NO159757B - Elektrisk induktivt apparat. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et elektrisk induktivt apparat som omfatter en vikling, en anordning som er innrettet til å utøve trykk-spenning på viklingens øvre flate, et forgren-ingsrør inne i trykkanordningen og ved den øvre flate til fordeling av et dielektrisk kjølefluidum ved overrisling over viklingen, hvor forgreningsrøret omfatter en indre, stiv kjerne av dielektrisk materiale, et belegg av metallfolie på kjernen og et isolerende lag som dekker den foliebelagte kjerne.

Oppfinnelsen vedrører generelt fordampningskjølte induktive apparater hvor forgreningsrøret eller manifolden fordeler dielektrisk flytende kjølemiddel i nevnte apparater.

Det er velkjent at elektriske induktive apprater, eksempelvis transformatorer, reaktorer o.l., kan kjøles effektivt gjennom fordampning av en dielektrisk væske, f.eks. perfluor-dibutyleter eller perfluor-syklisk eter, som har et kokepunkt som ligger innenfor apparatets normale driftstemperaturområde og som når apparatet er i drift blir brakt i kontakt med dets varmeutviklende konstruksjon, for derved å fordampes ved hjelp av varmen fra denne og således avkjøle samme. Deretter bringes dampen til å kondensere, hvoretter den i væskeform tilføres om igjen til den varmeproduserende konstruksjonen for gjentakelse av samme syklus.

For å sikre at en slik kjølemetode for induktive apparater virkelig fungerer effektivt, er det selvfølgelig betydningsfullt at tilførselen av det flytende dielektrikum til dehvyarmeutvik-lende konstruksjonen skjer i et så ensartet fordelingsmønster som overhodet mulig. De organ som blir benyttet for dette formål innbefatter forgreningsrør- eller manifoldsystemer, f.eks. som vist i US-patentskrifter 3.201.727 og 4.129.845.

Det første US-patentskrift foreslår således å benytte som væskeforgreningsrør eller manifold en komponentdel som innenfor transformatorteknikken er kjent som en statisk plate eller statisk ring av det slag som vanligvis anvendes for å sikre en mer ensartet fordeling av transiente spenninger tvers over høyspen-ningsviklingene• I overensstemmelse med dette patentskrifts tekniske lære bør den statiske platen være fremstilt av et materiale, eksempelvis stål eller aluminium, som har god elektrisk ledningsevne og også tilstrekkelig mekanisk fasthet til å bære eller understøtte transformatorens viklinger. Den er dessuten forsynt med én eller flere kanaler som er utformet i samme og hvori det mates inn et flytende kjølemiddel, som derfra tilføres gjennom åpninger i den statiske platen ved dennes bunn til viklingene eller spolene. Dette arrangement, som krever anvend-else av en metallisk plate eller ring, kan forårsake isolerings-og oppvarmingsproblemer, hvor sistnevnte skyldes hvirvelstrømmer som frembringer varme punkter. Dessuten er anordningen forholds-vis kostbar å fremstille. Det vises også til US-patentskrifter 3.327.268 og 3.376.530 samt FR-patentskrift 515.319.

I motsetning til denne kjente anordning viser US-patentskrift 4.129.845 et fordampningskjølt induktivt apparat, hvor det benyttes en forgreningsrør- eller manifold som er uavhengig av statiske plater eller skjermer og som er atskilt fra slike. Denne vanlige manifoldkonstruksjonen omfatter en ledning, som fortrinn-svis er fremstilt av isolasjonsrør. Rørledningen er uregelmessig formet og lagret, slik at formen opprettholdes, ved hjelp av et større antall isolerende avstandsstykker eller klosser, som er festet på undersiden av en isolasjonsskive. Ledningen er forsynt med åpninger eller hull som er rettet mot apparatets underlig-gende varmeutviklende konstruksjon. Under forutsetning av at samtlige komponentdeler av denne forgreningsrørkonstruksjon, inklusive nevnte ledning, er fremstilt av isolasjonsmaterialer, som foreslått i dette patentskrift, vil en unngå de isolasjons-og oppvarmingsproblemer som ble nevnt i det foregående i for-bindelse med det andre konvensjonelle arrangementet. Etter som anordningen bare utfører en enkelt funksjon, nemlig fordelingen av flytende kjølemiddel, er den imidlertid relativt komplisert og kostbar i produksjon og montering.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å avhjelpe ulempene ved de kjente apparater.

Det elektrisk induktive apparat ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at en pose omslutter den foliebelagte kjerne med isolasjon og danner fluidumkanaler, et innløp for innføring av kjølefluidum i fluidumkanalen, samt utløp for utslipp av kjøle-fluidum fra fluidumkanalen inn på viklingen.

Ifølge en foretrukket utførelse trykkes posens partier mellom trykk-spenningsanordningen og et antall radielt adskilte avstandsstykker an mot kjernen idet posen er fleksibel og vrengt innover og utover til dannelse av kjølefluiumkanaler ved kjernens indre og ytre omkrets og metallfolien er forbundet med den til-støtende smale spole i viklingen. Videre er kjølefluidumkanalen dannet av nedadhengende partier av posen mellom avstandsstykkene og utløpene er anordnet i de nedadhengende partier. Eventuelt kan kjølefluidumkanalen være anordnet inne i kjernen og kommunisere med innløpet og utløpene, og den kan også rage frem til viklingens øvre flate.

Det innses at det foregående arrangement, som er utført i overensstemmelse med oppfinnelsen, kombinerer funksjonene hos en statisk plate og et kjølemiddel-fordelende forgreningsrør eller manifold på en fordelaktig måte samt avhjelper ulempene med de innledningsvis omtalte konvensjonelle arrangementer. Den utførel-sesform som innbefatter en overdimensjonert pose med løs pasning medfører ytterligere fordeler for så vidt som væsken i fluidum-strømningskamrene, som avgrenses under den statiske platen mellom denne og posen, vil forbedre gjennomslagsfastheten likesom kapa-sitansen mellom den statiske platen og den tilstøtende endesek-sjonen av viklingen, idet væskens dielektrisitetskonstant er 2,3 i forhold til 1 for gass.

I det følgende beskrives fortrukne utførelsesformer av oppfinnelsen som eksempler og under henvisning til tegningene, hvori: Fig. 1 viser et vertikalt snittriss av et aggregat med kjerne og vikling av en gass-isolert, fordampningskjølt transformator, hovedsakelig etter linjen I-l i fig. 2. Fig. 2 viser et horisontalt snittriss av kjerne/viklings-aggregatet. Fig. 3 viser et forstørret delsnittriss etter linjen III-III i fig. 1. Fig. 4 viser et vertikalt snittriss etter linjen IV-IV i fig. 8. Fig. 5 viser et vertikalt snittriss etter linjen V-V i fig. 8. Fig. 6 viser et vertikalsnitt gjennom en annen utførelses-form som likner den i fig. 4, men uten posen. Fig. 7 viser et vertikalt snittriss som tilsvarer fig. 5, men uten posen. Fig. 8 viser et vertikalt snittriss etter linjen VIII-VIII i fig. 2. Fig. 9 viser et vertikalsnitt gjennom en annen utførelses-form som kombinerer trekk fra fig. 4 og 6. Fig. 10 viser et vertikalt snittriss etter linjen X-X i fig. 9.

Det henvises nå til tegningene, hvor den konstruksjon som er vist i fig. 1 omfatter stablete smale (flate) spoler 10, som omslutter en kjerne 12 av magnetisk materiale. De stablete spolene 10 er understøttet ved hjelp av isolerende avstandsstykker 14, som på sin side er lagret på en enderamme 16. Over spolene 10 er det anbrakt et antall radiale avstandsstykker 18 og en trykk-ring 20, som samtlige blir holdt sammen under trykk ved hjelp av en øvre enderamme 22. Spolene 10 er viklet og gjensidig forbundet til dannelse av en høyspenningsvikling 26. Liknende smale spoler 24 er viklet og gjensidig forbundet til dannelse av en lavspen-ningsvikling.

Mellom avstandsstykkene 18 og de øverste flate spolene 24, 10 er det anordnet et forgreningsrør- eller manifoldorgan som omfatter en stiv indre kjerne 28 (fig. 4 og 5), en statisk plate eller folie 30, isolasjonsbelegg 32 og en pose 34. Kjernen 28 og belegget 3 2 har avrundete kanter for å danne avskjerming og unngå høyspennings-gjennomslag, som ellers ville kunne oppstå i høy-spenningsapparater. Kjernen 28 er fremstilt av et dielektrisk materiale, eksempelvis presset papp eller et materiale som markedføres under varemerket "Micarta" (tilhørende søkeren). Den statiske platen 30 består av en metallfolie som strekker seg rundt kjernen 28 og inneslutter denne.

Isolasjonsbelegget 32 er satt sammen av et dielektrisk materiale, som f.eks. kreppapir, og det omslutter kjernen og den statiske platen fullstendig. Aggregatet som omfatter kjernen 28, den statiske platen 30 og isolasjonsbelegget 32 danner en stiv ring, som bortsett fra en spalte eller gap 36 (fig. 2) er endeløs og som er fullstendig innesluttet i posen 34. Sistnevnte har form av et sammenhengende, rørformet, blæreliknende element, som er fremstilt av et passende elastisk materiale, eksempelvis elasto-mer e.l. som er forenelig med det flytende kjølemiddel som benyttes. På grunn av sin elastisitet tilpasser posen seg etter de krefter den utsettes for enten innenfra eller utenfra, og tjener derved som et høyst tilfredsstillende organ for fordeling av flytende kjølemiddel over de stablete smale spolene, som forklart i det følgende.

Posen 34 har et fluidum-innløp 38 (fig. 3), som er dannet av en utdreid rørformet del i ett med posen og utformet til å motta fluidum-tilførselsorgan, f.eks. et innløpsrør 40, som er koplet til en kilde med et dielektrisk kjølemiddel, eksempelvis fluorkarbon eller perkloretylen. Rørets 40 indre endeparti strekker seg inn i spalten 36 mellom de motsatte endene av det ringformete aggregatet 28, 30, 32 og er forsynt med et antall åpninger 42 for utmating av kjølemiddel i posen 34, slik som angitt med pilene 44. Tapper 46 (fig. 3) på innløpsrørets 40 indre endeparti strekker seg inn i de motsatte endene av belegget 32, for å holde røret 40 i posisjon. Væsketette koplinger, som innbefatter bånd 48, 50, er dannet mellom fluidum-innløpet 38, posen 34 og røret 40.

Som vist i fig. 1 er forgreningsrør- eller manifoldaggregatet, som omfatter kjernen 28, den statiske platen 30, belegget 32 og den elastiske posen 34, anbrakt mellom radiale avstandsstykker 52, 54. Sistnevnte strekker seg gjennom kjerne-spole-aggregatet som eikene i et hjul, slik det best fremgår av fig. 2. Manifoldaggregatet hviler på avstandsstykkene 54 (se fig. 8), slik at mellomrommene mellom disse blir liggende nedenfor manifoldaggregatet. Der hvor aggregatet hviler på avstandsstykkene 54, blir posen 34 holdt an mot underflaten på isolasjonsbelegget 32, som ved 34a (fig. 8), mens posen henger ned i mellomrommene mellom avstandsstykkene 54, som ved 3 4b. I det minste de deler av posen som befinner seg mellom avstandsstykkene 54 er forsynt med fluidum-utløp 56 (fig. 4, 5 og 8), som enten er dannet av åpninger i posen 34 eller av sprøytemunnstykker som er satt inn i slike åpninger. Gjennom utløpene vil det flytende kjølemiddel, som mates inn i posen via røret 40, renne ned til de underlig-gende spolene, hvor det fordeler seg over spoleflåtene og hvorfra det renner ned på andre spoler under disse.

Der hvor posepartiene 34b henger ned mellom avstandsstykkene 54 (fig. 4) danner posen en strømningskanal 58 eller et kammer mellom seg og beleggets 32 underflate. Gjennom denne kanal ledes fluidet til utløpet 56. Der hvor posen avgrenses mellom de radiale avstandsstykkene 54, buler den dessuten radialt innover og utover, som vist i fig. 5 ved 34c og 34d, for å danne fluidum-strømningskanaler 60, 62. Disse kommuniserer med strømningskana-lene 58 som dannes av posens nedhengende partier ved 34b. Den elastiske posen 34 tjener således som en ledning for å lede dielektrisk kjølevæske, som tilføres gjennom inntaksrøret 40, til flere utløp 56, for derved å forbedre fordelingen av kjølevæske over viklingene eller spolene (fig. 2) når transformatoren er i drift.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er vist i fig. 6 og 7, hvor deler som svarer til deler av foregående utførelsesformer er betegnet med samme henvisningstall. I denne utførelsesformen innbefatter forgreningsrøraggregatet ikke noen elastisk pose til-svarende posen 34 ved den tidligere utførelsesformen. Derimot er den indre stive kjernen 28 utformet med fluidum-kanaler 64 og 66, som ligger konsentrisk, og med fluidum-utløp 68, som svarer til utløpene 56 (fig. 4 og 8) og som kommuniserer med mellomrommene mellom de radiale avstandsstykkene 54, samt med fluidum-innløp, f.eks. i form av munninger 70, 72. Sistnevnte er på passende måte forbundet med inntaksrøret 40. Bortsett fra at posen 34 er sløy-fet, mens strømningspassasjene 64, 66, 70, 72 er kommet i til-legg, svarer dette arrangement for tilførsel og fordeling av et dielektrisk kjølemiddel til den foregående utførelsesformen på alle andre punkter.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen er vist i

fig. 9 og 10, hvor deler som tilsvarer deler i foregående utfør-elsesf ormer igjen er betegnet med de samme henvisningstall. Denne utførelsesformen kombinerer trekkene ved de to tidligere utførel-sesformene, idet forgreningsrør- eller manifoldaggregatet innbe-

fatter så vel en elastisk pose 34 som kanaler 64, 66 med utløp 68. Dielektrisk kjølevæske mates ut gjennom utløpene 68 og havner i posen 34, hvorfra den strømmer gjennom utløpsorganene 56 og over på spolene 24, 26 på samme måte som forklart foran.

Ved hver av de foran beskrevne utførelsesformene er den statiske skjermen eller platen 30 elektrisk forbundet med en av spolene, f.eks. spolen 26, ved hjelp av en leder 74. Dessuten er ved hver utførelsesform suksessive lag av smale eller flate høy-spenningsspoler 26 forbundet med hverandre ved hjelp av en leder, mens lavspenningsspolene 24 er sammenkoplet ved hjelp av en leder på vanlig måte.

Sammenfatningsvis kan det slås fast at oppfinnelsen resul-terer i en anordning som sikrer skjerming til jord, væskefordel-ing, isolasjon, kapasitans og mekanisk avstøtting av spolene. De foretrukne utførelsesformene innebærer dannelse av en skjerm som inneslutter den statiske platen inne i et overdimensjonert rør-formet element eller pose, som er perforert på ønskete steder for å fordele flytende dielektrikum over viklingene. Det kan, om ønskes, sørges for ytterligere fordeling ved å benytte innvendige kanaler inne i kjernen av den statiske platen.

Claims (5)

1. Elektrisk induktivt apparat som omfatter en vikling, en anordning som er innrettet til å utøve trykk-spenning på viklingens øvre flate, et forgreningsrør inne i trykkanordningen og ved den øvre flate til fordeling av et dielektrisk kjølefluidum ved overrisling over viklingen, hvor forgreningsrøret omfatter en indre, stiv kjerne (28) av dielektrisk materiale, et belegg (30) av metallfolie på kjernen og et isolerende lag som dekker den foliebelagte kjerne, karakterisert ved en pose (34) som omslutter den foliebelagte kjerne med isolasjon (32) og danner fluidumkanaler (58, 60, 62), et innløp (38) for innføring av kjølefluidum i fluidumkanalen, samt utløp (56) for utslipp av kjølefluidum fra fluidumkanalen inn på viklingen.

2. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at posens (34) partier mellom trykkspenningsanordningen og et antall radielt adskilte avstandsstykker (54) blir trykket an mot kjernen, idet posen er fleksibel og vrengt innover og utover til dannelse av kjølefluidumkanaler ved kjernens (28) indre og ytre omkrets og metallfolien er forbundet med den tilstøtende smale spole (10) i viklingen.

3. Apparat i samsvar med krav 2, karakterisert ved at kjølefluidumkanalen er dannet av nedadhengende partier av posen (34) mellom avstandsstykkene (54), og at utløpene er anordnet i de nedadhengende partier.

4. Apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kjølefluidumkanalen er anordnet inne i kjernen (28) og kommuniserer med innløpet (38) og utløpene (56).

5. Apparat i samsvar med krav 4, karakterisert ved at kjølefluidumkanalen rag^r frem til viklingens øvre flate.