CZ20001970A3

CZ20001970A3 - Transformer

Info

Publication number: CZ20001970A3
Application number: CZ20001970A
Authority: CZ
Inventors: Thorsten Schütte; Pär Holmberg; Jan Brangefält; Christian Sasse; Peter Carstensen
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2000-10-11

Abstract

Silový transformátor zahrnuje alespoň jedno vinutí (32) na vysoké napětí a alespoň jedno vinutí (30) na nízké napětí. Každé z vinutí (32, 30) zahrnuje alespoň jeden vodič elektrického proudu, první vrstvu mající polovodičové vlastnosti a obklopující uvedený vodič, pevnou izolační vrstvu, obklopující uvedenou první vrstvu a druhou vrstvu, mající polovodičové vlastnosti a obklopující uvedenou izolační vrstvu. Vinutí (32, 30) jsou promíchány tak, aby závity vinutí (32) na vysoké napětí byly smíchány se závity vinutí (30) na nízké napětí.The power transformer comprises at least one winding (32) on high voltage and at least one low voltage winding (30). Each of the windings (32, 30) comprises at least one conductor electric current, the first layer having semiconductor properties and surrounding said conductor, solid insulating a layer surrounding said first layer and a second layer, having semiconductor properties and surrounding said insulation layer. The windings (32, 30) are mixed in such a way that the high voltage windings (32) were mixed with the threads low voltage winding (30).

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká silového transformátoru, který zahrnuje alespoň jedno vinutí na vysoké napětí a alespoň jedno vinutí na nízké napětí.The invention relates to a power transformer comprising at least one high voltage winding and at least one low voltage winding.

Oblast technikyTechnical field

Termínem silový transformátor, který je použit v textu této přihlášky vynálezu, se rozumí transformátor, který má jmenovitý výkon od několika stovek kVA do hodnoty vyšší než 1000 MVA a jmenovité napětí od 3-4 kV do velmi vysokých přenosových napětí, např. 400-800 kV nebo vyšší.The term power transformer used in the text of the present invention refers to a transformer having a rated power of several hundred kVA to more than 1000 MVA and a rated voltage of 3-4 kV to very high transmission voltages, e.g. 400-800 kV or higher.

Konvenční silové transformátory jsou popsány, např. v publikaci A.C. Franklin and D. P.Franklin, The J & P Transformer Book, A Practical Technology of the Power Trans former, Butterworths, 11 th edition, 1990. Problémy týkající se vnitřní elektrické izolace jsou popsány, např. v publikaci H. P. Moser, Transformerboard, Die Verwendung von Transformerboard in Grossleistungstrans formatoren, H.Weidman AG, Rapperswil mit Gesamthestellung: Birkáuser AG, Basle, Switzerland.Conventional power transformers are described, for example, in A.C. Franklin & DPFranklin, The J & P Transformer Book, A ' s Practical Technology of Power Trans Former, Butterworths, 11 th edition, 1990. Problems related to internal electrical insulation are described, e.g., in HP Moser, Transformerboard, Die Verwendung von Transformerboard in Grossleistungstrans formatoren, H.Weidman AG, Rapperswil mit Gesamthestellung: Birkáuser AG, Basle, Switzerland.

V oblasti přenosu a distribuce elektrické energie jsou transformátory výlučně používány pro výměnu elektrické energie mezi dvěma nebo více systémy. Transformátory jsou dostupné s výkony od oblasti kolem 1 MVA do oblasti 1000 MVA a napětími až k nejvyšším přenosovým napětím používaných v • · · · ·· ···· ·· ·· ··· · · · « 4 · « • · · · · · · · · · · · · • · ··· · · · · ·· · • · · · · · ·· · · ···· ·· »· ··· ·· ·· současné době.In the field of power transmission and distribution, transformers are exclusively used to exchange electrical power between two or more systems. Transformers are available with capacities ranging from around 1 MVA to 1000 MVA and voltages up to the highest transmission voltages used in • · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · • · ··· · · · · ·· · • · · · · · ·· · · ···· ·· "· ··· ·· ·· Currently.

Konvenční silové transformátory zahrnují transformátorové jádro obvykle tvořené skládaným jádrem ze společně orientovaných desek' obvykle z křemíkového železa. Toto jádro je tvořeno množinou sloupců spojených rameny, které společně se sloupci tvoří jedno nebo více jádrových ' vinutí. Transformátory s tímto jádrem jsou obvykle nazývány jádrovými transformátory. Kolem sloupců jádra jsou ovinuty vinutí. V silových transformátorech jsou jednotlivá vinuti většinou soustředně uspořádány a rozloženy podél délky příslušného sloupce jádra.Conventional power transformers include a transformer core typically comprised of a pleated core of commonly oriented plates typically made of silicon iron. This core consists of a plurality of columns connected by arms, which together with the columns form one or more core windings. Transformers with this core are usually called core transformers. Winding is wrapped around the core columns. In power transformers, the individual windings are typically concentrically arranged and distributed along the length of the respective core column.

Nicméně, existují další typy transformátorů,; např. plášťové transformátory, které obvykle mají pravoúhlá vinutí a pravoúhlé sekce sloupců uspořádaných vně vinutí.However, there are other types of transformers; e.g., casing transformers, which typically have rectangular windings and rectangular sections of columns arranged outside the winding.

Jsou známé rovněž vzduchem chlazené transformátory pro nízké výkony. Za účelem dosažení ochrany proti náhodilému dotyku částí těchto transformátorů jsou tyto transformátory opatřeny krytem, např. síťovým krytem, které rovněž omezuje vnější magnetická pole transformátoru.Low-power air-cooled transformers are also known. In order to provide protection against accidental contact with parts of these transformers, these transformers are provided with a cover, eg a net cover, which also limits the external magnetic fields of the transformer.

Avšak většina silových transformátorů je tvořena transformátory chlazenými olejem, přičemž olej rovněž slouží jako izolační médium. Olejem-chlazený a olejem-izolovaný konvenční transformátor je uzavřen ve vnějším krytu, který musí splňovat přísné požadavky transformátoru s příslušnými přerušovacími prvky a průchodkami je tudíž komplikovaná. Použití oleje pro chlazení a izolování rovněž stěžuje obsluhu transformátoru a přináší riziko možnosti znečistění životního prostředí.However, most power transformers consist of oil-cooled transformers, the oil also serving as an insulating medium. The oil-cooled and oil-insulated conventional transformer is enclosed in an outer housing which must meet the stringent requirements of the transformer with the respective breakers and the bushings is therefore complicated. The use of oil for cooling and insulation also makes it difficult for the transformer to operate and brings the risk of environmental pollution.

Konstrukce spojovacími tohoto obvody, ·· ·· ·· ···· ·· ·· • · · · ‘ · · · « * t ···· · ···· · · · · · · · · · · · · · 4 4 4Connecting Connections This Circuits, ·· ·· ·· ·· ·· ·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4 4 4

4 4 4 4 · ····4 4 4 4 · ····

4444 44 44 444 44 ··4444 44 44 444 44 ··

Tzv. suché transformátory bez olejové izolace a olejového chlazení, které jsou dimenzovány na jmenovitý výkony až 1000 MVA a jmenovitá napětí od 3-4 kV a až k velmi vysokým přenosovým napětím, zahrnují vinutí tvořené vodičem, jehož struktura je zobrazena na obr. 1. Tento vodič zahrnuje středový vodivý prostředek tvořený množinou neizolovaných (a případně izolovaných) drátových pramenů 5.. Vodivý prostředek obklopuje vnitřní polovodičový plášť 6., který jev kontaktu s alespoň jedním z neizolovaných pramenů .5. Tento polovodičový plášť .6 je zase obklopen hlavní izolací kabelu ve formě vytlačené pevné izolační vrstvy J_. Tato izolační vrstva 7 je zase obklopena vnějším polovodičovým pláštěm 8.. Průřez vodiče se může měnit v rozmezí mezi 80 a 3000 mm² a vnější průměr kabelu se může měnit v rozmezí mezi 20 a 250 mm. Alespoň dvě přilehlé vrstvy mají v podstatě stejné součinitele tepelné roztažnosti. Vnitřní polovodičový plášť 6_ a vnější polovodičový plášť, které jsou specifikovány přídavným jménem polovodičový jsou ve skutečnosti vytvořeny ze základního polymeru smíšeného se sazemi nebo kovovými .částicemi a mají měrný odpor mezi 1 a 10⁵ Q.cm, výhodně mezi 10 a 500 Q.cm. Vhodné základní polymery pro vnitřní polovodičový plášť 6 a vnější polovodičový plášť 8. (a izolační vrstvu 7) zahrnují ethylenvinylacetátový kopolymer/nitrilový kaučuk, butylem roubovaný polyethylen, ethylenbutylakrylátový kopolymer, ethylenethylakrylátový kopolymer, ethylenpropen-kaučuk, polyethyleny s nízkou hustotou, polybutylen, polymethylpenten a ethylenakrylátový kopolymer.So-called. oil-free and oil-cooled dry transformers that are rated for rated power up to 1000 MVA and rated voltages from 3-4 kV and up to very high transmission voltages include wire windings, the structure of which is shown in Figure 1. comprises a central conductive means formed by a plurality of non-insulated (and optionally insulated) wire strands 5. The conductive means surrounds the inner semiconductor sheath 6, which is in contact with at least one of the non-insulated strands. This semiconductor sheath 6 is in turn surrounded by the main cable insulation in the form of an embossed solid insulating layer 11. The insulating layer 7 is in turn surrounded by an outer semiconductor shell 8. The conductor cross-section may vary between 80 and 3000 mm ² and the outer diameter of the cable may vary between 20 and 250 mm. At least two adjacent layers have substantially the same thermal expansion coefficients. In fact, the inner semiconductor sheath 6 and the outer semiconductor sheath that are specified by the semiconductor adjective are formed from a base polymer mixed with carbon black or metal particles and have a resistivity of between 1 and 10 ⁵ Qm, preferably between 10 and 500 .cm. . Suitable base polymers for inner semiconductor sheath 6 and outer semiconductor sheath 8 (and insulating layer 7) include ethylene vinyl acetate copolymer / nitrile rubber, butyl grafted polyethylene, ethylene butyl acrylate copolymer, ethylene ethylacrylate copolymer, ethylene propene rubber, low density polyethylene, polybutylene, polymethylpentene and ethylene acrylate copolymer.

Vnitřní polovodičový plášť 6 je pevně spojen s izolační vrstvou 7 v celé styčné ploše mezi vnitřním polovodičovým pláštěm 6 a izolační vrstvou 7. Stejně tak vnější φφ φφ φφ φφφφ φφ φφ φφφ · · · φφφφ • ··· φ · φφφ φ φ φ · φ φ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ φφ φφ φφφφφ φφφφ φφ φφ φφφ φφ φφ polovodičový plášť £ je pevně spojen s izolační vrstvou £ ^vcelé styčné ploše mezi vnějším polovodičovým pláštěm 8_ a izolační vrstvou 2· Vnější polovodičový plášť £, vnitřní polovodičový plášť £ a izolační vrstva £ tvoří pevný izolační systém a jsou výhodně společně vytlačeny kolem drátových pramenů 5.The inner semiconductor sheath 6 is rigidly connected to the insulating layer 7 in the entire interface between the inner semiconductor sheath 6 and the insulating layer 7. Likewise, the external φφ • • • • •··· · · · · · · · φ φ φφφ φ φ φ φ φ φ φ φ φφ φφ φφφφφ φφφφ φφ φφ φφφ φφ φφ semiconductor jacket £ is firmly connected with the insulating layer £ ^the entire contact surface between the outer semiconducting casing 8 and the insulating layer 2 · outer semiconductive jacket £ internal the semiconductor casing 6 and the insulating layer 6 form a rigid insulating system and are preferably coextruded around the wire strands 5.

Potenciál vněj ší polovodičové.vrstvy 8, který je výhodně nulový, nebo je tvořen zemním potenciálem, případně jiným regulovaným potenciálem, je vyrovnán při této hodnotě vodivosti pláště. Současně vnější polovodičový plášť. 8. má měrný odpor dostatečný k uzavření elektrického pole. Z hlediska měrného odporu je žádoucí tento vodivý polymerní plášť v určitých vzdálenostech podél jeho délky spojit se zemí nebo s jiným regulovaným potenciálem.The potential of the outer semiconductor layer 8, which is preferably zero, or is formed by an earth potential or other regulated potential, is equalized at this value of the sheath conductivity. At the same time the outer semiconductor shell. 8. has a resistivity sufficient to close the electric field. In terms of resistivity, it is desirable to connect the conductive polymeric sheath to ground or other controlled potential along certain lengths along its length.

Transformátor podle vynálezu může být tvořen jednofázovým, třífázovým nebo vícefázovým transformátorem a jeho jádro může mít libovolnou konstrukci. Obr. 2 zobrazuje třífázový transformátor se skládaným jádrem. Jádro tohoto transformátoru má konvenční konstrukci a zahrnuje tři sloupce 9, 10, 11 a spojovací ramena 12, 13.The transformer of the invention may be a single-phase, three-phase or multi-phase transformer, and the core may be of any design. FIG. 2 shows a three-phase transformer with a folded core. The core of this transformer has a conventional construction and comprises three columns 9, 10, 11 and connecting arms 12, 13.

Vinutí jsou soustředně ovinuty kolem odpovídajících sloupců jádra. V transformátoru na obr. 2 jsou uspořádána tři soustředná vinutí 14, 15, 16. Ne j vnitřněj ší vinutí 14 může představovat primární vinutí a dvě ostatní vinutí 15, £6 mohou představovat druhé vinutí. Za účelem zachování přehlednosti zobrazení transformátoru jsou některé konstrukční detaily, jakými jsou např. spojovací vodiče,pro jednotlivá vinutí, na obr. 2 vynechány. V určitých místech kolem vinutí jsou uspořádány distanční tyče 17, £8. Tyto distanční tyče 17, 18 mohou být zhotoveny z izolačníhoThe windings are concentrically wrapped around the corresponding core columns. Three concentric windings 14, 15, 16 are arranged in the transformer of FIG. 2. The inner winding 14 may be the primary winding and the other two windings 15, 6 may represent the second winding. In order to keep the transformer display clear, some construction details, such as the connecting conductors, for individual windings are omitted in Fig. 2. Spacer bars 17, 8 are provided at certain locations around the winding. These spacers 17, 18 may be made of insulating material

44 ·· ···· ·* «4 ··· · « · 4 4 4 444 ·· ···· · 4 4 4

4 44' · 4 44 4 « « · · • 4 444 4 444 44 4 • · 4 44 4 4 4444 44 '· 4 44 4 «« · 4 444 4 444 44 4 • 4 44 4 4 444

4444 44 44 444 44 44 materiálu za účelem definování jisté mezery mezi jednotlivými vinutími 14, 15, 16 žádoucí pro ' chlazení těchto vinutí, zajištění žádoucí polohy těchto vinutí, apod., nebo mohou být vyrobeny z elektricky vodivého materiálu za účelem vytvoření části uzemňovacího systému vinutí 14, 15, 16.4444 44 44 444 44 44 to define a certain gap between the individual windings 14, 15, 16 required to cool the windings, provide the desired position of the windings, and the like, or may be made of an electrically conductive material to form a portion of the earthing system winding 14, 15, 16.

Mechanická konstrukce jednotlivých závitů transformátoru můsí být taková, aby tyto závity mohly odolávat silám, které vznikají působením zkratových proudů. Poněvadž tyto síly mohou být v silových transformátorech velmi vysoké, jednotlivé závity mohou být rozloženy a vyrobeny v přiměřených velikostech tak, aby měly dostatečnou rezervu pro případ poruchy v transformátoru. Z tohoto důvodu závity vinutí nemohou být provedeny tak, aby poskytovaly optimální výkon při normálním provozu.The mechanical design of the individual transformer threads can be such that these threads can withstand the forces caused by short-circuit currents. Since these forces can be very high in the power transformers, the individual threads can be decomposed and manufactured in appropriate sizes to provide sufficient margin in the event of a transformer failure. For this reason, the winding threads cannot be designed to provide optimum performance in normal operation.

Hlavním cílem vynálezu je zlepšit ochranu před účinky zkratových proudů v suchém transformátoru.The main object of the invention is to improve the protection against the effects of short-circuit currents in a dry transformer.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedeného cíle je dosaženo transformátorem definovaným v nároku 1.This object is achieved by the transformer defined in claim 1.

Zhotovením vinutí transformátoru z vodiče, který je magneticky propustný, avšak vně vnějšího polovodičového pláště tohoto vinutí prakticky nepůsobí žádná elektrická pole, vinutí na vysoké napětí a vinutí na nízké.napětí mohou být jednoduše smíchána libovolným způsobem pro snížení účinků zkratových proudů na minimální hodnotu. Toto míšení by bylo neproveditelné v nepřítomnosti polovodičového pláště nebo jiných prostředků pro uzavření elektrického pole, přičemžBy making the transformer winding from a conductor that is magnetically permeable but outside of the outer semiconductor sheath of this winding, virtually no electric fields act, the high voltage windings and the low voltage windings can simply be mixed in any way to reduce the short-circuit current effects to a minimum. This mixing would not be feasible in the absence of a semiconductor sheath or other means of closing the electric field, whereby

44 *4 4444 4» 4444 * 4 4443 4 »44

4 4 444 44444 4 444 4444

44« 4 4 444 4 4 4 444 «4 4 443 4 4 4 4

4 444 4 444 4 4 4 • ·4 44 4 4 444 • ••4 44 44 444 4« 44 rovněž by bylo nemožné uskutečnit v konvenčním olejem-plněným .transformátoru, poněvadž izolace vinutí by neodolala působení elektrického pole mezi vinutím na vysoké napětí a vinutím nízké napětí.4 444 4 444 4 4 4 • 4 44 4 444 • 4 44 44 444 4 «44 It would also be impossible to carry out conventional oil-filled transformers since winding insulation would not withstand the electric field between high voltage windings. and winding low voltage.

Je rovněž možné omezit distribuovanou induktanci a realizovat konstrukci jádra transformátoru tak, aby byl dosažen soulad mezi velikostí vinutí a hmotou jádra.It is also possible to reduce the distributed inductance and realize the construction of the transformer core so as to achieve coherence between the winding size and the core mass.

Podle jednoho provedení vynálezu alespoň některé ze závitů vinutí na nízké napětí jsou rozděleny do množiny dílčích závitů zapojených paralelně za účelem omezení rozdílu mezi počtem závitů vinutí na vysoké napětí a celkového počtu závitů vinutí na nízké napětí, a tudíž dosažení pokud možno co nejrovnoměrnějšího smísení závitů vinutí na vysoké napětí a závitů vinutí na nízké napětí. Výhodně každý závit vinutí na nízké napětí je rozdělen do takového počtu dílčích závitů zapojených paralelně, že celkový počet závitů vinutí na nízké napětí je rovno počtu závitů vinutí na· vysoké, napětí. Závity vinutí na vysoké napětí a závity vinutí na nízké napětí mohou být potom smíchány rovnoměrným způsobem, v důsledku čehož magnetické pole generované závity vinutí na nízké napětí v podstatě vyruší magnetické pole ze závitů vinutí na nízké napětí.According to one embodiment of the invention, at least some of the low voltage winding threads are divided into a plurality of sub-threads connected in parallel to reduce the difference in winding winding turns to a low voltage and the total winding windings and thus achieve as uniform as possible winding threads. to high voltage and winding windings to low voltage. Preferably, each low voltage winding thread is divided into a plurality of sub-threads connected in parallel so that the low winding total number of windings equals the number of winding turns to high voltage. The high voltage winding threads and the low voltage windings can then be mixed in a uniform manner, whereby the magnetic field generated by the windings of the low voltage winding substantially disturbs the magnetic field from the windings of the winding to the low voltage.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu závity vinutí na vysoké napětí a závity vinutí na nízké napětí jsou uspořádány symetricky v šachovnicovém uspořádání, jak je to zřejmé z průřezů vinutím. . To je optimální uspořádání pro dosažení účinného vzájemného zrušení magnetických polí generovaných vinutím na vysoké napětí a vinutím na nízké napětí, a tudíž je optimálním uspořádáním pro omezení účinků zkratových obvodů závitů vinutí.According to another preferred embodiment of the invention, the high-winding windings and the low-voltage windings are arranged symmetrically in the checkerboard configuration, as is evident from the winding cross-sections. . This is the optimum arrangement to achieve effective mutual cancellation of the magnetic fields generated by the high voltage winding and the low voltage winding, and thus is an optimum arrangement for limiting the effects of the winding short circuit circuits.

·· 99 44 4444 44 44 «Μ 4 4 4 4 · 9 «·· 99 44 4444 44 44 «4 4 4 4 · 9«

444 4 4 44* '4 4 4 4444 4 4 44 *

4 444 4 444 44 4 • 44 44 4 44444,444 4,444 44 4 • 44,444,444

4444 44 44 444 44 444444 44 44 444 44 44

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu alespoň dvě přilehlé vrstvy mají v podstatě stejné součinitele tepelné roztažnosti. Tímto způsobem je zamezeno tepelnému poškození vinutí.According to another preferred embodiment of the invention, at least two adjacent layers have substantially the same thermal expansion coefficients. In this way, thermal damage to the winding is avoided.

Podle ještě dalšího hlediska předmětem vynálezu je způsob navíjení transformátoru definovaného v nároku 18.In yet another aspect, the invention provides a method for winding a transformer as defined in claim 18.

Stručný přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Za účelem podrobnějšího vysvětlení vynálezu vynález bude v následujícím textu popsán pomocí příkladných provedení transformátoru podle vynálezu, ve kterém budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje příkladné provedení kabelu použitého ve vinutí transformátoru podle vynálezu, obr. 2 zobrazuje konvenční třífázový transformátor, obr. 3 a 4 zobrazují průřezy dvou rozdílných uspořádání vinutí na vysoké napětí a vinutí na nízké napětí transformátoru podle vynálezu, a obr. 5 zobrazuje způsob navíjení transformátoru podle vynálezu.In order to further illustrate the invention, the invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 illustrates an exemplary embodiment of a cable used in a transformer winding according to the invention; Figures 3 and 4 show cross sections of two different high voltage windings and low voltage windings of the transformer according to the invention, and Figure 5 illustrates a method of winding a transformer according to the invention.

Příklady provedení vynálezuEXAMPLES OF THE INVENTION

Obr.. 3 zobrazuje průřez částí vinutí silového transformátoru podle vynálezu uvnitř transformátorového jádraFig. 3 shows a cross-section of a portion of a power transformer winding according to the invention inside a transformer core

22. Vrstva vinutí 26 je uspořádána mezi vrstvami vinutí 28 na vysoké napětí. V tomto provedení je převod transformátoru • · • · · · • ·22. The winding layer 26 is arranged between the high voltage winding layers 28. In this embodiment, the transformer conversion is: · · · · · · ·

1: 2 .1: 2.

Směr proudu ve vinutí 26 na nízké napětí je opačný ke směru proudu ve vinutí 28 na vysoké napětí, v důsledku čehož se výsledné síly způsobené proudy ve vinuti 26 na nízké napětí a ve vinutí 28 na vysoké napětí částečně vzájemně ruší. Tato možnost omezení účinků sil vyvolaných proudy je velmi důležitá., zejména v případě výskytu zkratů.The direction of current in the low voltage winding 26 is opposite to the current direction in the high voltage winding 28, as a result of which the resulting low voltage winding currents 26 and the high voltage windings 28 partially cancel out. This possibility of limiting the effects of currents is very important, especially in the event of short circuits.

Za účelem zlepšení účinnosti transformátoru jsou .mezi vinutí 26 na nízké napětí a vinutí 28 na vysoké napětí uspořádány rozpěry 27 ze skládaného magnetického materiálu, přičemž tyto rozpěry 27 zahrnují distanční prvky 29.In order to improve the efficiency of the transformer, spacers 27 of pleated magnetic material are arranged between the low voltage windings 26 and the high voltage windings 28. These spacers 27 include spacers 29.

Zrušeni zkratových sil může být dokonce ještě zlepšeno rozdělením závitů vinutí na nízké napětí do množiny dílčích závitů zapojených paralelně, a to... výhodně takovým způsobem, aby celkový počet závitů vinutí na nízké napětí se stal rovným počtu závitů vinutí na vysoký proud. Tudíž, když převod transformátoru činí, např. 1:3, každý závit vinutí na nízké napětí je rozdělen, do tří dílčích závitů. Je potom možné smísit vinutí na vysoké napětí a vinutí na nízké napětí do rovnoměrnějšího uspořádání. Optimální uspořádání dotyčných vinutí je zobrazeno na obr. 4, kde závity vinutí 30 na nízké napětí a závity vinutí 32 na vysoké napětí jsou uspořádány symetricky v šachovnicovém uspořádání. V tomto uspořádání se magnetická pole generovaná každým závitem vinutí 30 na. nízké napětí a vinutím 32 na vysoké napětí vzájemně ruší a zkratové síly jsou téměř úplně zrušeny.Indeed, aborting short-circuit forces can be further improved by dividing the windings of the windings into a low voltage into a plurality of sub-threads connected in parallel, preferably in such a way that the total number of windings on the low voltage becomes equal to the number of windings per high current. Thus, when the transformer conversion is, for example, 1: 3, each low voltage winding thread is divided into three sub-threads. It is then possible to mix the high voltage windings and the low voltage windings into a more uniform arrangement. An optimal arrangement of the windings in question is shown in Fig. 4, wherein the windings of the low-voltage winding 30 and the windings of the high-voltage winding 32 are arranged symmetrically in a checkerboard arrangement. In this arrangement, the magnetic fields generated by each winding thread 30 on. the low voltage and the high voltage winding 32 interfere with each other and the short-circuit forces are almost completely canceled.

Když se závit vinutí rozdělí do množiny dílčích závitů, vodivý průřez každým dílčím závitem může být odpovídajícím způsobem redukován, poněvadž součet intenzit proudů v dílčích • · · · · · • 444 4 · 4 4 4 závitech zůstává shodný -s intenzitou proudu původního závitu vinutí. V důsledku toho při rozdělení závitu vinutí není žádoucí vodivější materiál (obvykle mědj pro závit vinuti za předpokladu nezměněných ostatních podmínek.When the winding thread is divided into a plurality of sub-threads, the conductive cross-section of each sub-thread can be correspondingly reduced since the sum of the current intensities in the sub-threads remains the same as the current of the original winding thread. . Consequently, when the winding thread is split, a more conductive material (usually copper for the winding thread provided the other conditions are unchanged) is not desirable.

Obr. 5 schématicky zobrazuje způsob navíjení transformátoru podle vynálezu. Jak je to zřejmé z tohoto obrázku, první válec 40 nese vodič 42 na vysoké napětí a druhý válec 44 nese vodič 46 na nízké napětí. Vodič 42 a vodič 46 se odvíjejí z válce 40 resp. 44, přičemž se navíjejí na transformátorý válec 48, přičemž všechny tři válce se otáčejí současně. V důsledku toho vodiče na vysoký proud a nízký proud mohou být jednoduchým způsobem promíchány. Mezi rozdílnými vrstvami vinutí mohou být vytvořeny žádoucí spoje.FIG. 5 schematically illustrates a method for winding a transformer according to the invention. As shown in this figure, the first cylinder 40 carries the high voltage conductor 42 and the second cylinder 44 carries the low voltage conductor 46. The conductor 42 and the conductor 46 are unwound from the cylinder 40, respectively. 44, being wound on a transformer roller 48, all three rollers rotating simultaneously. Consequently, high current and low current conductors can be mixed in a simple manner. Desirable connections can be made between the different winding layers.

V transformátoru podle vynálezu magnetická energie a tudíž rozptylové magnetické pole ve vinutí je omezeno. V důsledku toho může být zvoleno široké impedanční rozmezí.In the transformer according to the invention, the magnetic energy and thus the scattering magnetic field in the winding is limited. As a result, a wide impedance range can be selected.

Elektrické izolační systémy vinutí transformátoru podle vynálezu jsou určeny k tomu, aby dotyčné vynutí mohlo být dimenzováno na velmi vysoká napětí a elektrickou a tepelnou zátěž, která působí při těchto velmi vysokých napětí. Jako příklad může být uveden silový transformátor podle vynálezu, který může mít jmenovitý výkon větší než 0,5 MVA, výhodně větší než 10 MVA, výhodněji větší než 30 MVA a až 1000 MVA, a jmenovité . napětí od 3-4 kV, výhodně větší než 36 kV a výhodněji větší než 72,5 kV nebo až k velmi vysokým přenosovým napětím od 400-800 kV nebo více. Při vysokých napětích částečné výboje představují vážný problém pro známé izolační systémy. Když se v izolaci nacházejí dutiny nebo póry, potom může vzniknout vnitřní korónový výboj, který má za následek · postupnou degradaci izolačního materiálu, ···· ·· ·· ·· • · · · · · • ··· · t tl • · · · · · • · · · · ···· ·· ·· ·' ► · ·· • · · • · · případně vede k průrazu izolace. Elektrické zatížení elektrické izolace při použití transformátoru podle vynálezu je omezeno tím, že vnitřní první vrstva izolačního systému, která má polovodičové vlastnosti má v podstatě elektrický potenciál stejný, jako mají vodiče středového elektrického vodivého prostředku, který vnitřní první vrstva obklopuje, a že vnější druhá, vrstva izolačního systému, která má polovodičové vlastnosti má regulovaný potenciál, např. zemní potenciál. V důsledku toho elektrické pole v pevné elektricky izolační vrstvě mezi uvedenou vnitřní a vnější vrstvou, je rovnoměrně distribuováno v tloušťce této mezilehlé vrstvy. Při použití materiálů se stejnými tepelnými vlastnostmi a za předpokladu, že vrstvy izolačního systému mají málo strukturních defektů, možnost výskytu částečného výboje při daných provozních napětí je omezena. V důsledku toho vinutí transformátoru mohou být dimenzovány na velmi vysoká provozní napětí, typicky na napětí až 800 kV nebo vyšší.The transformer winding electrical insulation systems of the present invention are intended to be able to be dimensioned for very high voltages and electrical and thermal loads that operate at these very high voltages. By way of example, a power transformer according to the invention may be provided, which may have a nominal power greater than 0.5 MVA, preferably greater than 10 MVA, more preferably greater than 30 MVA and up to 1000 MVA, and nominal. a voltage of 3-4 kV, preferably greater than 36 kV and more preferably greater than 72.5 kV or up to very high transmission voltages of from 400-800 kV or more. At high voltages, partial discharge is a serious problem for known insulation systems. If there are cavities or pores in the insulation, then an internal corona discharge may result, which results in gradual degradation of the insulating material, · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Possibly leading to insulation breakage. • · · · · · · ··································· works The electrical load of the electrical insulation using the transformer of the present invention is limited by the fact that the inner first layer of the insulating system having the semiconductor properties has substantially the same electrical potential as the conductors of the central electrical conductive means surrounding the inner first layer and the outer second, an insulation system layer that has semiconductor properties has a regulated potential, eg earth potential. As a result, the electric field in the solid electrically insulating layer between said inner and outer layers is uniformly distributed over the thickness of the intermediate layer. Using materials with the same thermal properties and assuming that the layers of the insulation system have few structural defects, the possibility of partial discharge at given operating voltages is limited. Consequently, the transformer windings can be sized for very high operating voltages, typically up to 800 kV or higher.

Ačkoliv ve výhodném provedení .je elektrická izolace vytlačena do určené polohy, je možné vytvořit elektrický izolační systém z těsně ovinutých, překrývajících vrstev materiálu ve formě fólie. Tímto způsobem mohou být vytvořeny jak obě polovodičové vrstvy tak i elektricky izolační vrstva. Izolační systém může být zhotoven ze zcela syntetické fólie s vnitřní a vnější polovodičovou vrstvou z polymerní tenké fólie tvořené, např. PP, PET, LDPE nebo HDPE, se zapouzdřenými vodivými částicemi, např. sazemi nebo kovovými částicemi, a s izolační vrstvou mezi polovodičovými vrstvami.Although in a preferred embodiment the electrical insulation is pushed into a predetermined position, it is possible to provide an electrical insulating system from tightly wrapped, overlapping layers of the film material. In this way, both the semiconductor layers and the electrically insulating layer can be formed. The insulating system may be made of a fully synthetic film with an inner and outer polymer thin film semiconductor layer formed, for example, by PP, PET, LDPE or HDPE, with encapsulated conductive particles such as carbon black or metal particles, and an insulating layer between the semiconductor layers.

V případě struktury izolačního systému z těsně ovinutých, překrývajících vrstev fólie dostatečně tenká fólie bude mít mezery ve styčných plochách menší než je tzv. Paschenovo minimum, v důsledku čehož není nutná impregnace fólie kapalinou. Suchá vícevrstvá izolace z ovinuté fólie má rovněž dobré tepelné vlastnosti.In the case of an insulating system structure of tightly wrapped, overlapping films of a sufficiently thin film, the gaps in the contact surfaces will be less than the so-called Paschen's minimum, so that impregnation of the film with the liquid is not necessary. The dry multilayer wound film insulation also has good thermal properties.

Jako další příklad může být uveden elektrický izolační systém podobný systému používajícímu konvenční kabel na bázi celulosy, kde tenký papír na bázi celulosy nebo syntetický papír nebo netkaný materiál je ovinut kolem vodiče tak, že se jednotlivé vrstvy ovinutého materiálu překrývají. V tomto případě polovodičové vrstvy na obou stranách izolační vrstvy mohou být vyrobeny z papíru na bázi celulosy nebo netkaného materiálu vytvořeného z vláken izolačního materiálu, s tím, že do papíru na bázi. celulosy nebo netkaného materiálu jsou zapouzdřeny vodivé částice. Izolační vrstva může být zhotovena ze stejných' materiálů nebo z jiného materiálu.As another example, an electrical insulation system similar to a conventional cellulose-based cable may be provided, wherein the cellulose-based thin paper or synthetic paper or nonwoven is wrapped around the conductor so that the individual layers of the wrapped material overlap. In this case, the semiconductor layers on both sides of the insulating layer can be made of cellulose-based paper or nonwoven material made of insulating material fibers, with base-based paper. conductive particles are encapsulated in the cellulose or nonwoven material. The insulating layer may be made of the same materials or other material.

Další příklad izolačního systému může být dosažen kombinací fólie s vláknitého izolačního materiálu, a to jak ve formě laminátové struktury tak i struktury s překrývanými vrstvami. Jako příklad může být uveden izolační systém komerčně dostupný pod označením PPLP (= páper polypropylen lamináte). Nicméně jsou možné i další kombinace fólie a vláknitých částí. V těchto systémech mohou být použity různé impregnace, např. minerální olej.Another example of an insulating system can be achieved by combining a film with a fibrous insulating material, both in the form of a laminate structure and a structure with overlapping layers. By way of example, an insulation system commercially available under the name PPLP (= polypropylene strip laminate) may be mentioned. However, other combinations of film and fibrous portions are possible. Various impregnations such as mineral oil can be used in these systems.

♦ · ·· ·· ···· ·« ·· » ·♦· ··♦ 9^99^ · ·· ·· ···· 9 ^ 99

999 9 9 999 9 9 9 ·999 9 9 999 9 9 9 ·

9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • ·· ·· «* · · · · ······ 99 999 9 9 999 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 • ·· ·· · 99 999 9 9 99

Claims

PATENT CLAIMS

A power transformer comprising at least one high voltage winding and at least one low voltage winding, characterized in that each of said windings is formed by a flexible conductor having means. and is magnetically permeable, wherein the windings are mixed so that the high-voltage windings are mixed with the low-voltage windings.

2. The transformer according to claim 1, wherein said low-voltage winding is wound in the form of a low-voltage winding layer between. corresponding adjacent high-voltage winding layers. .

Tramsformer according to claim 1 or 2, characterized in that said windings are arranged in a regularly repeating arrangement in which one high-voltage winding layer is followed by a low-winding layer. voltage, followed by two layers of high-voltage windings, followed by one layer of low-voltage windings, followed by two layers of high-voltage windings, etc.

A transformer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each one of the at least some windings of the low-voltage winding is divided into a plurality of partial windings connected in parallel to reduce the difference between the number of windings. 99 m high voltage winding and total * number of low winding windings.

A transformer according to claim 4, characterized in that each low-voltage winding thread is divided into a plurality of parallel-connected partial windings equal to the number of high-voltage windings.

A transformer according to claim 5, characterized in that the windings of the high-voltage windings and the low-voltage windings are arranged symmetrically in a checkerboard arrangement in cross-section of the windings.

Transformer according to any one of the preceding claims, characterized in that the conductor comprises a central electrically conductive means, a first layer having semiconductor properties and surrounding said central electrically conductive means, a solid insulating layer surrounding said first layer and an electric field closing means formed by a second layer having semiconductor properties and surrounding said insulating layer.

Transformer according to claim 7, characterized in that the potential of said first layer is equal to the conductor potential.

Transformer according to claim 7 or 8, characterized in that said second layer forms an equipotential surface surrounding said conductor.

«Φ φ φ φ φ φ φ φ

WTeoo - ww * # • · • ΦΦΦ

10. A transformer according to claim 9, wherein said second layer is connected to a predetermined potential.

Transformer according to claim 10, characterized in that said predetermined potential is earth potential.

Transformer according to any one of claims 7 to 11, characterized in that at least two adjacent layers have. the same coefficients of thermal expansion.

Transformer according to any one of claims 7 to 12, characterized in that said central conductive means comprises a plurality of wire strands, a minority of which are in electrical contact with one another,

14. Transformer. according to any one of claims 7 to 13, characterized in that each of said three layers is rigidly connected to adjacent layers along the entire contact surface.

Transformer according to one of Claims 7 to 14, characterized in that the cross-section of the central conductive means ranges from 80 to 3000 mm ² . ..

Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the outer diameter of the conductor is in the range of 20 to 250 mm.

·· 94

4 4 4

4,449 4 4

4 4

4444 44

4 4 4 4 9

Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that struts (27) of folded magnetic material are arranged between the windings.

Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the means for closing the electric field is designed for a high voltage, suitably for a voltage higher than 10 kV, in particular for a voltage higher than 36 kV and preferably a voltage higher than 72.5 kV and voltage reaching up to very. high transmission voltage, eg 400 kV-8Q0 kV or higher.

Transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the means for closing the electric field is designed for a power greater than 0.5 MVA, preferably a power greater than 30 MVA and a power of up to 1000 MVA.

20. A method for winding a power transformer comprising coiling a flexible high-voltage winding wire and a low-voltage flexible winding wire so that the high-voltage windings are mixed with the low-voltage windings. the conductor of both the high voltage winding and the low voltage winding has means for closing the electric field and is magnetically permeable.

A method according to claim 20, characterized in that 44

4444 44

TV WP ~ νΐΐΌ • i »··» «The flexible conductors of the high-voltage winding and the low-voltage winding are simultaneously unwound from the respective rollers and wound onto a transformer roll.