NO338301B1 - Transformator med elektrisk avskjerming - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en transformator, særlig en epoksyharpiks transformator, med i det minste en underspenningsvikling og i det minste en overspenningsvikling.

Ved fremstillingen av en transformator, særlig en epoksyisolert transformator, og dens senere oppstilling i høyst forskjellige omgivelser, må ulike sikkerhetstekniske aspekter tas i betraktning. På grunn av spenningene som anvendes i middel- og høyspenningsområdet er det ubetinget nødvendig å sikre transformatorens ytre kapsling mot berøring. Av den grunn blir transformatorene beskyttet med ytre avdekninger eller beskyttelsesvegger.

Ut fra teknikkens stand er i tillegg bare elektrisk avskjerming mellom primær- og underspenningsviklingen kjent. Denne avskjermingen reduserer den kapasitive og/eller induktive koblingen mellom viklingene og reduserer koblingsimpedansen ved høyere frekvenser. Slik beskriver for eksempel DE 41 23 812 Al en transformator med i det minste en primær- og i det minste en underspenningsvikling, hvor der mellom primær- og underspenningsviklingen er anordnet en avskjerming som er forbundet med transfomatorens gods over en ohmsk motstand. Dette fører da også til reduksjon av uønskede spredefelt-induktiviteter og/eller spredefelt-impedanser i transformatorviklingene.

DE 89 14 262.4 Ul beskriver en transformator med avskjermingsviklinger mellom primær- og underspenningsviklingene. Til dette er det her valgt en avskjerming i form av en isolert, ikke lukket vikling av et magnetiserbart materiale. For å unngå kortslutning i den elektriske avskjermingen, må det ikke være en lukket vikling.

US-4 176 334 A fremlegger en transformator med en underspenningsspole, rundt hvilken det er anordnet en elektrisk avskjerming. Denne avskjermingen er elektrisk forbundet med underspenningsspolen. En overspenningsspole er anordnet rundt avskjermingen. Overspenningsspolen omfatter en avskjerming som består av en indre og en ytre avskjerming. Både den indre og den ytre avskjermingen er elektrisk forbundet med overspenningsspolen. Denne avskjermingen tjener til å avskjerme overspenningsspolens vindinger mot ytre felt.

DE-198 09 572 Al beskriver en Giessharz-transformator med underspenningsvikling og koaksialt anordnet overspenningsvikling rundt denne. Overspenningsviklingen består av parallellkoblede indre og ytre viklingsdeler, som hver er aksialt inndelt i seriekoblede delviklinger. Mellom indre og ytre viklingsdel for overspenningsspolen er det anordnet en kjølekanal.

Det har vært en ulempe ved alle tidligere transformatorer, særlig ved epoksyisolerte transformatorer, ifølge teknikkens at det har vært nødvendig med en omfattende beskyttende kapsling eller ytre beskyttelse omkring transformatoren ved oppstilling i friluft. En beskyttende kapsling har også vært nødvendig ved oppstilling av transformatoren i klimatisk ugunstige eller sterkt tilsmussede omgivelser. Ved epoksyisolerte transformatorer er denne beskyttende kapslingen også nødvendig for å hindre at en person kan berøre transformatoren. For å unngå spenningsoverslag må avstanden mellom den ytre beskyttelseskapslingen og transformatorens utside velges tilstrekkelig stor i henhold til teknikkens stand. På grunn av denne ulempen må man stille til rådighet større oppstillingsflater enn nødvendig for drift av transformatoren.

Den foreliggende oppfinnelse har derved som oppgave å tilveiebringe en kompakt, berøringssikker transformator, som er enkel å produsere.

Oppfinnelsen er angitt i kravene.

Ifølge oppfinnelsen blir oppgaven løst ved at man anordner en elektrisk avskjerming omkring overspenningsviklingen. Overspenningsviklingen er særlig en middel- eller høyspenningsvikling. Herved blir på en fordelaktig måte spenningspotensialet mellom spolens overflate og overspenningsviklingen - som eventuelt fører høyspenning - satt til null, og derved hindres et spenningsoverslag, også i tilfelle en person kommer i berøring med dette. På en fordelaktig måte omslutter avskjermingen overspenningsviklingen tilnærmet fullstendig helt ut til de elektriske til- og frakoblingsledningene.

I en fordelaktig utførelse av transformatoren er den elektriske avskjermingen forbundet med det elektriske godset og derved jordet. Ved jording av den elektriske avskjermingen, er faren for en person som berører den elektriske avskjermingen, minimal eller helt forhindret. På en fordelaktig måte vil den elektriske avskjermingen gi en koaksial omslutning av overspenningsviklingen, hvorved den elektriske avskjermingen er avbrutt i radial retning, og mellomrommet som på den måten oppstår, isolerer endene på avskjermingen i radial retning fra hverandre. Endene på avskjermingen må da overlappe hverandre. Ved denne fordelaktige utformingen av den elektriske avskjermingen blir kortslutningsstrømmer inne i den elektriske avskjermingen forhindret. I mellomrommet kan i tillegg en isolering hindre en elektrisk forbindelse mellom endene på avskjermingen som er utformet på denne måten. På fordelaktig måte overlapper endene på den elektriske avskjerming hverandre for å garantere en fullstendig avskjerming. I overlappingsområdet kan man legge inn isolasjon, fortrinnsvis en tynn isolerfolie, for å hindre kortslutningsstrømmer.

I en fordelaktig utforming av transformatoren er den elektriske avskjermingen et elektrisk ledende materiale som f.eks. et flettverk av tråder, som derved danner et Faraday-bur. I en foretrukket form er transformatoren utført slik, at avstanden i mellomrommet mellom den elektriske avskjermingen og overspenningsviklingen er valgt slik, at det i avhengighet av dielektriket som befinner seg i mellomrommet mellom den elektriske avskjermingen og primærviklingen gis sikkerhet mot spenningsgjennomslag. I tilfelle transformatoren er innstøpt i epoksy, skal avstanden fra avskjermingen til overspenningsviklingen velges slik, at et spenningsgjennomslag gjennom epoksyen som befinner seg i mellomrommet, er utelukket. På tilsvarende måte må avstanden velges for andre isolasjonsmaterialer.

For å kunne garantere den hittil mulige oppstilling av en epoksyisolert transformator i smussige eller klimatisk ugunstige omgivelser, også for en transformator ifølge denne oppfinnelsen, må den elektriske avskjermingen gis en bskyttelse mot ytre påvirkning. Dette kan sikres på enkleste måte med en ytre plate. På samme vis er det mulig ved innstøping av transformatoren i epoksy - en såkalt "støpedel" - at støpedelen omslutter den elektriske avskjermingen, og bibeholder en avstand mellom mellom støpedelens yttervegg og den elektriske avskjermingen. Ved samtidig å støpe inn overspenningsviklingen og den elektriske avskjermingen, blir del-utladninger vesentlig redusert siden mellomrommet overspenningsvikling/avskjerming ikke er fylt med luft. Samtidig vil den felles innstøpingen øke formstabiliteten til den elektriske avskjermingen og sikrer at avstanden mellom overspenningsviklingen og den elektriske avskjermingen forblir lik.

I en alternativ utforming blir overspenningsviklingen innstøpt i epoksy både sammen med den elektriske avskjermingen og underspenningsviklingen. Dermed muliggjøres en meget kompakt byggemåte for transformatoren, og samtidig garanteres en form- og posisjonsstabil elektrisk avskjerming rundt overspenningsviklingen.

Transformatoren anviser i en fordelaktig utforming i det minste en føringsvei for de indre tilkoblingene for overspenningsviklingen og/eller underspenningsviklingen, hvorved føringsveien er forbundet med en gjennomføring på transformatorens yttervegg. På grunn av denne avskjermingen som omslutter alle sider og med jordingen av den ytre transformatorkapslingen, er en fullstendig elektrisk avskjerming og dermed berøringssikkerhet for personer ivaretatt. Videre er med dette muligheten gitt for oppstilling av en epoksyisolert transformator i smussige og klimatisk ugunstige omgivelser, også for en transformator som er utført ifølge denne oppfinnelsen. På fordelaktig vis er gjennomføringene og/eller festeflensene forbundet med avskjermingen og dermed med godset (forbundet med jord).

På fordelaktig vis består transformatoren av i det minste to støpedeler, hvorved i hver støpedel en overspenningsvikling med avskjerming og en underspenningsvikling er støpt sammen. Støpedelene som er framstilt på denne måten, anordnes rundt en felles kjerne, hvorved overspenningsviklingen og/eller de aktuelle elektriske avskjermingene og/eller underspenningsviklingene er forbundet med hverandre ved hjelp av plugger/forbindelser og høyspenningskabler. Ved bruk av pluggforbindelser muliggjøres en rask tilkobling av viklingene.

På fordelaktig vis blir transformatoren som er laget på denne måten, avkjølt med en luft- og/eller vannkjøling i mellomrommet mellom overspenningsviklingen og underspenningsviklingen. For å understøtte varmesirkulasjonen og dermed varmetransporten inne i kjølekanalene, anordnes ventilatorer på egnet vis. Særlig hvis transformatoren som er utført i følge denne oppfinnelsen med luftkjøling anordnes i liggende stilling, vil ventilatoren forhindre varmeopphopning inne i luftkanalene og dermed skade på transformatoren. Som alternativ er det mulig i tilfelle man bruker luft- eller væskekjøling, å benytte en utenpåliggende varmevekslerinnretning. Denne utformingen ifølge oppfinnelsen er særlig aktuell ved oppstilling i skip.

Videre utførelser ifølge oppfinnelsen framgår av underkravene. Oppfinnelsen forklares nærmere under henvisning til følgende tegninger. Det vises: Fig. 1 en perspektivisk delsnittegning av transformatoren ifølge oppfinnelsen med to avskjermede overspennings- og underspenningsviklinger utført ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 en snittegning langs linje I - I i fig. 1; Fig. 3 en perspektivisk delsnittegning av transformatoren ifølge oppfinnelsen med én avskjermet overspennings- og én underspenningsvikling ifølge oppfinnelsen. Figur 1 viser en perspektivisk delsnittegning av transformatoren 1 i henhold til oppfinnelsen med to elektrisk forbundne overspenningsviklinger 3a, 3b og to underspenningsviklinger 2a, 2b, hvorved overspenningsviklingene 3a, 3b koaksialt omslutter underspenningsviklingene 2a, 2b. Hver underspenningsvikling 2a, 2b har elektriske tilkoblinger 9, hvorved en føringsvei 8 tillater forbindelse til den elektriske tilkoblingene 9 utenfor transformatoren 1 via en gjennomføring 10. Omkring overspenningsviklingen 3a, 3b er det anordnet en elektrisk avskjerming 4a, 4b, som er forbundet med det elektriske godset 11. Den elektriske avskjermingen 4a, 4b omslutter dermed nesten fullstendig overspenningsviklingene 3a, 3b i aksial retning. I deltegningen er det for oversiktens skyld ikke tegnet inn noen gjennomføring 10. Figuren 2 er en snittegning gjennom den perspektiviske framstillingen av figuren fig. 1 langs linjen I-l. Underspenningsviklingene 2a, 2b er forbundet med elektriske tilkoblinger 9 inne i føringsveien 8 med gjennomføringen 10, som f.eks. lages av firmaet Elastimold®, og som befinner seg på ytterveggen til transformatoren 1. I det viste eksemplet er gjennomføringen 10 anordnet på utsiden av transformatoren, hvorved dette i det foreliggende eksemplet er den elektriske avskjermingen 4a, 4b. Derigjennom er festeflensen 10 elektrisk forbundet med den elektriske avskjermingen 4a, 4b og elektrisk jordet ved hjelp av den elektriske forbindelsen til godset 11. Avstanden 5 mellom underspenningsviklingene 2a, 2b og overspenningsviklingen 3a, 3b kan benyttes som kjølekanal. Det gis også mulighet til å dimensjonere delsegmentene til transformatoren 1, der disse såkalte støpedelene består av henholdsvis en overspenningsvikling 3 a, en underspenningsvikling 2a og den elektriske avskjermingen 4a, slik at ytterveggen til denne støpedelen går utenfor den elektriske avskjermingen 4a i aksial retning. Denne avstanden skal velges slik at et spenningsoverslag fra den elektriske avskjermingen 4a til støpedelens yttervegg (ikke vist på tegningen) kan garanteres. Videre er det mulig med en transformator 1 som er utført i henhold til oppfinnelsen - på tross av ledningsutføringene på utsiden av transformatoren 1 som er utført i henhold til oppfinnelsen - å stille opp transformatoren i smussede eller klimatisk ugunstige omgivelser slik det er vanlig for epoksyisolerte transformatorer. Ved å bruke en tosidig beskyttelse til gjennomføringene 10 på ytterveggen av transformatoren 1, er inntrengning av smuss forhindret.

Figuren 3 viser en perspektivisk delsnittegning av transformatoren 1 som er utført i henhold til oppfinnelsen med en elektrisk avskjermet overspenningsvikling 3a og en underspenningsvikling 2a, hvorved overspenningsviklingen koaksialt omslutter underspenningsviklingen. Den elektriske avskjermingen i form av et tråd-flettverk er bare antydet som en prikket linje. Overspenningsviklingen 3a er tilnærmet fullstendig omsluttet av den elektriske avskjermingen 4a, og de er sammen innstøpt i epoksy. Samtidig er underspenningsviklingen 2a - bare skjematisk antydet - på samme vis støpt inn sammen med den elektrisk avskjermede

overspenningsviklingen 3a. Dette muliggjør en meget kompakt byggemåte for en transformator i henhold til oppfinnelsen. Mellom den avskjermede overspenningsviklingen 3a og og underspenningsviklingen 2b, er det laget kjølekanaler i støpedelen, og disse mellomrommene er dannet ved hjelp av egnede, stavformede elementer under støpeprosessen. Anordning, form og størrelse på mellomrommene 5 må tilpasses de aktuelle behov som f.eks. den antatte varmebelastningen eller varmekapasiteten til kjølemediet.

Claims (10)

1. Transformator (1), særlig epoksyisolert transformator, med i det minste en underspenningsvikling (2a) og i det minste en overspenningsvikling (3a),karakterisert vedat det rundt overspenningsviklingen (3a) er anordnet en elektrisk avskjerming (4a), og den elektriske avskjermingen er avbrutt i radial retning, og den elektriske avskjermingen (4a) er forbundet til det elektriske godset (11).

2. Transformator (1) ifølge patentkrav 1 karakterisert vedat den elektriske avskjermingen (4a) tilnærmet fullstendig omslutter overspenningsviklingen (3 a).

3. Transformator (1) ifølge patentkrav 1 til 2 karakterisert vedat den elektriske avskjermingen (4a) koaksialt omslutter overspenningsviklingen (3a) og at mellomrommet (6) som dannes på denne måte mellom den elektriske avskjermingen (4a) og overspenningsviklingen (3a) virker som isolator.

4. Transformator (1) ifølge patentkrav 1 til 3 karakterisert vedat den elektriske avskjermingen (4a) består av et elektrisk ledende materiale.

5. Transformator (1) ifølge patentkrav 1 til 4 karakterisert vedat avstanden i mellomrommet (6) mellom den elektriske avskjermingen (4a) og overspenningsviklingen (3a) er valgt slik, at i avhengighet av dielektriket i mellomrommet (6) mellom den elektriske avskjermingenen (4) og overspenningsviklingen (3a), er gitt sikkerhet mot et spenningsoverslag.

6. Transformator (1) ifølge et av patentkravene 1 til 5 karakterisert vedat overspenningsviklingen (3a) og den elektriske avskjermingen (4a) er støpt sammen i epoksy.

7. Transformator (1) ifølge et av patentkravene 1 til 5 karakterisert vedat overspenningsviklingen (3a) er innstøpt i epoksy sammen med den elektriske avskjermingen (4a) og underspenningsviklingen (2a).

8. Transformator (1) ifølge et av patentkravene 1 til 7 karakterisert vedat i det minste en føringsvei (8) for de elektriske tilkoblingene (9), overspenningsviklingen (3a) og/eller underspenningsviklingen (2a) som befinner seg inne i transformatoren (1), hvorved føringsveien (8) er forbundet med en gjennomføring (10) anordnet på utsiden av transformatoren (1) og er tilkoblet godset (11).

9. Transformator (1) ifølge et av patentkravene 1 til 8 karakterisert vedat føringsveien (8) og/eller gjennomføringen (10) er forbundet med den elektriske avskjemingen (4a).

10. Transformator (1) ifølge et av patentkravene 8 til 9 karakterisert vedat transformatoren (1) består av i det minste to overspennings viklinger (3 a, 3 b) som er forbundet med hverandre og tilordnede elektriske avskjerminger (4a, 4b), og dessuten i det minste to underspenningsviklinger ( 2a, 2b), hvorved viklingene (2a, 2b, 3a, 3b) har en felles kjerne, og overspenningsviklingene (3a, 3b) og/eller underspenningsviklingene (2a, 2b) og/eller de tilordnede elektriske avskjerminger (4a, 4b) er koblet sammen med plugger/forbindelser og høyspenningskabler.