DE69608853T2 - Current transformer for a high voltage power supply network - Google Patents
Current transformer for a high voltage power supply networkInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Transformator zur Strommessung in Hochspannungsversorgungsnetzen. Diese Art von Instrumenten wird eingesetzt in Mittelspannungs- (MV) oder Hochspannungs- (HV) Leitungen innerhalb der Unterstationen zur Erzeugung und Verteilung von Elektrizität, und zwar zur Erzeugung von zu dem in der Hochspannungsleitung fließenden Strom proportionalem Niederspannungsstrom mittels einer statischen Transformationseinrichtung, deren Primärwicklung gebildet ist durch einen der Leiter der Verteilungsleitung, während die Sekundärwicklungen, in geeigneter Weise isoliert, durch um magnetische Kerne gewickelte Spulen gebildet sind.This invention relates to a transformer for measuring current in high-voltage power supply networks. This type of instrument is used in medium voltage (MV) or high voltage (HV) lines within the substations for the generation and distribution of electricity, for generating low voltage current proportional to the current flowing in the high voltage line by means of a static transformation device whose primary winding is formed by one of the conductors of the distribution line, while the secondary windings, suitably insulated, are formed by coils wound around magnetic cores.
Diese Spulen sind an ihren Enden mit an der Basis des Transformators vorgesehenen Anschlüssen versehen, an denen Anschlüsse des einzelnen Verbrauchers angeschlossen werden können, um die zur Messung des Leitungsstroms und zum Schutz der Leitung selbst notwendigen Niederspannungssignale zu empfangen.These coils are provided at their ends with terminals provided at the base of the transformer, to which terminals of the individual load can be connected in order to receive the low voltage signals necessary for measuring the line current and for protecting the line itself.
Die Isolation zwischen der Primärseite und der Sekundärseite wird im gegenwärtigen Stand der Technik realisiert durch eine Isolationseinrichtung, die aus Papier oder einem Kunststoffmaterialfilm besteht, und zwar imprägniert mit Isolationsflüssigkeiten oder einem Isolationsgas, im allgemeinen SFs, das in Bezug zum Atmosphärendruck unter Überdruck steht.The insulation between the primary side and the secondary side is realized in the current state of the art by an insulation device consisting of paper or a film of plastic material impregnated with insulating liquids or an insulating gas, generally SFs, which is under overpressure with respect to the atmospheric pressure.
Der hier beschriebene Transformator gehört zum Druckgastyp.The transformer described here is of the compressed gas type.
Ein Beispiel für den Stand der Technik ist schematisch in den Fig. 1, 2 dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des funktionsgemäßen Aufbaus eines Instrumententransformators zum Messen des elektrischen Stroms, konventionellerweise mit einer Basis 1, mit der ein Porzellanisolatorkörper 2 verbunden ist, der einen Kopf 3 trägt, in dem die Elemente des Transformators angeordnet sind. Die Primärwicklung besteht aus einem der Leiter der Leitung selbst, z. B. einer Dreiphasenleitung 5, in der Hochspannungsstrom fließt.An example of the prior art is shown schematically in Fig. 1, 2. Fig. 1 is a schematic representation of the functional structure of an instrument transformer for measuring electric current, conventionally comprising a base 1 to which a porcelain insulator body 2 which carries a head 3 in which the elements of the transformer are arranged. The primary winding consists of one of the conductors of the line itself, for example a three-phase line 5, in which high-voltage current flows.
Wie wieder in Fig. 2 schematisch, jedoch genauer dargestellt ist, sind die Sekundärwicklungen auf innerhalb eines Gehäuses 7 zusammengebaute magnetische Kerne gewickelt, wobei die Kerne als Ganzes einen den Leiter 4 umgebenen Ring bilden. Gegenwärtig wird der von dem magnetischen Kern 6 gebildete Ring allgemein von einer isolierenden Struktur 8 getragen. In dem ringförmigen Hohlraum zwischen dem zentralen Rohr 9 und dem Inneren des Isolatorkörpers 2 sind in bekannter Weise ringförmige Abschirmungen vorgesehen, z. B. wie die mit der Bezugsziffer 11, die für eine bessere Verteilung des inneren elektrischen Feldes nützlich sind. An der Oberseite des Kopfes 3 ist in vielen Fällen eine Sicherheitsmembran 12 vorgesehen, die einen Schwachpunkt der Gesamtstruktur bildet, der im Fall eines plötzlichen Überdrucks wegen eines inneren Kurzschlusses als Ventil wirkt.As shown again schematically but more precisely in Fig. 2, the secondary windings are wound on magnetic cores assembled inside a casing 7, the cores as a whole forming a ring surrounding the conductor 4. At present, the ring formed by the magnetic core 6 is generally supported by an insulating structure 8. In the annular cavity between the central tube 9 and the interior of the insulator body 2, annular shields are provided in a known manner, for example such as those with the reference numeral 11, which are useful for a better distribution of the internal electric field. At the top of the head 3, in many cases, a safety membrane 12 is provided, which constitutes a weak point of the overall structure, acting as a valve in the event of a sudden overpressure due to an internal short circuit.
Diese bekannte Lösung hat verschiedene Nachteile, wie z. B.:This known solution has several disadvantages, such as:
- Auf der isolierenden Struktur 8 kann sich ein Niederschlag von Partikeln anhäufen, die die Oberflächenisolierung der Struktur verringern.- A deposit of particles may accumulate on the insulating structure 8, reducing the surface insulation of the structure.
- Entlang der Oberfläche dieser Struktur ist das elektrische Feld teilweise kritisch.- Along the surface of this structure the electric field is partially critical.
- Beim Transport kann der Meßtransformator Brüche erleiden, insbesondere der isolierenden Struktur, die auch im Gebrauch, beispielsweise bei seismischen Belastungen, auftreten können.- During transport, the measuring transformer may suffer breakages, particularly of the insulating structure, which may also occur during use, for example in the event of seismic loads.
- Die Kompensation longitudinaler thermischer Ausdehnungen der Einheit ist besonders kritisch, vor allem unter Klimabedingungen, in denen in relativ kurzen Zeitspannen große thermische Schwankungen auftreten.- Compensation for longitudinal thermal expansion of the unit is particularly critical, especially under climatic conditions where large thermal fluctuations occur in relatively short periods of time.
- Die zwischen dem Isolatorkörper 2 und dem Kopf 3 des Transformators angeordnete isolierende Struktur 8 wirkt als Barriere gegen eine Schockwelle im Fall von Kurzschlüssen in seinem unteren Teil, die eine Zerstörung des Isolatorkörpers 2 bewirken können, soweit die Membran nicht ausreichend schnell reagiert, um den Überdruck bei einer inneren Entladung wirksam abzubauen.- The insulating structure 8 arranged between the insulator body 2 and the head 3 of the transformer acts as a barrier against a shock wave in the event of short circuits in its lower part, which can cause destruction of the insulator body 2 if the membrane does not react quickly enough to effectively relieve the excess pressure in the event of an internal discharge.
Die EP 0 236 974 B1 beschreibt einen kombinierten Hochspannungs- Strom- und -spannungsmeßtransformator, in dem innerhalb des oberen Gehäuses des Meßtransformators ein unterschiedlicher Pfad des primärseitigen Hochspannungsleiters vorgesehen ist und der die Sekundärwicklung des Stromtransformators bildende Ring vollständig mittels zweier Verstrebungen gehalten ist, die auf der Basis des oberen Gehäuses ruhend möglicherweise eine Ansammlung von Partikeln zulassen, die die Oberflächenisolation des Gehäuses selbst verringern.EP 0 236 974 B1 describes a combined high-voltage current and voltage measuring transformer in which a different path of the primary high-voltage conductor is provided within the upper housing of the measuring transformer and the ring forming the secondary winding of the current transformer is completely held by means of two struts which, resting on the base of the upper housing, may allow an accumulation of particles which reduce the surface insulation of the housing itself.
Auf dem Sekundärring des Stromtransformators, an dem Transformatorkörper sicher befestigt, kann in abnehmbarer Weise mittels eines Steckverbindungselements ein vorab zusammengebauter Spannungstransformator angebracht werden, während unterhalb des Rings ein zentrales metallisches Rohr einfach in einen geeigneten Sitz eingesetzt ist.On the secondary ring of the current transformer, securely fixed to the transformer body, a pre-assembled voltage transformer can be mounted in a removable manner by means of a plug-in connection element, while below the ring a central metal tube is simply inserted into a suitable seat.
Die EP 0 236 974 zeigt keinen Aufbau von dauernd miteinander verbundenen Elementen, der mittels einer Zugfedereinrichtung unter Spannung gehalten werden kann und zum Tragen und axial zentriert Halten des Sekundärrings des Stromtransformators geeignet ist, wie durch diese Anmeldung vorgeschlagen, wodurch die Verwendung einer Haltestruktur für den Ring vermieden wird.EP 0 236 974 does not show an assembly of permanently interconnected elements which can be kept under tension by means of a tension spring device and which is suitable for supporting and keeping axially centred the secondary ring of the current transformer as proposed by this application, thus avoiding the use of a support structure for the ring.
Aufgabe dieser Erfindung ist die Realisierung eines Stromtransformators für Hochspannungsnetze in zuverlässigerer Weise im Bezug auf die obigen Nachteile und ferner mit einem einfachereren und daher ökonomischeren Aufbau.The object of this invention is to realize a current transformer for high-voltage networks in a more reliable manner with respect to the above disadvantages and furthermore with a simpler and therefore more economical construction.
Erfindungsgemäß ist das die magnetischen Kerne kompakt beinhaltende ringförmige Gehäuse von unten von einem direkt an der Basis des Transformators befestigten Metallrohr gehalten, während das Gehäuse an seinem oberen Teil an einem isolierenden Rohr befestigt ist, das koaxial zu dem Metallrohr ist. Das obere Ende des isolierenden Rohres ist verschiebbar an einem Speichenflansch zentriert, der an der Basis der Sicherheitsmembran angeordnet ist, wodurch eine stabile Transversalzentrierung der gesamten Einheit an den Außenteilen des Stützgehäuses der magnetischen Kerne erreicht wird, was sich sowohl im Betrieb als auch beim Transport des Stromtransformators als vorteilhaft erweist.According to the invention, the annular casing compactly containing the magnetic cores is supported from below by a metal tube fixed directly to the base of the transformer, while the casing is fixed at its upper part to an insulating tube coaxial with the metal tube. The upper end of the insulating tube is slidably centered on a spoke flange arranged at the base of the safety membrane, thus achieving a stable transverse centering of the entire unit on the external parts of the supporting casing of the magnetic cores, which proves advantageous both during operation and during transport of the current transformer.
Der Halteraufbau aus dem isolierenden Rohr, den magnetischen Kernen und dem Metallrohr wird durch zumindest eine tassenförmige Feder unter Spannung gehalten, die zwischen dem Ende des isolierenden Rohres und dem Speichenflansch vorgesehen ist, um Longitudinalausdehnungen automatisch zu kompensieren. In dieser Weise wird eine andere Form von Transversalzentrierung sowie die Verwendung von Stützstrukturen für die magnetischen Kerne erübrigt, wodurch sich die Konstruktion und der Zusammenbau des Transformators vereinfachen, dessen Kopf sich daher als kürzer erweist, mit dem Vorteil geringeren Gewichts und geringerer Kosten.The support structure comprising the insulating tube, the magnetic cores and the metal tube is kept under tension by at least one cup-shaped spring provided between the end of the insulating tube and the spoke flange in order to automatically compensate for longitudinal expansions. In this way, another form of transverse centering is eliminated, as well as the use of support structures for the magnetic cores, thus simplifying the design and assembly of the transformer, the head of which is therefore shorter, with the advantage of lower weight and lower cost.
Der untere Teil des das obere isolierende Rohr tragende Speichenflansches bildet einen ringförmigen Vorsprung, der einer an dem Befestigungspunkt zwischen dem oberen isolierenden Rohr und dem Gehäuse der magnetischen Kerne in Eingriff stehenden zweiten Elektrode gegenüberliegt. Auf diese Weise wird ein Vorzugsentladungsbereich erzeugt, der auf den schwächsten Punkt der elektrischen Isolierung im Anschlußabschnitt des Transformatorkopfes zu verschoben ist, nämlich auf die Umgebung der Sicherheitsmembran hin. Im Fall eines Überdrucks gibt die Sicherheitsmembran frühzeitig nach, wodurch eine Zerstörung des Transformators vermieden wird und sein Zusammenhalt sowie die Unversehrtheit der Personen und Gegenstände in seiner Umgebung sichergestellt bleibt.The lower part of the spoke flange supporting the upper insulating tube forms an annular projection facing a second electrode engaged at the attachment point between the upper insulating tube and the housing of the magnetic cores. In this way, a preferential discharge area is created which is displaced towards the weakest point of the electrical insulation in the connection section of the transformer head, namely towards the area around the safety membrane. In the event of overpressure, the safety membrane gives way early, thus avoiding destruction of the transformer and ensuring its integrity and the safety of people and objects in its vicinity.
Zusätzlich zu dem Obigen ist eine Zwischenabschirmung zur Verbesserung des elektrischen Feldes vorgesehen, die besteht aus einer an dem an dem Gehäuse der Kerne befestigten isolierenden Halterohr angehängten Metallelektrode, welche Elektrode zwischengesetzt ist zwischen eine an dem Flansch befestigte konventionelle elektrische Abschirmung und das zentrale Halterohr. Ferner ist zusätzlich ein Rohr aus glasfaserverstärktem Kunststoff eingesetzt, das intern an dem Porzellankörper hält, und zwar zur Verhinderung starker thermomechanischer Belastungen bei inneren Entladungen.In addition to the above, an intermediate shield is provided to improve the electric field, consisting of a metal electrode attached to the insulating support tube attached to the core casing, which electrode is interposed between a conventional electrical shield attached to the flange and the central support tube. Furthermore, a glass fiber reinforced plastic tube is additionally inserted, which is held internally to the porcelain body, in order to prevent strong thermo-mechanical stresses in the event of internal discharges.
Die Zentrierung der Zwischenabschirmung bezüglich dem an der Innenoberfläche des Porzellankörpers haltenden glasfaserverstärkten Kunststoffrohr wird mit optimaler Präzision erzielt durch einstellbare Abstandselemente.The centering of the intermediate shield with respect to the glass fiber reinforced plastic tube attached to the inner surface of the porcelain body is achieved with optimal precision by means of adjustable spacer elements.
Die Verwendung einer Zwischenabschirmung ist für Hochspannungen vorgesehen, beispielsweise im Bereich von 245 kV, um in optimaler Weise die Äquipotentionallinien des inneren elektrischen Feldes zu verschieben und aufzuteilen und Entladungen entlang dem Isolatorkörper zu vermeiden.The use of an intermediate shield is intended for high voltages, for example in the range of 245 kV, in order to optimally shift and divide the equipotential lines of the internal electric field and to avoid discharges along the insulator body.
In Anwesenheit noch höherer Spannungen, z. B. über 245 kV, über der obigen Zwischenabschirmung, die noch weiter auf den Boden zu langgestreckt ist, ist ferner eine Wicklung aus isolierendem Material, etwa einem Film aus Polypropylen oder anderen isolierenden Materialien vorgesehen, zwischen deren Wicklungen leitende oder halbleitende Folien vorgesehen sind, um eine kapazitätsabgestufte Hülse zu bilden. Diese Hülse erlaubt eine bessere Verteilung des elektrischen Feldes unter dem Transformatorkopf, der den kritischsten Bereich bildet, sowie in dem zu dem Kopf führenden Isolationsgaskanal.In the presence of even higher voltages, e.g. above 245 kV, above the above intermediate shield, which is extended even further to the ground, there is also provided a winding of insulating material, such as a film of polypropylene or other insulating materials, between the windings of which conductive or semi-conductive foils are provided to form a capacitance-graded sleeve. This sleeve allows a better distribution of the electric field under the transformer head, which is the most critical area, and in the insulating gas channel leading to the head.
Die Kapazität der kapazitätsabgestuften Hülse ist so berechnet, daß ein zu der Kapazität zwischen dem zentralen Halterohr und der Zwischenabschirmung, die sich unter das untere Ende der Hülse selbst hinab erstreckt, äquivalenten Wert erhalten wird, und zwar zu Gunsten einer gesteuerten Spannungsverteilung.The capacitance of the capacitance-graded sleeve is calculated to obtain a value equivalent to the capacitance between the central support tube and the intermediate shield extending down below the lower end of the sleeve itself, in favor of a controlled voltage distribution.
Für Spannungen ab 420 kV können mehr als eine Zwischenabschirmung vorgesehen sein, und die Kondensatorwicklung ist auf die äußerste gewickelt.For voltages above 420 kV, more than one intermediate shield may be provided and the capacitor winding is wound on the outermost one.
Eine solche partielle elektrische Steueranordnung bietet den gleichen Nutzen wie eine von einigen Konstrukteuren verwendete einheitliche Hülse, jedoch mit den folgenden Vorteilen:Such a partial electrical control arrangement offers the same benefits as a unitary sleeve used by some designers, but with the following advantages:
- Die Wicklung ist aufgebaut unter Verwendung von Rollen aus isolierendem Material reduzierter Breite und daher in kontinuierlicher Weise, und nicht durch Bänderwicklung, wie gegenwärtig der Fall.- The winding is constructed using rolls of insulating material of reduced width and therefore in a continuous manner, and not by tape winding, as is currently the case.
- Das Einfügen der leitenden Bestandteile geschieht in einfacher und gleichmäßiger Weise.- The conductive components are inserted in a simple and even manner.
- Die Beaufschlagung mit Druckgas tritt in viel sicherer Weise auf wegen der begrenzten Breite und Dicke der Wicklungen.- The application of compressed gas occurs in a much safer manner due to the limited width and thickness of the windings.
- Das Gewicht des Transformators wird durch die Anwesenheit des Kondensators praktisch nicht beeinflußt.- The weight of the transformer is practically not affected by the presence of the capacitor.
- Neben einer guten Longitudinalverteilung auf dem Isolationskörper wird ferner eine gute Verteilung des elektrischen Feldes in dem zu dem Kopf führenden Kanal erreicht.- In addition to a good longitudinal distribution on the insulating body, a good distribution of the electric field in the channel leading to the head is also achieved.
- Das verwendete Material ist im allgemeinen anorganisch, womit im Betrieb keine Alterungsprobleme auftreten können.- The material used is generally inorganic, meaning that no aging problems can occur during operation.
Durch Hinzufügen einer von dem zentralen Halterohr isolierten Metallfolie wird der weitere Vorteil erzielt, einen kapazitiven Spannungsteiler zu realisieren. Dieser Spannungsteiler kann mit oder ohne geeignete elektronische Verstärker die Spannungsmeß- und Schutzschaltungen versorgen, um eine integrierte, kombinierte Strom- und Spannungsmeßeinrichtung in einem einzigen Gerät aufzubauen.By adding a metal foil insulated from the central support tube, the further advantage of realizing a capacitive voltage divider is achieved. This voltage divider can, with or without suitable electronic amplifiers, supply the voltage measuring and protection circuits to create an integrated, combined current and voltage measuring device in a single device.
Diese Ziele und die daraus folgenden Vorteile werden durch die Erfindung erreicht, zu der die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte, jedoch nicht einschränkende Lösung darstellen, wobei mögliche Abweichungen ebenfalls integriert sein können. Es zeigt:These aims and the resulting advantages are achieved by the invention, of which the accompanying drawings represent a preferred but non-limiting solution, whereby possible variations can also be incorporated. It shows:
- Fig. 3 einen Strommeßtransformator nach einem ersten grundlegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;- Fig. 3 shows a current measuring transformer according to a first basic embodiment of the invention;
- Fig. 4 ein gegenüber der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung verbessertes Ausführungsbeispiel in vergrößerter Darstellung, und zwar mit dem Ziel eines weiteren Schutzes des Transformators vor thermomechanischen Belastungen;- Fig. 4 shows an improved embodiment compared to the device shown in Fig. 3 in an enlarged view, with the aim of further protecting the transformer against thermo-mechanical stresses;
- Fig. 5 eine gegenüber dem aus Fig. 4 weiter verbessertes Ausführungsbeispiel, das für sehr hohe Spannungen verwendbar ist.- Fig. 5 shows an embodiment that is further improved compared to that in Fig. 4 and can be used for very high voltages.
In den Figuren sind identische Teile mit identischen Bezugsziffern bezeichnet. In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Strommeßtransformator für Hochspannungs netze vom Druckgasisolationstyp allgemein mit 100 bezeichnet und weist eine Basis 1 auf, an der ein den Kopf 30 tragender Porzellanisolatorkörper 2 befestigt ist, wobei durch den Kopf der Leiter 4 läuft und in dem Kopf die Transformatorelemente enthalten sind.In the figures, identical parts are designated with identical reference numerals. In Fig. 3, a current measuring transformer according to the invention for high-voltage nets of the compressed gas insulation type, generally designated 100, and comprises a base 1 to which is attached a porcelain insulator body 2 carrying the head 30, the conductor 4 running through the head and the transformer elements being contained in the head.
Erfindungsgemäß sind die magnetischen Kerne 6 innerhalb eines darunter von einem direkt an der Basis 1 befestigten zentralen Metallrohr 20 getragenen Gehäuses 7 eingepaßt und kompaktiert. An dem oberen Teil des Gehäuses 7 ist ein isolierendes Rohr 22 befestigt, z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial, das verschiebbar das Zentrum eines Speichenflanges 24 durchläuft, über dem tassenförmige Federn 26 angeordnet sind, die einem Blockierelement 27 gegenüberliegen, das an dem Ende des isolierenden Rohres 22 angeordnet ist. Der Speichenflansch 24 erlaubt das Hindurchtreten des isolierenden Druckgases in die von der Sicherheitsmembran 14 verschlossene Kammer 13.According to the invention, the magnetic cores 6 are fitted and compacted within a housing 7 supported below by a central metal tube 20 fixed directly to the base 1. An insulating tube 22 is fixed to the upper part of the housing 7, for example made of glass-fibre-reinforced plastic material, which slides through the centre of a spoke flange 24, above which are arranged cup-shaped springs 26, which face a blocking element 27 arranged at the end of the insulating tube 22. The spoke flange 24 allows the passage of the insulating pressurised gas into the chamber 13 closed by the safety membrane 14.
Mit Hilfe des Blockierelements 27 kann die Spannung des Aufbaus (22, 7, 20) in geeigneter Weise eingestellt werden, um die thermischen Longitudinalschwankungen zu kompensieren. Das Gehäuse 7 und seine magnetischen Kerne 6 bleiben transversal zentriert, wodurch die Notwendigkeit von Isolationsstrukturen, die die bereits erwähnten Nachteile mit sich bringen, vermieden wird.By means of the blocking element 27, the tension of the structure (22, 7, 20) can be adjusted in a suitable manner to compensate for the thermal longitudinal variations. The housing 7 and its magnetic cores 6 remain transversely centered, thus avoiding the need for insulation structures which entail the disadvantages already mentioned.
Der untere Teil des Speichenflansches 24 weist einen ringförmigen Vorsprung 28 auf, der eine obere Elektrode bildet, die einer auf das isolierende Rohr 22 an dem Eingriffspunkt des letzteren mit dem Gehäuse 7 der magnetischen Kerne aufgepaßten unteren Elektrode 29 gegenüber liegt. Dieser Aufbau der Elektroden 28 und 29 bildet einen bevorzugten Angriffspunkt für mögliche innere Entladungen, die somit in der unmittelbaren Umgebung der zerstörbaren Sicherheitsmembran 14 auftreten, um ein sofortiges Abführen des Überdrucks zu erlauben und die Explosion des Isolatorkörpers 2 zu vermeiden. Für nicht zu hohe Spannungen ist eine konventionelle abgestufte Abschirmung 11 vorgesehen. Diese ist vorgesehen an dem Flansch 32 zwischen dem Isolatorkörper und dem Kopf 30 des Transformators.The lower part of the spoke flange 24 has an annular projection 28 forming an upper electrode facing a lower electrode 29 fitted on the insulating tube 22 at the point of engagement of the latter with the housing 7 of the magnetic cores. This arrangement of the electrodes 28 and 29 forms a privileged point of attack for possible internal discharges which thus occur in the immediate vicinity of the destructible safety membrane 14 in order to allow immediate discharge of the excess pressure and prevent the explosion of the insulator body 2. For voltages which are not too high, a conventional stepped shield 11 is provided. This is provided on the flange 32 between the insulator body and the head 30 of the transformer.
In Fig. 4 ist in vergrößerter Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das neben den anhand Fig. 3 beschriebenen Elementen zusätzliche Elemente enthält. Zusätzlich zu der konventionellen Abschirmung 11 ist eine Zwischenabschirmung 36 aus einem Metallrohr vorgesehen, die mit konventionellen Ringen 37 versehen ist, die mit Hilfe eines isolierenden Rohres 38 angehängt ist. Das rohrförmige Halteelement 38 ist in geeigneter Weise von einem Loch durchsetzt, um einen korrekten Durchgang des Isolationsgases entlang dem Hohlraum zwischen dem zentralen Halterohr 20 und der Innenwand des Porzellanisolatorkörpers 2 zu erlauben.In Fig. 4, a further embodiment of the invention is shown in an enlarged view, which contains additional elements in addition to the elements described with reference to Fig. 3. In addition to the conventional shield 11, an intermediate shield 36 made of a metal tube is provided, which is provided with conventional rings 37, which is attached by means of an insulating tube 38. The tubular holding element 38 is suitably penetrated by a hole in order to allow correct passage of the insulating gas along the cavity between the central holding tube 20 and the inner wall of the porcelain insulator body 2.
Ferner ist ein Schutzrohr 40 vorgesehen, das allgemein aus glasfaserverstärktem Kunststoffmaterial besteht und an der Innenwand des Isolatorkörpers 2 hält, um thermische Schocks bei inneren Kurzschlüssen zu vermeiden.Furthermore, a protective tube 40 is provided, which generally consists of glass fiber reinforced plastic material and is held on the inner wall of the insulator body 2 in order to avoid thermal shocks in the event of internal short circuits.
Um die Zwischenabschirmung 36 von dem Schutzrohr 40 aus glasfaserverstärkten Kunststoffen zu beabstanden, sind einstellbare Abstandselemente 42 vorgesehen, die eine optimale Zentrierung der Zwischenabschirmung erlauben, da die Innenoberfläche des Rohres 40 durch ein Formgebungsverfahren sehr präzise hergestellt worden ist.In order to space the intermediate shield 36 from the protective tube 40 made of glass fiber reinforced plastics, adjustable spacer elements 42 are provided, which allow optimal centering of the intermediate shield, since the inner surface of the tube 40 has been manufactured very precisely by a molding process.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 dargestellt.Another embodiment is shown in Fig. 5.
Für Nennspannungen von im allgemeinen über 245 kV ist zur Verringerung des Durchmessers des Isolatorkörpers 2 und besseren Oberflächenverteilung des elektrischen Feldes eine partielle Kapazitätsverteilung verwendet worden. Bei dieser Erfindung ist der Isolationszwischenraum innerhalb des Isolatorbehälters unterteilt in zwei Teile, um den Einsatz einer vollständigen Kapazitätshülsenverteilung zu vermeiden, wie sie bei bestimmten konventionellen Ausführungsformen verwendet worden ist und die Konstruktion eines gasbeaufschlagten Hülsenelements mit erheblichem Gewicht und Größe notwendig macht.For nominal voltages generally above 245 kV, partial capacitance distribution has been used to reduce the diameter of the insulator body 2 and to provide better surface area distribution of the electric field. In this invention, the insulation space within the insulator vessel is divided into two parts to avoid the use of a complete capacitance sleeve distribution as has been used in certain conventional embodiments and necessitates the construction of a gas-charged sleeve element of considerable weight and size.
Ein durch die innerhalb des zentralen Metallrohres 20 und der Zwischenabschirmung 36 liegende Zone gebildetes erstes Teil ist mittels des Gases isoliert, während der zweite Teil im wesentlichen aus einer kapazitätsabgestuften Hülse 45 begrenzter Abmessungen besteht, die jedoch eine gute Verteilung des elektrischen Feldes in diesem Teil erlaubt, der im allgemeinen stärker belastet ist. Die an der Zwischenabstimmung 36 befestigte Hülse 45 ist aufgebaut aus einer Wicklung aus einem isolierenden Material, etwa einem Film aus Polypropylen oder anderen isolierenden Materialen, innerhalb deren Wicklungen leitende oder halbleitende Folien eingefügt sind, um eine kapazitätsabgestufte Hülse zu bilden, die eine gute Verteilung des elektrischen Feldes der obersten Zone 48 des Isolatorkörpers 2 erlaubt, d. h. unmittelbar unter dem Kopf 30, sowie innerhalb der Öffnung 31 einen Kanal für das Isolatorgas bildet, der zu dem Kopf führt. Bei diesem Aufbau erstreckt sich die Zwischenabschirmung 36 über die unterste Kante der kapazitätsabgestuften Hülse 45 nach unten.A first part formed by the zone located inside the central metal tube 20 and the intermediate shield 36 is insulated by the gas, while the second part consists essentially of a capacitance-graded sleeve 45 of limited dimensions but which nevertheless allows a good distribution of the electric field in this part which is generally more heavily loaded. The sleeve 45 fixed to the intermediate shield 36 is made up of a winding of an insulating material, such as a film of polypropylene or other insulating materials, within the windings of which conductive or semi-conductive foils are inserted to form a capacitance-graded sleeve which allows a good distribution of the electric field of the uppermost zone 48 of the insulator body 2, i.e. immediately below the head 30, and forms, within the opening 31, a channel for the insulating gas leading to the head. In this construction, the intermediate shield 36 extends downwards over the lowermost edge of the capacitance-graded sleeve 45.
Die Verteilung der Spannung wird unter Berücksichtigung des Kapazitätswerts zwischen dem zentralen Rohr 20 und der Abschirmung 36 und des Kapazitätswerts der Hülse berechnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwischen dem schützenden Glasfaserrohr 40 und der Zwischenabschirmung 36 isolierende Elemente 42 für eine bessere Zentrierung der Zwischenabschirmung 36 und aus Gründen der mechanischen Sicherheit beim Transport verwendet. Diese Elemente sind offensichtlich im untersten Bereich angeordnet, wo das elektrische Feld minimal ist.The distribution of the voltage is calculated taking into account the capacitance value between the central tube 20 and the shield 36 and the capacitance value of the sleeve. Also in this embodiment, insulating elements 42 are used between the protective fiberglass tube 40 and the intermediate shield 36 for better centering of the intermediate shield 36 and for reasons of mechanical safety during transport. These elements are obviously arranged in the lowest area, where the electric field is minimal.
Für Spannungen über 420 kV könnte es mehr als zwei Zwischenabschirmungen geben und wird die kapazitätsabgestufte Hülse nur auf die letzte aufgezogen sein, wo die Longitudinalverteilung des elektrischen Feldes kritischer ist.For voltages above 420 kV there could be more than two intermediate shields and the capacitance graded sleeve will only be fitted on the last one, where the longitudinal distribution of the electric field is more critical.
Diese Hülse kann aus Wicklungen aus Polypropylenschichten oder ähnlichen dielektrischen Kunststoffmaterialien oder aus Papier bestehen, jeweils mit Isolatorgas beaufschlagt. Ein weiterer Vorteil der Wicklungen mit begrenzter Breite ist die Tatsache, daß sie aus einer kontinuierlichen Wicklung ohne irgendeine, natürlich weniger zuverlässige, Bandwicklung aufgebaut sein können.This sleeve can consist of windings made of polypropylene layers or similar dielectric plastic materials or of paper, each of which is filled with insulating gas. Another advantage of windings with a limited width is the fact that they can be constructed from a continuous winding without any, of course less reliable, tape winding.
Da bei einer partiellen Kapazitätsverteilung der Kapazitätswert die Größenordnung mehrerer zehn Picofarad haben kann, kann man einen kapazitiven Spannungsteiler bilden durch Aufwickeln eines zylindrischen Kondensators 50 mit einer von Fall zu Fall zu berechnenden Kapazität auf das zentrale Rohr 20, von dem ein Abgriff 52 zum Versorgen geeigneter Meß- oder Schutzschaltungen abgezeigt werden kann.Since, in the case of a partial capacitance distribution, the capacitance value can be of the order of several tens of picofarads, a capacitive voltage divider can be formed by winding a cylindrical capacitor 50 with a capacitance to be calculated on a case-by-case basis on the central tube 20, from which a tap 52 can be made for supplying suitable measuring or protection circuits.
Wenn solche Schaltungen elektronisch sind, kann man das Signal direkt verwenden, anderenfalls kann man mit höherem Aufwand eine Verstärkerschaltung vorsehen, z. B. wenn eine elektromagnetische Schaltung versorgt werden muß.If such circuits are electronic, the signal can be used directly; otherwise, at greater expense, an amplifier circuit can be provided, e.g. if an electromagnetic circuit needs to be supplied.
Bei einer abweichenden Ausführungsform kann der Porzellankörper 2 ersetzt sein durch ein einfaches, möglicherweise geripptes isolierendes Rohr.In an alternative embodiment, the porcelain body 2 can be replaced by a simple, possibly ribbed insulating tube.
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