DE1063236B

DE1063236B - High-voltage bushing with concentric metal inserts in connection with a transformer cascade

Info

Publication number: DE1063236B
Application number: DES54951A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Johannes Laepple
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-08-30
Filing date: 1957-08-30
Publication date: 1959-08-13
Also published as: CH362724A

Description

In Versuchs- und Prüffeldern werden zur Erzeugung sehr hoher Betriebsspannungen, z. B. von 1000 kV und darüber, Transformatoren in Kaskadenschaltung verwendet. Die Transformatorkaskaden bestehen aus mehreren in Reihe geschalteten Transfermatoren, von denen jeder nur einen Teil der Spannung erzeugt. Um die Prüfung eines Gerätes nicht nur dort vornehmen zu können, wo die Transformatorkaskade aufgestellt ist, ist es z. B., wenn die Tranformatorkaskade im Freien steht, die Prüfung aber in einem Gebäude durchgeführt werden soll, erforderlich, einen Leiter mit sehr hoher Spannung gegen Erde durch die Wand des Gebäudes zu führen. Diese Durchführungen wurden bisher als Kondensatordurchführungen ausgebildet, bei denen in bekannter Weise durch in das Isoliermaterial eingelegte konzentrische Metalleinlagen die Feldverteilung beeinflußt wurde. Durch eine bestimmte Abstufung der Längen der Metalleinlagen kann man dabei erreichen, daß der Spannungsverlauf in radialer Richtung linear ist. Das hat aber zur Folge, daß der Spannungsverlauf in axialer Richtung von der Linearität abweicht. Man kann diese Abweichung durch andere Bemessung der Längen der Metalleinlagen verringern, muß dann aber wieder eine Abweichung des Spannungsverlaufes in radialer Richtung von der Linearität in Kauf nehmen.In experimental and test fields, very high operating voltages, e.g. B. from 1000 kV and above, transformers used in cascade connection. The transformer cascades exist from several transfermators connected in series, each of which only part of the voltage generated. In order to be able to test a device not only where the transformer cascade is set up, it is z. B. if the transformer cascade is outdoors, but the test in one Buildings to be carried out require a conductor with a very high voltage to earth through to guide the wall of the building. These bushings were previously called capacitor bushings formed, in which in a known manner by inlaid concentric metal inserts in the insulating material the field distribution was influenced. By a certain gradation of the lengths of the metal inserts one can achieve that the stress curve is linear in the radial direction. But this has the consequence that the voltage curve deviates from linearity in the axial direction. You can see this deviation reduce the lengths of the metal inserts by different dimensioning, but then again a deviation must be made of the stress curve in the radial direction take into account the linearity.

Gemäß der Erfindung können in Verbindung mit einer Transformatorkaskade stehende Hochspannungsdurchführungen mit konzentrischen Metalleinlagen, insbesondere Mauerdurchführungen, dadurch erheblich verbessert werden, daß zur Erzielung einer den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden, von außen festgelegten Spannungsaufteilung in der Durchführung mindestens ein Teil der Metalleinlagen mit den hinsichtlich des Potentials entsprechenden, unterschiedliche Spannungen gegen Erde aufweisenden, ohne weiteres zugänglichen Stellen der Transformatorkaskade leitend verbunden ist.According to the invention, in connection with a transformer cascade, high-voltage bushings with concentric metal inserts, in particular wall ducts, are significantly improved in that to achieve one of the externally determined voltage distribution in the implementation corresponding to the respective requirements at least some of the metal inserts with the corresponding, different in terms of potential Easily accessible locations of the transformer cascade showing voltages to earth is conductively connected.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Spanungssteuerung keinen besonderen Aufwand erfordert. Zur Verwirklichung ist es nur notwendig, zwischen den leicht zugänglichen spannungsführenden Teilen der Kaskade und den entsprechenden Metalleinlagen geeignete Leitungen anzubringen. Die Erfindung unterscheidet sich damit von einem bekannten Transformator, bei dem ein besonderer, parallel zur Hochspannungswicklung liegender Widerstand zum Abgreifen von Teilspannungen vorgesehen ist, die zur Spannungssteuerung einer aus dem Transformatorgehäuse führenden Durchführung dienen. Ein derartiger Widerstand ist zur Steuerung der Spannungsverteilung an einer Hochspannungsdurchführung für eine Transformatorkaskade ungeeignet. Er müßte für die volle Spannung isoliert aufge-A major advantage of the invention is that the voltage control is not special Requires effort. To realize it is only necessary between the easily accessible live Suitable lines must be attached to parts of the cascade and the corresponding metal inserts. The invention thus differs from a known transformer in which a special, A resistor located parallel to the high-voltage winding is provided for tapping partial voltages is the one for voltage control of a bushing leading from the transformer housing to serve. Such a resistor is unsuitable for controlling the voltage distribution on a high-voltage bushing for a transformer cascade. It would have to be isolated for full tension.

3030th

3535

In Verbindung mit einer
Transformatorkaskade stehende
Ho disp ammngs durchführung
mit konzentrischen MetalleinlagenIn conjunction with a
Transformer cascade standing
Ho disp ammngs implementation
with concentric metal inserts

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens-Schuckertwerke
Corporation,
Berlin and Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dipl.-Ing. Johannes Läpple, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Johannes Läpple, Berlin-Siemensstadt,
has been named as the inventor

stellt werden. Dies würde aber bei den üblichen Spannungen in Höhe von 1000 kV und darüber einen viel zu großen Aufwand erfordern.will be presented. However, with the usual voltages of 1000 kV and above, this would be a lot require too much effort.

Um den Aufwand an Durchführungen bei Spartransformatoren für hohe Spannungen zu verringern, hat man auch bereits die Durchführung durch das Transformatorgehäuse so ausgebildet, daß ein zentraler Bolzen als Leiter für die höchste Spannung von einer Hülse als Leiter für eine niedrigere Spannung umgeben ist. Hierdurch erreicht man eine Vereinfachung gegenüber Transformatoren mit zwei getrennten Durchführungen für die beiden verschiedenen Oberspannungen. Bei Hochspannungsdurchführungen in Verbindung mit Transformatorkaskaden, mit denen sich die Erfindung befaßt, ist aber ohnehin nur eine einzige Durchführung für die höchste Spannung vorgesehen. Eine Vereinfachung dieser einen Durchführung durch Anwendung der für Spartransformatoren verwendbaren Doppeldurchführung ist also nicht möglich.In order to reduce the cost of bushings in autotransformers for high voltages, one has already designed the implementation through the transformer housing so that a central Bolt as a conductor for the highest voltage surrounded by a sleeve as a conductor for a lower voltage is. This results in a simplification compared to transformers with two separate ones Bushings for the two different high voltages. For high-voltage bushings in Connection with transformer cascades, with which the invention is concerned, is anyway only one only bushing intended for the highest voltage. A simplification of this one implementation by using the double bushing that can be used for autotransformers not possible.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann man beispielsweise die Metalleinlagen in gleichem Abstand voneinander anbringen und an die Transformatorkaskade so anschließen, daß die Spannungsdifferenz zwischen je zwei Einlagen konstant ist. Dann erhält man in radialer Richtung eine lineare Spannungsaufteilung. In axialer Richtung weicht die Linearität ab, aber nicht so stark wie bei einer entsprechenden Kondensatordurchführung. Das hat seinen GrundIn the arrangement according to the invention, for example, the metal inserts can be equidistant from each other and connect to the transformer cascade so that the voltage difference is constant between every two deposits. A linear stress distribution is then obtained in the radial direction. The linearity deviates in the axial direction off, but not as strong as with a corresponding condenser bushing. There is a reason for that

909 607/271909 607/271

darin, daß mit wachsender Dicke der Kondensatordurchführung bei gleichmäßiger Spannungsverteilung in radialer Richtung die Spannungsverteilung in axialer Richtung immer ungünstiger wird. Bei dem Gegenstand der Erfindung hat man jedoch durch den Anschluß der Metalleinlagen an feste Spannungen sozusagen eine Reihe von ineinandergeschobenen Einzeldurchführungen gewonnen, deren Dicke kleiner ist als die einer entsprechenden Kondensatordurchführung, so daß bei gleichmäßigem radialem Spannungsverlauf der axiale Spannungsverlauf günstiger wird. Macht man den axialen Spannungsverlauf linear, so wird der radiale Spannungsverlauf zwar von der Linearität abweichen, aber nicht so viel wie bei der bekannten Kondensatordurchführung, wenn deren axialer Spannungsverlauf linear gemacht wird.in that with increasing thickness of the capacitor bushing with uniform voltage distribution in the radial direction the stress distribution in the axial direction becomes more and more unfavorable. In which However, the subject of the invention is, so to speak, by connecting the metal inserts to fixed voltages won a number of nested individual bushings whose thickness is less than that of a corresponding condenser bushing, so that with a uniform radial voltage curve the axial stress curve becomes more favorable. If you make the axial stress curve linear, the radial voltage curve may deviate from linearity, but not as much as with the known condenser bushing, if their axial stress curve is made linear.

Man kann aber auch beispielsweise bei gleicher Spannungsdifferenz zwischen zwei Metalleinlagen durch verschiedene Dicke des Isoliermaterials zwischen den Metalleinlagen die radiale Beanspruchung zum geerdeten Flansch hin zunehmen lassen. Es wird dann die geringere Wärmeabgabefähigkeit der inneren Schichten gegenüber den äußeren Schichten durch ihre geringere Beanspruchung ausgeglichen.But you can also, for example, with the same voltage difference between two metal inserts the radial stress due to the different thickness of the insulating material between the metal inserts increase towards the grounded flange. It then becomes the lower heat dissipation ability of the inner Layers balanced against the outer layers due to their lower stress.

Zweckmäßig werden mindestens so viele Metalleinlagen vorgesehen, wie die Transformatorkaskade außerdem Anschluß für den Durchführungsbolzen leicht zugängliche Stellen verschiedener Spannung gegen Erde besitzt. Diese Metalleinlagen werden mit den entsprechenden Stellen der Transformatorkaskade verbunden.At least as many metal inserts as the transformer cascade are expediently provided also connection for the lead-through bolt easily accessible points of different voltage against Earth owns. These metal inserts are connected to the corresponding places on the transformer cascade tied together.

Man kann auch zwischen zwei mit der Transformatorkaskade verbundenen Metalleinlagen weitere Metalleinlagen, wie sie für Kondensatordurchführungen üblich sind, verwenden, um eine noch bessere Spannungsverteilung zu erhalten.You can also place additional metal inserts between two metal inserts connected to the transformer cascade Use metal inserts, such as those commonly used for condenser bushings, for an even better To maintain stress distribution.

Die Wanddurchführung gemäß der Erfindung besitzt auch hinsichtlich der Überschlagsgefahr bei Verschmutzungen erhebliche Vorteile gegenüber der bekannten Kondensatordurchführung. Setzen sich an der Oberfläche der Durchführung Schmutzschichten an und werden diese feucht, beispielsweise durch Tauniederschlag, so fließt über die Oberfläche der Durchführung ein Strom. Dieser trocknet die Schmutzschichten. Die Trocknung erfolgt um so rascher, je größer die Stromdichte ist, d. h., bei der Kondensatordurchführung erfolgt die Trocknung in der Nähe des Bolzens der Durchführung am schnellsten, so daß dort eine Trockenzone entsteht, während die übrigen Teile der Oberfläche noch feucht sind. Die Folge davon ist, daß die ganze Spannung an dieser Trockenzone liegt, so daß es zu Überschlägen kommen kann. Beim Gegenstand der Erfindung dagegen kann zwischen zwei an die entsprechenden Spannungen angeschlossenen Metalleinlagen immer nur die Differenz dieser beiden Spannungen auftreten, ganz gleichgültig, ob am Isolator eine Trockenzone vorhanden ist oder nicht.The wall duct according to the invention also has the risk of rollover in the event of soiling considerable advantages compared to the known condenser bushing. Sit down layers of dirt on the surface of the bushing and these become damp, for example from dew precipitation, a current flows over the surface of the bushing. This dries the layers of dirt. The greater the current density, the faster the drying takes place; i.e. with the condenser bushing the drying takes place in the vicinity of the bolt of the implementation fastest, so that there a dry zone is created while the remaining parts of the surface are still damp. The consequence of this is that all the tension lies in this dry zone, so that flashovers can occur. At the subject the invention, however, can be between two metal inserts connected to the corresponding voltages only the difference between these two tensions occurs, irrespective of whether am Isolator a dry zone is present or not.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Wanddurchführung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Transformatorkaskade dargestellt, wobei die Durchführung so ausgebildet ist, daß alle Metalleinlagen mit der Transformatorkaskade leitend verbunden sind und die Spannungsdifferenz zwischen je zwei Metalleinlagen und ihr Abstand konstant sind.In the drawing, an embodiment of the wall duct according to the invention is in connection shown with a transformer cascade, the implementation being designed so that all Metal inserts are conductively connected to the transformer cascade and the voltage difference between two metal inserts and their spacing are constant.

Die Transformatorkaskade ist mit dem Bezugszeichen 1 versehen und besteht aus zwei Spartransformatoren 2 und 3. Jeder Spartransformator liefert eine Spannung von 500 kV, so daß die Spannung der Transformatorkaskade insgesamt 1000 kV beträgt. Die Wicklung des Spartransformators 2 trägt dasThe transformer cascade is provided with the reference number 1 and consists of two autotransformers 2 and 3. Each autotransformer supplies a voltage of 500 kV, so that the voltage of the transformer cascade is a total of 1000 kV. The winding of the autotransformer 2 carries that

Bezugszeichen 4 und die des Transformators 3 das Bezugszeichen 5. An die Eingangsklemmen 6 und 7 des Transformators 2 ist eine Wechselspannungsquelle, z. B. ein Generator, angeschlossen, der den mit den Klemmen 6, 7 leitend verbundenen Teil 8 der Wicklung 4 speist. Mit den AusgangsklemmenlO und 11 des Transformators 2 ist ein Teil 9 der Wicklung 4 verbunden. Der Wicklungsteil 9 dient zur Speisung des Transformators 3, an dessen Eingangsklemmen 12 und 13 ein am unteren Ende seiner Wicklung gelegener Teil 16 angeschlossen ist. Die beiden Transformatoren sind über Leitungen 14 und 15 miteinander verbunden. Das obere Ende der Wicklung 5 ist an die Ausgangsklemme 17 des Transformators 3 angeschlossen. Die Mitte der Wicklung 4 ist mit dem Gehäuse 18 des Transformators 2 über eine Leitung 19 und die Mitte der Wicklung 5 über eine Leitung 20 mit dem Gehäuse 21 des Transformators 3 leitend verbunden. Das Gehäuse 18 des Transformators 2 hat daher, wenn die Transformatorkaskade in Betrieb ist, eine Spannung von 250 kV gegen Erde und das Gehäuse 21 des Transformators 3 eine Spannung von 750 kV gegen Erde. Der Transformator 2 wird von Isolatoren 22 und der Transformator 3 von Isolatoren 23 getragen, die die Isolation gegen Erde übernehmen. Durch diesen Aufbau der Transformatorkaskade ergeben sich vier leicht zugängliche Stellen, die, wenn die Kaskade in Betrieb ist, eine feste Spannung gegen Erde besitzen, und zwar das Gehäuse 18 des Transformators 3 mit einer Spannung von 250 kV gegen Erde, die Leitung 15 mit einer Spannung von 500 kV gegen Erde, das Gehäuse 21 des Transformators 3 mit einer Spannung von 750 kV gegen Erde und die Ausgangsklemme 17 des Transformators 3 mit einer Spannung von 1000 kV gegen Erde. Da die Ausgangsklemme 17 des Transformators 3 mit dem Bolzen 26 der Durchführung verbunden wird, stehen nur noch drei leicht zugängliche Stellen der Transformatorkaskade, die verschiedene Spannungen gegen Erde besitzen, für die Verbindung mit den Metalleinlagen der Durchführung zur Verfügung.Reference number 4 and that of the transformer 3, the reference number 5. To the input terminals 6 and 7 of the transformer 2 is an AC voltage source, z. B. a generator is connected, which feeds the part 8 of the winding 4 , which is conductively connected to the terminals 6, 7. A part 9 of the winding 4 is connected to the output terminals 10 and 11 of the transformer 2. The winding part 9 is used to feed the transformer 3, to whose input terminals 12 and 13 a part 16 located at the lower end of its winding is connected. The two transformers are connected to one another via lines 14 and 15. The upper end of the winding 5 is connected to the output terminal 17 of the transformer 3 . The center of the winding 4 is conductively connected to the housing 18 of the transformer 2 via a line 19 and the center of the winding 5 is conductively connected to the housing 21 of the transformer 3 via a line 20. The housing 18 of the transformer 2 therefore has, when the transformer cascade is in operation, a voltage of 250 kV to earth and the housing 21 of the transformer 3 has a voltage of 750 kV to earth. The transformer 2 is carried by insulators 22 and the transformer 3 by insulators 23 , which take over the isolation from earth. This structure of the transformer cascade results in four easily accessible points which, when the cascade is in operation, have a fixed voltage to earth, namely the housing 18 of the transformer 3 with a voltage of 250 kV to earth, the line 15 with a Voltage of 500 kV to earth, the housing 21 of the transformer 3 with a voltage of 750 kV to earth and the output terminal 17 of the transformer 3 with a voltage of 1000 kV to earth. Since the output terminal 17 of the transformer 3 is connected to the bolt 26 of the bushing, only three easily accessible points of the transformer cascade, which have different voltages to earth, are available for connection to the metal inserts of the bushing.

Die Wanddurchführung 24 besitzt einen geerdeten Flansch 25, einen Metallbolzen 26 und drei in das Isoliermaterial eingelegte konzentrische Metalleinlagen 27, 28 und 29. Der Bolzen 26 der Durchführung ist durch eine Leitung 30 mit der Ausgangsklemme 17 des Transformators 3 verbunden. Die Dicke des zwischen zwei Metalleinlagen befindlichen Isoliermaterials ist gleich groß. Gemäß der Erfindung sind die Metalleinlagen mit den Stellen der Transformatorkaskade leitend verbunden, die verschiedene Spannungen gegen Erde besitzen, und zwar über Leitungen 31., 32 und 33. Durch die Leitung 31 wird die Metalleinlage 27 mit dem Gehäuse 18 des Transformators 2, durch die Leitung 32 die Metalleinlage 28 mit der Ausgangsklemme 10 des Transformators 2 oder mit der Eingangsklemme 12 des Transformators 3, die die gleiche Spannung gegen Erde hat, und durch die Leitung 33 die Metalleinlage 29 mit dem Gehäuse 21 des Transformators 3 verbunden. Durch die leitende Verbindung der Metalleinlagen der Durchführung mit den Stellen der Transformatorkaskade, die verschiedene Spannungen gegen Erde besitzen, wird zwischen diesen Metalleinlagen eine von außen festgelegte Spannungsaufteilung erzielt. Die Metalleinlagen sind mit der Transformatorkaskade so verbunden, daß die Spannungsdifferenz zwischen je zwei Metalleinlagen konstant ist. Sie beträgt im vorliegenden Fall 250 kV.The wall bushing 24 has a grounded flange 25, a metal bolt 26 and three concentric metal inserts 27, 28 and 29 inserted into the insulating material. The bolt 26 of the bushing is connected to the output terminal 17 of the transformer 3 by a line 30 . The thickness of the insulating material between two metal inserts is the same. According to the invention, the metal inserts are conductively connected to the points of the transformer cascade that have different voltages to earth, via lines 31, 32 and 33. Through the line 31 , the metal insert 27 is connected to the housing 18 of the transformer 2, through which Line 32 connects the metal insert 28 to the output terminal 10 of the transformer 2 or to the input terminal 12 of the transformer 3, which has the same voltage to earth, and through the line 33 the metal insert 29 is connected to the housing 21 of the transformer 3 . Due to the conductive connection of the metal inserts of the bushing with the points of the transformer cascade, which have different voltages to earth, an externally determined voltage distribution is achieved between these metal inserts. The metal inserts are connected to the transformer cascade in such a way that the voltage difference between two metal inserts is constant. In the present case, it is 250 kV.

Zwischen je zwei mit der Transformatorkaskade verbundenen Metalleinlagen können weitere Metall-Additional metal inserts can be placed between each two metal inserts connected to the transformer cascade.

Claims

Inlays should be provided as they are used in condenser bushings. Patent claims:

1. High-voltage bushing connected to a transformer cascade with concentric metal inserts, in particular wall duct, characterized in that to achieve an externally defined voltage distribution in the bushing that corresponds to the respective requirements Part of the metal inserts with the different voltages corresponding to the potential against earth without further ado

accessible places of the transformer cascade is conductively connected.

2. High-voltage bushing according to claim 1, characterized in that the implementation has as many metal inserts conductively connected to the transformer cascade as the Transformer cascade easily accessible connection points with different voltages to earth except for the connection for the lead-through bolt.

Considered publications:
German Auslegeschrift V 7883 VIIIb / 21 d ² (published January 26, 1956);
U.S. Patent No. 1,039,298.

1 sheet of drawings