NO811694L

NO811694L - LIQUID ISOLATED TRANSFORMER.

Info

Publication number: NO811694L
Application number: NO811694A
Authority: NO
Inventors: Lennart Lundstroem
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1981-05-19
Publication date: 1981-11-23
Also published as: CA1157115A; SE8003782L; EP0040382A1; SE421570B; DE3165362D1; EP0040382B1; JPS5717117A; DK220181A; ZA813337B

Description

Oppfinnelsen angår en isolasjonsvæskekjølt båndvikling for en transformator eller reaktor av den type som er angitt i innledningen til patentkrav 1. The invention relates to an insulating liquid-cooled tape winding for a transformer or reactor of the type stated in the introduction to patent claim 1.

Det er kjent å avkjøle de indre deler av den vikling av båndformet, elektrisk ledende materiale i en væskeisolert transformator eller reaktor ved å bringe isolasjonsvæsken til å sirkulere gjennom spesielle kanaler som er anordnet i viklingen. En kjent måte for tilveiebringelse av kjølekanaler som strekker seg fra viklingens ene ende til dens andre ende, er at det parallelt med viklingens symmetriakse og på innbyrdes avstand fra hverandre anordnes ribber-av pressspan mellom to på hverandre, følgende vindinger av det båndformede materiale i viklingen. For å muliggjøre anbringelse av ribbene med en rimelig arbeids-innsats, er ribbene da fastlimt til en side av^^presspanark til en såkalt ribbematte, hvilket medfører at presspanarket danner en mot viklingen anliggende vegg i kanalen. It is known to cool the inner parts of the winding of ribbon-shaped, electrically conductive material in a liquid-insulated transformer or reactor by causing the insulating liquid to circulate through special channels arranged in the winding. A known way of providing cooling channels that extend from one end of the winding to its other end is that parallel to the axis of symmetry of the winding and at a mutual distance from each other, ribs of press span are arranged between two on top of each other, following windings of the band-shaped material in the winding . In order to make it possible to place the ribs with a reasonable amount of work, the ribs are then glued to one side of the press pan sheet to a so-called rib mat, which means that the press pan sheet forms a wall in the channel that faces the winding.

Ribber benyttes også i barriereisolasjoner av presspanark og olje mellom deler med forskjellig potensial, Ribs are also used in barrier insulations of press pan sheets and oil between parts with different potential,

f. eks. mellom en vikling og en utenfor denne beliggende annen vikling, i en transformator, for å tilveiebringe nødvendige avstander mellom presspanarkene i barriereisola-sjoren. Som erstatning for sådanne barriereisolasjoner har man for sylindriske barriereisolasjoner foreslått å benytte korrugerte presspanark sammen med slette presspanark, idet de sistnevnte ark er plassert mellom de korrugerte ark. e.g. between a winding and another winding located outside of this, in a transformer, to provide the necessary distances between the pressure pans in the barrier isola-shor. As a replacement for such barrier insulations, it has been proposed for cylindrical barrier insulations to use corrugated press pan sheets together with plain press pan sheets, the latter sheets being placed between the corrugated sheets.

De slette ark sikrer at bølger i et korrugert ark ikkeThe plain sheets ensure that waves in a corrugated sheet do not

synker inn i deler i et tilgrensende korrugert art, og dermed at langsgående rom for olje dannes mellom arkene. Korrugerte presspanark er ikke anvendelige for å tilveiebringe kjølekanaler i båndviklinger, på grunn av at de ikke har tilstrekkelig formstabilitet. Ribber eller alter-native materialer for tilveiebringelse av kjølekanaler i en båncfcmvikling.må nemlig kunne motstå et høyt trykk. Dette beror på at det båndformede materiale må vikles med strekk-forspenning for å tilveiebringe et så stort radialt trykk at viklingen blir homogen og klaringsfri selv om lederen sinks into parts in an adjacent corrugated species, and thus that longitudinal spaces for oil are formed between the sheets. Corrugated press pan sheets are not suitable for providing cooling channels in tape windings, because they do not have sufficient dimensional stability. Ribs or alternative materials for providing cooling channels in a cable winding must be able to withstand a high pressure. This is because the strip-shaped material must be wound with a tensile bias in order to provide such a great radial pressure that the winding becomes homogeneous and clearance-free even if the conductor

ikke er helt plan ved påviklingen, og videre på at store, radialt rettede krefter oppstår ved kortslutning. is not completely flat when winding, and further that large, radially directed forces occur in the event of a short circuit.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse har det vist seg mulig å tilveiebringe kjøling av en båndvikling ved anvendelse av et kjøleelement som har vesentlige for-deler i forhold til den beskrevne, kjente ribbematte. Det nye kjøleelement gir således bedre avkjøling da det tillater direkte kontakt mellom isolasjonsvæske og vikling, dvs. det forekommer ikke noe presspansjikt mellom isolasjonsvæsken og viklingen. Kjøleelementet er dessuten billigere ved at det kan fremstilles med kontinuerlige prosesser, i motsetning til hva som er tilfellet med en ribbematte der ribbene må. limes på presspanarket på manuell måte. Videre trenger ikke kjøleelementene, slik som en ribbematte, å inneholde nee lim som kan innvirke skadelig på den dielektriske hold-fasthet. I motsetning til korrugerte ark har kjøleelementet videre tilstrekkelig formstabilitet. According to the present invention, it has been found possible to provide cooling of a tape winding by using a cooling element which has significant advantages compared to the described, known ribbed mat. The new cooling element thus provides better cooling as it allows direct contact between the insulating liquid and the winding, i.e. there is no pressure sandwich between the insulating liquid and the winding. The cooling element is also cheaper in that it can be produced with continuous processes, in contrast to what is the case with a ribbed mat where the ribs have to be. glued onto the press pan sheet manually. Furthermore, the cooling elements, such as a ribbed mat, do not need to contain nee glue which can have a detrimental effect on the dielectric holding strength. In contrast to corrugated sheets, the cooling element also has sufficient dimensional stability.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en isolasjonsvæskekjølt båndvikling for en transformator eller reaktor som inneholder minst et kjøleelement som er anordnet mellom to på hverandre følgende vindinger eller deler av vindinger av båndet i viklingen, eller anordnet innenfor den innerste vinding av båndet i viklingen eller anordnet utenfor den ytterste vinding av båndet i viklingen, og omfatter med hverandre forbundne, langstrakte, parallelle og på avstand fra hverandre i sideretningen anordnede avstandselementer som holder de.to vindinger hhv. deler av vindingene av båndet på avstand fra hverandre for dannelse av kanaler mellom dem, henholdsvis som danner kanaler innenfor den innerste vinding av båndet henholdsvis som danner kanaler utenfor den ytterste vinding av båndet, According to the invention, an insulating liquid-cooled tape winding is provided for a transformer or reactor which contains at least one cooling element which is arranged between two consecutive turns or parts of turns of the tape in the winding, or arranged within the innermost turn of the tape in the winding or arranged outside it outermost winding of the tape in the winding, and comprises mutually connected, elongated, parallel spacer elements arranged at a distance from each other in the lateral direction which hold the two windings or parts of the windings of the tape at a distance from each other to form channels between them, respectively which form channels within the innermost winding of the tape respectively which form channels outside the outermost winding of the tape,

for transport av isolasjonsvæske fra båndviklingens ene endeflate til dens andre endeflate, hvilken båndvikling er kjennetegnet ved at avstandselementene er forbundet med hverandre i sideretningen ved hjelp av forbindelsesstykker som er beliggende på avstand fra plan gjennom mot båndet • vendende overflater av avstandselementene. for the transport of insulating liquid from one end surface of the tape winding to its other end surface, which tape winding is characterized by the fact that the spacer elements are connected to each other in the lateral direction by means of connecting pieces which are located at a distance from the plane through • surfaces of the spacer elements facing the tape.

I en foretrukket utførelse omfatter kjøleele-mentet en presspanplate i hvilken spor er uttatt fra begge sider og gjenværende materiale ved sporenes sider utgjør avstandselemeriter og gjenværende materiale i sporenes bunn utgjør forbindelsesstykker. Et slikt kjøleelement kan fremstilles på enkel måte f.eks. ved at presspanplaten In a preferred embodiment, the cooling element comprises a press pan plate in which grooves are removed from both sides and remaining material at the sides of the grooves form spacer elements and remaining material in the bottom of the grooves forms connecting pieces. Such a cooling element can be produced in a simple way, e.g. by the press pan plate

føres forbi et antall på dens underside og et antall påis passed a number on its underside and a number on

dens overside anordnede, parallelle sagblad. Spillet eller avfallet ved sagingen kari siden anvendes fer å fremstille nye presspanplater. its upper side arranged, parallel saw blades. The waste or waste from sawing is then used to produce new press pan plates.

Det er imidlertid mulig å benytte andre isola-sjonsmaterialer enn presspan i kjøleelementene, blant annet flere termoplaster, såsom polyetylenglykoltereftalat, polykarbonat og polyimid, eventuelt forsynt<m>f<c>ibrøse eller pulverformede fyllmidler, såsom glassfiber og kritt. Kjøleelementer av termoplaster formes fortrinnsvis ved ekstrudering, men kan også fremstilles av plater på samme måte som beskrevet for presspan med gjenvinning av avfallet ved sagingen. Det er også mulig å benvtte herdeplåster, It is, however, possible to use other insulation materials than press pan in the cooling elements, including several thermoplastics, such as polyethylene glycol terephthalate, polycarbonate and polyimide, optionally provided with fibrous or powdered fillers, such as glass fiber and chalk. Cooling elements made of thermoplastics are preferably formed by extrusion, but can also be produced from plates in the same way as described for press pan with recycling of the waste during sawing. It is also possible to apply hardening plasters,

f. eks. glassfiberarmert polyester, i kjøleelementene, og i.visse tilfeller også tre. Det er også mulig å benytte metalliske materialer, såsom aluminium, i kjøleelementene under forutsetning av at kjøleelementet omgis med isolasjonsmateriale på begge sidei og at det ikke bringes til å danne en lukket vinding i viklingen. Det kan da være mulig e.g. fiberglass-reinforced polyester, in the cooling elements, and in certain cases also wood. It is also possible to use metallic materials, such as aluminium, in the cooling elements, provided that the cooling element is surrounded by insulating material on both sides and that it is not caused to form a closed winding in the winding. It may then be possible

å erstatte en vinding (eller en del av en vinding eller flere vindinger) av ledermaterialet i båndviklingen ved at kjøleelementet forbindes med ledermaterialet langs to tverrgående kanter regnet i båndets viklingsretning. to replace a turn (or part of a turn or several turns) of the conductor material in the tape winding by connecting the cooling element to the conductor material along two transverse edges calculated in the tape's winding direction.

Båndet i båndviklingen inneholder et sjiktformet, elektrisk ledende materiale og et i det minste på ledermate-rialets ene side anordnet, sjiktformet isolasjonsmateriale. Ledermaterialet utgjøres fortrinnsvis av en metallfolie, The tape in the tape winding contains a layer-shaped, electrically conductive material and a layer-shaped insulating material arranged at least on one side of the conductive material. The conductor material preferably consists of a metal foil,

f.eks. en folie av aluminium eller kobber, som for kraft-transformatorer normalt har en tykkelse på mellom 5 og 3000 ym. Isolasjonsmaterialet utgjøres fortrinnsvis av en film av en polymer som kontinuerlig kan tåle en temperatur på minst 90°C. Som eksempel på passende polymerer i filmen kan nevnes blant annet polyetylenglykoltereftalat, polykarbonat og polyimid. Passende tykkelse av filmen er 5 - 200 ym, fortrinnsvis 10 - 100 ym. e.g. a foil of aluminum or copper, which for power transformers normally has a thickness of between 5 and 3000 ym. The insulation material preferably consists of a film of a polymer which can continuously withstand a temperature of at least 90°C. Examples of suitable polymers in the film include polyethylene glycol terephthalate, polycarbonate and polyimide. Suitable thickness of the film is 5 - 200 um, preferably 10 - 100 um.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det føl-gende i forbindelse med utførelseseksempler under hen-visning til tegningen, der fig. 1 viser et kjøleelement for en båndvikling ifølge den foreliggende oppfinnelse i et snitt vinkelrett på aksen i den vikling- der kjøleelementet skal benyttes, fig. 2 viser skjematisk en anordning for fremstilling åv ét kjøleelement ifølge fig. 1, fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom en transformatorkjerne med to båndviklinger, fig. 4 viser anordningen ifølge fig. 3 i lengde^-snitt, og fig. 5 viser i større målestokk en del av et snitt vinkelrett på aksen i en av viklingene ifølge fig. 3 bg 4. The invention shall be described in more detail in the following in connection with exemplary embodiments with reference to the drawing, where fig. 1 shows a cooling element for a tape winding according to the present invention in a section perpendicular to the axis of the winding where the cooling element is to be used, fig. 2 schematically shows a device for manufacturing a cooling element according to fig. 1, fig. 3 shows a cross-section through a transformer core with two tape windings, fig. 4 shows the device according to fig. 3 in longitudinal section, and fig. 5 shows on a larger scale part of a section perpendicular to the axis in one of the windings according to fig. 3 bg 4.

Kjøleelementet 10 ifølge fig. 1, som er vist i et snitt vinkelrett på lengderetningen, har avstandselementer 11 som strekker seg langs kjøleelementets hele lengde, samt mellom disse anordnede forbindelsesstykker 12 som likeledes strekker seg langs kjøleelementets hele lengde. Avstands-elémentnes høyde h er hensiktsmessig 1 - 10 mm og fortrinnsvis 2-6 mm. Deres bredde b er hensiktsmessig 1-10 mm og fortrinnsvis 2 - 6 mm, mens avstanden d mellom tilgrensede avstandselementer hensiktsmessig er 1 - 10 mm og fortrinnsvis 2-6 mm. Forbindélsesstykkets tykkelse t -er hensiktsmessig 0,05 - 5 mm og fortrinnsvis 0,1 - 3 mm, dog høyst 90% av The cooling element 10 according to fig. 1, which is shown in a section perpendicular to the longitudinal direction, has spacer elements 11 which extend along the entire length of the cooling element, and between these arranged connecting pieces 12 which likewise extend along the entire length of the cooling element. The distance elements' height h is suitably 1 - 10 mm and preferably 2 - 6 mm. Their width b is suitably 1-10 mm and preferably 2-6 mm, while the distance d between adjacent distance elements is suitably 1-10 mm and preferably 2-6 mm. The thickness t of the connecting piece is suitably 0.05 - 5 mm and preferably 0.1 - 3 mm, however no more than 90% of

avstandselementets høyde h.height of the distance element h.

Fremstillingen av et kjøleelement ifølge fig. 1 kan med fordel skje på den måte som er vist på fig. 2 dersom kjøleelementet består av presspan. En presspanplate 13 føres mellom støtteruller 14 forbi et antall på presspanplatens overside anordnede, parallelle sagblad 15 som tilveiebringer spor i platen (betegnet 16 på fig. 1), og forbi et antall på presspanplatens underside anordnede, parallelle sagblad 17 som tilveiebringer spor i platen (betegnet 18 The production of a cooling element according to fig. 1 can advantageously take place in the manner shown in fig. 2 if the cooling element consists of a press pan. A presspan plate 13 is guided between support rollers 14 past a number of parallel saw blades 15 arranged on the upper side of the presspan plate which provide grooves in the plate (designated 16 in Fig. 1), and past a number of parallel saw blades 17 arranged on the underside of the presspan plate which provide grooves in the plate ( denoted 18

på fig. 1). Gjenværende materiale ved sidene av sporene på oversiden og undersiden danner avstandselementene 11, on fig. 1). Remaining material at the sides of the grooves on the upper and lower sides form the spacer elements 11,

og gjenværende materiale i bunnen av sporene danner forbindelsesstykkene 12 av hvilke ett er vist strektegnet på fig'. 2. and remaining material at the bottom of the tracks form the connecting pieces 12, one of which is shown in line in fig'. 2.

Fig. 3 og 4 viser et ben 19a samt øvre og nedre åk 19b og.19c av en jernkjerne i en krafttransformator. Fig. 3 and 4 show a leg 19a as well as upper and lower yokes 19b and 19c of an iron core in a power transformer.

Kjernebenet 19a er omsluttet av den indre vikling 21 i form av en lavspenningsvikling og av en ytre vikling 22 i form av en høyspenningsvikling. Begge viklinger er båndviklinger og de er anordnet koaksialt med et mellomliggende, sylindrisk rom i hvilket ribber 23 av presspan,.bakelitt eller glassfiberarmert polyester er anordnet parallelt méd viklingenes akse. Innerviklingen er viklet på en malsylinder 24. I innerviklingen er anordnet to kjøleelementer 25 og 26 og i ytterviklingen er anordnet to kjøleelementer 27 og 28 ifølge oppfinnelsen. Disse kjøleelementer er alle av samme type hvorfor ett av disse, nemlig elementet 25, er vist i større målestokk på fig..5- sammen med de nærmeste omgivende deler av viklingen 21. The core leg 19a is enclosed by the inner winding 21 in the form of a low-voltage winding and by an outer winding 22 in the form of a high-voltage winding. Both windings are tape windings and they are arranged coaxially with an intermediate, cylindrical space in which ribs 23 of pressboard, bakelite or glass fiber reinforced polyester are arranged parallel to the axis of the windings. The inner winding is wound on a template cylinder 24. Two cooling elements 25 and 26 are arranged in the inner winding and two cooling elements 27 and 28 according to the invention are arranged in the outer winding. These cooling elements are all of the same type, which is why one of these, namely the element 25, is shown on a larger scale in fig..5 - together with the nearest surrounding parts of the winding 21.

Viklingen 21 ifølge fig. 5 er oppbygget av flere vindinger av et bånd bestående av en folie 30 av metall og av en isolasjonsfilm 31. Mellom to på hverandre følgende vindinger av båndet er et kjøleelement 10 av den på fig. 1 og 2 viste type anordnet med avstandselementene 11 •<l>ik.som forbindelsesstykkene 12 løpende parallelt med viklingens akse og langs viklingens hele lengde. Avstandselementene The winding 21 according to fig. 5 is made up of several windings of a band consisting of a metal foil 30 and an insulating film 31. Between two successive windings of the band is a cooling element 10 of the one in fig. 1 and 2 shown type arranged with the distance elements 11 • <l>ik. as the connecting pieces 12 running parallel to the axis of the winding and along the entire length of the winding. The distance elements

har i det viste eksempel en høyde h på 4 mm og en bredde b på 3 mm, og avstanden d mellom elementene er 4 mm. Tykkel-sen t av forbindelsesstykkene er 0,2 mm. Slik det fremgår av figuren, holder avstandselementene de nærmest disse beliggende vindinger av båndet i viklingen på avstand fra hverandre, slik at det er dannet kanaler 32 og 33. Isolasjonsvæske, f.eks. transformatorolje, ledes i disse kanaler in the example shown has a height h of 4 mm and a width b of 3 mm, and the distance d between the elements is 4 mm. The thickness of the connecting pieces is 0.2 mm. As can be seen from the figure, the distance elements keep the windings of the tape in the winding that are closest to them at a distance from each other, so that channels 32 and 33 are formed. Insulating liquid, e.g. transformer oil, is led in these channels

gjennom viklingen 21 (liksom gjennom viklingen 22). Isolasjonsvæsken ledes fra en ringformet tilførselsanordning 34 for væske ved viklingens ene endeflate 35 til dens andre endeflate 36 (fig. 4). På grunn av at forbindelsesstykkene 12 er beliggendé på avstand fra plan gjennom de overflater through winding 21 (as well as through winding 22). The insulating liquid is led from an annular supply device 34 for liquid at one end surface 35 of the winding to its other end surface 36 (Fig. 4). Due to the fact that the connecting pieces 12 are located at a distance from the plane through the surfaces

av avstandselementene 11 som er vendt mot båndet, og ligger an mot båndet i viklingen, er isolasjonsvæsken i kanalene 32 og 33 i direkte kontakt med båndet i viklingen, dvs. of the spacer elements 11 which face the tape, and rest against the tape in the winding, the insulating liquid in the channels 32 and 33 is in direct contact with the tape in the winding, i.e.

uten at noe presspanmateriale befinner seg mellom bånd og isolasjonsvæske.. Dette gir en meget effektiv kjøling av viklingen. Transporten av isolasjonsvæske kan besørges av en pumpe som er anordnet i en sirkulasjonskrets som dessuten omfatter tilførselsanordningen 34, kjølekanalene 32 og 33 i viklingene og rommet 37 utenfor viklingene i transformatorkappen. without any presspan material being between the band and the insulating liquid.. This provides a very efficient cooling of the winding. The transport of insulating liquid can be provided by a pump arranged in a circulation circuit which also includes the supply device 34, the cooling channels 32 and 33 in the windings and the space 37 outside the windings in the transformer casing.

Avstandselementene 11 med forbindelsesstykkene 12 kan også anordnes slik at de forløper på annen måte, The distance elements 11 with the connecting pieces 12 can also be arranged so that they proceed in a different way,

f. eks. skruelinjeformet mellom båndvindingene fra den ene endeflate 35 til den andre endeflate 36. Videre kan forbindelsesstykkene 12 anordnes langs bare en del av avstands-elementenes lengde, f. eks. bestå av korte stykker anordnet med mellomliggende tomrom uten materiale, med det resultat at det oppstår forbindelse mellom kanaler 32 og 33. Avstandselementene 11 kan videre .være forsynt med tverrgående hakk eller innsnitt slik at det oppstår forbindelse mellom to tilgrensende kanaler 32 eller mellom to tilgrensende kanaler 33. Videre trenger ikke kjøleelementet å utgjøre en eneste enhet som strekker seg fra viklingens ene ende til dens andre ende, men kan bestå av flere deler som har kortere utstrekning i viklingens akseretning og er anordnet etter hverandre i viklingens akseretning. Kjøleelementet trenger heller ikke å utgjøre en enhet i båndets viklingsretning, men kan bestå av flere deler som er anordnet etter hverandre i den nevnte retning. e.g. helical between the tape windings from one end surface 35 to the other end surface 36. Furthermore, the connecting pieces 12 can be arranged along only part of the distance elements' length, e.g. consist of short pieces arranged with intermediate voids without material, with the result that a connection occurs between channels 32 and 33. The spacer elements 11 can also be provided with transverse notches or incisions so that a connection occurs between two adjacent channels 32 or between two adjacent channels 33. Furthermore, the cooling element does not have to form a single unit that extends from one end of the winding to its other end, but can consist of several parts that have a shorter extent in the axial direction of the winding and are arranged one after the other in the axial direction of the winding. The cooling element also does not have to form a unit in the tape's winding direction, but can consist of several parts which are arranged one after the other in the said direction.

I stedet for eller foruten å være anordnet mellom vindinger av båndet i en vikling, kan et kjøleelement ifølge oppfinnelsen være anordnet innenfor den innerste vinding av båndet i viklingen, f.eks. mellom malsylinderen 24 og viklingen 21 (fig. 3 og 4), og/eller utenfor den ytterste vinding av båndet i viklingen, f.eks. mellom viklingen 21 og ribbene 23. Instead of or in addition to being arranged between turns of the tape in a winding, a cooling element according to the invention can be arranged within the innermost turn of the tape in the winding, e.g. between the template cylinder 24 and the winding 21 (fig. 3 and 4), and/or outside the outermost winding of the tape in the winding, e.g. between the winding 21 and the ribs 23.

Claims

Insulating liquid-cooled tape winding (21, 22) for a transformer or reactor containing at least one cooling element (10, 25, 26, 27, 28) which is arranged between two consecutive turns or parts of turns of the tape (30, 31) in the winding , or arranged within the innermost turn of the tape in the winding or arranged outside.

for the outermost winding of the tape in the winding, and comprises interconnected, elongated, parallel spacer elements (11) arranged at a distance from each other in the lateral direction, which hold the two windings or parts of the turns of the tape at a distance from each other to form channels (32, 33) between them, respectively which form channels within the innermost turn of the tape or which form channels outside the outermost turn of the tape, for the transport of insulating liquid from one of the tape windings end surface to its other end surface, characterized in that the spacer elements (11) are connected to each other in the lateral direction by means of connecting pieces (12) which are located at a distance from the plane through surfaces of the spacer elements facing the band.

2. Tape winding according to claim 1, characterized in that the cooling element (10) comprises a press pan plate (13) in which grooves (16, 18) are taken from both sides, the remaining material at the sides of the grooves forming spacer elements (11) and remaining material at the bottom of the tracks form connecting pieces (12).