SE508523C2

SE508523C2 - Electric cable for e.g. transformer or reactor winding

Info

Publication number: SE508523C2
Application number: SE9700344A
Authority: SE
Inventors: Udo Fromm; Paer Holmberg; Peter Carstensen
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 1998-10-12
Also published as: SE9700344D0; SE9700344L

Abstract

The cable comprises an electrically conducting core (2) arranged to be in contact with an inner, first semiconducting layer (4) surrounding the core. A first insulating layer (6) surrounds the first semiconducting layer, and an outer second semiconducting layer (8) surrounds the first insulating layer. A second insulating layer (10), wound around the outer semiconductor layer, and an earthed conductor (12), applied as a band divided into separated parts, arranged onto the insulating tape, are provided to earth the cable for alternating voltage and/or impulse voltage continually along at least a large part of its length. Preferably, the tape is wound in separated turns with a space provided between each turn and/or openings (24) are provided in the tape so that air filled spaces are formed between the second semiconductor layer and the casing of the earthed conductor, which spaces form discharge gaps in order to divert voltage impulses from the second semiconducting layer, if their voltage exceeds a predetermined limit.

Description

10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 yttre låda, i vilken en transformator skall inrymmas bestående av en transformatorkärna med spolar, olja för iso- lering och kylning, mekaniska staganordningar av olika slag m.m. Det ställs mycket stora mekaniska krav på lådan eftersom den, utan olja men med transformator, skall kunna vakuumbe- handlas till så gott som fullt vakuum. Behovet av en yttre låda innebär mycket tidskrävande tillverknings- och prov- ningsprocesser. En låda innebär också att transformatorns ut- vändiga mått blir avsevärda. De större utvändiga måtten medför också i regel stora transportproblem. Transformator- erna är vidare i regel försedda med komplicerad så kallad tryckoljekylning. För den elektriska förbindelsen mellan transforma-torns yttre anslutningar och de närmast anslutna spolarna/lindningarna finns en_genomföring fixerad vid lådan, som måste uppfylla förekommande isolationskrav både på lådans utsida och insida. 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 outer box, in which a transformer is to be accommodated consisting of a transformer core with coils, oil for insulation lering and cooling, mechanical stay devices of various kinds m.m. There are very high mechanical demands on the box because it, without oil but with transformer, must be able to vacuum traded at almost full vacuum. The need for an exterior box involves very time-consuming manufacturing and testing processes. A box also means that the transformer necessary dimensions become considerable. The larger external dimensions also usually causes major transport problems. Transformer- furthermore, they are usually provided with complicated so-called pressure oil cooling. For the electrical connection between the external connections of the transformer and the closest connections the coils / windings have a bushing fixed to the box, which must meet existing insulation requirements both on the box outside and inside.

För så kallade torrtransformatorer finns begränsande övre gränser för effekt och märkspänning, betingade av isolationsproblem och svårighet att effektivt bortleda värmeförluster i lindningarna.For so-called dry transformers, there is a limiting upper limits of power and rated voltage, conditioned by insulation problems and difficulty in effectively draining heat losses in the windings.

Syftet med föreliggande uppfinning är att möjliggöra förbättring av bl a torrtransformatorers prestanda genom att åstadkomma en, för elektriska lindningar avsedd kabel med fast isolation av likartat utförande som kablar för över- föring av elkraft, och en elektrisk lindning, lämpad för torrtransformatorer och reaktorer.The object of the present invention is to enable improvement of, among other things, the performance of dry transformers by provide a cable for electrical windings with fixed insulation of a similar design as cables for power supply, and an electric winding, suitable for dry transformers and reactors.

Detta syfte uppnås med en kabel enligt patentkravet 1 och en lindning enligt krav 13.This object is achieved with a cable according to claim 1 and a winding according to claim 13.

Sådana kablar tål mycket höga spänningar och genom att de är försedda med ett yttre halvledande skikt samt medel för att växelspänningsmässigt och/eller pulsspänningsmässigt vid behov ansluta detta skikt till jord kan lindningskabelns potential definieras i förhållande till omgivningen, vilket är en betydelsefull fördel eftersom metalliska komponenter i exempelvis krafttransformatorer normalt är anslutna till given jord-potential. Med kabeln enligt uppfinningen uppnås vidare kontinuerlig jordning av kabeln, såväl växelströmsmâssigt som vid pulspåkänning utan särskilda kontaktelement som vid jordning i diskreta punkter.Such cables can withstand very high voltages and by they are provided with an outer semiconductor layer and means for that alternating voltage and / or pulse voltage at need to connect this layer to ground can winding cable potential is defined in relation to the environment, which is a significant advantage because metallic components in for example, power transformers are normally connected to given soil potential. With the cable according to the invention is achieved further continuous grounding of the cable, as well alternating current as in pulse voltage without special contact elements as when grounding in discrete points.

Den stora delen av totalspänningen kommer att ligga över kabelns isolation, medan mellan det yttre halvledande skiktet och jord endast växelspänningar av storleksordningen 100 V och pulser av storleksordningen KV kan komma att uppträda.Most of the total voltage will be over cable insulation, while between the outer semiconductor layer and ground only AC voltages of the order of 100 V and pulses of the order of KV may occur.

Enligt en fördelaktig utföringsform av kabeln enligt uppfinningen är isoleringen mellan det yttre, andra _ "k" 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 enligt uppfinningen innefattar nämnda medel för jordning ett' andra isolationsskikt, anordnat utanpå det andra halvledande skiktet, och ett till jord anslutet, elektriskt ledande ytterskikt, som omsluter det andra isolationsskiktet till uppfinningen innefattar isoleringen en kring det andra halvledande skiktet lindad, isolerande tejp och den jordade ledaren innefattar ett, till jord anslutet ytterhölje av elektriskt ledande material, varvid tejpen är lindad i ytterhöljet och det andra halvledande skiktet bildas en kapacitans, som är betydligt större än kabelkapacitansen, säkerställer man att det andra halvledande skiktet uppfinningen uppvisar ytterskiktet eller ytterhöljet, vid lO 15 20 25 30 35 40 45 508 523 spänningar och som möjliggör effektiv kylning, så att transformatorn tål höga effekter. Vidare kan transformatorn på bekvämt sätt monteras pà plats, dvs kärna och lindningar kan transporteras var för sig, vilket avsevärt minskar transportproblemen.According to an advantageous embodiment of the cable according to the invention is the insulation between the outer, second _ "k" 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 according to the invention, said means for grounding comprises a ' second insulating layer, arranged on top of the second semiconductor layer, and an earth-conducting, electrically conductive outer layer, which encloses the second insulating layer the invention comprises the insulation one around the other semiconductor layer wrapped, insulating tape and the grounded the conductor comprises a ground cover connected to ground electrically conductive material, the tape being wound in the outer casing and the second semiconductor layer are formed capacitance, which is significantly greater than the cable capacitance, ensure that the second semiconductor layer the invention has the outer layer or outer casing, at lO 15 20 25 30 35 40 45 508 523 voltages and enabling efficient cooling, so that the transformer can withstand high effects. Furthermore, the transformer can conveniently mounted on site, ie core and windings can be transported separately, which significantly reduces transport problems.

För att närmare förklara uppfinningen kommer nu såsom exempel valda utföringsformer av kabeln enligt uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar en perspektivvy av ändpartiet av en första utföringsform av kabeln enligt uppfinningen försedd med medel för pulsspänningsmässig jordning av kabeln, fig. 2 visar den motsvarande ekvivalenta elektriska kretsen, fig. 3 visar ett tvärsnitt av en andra utförings-form av kabeln enligt uppfinningen försedd med medel för växelspänningsmässig jordning av kabeln, fig. 4 visar den motsvarande ekvivalenta elektriska kretsen, fig. 5 visar en perspektivvy av ändpartiet av en tredje utföringsform av kabeln enligt uppfinningen försedd med medel för såväl pulsspänningsmässig som växelspänningsmässig jordning av kabeln, fig. 6 visar en lindning av en utföringsform av kabeln enligt uppfinningen, och fig. 7 visar en lindning av en annan utföringsform av kabeln enligt uppfinningen.To further explain the invention now comes as selected embodiments of the cable according to the invention to be described in more detail with reference to the accompanying drawings, on which Fig. 1 shows a perspective view of the end portion of a first embodiment of the cable according to the invention provided with means for pulse voltage grounding of the cable, Fig. 2 shows the corresponding equivalent electrical the circuit, Fig. 3 shows a cross section of a second embodiment of the cable according to the invention provided with means for alternating voltage grounding of the cable, Fig. 4 shows the corresponding equivalent electrical the circuit, Fig. 5 shows a perspective view of the end portion of a third embodiment of the cable according to the invention provided with means for both pulse voltage and AC voltage grounding of the cable, Fig. 6 shows a winding of an embodiment of the cable according to the invention, and Fig. 7 shows a winding of another embodiment of the cable according to the invention.

I figur 1 visas en perspektivvy av ett ändparti av en utföringsform av kabeln enligt uppfinningen. Kabeln inne- fattar en ledande kärna 2, bestående av ett antal kardeler av elektriskt ledande material, exempelvis koppar. Kärnan 2 är anordnad i mitten av kabeln och runt kärnan finns ett inre, första halvledande skikt 4. Runt det första halvledande skiktet 4 finns ett isolationsskikt 6, t.ex. PEX-isolation.Figure 1 shows a perspective view of an end portion of a embodiment of the cable according to the invention. The cable inside takes a conductive core 2, consisting of a number of strands of electrically conductive materials, such as copper. The core 2 is arranged in the middle of the cable and around the core there is an inner, first semiconductor layer 4. Around the first semiconductor layer 4 there is an insulating layer 6, e.g. PEX insulation.

Kring isolationsskiktet 6 är ett yttre, andra halvledande skikt 8 anordnat. På utsidan av det yttre, andra halvledande skiktet 8 är en isolerande tejp 10 anordnad längs kabeln. På den isolerande tejpen är en elektrisk ledare i form av ett band 12 av elektriskt ledande material, såsom metall, anbringat. Ledaren 12 är vidare på lämpligt sätt jordad.Around the insulation layer 6 is an outer, second semiconductor layer 8 arranged. On the outside of the exterior, second semiconductor layer 8 is an insulating tape 10 arranged along the cable. On the insulating tape is an electrical conductor in the form of a bands 12 of electrically conductive material, such as metal, affixed. The conductor 12 is furthermore suitably grounded.

I figur 2 visas en, för denna utföringsform av kabeln enligt uppfinningen ekvivalent, elektrisk krets, där U betecknar spänningen på kabelns kärna 2, CC kabelkapacitansen och gnistgapet 14 ligger mellan det yttre, andra halvledande skiktet 8 och ledaren 12. 10 15 20 25 30 35 40 508 523 När sålunda en spänningspuls uppträder på det yttre, andra halvledande skiktet 8, vars storlek överstiger överslagsspänningen för gnistgapet 14, sker överslag mellan det yttre, andra halvledande skiktet 8 och ledaren 12, via luftgapet mellan dessa element, och det yttre, andra halv- ledande skiktet 8 ansluts följaktligen härigenom till jord, dvs. spänningspulsen avleds till jord.Figure 2 shows one, for this embodiment of the cable according to the invention equivalent, electrical circuit, where U denotes the voltage at the core 2 of the cable, the CC cable capacitance and the spark gap 14 lies between the outer, second semiconductor layer 8 and conductor 12. 10 15 20 25 30 35 40 508 523 Thus, when a voltage pulse occurs on the outside, second semiconductor layer 8, the size of which exceeds the surge voltage for the spark gap 14, there is an surge between the outer, second semiconductor layer 8 and the conductor 12, via the air gap between these elements, and the outer, second half the conductive layer 8 is thus thereby connected to earth, i.e. the voltage pulse is diverted to earth.

För att förhindra att inducerade spänningar kortsluts år det ledande bandet 12 uppdelat i åtskilda delar, vilka var och en kan vara jordad separat.To prevent induced voltages from being short-circuited for years the conductive band 12 divided into spaced parts, which were and one can be grounded separately.

I figur 3 visas en andra utföringsform av kabeln enligt uppfinningen vid vilken ett förhållandevis tunt, andra isolationsskikt 16 är anordnat utanpå det andra halvledande skiktet 8. Utanpà det andra isolationsskiktet 16 är vidare ett till jord anslutet, elektriskt ledande yttre skikt 18 anbringat, som omsluter det andra isolationsskiktet 16 till bildande av en jordningskapacitans med det andra halvledande skiktet 8. Ytterskiktet 18 består lämpligen av metall.Figure 3 shows a second embodiment of the cable according to the invention in which a relatively thin, second insulating layer 16 is arranged on top of the second semiconductor layer 8. On the outside of the second insulating layer 16 is further an electrically conductive outer layer connected to ground 18 applied, enclosing the second insulating layer 16 to formation of a ground capacitance with the other semiconductor layer 8. The outer layer 18 suitably consists of metal.

I figur 4 visas en ekvivalent elektrisk krets för den i figur 3 visade utföringsformen av kabeln enligt upp- finningen. På samma sätt som i figur 2 betecknar U spän- ningen på kabelns kärna 2 och CC kabelkapacitansen, medan CG betecknar jordningskapacitansen mellan det andra halvledande skiktet 8 och ytterskiktet 18. Genom att jordningskapacitan- sen CG är mycket större än kabelkapacitansen CC kommer poten- tialen på det andra halvledande skiktet 8 att ligga i när- heten av jordpotential genom den kapacitiva spänningsdel- ningen mellan spänningen U pà kabelns kärna 2 och jord- potentialen på ytterskiktet 18.Figure 4 shows an equivalent electrical circuit for the one in Figure 3 shows the embodiment of the cable according to the finding. In the same way as in Figure 2, U denotes voltage on the core 2 of the cable and the CC cable capacitance, while CG denotes the grounding capacitance between the second semiconductor layer 8 and outer layer 18. By grounding capacitance since the CG is much larger than the cable capacitance CC, the potential the material of the second semiconductor layer 8 to be in the vicinity of the earth potential through the capacitive voltage divider the voltage between the voltage U on the core 2 of the cable and the potential of the outer layer 18.

Ytterskiktet 18 kan vara jordat för varje lindningsvarv om dessa är separerade med ett visst avstånd.The outer layer 18 may be grounded for each winding turn if these are separated by a certain distance.

I figur 5 visas ändpartiet av en utföringsform av kabeln enligt uppfinningen vid vilken en elektriskt isolerande tejp 20 är lindad kring kabeln utanpå det andra halvledande skiktet 8. Tejpen 20 är lindad med mellanrum 22 och förhållandevis små hål 24 är utformade i tejpen 20. Utanpà tejpen 20 är ett elektriskt ledande ytterhölje 26 anordnat, vilket är anslutet till jord. Ytterhöljet 26 är lämpligen bildat av metallfolie.Figure 5 shows the end portion of an embodiment of the cable according to the invention in which an electrically insulating tape 20 is wound around the cable on the outside of the second semiconductor layer 8. The tape 20 is wound at intervals 22 and relatively small holes 24 are formed in the tape 20. Outside the tape 20 is provided with an electrically conductive outer casing 26, which is connected to ground. The outer casing 26 is suitable formed of metal foil.

Luftfyllda mellanrum bildas genom detta utförande mellan det andra halvledande skiktet 8 och ytterhöljet 26 vid mellanrummen mellan varven av tejp 20 och vid hålen 24 och dessa luftfyllda mellanrum bildar gnistgap, som avleder på det andra halvledande skiktet 8 uppträdande spänningspulser 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 till ytterhöljet 26 och jord, så snart pulsspänningen överstiger ett förutbestämt gränsvärde.Air-filled spaces are formed by this design between the second semiconductor layer 8 and the outer casing 26 at the spaces between the turns of tape 20 and at the holes 24 and these air-filled spaces form spark gaps, which divert on the second semiconductor layer 8 occurring voltage pulses 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 to the outer casing 26 and ground as soon as the pulse voltage exceeds a predetermined limit value.

Det beskrivna utförandet kan självfallet modifieras, så att det finns luftfyllda mellanrum, vilka bildar gnistgapen, enbart mellan varven av tejp, dvs inga häl är utförda i tejpen, eller tejpen kan vara tätlindad, så att man får gnistgap endast genom hål i tejpen. Ett utförande med endast förhållandevis små hål ger en särskilt robust konstruktion.The described embodiment can of course be modified, so that there are air-filled gaps, which form the spark gaps, only between the turns of tape, ie no heels are made in the tape, or the tape can be tightly wrapped, so that you get spark gap only through holes in the tape. An embodiment with only relatively small holes give a particularly robust construction.

Snitt är utförda i ytterhöljet med förutbestämda mellanrum för att förhindra kortslutningar i den lindade kabeln. I figur 6 visas en lindning av kabeln enligt uppfinningen, varvid angränsande lindningsvarv 28 är i kontakt med varandra och snitten 30 i kabelhöljet befinner sig vid samma lokalisering för varje lindningsvarv 28.Incisions are made in the outer casing with predetermined intervals to prevent short circuits in the wound cable. Figure 6 shows a winding of the cable according to the invention, wherein adjacent winding turns 28 are in contact with each other and the cuts 30 in the cable sheath are located at the same location for each winding turn 28.

Härigenom får man ett avbrott i ytterhöljena tvärs över lindningen och ytterhöljena hos lindningen behöver endast jordas vid lindningens ena ände, vid 32.This gives a break in the outer casings across the winding and the outer sheaths of the winding only need grounded at one end of the winding, at 32.

I figur 7 visas en lindning med ett kabelutförande, vid vilket ytterhöljet är utformat som ringar 36 av ledande material kring isoleringen. Dessa ringar 36 är anordnade på förutbestämda ställen längs kabeln, varvid de isolerande mellanrummen 38 mellan ringarna 36 är bredare än ringarna 36.Figure 7 shows a winding with a cable design, at which the outer casing is formed as rings 36 of conductive material around the insulation. These rings 36 are arranged on predetermined locations along the cable, leaving the insulating the gaps 38 between the rings 36 are wider than the rings 36.

Vid framställning av en lindning av kabeln enligt figur 7, lindas kabeln så att ringar 36 i närbelägna lindningsvarv gör kontakt med varandra på sådant sätt, att ringarna bildar minst en sammanhängande elektrisk förbindelse tvärsöver lindningen. I utförandet enligt figur 7 finns två sådana elektriska förbindelser över lindningen, som är jordade vid 38 respektive 40. Vid lindningens ändpartier visas vardera en enskild ring, som också är jordade, vid 42 och 44.When manufacturing a winding of the cable according to figure 7, the cable is wound so that rings 36 in nearby winding turns make contact with each other in such a way that the rings form at least one continuous electrical connection across the winding. In the embodiment according to Figure 7, there are two such electrical connections across the winding, which are grounded at 38 and 40, respectively. At the end portions of the winding, each one is shown single ring, which are also grounded, at 42 and 44.

Om det vid framställning av lindningen i figur 7 skulle inträffa att en ring hamnar vid mellanrum mellan två ringar hos de angränsande lindningsvarven, så att man där inte får elektrisk kontakt mellan de angränsande varven, leder inte detta normalt till någon skada, eftersom spänningen mellan angränsande varv är förhållandevis låg, av storleksordningen 50 - 100 V.If in the manufacture of the winding in Figure 7 would occur that a ring ends up at intervals between two rings at the adjacent winding turns, so that one does not get there electrical contact between the adjacent turns, does not lead this normally to some extent, because the voltage between adjacent turns are relatively low, of the order of magnitude 50 - 100 V.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 45 50-8 523 Patent claims

Electric cable, intended for electrical winding, characterized in that an electrically conductive core (2) is arranged in contact with a core enclosing, inner, first semiconducting layer (4), that a first insulating layer enclosing the first semiconducting layer ( 6) is arranged on the outside of the first semiconducting layer, that an outer, second insulating layer (8) enclosing the first insulating layer is arranged on the outside of the first insulating layer, and that means (10, 12; 16, 18) are arranged on the outside of the second semiconducting layer. the layer for grounding the cable continuously along AC and / or pulse voltages continuously along at least a considerable part of its length.

Cable according to claim 1, characterized in that said means for grounding comprises a conductor connected to ground, arranged on the outside of the second semiconducting layer with an intermediate insulation, the insulation being designed so that a voltage pulse on the second semiconducting layer, the size of which exceeds a predetermined threshold value, causes the second semiconductor layer to be connected to ground by flipping between the second semiconductor layer and the grounded conductor.

Cable according to Claim 2, characterized in that the insulation is designed as a strip of insulating tape extending in the longitudinal direction of the cable and in that the grounded conductor is designed as a strip, divided into separate parts, arranged on the insulating tape.

Cable according to claim 1, characterized in that said means for grounding comprises a second insulating layer, arranged on top of the second semiconducting layer, and an electrically conductive outer layer connected to ground, which encloses the second insulating layer to form a capacitance with the second semiconducting layer, which is significantly larger than the cable capacitance.

Cable according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation comprises an insulating tape (20) wound around the second semiconducting layer and in that the grounded conductor comprises an outer sheath (26) of conductive material connected to ground, the tape being wound. in separate turns with gaps (22) between each turn and / or holes (24) are formed in the tape, so that air-filled gaps are formed between the second semiconductor layer (8) and the cover, which forms spark gaps for the derivation of voltage pulses occurring on the second semiconductor layer, the voltages of which exceed a predetermined limit value.

Cable according to Claim 5, characterized in that the tape (20) is dimensioned such that a capacitance is formed between the outer casing (26) and the second semiconducting layer (8) which is considerably larger than the cable capacitance.

Cable according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the outer layer or outer casing is made of metal.

Cable according to one of Claims 4 to 7, characterized in that the outer layer and the outer casing have, at predetermined locations along the cable, around this continuous section.

Cable according to one of Claims 5 to 8, characterized in that the outer casing is designed as rings (36) of electrically conductive material around the insulation, arranged separately, at predetermined locations along the cable nx '.

Cable according to Claim 9, characterized in that the gaps between the rings (36) in the longitudinal direction of the cable exceed the width of the rings.

Cable according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the electrically conductive core comprises a plurality of strands of electrically conductive material.

Cable according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the diameter is in the range 20 to 200 mm and the cable area is in the range 80 to 3000 mm 2.

Electrical winding, characterized in that it is wound by a cable according to any one of the preceding claims.

Winding according to Claim 13 with a cable according to Claim 8, characterized in that a section (30) per winding turn (28) is arranged in the outer casing of the cable.

Winding according to claim 14, characterized in that the outer sheaths in adjacent winding turns (28) are in contact with each other with the cuts (30) located at the same location on each turn, and that the outer sheaths are grounded only at the winding of the winding. 45 508 523 ends, the ground connection at one winding end being arranged on one side of the cuts (30) and the ground connection at the other winding end on the other side of the cuts.

Winding according to claim 13 with cable according to claim 9, characterized in that the winding is designed such that rings (36) in adjacent winding turns make contact with each other in such a way that the rings form at least one continuous electrical connection across the winding, which connection is grounded at one end of the winding (at 38.40).

Dry transformer, characterized in that it comprises at least one winding according to any one of claims 13 - 16.

Reactor, characterized in that it comprises a winding according to any one of claims 13 - 16.