SE508523C2 - Elektrisk kabel, avsedd för elektrisk lindning, samt sådan lindning, torrtransformator och reaktor - Google Patents

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.

För så kallade torrtransformatorer finns begränsande övre gränser för effekt och märkspänning, betingade av isolationsproblem och svårighet att effektivt bortleda värmeförluster i lindningarna.

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.

Detta syfte uppnås med en kabel enligt patentkravet 1 och en lindning enligt krav 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

För att förhindra att inducerade spänningar kortsluts år det ledande bandet 12 uppdelat i åtskilda delar, vilka var och en kan vara jordad separat.

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.

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.

Ytterskiktet 18 kan vara jordat för varje lindningsvarv om dessa är separerade med ett visst avstånd.

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.

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.

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.

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.

Härigenom får man ett avbrott i ytterhöljena tvärs över lindningen och ytterhöljena hos lindningen behöver endast jordas vid lindningens ena ände, vid 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.

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.

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.

Claims (18)

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

1. Elektrisk kabel, avsedd för elektrisk lindning, kånnetecknad av att en elektriskt ledande kärna (2) är anordnad i kontakt med ett kärnan omslutande, inre, första halvledande skikt (4), att ett, det första halvledande skiktet omslutande, första isolationsskikt (6) är anordnat utanpå det första halvledande skiktet, att ett yttre, det första isolationsskiktet omslutande, andra halvledande skikt (8) är anordnat utanpå det första isolationsskiktet, samt att medel (10,12;16,18) är anordnade utanpå det andra halvledande skiktet för att växelspänningsmässigt och/eller pulsspänningsmässigt jorda kabeln kontinuerligt utefter åtminstone en avsevärd del av dess längd.

2. Kabel enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda medel för jordning innefattar en till jord ansluten ledare, anordnad utanpå det andra halvledande skiktet med en mellanliggande isolering, varvid isoleringen är så utförd, att en spänningspuls på det andra halvledande skiktet, vars storlek överstiger ett förutbestämt tröskelvärde, leder till att det andra halvledande skiktet ansluts till jord genom överslag mellan det andra halvledande skiktet och den jordade ledaren.

3. Kabel enligt krav 2, kânnetecknad av att isoleringen är utformad som ett i kabelns längdriktning förlöpande band av isolerande tejp samt att den jordade ledaren är utförd som ett, i åtskilda delar uppdelat band, anordnat på den isolerande tejpen.

4. Kabel enligt krav 1, kânnetecknad av att nämnda medel för jordning innefattar ett andra isolationsskikt, anordnat utanpå det andra halvledande skiktet, samt ett till jord anslutet, elektriskt ledande ytterskikt, som omsluter det andra isolationsskiktet till bildande av en kapacitans med det andra halvledande skiktet, som är betydligt större än kabelkapacitansen.

5. Kabel enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att isoleringen innefattar en kring det andra halvledande skiktet lindad, isolerande tejp (20) samt att den jordade ledaren innefattar ett till jord anslutet, ytterhölje (26) av ledande material, varvid tejpen är lindad i åtskilda varv med mellanrum (22) mellan varje varv och/eller hål (24) är utformade i tejpen, så att luftfyllda mellanrum bildas mellan l0 15 20 25 30 35 40 45 508 523 det andra halvledande skiktet (8) och höljet, vilka bildar gnistgap för avledning av, pà det andra halvledande skiktet uppträdande spänningspulser, vilkas spänningar överstiger ett förutbestämt gränsvärde.

6. Kabel enligt krav 5, kännetecknad av att tejpen (20) är så dimensionerad, att mellan ytterhöljet (26) och det andra halvledande skiktet (8) bildas en kapacitans, som är betydligt större än kabelkapacitansen.

7. Kabel enligt något av krav 4 - 6, kännetecknad av att ytterskiktet eller ytterhöljet är av metall.

8. Kabel enligt något av kraven 4 - 7, kånnetecknad av att ytterskiktet och ytterhöljet uppvisar vid förutbestämda ställen längs kabeln, runt denna löpande snitt.

9. Kabel enligt något av kraven 5 - 8, kännetecknad av att ytterhöljet är utformat som ringar (36) av elektriskt ledande material kring isoleringen, anbringade åtskilda, vid förutbestämda ställen längs kabelnx'

10. Kabel enligt krav 9, kännetecknad av att mellanrummen mellan ringarna (36) i kabelns längdriktning överstiger bredden av ringarna.

11. Kabel enligt något av kraven 1 - 10, kännetecknad av att den elektriskt ledande kärnan innefattar ett flertal kardeler av elektriskt ledande material.

12. Kabel enligt något av kraven 1 - 11, kännetecknad av att diametern ligger i intervallet 20 - 200 mm och ledningsarean i intervallet 80 - 3000 mmz.

13. Elektrisk lindning, kännetecknad av den är lindad av en kabel enligt något av föregående krav.

14. Lindning enligt krav 13 med en kabel enligt krav 8, kännetecknad av att ett snitt (30) per lindningsvarv (28) är anordnat i kabelns ytterhölje.

15. Lindning enligt krav 14, kânnetecknad av att ytterhöljena i angränsande lindningsvarv (28) är i kontakt med varandra med snitten (30) belägna vid samma lokalisering på varje varv, samt att ytterhöljena är jordade endast vid lindningens 10 15 20 25 30 35 40 45 508 523 ändar, varvid jordanslutningen vid ena lindningsänden är anordnad på ena sidan om snitten (30) och jordanslutningen vid den andra lindningsänden på den andra sidan om snitten.

16. Lindning enligt krav 13 med kabel enligt krav 9, kånnetecknad av att lindningen är så utförd, att ringar (36) i närbelägna lindningsvarv gör kontakt med varandra på sådant sätt, att ringarna bildar minst en sammanhängande elektrisk _ förbindelse tvärsöver lindningen, vilken förbindelse är jordad vid ena änden av lindningen (vid 38,40).

17. Torrtransformator, kånnetecknad av att den innefattar minst en lindning enligt något av kraven 13 - 16.

18. Reaktor, kännetecknad av att den innefattar en lindning enligt något av kraven 13 - 16.