SE513493C2

SE513493C2 - Power transformer and reactor with windings with conductors

Info

Publication number: SE513493C2
Application number: SE9804084A
Authority: SE
Inventors: Mats Leijon
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-09-18
Also published as: SE9804084D0; SE9804084L

Abstract

The power transformer and reactor has one or more windings which include one or more current carrying conductors. Around each conductor (4) is a first layer (6) with semiconducting properties, and around the first layer is a solid insulating part (7). Around the insulating part is a second layer (8) with semiconducting properties. The first layer is at the same potential as the conductor. The second layer essentially constitutes an equipotential surface surrounding the conductor(s). The second layer is connected to earth potential.

Description

15 20 25 30 35 515 4%: Den uppfinningsidé som som ligger till grund för föreliggande uppfinning är också tillämplig för reaktorer. Den följande beskrivningen av teknikens stàndpunkt avser dock huvudsakligen krafttransformatorer. 5% 415: The inventive idea underlying the present invention is also applicable to reactors. The following description of the state of the art, however, relates mainly to power transformers.

Reaktorer kan som bekant utföras enfasiga och trefasiga.As is well known, reactors can be designed in single-phase and three-phase.

I fraga om isolering och kylning finns i princip samma utföringsformer som för transformatorer. Det förekommer således luftisolerade och oljeisolerade, självkylda, oljekylda osv reaktorer. Även om reaktorer har en lindning (per fas) och kan utföras bade med och utan järnkärna är beskrivningen av teknikens ståndpunkt till stora delar relevant för reaktorer.In the case of insulation and cooling, there are in principle the same embodiments as for transformers. There are thus air-insulated and oil-insulated, self-cooled, oil-cooled, etc. reactors. Although reactors have a winding (per phase) and can be carried out both with and without an iron core, the description of the state of the art is largely relevant for reactors.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT, PROBLEMEN För att kunna sätta in en krafttransformator/reaktor enligt uppfinningen i sitt rätta sammanhang och därmed kunna beskriva det nytänkande som uppfinningen innebär och de fördelar som uppfinningen besitter relativt teknikens stàndpunkt, skall nedan först ges en relativt fyllig beskrivning av en krafttransformator som den utförs i dag likväl som dess begränsningar och problem som finns när det gäller beräkning, konstruktion, isolation, jordning, tillverkning, användning, testning, transport m m av dessa transformatorer.STATE OF THE ART, THE PROBLEMS In order to be able to place a power transformer / reactor according to the invention in its proper context and thereby be able to describe the innovation which the invention entails and the advantages which the invention possesses relative to the state of the art, a relatively comprehensive description of a power transformer it is performed today as well as its limitations and problems that exist in terms of calculation, design, insulation, grounding, manufacturing, use, testing, transport, etc. of these transformers.

Med avseende pà det ovannämnda finns det en omfattande litteratur som beskriver transformatorer i allmänhet och krafttransformatorer i synnerhet. Som exempel kan nämnas följande: The J & P Transformer Book, A practical Thechnology of av A. C. Franklin och D. P.With respect to the above, there is an extensive literature describing transformers in general and power transformers in particular. Examples include: The J&P Transformer Book, A Practical Technology by A. C. Franklin and D. P.

Franklin, utgiven av Butterworths, utgåva ll, 1990. the Power Transformer, När det gäller den inre elektriska isoleringen av lindningar m m kan följande nämnas: 10 15 20 25 30 35 513 493 Transformerboard, Die Vervendung von Transformerboard in Grossleistungstransformatoren av H. P. Moser, utgiven av H. Weidman AG, CH-8640 Rapperswil.Franklin, published by Butterworths, edition ll, 1990. the Power Transformer, In the case of the internal electrical insulation of windings etc. the following can be mentioned: 10 15 20 25 30 35 513 493 Transformerboard, Die Vervendung von Transformerboard in Grossleistungstransformatoren by HP Moser, published by H. Weidman AG, CH-8640 Rapperswil.

Rent generellt gäller att en krafttransformators främsta uppgift är att medge utbyte av elektrisk energi mellan tvá eller flera elsystem av oftast skilda spänningar med samma frekvens.In general, the main task of a power transformer is to allow the exchange of electrical energy between two or more electrical systems of usually different voltages with the same frequency.

En konventionell krafttransformator innefattar en trans- formatorkärna, nedan kallad kärna, ofta av laminerad orienterad plàt, vanligtvis av kiseljärn. Kärnan bestàr av ett antal kärnben förbundna med ok som tillsammans bildar ett eller flera kärnfönster. Transformatorer med en sàdan kärna kallas ofta kärntransformatorer. Runt kärnbenen finns ett antal lindningar som i regel benämns som primär-, sekundär- och reglerlindningar. När det gäller krafttransformatorer är dessa lindningar praktiskt taget alltid koncentriskt anordnade och fördelade utefter kärnbenens längd. Kärntransformatorn har i regel cirku- lära spolar samt avtrappad kärnbensektion för att sa nära som möjligt fylla ut fönstret.A conventional power transformer comprises a transformer core, hereinafter referred to as a core, often of laminated oriented sheet, usually of ferrosilicon. The core consists of a number of core legs connected by yokes which together form one or more core windows. Transformers with such a core are often called core transformers. There are a number of windings around the core bones, which are usually referred to as primary, secondary and control windings. In the case of power transformers, these windings are practically always concentrically arranged and distributed along the length of the core legs. The core transformer usually has circular coils and a stepped core leg section to fill the window as close as possible.

Förutom kärntransformatprn förekommer s k manteltrans- formatorer. Dessa har i regel rektangulära spolar och rektangulär kärnbensektion.In addition to nuclear transformer prn, there are so-called sheath transformers. These usually have rectangular coils and rectangular core bone section.

Konventionella krafttransformatorer, i den lägre delen av ovannämnda effektområdg¿_utförs i bland med luftkylning för att leda bort värmen fràn de oundvikliga egna för- lusterna. För att skydda mot beröring, och eventuellt för att reducera transformatorns yttre magnetfält kan den förses med ett yttre hölje försett med ventilations- öppningar.Conventional power transformers, in the lower part of the above-mentioned power range, are sometimes carried out with air cooling to dissipate the heat from the inevitable own losses. To protect against contact, and possibly to reduce the outer magnetic field of the transformer, it can be fitted with an outer casing provided with ventilation openings.

De flesta konventionella krafttransformatorerna är dock oljekylda. Ett av skäl§g_till detta är att oljan dessutom har den mycket viktiga funktionen som isolationsmedium. 10 15 20 25 30 35 5134493 En oljekyld och oljeisolerad krafttransformator är därför omgiven av en yttre làda pà vilken, som framgàr av nedan följande beskrivning, ställs mycket stora krav.However, most conventional power transformers are oil cooled. One of the reasons for this is that the oil also has the very important function as an insulation medium. 10 15 20 25 30 35 5134493 An oil-cooled and oil-insulated power transformer is therefore surrounded by an outer box on which, as is apparent from the following description, very high demands are placed.

Vanligen anordnas medel för Vattenkylning av oljan.Usually means for water cooling of the oil are provided.

Den följande delen av beskrivningen kommer till större delen att vara hänförbar till oljefyllda krafttrans- formatorer.The following part of the description will for the most part be attributable to oil-filled power transformers.

Transformatorns lindningar bildas av en eller flera seriekopplade spolar uppbyggda av ett antal seriekopplade varv. Spolarna är dessutom försedda med en särskild anordning för att kunna medge omkoppling mellan spolarnas uttag. En sådan anordning kan vara utformad för tapp- ning med hjälp av skruvförband eller mera ofta med hjälp av en särskild i anslutning till làdan manöverbar om- kopplare. För det fall omkoppling kan ske för en trans- formator under spänning benämns omkopplaren lindnings- kopplare medan den i annat fall benämns omsättnings- kopplare.The windings of the transformer are formed by one or more series-connected coils built up of a number of series-connected turns. The coils are also provided with a special device to be able to allow switching between the sockets' sockets. Such a device can be designed for tapping by means of screw connections or more often by means of a special switch operable in connection with the drawer. In the event that switching can take place for a transformer under voltage, the switch is called a winding switch, while in another case it is called a switching switch.

När det gäller oljekylda och oljeisolerade krafttrans- formatorer i det övre effektomràdet är lindnings- kopplarnas brytelement placerade i särskilda oljefyllda behállare med direkt anknytning till transformatorns làda. Brytelementen manövreras rent mekaniskt via en motordriven roterande axel och anordnade sà att att man fàr en snabb rörelse vid omkopplingen vid öppen kontakt och en làngsammare rörelse när kontakten skall slutas. _ Lindningskopplarna som sàdana är dock placerade i själva transformatorlàdan. Vid manövreringen uppstär ljusbägar och gnistbildning. Detta leder till degradering av oljan i behállarna. För att fa mindre ljusbàgar och därmed även mindre sotbildning och mindre slitage pà kontakterna är lindningskopplarna normalt kopplade till transformatorns högspänningssida. Detta beror pà att de strömmar som behöver brytas respektive kopplas är mindre pä hög- 10 15 20 25 30 35 5135493 spänningssidan än om lindningskopplarna skulle vara anslutna till làgspänningssidan. Felstatistik pà konven- tionella oljefyllda krafttransfomatorer visar att det ofta är lindningskopplarna som ger upphov till fel.In the case of oil-cooled and oil-insulated power transformers in the upper power range, the switching elements of the winding couplers are placed in special oil-filled containers with direct connection to the transformer's drawer. The switch elements are operated purely mechanically via a motor-driven rotating shaft and arranged so that there is a rapid movement during the switching at open contact and a slower movement when the contact is to be closed. However, the winding couplers as such are located in the transformer drawer itself. During maneuvering, light cups and sparking occur. This leads to degradation of the oil in the containers. In order to obtain smaller arcs and thus also less soot formation and less wear on the contacts, the winding switches are normally connected to the high voltage side of the transformer. This is because the currents that need to be disconnected or switched on are less on the high voltage side than if the winding couplers were connected to the low voltage side. Fault statistics on conventional oil-filled power transformers show that it is often the winding switches that give rise to faults.

I det lägre effektomràdet av oljekylda och oljeisolerade krafttransformatorer är både lindningskopplarna och deras brytelement placerade inuti lådan. Detta innebär att ovan nämnda problem med degradering av oljan pä grund av ljusbàgar vid manövrering m m drabbar hela oljesystemet.In the lower power range of oil-cooled and oil-insulated power transformers, both the winding couplers and their switching elements are located inside the box. This means that the above-mentioned problem of degradation of the oil due to arcs during maneuvering etc. affects the entire oil system.

Ur pàlagd eller inducerad spänningssynpunkt kan man i stora drag säga att en spänning som stationärt ligger över en lindning fördelar sig lika pà varje varv av lindningen, dvs att varvspänningen är lika pä samtliga VaIV .From the applied or induced voltage point of view, it can be broadly said that a voltage which is stationary over a winding is distributed equally on each revolution of the winding, ie that the rotational voltage is equal on all VaIV.

Ur elektrisk potentialsynpunkt är dock situationen helt annorlunda. Den ena änden av en lindning är i regel ansluten till jord. Detta innebär dock att den elektriska potentialen hos varje varv ökar linjärt frán praktiskt taget noll hos det varv som ligger närmast jordpoten- tialen upp till en potential hos de varv som finns vid lindningens andra ände som motsvarar den pàlagda spänningen.From an electrical potential point of view, however, the situation is completely different. One end of a winding is usually connected to ground. However, this means that the electrical potential of each revolution increases linearly from practically zero of the revolution closest to the earth potential up to a potential of the revolutions at the other end of the winding which corresponds to the applied voltage.

Denna potentialfördelning bestämmer uppbyggnaden av isolationssystemet eftersom det är nödvändigt att ha tillräcklig isolationgbäde mellan närliggande varv av lindningen och mellan varje varv och jord. varven i en enskild spole är normalt sammanförda till en geometrisk sammanhängande enhet, fysiskt avgränsad fràn de övriga spolarna. Avståndet mellan spolarna bestäms också av den dielektriška pákänningen som kan tillàtas uppträda mellan spolarna. Detta innebär således att det även krävs ett visst¿givet isolationsavstànd mellan spolarna. Enligt ovan krävs pà samma sätt tillräckliga 10 15 20 25 30 35 5156 493 isolationsavstànd också till övriga elektriskt ledande föremál som befinner sig i det elektriska fältet fràn den i spolarna lokalt uppträdande elektriska potentialen.This potential distribution determines the structure of the insulation system because it is necessary to have sufficient insulation bed between adjacent turns of the winding and between each turn and ground. the turns of an individual coil are normally combined into a geometrically coherent unit, physically separated from the other coils. The distance between the coils is also determined by the dielectric stress that can be allowed to occur between the coils. This means that a certain insulation distance is also required between the coils. In the same way, sufficient insulation distances are also required for other electrically conductive objects located in the electric field from the electric potential occurring locally in the coils.

Det framgàr sàledes av det ovan anförda att för de enskilda spolarna är spänningsskillnaden internt mellan fysiskt närliggande ledarelement relativt làg medan spänningsskillnaden utàt mot andra metallföremàl, här inbegripet övriga spolar, kan vara relativt hög.It thus appears from the above that for the individual coils the voltage difference internally between physically adjacent conductor elements is relatively low while the voltage difference externally to other metal objects, here including other coils, can be relatively high.

Spänningsskillnaden bestäms dels av den, genom magnetisk induktion, inducerade spänningen, dels av de kapacitivt fördelade spänningarna som kan uppträda fran ett anslutet yttre elsystem pä transformatorns yttre anslutningar.The voltage difference is determined partly by the voltage induced by magnetic induction, and partly by the capacitively distributed voltages which can occur from a connected external electrical system on the external connections of the transformer.

Till de spänningstyper som kan komma in externt kan förutom driftspänning räknas àsköverspänningar och kopplingsöverspänningar.In addition to operating voltage, the voltage types that can come in externally include AC voltages and switching voltages.

I spolarnas strömledare uppstär tillsatsförluster pà grund av det magnetiska läckfältet runt ledaren. För att hàlla dessa förluster sä làga som möjligt, speciellt för krafttransformatorer i det övre effektomràdet, är ledarna normalt uppdelade i ett antal ledarelement, ofta benämnda parter, som vid drift är parallellkopplade. Dessa parter mäste transponeras enligt ett sådant mönster att den in- ducerade spänningen i varje part blir sä lika som möjligt och sa att skillnaden i inducerad spänning mellan varje par av parter blir så liten som möjligt för att internt cirkulerande strömkomponenter kan hàllas nere pá en ur förlustsynpunkt rimlig nivà.In the coils' current conductors, additional losses occur due to the magnetic leakage field around the conductor. In order to keep these losses as low as possible, especially for power transformers in the upper power range, the conductors are normally divided into a number of conductor elements, often referred to as parts, which are connected in parallel during operation. These parties must be transposed in such a pattern that the induced voltage in each party becomes as equal as possible and said that the difference in induced voltage between each pair of parties is as small as possible so that internally circulating current components can be kept down on a clock. loss point reasonable level.

Vid konstruktion av transformatorer enligt teknikens ståndpunkt är det en generell strävan att ha sä stor mängd ledarmaterial som möjligt inom en given area begränsad av det sá kallade transformatorfönstret, vilket allmänt beskrivs som att ha en sà hög fyllfaktor som möjligt. Inom det tillgängliga utrymmet skall förutom ledarmaterialet även finnas spolarnas tillhörande isola- tionsmaterial, dels internt mellan spolarna och dels till 10 15 20 25 30 35 5137493 övriga metalliska komponenter inklusive den magnetiska kärnan.When designing transformers according to the state of the art, it is a general aim to have as large an amount of conductor material as possible within a given area limited by the so-called transformer window, which is generally described as having as high a filling factor as possible. Within the available space, in addition to the conductor material, there must also be the coil's associated insulation material, partly internally between the coils and partly to other metallic components including the magnetic core.

Isolationssystemet dels inom en spole/lindning och dels mellan spolar/lindningar och övriga metalldetaljer 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, isolation. Lindningar med isolation och eventuella stagningsdelar representerar pà detta sätt stora volymer som kommer att utsättas för höga elektriska fältstyrkor som uppträder i och kring de aktiva elektro- magnetiska delarna hos transformatorn. För att kunna förutbestämma de dielektriska pàkänningarna som uppstàr och uppnà en dimensionering med minimal risk för samman- brott, krävs god kännedom om isolationsmaterialens egen- skaper. Det är ocksa viktigt att åstadkomma en sàdan omgivande miljö att den inte förändrar eller nedsätter isolationsegenskaperna.The insulation system partly within a coil / winding and partly between coils / windings and other metal parts is normally designed as a solid cellulose or lacquer-based insulation closest to the individual conductor element and outside of solid cellulose and liquid, possibly also gaseous, insulation. Windings with insulation and any bracing parts in this way represent large volumes that will be exposed to high electric field strengths that occur in and around the active electromagnetic parts of the transformer. In order to be able to predetermine the dielectric stresses that arise and achieve a dimensioning with a minimal risk of collapse, good knowledge of the properties of the insulation materials is required. It is also important to create an environment such that it does not change or reduce the insulation properties.

Det i dag förhärskande isolationssystemet för högspända krafttransformatorer består av cellulosamaterial som den fasta isolationen och transformatorolja som den flytande isolationen. Transformatproljan är baserad pà sà kallad mineralolja.The currently prevailing insulation system for high-voltage power transformers consists of cellulosic material as the solid insulation and transformer oil as the liquid insulation. The transformer oil is based on so-called mineral oil.

Transformatoroljan har en dual funktion eftersom den förutom den isolerandghfunktionen aktivt medverkar till kylning av kärna, lindning m m genom borttransport av transformatorns förlgsgyërme. Oljekylning kräver en oljepump, ett yttre kylelement, ett expansionskärl m m.The transformer oil has a dual function because, in addition to the insulating function, it actively contributes to cooling the core, winding, etc. by transporting away the transformer's heat exchanger. Oil cooling requires an oil pump, an external cooling element, an expansion vessel, etc.

Den elektriska förbindelsen mellan transformatorns yttre anslutningar och de närmast anslutna spolarna/ lindningarna benämns genomföring syftande till en konduktiv förbindelse genom väggen till den láda som, vid oljefyllda kraftransformatorer, omger själva trans- formatorn. Genomföringen är oftast en separat komponent 10 15 20 25 30 35 513 8493 fixerad vid làdan och är byggd för att klara förekommande isolationskrav bade pá làdans utsida och insida, sam- tidigt som den skall kunna tála aktuella strömbelast- ningar och därav följande strömkrafter.The electrical connection between the transformer's external connections and the most closely connected coils / windings is called a lead-through connection for a conductive connection through the wall to the box which, in the case of oil-filled power transformers, surrounds the transformer itself. The bushing is usually a separate component 10 15 20 25 30 35 513 8493 fixed to the drawer and is built to meet existing insulation requirements both on the outside and inside of the drawer, at the same time as it must be able to withstand current current loads and consequent current forces.

Det skall pàpekas att samma krav pà isolationssystemet som ovan beskrivits vad gäller lindningarna även gäller för erforderliga interna förbindningar mellan spolarna, mellan genomföríngarna och spolarna, skilda typer av omkopplare och genomföringarna som sädana.It should be noted that the same requirements for the insulation system as described above with regard to the windings also apply to the required internal connections between the coils, between the bushings and the coils, different types of switches and the bushings as such.

Samtliga metalliska komponenter inuti en krafttrans- formator är normalt anslutna till en given jordpotential med undantag för de strömförande ledarna. Härigenom undvikes risken för oönskad och svàrkontrollerad potentialhöjning till följd av kapacitiv spännings- fördelning mellan strömledare pà hög potential och jord.All metallic components inside a power transformer are normally connected to a given earth potential with the exception of the live conductors. This avoids the risk of unwanted and difficult-to-control potential increase due to capacitive voltage distribution between high-potential current conductors and earth.

En sàdan oönskad potentialhöjning kan ge upphov till partiella urlàddningar, sa kallad glimning, som kan avslöjas vid de normala leveransproven, vilka delvis sker jämfört med märkdata, vid, förhöjd spänning och frekvens.Such an undesirable increase in potential can give rise to partial discharges, so-called glare, which can be detected in the normal delivery tests, which take place in part compared with rated data, at, increased voltage and frequency.

Glimning kan ge upphov till skador under drift.Glitter can cause damage during operation.

De enskilda spolarna i en transformator màste ha en sådan mekanisk dimensionering att de kan utstà förekommande pàkänningar till följd av uppträdande strömmar och därav följande strömkrafter under ett kortslutningsförlopp.The individual coils in a transformer must have such a mechanical dimensioning that they can withstand existing stresses as a result of occurring currents and consequent current forces during a short-circuit process.

Normalt utförs spolarna sä att uppträdande krafter tas upp inom varje enskild spole, vilket i sin tur kan med- föra att spolen inte kan dimensioneras optimalt för sin normala funktion under normal drift.Normally, the coils are designed so that acting forces are absorbed within each individual coil, which in turn can mean that the coil cannot be dimensioned optimally for its normal function during normal operation.

Inom ett snävt spännings- och effektomràde av oljefyllda krafttransformatorer är lindningarna utformade som så kallade bandlindningar. Detta innebär att ovannämnda enskilda ledare har ersatts av tunna band. Bandlindade krafttransformatorer tillverkas för spänningar upp till 20 - 30 kV och för effekter upp till 20 - 30 MW. 10 15 20 25 30 35 515 9495 Isolationssystemet hos krafttransformatorer inom det övre effektomràdet kräver förutom en relativt komplicerad uppbyggnad även speciella tíllverkningsàtgärder för att pà bästa sätt utnyttja isolationssystemets egenskaper.Within a narrow voltage and power range of oil-filled power transformers, the windings are designed as so-called band windings. This means that the above-mentioned individual conductors have been replaced by thin bands. Band-wound power transformers are manufactured for voltages up to 20 - 30 kV and for outputs up to 20 - 30 MW. 10 15 20 25 30 35 515 9495 In addition to a relatively complicated construction, the insulation system of power transformers in the upper power range also requires special manufacturing measures in order to make the best use of the properties of the insulation system.

För att god isolation skall uppnås skall isolations- systemet ha lág fukthalt, den fasta delen av isolationen skall vara väl impregnerad med den omgivande oljan och risken för kvarvarande fgas"-fickor i den fasta delen maste vara minimal. Förgatt säkerställa detta genomförs en speciell tork- och impregneringsprocess pà en komplett kärna med lindningar innan den sätts ned i en làda. Efter denna torknings- och impregneringsprocess sätts trans- formatorn ned i làdan som sedan försluts. Innan pàfyll- ning av olja sker mäste ládan med nedsänkt transformator tömmas pá all luft. Detta sker i samband med en speciell vakuumbehandling. När detta har verkställts sker pàfyll- ning av olja.In order to achieve good insulation, the insulation system must have a low moisture content, the solid part of the insulation must be well impregnated with the surrounding oil and the risk of residual fgas "pockets in the solid part must be minimal. To ensure this, a special dryer is carried out. and impregnation process on a complete core with windings before it is put down in a drawer. After this drying and impregnation process, the transformer is put down in the drawer which is then sealed. This is done in connection with a special vacuum treatment, and when this has been carried out, oil is added.

För att kunna'erhàlla_utlovad livslängd m m krävs i samband med vakuumbehagdlingen närmaste absolut vakuum.In order to be able to maintain the promised service life, etc., the nearest absolute vacuum is required in connection with the vacuum treatment.

Detta förutsätter sàledes att làdan som omger trans- formatorn konstrueras för fullt vakuum, vilket innebär väsentlig àtgàng av material och tillverkningstid.This thus presupposes that the box surrounding the transformer is designed for full vacuum, which means significant consumption of materials and production time.

Om elektriska urladdningar sker i en oljefylld kraft- transformator, eller om det finns en lokal väsentlig höjning av temperaturen hos_nàgon del av transformatorn, sönderdelas oljan och gasformiga produkter löses i oljan.If electrical discharges occur in an oil-filled power transformer, or if there is a local significant increase in the temperature of any part of the transformer, the oil decomposes and gaseous products dissolve in the oil.

Transformatorerna förses därför i regel med övervaknings- anordningar för detektgring av i oljan löst gas.The transformers are therefore generally equipped with monitoring devices for detecting gas dissolved in the oil.

Av viktskäl transportëïäs stora krafttransformatorer utan olja. Montage av transformatorn pà plats hos en kund kräver i sin tur förnyad vakuumbehandling. Detta är dessutom en process spmjmaste upprepas varje gang làdan har öppnats för nàgon àtgärd eller inspektion. 10 15 20 25 30 35 5130493 Det är uppenbart att dessa processer är mycket tids- krävande och utgör en väsentlig del av den totala tiden för tillverkning och reparation samtidigt som den kräver tillgáng till omfattande resurser.For weight reasons, large power transformers without oil are transported. Mounting the transformer on site at a customer in turn requires renewed vacuum treatment. This is also a process that must be repeated every time the drawer has been opened for any action or inspection. 10 15 20 25 30 35 5130493 It is obvious that these processes are very time-consuming and constitute a significant part of the total time for manufacture and repair, while at the same time requiring access to extensive resources.

Isolationsmaterialet i konventionella krafttransfor- matorer utgör en stor del av transformatorns totala volym. För en krafttransformator i det övre effektomràdet är oljemängder i storleksordningen flera tiotals kubik- meter transformatorolja inte ovanliga. Oljan som uppvisar viss likhet med dieselolja är lättflytande med en rela- tivt lag flampunkt. Det är sáledes uppenbart att olja tillsammans med cellulosan utgör en icke försumbar brandrisk vid oavsiktlig upphettning, exempelvis vid internt överslag med av detta förorsakat oljespill.The insulation material in conventional power transformers makes up a large part of the transformer's total volume. For a power transformer in the upper power range, quantities of oil in the order of several tens of cubic meters of transformer oil are not uncommon. The oil, which shows some resemblance to diesel oil, is easy to flow with a relatively low flash point. It is thus obvious that oil together with the cellulose constitutes a non-negligible fire risk in the event of unintentional heating, for example in the event of an internal spillage with oil spills caused by this.

Det är också uppenbart att det, speciellt vid oljefyllda krafttransformatorer, finns ett mycket stort transport- problem. En sådan krafttransformator i det övre effekt- omradet kan ha en total oljevolym pà flera tiotal kubik- meter och kan väga upp till flera hundra ton. Det inses att transformatorns yttre konstruktion ibland mäste anpassas till den aktuella transportprofilen, dvs till eventuell passage av broar, tunnlar m m.It is also obvious that, especially with oil-filled power transformers, there is a very large transport problem. Such a power transformer in the upper power range can have a total oil volume of several tens of cubic meters and can weigh up to several hundred tons. It is understood that the external construction of the transformer sometimes has to be adapted to the current transport profile, ie to the possible passage of bridges, tunnels, etc.

Nedan följer en kort sammanfattning av teknikens ständ- punkt när det gäller oljefyllda krafttransformatorer, där bàde dess begränsningar och problemområden skall beskrivas: En oljefylld konventionell krafttransformator - innefattar en yttre làda i vilken skall inrymmas en transformator bestående av en transformatorkärna med spolar, olja för isolering och kylning, mekaniska staganordningar av olika slag m m. Det ställs mycket stora mekaniska krav pà làdan, eftersom den, utan olja men med transformator, skall kunna vakuumbehandlas till 10 15 20 25 30 35 51§1493 sä gott som fullt vakuum. Ládan kräver mycket omfattande tillverknings- och provningsprocesser, och làdans stora utvändiga màtt medför också i regel stora transport- problem; - innefattar i regel sà kallad tryckoljekylning. Detta kylförfarandet kräver tillgång till oljepump, yttre kylelement, expansionskärl och expansionskoppling m m; - innefattar en elektrisk förbindelse mellan transfor- matorns yttre anslutningar och de närmast anslutna spolarna/lindningarna i form av en genomföring fixerad vid ládväggen. Genomföringen är byggd för att klara före- kommande isolationskrav bàde pà làdans utsida och insida; - innefattar spolar/lindningar vars ledare är uppdelade i ett antal ledarelement, parter, som mäste transponeras pà ett sàdant sätt att den inducerade spänningen i varje part blir sá lika som möjligt och så att skillnaden i inducerad spänning mellan varje par av parter blir så liten som möjligt; - innefattar ett isolationssystem, dels inom en spole/lindning och dels mellan spolar/lindningar och övriga metalldeta1jer¿ som är utformat som en fast cellulosa- eller lackbaserad isolation närmast det enskilda ledarelementetgsamt där utanför av fast cellulosa och flytande, eventuellt också gasformig, isolation. Det är dessgtom synnerligen viktigt att isolationssystemet har en mycket làg fukthalt; - innefattar som en integrerad del en oljeomgiven lindningskopplare i regel kopplad till transformatorns högspänningslindning för spänningsreglering; - innehàller olja som kan innebära en icke försumbar brandrisk i samband medninre partiella urladdningar, sá 10 15 20 25 30 35 5152493 kallad glimning, gnistbildning i lindningskopplare och andra feltillstånd; - innefattar i regel en övervakningsanordning för över- vakning av i oljan löst gas som uppstår vid elektriska urladdningar däri eller vid lokala temperaturhöjningar; - innehåller olja som vid skada eller olycksfall kan resultera i en omfattande miljöskada på grund av olje- utsläpp. ” REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Syftet med uppfinningen är att ta fram ett transformator- koncept inom det effektområde som angetts under beskriv- dvs så kallade kraft- transformatorer med märkeffekt från något hundratal kVA ningen av teknikens ståndpunkt, upp till över 1000 MVA med märkspänning från 3-4 kV och upp till mycket höga överföringsspänningar, såsom 400 kV till 800 kV eller högre, delar, problem och begränsningar som är förknippade med och som inte medför de nack- tidigare kända oljefyllda krafttransformatorer enligt vad som framgår av ovannämnda beskrivning av teknikens ståndpunkt. Uppfinningen bygger på insikten att man, genom att konstruera lindningen eller lindningarna i transformatorn/reaktorn så att den innefattar en fast isolation omgiven av ett yttre och ett inre potential- inom vilket inre skikt den får en möjlighet att hålla det elektriska fältet i hela anläggningen inom lind- utjämnande halvledande skikt, elektriska ledaren är belägen, ningen. Enligt uppfinningen måste den elektriska ledaren vara så anordnad att den har en sådan ledande kontakt med det inre halvledande skiktet att inga skadliga potential- skillnader kan uppstå i gränsskiktet mellan den fasta isolationens innersta del och den omgivande inre halv- ledaren längs ledarens längd. En krafttransformator enligt uppfinningen uppvisar uppenbara betydande fördelar relativt en konventionell oljefylld transformator. För- 10 15 20 25 30 35 51313493 delarna kommer att beskrivas närmare nedan. Som nämnts i inledningen till beskrivningen medger uppfinningen ocksa att konceptet kan tillämpas pä reaktorer bäde med och utan järnkärna.The following is a brief summary of the state of the art regarding oil-filled power transformers, where both its limitations and problem areas are to be described: An oil-filled conventional power transformer - comprises an outer box in which a transformer consisting of a transformer core with coils, oil for insulation and cooling, mechanical stay devices of various kinds, etc. Very large mechanical demands are placed on the drawer, since it, without oil but with a transformer, must be able to be vacuum-treated to almost full vacuum. The box requires very extensive manufacturing and testing processes, and the box's large external dimensions also usually cause major transport problems; - usually includes so-called pressure oil cooling. This cooling method requires access to an oil pump, external cooling element, expansion vessel and expansion coupling, etc .; - comprises an electrical connection between the external connections of the transformer and the nearest connected coils / windings in the form of a bushing fixed to the charging wall. The bushing is built to meet existing insulation requirements both on the outside and inside of the drawer; - comprises coils / windings whose conductors are divided into a number of conductor elements, parties, which must be transposed in such a way that the induced voltage in each party becomes as equal as possible and so that the difference in induced voltage between each pair of parties becomes so small as possible; - comprises an insulation system, partly within a coil / winding and partly between coils / windings and other metal details¿ which is designed as a solid cellulose or lacquer-based insulation closest to the individual conductor element and outside there of solid cellulose and liquid, possibly also gaseous, insulation. It is, moreover, extremely important that the insulation system has a very low moisture content; - comprises as an integral part an oil-surrounded winding coupler, usually connected to the high-voltage winding of the transformer for voltage regulation; - contains oil which may present a non-negligible fire risk in connection with internal partial discharges, so called glitter, sparking in winding couplers and other fault conditions; - generally comprises a monitoring device for monitoring gas dissolved in the oil which arises in the case of electrical discharges therein or in the event of local temperature rises; - contains oil which in the event of damage or accident can result in extensive environmental damage due to oil spills. DESCRIPTION OF THE INVENTION, ADVANTAGES 3-4 kV and up to very high transmission voltages, such as 400 kV to 800 kV or higher, parts, problems and limitations associated with and which do not result in the previously known oil-filled power transformers according to the above description of the prior art . The invention is based on the insight that, by designing the winding or windings in the transformer / reactor so that it comprises a solid insulation surrounded by an outer and an inner potential - within which inner layer it is given an opportunity to keep the electric field in the whole plant within winding-leveling semiconductor layer, the electrical conductor is located, ning. According to the invention, the electrical conductor must be arranged so as to have such a conductive contact with the inner semiconductor layer that no harmful potential differences can occur in the boundary layer between the innermost part of the solid insulation and the surrounding inner semiconductor along the length of the conductor. A power transformer according to the invention has obvious significant advantages over a conventional oil-filled transformer. The advantages will be described in more detail below. As mentioned in the introduction to the description, the invention also allows the concept to be applied to reactors both with and without an iron core.

De väsentliga skillnaderna mellan konventionella oljefyllda krafttransformatorer/reaktorer och en krafttransformator/reaktor enligt uppfinningen är att lindningen/lindningarna sàledes innefattar en fast isolation omgiven av ett yttre och ett inre potential- skikt sàväl som minst en elektrisk ledare anordnad innanför det inre potentialskiktet, utformade som halvledare. En definition av vad som innefattas i begreppet halvledare kommer att beskrivas nedan. Enligt en föredragen utföringsform är lindningen/lindningarna utformad/utformade som en flexibel kabel.The essential differences between conventional oil-filled power transformers / reactors and a power transformer / reactor according to the invention is that the winding / windings thus comprise a solid insulation surrounded by an outer and an inner potential layer as well as at least one electrical conductor arranged inside the inner potential layer, designed as semiconductor. A definition of what is included in the term semiconductor will be described below. According to a preferred embodiment, the winding (s) are shaped as a flexible cable.

Vid de högspänningsnivàer som krävs i en krafttransfor- mator/reaktor enligt uppfinnaren, vilken ansluts till högspänningsnät med mycket höga driftspänningar, kommer de elektriska och termiska belastningarna som kan uppstà att uppställa extrema krav pà isolationsmaterialet. Det är känt att s k partiellamurladdningar, PD, generellt utgör ett allvarligt problem för isolationsmaterialet i högspänningsanläggningar_ Om hàligheter, porer eller liknande uppstår vid ett isolationsskikt, kan interna koronaurladdningar uppstå vid höga elektriska spänningar, varvid isolationsmaterialet gradvis nedbryts och som slutligen kan leda tillwelektriskt genombrott genom isolationen. Det inses att detta kan leda till ett allvarligt haveri av exempelvis en krafttransformator.At the high voltage levels required in a power transformer / reactor according to the inventor, which is connected to high voltage networks with very high operating voltages, the electrical and thermal loads that may arise will place extreme demands on the insulation material. It is known that so-called partial laminate discharges, PD, generally constitute a serious problem for the insulation material in high voltage installations. If cavities, pores or the like occur at an insulation layer, internal corona discharges can occur at high electrical voltages, whereby the insulation material gradually breaks down the insulation. It is understood that this can lead to a serious breakdown of, for example, a power transformer.

Uppfinningen bygger bl a pá insikten att de halvledande potentialskikten uppvisar liknande termiska egenskaper vad beträffar värmeutgidgningskoefficienten och att skikten är fast förbundna med den fasta isolationen.The invention is based, inter alia, on the insight that the semiconductive potential layers have similar thermal properties with regard to the coefficient of thermal expansion and that the layers are firmly connected to the solid insulation.

Företrädesvis är de halvledande skikten enligt uppfinningen integrerade med den fasta isolationen för 10 15 20 25 30 35 5154 493 att garantera att dessa skikt och den angränsande isolationen uppvisar liknande termiska egenskaper för att garantera god kontakt oberoende av de temperaturändringar som uppstår i ledningen vid olika belastning. Vid temperaturgradienter kommer den isolerande delen med halvledande skikt att utgöra en monolitisk del och defekter orsakade av olika temperaturutvidgning i isolationen och de omgivande skikten uppstàr inte. Den elektriska belastningen pà materialet reduceras som en följd av att de halvledande delarna runt isolationen kommer att utgöra ekvipotentialytor och att det elek~ triska fältet i isolationsdelen därmed kommer att fördelas nästan jämnt över isolationens tjocklek.Preferably, the semiconducting layers of the invention are integrated with the solid insulation to ensure that these layers and the adjacent insulation exhibit similar thermal properties to ensure good contact regardless of the temperature changes that occur in the conduit at different loads. . At temperature gradients, the insulating part with semiconducting layers will form a monolithic part and defects caused by different temperature expansion in the insulation and the surrounding layers will not occur. The electrical load on the material is reduced as a result of the fact that the semiconductor parts around the insulation will form equipotential surfaces and that the electric field in the insulation part will thus be distributed almost evenly over the thickness of the insulation.

Enligt uppfinningen maste det tillförsäkras att isolationen inte bryts ned av de ovan beskrivna fenomenen. Detta kan ástadkommas genom att använda som isolationsskíkt, tillverkade pà sa sätt att risken för kaviteter och porer blir minimal, exempelvis extruderade skikt av ett lämplig termoplastmaterial, sásom en tvärbunden PE (polyeten), XLPE och EPR (eten- propengummi). Isolationsmaterialet är sàledes ett làgförlustmaterial med hög genombrottshàllfasthet som uppvisar krympning vid belastning.According to the invention, it must be ensured that the insulation is not broken down by the phenomena described above. This can be achieved by using as insulation layers, manufactured in such a way that the risk of cavities and pores is minimal, for example extruded layers of a suitable thermoplastic material, such as a crosslinked PE (polyethylene), XLPE and EPR (ethylene propylene rubber). The insulation material is thus a low-loss material with high breakthrough strength which exhibits shrinkage under load.

Den elektriska belastningen pá material minskas till följd av att de halvledande delarna runt isolationen kommer att utgöra ekvipotentialytor och att det elek- triska fältet i den isolerande delen därmed kommer att fördelas nästan jämnt över isolationens tjocklek.The electric load on the material is reduced as a result of the semiconductor parts around the insulation forming constituent potential surfaces and the electric field in the insulating part thus being distributed almost evenly over the thickness of the insulation.

Det är i och för sig känt, i samband med överförings- kablar för hög spänning och för överföring av elektrisk energi, att konstruera ledare med en extruderad isola- tion, baserad pà den förutsättningen att isolationen bör vara fri fràn defekter. I dessa överföringskablar ligger potentialen i princip pá samma nivá längs hela kabelns längd, vilken ger en hög elektrisk pàkänning i isola- 10 15 20 25 30 35 51315493 tionsmaterialet. Överföringskabeln förses med ett inre och ett yttre halvledande skikt för potentialutjämning.It is known per se, in connection with transmission cables for high voltage and for the transmission of electrical energy, to construct conductors with an extruded insulation, based on the premise that the insulation should be free from defects. In these transmission cables, the potential is in principle at the same level along the entire length of the cable, which gives a high electrical stress in the insulation material. The transmission cable is provided with an inner and an outer semiconductor layer for equipotential bonding.

Föreliggande uppfinning bygger således pà insikten att man, genom att konstruera lindningen enligt de i patent- kraven beskrivna karakteristiska särdragen vad beträffar den fasta isolationen och de omgivande potentialut- jämnande skikten, kan ástadkomma en transformator/reaktor i vilken det elektriska fältet hàlls innanför lindningen.The present invention is thus based on the insight that, by designing the winding according to the characteristic features described in the claims, with respect to the solid insulation and the surrounding equipotential bonding layers, a transformer / reactor can be provided in which the electric field is kept inside the winding.

Ytterligare förbättringar kan också àstadkommas genom att bygga upp ledaren av mindre isolerade delar, s k parter.Further improvements can also be achieved by building up the conductor of less insulated parts, so-called parts.

Genom att göra dessa parter smà och cirkulära kommer det magnetiska fältet över parterna att uppvisa en konstant geometri i relation till fältet och förekomsten av virvelströmmar kommer att minimeras.By making these parts small and circular, the magnetic field across the parties will exhibit a constant geometry in relation to the field and the occurrence of eddy currents will be minimized.

Enligt uppfinningen görs således lindningen/lindningarna i form av en kabel som innefattar minst en ledare inne- hàllande ett antal parter och med ett inre halvledande skikt runt parterna. Utanför detta inre halvledande skikt befinner sig kabelns huvudisolation i form av en solid isolation, och runt denna fasta isolation finns ett yttre halvledande skikt. Kabeln kan i vissa sammanhang ha ytterligare ytterskikt.According to the invention, the winding (s) are thus made in the form of a cable which comprises at least one conductor containing a number of parts and with an inner semiconducting layer around the parts. Outside this inner semiconductor layer is the main insulation of the cable in the form of a solid insulation, and around this solid insulation there is an outer semiconducting layer. In some contexts, the cable may have additional outer layers.

Enligt uppfinningen skall det yttre halvledande skiktet uppvisa sádana elektriska;egenskaper att en potential- utjämning längs ledaren tillförsäkras. Det halvledande skiktet fàr emellertidjinte uppvisa sådana lednings- egenskaper att den indugerade strömmen orsakar en oönskad termisk belastning. Vidare mäste ledaregenskaperna hos skiktet vara tillräckliga för att garantera att en ekvipotentialyta erhall§¿“Resistiviteten, p, hos det halvledande skiktet skall uppvisa ett minimivärde, pmﬂ = 1 Qcm, och dessutom och ett maximivärdë, hm = 100 kQcm, skall det halvledande skiktets resistans per längdenhet i 10 15 20 25 30 35 51516493 kabelns axialled, R, uppvisa ett minimivärde &\= 50 Q/m och ett maximivärde Rm_= 50 MQ/m.According to the invention, the outer semiconductor layer must have such electrical properties that a potential equalization along the conductor is ensured. However, the semiconducting layer must not exhibit such conductive properties that the induced current causes an undesired thermal load. Furthermore, the conductive properties of the layer must be sufficient to ensure that an equipotential surface is obtained. The resistivity, p, of the semiconducting layer must have a minimum value, pm ﬂ = 1 Qcm, and in addition and a maximum value, hm = 100 kQcm, resistance per unit length in the axial joint of the cable, R, have a minimum value & \ = 50 Q / m and a maximum value Rm_ = 50 MQ / m.

Det inre halvledande skiktet mäste uppvisa tillräcklig elektrisk ledningsförmàga för att kunna fungera pà potentialutjämnande sätt och därmed utjämnande med avseende pá det elektriska fältet utanför det inre skiktet. I detta sammanhang är det viktigt att skiktet har sàdana egenskaper att det utjämnar varje oregelbun- denhet i ytan hos ledaren och att det bildar en ekvi- potentialyta med hög ytfinish vid gränsytan mot den fasta isolationen. Skiktet kan som sàdant utformas med varierande tjocklek men skall garantera en jämn yta med avseende pà ledaren och den fasta isolationen, varvid dess tjocklek lämpligen är mellan 0,5 och 1 mm. Skiktet fär dock inte uppvisa en sä stor ledningsförmàga att det medverkar till att inducera spänningar. För det inre = 104 Qcm, R min halvledande skiktet gäller sáledes att p = 50|uQ/m, och pá motsvarande sätt gäller att pmx= 5 MQ/m. 100 kQcm, R = IIBX En sádan kabel som används enligt uppfinningen är en vidareutveckling av en termoplastisk kabel och/eller en tvärbunden termoplast sásom XLPE eller en kabel med isolation av eten-propengummi (EP) eller annan gummi, t ex silikongummi. Vidareutvecklingen omfattar bl a en ny konstruktion bade vad beträffar ledarnas kardeler och i det att kabeln inte har nàgot yttre hölje för mekaniskt skydd av kabeln.The inner semiconductor layer must have sufficient electrical conductivity to be able to function in a potential equalizing manner and thus equalizing with respect to the electric field outside the inner layer. In this context, it is important that the layer has such properties that it evens out any irregularity in the surface of the conductor and that it forms an equipotential surface with a high surface finish at the interface with the solid insulation. As such, the layer can be designed with varying thicknesses but must guarantee a smooth surface with respect to the conductor and the solid insulation, its thickness preferably being between 0.5 and 1 mm. However, the layer must not exhibit such a large conductivity that it contributes to inducing stresses. For the inner = 104 cmQcm, R min the semiconducting layer thus holds that p = 50 | uQ / m, and correspondingly applies that pmx = 5 QQ / m. 100 kQcm, R = IIBX Such a cable used according to the invention is a further development of a thermoplastic cable and / or a cross-linked thermoplastic such as XLPE or a cable with insulation of ethylene-propylene rubber (EP) or other rubber, eg silicone rubber. The further development includes a new construction both in terms of the conductors' strands and in that the cable does not have an outer casing for mechanical protection of the cable.

En lindning bestående av en sádan kabel kommer att medföra helt andra isolatonstekniska förutsättnigar än de som gäller för konventionella transformator/reaktorf lindningar beroende pà den elektriska fältfördelningen.A winding consisting of such a cable will entail completely different isolating technical conditions than those that apply to conventional transformer / reactor windings depending on the electric field distribution.

För att utnyttja de fördelar som användandet av nämnda kabel medger finns andra möjliga utföringsformer vad beträffar jordning hos en transformator/reaktor enligt 10 15 20 25 30 35 51317495 uppfinningen än vad som gäller för konventionella oljefyllda krafttransformatorer.In order to take advantage of the advantages which the use of said cable allows, there are other possible embodiments with regard to earthing of a transformer / reactor according to the invention than that which applies to conventional oil-filled power transformers.

Det är väsentligt och nödvändigt för en lindning i en krafttransformator/reaktor enligt uppfinningen att átminstone en av ledarens kardeler är oisolerad och sà anordnad att god elektrisk kontakt ästadkoms med det inre halvledande skiktet. Det inre skiktet kommer sàledes alltid att ligga pà ledarens poential. Alternativt kan olika kardeler väkelvis vara ledande med elektrisk kontakt med det inre halvledande skiktet.It is essential and necessary for a winding in a power transformer / reactor according to the invention that at least one of the conductors of the conductor is uninsulated and arranged so that good electrical contact is achieved with the inner semiconducting layer. The inner layer will thus always be at the potential of the conductor. Alternatively, different strands may alternately be conductive with electrical contact with the inner semiconducting layer.

När det gäller kardelerna i övrigt kan samtliga eller vissa av de övriga vara lackerade och därmed isolerade.In the case of the strands in general, all or some of the others may be lacquered and thus insulated.

Enligt uppfinningen kan avslutningarna pà högspännings- och làgspänningslindningarna antingen vara av skarvtyp (dà anslutningen är till ett kabelsystem) eller av kabel- avslutningstyp (dä anslutningen är till ett ställverk eller till en luftledning). Dessa delar bestàr ocksa av ett fast isolationsmaterial och uppfyller således samma PD-krav som hela isolationssystemet.According to the invention, the terminations of the high-voltage and low-voltage windings can either be of the splice type (when the connection is to a cable system) or of the cable termination type (when the connection is to a switchgear or to an overhead line). These parts also consist of a solid insulation material and thus meet the same PD requirements as the entire insulation system.

Enligt uppfinningen kan transformatorn/reaktorn ha antingen extern eller intern kylning, varvid extern betyder gas- eller vätskekylning pà jordpotential och intern betyder gas- eller vätskekylning inuti lindningen.According to the invention, the transformer / reactor can have either external or internal cooling, where external means gas or liquid cooling at ground potential and internal means gas or liquid cooling inside the winding.

Att tillverka transformator- eller reaktorlindningar av en kabel enligt ovan innebär drastiska skillnader vad gäller den elektriska fältfërdelningen mellan konven- tionella 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 säledes inte finns nagot elektriskt fält utanför det yttre_halvledande skiktet. Det av den ström- förande ledaren åstadkomma elektriska fältet uppträder 10 15 20 25 30 35 513 4893 endast i den fasta huvudisoleringen. Bàde ur kon- struktionssynpunkt och ur tillverkningssynpunkt innebär detta väsentliga fördelar: - transformatorns lindningar kan utformas utan att behöva ta hänsyn till nägon elektrisk fältfördelning och den under teknikens ståndpunkt nämnda transponeringen av parter bortfaller; - transformatorns kärnkonstruktion kan utformas utan att behöva ta hänsyn till någon elektrisk fältfördelning; - det behövs ingen olja för elektrisk isolation av lindningen, dvs det lindningen omgivande mediet kan vara luft; - det behövs ingen olja för kylning av lindningen.Manufacturing transformer or reactor windings from a cable as above involves drastic differences in the electric field distribution between conventional power transformers / reactors and a power transformer / reactor according to the invention. The decisive advantage of a cable-shaped winding according to the invention is that the electric field is enclosed in the winding and that there is thus no electric field outside the outer semiconductor layer. The electric field provided by the live conductor appears only in the fixed main insulation. Both from a design point of view and from a manufacturing point of view, this entails significant advantages: - the windings of the transformer can be designed without having to take into account any electric field distribution and the transposition of parts mentioned under the state of the art is eliminated; the core construction of the transformer can be designed without having to take into account any electric field distribution; no oil is needed for electrical insulation of the winding, ie the medium surrounding the winding can be air; - no oil is needed to cool the winding.

Kylningen kan utföras pà jordpotential och som kylmedium kan gas eller vätska användas; - inga speciella anslutningar krävs för elektrisk förbin- delse mellan transformatorns yttre anslutningar och de närmast anslutna spolarna/lindningarna, eftersom den elektriska förbindelsen, i motsats till konventionella anläggningar, är integrerad med lindningen; - traditionella transformator/reaktorgenomföringar är inte nödvändiga. Istället kan fältomvandling frán radiellt till axiellt fält utanför transformatorn/ reaktorn realiseras pà liknande sätt som för en traditionell kabelavslutning; - den tillverknings- och provningsteknologi som behövs för en krafttransformator enligt uppfinningen är väsentligt enklare än för en konventionell krafttransformator/reaktor eftersom de under teknikens ståndpunkt beskrivna impregnerings~, torknings- och 10 15 20 25 30 35 513 4993 vakuumbehandlingarna ej är behövliga. Detta ger betydligt kortare produktionstider; - genom att använda isolationstekniken enligt upp- finningen àstadkoms betydande möjligheter till utveckling av transformatorns magnetkrets, vilket gavs enligt teknikens ståndpunkt.The cooling can be performed on earth potential and gas or liquid can be used as the cooling medium; no special connections are required for electrical connection between the external connections of the transformer and the nearest connected coils / windings, since the electrical connection, in contrast to conventional systems, is integrated with the winding; - traditional transformer / reactor bushings are not necessary. Instead, field conversion from radial to axial field outside the transformer / reactor can be realized in a similar way as for a traditional cable termination; the manufacturing and testing technology required for a power transformer according to the invention is substantially simpler than for a conventional power transformer / reactor because the impregnation, drying and vacuum treatments described in the prior art are not necessary. This results in significantly shorter production times; - by using the insulation technology according to the invention, significant possibilities were achieved for the development of the transformer's magnetic circuit, which was provided according to the state of the art.

RITNINGSFÖRTECKNING Uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, där Figur 1 visar den elektriska fältfördelningen kring en lindning hos en konventionell krafttransformator/reaktor, Figur 2 visar en uföringsform av en lindning i form av en kabel i krafttransformatorer/reaktorer enligt upp- finningen, Figur 3 visar en utföringsform av en krafttransformator enligt uppfinningen.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows the electric field distribution around a winding of a conventional power transformer / reactor, Figure 2 shows an embodiment of a winding in the form of a cable in power transformers / reactors according to the invention, Figure 3 shows an embodiment of a power transformer according to the invention.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar en förenklad och principiell vy av den elektriska fältfördelningen kring en lindning hos en konventionell krafttransformator/reaktor, där 1 är en lindning och 2 en kärna samt 3 áskàdliggör ekvpotential- linjer, dvs linjerTdäšïäetlelektriska fältet har samma storlek. Den lägre delen av lindningen antas vara pá jordpotential.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows a simplified and principal view of the electric field distribution around a winding of a conventional power transformer / reactor, where 1 is a winding and 2 a core and 3 illustrate equipotential lines, ie lines having the same size and field. The lower part of the winding is assumed to be at ground potential.

Potentialfördelningen bestämmer sammansättningen av isolationssystemet eftersom det är nödvändigt att ha tillräcklig isolation både mellan närliggande varv av lindningen och mellan varje varv och jord. Figuren visar således att den övre delen av lindningen utsätts för den 10 15 20 25 30 35 51526195 högsta dielektriska pàkänningen. En lindnings utförande och placering relativt kärnan bestäms pà detta sätt huvudsakligen av den elektriska fältfördelningen i kärn- fönstret.The potential distribution determines the composition of the insulation system because it is necessary to have sufficient insulation both between adjacent turns of the winding and between each turn and ground. The figure thus shows that the upper part of the winding is subjected to the highest dielectric stress. The design and location of a winding relative to the core is determined in this way mainly by the electric field distribution in the core window.

Figur 2 visar ett exempel pà en kabel som kan användas i lindningarna som ingàr i krafttransformatorer/reaktorer enligt uppfinningen. En sådan kabel innefattar åtminstone en ledare 4 bestàende av ett antal kardeler 5 med ett inre halvledande skikt 6 beläget runt kardelerna. Utanför detta inre halvledande skikt finns kabelns huvudisolering 7 i form av fast isolation, och omgivande denna fasta isolation finns ett yttre halvledande skikt 8. Som tidigare nämnts kan kabeln vara försedd med andra ytterligare skikt för speciella ändamål, exempelvis för att förhindra för höga elektriska pàkänningar pà övriga omràden av transformatorn/reaktorn. Ur geometrisk dimensionssynpunkt kommer de aktuella kablarna att ha en ledararea som ligger mellan 30 och 3000 mmz och en yttre kabeldiameter som ligger mellan 20 och 250 mm.Figure 2 shows an example of a cable that can be used in the windings that are included in power transformers / reactors according to the invention. Such a cable comprises at least one conductor 4 consisting of a number of strands 5 with an inner semiconducting layer 6 located around the strands. Outside this inner semiconductor layer is the main insulation 7 of the cable in the form of solid insulation, and around this solid insulation there is an outer semiconducting layer 8. As previously mentioned, the cable may be provided with other additional layers for special purposes, for example to prevent excessive electrical stresses. in other areas of the transformer / reactor. From a geometric dimension point of view, the cables in question will have a conductor area between 30 and 3000 mmz and an outer cable diameter between 20 and 250 mm.

Lindningar hos en krafttransformator/reaktor tillverkade av den under redogörelsen för uppfinningen redovisade kabeln kan komma till användning bade vid enfas-, trefas- och flerfastransformatorer/reaktorer oberoende av hur kärnan är utformad. En utföringsform framgàr av figur 3 som visar en trefas laminerad kärntransformator. Kärnan 10 och ll I den visade bestár pà konventionellt sätt av tre kärnben 9, samt de sammanhàllande oken 12 och 13. utföringsformen har bàde kärnbenenen och oken avtrappade tvärsnitt.Windings of a power transformer / reactor made of the cable described in the description of the invention can be used in both single-phase, three-phase and multiphase transformers / reactors, regardless of how the core is designed. An embodiment is shown in Figure 3 which shows a three-phase laminated nuclear transformer. The core 10 and 11 in the embodiment consist in a conventional manner of three core legs 9, as well as the cohesive yokes 12 and 13. The embodiment has both the core legs and the yoke stepped cross sections.

Koncentriskt kring kärnbenen finns de med kabeln utformade lindningarna. Som framgår har den i figur 3 visade utföringsformen tre koncentriska lindningsvarv 14, 15 och 16. Det innersta lindningsvarvet 14 kan represen- tera primärlindningen och de tvà övriga lindningsvarven 15 och 16 kan representera sekundärlindningarna. För att 10 15 20 25 30 35 515 495 21 inte belasta figuren med för mànga detaljer är lindning- arnas anslutningar ej visade. Av figuren i övrigt framgàr att det i den visade utföringsformen pà vissa platser runt lindningarna finns distansskenor 17 och 18 med flera olika funktioner. Distansskenorna kan vara utformade av isolerande material avsedda att ge ett visst utrymme mellan de koncentriska lindningsvarven för kylning, stagning m m. De kan också vara utformade av elektriskt ledande material för att ingà i lindningarnas jordnings- system.Concentrically around the core legs are the windings designed with the cable. As can be seen, the embodiment shown in Figure 3 has three concentric winding turns 14, 15 and 16. The innermost winding turn 14 can represent the primary winding and the other two winding turns 15 and 16 can represent the secondary windings. In order not to load the figure with too many details, the connections of the windings are not shown. The figure in general shows that in the embodiment shown, in certain places around the windings, there are spacer rails 17 and 18 with several different functions. The spacer rails can be formed of insulating material intended to provide a certain space between the concentric winding turns for cooling, bracing, etc. They can also be designed of electrically conductive material to be included in the grounding system of the windings.

Claims

10 15 20 25 30 35 513 495 22 PATENT REQUIREMENTS

Power transformer / reactor comprising at least one winding, characterized in that the winding / windings comprise one or more live conductors, that around each conductor (4) a first layer (6) with semiconducting properties is arranged, that around the first (7) , around the insulating part a second layer (8) is arranged, the layer is arranged a solid insulating part and that with semiconducting properties.

Power transformer / reactor according to claim 1, characterized in that the first layer (6) has substantially the same potential as the conductor.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second layer (8) is arranged in such a way that it essentially constitutes an equipotential surface surrounding the conductor (s).

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the second layer (8) is connected to earth potential.

Power transformer / reactor according to one or more of characterized in that the semiconductor layers (6, 8) have substantially the same coefficient of thermal expansion so that, preceding claim, and the insulating part (7) during thermal movement in the winding, defects, cracks or the like does not occur in the boundary layer between the semiconductor layers and the insulating part.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that each of the semiconducting layers (6, 8) at adjacent solid insulating part (7) is fixed along substantially the entire adjacent surface. 10 15 20 25 30 35 513 493 23

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the winding (s) are made in the form of a flexible cable.

Power transformer / reactor according to claim 7, characterized in that the cable is manufactured with a conductor area of between 30 and 3000 mm2 and with an outer cable diameter of between 20 and 250 mm.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the solid insulation (7) is formed of polymeric materials.

10. Power transformer / reactor according to one or more of the features that the first layer (6) and / or the second layer (8) are formed of polymeric materials. previous claims,

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the solid insulation (7) has been produced by extrusion.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the current-carrying conductor (4) comprises a number of strands, said strands being insulated from each other except some strands which are uninsulated to ensure electrical contact with it. first semiconducting layer (6).

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims; k'ä n'n e t e c k n a d in that at least one of the conductors (4) of the conductor (4) is uninsulated and arranged in such a way that the electrical contact is established with the inner semiconducting layer. 10 15 20 25 30 35 513 495 24

14. A power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the power transformer / reactor comprises a core consisting of magnetic material.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the power transformer / reactor comprises an iron core consisting of core bones and yokes.

The power transformer / reactor according to claims 1-13, characterized in that the power transformer / reactor is designed without an iron core (air wound).

17. A power transformer comprising at least two galvanically separated windings according to any one of the preceding claims, characterized in that the windings are concentrically wound.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the power transformer / reactor is connected to two or more voltage levels.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the high and / or low voltage winding is spliced to a power cable and / or made in a manner similar to power cable termination (s).

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that substantially all of the electrical insulation in the transformer / reactor is enclosed between the conductor (4) and the second layer (8) of the winding, which insulation is in the form of solid insulation. 10 15 20 25 30 35 513 493 25

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that its winding is designed for high voltage, above 10 kV, suitably in particular above 36 kV, and preferably more than 72.5 kV and up to very high transmission voltages such as 400 kV to 800 kV or higher.

Power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that the transformer / reactor is designed for a voltage range above 0.5 MVA, preferably above 30 MVA.

Cooling of a power transformer / reactor according to a feature in which the transformer / reactor is cooled with liquid or more of the preceding claims, and / or gas at ground potential.

A method of electric field control in a power transformer / reactor comprising a magnetic field generating circuit having at least one winding with at least one electrical conductor and an insulation located outside it, characterized in that the insulation is formed by a solid insulation material and that an outer layer is arranged outside the insulation, this outer layer being connected to earth or otherwise a relatively low potential and having an electrical conductivity which is higher than the conductivity of the insulation but lower than the conductivity of the electrical conductor so that it works to equalize potential and causes the electric field to be substantially enclosed in the winding within the outer layer.

A method of manufacturing a power transformer / reactor according to one or more of the preceding claims, characterized in that a flexible cable is used as winding and that the winding of the cable to form the winding (s) of the transformer / reactor is mounted on the place.