DE2059669A1 - Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl. - Google Patents

Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl.

Info

Publication number
DE2059669A1
DE2059669A1 DE19702059669 DE2059669A DE2059669A1 DE 2059669 A1 DE2059669 A1 DE 2059669A1 DE 19702059669 DE19702059669 DE 19702059669 DE 2059669 A DE2059669 A DE 2059669A DE 2059669 A1 DE2059669 A1 DE 2059669A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
paper
transformer
insulation
electrical
cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19702059669
Other languages
English (en)
Inventor
Feather Landis Edward
Paul Voytik
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Priority to DE19702059669 priority Critical patent/DE2059669A1/de
Publication of DE2059669A1 publication Critical patent/DE2059669A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323Insulation between winding turns, between winding layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/307Other macromolecular compounds

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)

Description

  • Isoliersystem ftir ein hoher elektrischer Spannungs- und Wärmebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Gerät wie Transformator oder ergleichen Die Erfindung betrifft ein Isoliersystem fUr ein hoher elektrischer Spannungs- und Wärmebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Gerat wie ein Transformator oder dergleichen.
  • Bei Leistungstransformatoren ist es bekannt, Zellulosepapier zur Isolierung der elektrischen Leiter des Transformators gegeneinander und gegen Erde zu verwenden. Die die elektrischen Leiter umgebende Isolierung ist mit flüssigen Isolierstoffen, z.B. Mineralöl imprägniert, und die Magnetkern- J icklungsanordnung ist in die Isolierflüssigkeit eingetaucht, die dabei gleichzeitig als KUhlmittel dient. Mit Öl imprägniertes Zellulosepapier bildetzwar ein gutes elektrisches Isoliereystem, jedoch bringt die Verwendung von Zellulosepapier einige Nachteile mit sich. Beispielsweise kann Zellulosepa,ter wegen seiner beschränkten Wärmefestigkeit die mittlere Arbeitstemperatur des Transformators begrenzen. Heiße Stellen in den Wicklungen, deren Temperatur erheblich Uber der mittleren Arbeitstemperatur des Transformators liegen kann, begrenzen die durch die Verwendung von Zellulosepapier eingeengten Einsatzmöglichkeiten in thermische-r Hinsicht noch weiter.
  • Die Zelluloseisolation muß getrocknet werden, um absorbierte Feuchtigkeit auszutreiben, bevor sie mit dem flUssigen Isoliermittel imprägniert wird. Wenn die Zelluloseisolation sich während des Betriebs verschlechtert, scheidet sie u. a. als Nebenprodukt Feuchtigkeit ab, die das Isolationssystem des Transformators verunreinigt An bestimmten Stellen innerhalb eines Transformators, z. B. der Windungs- oder Lagenisolation der elektrischen Wicklungen und der Isolation von Anzapfungsleitungen, sind elektrische Isolierstoffe mit höherer elektrischer Impulsfestigkeit als der von Zelluloseisolation erwünscht. Es stehen zwar Zellulosepapiere höherer elektrischer Festigkeit zur Verfügung, jedoch verhalten diese sich allgemein erheblich spröder als herkömmliche Papiere.
  • Aus mechanischen GrUnden muß daher in vielen Fällen herkömmliches Zellulosepapier eingesetzt werden, das dann nur die niedrigere zulässige Spannungsbelastung aufweist, und damit zu Beschränkungen in der Transformatorausgestaltung führt.
  • Elektrisch hochfeste Zellulosepapiere haben auch ein größeres spezifisches Gewicht und eine höhere Dielektrizitätskonstante als herkömmliche Zellulosepapiere. Wenngleich eine feste Isolierung an besonderen Stellen innerhalb eines Leistungstransforma tors Isolierung mit einer höheren Dielektrizitätskonstante erwUnscht sein kann, so ist sie im allgemeinen doch als ungünstig anzusehen, da sie die Spannungsbelastung vom Papier auf das flUssige Dielektrikum verschiebt. In den meisten Fällen wird es bevorzugt, die Dielektrizitätskonstsnten der festen Isolierung und des flüssigen Dielektrikums, welches die feste Isolierung umgibt, möglichst nah aneinander anzupassen.
  • Stoffartige Matten und/oder Papiere, die aus Nicht-Zellulosefasern hergestellt sind, haben sich im allgemeinen als ungeeignet fUr eine feste Isolation in flUssigkeitsgefUllten Transformatoren erwiesen, da ihre elektrische Impulsfestigkeit, bei Imprägnierung mit flUssigem Dielektrikum nicht größer ist als die des fliissigen Dielektrikums allein, was demnach insgesamt ein Isoliersystem ergibt, das eine geringere elektrische Impulsfestigkeit als reine Zelluloseisolierung hat. Außerdem sind die synthetischen festen Isolationen oftmals in ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit und den physikalischen Eigenschaften begrenzt, wenn sie den erhöhten Arbeitstemperaturen des Xransform«Drs ausgesetzt werden.
  • Undurchlässige dielektrische Schichten, wie z. B. eine Polyesterschicht, sind ebenfalls in den meisten Anwendungsfallen als feste Isolationen in flUssigkeitsgefullten Leitungstransformatoren ungeeignet, weil ihre elektrische Impulsfestigkeit In V/mm schnell abfällt, wenn sie in Dicken von oberhalb etwa 0,13mm (5 mil) verwendet werden.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines Isoliersystems mit insgesamt höherer Impulsfestigkeit, höherer Wärmefestigkeit sowie gleichzeitig besserer mechanischer Widerstandsfähigkeit, als dies für bisherige ausSapier und flüssigem Isolationsanteil bestehende Isolationssysteme erzielbar war.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Isoliersystem ftir ein hoher elektrischer Spannungs- und Wärmebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Gerät, mit einem flüssigen, innerhalb eines Gehäuses des elektrischen Gerätes angeordneten Dielektrikum, in das mindestens eine mit Zuleitungen versehene elektrische Wicklung eingetaucht ist, sowie mit einem von dem flüssigen Dielektrikum imprägnierten und wenigstens einen Teil der Wicklung elektrisch isolierenden festen Isolierstoff, erfindung gemäß dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff ein Papier mit einer aus vollständig aromatischen Polyamidfasern gebildeten Faserbahn aufweist.
  • Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines AusfUhrungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung beschrieben. Darin zeigt: Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Grenzwerte der Impuls-Durchschlagsfestigkeit des erfindungsgemäßen Isolierstoffs mit Isoliersystemen nach dem Stand der Technik verglichen werden; Fig. 2 eine perspektivische, teilweise weggeschnittene Ansicht eines mit Flüssigkeit gefüllten Transformators; und Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Teils des in Fig. 2 gezeigten Transformators.
  • Bei bestimmten Arten von flüssigteitsgekühlten elektrischen Geräten wie Transformatoren wird aus Zellulosefasern hergestelltes Papier verwendet, um die einzelnen Windungen einer Wicklung sowie die Zuleitungen elektrisch zu isolieren. Zelluloseisolation wird nicht nur wegen ihrer Wirtschaftlichkeit verwendet, sondern auch deshalb, weil sie, wenn sie mit einem flüssigen, isolierenden Dielektrikum wie z. B. Transformatorenöl imprägniert wird, ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften hat. Diese Faktoren und das Fehlen annehmbarer Austauschstoffe haben dazu geführt, daß mit einem flüssigen Dielektrikum imprägnierte Zelluloseisolation praktisch universell als Isoliersystem fUr Transformatoren eingesetzt wird, obwohl bestimmte Nachteile der Zelluloseisolation Beschränkungen in der Transformatorausgestaltung bedingen. Beispielsweise erfahren die elektrischen Isoliereigenschaften und die mechanische Festigkeit der Zelluloseisolation bei Temperaturen oberhalb von lC0° C, auch bei Imprägnierung mit Transformatorenöl, eine rasche Verschlechterung bzw. Alterung. Wenn sich die Zelluloseisolation verschlechtert, scheidet sie als Nebenprodukt Wasser ab, das die übrigen Bereiche des Isolationssystems verunreinigt. Die Anwendung von Zelluloseisolationen begrenzt deshalb wegen der relativ geringen thermischen Festigkeit der Zelluloseisolation die mittlere Arbeitstemperatur eines Transformators.
  • In bestimmten Bereichen des Transformators auftretende heiße Stellen, deren Temperatur die mittlere Arbeitstemperatur des Transformators noch Ubersteigen, lassen die durch das Zellulosepapier gegebene thermische begrenzung im Hinblick auf die Ausgestaltung des Transformators noch starker wirksam werden, int3cn die zulässige mittlere Arbeitstemperatur des Transformators noch unter die Temperatur abgesenkt wird, der die Zelluloseisolation normalerweise widerstehen wUrde. Zellulosepapiere größerer elektrischer Festigkeit stehen zwar zur VerfUgung, aber diese Papiere verhalten sicllgemein spröder als Ubliche Zellulosepapiere, so daß aus mechanischen GrUnden oft doch die herkömmlichen Zellulosepapiere mit ihrer geringeren Spannungsbelastbar keit eingesetzt werden mUssen.
  • Wenngleich Zellulosepapier erst durch Alterung spröde wird, wenn es erhöhten Arbeitstemperaturen ausgesetzt wird, so ist seine mechanische Festigkeit sogar schon bei der Herstellung des elektrischen Geräts beschränkt, so daß seine Verwendung besonders schwierig wird, wenn ein Einreißen des Papiers zu erwarten steht.
  • Eine andere Eigenschaft von Zellulosepapier, die in bestimmten Anwendungsfällen nachteilig ist, ist seine relativ hohe Dielektrizitätskonstante. Mit Transformatorenöl imprägniertes Zellulosepapier hat eine Dielektrizitätskonstante im Bereich von 3,2 bis 4,2, während das Öl eine Dielektrizitätskonatante von 2,2 hat. Da die elektrische Belastung sich in einem Medium umgekehrt proportional zu den Dielektrizitätskonstanten der das Medium bildenden Einzelschichten verteilt,verlagert die ölimprägnierte Zelluloseisolation die elektrische Belastung auf ölgefUllte Durchgänge und andere ölgefUllte Hohlräume in der Nähe der festen Isolation. Um eine solche ungleichförmige Spannungsver teilung zu verhindern, ist die Dielektrizitätskonstante der ölimprägnierten, festen Isolation derjenigen des Transform torenöls vorzugsweise stärker angenähert.
  • Die undurchlässigen synthetischen Isolierschichten und die Papiere sowie die gewebeähnlichen Matten aus synthetischen Fasern sind im allgemeinen fAr die Anwendung als feste Isolation in fldssigkeitsgefEllten Transformatoren ungeeignet, auch wenn die Kosten außer Betracht bleiben.-Der Grenzwert der Impulsdurchschlagsfestigkeit der undurchlässigen Schichten in V/mm fällt rasch mit der Dicke ah, wodurch sich ihre Anwendung im erforderlichen Dickenbereich bei Leistungstransformatoren verbietet.
  • Die aus Nicht-Zellulosefasern hergestellten Papiere und Matten haben im allgemeinen eine relativ geringe Impuls-Grenzdurchschlagsfestigkeit in V/mm so daß aus festen, nicht aus Zellulose bestehenden Isolationen einerseits und flüssigen Isolierstoffen andererseits aufgebaute Isoliersysteme nicht den synergetischen Effekt wie aus Zelluloseisolierungen und flüssigen Dielektrika aufgebaute Isoliersysteme zeigen. Weiter sind die synthetischen Fasern im allgemeinen in ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit und den physikalischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen ähnlich den natUrlichen organischen Fasern beschränkt. Deshalb war die Anwendung von synthetischen Schichten oder Filmen, Geweben und Papier auf Trockentransformatoren beschränkt, wobei das Schwergewicht bei flUssigkeitsgekAhlten Transformatoren auf einer thermischen Stabilisierung der Zelluloseisolation lag, indem bestimmte Zusätze verwendet wurden, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 2 722 561 beschrieben sind.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein flUssigkeitsgekUhltes elektrisches Gerät wie einen Transformator oder dergleichen, fUr das als fester Isolierstoff aus vollständig aromatischen Polyamidfasern hergestelltes Papier verwendet wird, das im Gegensatz zu sonstigen Nicht-Zellulosepapieren, synergetisches Verhalten zeigt, wenn es mit einem flüssigen Dielektrikum wie Transformatorenöl imprägniert wird, wobei seine 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit und seine Impulsfestigkeit mindestens um den Faktor Zwei erhöht werde; Außerdem ist die Impulsfestigkeit dieses spezifischen synthetischen Papiers, wenn es mit Transformatorenöl imprägniert ist, um 30 bis 50 % höher als fUr Ubliche feste Transformatorenisolationen der gleichen Dicke, d.h. von mit Transformatorenöl imprägniertem Kabel-Kraftpapier, während seine 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit um 25 bis 35 % höher als die von imprägniertem Zellulosepapier liegt. Aus vollständig aromatischen Polyamidfasern hergestelltes Papier hat auch eine hervorragende mechanische Festigkeit, ist thermisch stabil und hat nach der Imprägnierung mit Transformatorenöl eine Dielektrizitätskonstante, die sich näher an die des Öles anschließt, als dies bei mit Transformatorenöl imprägnierten ZelluloseisQlationen der Fall ist; ferner nimmt es weder Feuchtigkeit auf noch scheidet es bei der Alterung Wasser als Nebenprodukt ab.
  • Aus vollständig aromatischen Polyamidfasern hergestelltes, mit Transformatorenöl imprägniertes Papier wurde mit zur Anwendung fUr elektrische Isolation bestimmtem, mit Transformatorenöl imprägniertem Zellulosepapier verglichen, wobei Versuche gemacht wurden, um die Impulsfestigkeit, die 60 Hz-Durchschlagsfestig keit und den Verlustfaktor bei 60 Hz fWr verschiedene Proben aus vollständig aromatischem Polyamidpapier einerseits und aus Zellulosepapier andererseits zu ermitteln.
  • Als erstes wurde die Inipulsdurchschlagsfestigkeit der Proben untersucht. Vz>r Durchführung des Versuchs wurden die Proben im Vakuum getrocknet und mit Öl imprägniert, wobei übliches Transformatoren-Minerlibl verwendet wurde. Die Proben wurden nach der Imprägnierung bis zum Abschluß der Versuche nicht aus dem Öl herausgenommen. Die Impuls-Durchschlagsvers uche wurden mit einen Durchmesser von ca. 5 cm aufweisenden Elektroden mit ebener Oberfläche und auf einen Radius von etwa 6,4 mm abgerundeten Kanten durchgefWhrt. Die 1-1/2 x 40 Mikrosekunden dauernden negativen Spannungsimpulse wurden an der oberen Elektrode angelegt und die Versuche bei Raumtemperatur durchgefahrt. Tabelle I gibt eine Zusammenstellung der erhaltenen Ergebnisse.
  • Tabelle I Impulsdurchschlagsfestigkeit in Transformatorenöl Probe Anzahl Mittlere Gesamt- spez. Gew. Durchschlag d.Schich- dicke (Mittelwert) ten mm mil kV/mm V/mil vollst. 1 0,0584 2,3 144,0 3660 aromat. 3 0,165 6,5 168,0 4110 Polyamid- 7 0,376 14,8 154,0 3920 papier 2 0 9 8 2 L / 0 4 6 7 Probe Anzahl d. Mittlere Gesamt- spez. Gew. Durchschlag Schichten dicke (Mittelwert) mm ~~~~~~~~ mm mil ~~~~~~~~~ kV/mm V/mil vollst. 1 0,0787 3,1 124,7 3170 aromat. 3 0,218 8,6 0,82 149,0 3790 Polyamidpa- 5 0,366 14,4 142,3 3620 pier 1 0,142 5,6 130,8 3320 3 3 0,412 15,2 0,77 132,0 3360 " 4 0,556 21,9 127,5 3240 " 1 0,185 7,3 117,5 2990 " 2 0,353 13,9 1,02 127,5 3240 3 3 0,535 21,1 121,5 3090 " 1 0,175 6,9 0,32 109,5 2790 " 2 0,34 13,4 110,1 2800 lt 1 0,277 10,9 137,0 3480 " 2 0,554 21,8 0,56 137,8 3500 II 1 0,2385 9,4 125,5 3190 2 2 0,467 15,4 0,66 138,5 3520 " 1 0,0457 1,8 160,0 4070 " 3 0,1395 5,5 0,73 184,0 4670 " 10 0,457 18,0 170,0 4320 " 1 0,0813 3,2 134,5 3420 3 3 0,231 9,1 0,47 141,7 3600 " 5 0,378 14,9 142,8 3630 " " 1 0,0686 2,7 124,2 3160 " 3 0,188 7,4 0,60 145,2 3690 7 7 0,482 19,0 149,o 3800 " 1 0,099 3,9 135,7 3450 3 3 0,277 1D,9 0,67 147,0 3740 5 5 0,47 18,5 157,0 3990 " 1 0,0864 3,4 153,3 3900 " 3 0,2565 10,1 0,79 156,5 3980 " 6 6 0,518 20,4 150,8 3830 Zellulose- 1 0,0559 2,2 113,0 2870 papier 3 0,160 6,3 122,0 3100 " 1 0,0787 3,1 103,8 2640 " 2 0,155 6,1 106,5 2710 " 3 0,226 8,9 92,5 2350 Die völlig aromatischen Polyamidpapiere wie etwa die unter dem Warenzeichen Nomex bekannten, werden auf einer herkömmlichen Papiermaschine hergestellt, und bilden dementsprechend in Wasser aufgebaute faserige Bahnen, die in verschiedenen Dichten erhältlich sind. Die ersten vier in Tabelle I aufgeflihrten Beispiele Stellen die am meisten verbreiteten Dichten erhältlichen vollständig aromatischen Polyamidpapiers dar, während die nächsten drei Beispiele niedrigere Dichten haben. Diese verschiedenen Papiersorten wurden untersucht, um zu bestimmen, ob die Dichte des Papiers einen nennenswerten Einfluß auf die elektrische Festigkeit der Isolation hat, weil weniger dichtes Papier billiger ist. Wie aus Tabelle I hervorgeht, ist die Dichte des Papiers für die elektrische Festigkeit bei weitem nicht so wichtig wie seine Dicke. Die nächsten fünf Versuchsbeispiele für vollständig aromatisches Polyamidpapier liegen in dem Dickenbereich, der normalerweise für Zellulose-Leiterisolationen in Leistungstransformatoren verwendet wird, und geben deshalb einen besseren Anhalt auf ihren Wert als elektrischer Isolierstoff als die Versuche mit dem dickeren Papier. Die letzten zehn Beispiele in Tabelle I sind Ubliche Zellulosepapiere, die mit aufgenommen wurden, um einen Hinweis auf die relativen Grenzwerte der Impulsfestigkeit des vollständig aromatischen Polyamidpapiers und des Zellulosepapiers zu erhalten.
  • Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem der Grenzwert der Impulsfestigkeit in V/mil über der Gesamtdicke der Isolation in mil fUr verschiedene in Transformatorenöl untersuchte, völlig aromatische Polyamidpapiere aufgetragen ist. Die Kurven 10, 12, 14, 16, 18, 20 und 22 repräsentieren typische Ergebnisse von Versuchen an vollständig aromatischen Polyamidpapieren verschiedener Dicken und Dichten, während die Kurven 24 und 26 typische für an 0,0508 mm (2 mil) dicken Polyester-Schichten bzw. an 0,0762 mm (3 mil) dickem Kabel-Kraftpapier durchgefahrte Versuche sind.
  • Diese Kurven zeigen, daß sämtliche untersuchten vollständig aromatischen Polyamidpapiere in dem fiir Leistungstranformatoren üblichen Dickenbereich von 0,046 mm bis 0,254 mm (1,8 bis 10 mil) eine erhebliche größere Impulsfestigkeit als die Polyesterschicht oder das Kabel-Kraftpapier haben.
  • An bestimmten Proben wurden außerdem Versuche zur Bestimmung der 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit des vollständig aromatischen Polyamidpapiers durchgeführt. Mit Tabelle II sind die Ergebnisse dieser Untersuchung zusammengestellt, wobei der Anstieg von 25 f/sec im Gegensatz zu einem Versuch mit schnellem Anstieg eine Annäherung an einen stufenweisen Versuch darstellt.
  • Tabelle II 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit in Transformatorenöl Spannungsanstieg 25 V/sec Probe Anzahl der mittlere Gesamt- Durchschlag Schichten dicke (Mittelwert) mm mm mil kV/mm V/mil vollst. 3 0,155 6,1 74,6 1870 aromat. 10 0,584 23,0 46,1 1170 Polyamidpa- 20 1,142 45,9 38,6 980 pier " 3 0, 214 8,4 64,5 1640 II 7 0,542 21,3 44,5 1130 " 14 1,118 43,9 38,6 980 II 3 0,435 17,1 48,4 1230 " 5 0,725 28,5 45,3 1150 " 8 1,160 45,7 38,2 970 n 3 0,1348 5,3 78,3 1990 II 10 0,490 19,3 48,4 1230 " 3 0,297 11,7 53,5 1360 " 5 0,513 20,2 45,0 1143 " 10 1,027 40,4 38,6 980 " 3 0,259 10,2 59,0 1500 " 6 0,544 21,4 46,5 1180 " 12 1,081 42,6 39,0 990 Auf der nachfolgenden Tabelle III sind die Resultate von Versuchen zusammengestellt, die sowohl an aromatischem Polyamidpapier als auch an Zellulosepapier vorgenommen wurden, wobei einige der Versuche mit einem Anstieg von 500 V/sec, andere dagegen stufenweise erfolgten. Außerdem ist für einige der vollständig aromatischen Polyamidpapiere der mittlere Wert der Durchschlagsfestigkeit in Luft angegeben. Wie ersichtlich, weisen die aromatischen Polyamidpapiere eine wesentlich höhere 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit als die Zellulosepapierproben auf.
  • Tabelle III 60 Hz-Durohschlagsfestigkeit Mittlere Durchschlagsspannung @@ @@ Probe Anzahl d. mittlere in Luft 500V/sec 25V/sec Schichten Dicke Anstieg Anstieg mm mil kV/mm V/mil kV/mm V/mil kV/mm V/mil vollst. aromat.
  • Polyamid- 1 0,0584 2,3 18,9 480 69,3 1760 52,7 1340 papier " 1 0,0787 3,1 27,9 710 74,0 1880 65,7 1670 " 1 0,0507 2,0 14,2 360 68,8 1750 64,5 1640 II 1 0,0890 3,5 24,0 610 72,8 1850 Zellulose- 1 0,0558 2,2 55,5 1410 papier lt 1 0,0787 3,1 44,5 ei 30 Schließlich wurde noch der Verlustfaktor des vollständig aromatischen Polyamidpapiers im Vergleich zu dem Verlustfaktor des Zellulosepapiers bestimmt. Die Ergebnisse der entsprechenden Versuche zur Bestimmung des prozentualen Verlustfaktors sind in Tabelle IV zusammengestellt.
  • Tabelle IV Verlustfaktoren und dielektrische Konstanten Prozentualer Verlustfaktor Dielektrizitätskonstante Probe 380 C 750 C 1000 C 1250 C 380 C 1250 C vollständig aromatisches Polyamidpapier 0,95 1,4 2,65 3,9 2,69 2,73 " 1,1 1,7 2,9 4,0 3,00 3,11 " 0,60 0,70 0,92 1,1 2,64 2,71 II 0,55 0,58 0,75 0,92 2,40 2,40 Zellulosepapier0,82 1,6 3,5 5,1 2,69 2,97 Man erkennt, daß der Verlustfaktor des vollständig aromatischen Polyamidpapiers mit ansteigender Temperatur nur geringfügig zunimmt. Außerdem ist mit Ausnahme der zweiten Probe, die eine hohe Dichte (0,82) hat, die Dielektrizitätskonstante des synthetischen Papiers niedriger als die des Zellulosepapiers.
  • Fig. 2 zeigt eine perspektivische, teilweise weggeschnittene Ansicht eines Transformators 30. FUr nahezu jeden Anwendungsfall der Isolation in einem solchen Transformator 30 ist das aromatische Polyamidpapier im Vergleich mit Zellulosepapier mit Vorteil zu verwenden, wobei die Wahl in bestimmten Anwendungsfällen durch die relativen Kosten pro Gewichtseinheit der beiden Materialien beeinflußt werden kann. Die höheren Kosten des synthetischen Papiers können durch seine Vorteile in bestimmten Anwendungsfällen aufgewogen werden, in anderen Fällen dagegen nicht. Das vollständig aromatische Polyamidpapier wird daher trotz seiner gegenüber Zellulosepapier größeren mechanischen Festigkeit, besseren Temperaturbeständigkeit sowie besseren elektrischen Festigkeit so lange keine allgemeine Verwendung finden, bis die Kosten pro Gewichtseinheit der beiden Papier arten sich stärker aneinander angeglichen haben. Bei kritischer Anwendung des synthetischen Papiers wird es jedoch möglich sein, Einschränkungen der Ausgestaltung zu ändern und dadurch die Senkung anderer Kosten zu ermöglichen.
  • Im einzelnen weist der Transformator 30 eine Magnetkern-Wicklungsanordnung 32 auf, die innerhalb eines Gehäuses 34 angeordnet ist. Das Gehäuse 34 ist bis zu einer Höhe 36 mit einem flüssigen Dielektrikum wie Mineralöl oder einem der in Leistungstransformatoren Ublicheriwese verwendeten synthetischen flüssigen Dielektrika gefüllt, wobei die Magnetkern-Wicklungsanordnung 32 völlig in das flüssige Dielektrikum eingetaucht ist. Das fAüssige Dielektrikum unterstützt die Isolation der verschiedenen elektrischen Leiter gegeneinander und gegen Erde und dient gleichzeitig zur KUhlung des TransIorini.ors 30. mit dem Gel.iuse 34 sind Kühler 38 verbunden, durch die das flUsqi ge I)i e3 ektrikum entweder durch Thermosiphonwirkung oder durch Zwangsumwälzung zirkuliert, um die von der Magnetkern-/Wicklungsanordnung 32 aufgenommene Wärme abzugeben.
  • Der Transformator 30 des vorliegenden Beispiels ist als Dreiphasen-Kerntransformator mit einem magnetischen Kern 40 und die Wicklungsschenkel des Magnetkerns 40 umgebenden Wicklungsgruppen 42, 44 und 46 ausgebildet. Jede Wicklungsgruppe weist eine Niederspannungswicklung und eine Hochspannungswicklung auf, die konzentrisch um einen Schenkel des Magnetkerns 40 herum angeordnet sind. Die Hochspannungswicklungen sind an Hochspannungsdurchfahrungen angeschlossen, von denen die beiden DurchfUhrungen 48 und 50 in der Zeichnung gezeigt sind, während die dritte Durchfhrung in der Öffnung 52 montiert wird. Wenn die Niederspannungswi@klungen in Sternschaltung aneinander angeschlossen sind, liegt ihr Nulleiter an einer Durchführung 54, und die anderen Enden der Niederspannungswicklungen sind Uber Leitungen 56, 58 und 60 an (nicht gezeigte) Niederspannungs-Durchführungen angeschlossen. Ein nicht unter Last schaltbarer Anzapfungsum schaltmechanismus 62 ist Uber mehrere Leiter 64 an die Hochspannungswicklungen angeschlossen. Gewünschtenfalls kann auch ein unter last schaltbarer Anzapfungsumschaltmechanismus verwendet werden.
  • Die erste Stelle im Transformator 30, wo das aromatische Polyanidpapier mit erheblichem Vorteil verwendet werden kann, ist dort, wo sich die an den Umschaltmechanismus 62 angeschlossenen Leiter 64 sowie die die Hochspannungswicklungen mit den Hochspannungsdurchfahrungen verbindenden Hochspannungskabel befinden.
  • Die hohe elektrische Festigkeit des vollständig aromatishen Polyamidpapiers und seine gegenüber Zellulosepapier niedrigere Dielektrizitätskonstante würden eine Vereinfachung der Auagestaltung dieser teitungen und eine Erhdhung ihrer Zuverlässigkeit ermöglichen. Die höhere elektrische Festigkeit des vollständig aromatischen Polyamidpapiers ermöglicht es, die Isolierspalte zu verkleinern, und die niedrigere Dielektrizitätskonstante des imprägnierten vollständig aromatischen Polyamidpapiers verteilt die Belastungen gleichmäßiger über die benachbarten Öldurchgänge, was zu einer Verbesserung des Koronaverhaltens des Transformators führt.
  • Wenn die Kosten des aromatischen Polyamidpapiers sich stärker an die Kosten für eine Zellulose-Isolation angenähert haben, kann das vollständig aromatische Polyamidpapier für die kritische Isolation von Windung zu Windung gegenüber der Hochspannungswicklungen verwendet werden. Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Abschnittes- der Wicklungsgruppe 46 und des Magnetkerns 40 des Transformators 30 von Fig. 2, welche die elektrischen Leiter der Hochspannungs-Wicklung und die Windungs-bzw. Lagenisolation deutlicher zeigt.
  • Im einzelnen weist die Wicklungsgruppe 46 Hoch- und Niederspannungs-Wicklungsgruppen 70 und 72 auf, die konzentrisch zu einer gemeinsamen Mittellinie um einen Schenkel 74 des Magnetkerns 40 herum angeordnet sind. Die Niederspannungswicklung 72 weist eine Viezahl von Leiterwindungen 78 auf, die gegenUber dem Magnetkern 40 und der Hochspannungswicklung 70 durch die Isolierung 80 elektrisch voneinander getrennt sind. Die Hochspannungswicklung enthält eine Mehrzahl von Scheibenspulen wie die Scheibenspulen 82 und 84 . Jede dieser Scheibenspulen weist jeweils eine Mehrzahl von radial im Abstand voneinander verlaufenden 1ieiterwindungeuf, die spiralförmig um eine Öffnung zur Aufnahme des Wicklungsschenkels 74 des Magnetkerns und der Niederspannunwicklung 72 gewickelt sind, wobei die Windungen im wesentlichen Scheibenform mit einer ersten und einer zweiten einander gegentiberliegenden äußeren Hauptfläche und einem vorgegebenen Außendurchmesser haben. Die verschiedenen Scheibenspulen sind mit gegenseitigen Abständen voneinander tlbereinandergeschichtet, wobei ihre Außenkanten miteinander fluchten und ihre zueinander paralle@len Hauptflächen zwischen sich KUhikanäle wie etwa der Kühlkewnal 86 begrenzen. Die Scheibenepulen sind in Serie geschaltet, wobei die End-Scheibenspule 82 an eine Leitung 88 angeschlossen ist, während die einzelnen benachbarten Spulen untereinander über innere Verbindungen 90 bzw. äußere Verbindungen 92 miteinander in Verbindung stehen.
  • Die Leiter der Scheibenspulen weisen mindestens eine elektrisch leiende Ader wie etwa die Ader 94 auf, die dann mit einer Mehrzahl von Lagen 96 aus Isolierpapier umwickelt sind. Die Scheibenspulen sind Stoßspannungen und Spannungsschwingungen, wie sie etwa durch Blitzschläge oder Schaltvorgänge hervorgerufen werden, sowie sonstigen auf das elektrische System einwirkenden Einschwingspannungen ausgesetzt, durch die die Isolationen zwischen den einzelnen Windungen, in den Kühlkanälen zwischen den Scheibenspulen sowie zwischen Niederspannungswicklung und Erde stark beansprucht werden. Das vollständig aromatische Polyamidpapier mit seiner höheren Impulsdurchschlagsfestigkeit würde sich in hervorragender Weise als Windungsisolation 96 einsetzen lassen und einen größeren Sicherheitsfaktor hinsichtlich durch die hohen Einschwingbeanspruchungen hervorgerufener Fehler gewährleisten. Die niedrigere Dielektrizitätskonstante wUrde außerdem in den ölgefüllten Etlhlkanälen eine geringere Beanspruchung als bei Zelluloseisolation auftreten lassen, woraus eine geringere Ionisierung des flüssigen Dielektrikums und ein verbessertes Koronaverhalten des Transformators resultieren.
  • Wenngleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einem Drei-Phasen-Transformator der Kernbauart erläutert worden ist, ist es doch klar, daß sie in gleicher Weise für ein ein- oder mehrphasiges elektrisches Gerät sowie für Transformatoren der Mantelbauart verwendet werden kann, ebenso wie bei Drosseln oder eonstigen Hochspannungsgeräten, bei denen elektrische Leiter mit einer festen Isolierung in ein flüssiges Dielektrikum eingetaucht sind.
  • Insgesamt ist sonst ein neues und verbessertes Isoliersystem ftir ein durch Flüssigkeit isoliertes und gekühltes elektrisches Gerät wie einen Transformator beschrieben worden, bei dem elektrische Leiter mit einer festen Isolation aus vollständig aromatischem Polyamidpapier versehen sind, die mit einem flüssigen Dielektrikum wie Transformatoren-Mineralöl oder synthetischen Ölen, wie z. B. den Chlordiphenyl und Trichlorbenzol enthaltenden Ölen, getränkt ist. Die Impulsfestigkeit des getränkten, vollständig aromatischen Polyamidpapiers ist, insbesondere bei Dicken von 0,051 mm (2 mil) bis 0,25 mm (10 mil) erheblich höher als die Impulsfestigkeit von imprägniertem Kabel-Kraftpapier. Diese hohe Impulsfestigkeit macht das erfindungsgemäß eingesetzte Papier aus vollständig aromatischem Papier, in Verbindung mit dessen außerordentlicher mechanischer Festigkeit, thermischer Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenUber dem Angriff der üblicherweise verwendeten flüssigen Dielektrika ganz besonders wertvoll fUr die Anwendungsfälle, in denen es auf Impulsfestigkeit in starkem Maße ankommt. Die 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit des vollständig aromatischen Polyamidpapiers ist ebenfalls besser als die von Kabel-Kraftpapier.
  • Da die Dichte des aromatischen Polyamidpapiers fUr die Bestimmung der Impulsfestigkeit nicht kritisch ist, kann Papier der geringsten Dichte, das eine ausreichende Trennung der Windungen einer Scheibenspule gewährleistet, verwendet werden. Die Dichte sollte also nicht so gering sein, daß das Papier soweit zusammengedrückt werden kann, daß die erforderlichen Abstände nicht gewahrt werden können.
  • Die Impulsfestigkeit des aromatischen Polyamidpapiers wird primär durch die Dicke des Papiers eingestellt. Die Impulsfestigkeit in V/mm bzw. V/mil erreicht üblicherweise ein Maximum bei zwei oder drei Papierlagen. Danach sinkt sie, wenn die Dicke weiter vergrößert wird, langsam wieder ab, wobei die Durchschlagsfestigkeit in V/mm bzw. V/mil ftir 1,27 mm (50 mil) Dicke etwa 8o ihres Maximums aufweist.
  • Die 60 Hz-Durchschlagsfestigkeit des vollständig aromatischen Polyamidpapiers ist bei Dicken bis zu 0,127 mm (5 mil) wesentlich höher als für Zellulosepapier und bleibt auch ftir Mehrfachlagen bis etwa 0,508 mm (20 mil) weitgehend erhalten.
  • Der Verlustfaktor des aromatischen Polyamidpapiers zeigt bei Erhöhung der Temperatur im Gegensatz zu Zellulosepapier nur einen leichten Anstieg, und das vollständig aromatische Poly amidpapier scheidet auch kein Wasser als Nebenprodukt ab, wenn es durch Wärmeeinwirkung altert. Schließlich ist die Dielektrizitätskonstante des vollständig aromatischen und mit dem fltissigen Dielektrikum getränkten Polyamidpapiers, mit Ausnahme des Falles des sehr dichten Papiers, niedriger als die von Zellulosepapier, was für bestimmte Anwendungsfälle, wie z. B.
  • Hochspannungskabel und andere Gebiete, wo das fltissige Dielektrikum durch den isolierten Leiter direkt beansprucht wird, wesentlich ist.
  • Patentallsprüohe:

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e t)Isoliersystem für ein hoher elektrischer Spannungs- und Wärmebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Gerät, mit einem flüssigen, innerhalb eines Gehäuses des elektrischen Geräts angeordneten Dielektrikum, in das mindestens eine mit Zuleitungen versehene elektrische Wicklung eingetaucht ist, sowie mit einem mit dem flüssigen Dielektrikum imprägnierten und wenigstens einen Teil der Wicklung elektrisch isolierenden festen Isolierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff (z. B. 96) ein Papier mit einer aus vollständig aromatischen Polyamidfasern gebildeten Faserbahn aufweist.
  2. 2. Isoliersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Dielektrikum ein Mineralöl oder eine synthetische Fltissigkeit ist.
  3. 3. Isoliersystem nach Anbruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff Lagen mit Isolierpapier aus aus vollständig aromatischen Polyamidfasern gebildeten Bahnen aufweist.
  4. 4.Isoliersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das elektrische Gerät ein Transformator ist, dadurch gekennzeichnet, daß der feste elektrische Isolierstoff die Windungsisolierung (96) von wenigstens einer elektrischen Wicklung (70) ist.
  5. 5. Isoliersystem nach Anspruch 4, mit einem Anzapfungsumschalt mechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff zur Isolierung einer von der Wicklung des Transformators (30) Zum Anzapfungsumschaltmechanismus (62) fUhrenden Leitung (64) dient.
  6. 6. Isoliersystem nach Anspruch 4 oder 5, mit einer ersten und einer zweiten Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Isolierstoff eine zwischen der ersten und der zweiten Wicklung verlaufende Isolierung (80) bildet.
  7. 7. Isoliersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Zuleitungen mindestens einer der elektrischen Wicklungen von dem festen Isolierstoff umgeben ist.
DE19702059669 1970-12-04 1970-12-04 Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl. Pending DE2059669A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19702059669 DE2059669A1 (de) 1970-12-04 1970-12-04 Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19702059669 DE2059669A1 (de) 1970-12-04 1970-12-04 Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2059669A1 true DE2059669A1 (de) 1972-06-08

Family

ID=5789963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19702059669 Pending DE2059669A1 (de) 1970-12-04 1970-12-04 Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl.

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE2059669A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0058232A1 (de) * 1981-02-13 1982-08-25 Transformatoren Union Aktiengesellschaft Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen
US8149003B2 (en) 2007-08-17 2012-04-03 Omicron Electronics Gmbh Method and device for determining the humidity content of an insulation of a transformer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0058232A1 (de) * 1981-02-13 1982-08-25 Transformatoren Union Aktiengesellschaft Scheibenspulenwicklung aus ineinandergewickelten Einzel- oder Doppelspulen
US8149003B2 (en) 2007-08-17 2012-04-03 Omicron Electronics Gmbh Method and device for determining the humidity content of an insulation of a transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69728972T2 (de) Transformator/reactor
DE69737446T2 (de) Rotierende elektrische maschine mit einem magnetischen kreis für hochspannung und verfahren zu ihrer herstellung
EP0959551A1 (de) Hochspannungsisolierte Statorwicklung
EP1060485B1 (de) Mehrfachparallelleiter für elektrische maschinen und geräte
DE69725132T2 (de) Isolierter leiter für eine hochspannungswicklung
DE701377C (de) Hochspannungskabel
DE2059669A1 (de) Isoliersystem fuer ein hoher elektrischer Spannungs- und Waermebeanspruchung ausgesetztes elektrisches Geraet,wie Transformator od.dgl.
EP1665298A2 (de) Leiter für flüssigkeitsgekühlte wicklungen
DE1665075B1 (de) Verfahren zur Isolierung eines elektrischen Gegenstandes
DE3041049C2 (de) Elektrisches Gerät mit einem mit Isolieröl imprägnierten Dielektrikum
DE955792C (de) Isolierende Abstuetzung spannungsfuehrender Teile in elektrischen Anlagen und in mitLuft, OEl oder Isoliermasse gefuellten elektrischen Geraeten und Kabeln
DE732281C (de) Trockenmesswandler oder -drosselspule
DE19926540C1 (de) Kapazitiv gesteuerte Hochspannungswicklung
DE2935211A1 (de) Elektrische vorrichtung mit einem elektrischen element, das mit oel impraegniert ist, und ein elektrisches isolieroel
DE2904746C3 (de) Wicklung für einen luftgekühlten Trockentransformator
DE2938531A1 (de) Stufenwicklung fuer transformatoren
CH666365A5 (de) Hochspannungsleistungskabel mit biaxial orientierter gepraegter polymer-isolierung.
DE29780444U1 (de) Vorrichtung zum Erden isolierter Leiter in einer elektrischen Maschine
DE19608289C2 (de) Aus Scheibenspulen bestehende Hochspannungswicklung für Transformatoren und Drosselspulen
AT269277B (de) Hochspannungs-Mehrphasensynchronmaschine
DE1174421B (de) Wicklungsanordnung fuer Leistungs-transformatoren hoher Spannung
DE69400316T2 (de) Elektrischer Leiter für variablen Strom
DE2362183C3 (de) Hochspannungskabel mit Kunststoffisolierung
DE2251933C3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von trockenisolierten Röhrensputen für Transformatoren, Drosseln oder dergl. Induktionsgeräte mit zwei oder mehr Lagen und Kühlkanälen
AT105305B (de) Kondensator.