SE510452C2 - Transformator med spänningsregleringsorgan - Google Patents

Description

\7 10 15 20 30 35 510 452 2 har tre kärnben, där respektive ben är associerad med faserna U, V respektive W.

Runt varje ben är en primärlindning, en sekundärlindning, en längsreglerliridning, en första tvärreglerlindning och en andra tvärreglerlindning lindade.

Längsreglerlindningen, den första tvärreglerlindningen och den andra tvärreglerlindningen är alla reglerlindningar. För varje fas är längsreglerlindningen, genom en första lindningskopplare som är gemensam för alla tre fasema, kopplad i serie med den fasidentiska sekundärlindningen. Detta gör det möjligt att, för varje fas, reglera sekundärspännirtgens amplitud, dvs att erhålla en längsreglering mellan primärsidan och sekundärsidan hos transformatom. Genom en andra lindníngskopplare som också är gemensam för alla tre faserna, är primärlindningen för fas U kopplad i serie med den första tvärregleringslindningen för fas V och den andra tvärregleringslindningen för fas W. På samma sätt är primärlindningen för fas V kopplad i serie med tvärregleringslindningarna för faserna W och U, och primärlindningen för fas W är kopplad i serie med tvärregleringslindningama för faserna U och V.

Tvärregleringslindningarna och den andra lindningskopplaren är anordnade så att spänningen över de seriekopplade tvärregleringslindningarna alltid är vinkelrät mot spänningen över primärlindningen. Förutsättningarna för sk tvärregleríng är därmed uppfyllda. För varje fas kan därmed primärspänningens fasvinkel regleras med den andra lindningskopplaren. Genom att kombinera längsregleringen på sekundärsidan med tvärregleringen på primärsidan är det möjligt att, för varje fas, fasvrida spänningen över transforrnatorn och därmed åstadkomma en oberoende kontroll över det aktiva och reaktiva effektflödet mellan transfonnatorns primär- och sekundärsida.

IN. Mohan: "MPTC: An economical alternative to universal power flow control1ers", EPE 97 in Trondheim, s. 3.1027-3.1032, beskrivs ett annat regleringssystem för att kontrollera effektflödet. Det består av tre fasregleringstransformatorer där delar av primärspänningama, genom en sekundärlindning och ett tyristorbryggearrangemang, matas in i serie med varje fasspänning. Sekundärlindningarna fungerar alltså som reglerlindnírigar. Genom att kontrollera tyristorbryggornas strömställare, kan en linjärkombination av spänningar över sekundärlindnirigarna adderas till varje fasspärming och varje fasspänning kan på så sätt fasvridas med en variabel vinkel.

Regleringsmedlen hos E. Wirths och I-F Ravots trefastransformator som är beskriven ovan, består av nio reglerlindningar, tre per fas, och två lindningskopplare. Regleringsmedlen hos N. Mohans reglertransformator består 10 15 20 25 30 35 510 452 av en reglerlindning och en tyristorbrygga per fas, vilket ger tre regleringslindningar och tre tyristorbrygor. Beroende på reglerspänningen kan det utrymme som reglerlindningama ockuperar, vara mycket stort p. g.a. isolationskrav.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Oberoende om reglerlindningarna är inlemmade i en krafttransformator eller en reglertransformator, är det tekniskt och ekonomiskt fördelaktigt att reducera utrymmet som reglerlindningama ockuperar. Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en transformator i vilken reglerlindningarna uppvisar en kompakt design. Detta syfte uppnås genom att åtminstone en reglerlindning åtminstone delvis innefattar en flexibel ledare som har organ att innehålla elektriska fält.

Ett exempel på en sådan flexibel ledare vilken har organ för att innehålla elektriska fält, är en flexibel kabel av den sort som används för energi distribution.

En sådan kabel innefattar en ledande kärna, ett första halvledande skikt anordnat runt den nämnda kärnan, ett fast isolationsskikt anordnat runt det nämnda första halvledande skiktet och ett andra halvledande skikt anordnat runt det nämnda isolationsskiktet. Förutsatt att det andra halvledande skiktet är jordat, har kabeln förmågan att inom sig innehålla det elektriska fält som uppstår på grund av strömmen i den ledande kärnan. Den elektriska påkänningen absorberas sålunda i kabelns fasta isolationsskikt och praktiskt taget inget elektriskt fält finns utanför det andra halvledande skiktet. I kabeln är de olika skikten fast fästade vid varandra. Dessutom är det fasta isolationsskiktet och de halvledande skikten gjorda av material med nästan samma värmeutvidgningskoefficient. Kabeln kan därför utsättas för avsevärd mekanisk och termisk belastning utan att skikten separerar från varandra och att hålrum bildas mellan skikten. Detta är ett viktigt egenskap, eftersom partiella urladdningar uppstår i hålrum om den elektriska fältstyrkan överstiger den dielektriska hållfastigheten hos gasen i hålrummet. Det är speciellt viktigt att det första halvledande skiktet och det fasta isolationsskiktet är fast fästade vid varandra, eftersom den elektriska fältstyrkan är störst i den här delen av kabeln. En kabel liknande den ovan beskrivna, finns beskriven i PCT- ansökningama SE97/ 00875 och SE97/OO879.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mera detaljerat i samband med de bifogade figurerna. 10 15 20 25 30 35 510 452 FIGURBESKRIVNING Pig. 1 är en schematisk figur av en första utföringsform av uppfinningen som illustrerar uppfinningsprincipen.

Pig. 2 visar ett exempel på en flexibel ledare som används i en transformator enligt uppfinningen.

Fíg. 3 är en schematisk illustration av en andra utföringsform av uppfinningen.

DETALIERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN En första utföringsform av uppfinningen, en enfastransformator 11 med spänningsregleririgsorgan, är schematiskt visad i fig. 1 för att illustrera uppfinningsprincipen. En primärlindning 12 och en sekundärlindning 13 är lindade rLmt en transformatorkäma 14. Medlen för spänningsreglering innefattar en reglerlindning 15 som är lindad runt kärnan 14 och en lindningskopplare 16.

Reglerlindningen 15 är uppdelad i två reglerlindningsdelar 15a, 15b, vilka båda är anslutna till lindningskopplaren 16. Sekundärlindrfingen 13 är via lindningskopplaren 16 ansluten i serie med reglerlindnjngen 15. Transformatom 11 sammankopplar två elektriska system, ett med en spänningsnivå som svarar mot prirnärspänningen UP, och ett med en spänningsnivå som svarar mot sekundärspärmingen Us. Med lindningskopplaren 16 och reglerlindningsdelarna 15a, 15b, kan sekundärspänningen Us justeras i diskreta spänningssteg och transformatoromsätmíngen UP/US kan på så sätt regleras.

I en konventionell transformator används normalt transformatorolja för att isolera lindningarna från varandra och från transformatorkärnan. I FCT-ansökan SE97/ 00875 presenteras en transformator där primär- och sekundärlindningama är gjord av en flexibel ledare som har organ för att innehålla elektriska fält. Ett exempel på en flexibel ledareni form av en kabel av den sort som presenteras i SE97/ 00875, visas i fig. 2. Kabeln 21 innefattar minst en ledare 22 med ett första halvledande skikt 23 anordnat runt nämnda ledare 22. På utsidan av detta första halvledande skikt 23 finns kabelns huvudisolering i for av ett fast isolationsskikt 24, och omgivande det nämnda isolationsskiktet 24 finns ett andra halvledande skikt 25. Förutsatt att det andra halvledande skiktet 25 är jordat, har kabeln 10 15 20 25 30 35 510 452 5 förmågan att, inom sig, innehålla det elektriska fältet som uppkommer på grund av strömmen i ledaren 22. Den elektriska påkänningen absorberas sålunda i kabelns fasta isolationsskikt 24 och praktiskt taget inget elektriskt fält finns utanför det andra halvledande skiktet 25.

En flexibel ledare som har organ för att innehålla elektriska fält, t ex av den typ som visas i fig. 2, används i reglerlindningen i den reglertransformator som visas i fig. 1. Eftersom inget elektriskt fält finns utanför reglerlindningens 15 flexibla ledare, kan lindningen utformas utan att den elektriska fältbilden behöver beaktas.

En tekniskt fördelaktig design uppnås på så sätt. Primärlindningen 12 och sekundärlindningen 13 är också gjorda av en flexibel ledare som har organ för att innehålla elektriska fält, varför ingen transformatorolja behövs för isolering. Om dessutom lindningskopplaren 16 är av elektronisk eller luftisolerad typ t ex, kan olja undvikas helt, vilket är ekonomiskt så väl som miljömässigt fördelaktigt.

I fig. 3 är en andra utföringsform av uppfinningen schematiskt illustrerad. Det är en trefas reglertransforrnator 31 med spänningsregleringsorgan vilket möjliggör fasvinkelreglering mellan transformatorns in- och utsida. Transformatorn 31 ansluter ett första elektriska system med fasspänningarna U A, UB, UC med ett andra elektriska system med fasspänningarna u A, us, uc. Transformatorn innefattar tre kämben 32a, 32b, 32c som är gjorda av ett magnetiserbart material. På varje kärnben är en primärlindníng 33 och en reglerlindning 34 lindad. Vanligtvis är lindningarna på varje kärnben lindade den ena utanpå den andra. För tydlighetens skull visas dock lindningarna på varje kämben i fig.3 den ena efter den andra. Primärliridningen 33 och reglerlindningen 34 på varje kärnben 32 är gjorda av en flexibel ledare 35 som har organ för att innehålla elektriska fält.

Nämnda ledare 35 kan tex vara av den typ som är beskriven i fig. 2.

Reglerliridningen 34 är indelad i ett antal reglerlindningsdelar. Varje reglerlindningsdel är, via samma flexible ledaren som bildar reglerlindningsdelen, ansluten till en omkopplingsenhet 36. För tydlighetens skull vissas den här anslutningen endast för reglerlindningen 34c på ett av kärnbenen 33c i fig. 3.

Emellertid är reglerlindningsdelarna från reglerlindningarna 34a, 34b på de andra två kärnbenen 32a, 32b, anslutna till omkopplingsenheten 36 på samma sätt. Varje regleringslindning 34 är uppdelad i ett lämpligt antal reglerlindningsdelar.

Företrädesvis har reglerlindninsdelarna på varje kärnben ett varvförhållande som följer 1:3:9:... 3"". I omkopplingsenheten 36 är reglerlindningsdelarna anslutna till ett elektronoskt omkopplingssystem. Med nämnda omkopplingssystem kan lämpliga kompinationer av reglerlindningsdelar kopplas i serie så att önskade sr-b 10 15 20 25 510 452 6 fasspänningar uA, u, och uc erhålls. Genom arrangemanget är det möjligt att fasvrida fasspänningarna u A, u, och uc upp till i 60° relativt fasspänningarna U A, UB och UC. Genom att utföra en serie fasvridningsoperationer en efter en annan, är det möjligt att förskjuta spänningama uA, us och uc hela 360°. Genom att kontinuerligt utföra fasvridningsoperationer är det möjligt att sammankoppla två asynkrona elektriska system med samma nominella frekvens, eller system med relativt små frekvensskillnader.

Eftersom varje regleringslindning 34 är gjord av en flexibel ledare 35 som har organ för att innehålla elektriska fält, och eftersom den elektriska strömmen i varje reglerlindning också leds till omkopplingenheten i en flexibel ledare, kan transformatorns spänningsregleringsorgan konstrueras utan att hänsyn måste tas till den elektriska fältbilden. Omkopplingsenheten 36 kan placeras nära, eller tom i fysisk kontakt med, reglerlíndningarna 34. Alternativt är det möjligt att placera omkopplingsenheten 36 ett stycke från reglerlindningarna 34 eller tom från resten av transforrnatom, genom att använda samma flexibla ledare 35 som används i lindningarna 34 till att ansluta lindningarna till omkopplingsenheten 36. Eftersom prirnärlindnirigarna 33 också är gjorda av en flexibel ledare som har organ för att innehålla elektriska fält, kan reglertransformatorn göras oljefri, vilket är ekonomiskt så väl som miljömässigt fördelaktigt.

Arrangemanget för spänningsreglering som är beskrivet ovan visar hur en flexibel ledare kan användas i en lindning för att åstadkomma en kraft- eller reglertransformator enligt uppfinningen. Emellertid är det självklart att andra kraft- eller reglertransformatorutföranden i vilka ingår spänningsregleringsorgan innefattnade en flexibel ledare, är möjliga inom uppfinningens ram.

Claims (9)

.íqg 10 15 20 25 510 452 PATENTKRAV

1. Transformator med spänningsregleringsorgan, innefattande minst en reglerlindning (15, 34), k ä n n e te c k n a d a v att någon av reglerlindningarna (15, 34) åtminstone delvis innefattar en flexibel ledare som har organ för att innehålla elektriska fält (35).

2. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt krav 1, k ä n n e te c k n a d a v att den nämnda flexibla ledaren (35) är gjord av en kabel (21) innefattande en ledare (22), ett första skikt (23) med halvledande egenskaper anordnat runt nämnda ledare (22), ett fast isolationsskikt (24) anordnat runt nämnda första skikt (23) och ett andra skikt (25) med halvledanade egenskaper anordnat runt nämnda isolationsskikt (24).

3. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt kraven 1-2, k ä n n e t e c k n a d a v att spänningsregleringsorganet ger fasvridningskapacitet.

4. Transformator med spärmingsreglerirtgsorgan enligt kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att transformatorn innefattar en elektronisk lindningskopplare.

5. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d a v att transformatorn innefattar en mekanisk luftisolerad lindningskopplare.

6. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att transformatorn är oljefri.

7. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att fasvridningsornrådet är 3600.

8. Transformator med spänningsregleringsorgan enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att transformatorn sammankopplar tvâ asynkrona system med samma nominella frekvens. 510 452 8

9. Transformator med spärmmgsregleríngsorgan enligt krav 7, k ä n n e te c k n a d a v att transformatorn sammankopplar två elektriska system med olika nominella frekvenser.