[0001] Abschlüsse im Transformatorbau dienen zur Herstellung einer Leiterverbindung und
zur feldgerechten Abschirmung dieser Verbindung. Sie bestehen im allgemeinen aus einer
Schirmelektrode und einem der Abschlußform entsprechenden, isolierenden Halteelement.
[0002] Um Großtransformatoren transportieren zu können, ist es erforderlich, die Durchführungen
oder Hochspannungskabelanschlüsse (die mit den erwähnten Abschlüssen verbunden sind)
zu demontieren. Oft müssen ferner Durchführungen oder Kabelanschlüsse bei Änderungen
oder Defekten ausgewechselt werden. Um nun eine derartige Demontage oder Auswechslung
ohne Ablassen des Öles im Kesselraum vornehmen zu können, wurden sog. tropfdichte
Abschlüsse entwickelt. Sie trennen das Öl zwischen Transformator und Durchführung
(bzw. Kabelanschluß), so daß bei Demontage- und Auswechslungsarbeiten an den Durchführungen
und Kabelanschlüssen das Öl im Kessel verbleiben kann.
[0003] Bei den bisher bekannten tropfdichten Abschlüssen besteht das die Schirmelektrode
tragende, der Abschlußform entsprechende isolierende Halteelement aus Transformerboard
(zur Frage der Herstellung, der elektrischen und mechanischen Eigenschaften sowie
der Anwendungsmöglichkeiten von Transformerboard vergleiche SCIENTIA ELECTRICA, Band
25, Heft 3, Seiten 1 bis 120, Jahrgang 1979).
[0004] Beim Anlegen von Vakuum im Durchführungsraum tritt bei tropfdichten Abschlüssen ein
kleiner öldurchfluß durch die Poren des Transformerboards von der Kesselseite zur
Außenseite auf. Ebenso wirkt sich die Gasdurchlässigkeit von Transformerboard insofern
ungünstig aus, als sich im Durchführungsraum des tropfdichten Abschlusses bei der
Betriebstemperatur des Transformators entsprechend hohe Gaskonzentrationen bilden
können, die die Betriebssicherheit gefährden können. Außerdem halten sie der mechanischen
Beanspruchung nicht stand. Zum Stand der Technik gehören weiterhin Abschlüsse aus
Kunstharz, die jedoch aus fertigungstechnischen Gründen nur in einem genormten Abschlußtyp
pro Spannungsreihe hergestellt werden können, während Variationen in den Abmessungen
und in der Einbaulage aus Kostengründen nicht gefertigt werden können. Da es ferner
bei der
Vakuumgießtechnik schwierig ist, eine Gasblasenbildung völlig zu vermeiden, werfen
Kunstharzabschlüsse für sehr hohe Spannungen aus elektrischen Gründen große Probleme
auf. Nachteilig ist ferner die durch die hohe Dielektrizitätskonstante bedingte begrenzte
elektrische Oberflächenbelastbarkeit von Kunstharzen in Öl.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zu entwickeln,
das die Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau
gestattet und das es insbesondere auch ermöglicht, ohne großen herstellungstechnischen
Aufwand Abschlüsse für die unterschiedlichsten Abmessungen und Einbaulagen zu fertigen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches
1 gelöst.
[0007] Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0008] Bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten vakuumfesten, öldichten
Abschluß bewirken die mit Harz imprägnierten Lagen Transformerboard eine vakuumfeste
und öldichte Trennung der auf unterschiedlichen Seiten des Abschlusses befindlichen
Räume. Die auf den freiliegenden Außenseiten der imprägnierten Schicht vorgesehenen
weiteren Isolierstofflagen gewährleisten zusammen mit der imprägnierten Schicht die
erforderliche mechanische und elektrische Festigkeit.
[0009] Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlüsse halten eine Druckdifferenz
von mindestens 1,5 bar von innen nach außen sowie von außen nach innen. Dadurch ergibt
sich der Vorteil, daß nunmehr nur noch der Durchführungs- oder Kabelanschlußraum für
die ölfüllung evakuiert werden muß, was mit einem relativ kleinen Pumpsatz möglich
ist.
[0010] Die Abschlüsse bilden dabei eine sehr gute Barriere gegen einen Öl-und Gasaustausch
zwischen den zu trennenden, ölgefüllten Räumen.
[0011] Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Abschlüsse sind ferner mit
öl imprägnierbar und können daher auch bei sehr hohen Spannungen unter dem zulässigen
Teilentladungspegel eingesetzt werden. Auch die mit Harz imprägnierten Lagen Transformerboard
lassen sich dabei mit Öl imprägnieren, da nur die Hohlräume zwischen den Fasern des
Transformerboards durch das Harz verschlossen werden und dadurch den Gas- und öldurchtritt
verhindern, während die Fasern selbst nicht mit Harz imprägniert werden, sondern sich
mit öl vollsaugen.
[0012] Die niedrige Dielektrizitätskonstante des für die Imprägnierung verwendeten Harzes
ergibt ähnliche Eigenschaften des Mischdielektrikums Transformerboard/Harz wie Transformerboard/öl.
[0013] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abschlüsse bis zu sehr hohen Spannungen
herstellen, wobei ohne großen technischen Mehraufwand für viele Abmessungen und Einbaulagen
optimale Lösungen angeboten werden können.
[0014] Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Schemadarstellung, die den Einbau eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Abschlusses veranschaulicht,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Abschluß,
Fig. 3-6 Schemadarstellungen einiger unterschiedlicher Abschlüsse.
[0015] Fig. 1 veranschaulicht die Verwendung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Abschlusses 1 bei einem Transformator 2 mit Wicklung 3. Der Abschluß
1, dessen Einzelheiten anhand von Fig. 2 noch im einzelnen erläutert werden, dient
zur Verbindung des Wicklungsendes 4 mit einer Durchführung 5. Die Durchführung 5 wird
von einem Durchführungsdom 6 getragen, der den Durchführungsraum 7 umschließt.
[0016] Im Kessel 8 herrscht im Betrieb ein ölsäulendruck von ca. 0,3 bar und im Durchführungsraum
7 ein ölsäulendruck von maximal 0,2 bar. Wird der Durchführungsraum 7 evakuiert oder
wird im Kessel 8 ein Vakuum hergestellt, so erfährt der Abschluß 1 eine zusätzliche
Druckbelastung. Unter dieser Belastung soll der Abschluß 1 vakuumfest und öldicht
sein.
[0017] Der in Fig. 2 in seinen Einzelheiten veranschaulichte Abschluß 1 besteht im wesentlichen
aus einer Schirmelektrode 9 aus Kupfer und einem isolierenden Halteelement 10, das
wie folgt aufgebaut ist:
Eine erste Lage 11 Transformerboard umgibt die Schirmelektrode 9 und erstreckt sich
im wesentlichen über die ganze Länge dieser Schirmelektrode. Diese erste Lage 11 Transformerboard
ist harzimprägniert.
[0018] Eine zweite Lage 12 Transformerboard, die gleichfalls harzimprägniert ist, überdeckt
teilweise die erste Lage 11 und erstreckt sich im übrigen trichterförmig nach außen
bis zu einem Flanschbereich 13. Auf der freiliegenden Außenseite der imprägnierten
Lage 12 befindet sich eine weitere, aus Transformerboard bestehende Lage 14, die jedoch
nicht imprägniert ist. Eine nicht imprägnierte Lage 15 Transformerboard ist ferner
auf der freiliegenden Außenseite der Lage 11, gleichfalls die Schirmelektrode 9 umhüllend,
vorgesehen.
[0019] Auf der freiliegenden Innenseite der imprägnierten Transformerboardlage 12 ist ein
trichterförmig ausgebildetes Isolierstoffelement 16 ("Einstoßtrichter") vorgesehen.
Schließlich ist noch im Flanschbereich 13 auf der Innen- und Außenseite je ein Flanschring
17 bzw. 18 vorgesehen.
[0020] Die mit Harz imprägnierten Transformerboardlagen 11 und 12 besitzen ebenso wie die
nicht imprägnierten Transformerboardlagen 14 und 15 eine Wandstärke von 3 bis 5 mm.
Die Wandstärke des trichterförmigen Isolierstoffelementes 16 liegt zweckmäßig zwischen
4 und 8 mm. Die Flanschringe 17, 18 können eine Stärke zwischen 3 und 8 mm besitzen
(letztgenannte Abmessungen gelten für einen Abschluß mit einem Außendurchmesser des
Flansches von 420 mm und eine Gesamtlänge des Abschlusses von ca. 400 mm).
[0021] Die Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Abschlusses 1 erfolgt nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wie folgt:
Nach der Herstellung der Kupfer- Schirmelektrode 9 und deren Umformung mit einer ersten
Lage 11 Transformerboard wird eine zweite Lage 12 Transformerboard in einer Form hergestellt,
die ent-. sprechend der ermittelten elektrischen Feldverteilung ausgebildet ist. Sodann erfolgt
im Umluftofen eine Trocknung, bis die Formstabilität erreicht ist. Dann wird das Teil
von der Form befreit.
[0022] Nun erfolgt eine Trocknung im Vakuumschrank bei 105°C, bis die Endfeuchte<0,1 % beträgt
und ein Endvakuum von 0,1 mbar erreicht ist.
[0023] Nach dieser Trocknung wird das Teil in einem Imprägnierkessel unter Vakuum kalt (bei
einer Temperatur unter 20°C) mit einem speziellen, nieder- bis mittelviskosen, bei
niedriger Temperatur aushärtenden ölbeständigen Harz geflutet und mindestens 12 Stunden
bei Normaldruck weiter imprägniert. Nach dem Ablassen des Harzes und dem Reinigen
des Abschlusses von überschüssigem Harz erfolgt im Umluftofen bei 130°C die Aushärtung.
[0024] Sodann wird die imprägnierte Schicht (bestehend aus den Lagen 11 und 12) zur Erreichung
größerer mechanischer und elektrischer Festigkeit nochmals mit Transformerboard (Lagen
14 und 15) umformt.
[0025] Vor dem Aufkleben der Flanschringe 17, 18 wird noch das trichterförmige Isolierstoffelement
16 (Einstoßtrichter) angebracht, das durch den Flansch zusätzlich abgestützt wird.
Anschließend wird die Flanschpartie in der oben erläuterten Weise mit Harz imprägniert,
um auch in diesem Bereich einen Öl- und Gasdurchtritt zu verhindern.
[0026] Als Harz zum Imprägnieren des Transformerboard kommen nieder- bis mittelviskose Harze
in Betracht, wie sie für Hochspannungsisolierteile, beispielsweise Durchführungen
oder Schalterteile, verwendet werden. Geeignet ist beispielsweise das von der Fa.
Ciba-Geigy unter der Typenbezeichnung CY225 vertriebene Araldit- Gießharz mit Härter
HY225 (ohne Füllstoffe). Araldit CY225 ist ein modifiziertes, lösungsmittelfreies,
bei Raumtemperatur mittelviskoses Epoxidharz auf Basis von Bisphenol A,
[0027] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Abschlüsse in der erläuterten Sandwich-Konstruktion
in den unterschiedlichsten Formen herstellen. Die Fig. 3 bis 6 zeigen einige Varianten,
wobei der Einfachheit halber jeweils nur die Schirmelektrode 9a bis 9d und das Halteelement
10a bis 10d dargestellt ist, ohne den Einzelaufbau des Halteelementes aus den verschiedenen
Lagen zu veranschaulichen. Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 3 bis 6 entsprechen
insoweit bezüglich Aufbau und Herstellung dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.
[0028] Ebenso wie bei der Variante gemäß Fig. 2 sind auch bei den Ausführungsbeispielen
der Fig. 3 bis 6 drei unterschiedliche Zonen des Isolationsaufbaues vorhanden:
In der Zone I folgt auf eine harzimprägnierte Lage 11 Transformerboard eine nichtimprägnierte
Lage 15 Transformerboard.
In der Zone II liegen zwei harzimprägnierte Lagen 11 und 12 Transformerboard übereinander;
hierauf folgt eine nichtimprägnierte Lage 12 Transformerboard.
In der Zone III ist schließlich eine Sandwich-konstruktion vorhanden, in der eine
harzimprägnierte Lage 12 zwischen einem inneren Isolierstoffelement 16 und einer äußeren,
gleichfalls nicht imprägnierten Transformerboardlage 14 angeordnet ist.
[0029] Die in Fig. 3 dargestellte V-Form des Abschlusses ist vor allem für Spannungen bis
110 kV geeignet. Die in Fig. 4 dargestellte kurze V-Form kommt für Spannungen bis
220 kV in Betracht.
[0030] Die in Fig. 5 in zwei Varianten dargestellte lange U-Form (links, voll ausgezogen)
bzw. die lange V-Form (rechts, voll ausgezogen) ist für Spannungen bis 750kV geeignet.Schließlich
kann in Fig. 6 dargestellte W-Form bis zu höchsten Betriebsspannungen (über 1000 kV)eingesetzt
werden.
1. Verfahren zur Herstellung eines vakuumfesten, öldichten Abschlusses für den Transformatorbau,
wobei eine Schirmelektrode (9) mit einem isolierenden Halteelement (10) versehen wird,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Die Schirmelektrode (9) wird wenigstens im Hauptteil ihrer Länge mit einer ersten
Lage (11) Transformerboard umformt;.
b) anschließend wird eine der gewünschten Form des Halteelementes (14) entsprechende
zweite Lage (12) Transformerboard so aufgebracht, daß sie die erste Lage (11) teilweise
über- deckt;
c) nach Vakuumtrocknung werden die beiden Lagen (11, 12) Transformerboard im Vakuum
mit einem nieder- bis mittelviskosen, bei niedriger Temperatur aushärtenden, ölbeständigen
Harz imprägniert;
d) nach dem Aushärten des Harzes wird die imprägnierte Schicht (11, 12) auf den freiliegenden
Außenseiten mit wenigstens je einer Isolierstofflage (14, 15, 16) versehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen je einer
Isolierstofflage (14, 15, 16) auf die freiliegenden Außenseiten der imprägnierten
Schicht (11, 12) im Flanschbereich (13) des Halteelementes (10) auf beiden Seiten
Flanschringe (17, 18) angebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flanschbereich (13)
nach dem Anbringen der Flanschringe (17, 18) mit einem nieder- bis mittelviskosen,
bei niedriger Temperatur aushärtenden, ölbeständigen Harz imprägniert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknung der ersten
und zweiten Lage (11, 12) Transformerboard zunächst im Umluftofen bis zum Erreichen
der Formstabilität erfolgt und daß anschließend eine Vakuumtrocknung, vorzugsweise
bei einer Temperatur zwischen 100 und 110°C, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagen (11, 12)
Transformerboard unter Vakuum bei einer Temperatur zwischen 10 und 20°C mit Harz geflutet
und anschließend mindestens 12 Stunden bei Normaldruck weiter imprägniert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Aushärtung des Harzes
im Umluftofen bei einer Temperatur zwischen 110 und 150°C, vorzugsweise zwischen 120
und 140°C, erfolgt.
7. Abschluß, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und zweite Lage (11, 12) Transformerboard eine Schichtstärke von je
3 bis 5 mm besitzen.
8. Abschluß nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstofflage auf
der freiliegenden Innenseite der imprägnierten zweiten Lage (12) durch ein trichter-
oder ringförmig ausgebildetes Isolierstoffelement (16) gebildet wird, dessen Wandstärke
zwischen 4 und 8 mm beträgt.