SE511362C2 - Transformator/reaktor, samt förfarande vid tillverkning av en sådan - Google Patents

Description

fl ïí 10 15 20 25 30 35 i 511 362 Konventionella krafttransformatorer i den lägre delen av ovannämnda effektområde utförs ibland med luftkylning för att föra bort de oundvikliga egna förlusterna i form av värme.

De flesta konventionella krafttransformatorer är dock oljekyl- da och då i regel med s k tryckoljekylning. Detta gäller särskilt högeffekttransformatorer_ Oljekylda transformatorer delar vilka är välkända. Bl a är de vilket särskilt medför stora uppvisar en mängd nack stora, otympliga och tunga, transportproblem, och de ställer omfattande krav vad gäller säkerhet och kringutrustning.

Det har dock visat sig vara möjligt att i stor utsträckning ersätta oljekylda krafttransformatorer med torrtransformatorer av en ny typ. Denna nya torrtransformator är försedd med en lindning utförd med en högspänningskabel, dvs en högspänd isolerad elektrisk ledare. Således kan man rmatorer vid avsevärt högre effekter än vad jligt. Med uttrycket torrtransformator resp använda torrtransfo som tidigare var mö -reaktor avses således en transformator/reaktor vilken ej är oljekyld utan företrädesvis luftkyld.

Vad gäller reaktorer innefattar de en kärna vilken är försedd med endast en lindning. I övrigt är vad som sagts ovan angående transformatorer i stort sett relevant även när det gäller reaktorer. Särskilt bör noteras att även stora reakto- rer är oljekylda.

Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en transformator, alternativt en reaktor, som gör det möjligt att undanröja en del av de nackdelar som de beskrivna, traditionellt konstruerade krafttransformatorerna/reaktorerna har, samt även tillhandahålla ett förfarande vid tillverkning av en dylik transformator/reaktor.

Dessa syften uppnås genom en transformator/reaktor av det i patentkravets 1 ingress angivna slaget, vilken uppvisar det i kravets kännetecknande del angivna särdraget, och genom ett förfarande vid tillverkning av en sådan i enlighet med patentkravets 21 ingress och med de särdrag som anges i detta kravs kännetecknande del. 10 15 20 25 30 35 511 36W2 I enlighet med särdraget i kravet 1 är således kärnan uppbyggd av minst två segment. Med uttrycket segment eller segmenterad kärna avses att transformatorns/reaktors kärna är uppbyggd av mer eller mindre likadana segment eller delar, vilka sammanfogas sida vid sida för bildande av kärnan.

Genom att kärnan är uppbyggd av segment erhålls en mängd fördelar. För det första möjliggör denna utformning att även en relativt stor kärna kan göras väsentligen ringformad, vilket medför betydelsefulla fördelar som kommer att redogöras för nedan i anslutning till patentkravet 5.

För det andra erhålls en enklare lindning av kärnan genom att varje segment kan lindas för sig.

En tredje fördel med en segmenterad kärna består i att delar av kärnan kan monteras isär respektive monteras ihop när som helst under tillverkningen.

Vidare erhålls produktionstekniska fördelar genom att kärnan p g a segmenteringen kan byggas upp i form av moduler, var och en innefattande ett eller flera segment. Detta ger också stora transporttekniska fördelar då kärnan kan transpor- teras i segmentform och sedan hopmonteras på användningsplat- sen. Ãven lindningen kan vid behov monteras först på använd- ningsplatsen.

Kärnan enligt kännetecknet i kravet 1 har dessutom fördelen att kunna användas såväl hos en transformator/reaktor av konventionell typ som för elektriskt högspända maskiner där man som lindning använder kabel, dvs högspänd isolerande elektrisk ledare. Kärnan är dock särskilt lämpad för kraft- transformatorer/reaktorer och företrädesvis den typ av kraft- transformator/reaktor där lindningen utgörs av s k högspän- ningskabel, då särskilt framträdande fördelar uppnås.

Ytterligare kännetecken och fördelar kommer att framgå av de underordnade patentkraven.

Således anges som ett särskilt fördelaktigt särdrag att lindningen utgörs av högspänningskabel. Genom användningen av kabel erhålls mindre problem med magnetiska ströfält, vilket har fördelen att det blir möjligt att använda en toroid lO 15 20 25 30 '511 562 kärna även i högspänningstransformatorer, under förutsättning- en att problemet med att kunna anordna en tillräckligt stor kärna lösts, vilket alltså sker enligt uppfinningen genom att använda en segmenterad kärna. Därigenom uppnås i sin tur fördelen att det blir möjligt att tillämpa teknik som tidigare endast är känd från lágspänningsomràdet och elektroniken.

Som ett ytterligare kännetecken anges att högspän- ningskabeln är av ett slag som innefattar en kärna med ett flertal kardeler, ett kärnan omslutande inre halvledande skikt, ett det inre halvledande skiktet omslutande isolerande skikt och ett det isolerande skiktet omslutande yttre halvle- dande skikt. Slutligen anges att högspänningskabeln företrä- desvis har en diameter som ligger i intervallet 20-200 mm och en ledningsarea som ligger i intervallet 80-3000 mmz.

Ett särskilt fördelaktigt särdrag anges i patentkra- vet 5, enligt vilket kärnan är väsentligen ringformad. Denna utformning har fördelen att ge en kortare magnetisk väg än en kärna med rektangulär form och en bättre flödesfördelning i kärnan. En ringformad kärna med en kortare magnetisk väg än en traditionell kärna har bl a fördelen att en mindre mängd den blir lättare och billigare, samt den material gär àt, medför mindre effektförluster och således högre verkningsgrad.

Enligt ytterligare ett särskilt fördelaktigt särdrag har kärnan har en väsentligen toroid form. Vid en toroid kärna kan spolen fördelas jämnt runt hela kärnan, vilket har förde- len att minska problemen med oönskade magnetfält. En hög symmetri är dessutom gynnsamt då det magnetiska fältet avtar snabbare med avståndet.

Transformatorn/reaktorn uppvisar enligt en utförings- form särdragen att kärnan innefattar ett fönster, vilket har väsentligen cirkulär form och att kärnans ringform är cirku- lär. Som ett alternativ kan kärnan innefatta ett fönster, vilket är väsentligen ellipsformat och kärnans ringform vara elliptisk. Kärnan kan även uppvisa rektangulär form. 10 15 20 25 30 35 511362 vilket utgör en fördel i sig.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform utgörs kärnan av fyra segment, två raka segment och två segment formade som ringhalvor, varvid de två segmenten formade som ringhalvor förenas med varandra via de två raka segmenten.

Denna utföringsform, liksom den elliptiska, har fördelen att kunna användas även i trånga utrymmen. genom att ett segment har minst en utskjutande plåt, vilken infogas i motsvarande lucka, mellan plåtar, anordnad i närmast angränsande segment varvid ett omlott-förband bildas. transformatorer där lindningen består av kabel, dvs högspänd elektrisk ledare, transformatorer/reaktorer med kabellindning.

För en bättre förståelse av uppfinningen kommer nu tre utföringsexempel att beskrivas i detalj, varvid hänvisning görs till bifogade ritningar, på vilka: Pig. s11 562 Fig. 2 visar en schematisk vy av en andra utförings- form av uppfinningen, Fig. 3 visar en schematisk vy av en tredje utförings- form av uppfinningen, Fig. 4 visar en schematisk vy av en fjärde utförings- 5 I form av uppfinningen, Fig. 5 visar en genomskärning av ett segment till en ¿ kärna enligt föreliggande uppfinning, och ._ Fig. 6 visar en tvärsnittsvy av en högspänningskabel. 5 10 En principskiss av föreliggande uppfinning, vilken även utgör en första utföringsform, visas schematiskt i figur :É 1. Vi ser här en transformatorkärna 1, vilken lika gärna kan ïå vara en reaktorkärna, försedd med en lindning 2 gående genom ÉÄ ett väsentligen cirkulärt fönster 5. Kärnan är uppbyggd av ett :É 15 relativt stort antal segment 4, för vilka endast en hänvis- :g ningssiffra används. Segmenten är företrädesvis likadana, då 1 ynpunkt, men skulle detta är fördelaktigt från tillverkningss de med vissa skillnader, om så befinns Varje segment även kunna vara utforma Närmare bestämt visas 18 segment. lämpligt. s ovanpå varandra på 20 består av ett antal plåtar 3 som lagrat Ett exempel på hur dessa plåtar kan m illustrerar en genom- ett i sig känt sätt. lagras på varandra visas 1 figur 5, so immas plåtarna mot dra erhålls en s skärning av ett kärnsegment. Vanligen l tt lagra plåtar ovanpå varan varandra. Genom a n användas, av vilka 25 k laminerad kärna. Olika fogmetoder ka alltså endast en möjlig metod illustreras i figur 5. En annan möjlig fogmetod är t ex s k step lap.

De enskilda plåtarna illustr erade i utföringsformen i figur 1 har en form motsvarande en parallelltrapets. Detta ligen är polygon. Vid ett 30 innebär att kärnans ”ring”-form egent ll, kan emellertid relativt stort antal segment, som i detta fa en ringform, eller toroid vilket är fallet när det gäller d en polygon form. kärnans tvärsnitt, approximeras me Det bör påpekas att med orden ring, cirkulärt fönster irkulärt tvärsnitt och 35 och toroid, vilken innefattar ett c vilka samtliga avser kärnan, avses i detta sammanhang således lO 15 20 25 30 35 ,_____í________________ 511V 362 inte endast en geometriskt cirkel, Kärnan ll Segmenten i denna kärna En tredje utforingsform av karnan visas 1 Fig 3 Den segmenterade karnan 21 bestar här endast av tvà segment, i form av två ringhalvor 23, 24, vilka sammanfogats till en kärna med väsentligen cirkulärt fönster 25.

Den fjärde utföringsformen illustreras i Fig. 4, av vilken framgår att kärnan 31 foreträdesvis består av fyra 37 och tvâ segment 33, 34 Således är det tänkbart att utforma segmenten med en del plåtar som skjuter ut utanför segmentets egentliga sida, dvs den sida som är vänd mot ett angränsande segment, och vilka infogas i motsvarande luckor, mellan plåtar, anordnade i närmast angränsande seg- ments motsvarande sida, och vice versa, så att plåtar i 511 362 10 15 20 25 30 35 angränsande segment går omlott. På detta sätt erhålls ett förband mellan plàtarna i två angränsande segment vilket är uppbyggt på motsvarande sätt som det exempel på förband inuti ett segment som illustreras i Pig. 5. Som ett alternativ kan speciella fästanordningar användas, t ex klämmor, byglar, skruvar eller motsvarande.

En fördel med en segmenterad kärna är att den kan innehålla invändiga kanaler för ett kylmedium. Dessa kanaler kan t ex utgöras av mellanrum 17 som kan anordnas mellan plåtarna vid lamineringen. Som ett alternativ kan rör för ett kylmedium installeras i segmenten redan vid lamineringen av plätarna. Ett annat alternativ är att i efterhand borra kanaler genom segmenten. Det skulle härvidlag vara möjligt att låta segmenten hållas ihop av de invändiga kylkanalerna på så sätt att angränsande segment hålls ihop genom att åtminstone ett segment är försett med en kylkanal avslutad med en utskju- tande rörände, vilken är utformad för att förbindas med en motsvarande rörände avslutande kylkanalen hos ett angränsande segment.

Slutligen visas i Fig. 6 ett tvärsnitt av en högspän- ningskabel 6, vilken är särskilt lämpad att användas i uppfin- ningen. Högspänningskabeln 6 innefattar ett antal kardeler 7 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar (Cu). Dessa kardeler är anordnade i mitten av högspänningskabeln. Runt kardelerna 7 finns anordnat ett första halvledande skikt 8.

Runt detta första halvledande skikt 8 finns anordnat ett isolationsskikt 9, t ex PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 9 finns i sin tur anordnat ett andra halvledande skikt 10. Den illustrerade kabeln skiljer sig från konventionell högspän- ningskabel genom att det yttre mekaniskt skyddande höljet samt den metallskärm som normalt omger en sådan är eliminerade.

Begreppet högspänningskabel i föreliggande ansökan behöver således ej innefatta den metalliska skärm och det skyddshölje som normalt omger en dylik kabel för kraftdistribution.

De ovan illustrerade och beskrivna utföringsformerna skall endast anses utgöra exempel och uppfinningen skall ej 10 15 20 511362 anses begränsad till dessa, utan kan varieras inom ramen för definieras i de efterföljande stål, t.ex amorft stål.

Slutligen bor namnas att uppfinningen naturligtvis aven kan tillampas pa en 3-fas transformator/reaktor genom

Claims (21)

5 E 5 l0 15 20 25 30 35 0034 97 3-3 1 1 3f52 io Patentkrav

1. Transformator/reaktor innefattande en magnetkärna och minst en lindning, kännetecknad av att lindningen är av ett slag som innefattar en kärna med ett flertal kardeler (7), ett kärnan omslutande inre halvledande skikt (8), ett det inre halvledan- de skiktet omslutande isolerande skikt (9) och ett det isole- rande skiktet omslutande yttre halvledande skikt (10), samt av att magnetkärnan (1; ll; 21; 31) utgörs av minst två segment (4; 14; 23,24; 33,34,36,37).

2. Transformator/reaktor i enlighet med kravet 1, kännetecknad av att lindningen utgörs av högspänningskabel (6).

3. Transformator/reaktor i enlighet med kravet 2, kännetecknad av att högspänningskabeln (6) har en diameter som ligger i intervallet 20-200 mm och en ledningsarea som ligger i inter- vallet so-3000 mmz.

4. Transformator/reaktor i enlighet med något av föregående krav, kännetecknad av att magnetkärnan (1; 11; 21) är väsent- ligen ringformad.

5. Transformator/reaktor i enlighet kravet 4, kännetecknad av att magnetkärnan (1; 11; 21) innefattar ett fönster (5; 15; 25), vilket har väsentligen cirkulär form och att magnetkär- nans ringform är cirkulär.

6. Transformator/reaktor i enlighet kravet 4, kännetecknad av att magnetkärnan innefattar ett fönster, vilket är väsentligen ellipsformat och att magnetkärnans ringform är elliptisk.

7. Transformator/reaktor i enlighet med något av kraven 1-3, kännetecknad av att magnetkärnan (31) utgörs av fyra segment, tvà raka segment (36,37) och två segment (33,34) formade som lO 15 20 25 30 35 511362 ringhalvor, varvid de två segmenten formade som ringhalvor förenas med varandra via de två raka segmenten.

8. Transformator/reaktor i enlighet med något av föregående krav, kännetecknad av att magnetkärnan (1; 11; 21) har en väsentligen toroid form.

9. Transformator/reaktor i enlighet med något av kraven 1-3, kânnetecknad av att magnetkärnan har rektangulär form.

10. Transformator/reaktor i enlighet med något av kraven 1-6, 9-10, kânnetecknad av att magnetkärnan (21) utgörs av två segment (23,24).

11. Transformator/reaktor i enlighet med något av föregående krav, kännetecknad av att varje segment innefattar flera plåtar (3) och att magnetkärnan är uppbyggd som en laminerad magnetkärna.

12. Transformator/reaktor i enlighet med krav 11, kännetecknad av att plåtarna (3) består av magnetiskt orienterat stål.

13. Transformator/reaktor i enlighet med kravet 12, känneteck- nad av att antalet segment är tillräckligt stort för att den magnetiska orienteringsriktningen ej skall gå förlorad.

14. Transformator/reaktor i enlighet med kravet 11, känneteck- nad av att plåtarna (3) består av amorft stål.

15. Transformator/reaktor i enlighet något av kraven 11-14, kännetecknad av att angränsande segment hålls ihop genom att ett segment har minst en utskjutande plåt, vilken infogas i motsvarande lucka, mellan plåtar, anordnad i närmast angrän- sande segments motsvarande sida varvid ett omlott-förband bildas. ).._..._.._..-... ' 'lflll ' 11111) \Tïïfltllllh)(rïllw r) |:|~ Arnwnwfl mun »www HM f: mi U I» 511 562 10 15 20 25 30 35 12.

16. Transformator/reaktor i enlighet med något av föregående krav, kânnetecknad av att den innefattar fästanordningar, företrädesvis klämmor eller skruvar, för förbindning av segmenten.

17. Transformator/reaktor i enlighet med något av föregående krav, kännetecknad av att den segmenterade magnetkärnan innehåller invändiga kanaler (17) för ett kylmedium.

18. Transformator/reaktor i enlighet med kravet 17, känneteck- nad av att angränsande segment hàlls ihop genom att åtminstone ett segment är försett med en kylkanal (17) avslutad med en utskjutande rörände, vilken är utformad för att förbindas med en motsvarande rörände avslutande kylkanalen hos ett angrän- sande segment.

19. Transformator i enlighet med något av föregående krav, kännetecknad av att transformatorn är en torrtransforma- tor/torreaktor.

20. Förfarande vid tillverkning av en transformator/reaktor innefattande en magnetkärna och minst en lindning, känneteck- nat av att steget att tillverka en magnetkärna (1; 11; 21; 31) innefattande minst två segment (4; 14; 24,25; 33,34,36,37), vilka sammanfogas till nämnda magnetkärna, och steget att installera en lindning på nämnda magnetkärna, vilken lindning innefattar en kärna med ett flertal kardeler (7), ett kärnan omslutande inre halvledande skikt (8), ett det inre halvledan- de skiktet omslutande isolerande skikt (9) och ett det isole- rande skiktet omslutande yttre halvledande skikt (10).

21. Förfarande i enlighet med kravet 20, kännetecknat av att magnetkärnans lindningar utgörs av högspänningskabel, vilken monteras på segmenten innan segmenten monteras ihop för bildande av magnetkärnan. nu