SE512105C2 - Ställverksstation - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 512.105 Lindningen kan i vissa utföranden vara luftlindad men inne- fattar i regel en magnetisk kärna av laminerad, normal eller orienterad, plåt eller annat, till exempel amorft eller pulverbaserat, material eller annan åtgärd i avsikt att tillåta växelflöde och en lindning. Ofta inbegriper kretsen någon form av kylsystem m m.

För att kunna sätta_in en krafttransformator/reaktor enligt uppfinningen i sitt rätta sammanhang och därmed kunna be- skriva det nytänkande som uppfinningen innebär och de förde- lar som uppfinningen besitter relativt teknikens ståndpunkt, skall nedan först ges en relativt fyllig beskrivning av en krafttransformator som den utförs idag och de begränsningar och problem som finns när det gäller beräkning, konstruk- tion, isolation, jordning, tillverkning, användning, test- ning, transport m m av dessa transformatorer.

En konventionell krafttransformator innefattar en transfor- matorkärna nedan kallad kärna, ofta av laminerad orienterad plàt, vanligtvis av kiseljärn. Kärnan består av ett antal kärnben förbundna med ok som tillsamans bildar ett eller flera kärnfönster. Transformatorer med en sådan kärna kallas ofta kärntransformatorer. Runt kärnbenen finns ett antal lindningar som i. regel benämns som primär-, sekundär- och reglerlindning. När det gäller krafttransformatorer är dessa lindningar praktiskt taget alltid koncentriskt anordnade och distribuerade utefter kärnbenens längd. Kärntransformatorn har i regel cirkulära spolar samt avtrappad bensektion för att så nära som möjligt fylla ut spolarna. Även andra typer av kärnkonstruktioner är kända, t ex de som ingår i så kallade manteltransformatorer. Dessa är ofta ut- formade med rektangulära spolar och rektangulär bensektion.

Konventionella. krafttransformatorer, i den lägre delen. av ovannämnda effektomràde, utförs ibland med luftkylning för 10 15 20 25 30 35 512 105 att föra bort de oundvikliga egna förlusterna. För att skyd- da mot beröring och eventuellt för att reducera transforma- torns yttre magnetfält är den då ofta försedd med ett yttre hölje försett med ventilationsöppningar.

De flesta konventionella krafttransformatorer är dock olje- kylda. Ett av skälen till detta är att oljan dessutom har den mycket viktiga funktionen som isolationsmedium. En olje- kyld och oljeisolerad krafttransformator är omgiven av en yttre låda, framgår, ställs mycket stora krav på. som det av' den nedan följande beskrivningen Den följande delen av beskrivningen kommer till större delen att vara hänförbar till oljefyllda krafttransformatorer.

Transformatorns lindningar bildas av en eller flera serie- kopplade spolar uppbyggda av ett antal seriekopplade varv.

Spolarna är dessutom försedda med en särskild anordning för att kunna medge omkoppling med hjälp av skruvförband eller mera ofta med hjälp av en särskild i anslutning till lådan manövrerbar omkopplare. För det fall omkoppling kan ske för en transformator under spänning benämnes omkopplaren lind- ningskopplare nædan den i annat fall benämnes omsättnings- kopplare.

När det gäller oljekylda och oljeisolerade krafttransforma- torer i det övre effektomràdet är lindningskopplarnas bryt- element placerade i särskilda oljefyllda behållare med di- rekt anknytning till transformatorns låda. Brytelementen ma- növreras rent mekaniskt via en nwtordriven roterande axel och anordnade så att man får en snabb rörelse vid omkopp- lingen vid öppen kontakt och en långsammare rörelse när kon- takten skall slutas. Lindningskopplarna som sådana är dock placerade i själva transformatorlådan. Vid manövreringen uppstår ljusbågar och gnistbildning. Detta leder till degra- dering av oljan i behàllarna. För att få ndndre ljusbågar 10 15 20 25 30 35 512 105 och därmed även mindre sotbildning och mindre slitage pà normalt kopplade till Detta beror pä att de kontakterna är lindningskopplarna transformatorns högspänningssida. strömmar som behöver brytas respektive kopplas är mindre på högspänningssidan än om lindningskopplarna skulle vara an- slutna till làgspänningssidan. Felstatistik på konventionel- la oljefyllda krafttransformatorer 'visar att det ofta är lindningskopplare som ger upphov till fel.

I det lägre effektomrädet av' oljekylda och oljeisolerade krafttransformatorer är både lindningskopplarna och deras brytelement placerade inuti làdan. Detta innebär att ovan nämnda problem med degradering av oljan p g a ljusbägar vid manövrering m m drabbar hela oljesystemet.

Vad. beträffar pàlagd eller inducerad spänning kan man i stora drag säga att en spänning som stationärt ligger över en lindning fördelar sig lika på varje varv av lindningen, d v s att varvspänningen är lika på samtliga varv.

Ur elektrisk potentialsynpunkt är dock situationen helt an- norlunda. Den ena änden av en lindning är i regel ansluten till jord. Detta innebär dock att den elektriska potentialen hos varje varv ökar linjärt från praktiskt taget noll hos det varv som ligger närmast jordpotentialen upp till en po- tential hos de varv som finns vid lindningens andra ände som motsvarar den pàlagda spänningen. Denna potentialfördelning bestämmer isolationssystemets uppbyggnad eftersom man mäste ha tillräcklig isolation både mellan intilliggande varv hos lindningen och mellan varje varv och jord. varven i en enskild spole är normalt sammanförda till en geometrisk sammanhängande enhet, fysiskt avgränsad från de övriga spolarna. Avståndet mellan spolarna bestäms också av den dielektriska pàkänningen som kan tillåtas uppträda mel- lan spolarna. Detta innebär således att det även krävs ett l0 15 20 25 30 35 512 105 visst isolationsavstånd mellan spolarna. Enligt ovan krävs på samma sätt tillräckliga isolationsavstånd också till öv- riga elektriskt ledande föremål som befinner sig i det elek- triska fältet från den i spolarna lokalt uppträdande elek- triska potentialen.

Det framgår således av det ovan anförda att för de enskilda spolarna är spänningsskillnaden internt nællan fysiskt när- liggande ledarelement relativt låg medan spänningsskillnaden utåt mot andra nætallföremål, här inbegripet övriga spolar, kan vara relativt hög. Spänningsskillnaden bestäms dels av den, genom magnetisk induktion, inducerade spänningen, samt dels av de kapacitivt fördelade spänningarna som kan uppträ- da från ett anslutet yttre elsystem på transformatorns yttre anslutningar. Till de spänningstyper som kan komma in ex- ternt kan förutom driftspänning räknas åsköverspänningar och kopplingsöverspänningar.

I spolarnas strömledare uppstår tillsatsförluster p g a det magnetiska läckfältet runt ledaren. För att hålla dessa för- luster så låga som möjligt, speciellt för krafttransformato- rer i det övre effektområdet är ledarna normalt uppdelade i ofta benämnda kardeler. Dessa kardeler måste transponeras enligt ett antal, vid drift parallellkopplade, ledarelement, ett sådant :mönster att den inducerade spänningen i varje kardel blir så lika som möjligt och så att skillnaden i in- ducerad spänning mellan varje par av kardeler blir så liten son1 möjligt för att internt cirkulerande strömkomponenter kan hållas nere på en ur förlustsynpunkt rimlig nivå.

Vid konstruerandet av transformatorer enligt känd teknik gäller generellt att man strävar efter att ha så stor mängd ledarmaterial som möjligt inom en given area begränsad av det s k transformatorfönstret, allmänt omtalat som att ha en hög fyllfaktor som möjligt. Inom det tillgängliga utrymmet skall förutom ledarmaterialet även finnas spolarnas tillhö- s mik I 10 15 20 25 30 35 512.105 rande isolationsmaterial, dels internt mellan spolarna och dels till övriga metalliska komponenter inklusive den magne- tiska kärnan.

Isolationssystemet dels inom en spole/lindning och dels mel- lan spolar/lindningar och övriga netalldetaljer är normalt utformat som en fast cellulosa- eller lackbaserad isolation närmast det enskilda_ledarelementet samt där utanför av fast cellulosa och flytande, eventuellt också gasformig, isola- tion. Lindningar med isolation och eventuella stagningsdelar representerar på detta sätt stora volymer som kommer att ut- sättas för höga elektriska fältstyrkor som uppträder i och kring de aktiva elektromagnetiska delarna hos transforma- torn. För att kunna förutbestämma de dielektriska påkänning- arna som uppstår och uppnå en dimensionering med minimal risk för sammanbrott, krävs god kännedom om isolationsmate- rialens egenskaper. Det är också viktigt att åstadkomma en sådan omgivande miljö att den inte förändrar eller nedsätter isolationsegenskaperna.

Det idag förhärskande isolationssystemet för högspända krafttransformatorer består av cellulosamaterial som den fasta isolationen och transformatorolja som den flytande isolationen. Transformatoroljan är baserad på s k ndneral- olja.

Transformatoroljan har en dual funktion eftersom den också förutom den isolerade funktionen aktivt medverkar till kyl- ning av kärna, lindning m m genom borttransport av transfor- matorns förlustvärme. Oljekylning kräver yttre kylelement, expansionskoppling m m.

Den elektriska förbindelsen mellan transformatorns yttre an- slutningar och de närmast anslutna spolarna/lindningarna benämnes genomföring syftande till en konduktiv förbindelse genom den làda som vid oljeförsedda krafttransformatorer om- 10 15 20 25 30 35 512.105 ger själva transformatorn. Genomföringen år oftast en sepa- rat komponent fixerad vid lådan och är byggd för att klara förekommande isolationskrav både pà làdans utsida och insida samtidigt som den skall kunna tåla aktuella strömbelast- ningar och därav följande strömkrafter. Det skall påpekas att samma krav på isolationssystemet som ovan beskrivits vad gäller lindningar även gäller för erforderliga interna för- bindningar mellan spolar, mellan genomföringar och spolar, skilda typer av omkopplare och genomförningarna som sådana.

Samtliga metalliska komponenter inuti en krafttransformator är normalt anslutna till en given jordpotential med undantag för de strömförande ledarna. Härigenom undvikes risken för oönskad och svårkontrollerad potentialhöjning till följd av kapacitiv spänningsfördelning mellan strömledare på hög po- tential och jord. En sådan oönskad potentialhöjning kan ge upphov till partiella urladdningar, så kallad glimning.

Glimning kan avslöjas vid de normala leveransproven, vilka delvis sker vid, jämfört med märkdata, förhöjd spänning och frekvens. drift.

Glimning kan ge upphov till skador under normal De enskilda spolarna i en transformator måste ha en sådan mekanisk dimensionering att de kan utstå förekommande påkän- ningar till följd av uppträdande strömmar och därav följande strömkrafter under ett kortslutningsförlopp. Normalt utföres spolarna så att uppträdande krafter tas upp inom varje en- skild spole, vilket i sin tur kan medföra att spolen inte kan cüflænsioneras optimalt för sin normala funktion under normal drift.

Inom ett snävt spännings- och effektområde av oljefyllda krafttransformatorer är lindningarna utformade som s k band- lindningar. Detta innebär att de tidigare omtalade enskilda ledarna har ersatts av tunna band. Bandlindande krafttrans- 10 15 20 25 30 35 512 105 formatorer tillverkas för spänningar upp till 20-30 kV och för effekter upp till 10-30 MW.

Isolationssystemet hos krafttransformatorer inom det övre effektområdet kräver föruton\ en relativt komplicerad, upp- byggnad även speciella tillverkningsåtgärder för att pà bästa sätt utnyttja isolationssystemets egenskaper. För att god isolation skall uppnås skall isolationssystemet ha låg fukthalt, den fasta delen av isolationen skall vara väl imp- regnerad med den omgivande oljan och risken för kvarvarande "gas"-fickor i den fasta delen måste vara minimal. För att säkerställa detta genomföres under tillverkningen, en speci- ell tork- och impregneringsprocess på en komplett kärna med lindningar innan den sättes ned i en låda. Efter denna tork- nings- och impregneringsprocess sätts transformatorn ned i lådan som sedan förslutes. Innan påfyllning av olja sker måste lådan med nedsänkt transformator tömmas på all luft.

Detta sker i samband med en speciell vakuumbehandling. När detta har verkställts sker påfyllning av olja.

För att kunna erhålla utlovad livslängd m m krävs i samband med vakuumbehandlingen utpumpning till i det närmaste abso- lut vakuum. Detta förutsätter således att lådan som omger transformatorn konstrueras för fullt vakuum, vilket innebär väsentlig åtgàng av material och tillverkningstid.

Om det i en oljefylld krafttransformator sker elektriska ur- laddningar eller om det uppkommer en lokal väsentlig höjning av temperaturen hos någon del av transformatorn, sönderde- las oljan och gasformiga produkter löses i oljan. Transfor- matorerna förses därför i regel med övervakningsanordningar för detektering av gas som lösts i oljan.

Av 'viktskäl transporteras stora krafttransformatorer utan olja. Montage av transformatorn på plats hos en kund kräver i sin tur förnyad vakuumbehandling. Detta år dessutom en 10 15 20 25 30 35 512.105 process som dessutom näste upprepas varje gång lådan har öppnats för någon åtgärd eller inspektion.

Det är uppenbart att dessa processer är mycket tidskrävande och kostnadskrävande och utgör en väsentlig del av den tota- la tiden för tillverkning och reparation samtidigt som den kräver tillgång till omfattande resurser.

Isolationsmaterialet i konventionella krafttransformatorer utgör en stor del av transformatorns totala volym. För en krafttransformator i det övre effektområdet kan oljemängder i storleksordningen 100-tals kubikmeter transformatorolja förekomma. Oljan som uppvisar viss likhet med dieselolja är lättflytande och uppvisar en relativt låg flampunkt. Det är således uppenbart att olja tillsammans med cellulosan utgör en icke försumbar brandrisk vid oavsiktlig upphettning, ex- empelvis vid ett internt överslag och med av detta förorsa- kat oljespill.

Det är också uppenbart att det, speciellt vid oljefyllda krafttransformatorer, finns ett mycket stort transport- problem. En sådan i det övre effektområdet kan ha en vikt upp till 30-40 ton. Det inses att transformatorns yttre kon- struktion ibland måste anpassas till den aktuella transport- profilen, d v s för eventuell passage av broar, tunnlar m m.

Nedan följer en kort sammanfattning av teknikens ståndpunkt vad avser oljefyllda krafttransformatorer och av vad som kan beskrivas som begränsnings- eller problemområden för dessa: En oljefylld krafttransformator i vilken skall inrymmas en transformator bestående av en transformatorkärna med spo- - innefattar en yttre låda lar, olja för isolering och kylning, mekaniska staganord- ningar av olika slag m m. Det ställs mycket stora meka- 512.105 10 niska krav' på lådan, transformator, eftersom den, utan olja næn næd skall kunna vakuumbehandlas till så gott som fullt vakuum. Lådan kräver nycket omfattande till- 5 verknings och provningsprocesser och de stora utvändiga problem. måtten hos lådan nedför också i regel stora transport- innefattar för_ större effekter en så kallad tryckoljekylning. Detta kylförfarande kräver 10 till oljepump, yttre kylelement, koppling m m. tillgång expansionskärl och innefattar en elektrisk förbindelse 'mellan transforma- torns yttre 15 anslutningar och de närmast anslutna spolar- dan. na/lindningarna i form av en genomföring fixerad vid lå- Genomföringen är byggd för att klara förekommande 20 isolationskrav både på lådans utsida och insida. innefattar spolar/lindningar vars ledare år uppdelade i ett antal ledarelement, parter, som måste transponeras på ett sådant sätt att den inducerade spänningen i 'varje ducerad spänning mellan varje par av par som möjligt. 25 part blir så lika som möjligt och så att skillnaden i in- ter blir så liten innefattar ett isolationssystem dels inom en spole/lindning och dels mellan spolar/lindningar och öv- riga metalldetaljer som är utformat som en fast cellu- losa- eller lackbaserad isolation närmast det enskilda 30 ledarelementet samt där utanför av fast cellulosa flytande, eventuellt också gasformig, och isolation. Det är dessutom synnerligen viktigt att isolationssystemet upp- visar en mycket låg fukthalt. 10 15 20 25 30 35 512.105 ll - innefattar sonx en integrerad del en oljeomgiven. lind- ningskopplare vilken i regel âr kopplad till transforma- torns högspänningslindning för spänningsreglering. - innefattar olja som kan medföra en icke försumbar brand- risk i samband med inre partiella urladdningar, s k glim- ning, gnistbildning i. lindningskopplare cxfil andra fel- tillstànd. - innefattar i regel en övervakningsanordning för löst gas i oljan som uppstår vid elektriska urladdningar i denna eller vid lokala temperaturhöjningar. - innefattar olja som vid skada eller olycksfall kan resul- tera i oljeutsläpp medförande omfattande miljöskada. följaktligen att som en konsekvens Ovanstående redovisning påvisar dagens ställverksstationer av utförandet av transformatorerna/reaktorerna lämnar mycket övrigt att önska. Det pàpekas också att ställverksstationen vad beträf- far utformningen av dess ställverk i åtminstone vissa utfö- randeformer är mycket skrymmande och därmed kostsam.

Det pàpekas att med begreppet ställverksstation här avses en station, som är avsedd för samling och/eller fördelning av elektrisk energi och innefattar för denna verksamhet erfor- derlig utrustning för bland annat koppling och övervakning.

A N V F N Syftet med föreliggande uppfinning är primärt att åstadkomma en ställverksstation, vid vilken àtminstone någon eller nagra av de ovan diskuterade nackdelar, som vidlàder känd teknik, eliminerats. wa.. 10 15 20 25 30 35 -512 105 12 Det primära syftet uppnås med hjälp av en anordning av det slag som definieras i efterföljande krav, och då närmast i kravet 1.

I vid bemärkelse konstateras att den uppfinningsenliga ut- formningen genom att den skapar möjlighet att i huvudsak in- nehàlla det pà grund av nämnda elektriska ledare uppstàende elektriska fältet i isolationssystemet reducerar uppkommande förluster så att följaktligen anordningen kan fungera med en högre verkningsgrad. Reduktionen av förlusterna ger i. sin tur upphov till lägre temperatur i anordningen, vilket redu- cerar kylbehovet och gör att eventuellt förekommande kylan- ordningar kan utformas enklare än. i avsaknad av uppfin- ningen.

Den. uppfinningsenliga ledaren/isolationssystemet låter sig förverkligas såsom en böjlig kabel, något som innebär vä- sentliga fördelar vad avser tillverkning och wmntering jäm- fört med hittills konventionella styva lindningar i prefab- ricerad form. Det enligt uppfinningen använda isolationssys- temet innebär dessutom avsaknad av gas- och vätskeformiga isolationsmedier.

Vad beträffar uppfinningsaspekten som krafttransformator/ reaktor eliminerar uppfinningen framför allt behovet av ol- jefyllning av krafttransformatorerna och därav följande problem och nackdelar.

Utformningen av lindningen så att den utmed åtminstone en del av sin längd innefattar en isolering bildad av ett fast isoleringsmaterial, innanför denna isolering ett inre skikt och utanför isoleringen ett yttre skikt med dessa skikt av halvledande material skapar möjlighet att innehålla det elektriska fältet i. hela anordningen inom lindningen. Med det här använda uttrycket "fast isoleringsmaterial" avses 10 15 20 25 30 35 512 .105 13 att lindningen skall sakna vätske- eller gasformig isole- ring, till exempel i forni av' olja. Istället avses isole- ringen vara bildad av ett polymert material. Ocksà det inre och yttre skiktet är bildade av ett polymert material, dock ett halvledande sådant.

Det inre skiktet och den fasta isoleringen är fast förbundna med varandra över väsentligen hela gränsytan. Även det yttre skiktet och den fasta isoleringen är fast förbundna med var- andra över väsentligen hela gränsytan däremellan. Det inre skiktet fungerar potentialutjämnande och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet som Det yttre skiktet avses likaledes vara utformat av ett halvledande ma- en konsekvens av dess halvledande egenskaper. terial och har åtminstone en elektrisk konduktivitet som är högre än den hos isolationen för att det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt làg potential skall förmà dels att fungera potentialutjämnande, dels att i huvudsak innehålla det pá grund av nämnda elektriska ledare uppstàende elektriska fältet innanför det yttre skiktet. Å andra sidan bör det yttre skiktet ha en resistivitet som är tillräcklig för att minimera de elektriska förlusterna i detsamma.

Den fasta förbindningen mellan isoleringsmaterialet och de inre och yttre halvledande skikten skall vara sà likformig över väsentligen hela gränsytan att inga kaviteter, porer eller dylikt uppstår. Vid de höga spänningsnivàer som avses enligt uppfinningen kommer den elektriska och termiska be- lastningen som kan uppstà att ställa synnerligen höga krav pà isoleringsmaterialet. Det är känt att sä kallade partial discharges, PD, generellt utgör ett allvarligt problem för isoleringsmaterial vid högspänningsanläggningar_ Om kavite- ter, porer eller dylikt uppstår kan vid höga elektriska spänningar inre koronaurladdningar uppstå, varvid isole- ringsmaterialet gradvis bryts ned och detta till slut kan ifiii r bean 10 15 20 25 30 35 512. 105 14 leda till elektriskt genomslag genom isoleringen. Detta kan medföra allvarliga haverier hos den elektromagnetiska anord- ningen. Isoleringen bör således vara homogen.

Det inre skiktet innanför isoleringen skall ha en elektrisk ledningsförmåga som år lägre än den hos den elektriska leda- ren næn tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialutjämnande_ och därmed utjämnande vad avser det elektriska fältet utanför det inre skiktet. Detta i kombina- tion med den fasta förbindningen av det inre skiktet och isoleringen över väsentligen hela gränsytan, det vill säga frånvaron av kaviteter etc, innebär ett väsentligen likfor- migt elektriskt fält utanför det inre skiktet och minimal risk för PD.

Det föredrages att det inre skiktet och den fasta isole- ringen utgörs av material med väsentligen lika termiska ut- vidgningskoefficienter. Detsamma föredras vad beträffar det yttre skiktet och den fasta isoleringen. Detta innebär att de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen kommer att bilda ett isolationssystem som vid temperaturförändring- ar utvidgar sig respektive drar sig samman likformigt såsom en monolitisk del utan att dessa temperaturförändringar ger upphov till någon destruktion eller söndring i gränsytorna.

Således säkerställs intimitet i kontaktytan mellan de inre och yttre skikten och den fasta isoleringen och förutsätt- ningar för att vidmakthålla denna intimitet under långa driftsperioder.

Det påpekas vidare att det är väsentligt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har hög elasticitet så att materialen förmår utstå de påfrestningar som uppstår när kabeln böjs och när kabeln under drift ut- sätts för termiska påkänningar. Speciellt viktig är en god vidhäftning mellan den fasta isoleringen och de inre och yttre skikten och en hög elasticitet hos dessa skikt respek- 10 15 20 25 30 35 512 105 15 tive den fasta isoleringen för den händelse materialen i skikten och den fasta isoleringen icke skulle vara av vä- sentligen lika värmeutvidgningskoefficienter. Dessutom är det fördelaktigt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har väsentligen lika elasticitet (E-modul), skjuvspänningar i gränszonen mellan skikten och den fasta något som kommer att motverka uppkomsten av isoleringen.

Det påpekas vidare att det är väsentligt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har hög elasticitet så att materialen förmår utstå de påfrestningar som uppstår när kabeln böjs och när kabeln under drift utsättes för termiska påkänningar. Speciellt viktig är en god vidhåftning mellan den fasta isoleringen och de inre och yttre skikten och en hög elasticitet hos dessa skikt respek- tive den fasta isoleringen för den händelse materialen i skikten och den fasta isoleringen icke skulle ha väsentligen lika värmeutvidgningskoefficienter. Dessutom är det fördel- aktigt att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen. har* väsentligen lika elasticitet, något som kommer att motverka uppkomsten av skjuvspänningar i gränszonen mellan skikten och den fasta isoleringen. Det fö- redrages att materialen i de inre och yttre skikten och i den fasta isoleringen har en E-modul som är mindre än 500 MPA, För att kunna bilda lindningar företrädesvis mindre än 200 MPA. kabeln är det Det föredrages att kabeln skall vara medelst väsentligt att dess böjlighet är god. kapabel att underkastas böjning, utan. menlig inverkan. pà funktionen, med en krökningsradie som är 20 gånger kabeldiametern eller mindre, lämpligen 15 gånger kabeldiametern eller mindre. Det föredrages att kabeln skall kunna gà att böja till en krökningsradie om fyra à fem gånger kabeldiametern eller till och med mindre. h: fi 10 l5 20 25 30 35 512 105 16 Den elektriska belastningen på isolationssystemet minskar som en följd av att de av halvledande material bestående in- re och yttre skikten kring isoleringen kommer att tendera att utgöra väsentligen ekvipotentiella ytor och att därige- nom det elektriska fältet i själva isoleringen kommer att fördelas relativt jämnt över isoleringens tjocklek.

Det är känt att högspänningskablar för överföring av elek- trisk energi kan vara uppbyggda av ledare med en isolering av ett fast isoleringsmaterial med inre och yttre skikt av halvledande material. Vid överföring av elektrisk energi så har man sedan länge tagit fasta på att isoleringen skall va- ra fri från defekter. Vid högspänningskablar för transmis- sion ändras dock ej den elektriska potentialen utmed kabelns längd utan potentialen ligger i princip på samma nivå. Dock kan även vid högspänningskablar för transmissionsbruk uppstå momentana pmtentialskillnader på grund av transienta för- lopp, såsom vid àsknedslag. Enligt föreliggande uppfinning utnyttjas vid den elektromagnetiska anordningen som lindning en böjlig kabel utformad enligt efterföljande krav.

En. ytterligare förbättring kan åstadkommas genom att den elektriska ledaren i lindningen är uppbyggd av ndndre sà kallade kardeler, av 'vilka åtminstone vissa är isolerade från varandra. Genom att göra dessa parter med relativt li- tet tvärsnitt, företrädesvis närmelsevis runt, så kommer det magnetiska fältet över parterna att uppvisa en konstant geo- metri i förhållande till fältet och uppkomsten av virvel- strömmar minimeras därmed.

Lindningen utgöres enligt uppfinningen således företrädesvis av en kabel innefattande den elektriska ledaren och det ti- digare beskrivna isolationssystemet, varvid dettas inre skikt omsluter ledaren. Utanför detta inre halvledande skikt finns kabelns huvudisolation i form av ett fast isoleringsmaterial. 10 15 20 25 30 35 51-2 1-05 17 Det yttre halvledande skiktet skall enligt uppfinningen upp- visa sådana elektriska egenskaper att en potentialutjämning utmed ledaren säkerställes. Dock får det yttre skiktet icke uppvisa sådana ledningsegenskaper att en ström kommer att ledas utmed ytan, vilket skulle ge uppkomst till förluster som i sin tur kan orsaka oönskad termisk belastning. För de inre och. yttre skikten gäller de motståndsuppgifter (vid (20%) efterföljande krav 5 och 6. För det inre halvledande skiktet gäller att det måste tillräcklig elektrisk ledningsförmàga för att säkerställa potentialutjämning för som definieras i uppvisa det elektriska fältet men samtidigt måste detta skikt upp- visa sådan resistivitet att inneslutningen av det elektriska fältet säkerställes.

Det är viktigt att det inre skiktet utjämnar oregelbundenhe- ter hos ledarens yta och bildar en ekvipotentialyta med hög ytfinish vid gränsytan mot den fasta isoleringen. Det inre skiktet kan bildas med varierande tjocklek men för att sä- kerställa en jämn yta med avseende på ledaren och den fasta isoleringen är tjockleken lämpligen mellan 0,5 och 1 mm.

En sådan böjlig lindningskabel som kommer till användning enligt föreliggande uppfinning 'vid dess elektromagnetiska anordning är en vidareutveckling av den i och för sig för transmissionsändamål använda PEX-kabeln eller en kabel med EP-gummiisolation. Vidareutvecklingen innefattar bland annat ett nytt utförande både vad den elektriska ledarens parter beträffar och också att kabeln, randen, icke avses ha något yttre hölje för mekaniskt skydd åtminstone vid vissa utfö- av kabeln. Dock är det möjligt enligt uppfinningen att utan- för det yttre halvledande skiktet anordnas en ledande me- tallskärm och en yttre nmntel. Metallskärmen kommer därvid att erhålla karaktären av' yttre mekaniskt och elektriskt skydd, exempelvis mot åsknedslag. Det föredrages att det in- 10 15 20 25 30 35 512 105 18 re halvledande skiktet kommer att ligga på den elektriska ledarens potential. För detta ändamål avses åtminstone en av den elektriska ledarens kardeler vara oisolerad och så an- ordnad att god elektrisk kontakt àstadkommes med det inre halvledande skiktet. Alternativt kan olika kardeler vara växelvis ledande med elektrisk kontakt mot det inre halvle- dande skiktet. Att tillverka transformator- eller reaktor- lindningar av en böjlig kabel enligt ovan innebär drastiska skillnader vad gäller den elektriska fältfördelningen mellan konventionella krafttransformatorer/reaktorer och en kraft- transformator/reaktor enligt uppfinningen. Den avgörande fördelen med en kabelformad lindning enligt uppfinningen är att det elektriska fältet är inneslutet i lindningen och att det således inte finns något elektriskt fält utanför' det yttre halvledande skiktet. Det av den strömförande ledaren àstadkomna elektriska fältet uppträder endast i. den fasta huvudisoleringen. Både ur konstruktions- och tillverknings- synpunkt innebär det väsentliga fördelar: - Transformatorns lindningar kan utformas utan att behöva ta hänsyn till någon elektrisk fältfördelning och den under teknikens ståndpunkt omtalade transformeringen av parter bortfaller.

- Transformatorns kärnkonstruktion kan utformas utan att behöva ta hänsyn till någon elektrisk fältfördelning.

- Det behövs ingen olja för elektrisk isolation av lind- ningen, det vill säga lindningens omgivande medium kan vara luft.

- Inga speciella anslutningar krävs för elektrisk förbin- delse mellan transformatorns yttre anslutningar och de närmaste anslutna spolarna/lindningarna eftersom den elektriska anslutningen till skillnad från konventio- nella anläggningar är integrerad med lindningen. 10 15 20 25 30 512105 19 - Den tillverknings- och. provningsteknologi sonl behövs för en krafttransformator enligt uppfinningen är vä- sentligt enklare än för en konventionell krafttransfor- mator/reaktor eftersonx de under teknikens ståndpunkt och vakuumbehand- beskrivna impregnerings-, torknings- lingarna med mera ej är behövliga.

Ovan har redan beskrivits hurusom det yttre halvledande skiktet hos lindningskabeln avses bli anslutet till jordpo- tential. Avsikten är därvid att skiktet utmed lindningska- belns hela längd skall hållas pà väsentligen jordpotential.

Det är möjligt att uppdela det yttre halvledande skiktet ge- nom avskärning i ett antal utmed lindningskabelns längd för- delade avsnitt, varvid varje enskilt skiktavsnitt kan anslu- tas direkt till jordpotential. Därmed skapas förutsättning för större likformighet utmed lindningskabelns längd.

Ovan har nämnts hurusom den fasta isoleringen och de inre och yttre skikten kan åstadkommas genom exempelvis extrude- ring. Andra tekniker är emellertid också väl möjliga, exem- pelvis bildning av dessa inre och yttre skikt respektive isoleringen med hjälp av pàsprutning av materialet ifràga.

Det föredrages att lindningskabeln utformas med ett cirku- lärt tvärsnitt. Dock kan också andra tvärsnitt komma till användning i fall där man önskar erhålla bättre packnings- täthet. 10 15 20 25 30 35 512 105 20 Under* hänvisning till bifogade ritningar följer nedan en närmare beskrivning av såsom exempel anförda utföranden av uppfinningen.

Pà ritningarna är: Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig 1 10 en vy visande den elektriska fältfördelningen kring en lindning hos en konventionell krafttransforma- tor/reaktor, en delvis skuren vy visande de i den aktuella modi- fierade standardkabeln ingående delarna, en perspektivisk vy illustrerande en utföringsform av en krafttransformator enligt uppfinningen, är en planvy över ett ställverk, är en sidovy av ställverket enligt figur 4, är en skuren sidovy illustrerande en oljefylld krafttransformator enligt tidigare teknik, en sidovy illustrerande en krafttransformator enligt uppfinningen, en planvy illustrerande en ställverksinstallation i en byggnad, en sektion genom byggnaden, en planvy liknande den i figur 8 men illustrerande en alternativ möjlighet vid en enligt uppfinningen utformad transformator, 10 15 20 25 30 35 512.105 21 Fig 11 ett vertikalt snitt genom byggnaden, Fig 12 en planvy av en byggnad inhysande en ställverkssta- tion som tänkes vara gasisolerad, Fig 13 och 14 en frontvy respektive en sidovy illustrerande i ett stâllverk ingående kopplingsutrustning, Fig 15 en perspektivisk och schematisk vy illustrerande hu- rusom ett flertal làdartade metallkapslingar koordi- nerats i och för bildande av en ställverksstation, Fig 16 en delvis skuren vy illustrerande hurusom elektriska ledare är täckta medelst ett elektriskt isolerande lager, och Fig 17 en schematisk vy illustrerande i sektion hurusom lindningar är förlagda i kärnfönstret hos en tran- sformator.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRANDEFORMER En viktig förutsättning för att kunna tillverka en nagnet- krets i enlighet med uppfinningen är att för lindningen an- vända en ledarkabel med fast elektrisk isolering, med ett inre halvledande skikt mellan isoleringen och en eller flera innanförliggande elektriska ledare och med ett yttre halvle-U dande skikt beläget utanför isoleringen. Sådana kablar finns som standardkablar för andra krafttekniska användningsområ- den, nämligen krafttransmission. För att kunna redogöra för en utföringsform skall inledningsvis ges en kortfattad be- skrivning av en standardkabel. Den inre strömförande ledaren består av' ett antal kardeler. Kring kardelerna finns ett Utanför detta halvle- dande inre skikt finns ett isolerande skikt av fast isole- halvledande inre skikt eller hölje. 10 15 20 25 30 35 .512 105 22 ring. Den fasta isoleringen bildas av ett polymert material med låga elektriska förluster och hög genomslagsstyrka. Så- som konkreta exempel må nämnas polyeten (PE) och då särskilt tvärbunden polyeten (PEX) och etenpropen (EP). Kring det yttre halvledande skiktet kan vara anordnad en metallskärm och ett yttre isolerande hölje. De halvledande skikten be- står av ett polymert material, till exempel etensampolymer, med en elektriskt ledande beståndsdel, till exempel ledande sot. En sådan kabel kommer nedan att omtalas som en kraftka- bel.

En föredragen utföringsform av en kabel avsedd som lindning framgår av figur 2. Kabeln 1 visas i figuren som innefat- tande en strömförande ledare 2 som innefattar transponerade både oisolerade och isolerade kardeler. Elmaskinmåssigt transponerade, fast isolerade kardeler kan också tänkas.

Dessa kardeler kan. vara slagna/transponerade i ett antal skikt. Kring ledaren finns ett inre halvledande skikt 3 som i sin tur omges av ett homogent skikt 4 av ett fast isole- ringsmaterial. I isoleringen 4 saknas således helt isole- ringsmaterial av vätske- och gastyp. Detta skikt 4 omges av ett yttre halvledande skikt 5. Den kabel som används som lindning i den föredragna utföringsformen kan vara försedd med metallskärm och yttre mantel men behöver inte vara detta. För att undvika inducerade strömmar och därmed för- knippade förluster i det yttre halvledande skiktet 5 skärs detta av, företrädesvis i härvåndsutliggningen, dvs i över- gångarna från plåtpaket till härvkorg. Avskärningen utföres så att det yttre halvledande skiktet 5 kommer att uppdelas i flera utmed kabeln fördelade, från varandra elektriskt helt eller delvis åtskilda delar. Varje avskuren del ansluts se- dan till jord varvid det yttre halvledande skiktet 5 kommer att hållas på eller nästan på jordpotential i hela kabel- längden. Detta innebär att kring den fast isolerade lind- ningen vid härvåndarna har de beröringsbara och de, efter viss tids användning, smutsiga ytorna endast försumbara po- 10 15 20 25 30 35 512 105 23 tentialer till jord samt att de även orsakar försumbara elektriska fält.

I en alternativ utföringsform kan den kabel som används som lindning vara en konventionell kraftkabel som den ovan omta- lade. Jordningen av det yttre halvledande skiktet 5 sker dà genom att kabelns metallskärm och mantel skalas av pà lämp- liga platser.

I figur 1 visas förenklat och principiellt den elektriska fältfördelningen kring en lindning hos en konventionell krafttransformator/reaktor, där 17 är en lindning och 18 en kärna och 19 anger ekvipotentiallinjer, dvs linjer där det elektriska fältet har samma storlek. Lindningens nedre del förutsättes befinna sig pà jordpotential.

Potentialfördelningen bestämmer isolationssystemets uppbygg- nad eftersom man màste ha tillräcklig isolation både mellan intilliggande varv hos lindningen och mellan varje varv och jord. Av figuren framgår således att den övre av lindningen utsättes för de högsta isolationstekniska belastningarna. En lindnings utformning och placering relativt kärnan bestäms pà detta sätt huvudsakligen av den elektriska fältfördel- ningen i kärnfönstret.

Den kabel som kan komma till användning i de lindningar som ingår i torra krafttransformatorer/reaktorer enligt uppfin- ningen har beskrivits med ledning av fig 2. Kabeln kan, som omtalat tidigare, vara försedd med andra för speciella ända- màl avsedda ytterligare yttre skikt, exempelvis för att för- hindra för höga elektriska pàkänningar på övriga områden av transformatorn/reaktorn. Ur geometrisk dimensionssynpunkt kommer de aktuella kablarna i regel att ha en ledararea som ligger mellan 2 och 3000 mm2 och en yttre kabeldiameter som ligger mellan 20 och 250 mm. l0 15 20 25 30 35 -512 105 24 Lindningar hos en torr krafttransformator/reaktor tillverkad av den under redogörelsen för uppfinningen redovisade kabeln kan komma till användning både vid enfas-, trefas- och fler- fas-transformatorer/reaktorer oberoende av hur kärnan är ut- formad. En utföringsform framgår av figur 3 som visar en trefas laminerad kårntransformator. Kärnan består på konven- tionellt sätt av tre kärnben 20, 21 och 22 samt de samman- hållande oken 23 och 24. I den visade utföringsformen har både kärnbenen och oken avtrappade tvärsnitt.

Kbncentriskt kring kärnbenen finns de med kabel utformade lindningarna. Den i figur 3 visade utföringsformen har som det framgår tre koncentriska lindningsvarv 25, 26 och 27.

Det innersta lindningsvarvet 25 kan representera primärlind- ningen och de två övriga lindningsvarven 26 och 27 kan re- presentera sekundärlindningen. För att inte belasta figuren med för många detaljer är lindningarnas anslutningar ej vi- sade. Av figuren i övrigt framgår att i den visade utfö- ringsformen finns på vissa platser runt lindningarna dis- tansskenor 28 och 29 med flera olika funktioner. Distansske- norna kan vara utformade av isolerande material avsedda att ge ett visst utrymme mellan de koncentriska lindningsvarven De kan också vara utformade av för kylning, stagning m m. elektriskt ledande material för att ingå i lindningarnas jordningssystem.

I fig 4 och 5 illustreras en konventionell, luftisolerad ställverksstation. Den inbegriper ett högspänningsställverk 42 (som är det som är luftisolerat), två transformatorer 43 och ett mellanspânningsställverk 44, soul är inbyggt i en byggnad 45. Med 7 betecknas helt enkelt ett staket kring om- rådet i fråga.

Transformatorerna 43 är av sådan typ som är oljeisolerad.

Såsom redan behandlats ovan innebär oljeisolering av en transformator betydande risk för brand och miljö. Dessutom 10 15 20 25 30 35 512 105 25 blir transformatorerna mycket tyngre och mer skrymmande än vad som är möjligt vid föreliggande uppfinning därest lind- ningen bildas med hjälp av en böjlig kabel med en fast iso- lation. Närmare bestämt krävs vid oljefyllda transformatorer betongväggar 46 kring transformatorerna. Vidare mäste under transformatorerna finnas en förhållandevis kostsam oljeupp- samlingsgrop för den händelse läckage skulle uppstå.

I fig 6 illustreras tydligare hurusom transformatorn 43 krä- ver ett kostsamt fundament 47, pà vilket transformatorn 43 och de tidigare omnämnda brandväggarna är placerade. Som sy- nes av fig 6 finns också under transformatorn ett uppsam- lingsutrymme för olja för den händelse transformatorläckage skulle uppstå. Olja rinner ned i utrymmet 48 genom ett släckskikt, som exempelvis består av en korg fylld med ste- när .

I fig 7 illustreras en transformator 49 enligt uppfinningen.

Denna transformator har således lindningarna àstadkomna med hjälp av den beskrivna böjliga kabeln. Som en konsekvens hä- rav saknar transformatorn oljefyllning och den behöver där- för inte ha nàgot oljeuppsamlingsutrymme under sig. Den upp- finningsenliga transformatorn blir väsentligt lättare och är också lättare att ansluta med hjälp av utgående kablar SO.

Dessa kablar behöver ju icke passera genom nägra tätningsan- ordningar etc för olja. Således uppstår väsentliga fördelar genom att ersätta den konventionella oljefyllda transforma- torn med den uppfinningsenliga i en ställverksstatíon av det slag som illustreras i fig 4 och 5.

I fig 8 och 9 illustreras i planvy och sidovy en ställverks- station, som är inbyggd i en generellt med 51 betecknad byggnad. Byggnaden 51 innefattar en första sektion 52 inrym- mande mellanspänningsställverket och en kontrollenhet, en andra sektion 53 inrymmande högspänningsställverket och en mellan bàda dessa belägen tredje sektion 54 inrymmande sta- 10 l5 20 25 30 35 512.105 26 tionens transformatordel, här i form av två transformatorer 55. De olika sektionerna är åtskilda från varandra med hjälp av brandsäkra väggar 56. Även de två transformatorerna är åtskilda med hjälp av en brandsäker vägg.

Ställverksstationen enligt fig 8 och 9 avsedd att inbyggas i en byggnad innebär väsentliga fördelar i förhållande till den station som visades med ledning av fig 4 och 5. För det första är en luftisolerad station såsom den i fig 4 och 5 utseendemässigt anstötlig. Sådana stationer lämpar sig ej väl för placering i närheten av bebyggda områden. Däremot kan den station som illustreras i fig 8 och 9 som en konsek- vens av dess totala inbyggnad. mycket väl förläggas nära byggnation utan att anledning finns att befara några stör- ningar. Även om ställverksstationen enligt fig 8 och 9 är inbyggd tänkes den vara luftisolerad. En sådan station skul- le i och för sig också kunna ha sina apparater inkapslade i hermetiska behållare med komponenterna inneslutna i SF6-gas.

Sådan gas gör att motståndet mot överslag väsentligt ökar, varför kraven på säkerhetsavstånd mellan komponenter på olika spänningsnivå kan minskas så att mera kompakt bygg- nadssätt möjliggöres. Emellertid är dylik inkapsling mycket kostsam och rigorös övervakning krävs också med hänsyn till läckagerisken.

Användning av konventionella oljefyllda transformatorer vid stationen enligt fig 8 och 9 nedför de praktiska nackdelar som redan beskrivits vad gäller oljeläckage och brandrisk.

Till detta kommer också i praktiken begränsningar vad gäller transformatorernas lokalisering. Vidare konstateras att det i och för sig vore möjligt att bestycka konventionella olje- fyllda transformatorer med kabelgenomföring till de angrän- sande högspännings- och mellanspänningsställverken men sàda- na kabelgenomföringar' blir' komplicerade och. dyra eftersom kabelavslutningens och transformatorns oljor inte får blan- das med varandra. Vid oljefyllda transformatorer väljer man 10 15 20 25 30 5-12 105 27 därför ofta konventionella porslinsgenomföringar på trans- in till Tryckavlastningskanaler måste pas- formatorn. och i 'väggenomföringar som förbindelse högspänningsställverket. sera under taket i transformatorutrymmet eftersom utlopp i högspänningsstâllverksdelens tak innebär högre risk för vat- tenläckage. Detta sammantaget med porslinsgenomföringar på transformatorn och oljebehållaren under transformatorn leder till en hög höjd på transformatordelen i byggnaden, något som klart framgår av figur 9. Eftersom minimala avstånd är önskvärda mellan transformatorerna och högspännings- respek- tive mellanspänningsställverken är transformatorerna place- rade mellan ställverken. När fler än två krafttransformato- rer står i rad uppstår då det problemet att den mittersta av dem inte kan lyftas med en rimlig storlek av mobilkran. Man gör nämligen normalt så att man placerar respektive uttager transformatorerna i/ur byggnaden genom dess tak. Genom att ersätta de konventionella oljefyllda transformatorerna i fig 8 och 9 med den i fig 7 illustrerade transformatorn enligt uppfinningen erhålls redan uttalade fördelar, inbegripande lättare hantering vad gäller lyftning.

Dessutom innebär emellertid den uppfinningsenliga transfor- matorn större friheter vad ggäller utformningen av ställ- verksstationen, något son1 förklaras med Iledning av fig 10 och ll. Ånyo är högspänningsställverket betecknat 53 medan mellanspänningsställverket är hætecknat 52. Transformator- sektionen är betecknad 54. Som synes har här transformator- sektionen förlagts vid byggnadens ena sida så att följaktli- gen mellanspänningssektionen är belägen mellan högspän- Detta mycket lätt åtkomst till transformatorerna 49 därest någon ningssektionen och transformatorsektionen. innebär av dem skulle behöva bytas ut eller eljest transporteras bort för service. Anledningen till att transformatorerna 49 enligt fig 10 kan förläggas i en sektion vid byggnadens sida utan nämnvärda nackdelar är att hänföra till att den omstän- digheten att lindningarna i transformatorn är hfildade me- 10 15 20 25 30 35 512.105 28 delst böjliga kablar 50 och bereder frihet att ha förhållandevis stora avstånd nællan transformatorerna och i detta fall högspänningsställverket utan nämnvärda nackdelar; kablarna kan helt enkelt pà lämpligaste sätt dragas mellan transformatorerna in i högspänningsställverket.

Vid jämförelse mellan fig 8 och 9/fig 10 och ll kan man se att tillgripandet av enligt uppfinningen utförd transforma- tor med kabelteknologi innebär att byggnadsvolymen påtagligt kan minska. Speciellt kommer den mittre mellanspän- ningssektionen att kunna utformas lägre, vilket underlättar tryckavlastningen av högspänningsställverket. Den lägre tak- höjden är en konsekvens av att en transformator med kabel- teknologi regelmässigt blir mindre och lättare och förbin- delserna vidare till ställverken blir smidigare med hjälp av kablarna.

I fig 12 illustreras i planvy en ställverksstation som tän- kes vara av gasisolerad typ. Gasen kan exempelvis vara SF6.

Som en konsekvens av den förbättrade isolation med hjälp av gas kan dylika gasisolerade ställverk byggas extremt kompak- ta. Transformatorer upptar en stor del av dessa stationer.

Av denna anledning passar transformatorer enligt förelig- gande uppfinning utomordentligt bra in i dessa ställverks- stationer genom sitt kompakta utförande och frànvaron av be- hov av av olja förorsakade extra utrymmeskrävande insatser.

I fig 12 betecknar 55 en sektion för mellanspänningsställ- verket och kontroll- och kraftsystem. Sektionen 56 betecknar ett relä- och ikontrollrunu Det gasisolerade högspännings- ställverket är placerat i sektionen 57. Pà ömse sidor om denna sektion finns sektioner 58 för två transformatorer. Om dessa istället för att vara konventionella oljefyllda utfö- res enligt uppfinningen krävs väsentligt mindre utrymme och investeringar i form av byggnader, oljespillutrymmen etc. 10 15 20 25 30 35 512 105 29 I fig 13 och 14 illustreras delar i en kopplingsutrustning för en ställverksstation avsedd att fungera med luftled- ningar. Närmare bestämt avses här två eller flera i ställ- verksstationen ingående kopplingselement, exempelvis två ef- fektbrytare 59 och två frånskiljare 60, vara anordnade på en enda gemensam pelarartad bärare 61, som avses ha en enda stödpunkt mot underlaget och en höjd som är kortare än den horisontella utsträckningen av den ovanför bef intl iga kopplingsutrustningen. Såsom framgår av fig 14 kan f rånski lj arna 6 0 exempelvi s ha karaktären av pantografkonstruktioner .

Anordnandet av flera kopplingselement på en och samma bärare på nu beskrivet vis innebär att ett väsentligt reducerat markutrymme tages i anspråk jämfört med tidigare teknik, en- ligt vilken man stâdse uppburit kopplingselement av aktuellt slag med individuella bärstrukturer. Genom att kombinera så- dana kompakta bärstrukturer med likaledes kompakt utförda transformatorer i enlighet med föreliggande uppfinning er- håller man en optimering av ställverksstationen i dess hel- het.

I fig 15 illustreras schematiskt en ställverksstation vars grundläggande idé är att till ställverksstationen hörande elektriska apparater anordnas i luftisolerade och jordade metallkapslingar 62. Varje dylik kapsling erhåller närmast karaktären av låda och de enskilda kapslingarna utföres så att ställverksstationen i dess helhet låter sig uppbyggas genom ett kombinat av ett större antal dylika kapslingar placerade sida vid sida och ovanpå varandra såsom antydes i fig 15. Närmare bestämt är där tre lager av kapslingar stap- lade ovanpå varandra. Principen att inbygga ställverksut- rustningen i dylika jordade metallkapslingar innebär mer kompakt byggsätt på grund av det reducerade behovet av iso- lationsavstànd. Till kompaktheten bidrager användning av transformatorer i enlighet med den uppfinningsenliga kabel- iii” 10 15 20 25 30 35 -512 105 30 teknologin. Kompaktheten ökas ytterligare därest isoleringen medelst annan gas än luft, till exempel SF6 tillgripes.

I fig 16 illustreras ett ytterligare utförande inriktat på att nedbringa isolationsavstånden och därmed skapa och öka kompakthet i ställverksstationer. Närmare bestämt illustre- ras i fig 16 hurusom en elektrisk ledare 63 i en förgre- ningspunkt 12 förgrenar sig till en ytterligare ledare 64.

Med 65 är betecknad en högspänningsapparat. För att för- bättra isolationen av ledarna 63, 64 är dessa belagda med en elektriskt isolerande beläggning 65. Denna beläggning skall företrädesvis ha en sådan tjocklek och vara av ett sådant material att den kan motstå elektrisk punktering medelst en spänning som är åtminstone 30% av den totala nominella spän- ningen påförd på ett gap nællan två ledare eller mellan en ledare och en annan ledande del, till exempel jord, i ställ- verket. Således uppnås en väsentlig höjning av isolationen med åtföljande möjlighet att förlägga ställverksutrustningen tätare i ställverket.

I fig 16 illustreras också hurusom medel i form av skärmar 66 kan finnas för att förhindra utbredning av krypladdning- ar. Dessa skärmar kan antingen vara integrerade med den iso- lerande beläggningen 65 eller placerade i kontakt med be- läggningen.

I fig 17 illustreras schematiskt en transformator vars kärna är betecknad 71. I kärnan befintliga lindningar är visade avskurna. Lindningarna bildas med hjälp av böjliga kablar av det slag som tidigare beskrivits. Transformatorn innefattar åtminstone en. högspänningslindning och åtminstone en låg- spänningslindning. Två lager av högspånningslindningar är betecknade 72. Mellan dessa föreligger i exemplet 1 lager av lågspänningslindning. Denna blandning av högspännings- och lågspänningslindningar är nöjlig vid den uppfinningsenliga transformatorn såsom en konsekvens av att den böjliga kabeln 10 15 20 25 30 35 5-12 105 31 som bildar lindningarna har ett isolationssystem som säker- ställer att det elektriska fältet kring kabelns ledare hu- vudsakligen inneslutes i kabeln och således icke kan fungera störande på angränsande lindningsvarv. Såsom en konsekvens härav uppstår i den uppfinningsenliga transformatorn väsent- ligt mindre förluster. Vidare kan lindningarna lätt ordnas så att ströminducerade krafter åtminstone partiellt tar ut varandra.

Det är i. och för sig> känt att ingjuta lindningarna till transformatorer och reaktorer i hartser. Detta vållar emel- lertid bekymmer på grund av dylika hartsers låga termiska konduktivitet. inbädda transformatorns/reaktorns lindning/lindningar i ett Enligt föreliggande uppfinning föreslås att huvudsakligen oorganiskt material. Själva inbäddningen sker i regel genom gjutning. Materialet i fråga är lämpligen be- tong. Detta rnaterial har fördelen. att det är billigt och lätthanterligt. Det har dessutom en högre termisk kondukti- vitet än för detta ändamål tidigare använda material och vi- dare en högre specifik värmekapacitet. Detta är viktigt med avseende på överlastbetingelser. Enligt ett speciellt före- draget utförande är i betongen inblandad en beståndsdel be- stående av betongens värmeledningsförmåga höjande material.

Materialet i fråga kan exempelvis vara ett godtyckligt metallpulver, till exempel aluminium.

M" M D Det är givet att uppfinningen icke blott är begränsad till de utföranden som ovan redovisats. Således kommer fackmännen inom teknikområdet att inse att en mängd detaljmodifieringar är möjliga när 'väl kännedon1 onx der: grundläggande uppfin- ningstanken erhållits utan att för den skull avvika från uppfinningstanken sådan denna definieras i efterföljande pa- tentkrav. Såsom exempel påpekas att uppfinningen icke är be- som exemplifieras grànsad till de specifika materialval »i iiiñi v 10 51-2 1.05 32 ovan. Funktionellt likvärdiga material kan således användas istället. Vad gäller tillverkningen av isolationssystemet enligt uppfinningen pàpekas att också andra tekniker än ex- trudering och sprutning är möjliga så länge intimitet mellan de olika skikten uppnås. Vidare påpekas att fler ekvipoten- tialskikt skulle kunna anordnas. Exempelvis skulle ett eller flera ekvipotentialskikt av halvledande nmterial kunna an- bringas i isoleringen mellan de ovan som "inre" och "yttre" betecknade. Ehuru ovan vissa specifika ställverksstationer har illustrerats må betonas att föreliggande uppfinning icke nödvändigtvis bör betraktas såsom läst till nàgot av de nu beskrivna utförandena. Istället är de uppfinningsenliga idé- erna generellt tillämpbara vid ställverksstationer.

Claims (39)

10 15 20 25 30 35 (H 512 10 33 P tkr (42, uppvi- innefattande minst ett ställverk (49) (1), som innefattar åtminstone

1. Ställverksstation, 44, 52, sande åtminstone en lindning 53) och minst en transformator/reaktor en elektrisk ledare, kännetegknad av att ledaren (1) har ett isolationssystem in- nefattande en isolation (4) bildad av ett fast isolations- material och ett innanför isolationen anordnat inre skikt (3) med en elektrisk konduktivitet som är lägre än den hos den elektriska ledaren men tillräcklig för att det inre skiktet skall fungera potentialutjämnande och därmed utjäm- nande vad avser det elektriska fältet utânför det inre skik- tet .

2. Station enligt krav 1, kånngtegknag därav, att isolationssystemet utanför isolatio- (5), konduktivitet som är högre än den hos isolationen för att nen innefattar ett yttre skikt som har en elektrisk det yttre skiktet genom anslutning till jord eller eljest relativt låg potential skall förmå dels att fungera potenti- alutjämnande, dels att i huvudsak innehålla det på grund av nämnda elektriska ledare (2) uppstående elektriska fältet innanför det yttre skiktet (5).

3. Station enligt krav l eller 2, kännetgcknad därav, att nämnda åtminstone ena ledare (2) ut- gör minst ett induktionsvarv.

4. Station enligt nàgot föregående krav, kännetegknad därav, att det inre och/eller yttre av skikten (3, 5) innefattar ett halvledande material.

5. Station enligt något föregående krav, kägngtggkggd därav, att det inre skiktet (3) och/eller det yttre skiktet (5) har en resistivitet inom området lO'5 Qcm lO 15 20 25 30 35 512 105 »w 34 Ä 100 kQcm, lämpligen 10*-1000 Qcm, företrädesvis 1-500 Q cm, i synnerhet 10 - 200 Qom.

6. Station enligt något föregående krav, käggggggknag därav, att det inre skiktet (3) och/eller det yttre skiktet (5) har en resistans som per meter le- dare/isolationssystem ligger inom området 50 pQ - 5 NKL

7. Station enligt något föregående krav, kännetegkgag därav, att den fasta isoleringen (4), det inre skiktet (3) och/eller det yttre skiktet (5) utgörs av poly- mera material.

8. Station enligt något föregående krav, kängetecknad därav, att det inre skiktet (3) och/eller det yttre skiktet (5) och den fasta isoleringen (4) är fast för- bundna med varandra över väsentligen hela gränsytan för att vidmakthålla vidhäftningen wellan respektive skikt och den fasta isoleringen vid temperaturförändringar och böjning av ledaren och dess isolationssystem.

9. Station enligt något föregående krav, kännetgcknag därav, att det inre skiktet (3), det yttre skiktet (5) och den fasta isoleringen (4) utgörs av material med väsentligen lika termiska utvidgningskoefficienter.

10. Station enligt något föregående krav, kännetecknag därav, att det inre skiktet (3) och det yttre skiktet (5) är åstadkomma genom extrudering samtidigt med extruderingen av den fasta isoleringen (4).

11. ll. Station enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att ledaren (2) och dess isolationssys- tem utgör en lindning bildad medelst en böjlig kabel (l). 10 15 20 25 30 35 512 105 35

12. Station enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att det inre skiktet (3) kontakt med den åtminstone ena elektriska ledaren (2). är i elektrisk

13. Station enligt krav 12, kännetecknad därav, att nämnda åtminstone ena elektriska le- dare (2) innefattar ett antal kardeler och att åtminstone en kardel hos den elektriska ledaren (2) är åtminstone delvis oisolerad. och anordnad. i elektrisk kontakt med det inre skiktet (3).

14. Station enligt något föregående krav, kännetecknad därav, att de inre och yttre skikten (3, 5) och isolationen (4) är av material med sådan elasticitet att skikten bibehåller sin vidhäftning vid den fasta isolationen trots de temperaturvariationer som uppträder under drift.

15. Station enligt krav 14, kännetecknad därav, isolationen har en E-modul som är mindre än 500 mPA, att materialen i skikten och den fasta före- trädesvis mindre än 200 mPA.

16. Station enligt något av kraven 14 och 15, kännetecknad därav, isolationen är av åtminstone samma storleksordning som i det att vidhäftningen mellan skikten och svagaste av materialen.

17. Station enligt något föregående krav, att ledaren (2) tem är utformade för hög spänning, kännetecknad därav, och dess isolationssys- lämpligen över' 10 kV, särskilt över 36 kV och företrädesvis över 72,5 kV.

18. Station enligt något av föregående krav, kännetecknad därav, att det yttre skiktet (5) ett antal delar, vilka var för sig är anslutna till jord el- är uppdelat i ler eljest låg potential. hd .i .-.aik N, 10 15 20 25 30 35 512 105 36

19. Station enligt något föregående krav, känneteçkgad därav, att transformatorn/reaktorn uppvisar en magnetisk kärna.

20. Station enligt något av kraven 1-18, kännetecknad därav, att transformatorns/reaktorns sagda åt- minstone ena lindning är luftlindad och således saknar mag- netisk kärna.

21. Station enligt något av föregående krav, varvid trans- formatorn/reaktorn innefattar åtminstone två galvaniskt skilda lindningar, kägngtegknad därav, att lindningarna (25-27) är koncentriskt lindade.

22. Station enligt något föregående krav, kännetegknad därav, att ställverket (42) är utformat för ut- omhusbruk i luftisolerat tillstànd.

23. Station enligt något av kraven 1-21, kännetecknad därav, att ställverket (44, 52, 53, 55, 57) är anordnat inuti en byggnad.

24. Station enligt krav 23, këgnetegknad därav, att jämväl transformatorn (49, 55) är anordnad inuti en byggnad.

25. Station enligt krav 2 eller 24, känneteçknad därav, att ställverket innefattar minst ett högspänningsställverk (53), minst en transformator (49, 55) och minst ett mellanspänningsställverk (52).

26. Station enligt krav 25, kännetegknad därav, att dessa ställverk och transformatorn är anordnade i en gemensam byggnad med olika sektioner. lO 15 20 25 30 512 105m 37

27. Station enligt krav 26, käggçgecknad därav, att nællanspänningsställverket (52) är anordnat i en sektion mellan sektioner (53, 54), i vilka högspänningsställverket och transformatorn är anordnade.

28. Station enligt något föregående krav, käansfsskaad därav, d v s ej erfordrar någon olja för isolering och/eller kyl- att transformatorn är av “torr“-typ, ning.

29. Station enligt något föregående krav, kännetgcknad därav, utrustning är att hela eller delar av ställverkssta- innesluten i tionens överslagsmotståndet ökande gas.

30. Station enligt något föregående krav, för användning vid kraftledningar, käggetggknad därav, att två eller flera i stationen ingående (59) en frànskiljare (60), är anordnade på en gemensam pelarartad kopplingselement, särskilt minst en brytare och minst bärare (61).

31. Station enligt något föregående krav, innefattande ett flertal elektriska apparater, kännetegknad apparaterna är anordnad i en luftisolerad och jordad metall- därav, att àtndnstone någon av de elektriska kapsling (62).

32. Station enligt krav 31, kännetscknad därav, lat förlagda i ett flertal kapslingar (62), vilka är anord- att de elektriska apparaterna är uppde- nade i närheten av varandra. 10 l5 20 25 30 35 512- 10.5 38 innefattande le- (75)

33. Station enligt nàgot föregående krav, (63, 64), ningsutrustning (76) ansluten till ledarna, känafišâgkaëd därav, (63, 64) elektriskt isolerande lager kapabelt att motstà elek- dare ledarförbindningspunkter och. högspän- att ledarna är täckta medelst (65) triskt punktering av en spänning som är åtminstone 30% av den total nominella spänning som appliceras pà ett gap wel- lan två ledare eller mellan en ledare och en annan ledande del, till exempel jord.

34. Station enligt krav 33, (63, 64) form av exempelvis skärmar (66) för att förhindra utbredning kânnetegknad därav, att ledarna uppvisar medel i av krypladdningar.

35. Station enligt nàgot föregående krav, varvid transforma- torn har minst en làgspänningslindning och minst en högspän- ningslindning, Eägaštsgknad därav, att làg- och högspänningslindningarna är sammanblandade med varandra.

36. Station enligt krav 35, kännetecknad därav, (72, nade att ströminducerade krafter åtminstone partiellt tar ut att lindningarna 73) är så anord- varandra.

37. Station enligt nàgot föregående krav, kännetecknag att lind- ning/lindningar är inbäddade i ett huvudsakligen oorganiskt därav, transformatorns/reaktorns material.

38. Station enligt krav 37, käggetegknad därav, att det oorganiska materialet är betong.

39. Station enligt krav 38, 512105 39 Jggnnegggknag därav, att betongen innehåller värmelednings- förmågan befordrande beståndsdelar.