteren (15) atskilles og avbryte strømmen uten at sikringene (11) begynner å smelte, og at det finnes en terskelverdi for strømintensitet som strømmer i hver sikring, hvor denne terskelen er lavere enn bryterevnen til den tilsvarende pol i effektbryteren (15) og over hvilken terskel vil smelting av sikringen (11) ha foregått før en atskillelsesordre for kontaktanordningene (19, 20) gitt av overbelastnings-utløseranordningen (28) er i stand til å forårsake atskillelse av kontaktene (19, 20).
2. 2. En elektrisk enfase-transformator (1),karakterisert ved at den omfatter: • en tank (4) omfattende en dielektrisk væske eller gass (5), • en primær krets og en sekundær krets, hvor begge omfatter én eller flere viklinger (2, 3) nedsenket i dielektrikumet (5), idet fasen til den primære kretsen er innført i tanken (4) via en isolerende gjennomføring (7), • en beskyttelsesanordning omfattende: i det minste en sikring (11) nedsenket i dielektrikumet (5), og som er koblet i serie med fasen av den primære krets i transformatoren (1) mellom den isolerende gjennomføring (7) og viklingen eller viklingene i den primære krets (2) og som har en tilstrekkelig bryterevne til å utføre avbrudd av den tilsvarende fase i tilfelle kortslutning i den primære kretsen, • en effektbryter (15) omfattende en pol nedsenket i dielektrikumet (5), som er koblet i serie mellom sikringen (11) og viklingene i den primære krets (2), og som omfatter kontaktanordninger (19, 20) som er i stand til å innta i forhold til hverandre en kontaktstilling hvor de sikrer strømmens strømning og en atskillelsesstilling, idet effektbryteren (15) i tillegg omfatter en åpningsmekanisme (22) som er utformet for å bevege kontaktanordningene (19, 20) fra deres kontaktstilling til deres atskillelsesstilling, • en utløseranordning (28, 30) tilknyttet åpningsmekanismen (22) i effektbryteren (15) og omfattende en overbelastnings-utløseranordning, idet sikringen (11), effektbryteren (15) og utløseranordningen (28, 30) er koblet på en slik måte at under forhold som tilsvarer en kortslutning ved polene til den sekundære krets, vil kontaktanordningene (19, 20) i effektbryteren (15) atskilles og avbryte strømmen uten at sikringen (11) begynner å smelte, og at det finnes en terskelverdi for strømintensitet som strømmer i sikringen (11), idet denne terskelen er lavere enn bryterevnen til den tilsvarende pol i effektbryteren (15) og over hvilken terskel smelting av sikringen (11) vil ha oppstått før en atskillelsesordre for kontaktanordningen (19, 20) gitt av overbelastnings-utløseranordningen (28) har vært i stand til å forårsake atskillelse av kontaktene.
3. 3. Transformator ifølge ett av kravene 1 eller 2,

   karakterisert ved at overbelastnings-utløseranordningen (28) i det minste omfatter en måleanordning (27) for å måle intensiteten til strømmen som strømmer i en fase tranfprmatorens (1) primære krets.
4. 4. Transformator ifølge krav 3,karakterisert ved at måleanordningene (27) måler strømmen som strømmer ved et punkt anordnet på linjeside av sikringen eller sikringene (11), spesielt utenfor tanken (4) på linjeside av gjennomføringen (7).
5. 5. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at sikringen eller sikringene (11) har en avlang form med to ledende ender (10, 13) som er utformet for deres linjeside-kobling på gjennomføringens (7) side og lastside-kobling på kretsens bryterside (15), på hver side av en mellomdel (12) hvor den utvendige flate er isolert, og at for hver fase utstyrt med en sikring (11) er de ledende deler som er anordnet mellom den isolerte gjennomføring (7) og den isolerte utvendige flate til mellomdelen (12) i sikringen innesluttet i en fast isolator.
6. 6. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at sikringen eller sikringene (11) har en avlang form med to ledende ender (10, 13) utformet for deres linjeside-kobling på gjennomføringens (7) side og lastside-kobling på effektbryterens (15) side, plassert på hver side av en mellomdel (12) hvor den utvendige flaten er dannet av en isolator, og at for hver fase som er utstyrt med en sikring (11), danner sikringen (11) en måleblokk-undermontasje med gjennomføringen (7), og at den utvendige overflate av denne undermontasjen, i den delen som ligger innenfor tanken (4), omfattende gjennomføring (7), linjesidens ledende ende (10) og mellomdelen (12) i sikringen (11), er dannet av én eller flere faste isolatorer som danner en fast isolasjon uten avbrytelser.
7. 7. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at utløseranordningene (28, 30) i tillegg omfatter en utløseranordning (30) som styrer åpning av effektbryteren når i det minste én parameter som representerer tilstanden til nevnte dielektrikum overskrider en spesiell terskel.
8. 8. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at overbelastnings-utløseranordningen (28) omfatter i det minste en måleanordning for å måle intensiteten til strømmen som strømmer i en fase i transformatorens sekundære krets.
9. 9. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at sikringen eller sikringene (11), effektbryteren (15) og utløseranordningene (28, 30) er koblet på en slik måte at hvis sikringen eller én av sikringene smelter, vil utløseranordningene (28, 30) gi en atskillelsesordre til kontaktanordningene.
10. 10. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at sikringen eller sikringene (11) er begrensende.
11. 11. Transformator ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at hver pol i effektbryteren omfatter en vakuumpatron (17) som er nedsunket i dielektrikket (5).
12. 12. Transformator ifølge et av de foregående krav,karakterisert ved at effektbryteren (15) omfatter en lukkemekanisme (22) som er anordnet for å bevege kontaktanordningene (19, 20) fra deres adskilte stilling til deres kontaktstilling omfattende en betjeningsanordning (23) som er tilgjengelig fra utsiden av tanken (4), hvor åpningsmekanismen (22) er utformet for å forårsake åpning av effektbryteren eller polene uansett tilstanden til lukkemekanismen (22).