DE102007006005B3

DE102007006005B3 - Transformator

Info

Publication number: DE102007006005B3
Application number: DE102007006005A
Authority: DE
Inventors: Volker Werner Hanser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: KR20090114373A; JP2010518612A; AU2008213339A1; BRPI0806852A2; US20100109830A1; EA200970730A1; CN101606209A; ZA200904525B; EA015163B1; EP2115754A1; WO2008095660A1; CA2675502A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsisolation für Transformatoren zur Potentialtrennung zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung, welche bei Spannungen oberhalb von 36 kV ohne eine Ölisolation auskommt, beziehungsweise mit welcher die Luftabstände bei Spannungen unterhalb von 36 kV reduziert werden können und die Teilentladung nach außen hin wesentlich reduziert, beziehungsweise ganz unterbunden wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungstransformator, insbesondere auf die Isolation zur Potentialtrennung, zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung.
Hochspannungstransformatoren werden zur Anpassung an verschiedene Spannungsebenen benötigt. Zum Beispiel transformiert ein Ofentransformator in Ölausführung eine Spannung von 110 kV auf eine Spannung von 1,5 kV, ein Netztransformator in Ölausführung eine Spannung von 110 kV auf 0,4 kV und ein Verteilungstransformator in Trockenausführung eine Spannung von 33 kV auf 0,4 kV. Die Leistungen für solche Transformatoren beginnen bei ca. 0,4 Megawatt und können bis über 100 Megawatt betragen.
Das Problem besteht darin, dass bei Hochspannungstransformatoren im Leistungsbereich, ab einer Spannung von 36 kV eine Ölisolation notwendig wird, beziehungsweise bei einer Trockenisolation unter 36 kV, große Luftabstände zwischen der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung einzuhalten sind oder ein sehr teurer Komplettverguss mit Gießharz erforderlich wird. Bei der Verwendung von bekannten Trockenisolationen findet bei hohen Spannungen an der Oberfläche der Isolation eine Teilentladung statt, welche die Betriebssicherheit des Transformators einschränkt, beziehungsweise den Bau unmöglich macht.
Es sind heute keine Hochspannungstransformatoren im hohen Leistungsbereich bekannt, welche oberhalb von 36 kV ohne eine Ölisolierung auskommen. Trockentransformatoren werden ohne Ölisolierung bis zu einer Spannung von 36 kV gebaut. Dies sind Gießharztransformatoren bei denen ein Gießharz zur Isolation benutzt wird. Weiterhin sind Isolationsmaterialien mit einem mehrschichtigen Aufbau bekannt. Diese weisen jedoch keine elektrisch leitenden Schichten mit definiertem Potential in Kombination mit Isolationsschichten und halbleitenden Schichten auf. Weiterhin gibt es reine Trockentransformatoren bis 20 kV, jedoch mit dem Nachteil, sehr große Luftabstände zu benötigen, dies bedingt wiederum große Abmessungen und ist sehr teuer.
Aus der DE 17 63 515 A ist ein Hochspannungstransformator bekannt, bei dem in einem Schichtaufbau der Hochspannungsisolation eine elektrisch leitende Schicht auf Oberspannungspotential und eine weitere elektrisch leitende Schicht auf Unterspannungspotential gelegt ist. Aufgrund der Potentialverhältnisse kommt es dabei auf der Oberfläche der mit der Unterspannung beaufschlagten Schicht zu Teilentladungen, die die Isolation zerstören.
Demgegenüber besteht die Aufgabe, eine Isolation zur Potentialtrennung zwischen der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung zu schaffen, welche bei Spannungen oberhalb von 36 kV ohne eine Ölisolation auskommt, beziehungsweise mit welcher die Luftabstände bei Spannungen unterhalb von 36 kV reduziert werden können und die Teilentladung nach außen hin wesentlich reduziert, beziehungsweise diese ganz unterbunden wird.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass die Hochspannungsisolation zur Potentialtrennung einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, bestehend aus einer elektrisch leitenden Schicht, elektrisch verbunden oder isoliert zur Oberspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Oberspannung nahe liegt, gefolgt von einer inneren Isolation, gefolgt von einer halbleitenden Schicht zur Verhinderung von Teilentladungen an der Oberfläche der Isolation und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht, verbunden oder isoliert zur Unterspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Unterspannung nahe liegt.
Der Vorteil besteht darin, dass es ermöglicht wird, einen Hochspannungstransformator oberhalb einer Spannung von 36 kV ohne eine risikobehaftete Ölausführung zu realisieren, beziehungsweise bei Spannungen unterhalb von 36 kV die Teilentladung und die Luftabstände zu verkleinern und somit die Abmessungen des Transformators zu reduzieren. Durch die elektrisch leitenden Schichten mit einem definierten Potential, besteht praktisch kein Potentialunterschied mehr zu benachbarten Wicklung. Der Spannungsverlauf der Oberspannungswicklung ist gleich dem Spannungsverlauf der zur Oberspannung gehörenden elektrisch leitenden Schicht, beziehungsweise liegt diesem Spannungsverlauf bei einer isolierten Ausführung nahe. Das gleiche gilt für die Unterspannung.
Die Hochspannungsisolation kann durch ihren Aufbau bedingt, im Gegensatz zu den üblichen Luftabständen sehr dünn ausgelegt werden. Weiterhin wird durch die halbleitende Schicht, eine Teilentladung an der Oberfläche der Isolation verhindert.
Eine weitere Variante besteht darin, dass die Hochspannungsisolation mit Ihrem Schichtaufbau sehr stabil ausgebildet wird, so dass sie einen Wicklungsträger für die Aufnahme der Hochspannungswicklung selbst bilden kann, wobei der Wicklungsträger der Oberspannung im Inneren eine elektrisch leitende Schicht aufweist, diese das gleiche Potential wie die Oberspannungswicklung besitzt, beziehungsweise diesem durch eine Isolation getrennt nahe liegt, nach außen hin eine innere Isolation gefolgt von einer halbleitenden Schicht und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht realisiert wird, wobei das Potential dieser elektrisch leitenden Schicht gleich dem Potential der Unterspannung ist, beziehungsweise diesem durch eine Isolation getrennt nahe liegt und die Schichten fest und ohne Lufteinschlüsse miteinander verbunden sind.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Hochspannungsisolation bei sehr hohen Potentialunterschieden in Reihe zu schalten. Dabei ist die Oberspannungswicklung elektrisch mit der ersten elektrisch leitenden Schicht verbunden oder isoliert zur Oberspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Oberspannung nahe liegt, danach folgt die erste innere Isolation, danach die erste halbleitende Schicht, danach eine weitere elektrisch leitende Schicht, welche auf ein definiertes Potential gelegt wird, zum Beispiel die Hälfte des gesamten Potentialunterschiedes, danach eine dritte elektrisch leitende Schicht, danach eine zweite innere Isolation, danach eine zweite halbleitende Schicht, danach eine vierte elektrisch leitende Schicht, welche mit der Unterspannungswicklung elektrisch verbunden ist, beziehungsweise eine Isolierung zu der vierten elektrisch leitende Schicht besteht. Bei einer Isolierung zur Unterspannung wird die vierte elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt, welches der Unterspannung nahe liegt.
Nachstehend wird die Erfindung schematisch anhand einer Figur näher erläutert.
1 zeigt die Hochspannungsisolation mit einer Isolation (3) zwischen der Oberspannung (4) und der ersten elektrisch leitenden Schicht (1). Hierbei ist die erste elektrisch leitende Schicht (1) auf ein definiertes Potential (A) gelegt, welches gleich dem Potential der Oberspannung (4) ist oder diesem nahe kommt. Somit besteht kein wesentlicher Potentialunterschied zwischen der elektrisch leitende Schicht (1) und der Oberspannung (4). Die innere Isolation (2) bildet die eigentliche Isolationsschicht zur Potentialtrennung und besteht zum Beispiel aus Silikon oder einem anderen nichtleitendem Material. Auf diese Isolation folgt eine halbleitende Schicht (6), zum Beispiel aus einem kohlehaltigen Material. Damit wird die Teilentladung auf der Oberfläche der innere Isolation (2) nach außen hin unterbunden. Eine weitere elektrisch leitende Schicht (5) ist mit dem Potential (B) verbunden, welches dem Potential der Unterspannung (8) gleich ist oder diesem getrennt durch die Isolation (7) nahe liegt. Weiterhin folgt eine Isolation (7) und danach die Unterspannung (8).
Die Schichten (3), (1), (2), (6) und (5) sind fest miteinander verbunden und bilden eine Einheit.

Claims

Hochspannungstransformator, mit einer Hochspannungsisolation zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) zur Potentialtrennung, die einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, bestehend aus einer elektrisch leitenden Schicht (1), die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Oberspannung gleich oder zumindest nahe ist, gefolgt von einer inneren Isolation (2), gefolgt von einer halbleitenden Schicht (6) und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht (5), die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist.
Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (1) und/oder die weitere elektrische leitende Schicht (5) mit der Oberspannungswicklung (4) bzw. der Unterspannungswicklung (8) elektrisch leitend verbunden ist.
Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht (1) und/oder die weitere elektrische leitende Schicht (5) von der Oberspannungswicklung (4) bzw. der Unterspannungswicklung (8) elektrisch isoliert ist.
Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Isolation (2) beidseitig eine halbleitende Schicht aufweist.
Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der festverbundene Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung (4) bildet.
Hochspannungstransformator, mit einer Hochspannungsisolation zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) zur Potentialtrennung, die einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, bestehend aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Oberspannung gleich oder zumindest nahe ist, gefolgt von einer ersten inneren Isolation, gefolgt von einer ersten halbleitenden Schicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein zweites definiertes Potential gelegt ist, gefolgt von einer zweiten inneren Isolation, gefolgt von einer zweiten halbleitenden Schicht und einer dritten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein drittes definiertes Potential gelegt ist, gefolgt von einer dritten inneren Isolation, gefolgt von einer dritten halbleitenden Schicht und einer vierten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein viertes definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist.
Hochspannungstransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten elektrisch leitenden Schicht auf die Hälfte des gesamten Potentialunterschieds zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung gelegt ist.