SE463951B - Styrkropp foer faeltstyrning av en transformatorgenomfoerings anslutning till en transformatorlindnings uppledare hos stroemriktartransformatorer - Google Patents

Description

2 46êarje9 'êrygga i seriekopplingen matas med växelspänning från var sin trans- formator. Med ökande likspänningspotential på bryggorna relativt jord kommer också isolationen på genomföringar och lindningar på transformato- rerna som är kopplade till bryggorna att utsättas för en allt högre lik- spänningspotential med överlagrad växelspänning. Isolationen hos dessa måste därför dimensioneras så att de kan tåla de allt högre isolations- tekniska påkänningar som den därvid utsättes för.

Den ökande likspänningspotentialen leder till speciella problem som ej föreligger hos transformatorer som användes för ren växelspänningstrans- formation.

För strömriktartransformatorer utgör underisolanten och övergången mellan transformatorlindningens uppledare och genomföringen problemområden ur isolationsteknisk synpunkt. Detta beskrivs bland annat i "Power trans- mission by direct current" av E Uhlmann, Springer Verlag 1975, sida 327- 328.

Det elektriska likspänningsfältet har en annan fördelning än växelspän- ningsfältet. Likspänningens fördelning bestäms huvudsakligen av de olika isolermediernas resistivitet. Visserligen är både transformatorolja, cellulosamaterial och elporslin goda isolatorer, men en viss liten elektrisk ström leds i dessa material. Förhållandet mellan resistiviteten för cellulosamaterial och transformatorolja är cirka 100. Detta innebär att cellulosan i serie med olja utsättes för betydligt högre fält än oljan, vilket i sin tur därför ställer krav på tillräcklig mängd fast isolationsmaterial för att ej överskrida den elektriska hållfastheten.

Fältfördelningen och även fältriktningar blir därmed annorlunda än i växelspänningsfallet. Strömtransporten innebär också en omfördelning av laddningar i ingående isolermedia.

På grund av resistivitetens starka beroende av fukthalt, fältstyrka, tem- peratur osv är likspänningsfördelningen svår att förutsäga. Dessutom ger likspänningens fysikaliska natur, dvs laddningstransport, uppladdning, tidsberoende förlopp m m, en mycket komplex och svårtolkad bild av de isolationsproblem som uppstår i HVDC-sammanhang. I "Space charge and field distribution in transformers under DC-stress" av U Gäfvert och E Spicar, CIGRE Int. Conference on Large High Voltage Electric Systems, 1986 Session, 12-04, åskådliggöra likspänningsfördelningens komplexitet. Som 463 951 tidigare omtalat har problem uppstått vid anslutningen mellan transfor- matorgenomföringen och transformatorlindningens uppledare. Detta har inneburit att underisolanten av elporslin måste avlägsnas för att klara påkänningarna i HVDC-uttaget vid de högre spänningsnivåerna.

Någon enkel förklaring till detta fenomen har ej framkommit. Men man har skäl att misstänka att de långa ytor som uppstår i samband med genom- föringar för höga spänningar i kombination med fältets riktning längs de långa ytorna har betydelse i sammanhanget. Visserligen är även växelspän- ningsfältet riktat längs underporslinets yta, men dess fysikaliska natur är annorlunda. En hypotes är att likspänningsfältets fördelning riskerar att bli labilt och ojämnt fördelat längs tillräckligt långa ytor. En annan intressant hypotes beskrivs i en artikel "Effect of duct configuration on oil activity at liquid/solid dielectric interfaces" av R E James, F E Trick, R Willoughby i Journal of Electrostatics, 12, 1982, sid 441-447. I denna artikel hävdar man att ökad laddningstransport vid ytor orsakade av turbulens och tillgång till laddning är orsaken till låg elektrisk håll- fasthet.

Som exempel på teknikens ståndpunkt kan anges kondensatorkroppen i en muff för direkt anslutning av oljekablar till transformatorer som redovisas i bland annat svenska patentskriften 214 015 och ASEA Journal 1963, volume 36, nummer 1-2, sid 23. Den delen av muffen som sticker in i transforma- torn är i huvudsak utformad som nederdelen hos en konventionell transfor- matorgenomföring, dvs med en underisolant av elporslin. Muffens kondensa- torkropp är här utformad så att den ger kapacitiv spänningsstyrning såväl inåt längs den utifrån kommande kabeländen som utåt längs porslinsisolan- ten.

Redogörelse för uppfinningen Uppfinningen avser som redovisat en styrkropp för fältstyrning vid trans- formatorgenomföringar och dennas anslutning till en transformatorlindnings uppledare för transformatorer som används i HVDC-strömriktaranläggningar.

Styrkroppens uppgift är att bemästra de överslag som har visat sig uppstå vid övergången mellan transformatorgenomföringar och transformatorns upp- ledare. Den är därvid utformad så att den skall fungera som en barriär med både kapacitiv och resistiv styrning av det elektriska fältet och dimen- sioneras så att styrkroppen tål aktuella spänningar och fält i detta områ- de. .463 951 Det förutsättes att transformatorgenomföringen är försedd med en från flänsen räknat koniskt avtrappad underisolant.

Det förutsättes vidare att den från transformatorlindningen kommande upp- ledaren som skall anslutas till genomföringens strömledare omges av ett ledande rör som har en utanpåliggande lindad skärmkropp av isolermaterial.

Denna skärmkropp har en mot underisolanten likaledes avtrappad konisk form med i stort sett samma konicitet som underisolanten.

Styrkroppen är uppbyggd som en kondensatorkropp, dvs den består av isoler- material och däri koncentriskt inlagda kondensatorbelägg av folietyp.

Kännetecknande för styrkroppen enligt uppfinningen är huvudsakligen styr- kroppens geometriska utformning för att få den att fungera som en barriär både för likspännings- och växelspänningsfält.

Styrkroppen är utformad som en rotationskropp och har i sitt normal- utförande en rak cirkulär cylindrisk yttre form. Den kan dock utformas med midja eller mage, vilket påverkar fördelningen av DC-fältet.

Från ena änden är styrkroppen formad som en inåtgående första rakt stympad kon som i stort är anpassad för att omge underisolanten, dvs att den har störst basyta vid styrkroppens ände. Eftersom både styrkropp och under- isolant befinner sig i ett oljefyllt utrymme kommer därvid spalten mellan underisolant och den rakt stympade första konen att vara oljefylld. Koni- citeten hos denna första kon avviker dock något från underisolantens koni- citet. Skälet till denna något olika konicitet skall förklaras nedan.

Koncentriskt i styrkroppen är denna med en fortsättning från den rakt stympade första konens minsta basyta utformad som ett cylindriskt öppet utrymme.

Från styrkroppens andra ände är kroppen utformad som en inåtgående andra rakt stympad kon med en minsta basyta som anslutes mot det koncentriska cylindriska öppna utrymmet. Denna andra kon är anpassad för att omge skärmkroppen på det ledande röret runt den från transformatorn kommande uppledaren. Styrkroppen kommer därvid också med sin andra rakt stympade kon med en viss oljefylld spalt att omge nämnda skärmkropp. Koniciteten hos denna andra kon avviker också något från skärmkroppens konicitet.

'L 5 463 951 Styrkroppen tillverkas som omtalat av isolermedium varvat med kondensator- belägg för att få den önskade kapacitiva styrningen av det elektriska växelfältet. Det innersta och med strömledaren koncentriska kondensator- belägget har en axiell längd som ungefär motsvarar det inre koncentriska cylindriska utrymmets axiella längd. Utanför detta är belägna koncentriskt varvade i radiell riktning och avtrappade i axiell riktning korta belägg.

Dessa belägg läggs så att de i takt med ökande radie hos styrkroppen från det första innersta belägget räknat läggs i axiell riktning så att deras ytterkanter ansluter till styrkroppens rakt stympade koner.

Likspänningsfältet styrs som omtalat tidigare av flera faktorer. Så är t ex det medium som har lägst resistivitet fältstyrande. Mellan under- isolanten och den omgivande styrkroppen, barriären, bildas som omtalat en oljespalt. Eftersom oljan har lägst resistivitet leds mest ström i olje- spalten som därmed styr fältet parallellt med omgivande ytor. För att få en jämn fördelning av fältet längs dessa ytor är det därför viktigt att oljespaltens bredd ökar med minskad radie. I annat fall skulle fältet kon- centreras mot den del där radien är minst, dvs där man har minst axiell tvärsnittsyta. Koniciteten hos styrkroppens avkortade koner väljs därför lämpligen så att oljespaltens axiella tvärsnittsyta blir ungefär den samma längs hela de rakt stympade konerna.

En annan fältstyrande del är fältets radiella fördelning i styrkroppen runt det på högspänning satta innersta belägget. Mellan oljespalten och styrkroppens mittenparti fungerar beläggen i likspänningsfallet som ekvipotentiallinjer, vilket förhindrar en koncentration av fältet nära underisolantens botten. Det är av vikt att styrkroppens belägg riktas in mitt för genomföringens belägg så att ekvipotentiallinjerna med hjälp av en rätt utformad oljespalt styrs över på önskat sätt mellan genomföring och styrkropp.

Ritning Bifogade ritning visar ett snitt genom en underisolant, en styrkropp enligt uppfinningen samt en transformatorlindnings uppledare med omgivande rör med isolering. 463 951 Bekrivning av utföringsformer Av bifogade figur framgår hur en föredragen utföringsform av en styrkropp enligt uppfinningen ser ut. Styrkroppen 1 visas i ett snitt genom kroppens axel. Snittbilden uppvisar på grund av de inåtvända rakt stympade konerna 2 och 3 en parallelltrapetsliknande form. Styrkroppens inre del 4 mellan de rakt stympade konerna är cylindriskt utformad. För att ge styrkroppen VA en viss mekanisk styvhet har den inre cylindriska delen lindats på ett cylindriskt rör 5. Med ett annat isolermaterial med egen bärighet behövs ej detta rör. Styrkroppens invändiga koniska form i övrigt kan erhållas på många olika sätt, exempelvis genom att varv efter varv linda ett snett skuret isolermaterial med växande bredd. Det inre kondensatorbelägget 6 har ungefär samma axiella utsträckning som det tidigare omtalade koncent- riska cylindriska utrymmet. Efterhand som isolermaterialet lindas läggs mellan vissa av varven de kondensatorbelägg 7 som behövs för den kapaci- tiva spänningsfördelningen. Dessa belägg har en kortare axiell längd än det innersta belägget och läggs så att deras ytterkanter i takt med lindad ökande radie hos styrkroppen ansluter mot de båda rakt stympade koniska ytorna.

För att visa uppfinningen i sitt rätta sammanhang visas även vid 8 en underisolant. Genomföringens fästfläns visas vid 9. Styrkropp med under- isolant är i exemplet enligt figuren placerad i en oljefylld mellanfläns 10 som sedan är hopfäst med transformatorhöljet 11. Transformatorlind- ningens uppledare som visas vid 12 skall på känt sätt kopplas ihop med genomföringens strömledare. Uppledaren är som omtalat omgiven av ett rör 13 av strömledande material. Detta rör är omlindat av flera lager av isolermaterial som bildar en skärmkropp 14 och som mot rörets ände är avtrappad i form av en rakt stympad kon 15. Röret 13 är elektriskt hop- kopplat med både uppledaren och det inre kondensatorbelägget. Ett av de yttre kondensatorbeläggen är jordat.

Som tidigare omtalat är det viktigt för likspänningsfältfördelningen att oljespalten mellan styrkroppens rakt stympade koner och underisolant respektive skärmkropp har i stort sett samma axiella tvärsnitt längs hela konerna. Radieskillnaden bli därför störst mellan de minsta basytorna.

I vissa konstruktioner är underisolanten mot fästflänsen rent cylindriskt formad som visas vid 16. I dessa fall kan det vara lämpligt att styrkrop-

Claims (7)

463 951 pen också avslutas med en cylindrisk del 17 för att täcka denna del av underisolanten. Motsvarande cylindriska förlängning kan också i vissa fall bli aktuell över skärmkroppen lü. Den axiella längden/höjden hos styrkroppens rakt stympade koner anpassas till den axiella längden hos underisolantens respektive skärmkroppens koners axiella längd och kan därför, som också framgår av figuren, bli olika långa. I vissa fall kan det som omtalat vara lämpligt att styrkroppen utformas med en midja eller mage för att erhålla speciella fältfördelningstekniska fördelar. Styrkroppen fixeras kring underisolant och uppledare med rör och skärm- kropp på lämpligt ej visat sätt mot genomföringens fästfläns eller mot mellanflänsen. PATENTKRAV

1. Styrkropp för fältstyrning av en transformatorgenomförings anslutning till en transformatorlindnings uppledare hos strömriktartransformatorer, vilken styrkropp (1) är anordnad som en kondensatorkropp bestående av isolermaterial_med däri koncentriskt inlagda kondensatorbelägg (7) av folietyp, k ä n n e t e c k n a d av att styrkroppen är anordnad som en rotationskropp med en yttre cirkulär cylindrisk form, att styrkroppen från ena änden är anordnad med en första inåtgående rakt stympad kon (2) med störst basyta vid styrkroppens ände, att styrkroppen från andra änden är anordnad med en andra inåtgående rakt stympad kon (3) med störst basyta vid styrkroppens andra ände och att utrymmet mellan de avkortade konerna i styrkroppen är koncentriskt anordnat som en öppen inre rak cirkulär cylin- der (4) med tvärsnittsarea lika med de avkortade konernas minsta basytor.

2. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1 och där transformator- genomföringen har en underisolant (8) med en rak konisk avtrappning och där transformatorlindningens uppledare (12) omges av ett rör (13) med en skärmkropp (lå) med en rak konisk avtrappning, k ä n n e t e c k n a d av att den första inåtgående rakt stympade konens konicitet är så anordnad att tvärsnittsarean på den spalt som bildas mellan underisolant och den första konen är konstant utmed hela den första konens längd och att den 1. Åféš 951 andra inåtgående rakt stympade konens konicitet är så anordnad att tvär- snittsarean på den spalt som bildas mellan skärmkroppen och den andra konen är konstant utmed hela den andra konens längd.

3. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - ; n a d av att ett första inre kondensatorbelägg (6) har en axiell längd som motsvarar den öppna inre raka cirkulära cylinderns axiella längd, att ; utanför detta koncentriskt varvade kondensatorbelägg (7) består av i axiell riktning korta belägg anordnade så att de i takt med ökande radie hos styrkroppen från det inre belägget räknat läggs i axiell riktning så att deras ytterkanter ansluter till styrkroppens rakt stympade koner.

4. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1 och 2, k ä n n e - t e c k n a d av att det första inre kondensatorbelägget (6) anslutes elektriskt till transformatorlindningens uppledare (12) och att ett yttre kondensatorbelägg anslutes till jordpotential.

5. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att styrkroppen vid den första inàtgående rakt stympade konen (2) är anordnad med en rörformad förlängning (17).

6. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att rotationskroppens yttre form är anordnad med en midja.

7. Styrkropp för fältstyrning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att rotationskroppens yttre form är anordnad med en mage.