SE509039C2 - Lindning samt krafttransforamtor respektive reaktor innefattande en sådan lindning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 509 039 krafttransformatorer kräver dessa nya krafttransformatorer en effektivare kylning. Det är härvid nödvändigt med pátvingad konvektion för att klara kylbehovet hos alla lindningar. Det är viktigt med kort transportväg för värmen till det kylande mediet samt att den överförs effektivt till det kylande mediet. Det gör det viktigt att alla lindningar står i direkt kontakt med tillräcklig mängd kylande medium.

Konventionella krafttransformatorer är vidare försedda med speciella ringar för att säkra lindningarnas stabilitet mot kortslutningskrafter. Lindningarna monteras vidare som en enhet på kärnan. Därefter monteras en serie av tryckskivor som spânnes upp mot en barriärcylinder. Hela montaget är monterat i linje på en nedre distansring. Mellan kârnans ok och lindningarnà sitter en kompressionsring vilken förspånner lindningarna. Således måste kortslutningskrafterna tas upp av själva järnkärnans ok med dess klamrar vilka håller ihop lamineringen.

I det fall lindningen används till en reaktor för att kompensera reaktiv effekt kan lindningsspolen vara utformad utan järnkärna.

Lindningen i detta fall utgörs enbart av en spole.

UPPFINNINGENS SYFTE: Syftet med uppfinningen år att åstadkomma en ny typ av lindning för en krafttransformator eller för en reaktor innefattande en högspânningskabel.

Till skillnad mot konventionella krafttransformatorer med isoleringsförsedd lindning är föreliggande krafttransformator försedd med lindningar i form av högspänningskabel med ett yttre halvledande skikt vilket är jordat för att i stort sett eliminera elektrisk potential utanför kabeln samt för att reducera kapacitiva strömmar.

I det fall högspänningskabeln är försedd med ett yttre halvle- dande skikt löser föreliggande uppfinningen jordningen av detta 'O 000: - . , I r Un 10 15 20 25 30 35 509 039 skikt. Lindningen är försedd med distansorgan vilka är anordnade att åstadkomma en axiell förspänning i lindningen och härvid ämnade att lösa problem med kortslutningskrafter i lindningen så att tidigare kraftupptagande klamrar i exv. transformatorer kan elimineras.

Distansorganen enligt föreliggande utförande syftar vidare till att vid ett stort antal jordningspunkter åstadkomma en effektiv jordning av lindningens yttre halvledare vid samtliga lindnings- varv. Som i varje kabel finns det även i en transformators lindning kapacitiva strömmar. Dessa kapacitiva strömmar flyter genom det yttre halvledarskiktet och orsakar spänningsfördelning längs halvledaren. För att reducera spänningen till en säker nivå vid den yttre halvledaren måste avståndet mellan två jordningspunkter vara relativt kort. För frekvenser i kraftdist- ribution (50/60 Hz) kan jordningsavståndet (avståndet mellan två jordningspunkter) vara upp till flera meter. Således är en uppgift för distansorganen att åstadkomma elektrisk kontakt mellan den yttre halvledaren och det jordade distansorganet.

För impulsspänningar, transienter, krävs ett kortare jordnings- avstånd på grund av det högre frekvensinnehållet i spänningspul- sen. Distansorganen som krävs för impulsjordningen behöver inte ha särdeles god kontakt. Även ett litet luftgap mellan den yttre halvledaren och metalldelen av distansorganet kan accepteras. I det fall en impulsspânning uppträder kommer spänningen vid den att bli tillräckligt hög för att bilda en gnista i luftgapet mellan den yttre halvledaren (orsakad genom kapacitiva strömmar) yttre halvledaren och metalldelen av distansorganet. Gnistan kommer härvid att åstadkomma jordkontakt mellan den yttre halvledaren och metalldelen av distansorganet.

Uppgiften för distansorganets metalldel (av exempelvis rostfritt stål) är att samla alla jordningsströmmar från den yttre halvledaren. Härigenom erhålles en bra jordning av lindningen genom att jorda distansorganen. 10 15 20 25 30 35 509 039 Lindningarna är härvid utförda som ett mekaniskt kompakt och enhetligt jordat lindningspaket vilket kan ta upp belastningar, såsom kortslutningskrafter, utan att överföra krafterna till järnkårnan i en transformatorlösning.

Uppfinningen syftar vidare till att åstadkomma axiella cylinder- formade kanaler mellan varje lindningsvarv i lindningarna där det kylande mediet är rått fördelat för att klara lindningarnas olika kylbehov. De cylindriska kanalerna skapas med distanser som lâgges in vid lindningen av spolen. Kylflödet àstadkommes med fläktar och distanserna är dimensionerade för att ge flöden i kanalerna som klarar de enskilda lindningarnas kylbehov.

En ytterligare fördel med föreliggande transformatorkonstruktion år att lindningarna kan förmonteras på kabeltrummor i kabelfab- riken för att pà plats monteras in kring järnkärnan vilket medför en stor förbättring i produktionsteknik för dessa typer av transformatorer.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Föreliggande uppfinning avser en lindning till en krafttransfor- mator eller till en reaktor. Lindningen innefattar en högspän- ningskabel vilken kan vara lindad runt en kärna av magnetiskt material. Lindning år försedd med ett antal axiellt löpande distansorgan som separerar varje kabelvarv i radiell led i lindningen för att bland annat skapa axiella cylindriska kylkanaler.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är lindningen således anordnad med axiella cylindriska kylkanaler mellan varje utanpå liggande lindningsvarv,'vilka kanaler är skapade med distanserna vid lindning av spolen. Utföringsformen innefattar också fläktar för transport av luft genom de axiella cylindriska kanalerna.

Distanserna år dimensionerade för att vid lika tryckfall fördela kylflödet så att det täcker kylbehovet i de enskilda axiella kanalerna eftersom kylbehovet är olika för lindningarna. l0 15 20 25 30 35 509 039 Vidare är distansorganet enligt utföringsformen anordnat att axiellt spänna samman lindningen till ett enhetligt lindningspa- ket vilket kan uppta mekaniska kortslutningskrafter samt även utgöra en jordningsförbindelse till kablarnas yttersta skikt.

Kablarna enligt föreliggande uppfinning är försedda med ett halvledarskikt pà dess yta vilket måste jordas för att erhålla en noll-potential på lindningens ytor. Dessutom är distansorganet anordnat med ett elastiskt skikt för att uppta vibrationer som kan uppstå i lindningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nu med hånvisningsbeteckningar i anslutning till bifogade ritningsfigurer att närmare beskrivas.

Figur 1 visar schematiskt ett axiellt snitt mitt i en transfor- matorspole visande axiellt sig sträckande distansorgan enligt föreliggande uppfinning.

Fiyur 2 visar ett snitt A-A enligt figur 1 av en lindningsspole försedd med distansorgan enligt uppfinningen.

Figur 3 visar ett ytterligare detaljerat snitt motsvarande snittet i figur 1.

Figur 4 visar ett snitt genom ett distansorgan i dess anligg- ningspunkt mot kabeln enligt föreliggande uppfinning.

Figur 5 visar en övre ände av en utföringsform av distansorga- net. ' Figur 6 visar en nedre ände av en utföringform av distansorga- net .

BE HRIVNING AV UPPFINNINGEN: Figur 1 visar ett tvärsnitt genom en krafttransformator 1 försedd med en lindningsspole 2 med lindningar 3 arrangerade i spiralform startande vid en nedre bottenplatta 4 och lindade uppåt. Lindningarna kan men behöver inte vara anslutna till varandra. Olika lindningar med olika kabeldiametrar ingår i den I' OQO! ' f v , 10 15 20 25 30 35 509 039 i figuren visade utföringsformen. Som även framgår av figuren är, p.g.a. olika kabeldiameter i olika kabelvarv, varje lindning försedd med axialdistanser a,b,c för att inpassa varje lindnings axiella läge i spolen. Mellan varje lindningsvarv 5,6,7 är ett antal distansorgan 8,9 införda. Härvid är ett första distansor- gan 8 infört mellan ett första lindningsvarv 5 och ett andra lindningsvarv 6. Ett andra distansorgan 9 är infört mellan det andra lindningsvarvet 6 och ett tredje lindningsvarv 7, osv.

Varje distansorgan 8,9 år i lindningsspolen 2 fastgjuten i den nedre bottenplattan 4 och anspännes med ett spänndon 10 mot en övre elektriskt ledande stödplatta 11. Som framgår av figur 1 är det första distansorganet 8 grövre än exempelvis det andra varvid en bredare kanal mellan lindningsvarven ástadkommes.

Lindningsspolen utgör härvid en i transformatorn från dess jârnkârna fristående del vilken inte behöver stödjas mot jårnkärnan för att kompensera för alla uppträdande mekaniska kortslutningskrafter. Lindningsstrukturen kan men behöver inte vara i kontakt med jårnkärnan i det s.k. fönstret. Lindningsspo- len 2 omsluter jârnkärnans ben 12 vilket i dess nedre och övre ände âr anslutet till ett ok 13 för kontakt med ytterligare ett ben (ej visat).

Distansorganen 8,9 är endera cylindriska eller rektangulära i tvärsnitt och är åtminstone i ena änden försedda med ett spånndon 10 i form av en mutter med gänga eller en kilanordning.

Som framgår av figur 2 är distansorganen 8,9 placerade radiellt ut från jârnkärnans ben 12 med stödplattorna 11 i en "eker”- formad placering. Antalet stödplattor 11 som fördelats runt hela lindningsspolen 2 är tolv stycken i en fördelaktig utförings- form, men kan variera beroende på lindningsstorlek mellan åtta och sexton stycken. Radiellt är fem distansorgan placerade genom varje ”eker" i en lindningsspole av föreliggande slag. Distans- organen 8,9 åstadkommer vidare axiella cylindriska kylkanaler 13,14 mellan varje radiellt liggande lindning 5,6,7. Lindnings- varven luftkyles genom att luft pressas genom kanalerna av fläktar (ej visade). Distansorganen 8,9 är placerade runt om i 10 15 20 25 30 35 5Û9 039 lindningsspolen 2 och är axiellt längsgående. Distanserna lägges mellan lindningsvarven under lindning av spolen.

Således är varje lindningsspole omsluten av en kylkanal inuti vilken kylluft är anordnad att strömma. Kylbehovet är olika för lindningarna vilket innebär att man har olika kylflöden i de koncentriska kanalerna. För att åstadkomma rätt kylning av kanalerna, som indikerats ovan, är kanalerna anordnade med olika dimensioner i radiell led. Tryckfallet år lika över alla kanalerna för att erhålla önskad fördelning av kylningen. Detta medför att kanaler med lite kylbehov har ett mindre radiellt avstånd än kanaler med större kylbehov som har ett större radiellt avstånd. För den i utföringsformen beskrivna kabellin- dade transformatorn har man större distanser mellan lágspän- ningslindningarna, lindningarna närmast kärnan, än mellan högspänningslindningarna_ Figur 3 visar i ett axiellt tvärsnitt genom en del av en krafttransformator visande ett ben 12, ett ok 15, visat med en kylkanal, och en lindningsspole 2. Det första distansorganet 8 är utfört av metall eller armerad plast överdragen med ett gummiskikt 16 verkande som en fjäder för att dämpa vibrationer i lindningen under drift. Vidare är distansorganet 8 i den i figuren visade utföringsformen iörsett på dess utsida med ett öppet elektriskt ledande organ 17 i form av ett metallband eller ett metallhölje för att etablera elektrisk kontakt mellan höljet och lindningen 3. Ledarorganet 17 står vidare i elektrisk kontakt med den övre elektriskt ledande stödplattan 11 via en jordledare 18. Från stödplattan 11 leds elektriska strömmar sedan ut från transformatorn och till jord. Stödplattan 11 kan även vara utformad i ett icke-ledande material varvid jordningen av ledarorganet 17 görs med en separat ledare. Ledarorganet är i utföringsformen vidare försett med ett luftgap, ej visat, för att leda transienta strömmar till jord. Distansorganets 8 ände sträcker sig genom ett draghål 19 i stödplattan 11 varvid spänndonet 10 är utformat som en kilanordning 20.

Lindningspaketet kan härvid förspännas så att lindningen 10 15 20 25 30 35 509 039 mekaniskt uppträder som en separat enhet. Förspänningen är inte högre än att lindningen hålls på plats. Förspänningen kan inte vara högre än vad kabelns PEX-isolering klarar av. I transformatorutförandet förankras dessutom lindningspaketet vid järnkärnan på lämpligt sätt.

I figur 3 visas även ett snitt genom en högspänningskabel 111 att användas i en lindning enligt föreliggande uppfinning.

Högspänningskabeln 111 innefattar ett antal kardeler 112 med cirkulârt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler 112 är anordnade i mitten av högspänningskabeln 111. Runt kardelerna 112 finns anordnat ett första halvledande skikt 113.

Runt det första halvledande skiktet 113 finns anordnat ett isolationsskikt 114, t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 114 finns anordnat ett andra halvledande skikt 115. Begreppet högspänningskabel i föreliggande ansökan innefattar således ej det yttre skyddshölje som normalt omger en dylik kabel vid kraftdistribution. Högspänningskabeln har en diameter i inter- vallet 20 - 200 mm och en ledningsarea i intervallet 80 - 3000 2 mm.

Genom kontakt mellan högspänningskabelns 111 andra halvledande skikt 115 och distansorganets 8 metallhölje 17 erhålles även en jordning av halvledarskiktet 115 vid driftspänning. För att öka kontakten mellan kabeln och jordledaren kan kabeln i området för distansorganet belâggas med en elektriskt ledande färg.

En fördelaktig utföringsform av ett-distansorgan 9 visas i figur 4. Distansorganet 9 består i detta utförande av en elektriskt ledande kärna 25 av exempelvis rostfritt stål som är belagd med ett elastiskt skikt 26 företrädesvis av gummi på kärnans båda sidor eller med ett elastiskt skikt omslutande kärnan. Skiktet 26 är försett med ett luftgap 27 någonstans längs kärnans yta för att möjliggöra jordning av transienter i högspänningskabeln 111 orsakade av exv. blixturladdningar. Vidare är distansorganet 9 i dess luftgap försett med minst en jordledare 28 som i ett utförande är utformad som ett metallband eller som en metallfo- _00; n. 509 039 lie vars ena ände är gjuten eller limmad mot kärnans 25 yta och vars andra ände är limmad mot det elastiska skiktets ytteryta.

Jordledaren 28 sträcker sig genom luftgapet 27 och bildar i luftgapet 27 en förlängd fjädrande slingdel 29 vilken bland 5 annat utgör en förbättrad kontaktpunkt för jordningen mot kabelns andra halvledarskikt 115. Jordledaren kan även vara utformad som en elektriskt ledande fjädrande cylinder placerad i luftgapet. Även andra utföringsformer av jordledaren vilken åstadkommer fjädrande kontakt med kabelns andra halvledarskikt 10 115 är möjliga.

Jordledaren 28 är ämnad att ta hand om jordning av halvle- darskiktet vid driftspänning medan luftgapet syftar till att åstadkomma en jordningsväg för transienter. I det ekerformade 15 arrangemanget av distansorgan är endast en eker utformad med jordledarförsedda distansorgan för att inte bilda slutna strömslingor i lindningsvarven. Resterande ekrars distansorgan saknar jordledare men âr samtliga försedda med luftgap för att ta hand om transienter. 20 Distansorganet 9, se figur 5. är i dess övre ände 30 anslutet till en pàsvetsad dragtapp 31 försedd med en gänga 32 för att med en mutter anspännas mot den övre stödplattan. På motsvarande sätt är distansorganets 9 nedre ände 33, se figur 6, ansluten 25 till en påsvetsad bottentapp 34 vilken även den är försedd med -en gänga 35 för en mutter för att anspännas mot en motsvarande platta, ej visad.

Trots att uppfinningen har beskrivits i samband med en kraft- 30 transformator är den tillämpbar såväl vid fn distributionstrans- formator som vid en reaktor.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 509 039 10 Patentkrav:

1. Lindning (3) utformad som en spole med radiellt på varandra belägna lindningsvarv, kännetecknad av att lindningen (3) utgörs av högspänningskabel (111) försedd med ett yttre halvledande skikt (115), och att lindningen (3) är försedd med axiellt mellan varje lindningsvarv placerade lindningssepare- rande distansorgan (8,9) försedda med minst ett mot högspân- ningskabelns (111) halvledande skikt (115) anslutande jordnings- organ (1l,17,18,25,28).

2. Lindning enligt kravet 1, kännetecknad av att distans- organet (8,9) är försett med minst ett elastiskt skikt (16,26).

3. Lindning enligt kravet 2, kânnetecknad av att det mellan skikten eller att det i det elastiskt skiktet (16,26) är bildat ett luftgap (27).

4. Lindning enligt något av kraven 2-3, kännetecknad av att jordningsorganet (28) är utformat med ett elektriskt ledande fjäderelement (29) för kontakt mellan jordningsorganet (1l,17,l8,25,28) och yttre halvledaren.

5. Lindning enligt kravet 4, kännetecknad av att fjä- derelementet (29) är beläget i luftgapet (27).

6. Lindning enligt kravet 2 eller 3, kânnetecknad av att jordningsorganet (1l,l7,l8) innefattar ett ledarorgan (17) i anslutning till distansorganets (8,9) ytteryta.

7. Lindning enligt kravet 6, kännetecknad av att ledaror- ganet (17) utgörs av ett runt distansorganets (8,9) yta huvud- sakligen täckande metallskikt.

8. Lindning enligt något av ovanstående krav, kännetecknad av att jordningsströmmar är anordnade att ledas ut från lind- 10 15 20 509 039 11 ningen via en radiellt placerad elektriskt ledande stödplatta (ll).

9. Lindning enligt kravet 8, kännetecknad av att stödplat- tan (11) är försedd med draghål genom vilka distansorganet (8,9) är fört varvid distansorganet (8,9) är anordnat att axiellt anspânnas mot stödplattan (11).

10. Lindning enligt något av ovanstående krav, kännetecknad av att stödplattan (11) sträcker sig radiellt över hela lind- ningsspolen, från det innersta lindningsvarvet (5) till det yttersta lindningsvarvet.

11. Lindning enligt något av ovanstående krav, kännetecknad av att lindningens halvledande skikt (115) i området för dess kontakt med distansorganet (8,9) âr belagt med en elektriskt ledande färg.

12. Krafttransformator (1) innefattande en lindning enligt något av ovanstående krav.

13. Reaktor innefattande en lindning enligt något av kraven 1-ll.