SE520942C2 - Elektrisk maskin samt användning av sådan - Google Patents

Description

lO l5 20 25 30 35 520 èååå 2 för att tillverka andra ickeroterande elektriska maskiner såsom exempelvis reaktorer.

I många fall är det relativt ont om plats pà de ställen där en transformator ska placeras. Detta gäller exempelvis i de fall då transformatorn ska placeras inne i en tätort eller inne i en byggnad. I sàdana fall hade det varit önskvärt att ha en mindre skrymmande transfor- mator eller med en geometrisk form som är anpassad till de utrymmen som finns till förfogande. Exempelvis kan då transformatorn förläggas i en befintlig kabelgrav, längs en vägg eller under ett tak. I många fall är det dessutom önskvärt att åstadkomma en transformator med lägre vikt, exempelvis när transformatorn ska placeras i toppen av en kraftledningsstolpe.

När man distribuerar ström till bostäder vill man transformera ner spänningen till vanlig nätspänning så sent som möjligt för att minimera förlusterna. Vanligtvis transformerar man då ned spänningen från en spänning i storleksordningen 10 kV till 400 volt. I många länder är det vanligt att dylika transformatorer placeras i toppen av en stolpe. På grund av deras storlek är det emellertid stor risk att de blåser omkull, vilket förorsakar kost- samt underhålls- och reparationsarbete. Även i det här fallet är det önskvärt att minimera transformatorns storlek.

I många fall vill man ansluta en kabel till hög- spänningslindningen på en transformator enligt ovan.

En sådan kabel innefattar traditionellt en kabelledare som är omsluten av en isolering. Anslutningen av högspän- ningslindningen till den elektriska kabeln kan göras pà många olika sätt. Emellertid är det väsentligt att höga elektriska fält vid anslutningen undviks eftersom detta skulle kunna leda till elektriskt genomslag.

Således finns det behov av en elektrisk maskin med mindre dimensioner eller med annan geometrisk form än dagens så att ovan nämnda problem kan undvikas samtidigt lO 15 20 25 30 35 520 9Äå:i 3 som höga elektriska fält undviks vid anslutningen av en kabel till högspänningslindningen.

Ett exempel på en elektrisk maskin som löser många av ovannämnda problem beskrivs i sökandens ej publicerade svenska ansökan 0003037-9, vilken ansökan införlivas häri genom hänvisningen.

I sökandens ovan nämnda ansökan 0003037-9 görs an- slutningen av kabeln genom att kabeln skjuts in mellan transformatorns isolerande skikt varvid kabelledaren för- binds med högspänningslindningen. Ett problem vid sådan anslutning är det höga elektriska fält som kan uppstå i området där högspänningslindningen avslutas och där transformatorns isolation övergår till kabelns isolation, d v s i kabelavslutningen. Detta höga elektriska fält kan resultera i elektriskt genombrott till utsidan av trans- formatorn. För att styra det elektriska fältet i kabel- avslutningsomrädet har därför transformatorns första och andra isolerande skikt samt kabeln försetts med s k glim- skyddsskikt i området för kabelanslutningen. Dessa skikt har en olinjär resistivitet som funktion av det elek- triska fältet och deras funktion är att jämna ut det elektriska fältet. som till exem- I vissa tillämpningar, pel i tillämpningar med högspänningsfördelningar med branta spänningsderivator vid höga frekvenser, skulle det dock vara önskvärt med ett alternativ till glimskydds- skikten. Man får nämligen värmeutveckling i skikten samtidigt som spänningsfördelningen varierar för olika frekvenser.

Således finns det ett behov av en elektrisk maskin med en annan utformning än dagens kända, sä att ovan nämnda problem kan undvikas även i tillämpningar med högspänning med branta spänningsderivator vid höga frek- venser.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att till- handahålla en elektrisk maskin som löser åtminstone ett av de ovan diskuterade problemen. 10 15 20 25 30 35 520 94§;: 4 Ett annat åndamål med föreliggande uppfinning år att tillhandahålla en elektrisk maskin med en högspånnings- lindning vilken tillåter flexibel placering och vilken tillåter inkoppling av en elektrisk högspånningskabel utan att det uppstår höga elektriska fält vid högspån- ningskabeln då en elektrisk högspänning läggs på den elektriska maskinen.

Ett annat åndamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en användning av en elektrisk maskin enligt uppfinningen. Åtminstone ett av dessa åndamål uppfylls med en elektrisk maskin och en användning enligt de vidhängande patentkraven.

En elektrisk maskin enligt uppfinningen innefattar en kärna av magnetiskt material, ett första isolerande skikt av ett fast elektriskt isolerande material som omsluter kärnan, en högspänningslindning i form av en elektrisk ledare lindad runt en första del av det första isolerande skiktet, ett fåltutjåmnande organ anordnat runt en andra del av det första isolerande skiktet och ett andra isolerande skikt av ett fast elektriskt iso- lerande material som omsluter högspånningslindningen och det fältutjåmnande organet. Det fältutjämnande organet innefattar åtminstone ett första delorgan i form av en lindning. En elektrisk kabelledare är avsedd att anslutas till högspånningslindningen vid det fåltutjämnande organ- et.

Den elektriska maskinen enligt uppfinningen inne- fattar företrädesvis, förutom ett första delorgan, också ett andra delorgan i form av en lindning.

I fallet att maskinen endast innefattar en lindning är den utformad så att den omsluter både kärnan och kabelledaren när den år ansluten till högspånningslind- ningen.

Genom att ha ett fåltutjåmnande organ i form av lindningar är det möjligt att undvika elektriskt överslag vid anslutning av en kabel till maskinen. 10 15 20 25 30 35 520 94å:: 5 Genom att använda ett fast isolationsmaterial möj- liggörs ett betydligt mindre avstånd mellan högspännings- lindningen och kärnan. Detta möjliggör en betydligt mindre elektrisk maskin än vad som är möjligt med andra typer av isolationsmaterial eller en maskin med betydligt bättre verkningsgrad.

De isolerande skikten utgörs med fördel av polymer- rör. Detta medför att rören kan tillverkas i en löpande process genom extrudering, vilket är en väl utvecklad tillverkningsteknik. Alternativt kan isolationen extru- deras direkt mot kärnan.

Med elektriska maskiner, såsom t ex med transforma- torer vilka har en isolering av den ovan nämnda typen, uppstår det, som ovan nämnts, ibland problem i form av ett högt elektriskt fält vid en anslutning av en elek- trisk ledare. Det fältutjämnande organet i den elektriska maskinen enligt föreliggande uppfinning möjliggör en styrning av det elektriska fältet i anslutningsområdet så att det inte blir för högt varvid elektriskt genombrott undviks. Detta innebär en betydligt säkrare anslutning mellan transformator och kabel så att risken för elek- triskt genomslag minskar kraftigt.

Den elektriska ledaren är företrädesvis lindad runt kärnan i huvudsakligen tangentiell riktning i förhållande till kärnans längdaxel.

Kärnan har företrädesvis huvudsakligen cylindrisk form, och med fördel huvudsakligen cirkulärcylindrisk form. Detta medför att de isolerande skikten företrädes- vis har ett cirkulårt tvärsnitt. Av praktiska skäl kan dock kärnans, och således även de isolerande skiktens, form avvika från den här formen. Kärnan är med fördel uppbyggd av ett flertal plåtar för undvikande av virvel- strömmar i kärnan.

En elektrisk maskin enligt föreliggande uppfinning har företrädesvis det första delorganet lindat så att det är närliggande utsidan på det första isolerande skiktet och det andra delorganet lindat så att det år närliggande 10 l5 20 25 30 35 520 942 ut 6 insidan pà det andra isolerande skiktet. Eftersom de isolerande skikten, företrädesvis har såsom nämnts ovan, cirkulära tvärsnitt sä innebär det att även de bàda del- organen företrädesvis har cirkulära tvärsnitt. Vidare kan det nämnas att eftersom de bäda isolerande skikten är anordnade runt kärnan med ett avstånd fràn varandra, så har också de båda delorganen ett inbördes avstånd.

De bäda delorganen har företrädesvis samma potential och de drar var för sig isär det elektriska fältet i axiell ledd.

De första och andra delorganen i en elektrisk maskin enligt föreliggande uppfinning är enligt en utföringsform var för sig anslutna till jord i en ände. Genom att ena änden av delorganen ansluts till jord, knyts potentialen för delorganen till varandra så att potentialen för del- organen är lika vid samma läge i maskinens längdriktning.

Nämnda första och andra delorgan är enligt en annan utföringsform var för sig anslutna till en högspännings- lindning i en ände.

Företrädesvis är delorganen var för sig anslutna till en jordanslutning i en första ände och till en hög- spänningslindning i en andra ände för undvikande av stora spänningsderivator i ändarna.

För att kunna använda den elektriska maskinen mäste en elektrisk kabelledare anslutas till högspänningslind- ningen. Anslutningen av högspänningslindningen till den elektriska ledaren kan göras pà mänga olika sätt. En elektrisk kabelledare som är ansluten till högspännings- lindningen är företrädesvis omsluten av ett tredje iso- lerande skikt av ett elektriskt isolerande material.

Ledaren är delvis anordnad mellan det första och det andra isolerande skiktet, alltså företrädesvis mellan nämnda första och andra delorgan.

När den elektriska maskinen enligt föreliggande upp- finning är inkopplad till en växelspänning, finns det ett magnetiskt flöde i kärnan. Det magnetiska flödet kan an- vändas i samband med ett induktivt fältutjämnande organ 10 15 20 25 30 35 520 942: :Ir 7 för att styra det elektriska fältet. Dä utnyttjas det faktum att det induceras en spänning över en slinga som befinner sig i ett magnetiskt fält.

Det fältutjämnande organet är företrädesvis integre- rat med den elektriska maskinen.

Enligt en utföringsform kan det fältutjämnande organet istället för att vara integrerat med den elek- triska maskinen, utgöra en enhet med kabeln, vilken enhet skjuts in i transformatorn vid kabelanslutning.

För bästa möjliga induktiva styrning av det elek- triska fältet är antalet lindningsvarv för nämnda första och andra delorgan företrädesvis lika.

Vidare är antalet lindningsvarv för nämnda första och andra delorgan enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning valda sä att den inducerade spän- ningen över vartdera delorganet blir den samma som över högspänningslindningen. Detta innebär att antalet lind- ningsvarv för högspänningslindningen är det samma som för de bàda delorganen. Eftersom det magnetiska flödet i kärnan är gemensamt för de båda delorganen kommer varje varv i dessa att ha samma varvspänning. Detta resulterar i en väsentligen linjärt avtagande spänningsfördelning i anslutningsomràdet samtidigt som man undviker resistiva effektförluster pä grund av en nettoström i delorganen.

Delorganen innefattar företrädesvis var sin lackad träd. Detta gör att man kan använda vanlig elektrisk träd i delorganen.

Ett alternativ till den föredragna utföringsformen ovan, i vilken det fältutjämnande organet är induktivt, är att använda ett kapacitivt fältutjämnande organ.

I fallet med det kapacitiva fältutjämnande organet innefattar nämnda första och andra delorgan företrädesvis var sitt band som lindas i överlappande varv sä att en kapacitiv koppling bildas mellan varje varv. Det elektri- ska fältet kan dä styras genom att spänningen fördelas över varven sä att den minskar då avståndet fràn högspän- ningslindningen ökar. 10 l5 20 25 30 35 520 942i" 8 I ett kapacitivt fältutjåmnande organ enligt före- liggande uppfinning kan banden lindas på olika sätt för uppnående av olika stigningar för olika delar av del- organen. Banden lindas företrädesvis så att en väsent- ligen linjär spänningsfördelning över delorganens längd erhålles, vilket är det samma som att spänningen över varje varv är lika stor.

För att det fältutjämnande organet ska kunna fungera kapacitivt används företrädesvis band innefattande en isolerande film och en halvledande film. Enligt en före- dragen utföringsform är den isolerande filmen anordnad ovanpå den halvledande filmen. När ett band med den konstruktionen lindas i överlappande varv erhålles en lindning bestående av halvledande områden separerade av isolerande områden.

En kapacitiv lindning enligt ovan kommer emellertid även att fungera som en spole. För undvikande av resis- tiva förluster måste antalet lindningsvarv i delorganen därför anpassas till antalet lindningsvarv i högspän- ningslindningen på samma sätt som i fallet med det induk- tiva fältutjåmnande organet. Antalet lindningsvarv i hög- spänningslindningen är emellertid stort. Av den anled- ningen blir delorganen i det kapacitiva fältutjämnande organet så pass utrymmeskrävande att det blir praktiskt orealiserbart, varför det induktiva fåltutjämnande organ- et är att föredra framför detta kapacitiva.

Ett alternativ till bandet enligt ovan är ett band innefattande en metalliserad film med regelbundna avbrott i metalliseringen i en längdriktning för filmen. Med ett band enligt denna utföringsform uppstår inga resistiva förluster, varför en sådan metalliserad film är att före- dra framför en isolerande film ovanpå en halvledande film.

Vid tillverkning av den elektriska maskinen är det svårt att undvika luftfickor mellan vart och ett av de isolerande skikten och högspänningslindningen. Om det finns luftfickor kommer det att uppstå glimning vilket 10 15 20 25 30 35 520 942š“§ 9 med tiden kan bryta ned det isolerande skiktet. Det här är ett problem i första hand vid spänningar över 1-2 kV och i synnerhet vid spänningar över 10 kV. Ett sätt att undvika problemet är att i de isolerande skikten använda sig av ett material som står emot glimning. Emellertid är det svårt att hitta material som är motstàndskraftiga mot glimning och samtidigt har hög elektrisk hällfasthet.

För att man ska kunna dra största möjliga nytta av att man använder ett fast isolationsmaterial även vid höga spänningar är det därför fördelaktigt att den elek- triska maskinen även innefattar ett första halvledande skikt som är i kontakt med och omslutes av det första isolerande skiktet, ett andra halvledande skikt anordnat mellan det första isolerande skiktet och högspännings- lindningen i kontakt med både det första isolerande skiktet och högspänningslindningen, ett tredje halv- ledande skikt anordnat mellan det andra isolerande skikt- et och högspänningslindningen i kontakt med både det andra isolerande skiktet och högspänningslindningen, och ett fjärde halvledande skikt som är i kontakt med, och omsluter, det andra isolerande skiktet.

För bästa möjliga funktion är det viktigt att de halvledande skikten är i kontakt med respektive isoler- ande skikt.

När en elektrisk maskin enligt föreliggande upp- finning ansluts till en spänningskälla som avger en spänning med branta spänningsderivator, blir spännings- fördelningen över högspänningslindningen starkt olinjär.

Orsaken till detta är att de varv av högspänningslind- ningen som är närmast spänningsanslutningen får uppta en mycket stor del av den totala spänningen. Av denna anled- ning är den elektriska maskinen enligt föreliggande upp- finning företrädesvis försedd med ett flödesskärmorgan, vilket har till uppgift att styra det magnetiska lödet i kärnan.

Flödesskärmorganet omsluter kärnan och är företrä- desvis anordnat mellan kärnan och det första isolerande 10 l5 20 25 30 35 520 942.' 10 skiktet, företrädesvis mellan kärnan och det första halv- ledande skiktet.

Flödesskärmorganet innefattar företrädesvis ett rör av ett elektriskt ledande ickemagnetiskt material, vilket rör är anordnat innanför det första isolerande skiktet och vilket omsluter och är i kontakt med eller är när- liggande kärnan. När den elektriska maskinen belastas med en spänning rör sig en ström genom högspänningslindningen och det finns ett magnetiskt flöde i kärnan. Det bildas inducerade strömmar i röret, vilka strömmar hindrar det magnetiska flödet från att läcka ut ur kärnan och tvingar det att följa den del av kärnan som är omsluten av röret.

Detta resulterar i en väsentligen linjär spänningsfördel- ning över kärnan.

Röret som omsluter kärnan har företrädesvis en slits längs rörets hela längd för att den elektriska maskinen inte ska kortslutas.

Ovan nämnda rör är företrädesvis av aluminium efter- som aluminium har ovanstående nödvändiga egenskaper och dessutom är lätt och formbart. Emellertid skulle röret kunna vara av någon annan ickemagnetisk metall såsom koppar.

Företrädesvis är en slitsisolerande film av ett elektriskt isolerande material anordnad i den ovan be- skrivna slitsen i röret, för att säkerställa att det inte kan uppstå elektrisk kontakt mellan rörets längsgående slitsade kanter om slitsen trycks ihop. Materialet är exempelvis någon elektriskt isolerande plast. Vidare är företrädesvis en metallfolie av en ickemagnetisk metall anordnad över nämnda slits och slitsisolerande film för att förhindra ett lokalt flödesläckage vid slitsen.

Metallfolien är i kontakt med röret på en av slitsens sidor.

Med fördel är met llfolien åtminstone lika tjock som inträngningsdjupet vid den aktuella frekvensen.

Det är fördelaktigt att överlappet är så stort att läckage vid slitsen minimeras. 10 15 20 25 30 35 520 942 ll Enligt en fördelaktig utföringsform omsluter metall- foliens mellan 10% och 25% av den elektriska maskinens omkrets.

Ur läckagesynpunkt är vinsten liten med att läta metallfolien omsluta mer än 25% av den elektriska maskin- ens omkrets.

Med fördel kan en elektrisk maskin med tre parall- ella kärnor och lindningar enligt uppfinningen användas för transformering av trefas högspänning till nätspän- ning.

En elektrisk maskin enligt uppfinningen används enligt en utföringsform arbetande mot fyrkantsspänning som i tillämpningar med högspänd likström.

En elektrisk maskin enligt uppfinningen är enligt en annan utföringsform en reaktor.

Ovanstående särdrag kan givetvis kombineras i samma utföringsform.

För att ytterligare belysa uppfinningen kommer i det följande detaljerade utföringsformer av uppfinningen att beskrivas, utan att emellertid uppfinningen ska anses begränsad härtill.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar en elektrisk maskin med tre samman- kopplade kärnor enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 2 är en tvärsnittsvy vid A av en del av den elektriska maskinen enligt den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning i figur 1.

Figur 3 är en tvärsnittsvy vid B i figur 2.

Figur 4 visar anslutningen av en kabel till en elek- trisk maskin enligt den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning.

Figur 5 är en motsvarande figur 3 för en alternativ utföringsform av föreliggande uppf'nning.

Figur 6 är en förstoring av en detalj i figur 5. 10 15 20 25 30 35 520 942 12 Figur 7 illustrerar hur en flödesskärm enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning fungerar.

Figur 8 visar flödesskärmen enligt den föredragna utföringsformen.

Figur 9 visar anslutningen av en kabel till en elektrisk maskin enligt en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning då det fältutjämnande organet endast innefattar ett delorgan.

Figur 10 visar anslutningen av en kabel till en elektrisk maskin enligt en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 11 visar en utföringsform av föreliggande uppfinning varvid det fältutjämnande organet utgör en enhet med kabeln.

Beskrivning av föredragna utföringsformer I fig 1 visas en elektrisk maskin enligt en före- dragen utföringsform av föreliggande uppfinning i form av en trefastransformator 1 som består av tre enfastrans- formatorer 2, 3, 4. Enfastransformatorernas kärnor 5 är sammankopplade med ok 6, 7 i båda ändarna. Högspännings~ kablar 9 är anslutna till högspänningslindningar i enfas- transformatorerna och lågspänningskablar 8 är anslutna till lågspänningslindningar i enfastransformatorerna.

Transformatorn i figur 1 är betydligt mera långsträckt än traditionella transformatorer och kan därför placeras i långsmala utrymmen såsom kabelgravar och dylikt.

I figur 2 visas ett tvärsnitt av en av enfastrans- formatorerna 2, 3, 4 vid A i figur 1. I figur 3 visas ett tvärsnitt av samma enhetstransformator vid B i figur 2.

Transformatorn är en högspänningstransformator som arbe- tar mot fyrkantsspänning. Enfastransformatorn innefattar en järnkärna 10 vilken är uppbyggd av ett flertal plåtar ll som sträcker sig i järnkärnans längdriktning vinkel~ rätt mot figurens plan. För åskådlighetens skull visas endast en plåt 11 i figur 2. Järnkärnan 10 är omsluten av en flödesskärm i form av ett aluminiumrör 12, vilken 10 15 20 25 30 35 520 942 13 flödesskärm har till funktion att styra det magnetiska flödet i kärnan. Ett första halvledande skikt 13 omger aluminiumröret 12. Skiktet 13 är i sin tur omslutet av ett första isolerande skikt 14 av en polymer. En första del 16 av det första isolerade skiktet 14 omges av ett andra halvledande skikt 15 och runt detta är en högspän- ningslindning 17 i form av en elektrisk ledare lindad.

Högspänningslindningen 17 utgörs företrädesvis av lackad koppartràd. Runt en andra del 18 av det första isolerande skiktet 14 är ett fältutjämnande organ 19 anordnat. Det fältutjämnande organets 19 funktion är att styra det elektriska fältet i transformatorns ändavslutning, d v s det omràde där en extern anslutningskabel ska anslutas, vilket omràde saknar högspänningslindning. Högspännings- lindningen 17 är belagd med ett tredje halvledande skikt 21. Det fältutjämnande organet 19 och det tredje halv- ledande skiktet 21 är i sin tur omslutna av ett andra isolerande skikt 20 av en polymer, vilket skikt är belagt med ett fjärde halvledande skikt 22 på sin utsida. I denna utföringsform har det andra isoleringsskiktet 20 fasats ner i omradet för transformatorns ändavslutning 18 sà att tjockleken på det andra isolerande skiktet avtar med avståndet från högspänningslindningen, vilket under- lättar anslutningen av en extern anslutningskabel. Det finns dock flera andra möjliga utformningar pä det andra isoleringsskiktet. Enligt en utföringsform är det jämn- tjockt, varvid det töjs ut vid anslutningen av kabeln.

Utanför det fjärde halvledande skiktet 22 finns det an- ordnat en làgspänningslindning 23 och ytterligare ett isoleringsskikt 24.

Funktionen för de halvledande skikten 13, 15, 21, 22 är att utjämna det elektriska fältet. De halvledande skikten är anordnade som integrerade delar av det första isolerande skiktet respektive det andra isolerande skikt- et. De har en ytresistans i intervallet 105-108 Q. Där- igenom fär man en lagom stor ledningsförmàga för att 10 15 20 25 30 35 520 942 14 jämna ut det elektriska fältet samtidigt som man inte fär alltför stora förluster.

Polymeren i de isolerande skikten är exempelvis silikongummi. De isolerande skikten är anpassade till den spänning som transformatorn är avsedd för och är i det här fallet ungefär 10 mm tjocka då transformatorn är avsedd för 50 kV. De halvledande skikten bestàr av samma sorts polymer som de isolerande skikten, vilken polymer har blivit halvledande genom att sotpartiklar har blan- dats i.

I utföringsformen i figur 3 är ändavslutningen induktiv. Det fältutjämnande organet 19 utgörs av tvâ stycken delorgan i form av tunna lackerade trädar 25, 26 som bildar lindningar 27, 28 runt kärnan. Lindningarna 27 och 28 är lindade i samma antal varv runt kärnan. Den ena träden 25 är lindad sä att den resulterande lindningen 27 är närliggande utsidan pä det första isolerande skiktet 14. Den andra träden 26 är lindad sä att den resulterande lindningen 28 är närliggande insidan på det andra isoler- ande skiktet 20. Enligt en föredragen utföringsform är lindningarna 27, 28 ingjutna i silikon sä att de var för sig bildar ett rörformigt organ. Dessa organ är företrä- desvis inskjutna runt kärnan sä att de kommer i kontakt med utsidan pà det första isolerande skiktet respektive insidan pà det andra isolerande skiktet. De bàda lind- ningarna 27, 28 har samma potential och drar var för sig isär det elektriska fältet i axiell ledd.

Eftersom det andra isolerande skiktet är nedfasat, varierar avståndet mellan de bàda lindningarna med av- ständet frän högspänningslindningen. Detta betyder att det finns ett utrymme 29 mellan de bàda lindningarna vil- ket är som störst där tjockleken pä det andra isolerande skiktet är som minst. Efter anslutningen av en kabel till transformatorn, d v s efter att en kabel har skjutits in mellan det första och det andra isolerande skiktet, gjuts utrymmet 29 igen runt kabeln för undvikande av överslag.

En ände 25a, 26a pà var och en av de lackerade trädarna 10 15 20 25 30 35 520 942 15 25 respektive 26 är ansluten till jord och den andra änden 25b, 26b till högspänningslindningen 17. Enligt en utföringsform kan det fältutjämnande organet, eventuellt i form av de ovan beskrivna rörformiga organen, istället för att vara integrerat med transformatorn, utgöra en enhet med kabeln, vilken enhet skjuts in i transformatorn vid kabelanslutning.

Figur 4 visar en anslutningskabel 30 ansluten till transformatorn i figur 2, 3. Anslutningskabeln 30 utgörs av en elektrisk kabelledare 31 som är omsluten av ett tredje isolerande skikt 32. Ledaren 31 är ansluten till transformatorns högspänningslindning 17 och anordnad mellan det första och det andra isolerande skiktet 14 respektive 20. Anslutningskabeln 30 har ett cirkulärt tvärsnitt. Dess isolerande skikt 32 är företrädesvis nedfasat sä att anslutningskabeln 30 har en konisk form i den ände som ska anslutas till transformatorn så att den lätt kan skjutas in i utrymmet 29 mellan transforma- torns första och andra isolerande skikt 14 och 20, d v s mellan lindningarna 27 och 28.

När en anslutningskabel ska anslutas till en känd transformator finns ofta problem i form av det höga elek- triska fältet som uppstår i området där transformatorns isolering möter anslutningskabelns isolering. Funktionen för det fältutjämnande organet är att motverka detta problem genom att styra det elektriska fältet.

När transformatorn i figur 4 päförs en spänning gär det en ström genom högspänningslindningen. Detta ger upp- hov till ett magnetiskt flöde i kärnan och till en indu- cerad spänning över lindningarna 27 och 28. I det fält- utjämnande organet i figur 4 är antalet lindningsvarv, d V s antalet varv träd lindad kring kärnan, samma för de båda lindningarna 27, 28 och högspänningslindningen.

I och med detta blir den inducerade spänningen över var- dera lindningen 27, 28 samma som spänningen över högspän- ningslindningen. Eftersom det magnetiska flödet i kärnan är gemensamt för de bàda lindningarna kommer varje varv i 10 15 20 25 30 35 520 942 16 lindningarna 27 och 28 att ha samma varvspänning. Detta innebär att spänningsfördelningen i området för änd- avslutningen kommer att avta linjärt med avståndet frän högspänningslindningen. Resultatet blir ett làgt elek- triskt fält i utrymmet mellan lindningarna som de glesa fältlinjerna 33 illustrerar.

Figur 5 visar en alternativ utföringsform av före- liggande uppfinning i vilken ändavslutningen är kapaci- tiv. För äskädlighetens skull har flera detaljer uteläm- nats i figuren. Det fältutjämnande organet 34 utgörs i detta fall av tvä stycken band 35, 36 som är lindade i koncentriska, överlappande varv sä att en kapacitiv kopp- ling bildas mellan varje varv och lindningar 37 respek- tive 38 bildas runt kärnan. Precis som i ovanstående fall är det ena bandet 35 lindat sä att den resulterande lind- ningen 37 är närliggande utsidan pä det första isolerande skiktet 14. Det andra bandet 36 är lindat sä att den re- sulterande lindningen 38 är närliggande insidan pä det andra isolerande skiktet 20. Banden är lindade sä tätt att en väsentligen linjär spänningsfördelning över lind- ningarnas längd erhälles, och de är anslutna till jord i en ände och till högspänningslindningen i den andra änden.

Figur 6 är en förstoring av området inom den streck- ade cirkeln 39 i figur 5 enligt en utföringsform av före- liggande uppfinning. I figur 6 visas den resulterande lindningen när ett band 40 har lindats i överlappande varv runt kärnan, vilket band består av en tunn isoler- ande film 41 som är anordnad ovanpä en halvledande film 42. Resistansen för den halvledande filmen 42 väljs sä läg att de kapacitiva förskjutningsströmmarna inte bidrar nämnvärt till värmeutvecklingen i de isolerande skikten.

Resistansen väljs samtidigt sä hög att varvspänningen inte utvecklar för mycket värme. Ytresistans för den halvledande filmen är säledes företrädesvis större än lOQ och mindre än lOOOQ. Alternativt kan bandet bestä av en metalliserad film, t ex en film belagd med aluminium lO 15 20 25 30 35 520 942 17 eller zink, vilken film är försedd med regelbundna av- brott i beläggningen i längdriktningen, sä kallad seg- menterad metallisering. Med denna sista utföringsform undviks alla förluster, såsom läckström, som finns i samband med bandet i figur 6.

I figur 7a illustreras funktionen för flödesskärmen 12 i de föregående figurerna enligt en föredragen utför- ingsform av föreliggande uppfinning. I figur 7b visas resultatet utan flödesskärmen. För att tydliggöra funk- tionen har figurerna förenklats pà sä sätt att en del detaljer, t ex de halvledande skikten och det fältutjämn- ande organet, har utelämnats. I figurerna finns en kärna 43 som i figur 7a är omgiven av en omagnetisk flödesskärm i form av ett aluminiumrör 44, vilket rör saknas i figur 7b. Istället innesluter ett första isolerande skikt 45' kärnan i figur 7b. Ett första isolerande skikt 45 inne- sluter aluminiumröret och kärnan i figur 7a. En högspän- ningslindning 46 och därefter ett andra isolerande skikt 47 är sedan anordnade runt de första isolerande skikten 45 och 45' i figur 7a respektive 7b. Fältlinjerna 48 och 48' illustrerar den magnetiska flödesfördelningen i kär- nan med, flödesskärmen 44 när transfor- respektive utan, matorn ansluts till en spänningskälla som avger en spän- ning med branta spänningsderivator, t ex en fyrkantsvàg.

De branta spänningsderivatorna gör att spänningsfördel- ningen över högspänningslindningen 46 blir starkt olinjär dä de varv av högspänningslindningen som är närmast spän- ningsanslutningen får uppta en mycket stor del av den totala spänningen. När transformatorn belastas med en fyrkantspuls börjar en ström 49 att röra sig genom hög- spänningslindningen. Detta ger upphov till ett magnetiskt flöde i kärnan, vilket flöde vill läcka ut ur kärnan.

I figur 7b illustreras hur ett magnetiskt delflöde 50 läcker ut ur kärnan vid 51. I figur 7a illustreras hur 48) istället följer hela kärnan. Flödesskärmen 44 styr således det det magnetiska flödet (visat med fältlinjer magnetiska flödet genom att hindra det från att läcka ut 10 15 20 25 30 35 520 942 18 ur kärnan. Strömmen som rör sig genom högspänningslind~ ningen ger nämligen upphov till en inducerad ström i aluminiumröret, vilken fördelar sig sä att flödet inte kan läcka ut ur kärnan. Eftersom det magnetiska flödet inte kan gå igenom den omagnetiska flödesskärmen av aluminium blir flödet i kärnan lika stort överallt.

Figur 8 visar flödesskärmen enligt den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning för sig själv.

Figur 8a är en perspektivvy över flödesskärmen i form av aluminiumröret 52. Röret 52 är försett med en slits 53 för att en transformator enligt ovan inte ska kortslutas, vilken slits är parallell med centrumaxeln för röret.

Figur 8b visar röret 52 med slitsen 53 i tvärsnitt.

Figuren visar att slitsen i den föredragna utförings- formen av föreliggande uppfinning inte gàr rakt igenom rörets vägg. Slitsen är istället tvärgàende för att de längsgående parallella slitsade rörkanterna ska ligga omlott. Figur 8c visar en förstoring av den del av figur 8b som visar slitsen och området kring denna. En slits- isolerande film 54 är anordnad i slitsen för att säker- ställa att de parallella rörkanterna inte kommer i kon- takt med varandra. Vidare är en aluminiumfolie 55 anord- nad sä att den täcker slitsen 53 och den slitsisolerande filmen 54 för att på så sätt lokalt minimera flödes- läckaget vid slitsen. Aluminiumfolien 55 är ansluten till en av de parallella rörkanterna 56 i slitsen. Enligt en utföringsform av uppfinningen är metallfolien ätminstone lika tjock som inträngningsdjupet vid den frekvens som den elektriska maskinen är konstruerad för. Enligt en utföringsform omsluter metallfolien mellan 10% och 25% av den elektriska maskinens omkrets.

Fig 9 och fig 10 visar schematiskt en elektrisk maskin enligt en utföringsform av uppfinningen med endast ett fälcutjämnande organ i form av lackad träd 56 lindad runt såväl kärnan 57 som kabeln bestående av en ledare 58 och en isolering 59. I fig 9 visas snittet betecknat B-B i fig 10. I fig 10 visas snittet betecknat A-A i fig 9. 10 15 20 25 30 520 942 19 På båda sidor om högspänningslindningen 60 är det an- ordnat isolerande skikt 6l. Det fältutjämnande organet löper två varv runt kabeln för varje varv det löper runt kärnan.

Figur ll visar en utföringsform av föreliggande upp- finning varvid det fältutjämnande organet 62 i form av en lindning utgör en enhet 63 tillsammans med kabeln 64.

Kabeln är instucken i en isolerande hylsa 65 i vilken det fältutjämnande organet är integrerat i form av en lind- ning 62. Ãnden 66 av tråden som utgör lindningen 62 är frilagd i den av hylsans ändar som är avsedd att vara i kontakt med högspänningslindningen. Detta medför att det fältutjämnande organet kan komma i kontakt med högspän- ningslindningen.

De ovan beskrivna utföringsformerna ska endast ses som exempel. En fackman inom området inser att ovanstå- ende utföringsformer kan varieras på ett antal sätt utan att frångà uppfinningstanken. Exempelvis behöver inte sotpartiklar användas i de halvledande skikten. Alterna- tivt kan istället andra ämnen såsom metalloxider använ- das.

Givetvis behöver inte slitsen i röret vara tvär- gående utan den kan gå rakt genom rörväggen.

Flödesskärmen behöver inte vara av aluminium utan den kan vara av något annat omagnetiskt material såsom koppar.

Om något annan material än aluminium används i en flödesskàrm i form av nämnda rör, används med fördel en folie av detta andra material för att sluta röret.

Claims (30)

10 15 20 25 30 35 520 942 20 PATENTKRAV

1. Elektrisk maskin innefattande en kärna (10) av (14) av ett fast elektriskt isolerande material som omsluter magnetiskt material, ett första isolerande skikt kärnan, en högspänningslindning (17) i form av en (16) ett fältutjämnande organ (19) (18) skiktet och ett andra isolerande skikt elektrisk ledare lindad runt en första del av det första isolerande skiktet, anordnat runt en andra del av det första isolerande (20) elektriskt isolerande material som omsluter högspännings- av ett fast lindningen och det fältutjämnande organet, varvid det fältutjämnande organet innefattar åtminstone ett första delorgan i form av en lindning (27, 28, 37, 38), varvid (31) högspänningslindningen vid det fältutjämnande organet. en elektrisk kabelledare är avsedd att anslutas till

2. Elektrisk maskin enligt krav 1, varvid det fält- (19) andra delorgan i form av lindningar (27, 28, 37, 38). utjämnande organet innefattar ett första och ett

3. Elektrisk maskin enligt krav 2, varvid det första delorganet är lindat så att det är närliggande utsidan på det första isolerande skiktet (14), och varvid det andra delorganet är lindat så att det är närliggande insidan på det andra isolerande skiktet (20).

4. Elektrisk maskin enligt något av krav 2 eller 3, varvid nämnda första och andra delorgan var för sig är anslutna till en jordanslutning i en ände.

5. Elektrisk maskin enligt krav 2 eller 3, varvid nämnda första och andra delorgan var för sig är anslutna till högspänningslindningen i en ände.

6. Elektrisk maskin enligt krav 2 eller 3, varvid nämnda första och andra delorgan var för sig är anslutna till en jordanslutning i en första ände och till högspån- ningslindningen i en andra ände.

7. Elektrisk maskin enligt något av ovanstående krav, vilken även innefattar en elektrisk kabelledare 10 15 20 25 30 35 520 942 21 (31) som är omsluten av ett tredje isolerande skikt (32) av ett elektriskt isolerande material, vilken kabelledare är ansluten till högspänningslindningen (17) och delvis anordnad mellan det första och det andra isolerande skikcet (14, 20).

8. Elektrisk maskin enligt krav 1, varvid det fält- (19)

9. Elektrisk maskin enligt nägot av krav 2-7, varvid utjämnande organet är induktivt. det fältutjämnande organet (19) är induktivt.

10. Elek- trisk maskin enligt krav 9, varvid antalet lindningsvarv för nämnda första och andra delorgan är lika.

11. Elektrisk maskin enligt krav 9 eller 10, varvid antalet lindningsvarv för nämnda första och andra del- organ är valda sä att den inducerade spänningen över vart och ett av delorganen blir den samma som över högspän- ningslindningen (17) när en växelspänning läggs pà hög- spänningslindningen.

12. Elektrisk maskin enligt krav 2-7 eller 9-11, varvid nämnda första och andra delorgan innefattar var sin lackad träd (25, 26).

13. Elektrisk maskin enligt krav 1, varvid det fält- utjämnande organet (34) är kapacitivt.

14. Elektrisk maskin enligt krav 2-7, varvid det (34) maskin enligt krav 14, varvid nämnda första och andra fältutjämnande organet är kapacitivt.

15. Elektrisk delorgan innefattar var sitt band (35, 36) som lindas i överlappande varv sä att en kapacitiv koppling bildas mellan varje varv.

16. Elektrisk maskin enligt krav 15, varvid banden (35, 36) lindas sà att en väsentligen linjär spännings- fördelning över delorganens längd erhålles.

17. Elektrisk maskin enligt något av kraven 15-16, (35, 36) (41) och en halvledande film varvid banden innefattar en isolerade film (42).

18. Elektrisk maskin enligt krav 15-16, varvid band- en (35, 36) innefattar en metalliserad film med regel- 10 15 20 25 30 35 520 942 22 bundna avbrott i metalliseringen i en längdriktning för filmen.

19. Elektrisk maskin enligt något av ovanstående krav, vilket även innefattar ett första halvledande skikt (13) som är i kontakt med och omslutes av det första iso- lerande skiktet (14), ett andra halvledande skikt (15) anordnat mellan det första isolerande skiktet och hög- spänningslindningen (17) i kontakt med både det första isolerande skiktet och högspänningslindningen, ett tredje halvledande skikt (21) ande skiktet (20) och högspänningslindningen i kontakt anordnat mellan det andra isoler- med både det andra isolerande skiktet och högspännings- lindningen, och ett fjärde halvledande skikt (22) som är i kontakt med och omsluter det andra isolerande skiktet.

20. Elektrisk maskin enligt något av ovanstående krav, vilken även innefattar ett flödesskärmorgan (12) för styrning av ett magnetiskt flöde i kärnan (10), vilket flödesskärmorgan omsluter kärnan.

21. Elektrisk maskin enligt krav 20, varvid flödes- (12) (10) och det första isolerande skiktet skärmsorganet är anordnat mellan kärnan (14).

22. Elektrisk maskin enligt krav 21, varvid flödes- skärmsorganet (12) är anordnat mellan kärnan (10) och det första halvledande skiktet (13) 23. ligt krav 20-22, varvid flödesskärmorganet (44) i vilket rör inducerade strömmar bildas, (43) en väsentligen linjär spänningsfördelning erhålls över

23. Elektrisk maskin en- (12) av ett elektriskt ledande ickemagnetiskt innefat- tar ett rör material, vilka hindrar flödet från att läcka ut ur kärnan så att kärnan.

24. Elektrisk maskin enligt krav 23, varvid nämnda (52) (53) (43) för undvikande av kortslutning av den elektriska rör har en slits längs en längdaxel för kärnan maskinen.

25. Elektrisk maskin enligt krav 23-24, varvid nämnda rör (44) är av aluminium. 10 15 520 942 23

26. Elektrisk maskin enligt krav 24, varvid en (54) (55) och slitsisolerande film, varvid aluminiumfolien är i slitsisolerande film är anordnad i nämnda slits (53) och en aluminiumfolie är anordnad över nämnda slits kontakt med röret pà slitsens ena sida.

27. Användning av en elektrisk maskin enligt något av ovanstående krav, som en transformator för transfor- mering av högspänning till nätspänning.

28. Användning av en elektrisk maskin enligt krav l-26, arbetande mot fyrkantsspänning.

29. Användning enligt krav 27, i tillämpningar med högspänd likström.

30. Användning av en elektrisk maskin enligt något av ovanstående krav, i en reaktor för utjämnande av spänning.