NO793744L - Elektrisk induktivt apparat. - Google Patents

Description

Elektrisk induktivt apparat.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et elektrisk induktivt apparat, såsom en krafttransformator, nærmere bestemt en isolerende, mekanisk bærekonstruksjon i et slikt apparat.

Spenningsfordelingen og således den dielektriske spenning henover to isolerende materialer eller dielektrika i serie, deles inverst med deres dielektrisitetskonstanter. For en isolerende konstruksjon hvor to dielektrika er i serie ville det således være ideelt dersom materialet med den laveste dielektriske fasthet hadde den høyeste dielektrisitetskonstant. Materialet med den høye dielektrisitetskonstant vil overføre elektrisk spenning til materialet med den lavere dielektrisitetskonstant, hvorved dette materiale vil ha en dielektrisk fasthet som motstår den høyere elektriske spenning. Hvert materiale ville bli belastet i overensstemmelse med dets evne, og den isolerende konstruksjons dimensjoner og klaringer ville kunne optimaliseres for konstruksjon av elektrisk induktive apparater, såsom krafttransformatorer og elektriske reaktorer, mindre og lettere, og således med lavere kostnad.

Idet isolerende faste stoffer generelt har en høyere dielektrisk fasthet pr. enhet enn isolerende gasser eller væsker, bør den foretrukne dielektrisitetskonstant for fast isolasjon ved anbringelse i serie med et gass- eller væskedielektrikum være lavere enn dielektrisitetskonstanten for den tilknyttede gass eller væske. Uheldivis har tilgjengelige faste materialer dielektrisitetskonstanter som er motsatt av det som erønskelig, dvs. fra 4 til 6 for faste stoffer, nær 1 for gasser og damper og nær 2 for isolerende væsker, såsom mineralolje. Den isolerende konstruksjon som danner en elektrisk krafttransformator er således fortrinnsvis utformet under anvendelse av isolerende former og dimensjoner som vil medvirke til at dielektriske gjennomslagsfastheter for de forskjellige isolerende materialer

som anvendes ikke overskrider.

Væskefylte elektrisk induktive apparater har generelt økonomisk meget gunstige materialer tilgjengelige, såsom mineralolje, som har en dielektrisitetskonstant i området fra 2,0 til 2,2, og kraftpapir som når det er gjennombløtet med mineralolje har en dielektrisitetskonstant på ca. 3,75. Selv om væskefylte, elektrisk induktive apparater kan ha mindre størrelse og vekt dersom det anvendes et fast stoff- som har en dielektrisitetskonstant som er lavere enn dielektrisitetskonstanten for oljegjennombløtet kraftpapir må enhver erstatning for denne faste isolasjon ikke oppveie de eventuelt kostnadsbesparelser med dens egen, høyere begynnelseskostnad. I tillegg må den ha de nødvendige fysikalske egenskaper, elektrisk fasthet samt kjemisk forenelighet, som er vesentlig for å gjøre det mulig for et slikt apparat å funksjonere i mange år ved en høyere drifts-temperatur mens det utsettes for tennings- og brytingsstøt i de tilkoplete elektriske overførings- og fordelingslinjer.

Forskjellige erstatninger for cellulose i væskefylte elektrisk induktive apparater er fremkommet, ved anvendelse av visse organiske plaster. F.eks. er det fra US-patentskrift 3.611.225 kjent fast isolasjon dannet av et bindemiddel av en organisk harpiks og fylt med et fyllstoff av en organisk har-■ piks, hvorved sistnevnte er valgt slik at den resulterende komposittkonstruksjons dielektrisitetskonstant senkes. Det er i patentskriftet anført materialer som vil senke det faste stoffs dielektrisitetskonstant til f.eks. 2,7. Fra US-patentskrift 3.775.719 er det kjent fast isolasjon for væskefylte, elektrisk induktive apparater, som har en dielektrisitetskonstant i området fra 2 til 2,7. Den faste isolasjon består av fornettede 1,2-polybutadienhydrokarbon-herdeharpikser og kopoly-merer av disse samt i det minste delvis krystallinsk, isotaktisk polystyren. Fra US-patentskrifter 3.683.495 og 3.720.897 er det kjent anvendelse av henholdsvis faste plastmaterialer og skum-plastmaterialer for fremstilling av visse isolerende konstruksjoner som også' har visse mekaniske fordeler, i væskefylte, elektrisk induktive apparater.

Selv om det er blitt gjort oppfinnelser som vil kunne erstatte cellulose i væskefylte transformatorer, er dielektrisitetskonstanten til impregnert cellulose akseptabel. 01je-impregnert cellulose har en meget høy elektrisk gjennomslags- fasthet, og den er økonomisk attraktiv. Det har således ikke vært noe sterkt press på å avvike fra den lengde etablerte anvendelse av cellulose i elektriske kraftapparater av den væskefylte type.

Når væskefylte elektrisk induktive apparater skulle arbeide nær bygninger og/eller mennesker, ble de tidligere konstruert med en flytende polyklorert bifenyl istedenfor mineralolje på grunn av de klorerte bifenylers brannhemmende egenskap. Federal Toxic Substance Control Act, som ble sanksjonert i 1976 påbød at anvendelsen av polyklorerte bifenyler i slike apparater skulle trappes ned i løpet av et kort tidsrom. De forholdsvis kostbare erstatningsvæsker har rettet oppmerksomheten mot alternativer, såsom anvendelsen av luftkjølte, gasskjølte og gass/dampkjølte transformatorer. Designen av slike gass-, og/eller gass/damptransformatorer i spennings- og KVA-ytelser som er nødvendig for å erstatte apparater fylt med ^polyklorerte bifenyler, med tilstrekkelige mekaniske kortslutningsfastheter og priser som kan konkurrere med transformatorer fylt med polyklorerte bifenyler, har gjort det faktum klart at det foreligger et behov for et rimelig isolasjonsmateriale for anvendelse i gass- eller gass/damp-transf orma torer , som har en dielektrisitetskonstant på 3,5 eller mindre, fortrinnsvis 2,5 eller mindre, idet gassene og gass/dampkombinasjonene har en dielektrisitetskonstant nær 1. Kjente isolasjonsmaterialer som har en forholdsvis lav dielektrisitetskonstant, såsom helt aromatisk polyamidpapir ("Nomex")/er meget kostbare, noe som gjør det vanskelig å frembringe en gass- eller gass/damptransformator som kan konkurrere pris-messig med væskefylte, elektrisk induktive apparater hvor det vanligvis anvendes cellulose.

Et fast stoff med høy dielektrisitetskonstant, som gjennomtrenger et uhomogent eller høyspent dielektrisk felt i et gassformet dielektrikum, kan forårsake meget lave koronabegynnelsesspenninger og lave dielektriske gjennomslag, sammenliknet med enten ingen faste mellomlegg eller faste mellomlegg som slutter inne i et mer homogent felt. Således kan visse ønskelige og konvensjonelle arrangementer av spole- og viklingsunderstøttende mellomlegg, såsom de som anvendes i væskefylte apparater, ikke anvendes i gass- og gass/dampapparater på grunn av at mellomleggene med høy dielektrisitetskonstant gjennomtrenger uhomogene felter i et 1 isolerende dielektrikum som har en dielektrisitetskonstant på nær 1. I tillegg til dielektrisitetskonstant- og prisfaktorene må isolasjonsmaterialet også ha høy mekanisk fasthet, både trykk- og bøyningsfasthet, som er nødvendig for å motstå kortslutningskrefter, og det må være forenelig termisk og kjemisk i dets tiltenkte driftsmiljø.

Det elektrisk induktive apparat ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det omfatter en elektrisk vikling som er innrettet til å forbindes med et elektrisk potensial, et dielektrisk fluidum som omgir den elektriske vikling og som har en forutbestemt dielektrisitetskonstant, en isolerende konstruksjon for den elektriske vikling, omfattende et fast komposittorgan som består av et fyllstoff som inneholder mikrokuler,

og et klebende bindemiddel for mikrokulene, hvorved mengdene av klebende bindemiddel og fyllstoffet er valgt slik at mikrokulene utgjør mellom 25 og 75% av den totale vekt av det faste, isolerende komposittorgan.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter apparatet en vikling som er innrettet til å forbindes med et elektrisk potensial med en frekvens på 50-60 Hz, omgitt av et isolerende dielektrikum.Viklingen omfatter fast isolasjon i form av én eller flere konstruksjonsformer som tilfører mekanisk styrke til konstruksjonen og utfører en av flere forskjellige elektrisk isolerende funksjoner, såsom å bevirke isolasjon mellom forskjellige partier av viklingen, bevirke isolasjon mellom viklingen og jord, og/eller bevirke isolasjon mellom viklingen og andre viklinger, enten av samme fase eller av forskjellige faser. Den faste isolasjon er dannet av et klebende bindemiddel, såsom en organisk harpiks, og et fyllstoff som omfatter mikrokuler. Mikrokulene, som kan være et produkt fremstilt av glass- eller flygeaskemikrokuler, foreligger i konsentrasjoner på fra 25 til 75 vektsprosent, avhengig av det anvendte bindemiddel og den ønskete dielektrisitetskonstant. Mikrokulenes diameter er fortrinnsvis 100 pm eller mindre.

Men det kan anvendes mikrokuler med større diameter, avhengig

av den elektriske påkjenning de vil bli utsatt for. Mikrokulene har en meget tynn vegg, noe som gir dem en dielektrisitetskonstant på nær opptil 1, noe som muliggjøre støping eller ekstrudering av konstruksjonselementer med lav dielektrisitetskonstant når det anvendes vanliga klebende bindemidler, såsom

epoksy- eller polyesterharpikser som har en dielektrisitetskonstant i området på fra 3 til 4. Selv om mikrokulene funksjonerer slik at de senker dielektrisitetskonstanten til den, resulterende konstruksjon ved tilførsel av gass, såsom luft, utnyttes den fordel at en gass, i meget små dimensjoner, har en meget høy elektrisk fasthet i volt pr. pm. Mikrokulene tilfører gass i nøye kontrollerte, findelte mengder, noe som muliggjør .fremstilling av isolerende konstruksjoner med meget høy elektrisk fasthet, med meget høye oppnåelige koronabegynnelses- og gjennomslagsspenningsnivåer, selv ved anvendelse av.rimelige, ikke-kritiske fremstillingsmåter. Dessuten muliggjør mikrokulene i et harpiksbindemiddel fremstilling av konstruksjoner som har den nødvendige mekaniske fasthet, selv ved de høyere driftstemperaturer for konvensjonelle elektrisk induktive apparater, og bindemidlet velges slik at det oppnås en konstruksjon som er kjemisk forenelig med det omgivende, isolerende dielektrikum. Det omgivende dielektrikum kan være luft, en isolerende gass såsom SFg eller nitrogen, en isolerende damp fra en væske som er fordampbar i driftstemperaturområdet for apparatet, såsom CgF-^gO og C^Cl^, samt isolerende væsker såsom mineralolje eller silikonolje.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser en prøveoppbygning for bestemmelse av korona-begynnelsesspenningsnivåer under anvendelse av et arrangement av isolerende mellomlegg som er nødvendig når det anvendes et mellomlegg med høy dielektrisitetskonstant i et gassformet dielektrikum. Fig. 2 viser en liknende prøveoppbygning som fig. 1 med unntagelse av at den har et arrangement med isolerende mellomlegg hvor mellomlegget er konstruert ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 viser et oppriss av et elektrisk induktivt apparat omgitt av et isolerende, dielektrisk fluidum, ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser et oppriss av et dampkjølt elektrisk induktivt apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 5 jviser et perspektivriss, delvis bortskåret, av en elektrisk viklingsenhet som er i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse og som kan anvendes for viklingsenhetene i

det elektriske apparat i fig. 3 og 4.

En krafttransformator som anvendes i overførings- og for-delingssystemer i elektriske nyttegjenstander, må være i stand til å motstå alvorlige mekaniske påkjenninger forårsaket av lekkasjestrømmer, for å sikre pålitelighet hos kraftsystemet.

I en konvensjonell kjernetransformator f.eks. dannes det en re-pulsjonkraft mellom de konsentrisk anbrakte høy- og lavspennings-viklinger i hver fase. Denne kraft tvinger høyspenningsviklingen utover og lavspenningsviklingen innover. Denne kraft, som er integralet av kreftene av alle individuelle krefter, kan anskueliggjøres som om den virker mellom de elektriske sentre for de to viklinger. Idet de elektriske sentre nesten alltid vil være forskjøvet på grunn av uttak og andre uregelmessig-heter i viklingene, dannes det en kraftkomponent som er til-bøyelig til å atskille viklingene aksialt, dvs. å bevege en vikling oppad og den annen nedad. Ved normal belastningsstrøm er kreftene forholdsvis små, men ved en kortslutning blir kreftene meget høye. F.eks. kan i en trefase, 15 MVA, 15 KV, 5,5% impedans og 60 Hz kjernekrafttransformator den totale repulsjons-kraft mellom høy- og lavspenningsviklingene være 124 7 kg pr. fase.. Ved en|kortslutning kan strømmen bare begrenses av trans-formatorens impedans og kan således være så høy som 18,2 ganger det normale. Idet den resulterende kraft er proporsjonal med kraften av strømmen, vil kortslutningskraften pr. fase over-skride 400.000 kg. Dessuten kan forskyvningen av den første halvperiode av strømmen, i forhold til nøytralaksen, være så

høy som 87% forskjøvet i små og middels store krafttransformatorer. Denne forskyvning øker kortslutningskraften 3,5 ganger verdi med symmetrisk strøm. I det nevnte eksempel vil således topprepulsjonskraften pr. fase være over 1,2 millioner kg.

Viklingsspolene og spoleavstivningene må således være utformet slik at de motstår disse meget høye kortslutningskrefter. Viklingen som en enhet må holdes på plass, og hver vinding,

hvert lag, hver seksjon og hver delspole i denne, samt isola-sjonen mellom dem, må holdes fast på plass i deres innbyrdes stillinger, og de må ikke bli skadet. I tillegg til utforming av viklingene til å tåle slike krefter uten skade, må konstruk-tøren ta hensyn til varmebortledning og kan således ikke ganske enkelt pakke ledervindingene og spolene inn i en tett, homogen masse. Åpninger og kanaler i vindingene må anordnes for sirkula-

sjon av det omgivende isolerende og kjølende dielektriske fluidum, væske eller gass, noe som øker vanskeligheten med å anordne den nødvendige mekaniske fasthet i konstruksjonen.

Et ytterligere problem legges på konstruktøren når det isolerende fluidum er en gass, som i luftkjølte, gasskjølte eller gass/dampkjølte transformatorer. Gasser og damper har en dielektrisitetskonstant på nær 1. Dielektrisitetskonstanten for konvensjonelle isolerende mellomlegg er mellom 4 og 5. Som forklart innledningsvis kan dersom et mellomlegg med høy dielektrisitetskonstant rager inn i et område med uhomogent eller høy elektrisk spenning forårsake lave koronabegynnelsesspenninger og lave dielektriske gjennomslagsspenninger, sammenliknet med ingen faste mellomlegg eller mellomlegg som ender inne i et mer homogent felt. Fig. 1 og 2 viser prøveoppbygninger som belyser problemet som forårsakes av en stor differanse i dielektrisitetskonstanter mellom faste isolerende elementer og et omgivende dielektrisk fluidum. Fig. 1 viser to flate spoler 10 og 12 i snitt. Hver av spolene har et antall isolerte delervindinger, såsom vindinger 14 i spolen 10. Arkformet isolasjon 16 og 18 er anordnet opptil hver spole, og et fast, isolerende mellomlegg 20 er anbrakt mellom arkisolasjonen for atskillelse av spolene, på samme måte som radiale mellomlegg i konvensjonelle, sirkulære kjernetrans-formatorkonstruksjoner. Det vil iakttas at mellomlegget 20 ender innenfor de indre og ytre kanter av spolene, inne i et homogent elektrisk felt. Fig. 2 tilsvarer fig. 1 med unntagelse av at det er anordnet et mellomlegg 22 som rager forbi spolenes inner- og ytter-kanter og således rager inn i det uhomogene området med høy spenning ved ytter- og innerkantene på spolene. Arrangementet ifølge fig. 2 foretrekkes fra et mekanisk standpunkt på grunn av at det gjør det mulig å la vertikale isolerende elementer rage gjennom huller eller kileformete åpninger i de fremspringende deler av mellomleggene for mekanisk sammenføyning av de radiale mellomlegg i alle vertikalt fluktende mellomlegg i en komplett viklingsenhet, som omfatter et stort antall flate spoler.

Arrangementet ifølge fig. 2 anvendes i væskefylte krafttransformatorer, og uoverensstemmelsen mellom væskens dielektrisitetskonstant', dvs. 2,2 for mineralolje, og mellomleggets dielektrisitetskonstant, ca. 3,8 for oljegjennombløtet cellu lose, er godtakbar. Men når det omgivende dielektrikum er en gass., som'har en dielektrisitetskonstant på nær 1, senkes koronabegynnelses- og gjennomslagsnivåene alvorlig.

I prøver som er utført i luft med mellomlegg 20 og 22 fremstilt av polyglass som har en dielektrisitetskonstant på fra 4 til 5, var koronabegynnelsesspenningen for arrangementet ifølge fig. 1 32 KV, mens den bare var 11 KV for arrangementet ifølge fig. 2.

Det ble i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse konstruert et mellomlegg 22 som hadde en dielektrisitetskonstant på 1,7. Prøveoppbygningen som er vist i fig. 2 ble deretter utført to ganger under anvendelse av mellomlegg med lave dielektrisitetskonstanter, og koronabegynnelsesspenningen var 30 KV. En konstruktør av gass- og dampkjølte elektrisk induktive apparater vil således være i stand til å anvende konstruksjons-teknikken for væskefylte transformatorer for å oppnå den nødven-dige mekaniske fasthet til å motstå kortslutningskreftene uten skade.

Selv om vekten er lagt på verdien av oppfinnelsen i gass-og dampkjølte transformatorer, på grunn av dens meget store fordeler på dette område, gir oppfinnelsen også fordeler i væskefylte, elektrisk induktive apparater idet den muliggjør belast-ning av den væskeformete og faste isolasjon mer opptil dens isolerende evne, noe som resulterer i størrelsesreduksjoner som gir vekt- og kostnadsreduksjoner for apparatet.

Før oppfinnelsen beskrives videre, vil krafttransformatorer som kan ha nytte av oppfinnelsen først bli beskrevet. Fig. 3 viser et skjematisk riss av en trefase, fluidumfylt, elektrisk krafttransformator 30 av kjernetypen som kan anvende oppfinnelsen. Transformatoren 3 0 omfatter en beholder eller et hus 32 hvori

det er anbrakt en magnetisk kjerne-viklingsenhet 34, som er omgitt av et isolerende og kjølende dielektrisk fluidum 36. Det dielektriske fluidum 3 6 kan være luft, en gass som er ikke-kondenserbar i det normale driftstemperaturområde for transformatoren 30, såsom nitrogen eller SFg, eller en isolerende og kjølende væske, såsom mineralolje eller silikonolje. Den magnetiske kjerne-viklingsenhet 34 omfatter en magnetisk kjerne 38, med et øvre åk 4 0 og et nedre åk 42, som er forbundet med hverandre ved hjelp av innbyrdes atskilte, parallelle ben 46,

48 og 50. Faseviklingsenheter 54, 56 og 58 er anbrakt i induktiv

forbindelse med benene 46, 48 og 50. Hver viklingsenhet omfatter konsentrisk anordnete lavspennings- og høyspenningsviklinger, hvorved lavspenningsviklingen er anbrakt inne i høyspennings-viklingen. Høyspenningsviklingen er dannet av et antall innbyrdes forbundne, flate spoler. F.eks. omfatter viklingsenheten 54 en høyspenningsvikling 60 som har et antall flate spoler 62, som er innbyrdes atskilt ved hjelp av radiale mellomlegg 64. Fig. 4 viser et skjematisk riss av en trefase, fluidumfylt krafttransformator 66, som likner transformatoren 30 i fig. 3, med unntagelse av det isolerende og kjølende dielektrikum. Transformatoren 66 omfatter en beholder eller et hus 68 hvori det er anbrakt en magnetisk kjerne-viklingsenhet 70, og en væske, såsom C^Cl^, cgF^gO eller liknende, som er fordampbar i det normale driftstemperaturområdet for den magnetiske kjerne-viklingsenhet 70. Væsken 72 fordeles over den magnetiske kjerne-viklingsenhet 70 ved hjelp av en vilkårlig egnet anordning, såsom via en pumpe 74 og en ledning 76. I tillegg til dampene fra væsken 72 kan beholderen 68 inneholde en ikke-kondenserbar gass, såsom SFg, for å bevirke isolasjon under oppstarting av transformatoren 66. Fig. 5 viser et perspektivriss av en viklingsenhet 54, vist delvis bortskåret, og viser forskjellige typer av isolerende konstruksjoner som med fordel kan være konstruert i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.

Den magnetiske kjerne 38 er på hver side utstyrt med nedre kanalelementer 8 0 og øvre kanalelementer 82 hvorimellom viklingsenhetene 54, 56 og 58 er klemt fast. En trykkplate 84 hviler på de nedre kanalelementer 80, mens en øvre trykkplate 8 6 danner anlegg mot bunnen av de øvre kanalelementer 82. Fase-isolasjonsbarrierer av fast isolasjonsmateriale er anordnet for å isolere hver av transformatorfaseviklingsenhetene fra. hverandre. Barrierene omfatter en rektangulær plate 88 som er utstyrt med flenser, isolerende sidevegger 90 og 92 som er festet til den nedre plate 88, samt en øvre plate 94', som er utstyrt med flenser og som også er festet til sideveggene 90

og 92, hvorved det dannes et rektangulært kammer. Transforma-torbeholderens vegger lukker vanligvis de åpne frem- og baksider i kammeret.

Som vist kan benene i den magnetiske kjerne være av kors-formet konstruksjon med isolerende fyllstoffstenger eller • -strimler 94 anordnet i dennes forskjellige hjørner. Fyllstoff-strimlene 94 understøtter et sylindrisk rør eller skall av fast isolasjon. Dette rør understøtter og isolerer elektrisk en lavspenningsviklingsenhet 98.

Et sylindrisk isolerende rør eller skall 100 er anbrakt over lavspenningsviklingsenheten 98, og deretter er et større, isolerende, rørformet element 102 anbrakt om det rørformete element 64, med vertikale mellomleggsstrimler 104 anbrakt i et forutbestemt mønster i mellomrommet mellom de rørformete elementer 100 og 102. De vertikale mellomleggsstrimler passer nøyaktig i mellomrommet for at rørene skal kunne forsterke hverandre, mens det omgivende isolerende dielektrikum kan strømme fritt mellom de rørformete elementer når transforma-torene er i drift.

Høyspenningsviklingen 60 anbringes deretter over det rør-formete element 102.Radiale mellomleggselementer 64 er anbrakt mellom hver av de flate spoler 62 i høyspenningsviklingen 54.

De radiale mellomlegg er anbrakt langs omkretsen av hver flate spole, 15-20 cm fra hverandre, og mellomleggene i hvert nivå flukter vertikalt med mellomleggene på andre nivåer. De radiale mellomlegg er forbundet med hverandre ved hjelp av vertikale isolerende elementer 110 og 112. De radiale mellomlegg kan ha trapesformete åpninger i hver ende, og elementene 110 og 112

kan være tilsvarende formet slik at de passer nøyaktig i disse åpninger til dannelse av en mekanisk sterk konstruksjon.

Et tynt isolerende rør (ikke vist) kan være anbrakt over utsiden av viklingen 60 for<a>oled<e>strømningen av dielektrikum.

Etter at både høyspenningsviklingen 60 og lavspenningsviklingen 98 samt de atskillige isolerende rørformete elementer 96, 100 og 102 er anbrakt om den magnetiske kjernes ben 46, anbringes det rektangulære, isolerende plateelement 94' over den øvre flates spole i høyspenningsviklingen 60. En fast isolerende ring 106, som er utformet med flens, samt trykkplaten 86 anbringes deretter på toppen av viklingene. Den resterende del av den magnetiske kjerne, som omfatter det horisontale øvre åk 40, monteres deretter på de vertikale ben. De øvre kanalelementer 82 bringes i stilling, og egnete bolter kan anvendes for å bolte kanalene fast til den magnetiske kjerne.

Ethvert av de isolerende elementer i transformatoren 3 0 kan være konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, såsom de isolerende rørformete elementer 96, 100 og 102, de vertikale understøttelseselementer 94, de vertikale mellomlegg 104, de radiale mellomlegg 106, og de sammenkoplende vertikale elementer 110 og 112, samt enhver annen av de isolerende, viste former.

I tillegg til disse isolerende elementer, som hører til en trefase sirkelformet kjernetransformator, kan oppfinnelsen an-

vendes for enhver én- eller flerfase krafttransformator eller elektrisk reaktor, av sirkelformet eller rektangulær kjerne-konstruksjon eller skallkonstruksjon', hvor de isolerende elementer, inklusive lag- og vindingsisolasjon, kan ha fordel av å være et isolerende konstruksjonselement eller et barriere-element som har en forholdsvis lav dielektrisitetskonstant.

Oppfinnelsen vedrører et elektrisk induktivt apparat med kraftgenererende frekvens og med elektriske ledere med høyere potensialer samt isolerende elementer for understøttelse og elektrisk isolasjon av disse. Det isolerende element er dannet av et klebemiddel eller bindemiddel, såsom en organisk harpiks, fylt med mikrokuler.Mikrokulene er hule kuler som er så liten at deres diametre måles i pm. De har en meget tynn vegg som omgir luft, og selv om veggen er fremstilt av glass eller sili-siumdioksyd nærmer således en mikrokules dielektrisitetskon-

stant seg luftens dielektrisitetskonstant, dvs. 1. Mikrokuler kan være fremstilt av glass, eller de kan være gjenvunnet av flygeaske som et biprodukt av røkrensesystemer i elektriske anlegg. Fremstilte mikrokuler er kommersielt tilgjengelige under varemerket "Microballoons" eller under varemerket "Eccospheres". Flygeaske-biproduktet er tilgjengelig under varemerket "Fillite", og også fra forskjellige elektriske firma. Flygeaskemikrokulen er et glasshard silikat i form av en hul,

sterk kule. Den dannes når pulverisert kull anvendes for fyring av kjeler i dampgeneratorer.

De fremstilte mikrokuler har generelt en tynnere vegg enn flygeaskemikrokulene, og de har således en lavere dielektrisitetskonstant enn flygeaskemikrokulen. På den annen side vil ikke flygeaskemikrokulen knuses så lett, og den er mye mindre kostbar enn de fremstilte glassmikrokuler.

Mikrokulenes størrelse er ikke kritisk så lenge mikrokulene ikke er så store at korona dannes inne i kulen. Generelt har mikrokuler som har en diameter på 100 um eller mindre vist seg å være utmerket, men det er tenkelig at større mikrokuler kan være godtakbare, så store som 3 00 um eller mer, avhengig av spenningspåkjenningen som den isolerende konstruksjon som inneholder mikrokulene vil bli utsatt for.

Det klebende bindemiddel velges slik at det gir den mekaniske fasthet og kjemiske forenelighet som er nødvendig for den spesielle anvendelse og det spesielle driftsmiljø. Det klebende bindemiddel er ikke kritisk. Polyester- og epoksyharpikser gir begge utmerkete resultater, elektrisk, mekanisk og kjemisk. Polyesterharpiksene er særlig forenelige med fluorkarboner,

og epoksyharpiksene er forenelige med de fleste andre isolerende dielektrika. Bindemidlet kan også være elastomerer med egnete termiske og kjemiske egenskaper.

Konsentrasjonen av mikrokulene, etter vekt, i det isolerende system er heller ikke kritisk. Bindemidlet har en viss dielektrisitetskonstant, vanligvis mellom 3 og 4, og mikrokulene til-settes i den mengde som er nødvendig for å oppnå den ønskete dielektrisitetskonstant i det resulterende produkt. Vanligvis vil den ønskete dielektrisitetskonstant være "så lav som mulig", og av den grunn er den øvre grense det punkt hvor blandingen vil klebe dårlig. Dette punkt er fra 70 til 75 vektsprosent mikrokuler. Det antas også at en konsentrasjon på 'under 25 vektsprosent vil gi meget liten fordel. Et praktisk område vil således være fra 25 til 75 vektsprosent mikrokuler, hvorved utmerkete resultater oppnås med konsentrasjoner på fra 35 til 50 vektsprosent. Under 3 5 vektsprosent er det nødvendig med et tiksotropisk middel for å gjøre den flytende harpiks til en pasta og hindre faseseparering mellom det flytende bindemiddel og mikrokulene. Fremstilte glasskuler vil flyte, og flygeaskemikrokuler vil synke, noe som også illustrerer de forskjellige veggtykkelser hos de to typer av mikrokuler.

Fremgangsmåten til fremstilling av de isolerende elementer ifølge oppfinnelsen er heller ikke kritisk, så lenge det benyttes blanding eller omrøring ved lave skjærhastigheter utføres for blanding av bestanddelene. Omrøring med høy skjærspenning, såsom ved hjelp av valse- eller kulemøller, kan knuse mikrokulene. Utmerkete produkter, både elektrisk og mekanisk, kan oppnås uten vakuumbearbeidelse. De forskjellige isolerende former kan oppnås ved støping eller ekstrudering. Den resulterende blanding likner våt sand, og muliggjør sogar utforming av nokså komplekse former. De våte og herdete dimensjoner- er stort sett like, selv ved herding uten fordelen med en form.

Radiale mellomlegg ble konstruert i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, inneholdende et epoksybindemiddel og 35 vektsprosent "Microballoons" av glass og av kvaliteten B38-4000. "38" representerer 0,38 g/cm<3>, og "4000" indikerer

at mikrokulene av denne kvalitet klassifiseres 4000 psi (ca.

281 kg/cm 2), dvs. 90% overlevelse i en isostatisk presse (flytende hydraulisk trykk) ved 4 000 psi. Det ble også konstruert radiale mellomlegg med et epoksybindemiddel og 44 vektsprosent "Fillite" (flygeaskemikrokuler). Prøver ble utført med begge typer av kuler i SF^-gass ved 1 atmosfære og romtemperatur, og prøven ga de resultater som er angitt i tabell I nedenfor:

Mekaniske prøver indikerer en trykkfasthet på over 422 kg/cm<2>med tilstrekkelig utfjæring til å danne tette spoler.

Eksempler på egnete materialer for radiale mellomlegg er følgende:

Eksempel 2 Eksempel 3

De syntaktiske skummaterialer i disse eksempler ble fremstilt ved anbringelse av harpiksen i en enliters glasskolbe, tilsetning av katalysatoren og det overflateaktive stoff samt omrøring av blandingen med et bærbart blandeverk. Selv om et tiksotropisk middel ikke er nødvendig med konsentrasjonene i de ovennevnte eksempler, ble "Cab-O-Sil" tilsatt under om-røring, og mikrokulene ble tilsatt i fire økende porsjoner som hver ble omrørt til dannelse av en homogen blanding. Sluttpro-duktet hadde utseende og konsistens som fuktig sand og kunne presses til en fast form med fingertrykk. En sats på 25 g av blandingen ble anbrakt i en kvadratisk, 10,2 cm x 10,8 cm, stor form og komprimert til dannelse av et flatt bord ved et trykk på 7 0 kg/cm 2ved romtemperatur. Den flate plate ble støtt ut av formen og skåret til en 3,8 cm x 7,6 cm blokk ved hjelp av en metallplatekutter. Det ble utført trapesformete kutt i hver'ende ved hjelp av en andre, liten kutter. Stykkene ble anbrakt mellom formslipmiddelbehandlete stykker av glassplater for å bibeholde mellomleggenes flathet (ca. 0,07 kg/cm 2 trykk) og ovnsherdet ved 145°C. Mellomleggene som ble fremstilt på denne måte hadde flate sider og en tykkelse på 0,635 + 0,013 cm. Et herdet prøvemellomlegg fremstilt av hvert av disse tre prøve-materialer motstod et trykk på 313 kg/cm 2 uten å bli knust eller uten å sprekke.

En praktisk fremgangsmåte til fremstilling av radiale mellomlegg av den ovennevnte type vil f.eks. være å fremstille 'blandingen i en Baker Perkins-blander med bøyet arm eller en Werner-Pfleider-deigmikser av båndtype, ekstrudere den til et flatt bånd under anvendelse av en skrueekstruder, skjære båndet i flate mellomlegg som har trapesformete endespor samt å herde mellomleggene i en ovn mellom stykker, av glass eller metall. Herding kan også utføres i høyfrekvens- eller mikrobølgefelter.

Det resulterende, uherdete, syntaktiske skummaterialets fasthet kan varieres innen vide grenser ved å variere "Cab-O-Sil"-innholdet eller ved å anvende harpiksaktige tiksotropiske midler. Dielektrisitetskonstanten varieres ved forandring av mikrokuleinnholdet, og harpiksbindemidlet kan være enten en homogen eller heterogen katalysatorfornettet epoksyharpiks,

en stiv eller en elastisk polyesterharpiks eller en vilkårlig annen lavtemperaturherdende trykkharpiks. Høytrykks, høytem-peraturherdende, faste harpikser kan også anvendes dersom støpetrykkene er slik at der er liten eller ingen nedslitning (knusing) av mikrokulene. En fordel med denne fremgangsmåte er at eventuelt uherdet vrak som dannes kan gjenanvendes, noe som gjør fremgangsmåten vrakfri.

Claims (12)

1. Elektrisk induktivt apparat, karakterisert ved at det omfatter en elektrisk vikling som er innrettet til å forbindes med et elektrisk potensial, et dielektrisk fluidum som omgir den elektriske vikling og som har en forutbestemt dielektrisitetskonstant, en isolerende konstruksjon for den elektriske vikling, omfattende et fast komposittorgan som består av et fyllstoff som inneholder mikrokuler, og et klebende bindemiddel for mikrokulene, hvorved mengdene av det klebende bindemiddel og fyllstoffet er valgt slik at mikrokulene utgjør mellom 25 og 75% av den totale vekt av det faste, isolerende komposittorgan.

2. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at mikrokulene er flygeaskemikrokuler.

3. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det faste isolerende organ omfatter et isolerende organ som rager fra den elektriske vikling inn i det dielektriske fluidum.

4. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det dielektriske fluidum er en gass som har en dielektrisitetskonstant på ca. 1.

5. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det dielektriske fluidum er en gass som har kondenserbare og ikke-kondenserbare bestanddeler og som har en dielektrisitetskonstant på ca. 1.

6. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det dielektriske fluidum omfatter SF6--gass.

7. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisett ved at mikrokulene utgjør fra 35 til 50 vektsprosent av det faste, isolerende komposittorgan.

8. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at mikrokulene er hule kuler dannet av et silikat og har en diameter på mindre enn ca. 100 pm.

9. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det klebende bindemiddel er en epoksyharpiks.

10. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det klebende bindemiddel er en polyesterharpiks.

11. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, karakterisert ved at den elektriske vikling omfatter et antall innbyrdes atskilte elektriske spoler, og at det faste isolerende komposittorgan omfatter et antall mellomlegg som er anordnet for å danne og bibeholde mellomrommet mellom spolene.

12. Elektrisk induktivt apparat i samsvar med krav 1, omfattende et hus, karakterisert ved at den v elektriske vikling og det dielektriske fluidum er anbrakt i huset, og at det dielektriske fluidum er en væske.