DE69728972T2

DE69728972T2 - Transformator/reactor

Info

Publication number: DE69728972T2
Application number: DE69728972T
Authority: DE
Inventors: Mats Leijon
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2017-05-28
Also published as: CN1220026A; AR007342A1; DE69728972D1; NO985581L; AR007337A1; EP0888628B1; NO985583D0; ID18779A; WO1997045907A2; AU2987597A; EP0888662A2; CN1105413C; AU731065B2; US6822363B2; PL330234A1; CZ388198A3; AR007341A1; CO4600757A1; BR9709385A; EA199801072A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Starkstromtransformator/Starkstromreaktor.
Für alle Übertragungen und Verteilungen elektrischer Energie werden Transformatoren verwendet, und ihre Aufgabe besteht darin, den Austausch elektrischer Energie zwischen zwei oder mehr elektrischen Systemen zu ermöglichen. Der Transformator ist ein klassisches elektrisches Gerät, welches sowohl theoretisch als auch praktisch seit mehr als einhundert Jahren existiert. Dies wird deutlich manifestiert durch die deutsche Patentschrift DE 40 414 aus dem Jahre 1885. Transformatoren sind verfügbar in allen Leistungsbereichen von einem VA bis zum 1000 MVA-Bereich. Hinsichtlich des Spannungsbereiches reicht das Spektrum bis zu den höchsten Übertragungsspannungen die heutzutage verwendet werden.
Ein Transformator gehört zu einer elektrischen Produktgruppe, die, soweit es um die grundlegende Funktionsweise geht, relativ leicht zu verstehen ist. Für die Energieübertragung zwischen elektrischen Systemen wird die elektromagnetische Induktion verwendet. Es gibt eine große Anzahl von Lehrbüchern und Artikeln, die mehr oder weniger theoretisch und praktisch Theorie, Berechnung, Herstellung, Verwendung, Lebensdauer, und so weiter des Transformators beschreiben. Außerdem gibt es eine große Anzahl von Patentdokumenten, die sich auf nachfolgende verbesserte Ausführungsformen der verschiedenen Teile eines Transformators, wie zum Beispiel Wicklungen, Kern, Kessel, Zubehör, Kühlung, und so weiter beziehen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator, der zu den sogenannten Starkstromtransformatoren mit einer Nennleistung im Bereich von einigen hundert kVA bis zu mehr als 1000 MVA und einer Nennspannung von 3–4 kV und bis zu sehr hohen Übertragungsspannungen, 400 kV–800 kV und höher, bezieht.
Das erfinderische Konzept, welches die Grundlage für die vorliegende Erfindung bildet, ist auch anwendbar auf Reaktoren (Drosselspulen). Die folgende Beschreibung des Standes der Technik bezieht sich jedoch hauptsächlich auf Starkstromtransformatoren. Wie bestens bekannt ist, können Reaktoren als einphasige und dreiphasige Reaktoren aufgebaut werden. Hinsichtlich der Isolation und der Kühlung gibt es bei ihnen im Prinzip die gleichen Ausführungsformen wie bei Transformatoren. Daher sind luftisolierte und ölisolierte, selbstgekühlte und ölgekühlte und so weiter Reaktoren verfügbar. Obwohl Reaktoren pro Phase nur eine Wicklung haben und sie sowohl mit als auch ohne Eisenkern gebaut werden können, ist die Beschreibung des Standes der Technik in großem Ausmaße für Reaktoren relevant.
Stand der Technik, die Probleme
Um einen Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß der Erfindung in seinen richtigen Zusammenhang zu bringen und um in der Lage zu sein, ein neues Konzept in Übereinstimmung mit der Erfindung und zusätzlich zu den Vorteilen, welche die Erfindung gegenüber dem Stande der Technik gewährt, zu beschreiben, wird im folgenden zunächst eine relativ vollständige Beschreibung eines Starkstromtransformators gegeben, und zwar sowohl wie er heutzutage gebaut wird, als auch zusätzlich der Begrenzungen und Probleme, die bei der Berechnung, dem Aufbau, der Isolation, der Erdung, der Herstellung, der Verwendung, dem Testen, dem Transport, und so weiter dieser Transformatoren auftreten.
Hinsichtlich des oben Gesagten gibt es umfassende Literatur, die Transformatoren im allgemeinen und insbesondere Starkstromtransformatoren beschreiben. Beispielsweise wird auf folgende Druckschrift Bezug genommen:
The J & P Transformer Book. A Practical Technology of the Power Transformer, von A. C. Franklin und D. P. Franklin, veröffentlicht von Butterworths, 11. Auflage, 1990.
Hinsichtlich der inneren elektrischen Isolation von Wicklungen und so weiter kann das folgende Druckwerk genannt werden:
Transformerboard. Die Verwendung von Transformerboard in Grossleistungstransformatoren von H. P. Moser, veröffentlicht von H. Weidmann AG, CH-8640 Rapperswil.
Aus rein allgemeiner Sicht besteht die primäre Aufgabe eines Starkstromtransformators darin, den Austausch elektrischer Energie zwischen zwei oder mehr elektrischen Systemen mit normalerweise unterschiedlichen Spannungen gleicher Frequenz zu erlauben.
Ein herkömmlicher Starkstromtransformator enthält einen Transformatorkern, im folgenden als Kern bezeichnet, häufig aus lamellierten orientierten Blechen, die gewöhnlich aus Siliciumstahl bestehen. Der Kern enthält eine Anzahl von Kernschenkeln, die über Joche miteinander verbunden sind und mit diesen zusammen ein oder mehrere Kernfenster bilden. Transformatoren mit einem solchen Kern werden oft als Kerntransformatoren bezeichnet. Auf den Kernschenkeln sind eine Anzahl von Wicklungen angebracht, die normalerweise als Primär-, Sekundär- und Steuerwicklungen bezeichnet werden. Soweit es um Starkstromtransformatoren geht, sind diese Wicklungen praktisch immer konzentrisch angeordnet, und längs der Länge der Kernschenkel verteilt. Der Kerntransformator hat gewöhnlich kreisförmige Spulen sowie auch schmaler werdende Kernschenkelabschnitte, um das Fenster so effektiv wie möglich auszufüllen.
Außer dem Kerntransformatortyp gibt es auch den sogenannten Manteltransformatortyp. Dieser hat häufig rechteckige Spulen und einen rechteckigen Kernschenkelabschnitt.
Herkömmliche Starkstromtransformatoren am unteren Ende des oben genannten Leistungsbereiches sind manchmal mit einer Luftkühlung ausgeführt, um die von den inneren Verlusten herrührende Wärme abzuführen. Zum Schutz gegen Berührung und möglicherweise zur Reduzierung des äußeren magnetischen Feldes des Transformators ist dieser häufig mit einem äußeren Gehäuse versehen, welches mit Belüftungsöffnungen ausgestattet ist.
Die meisten herkömmlichen Starkstromtransformatoren sind jedoch ölgekühlt. Einer der Gründe hierfür besteht darin, daß das Öl eine zusätzliche sehr wichtige Funktion als Isoliermittel hat. Ein ölgekühlter und ölisolierter Starkstromtransformator ist daher von einem äußeren Kessel umgeben, an den, wie sich aus der folgenden Beschreibung ergibt, sehr hohe Anforderungen gestellt werden.
Gewöhlich sind Vorrichtungen zur Wasserkühlung des Öls vorgesehen.
Der folgende Teil der Beschreibung bezieht sich zum größten Teil auf ölgefüllte Starkstromtransformatoren.
Die Wicklungen des Transformators bestehen aus einer oder mehreren in Reihe geschalteten Spulen, die aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten Windungen aufgebaut sind. Außerdem sind die Spulen mit einer speziellen Vorrichtung versehen, die eine Umschaltung zwischen den Anzapfungen der Spulen erlauben. Eine solche Vorrichtung kann zum Anzapfen mit Hilfe von Schraubverbindungen oder häufiger mit der Hilfe eines speziellen Schalters ausgebildet sein, der in der Nähe des Kessels betätigbar ist. In dem Falle, daß das Schalten stattfinden kann, wenn der Transformator an Spannung liegt, wird der Umschalter als Stufenlastschalter bezeichnet, während er anderenfalls als spannungsloser Stufenschalter bezeichnet wird.
Was die ölgekühlten und ölisolierten Starkstromtransformatoren im oberen Leistungsbereich anbetrifft, so sind die Stufenlastschalter in speziellen ölgefüllten Behältern untergebracht, die in direkter Verbindung mit dem Transformatorkessel stehen. Die Kontakte werden rein mechanisch über eine motorgetriebene drehende Welle betätigt, und sie sind so angeordnet, daß man eine schnelle Bewegung beim Schalten erhält, wenn der Kontakt offen ist, und eine langsame Bewegung, wenn der Kontakt geschlossen werden soll. Die Stufenlastschalter als solche werden jedoch in dem eigentlichen Transformatorkessel untergebracht. Während des Betriebes entstehen Lichtbögen und Funken. Dies führt zu einem Abbau (Güteverschlechterung) des Öls in den Behältern. Um weniger Lichtbögen und folglich auch weniger Bildung von Ruß und weniger Abrieb an den Kontakten zu erhalten, werden die Stufenlastschalter gewöhnlich auf der Hochspannungsseite des Transformators angeschlossen. Dies ist bedingt durch die Tatsache, daß die Ströme, die unterbrochen beziehungsweise zum Fließen gebracht werden müssen, auf der Hochspannungsseite kleiner sind, als wenn der Stufenlastschalter auf der Niederspannungsseite angeschlossen wäre. Fehlerstatistiken herkömmlicher ölgefüllter Starkstromtransformatoren zeigen, daß es häufig der Stufenlastschalter ist, der für eine Störung verantwortlich ist.
Im unteren Leistungsbereich ölgefüllter und ölisolierter Starkstromtransformatoren werden sowohl die Stufenlastschalter als auch ihre Kontakte im Kessel angeordnet. Dies bedeutet, daß die oben genannten Probleme hinsichtlich des Abbaus des Öls als Folge von Lichtbögen während des Betriebes und so weiter das gesamte Ölsystem betreffen.
Aus der Sicht einer angelegten oder induzierten Spannung kann zum Beispiel gesagt werden, daß eine Spannung, die stationär an der Wicklung liegt, gleichmäßig über alle Windungen der Wicklung verteilt ist, das heißt, daß die Windungsspannung für alle Windungen gleich groß ist.
Aus der Sicht des elektrischen Potentials jedoch ist die Situation völlig verschieden. Ein Ende der Wicklung ist gewöhnlich geerdet. Dies bedeutet jedoch, daß das elektrische Potential jeder Wicklung linear ansteigt von praktisch Null in derjenigen Windung, die am dichtesten am Erdpotential liegt, bis zu einem Potential in denjenigen Windungen, die am anderen Ende der Wicklung liegen, welches Potential der angelegten Spannung entspricht.
Diese Potentialverteilung bestimmt den Aufbau des Isolationssystem, denn es ist notwendig, eine ausreichende Isolation sowohl zwischen benachbarten Windungen der Wicklung als auch zwischen jeder Windung und Erde zu haben.
Die Windungen einer einzelnen Spule werden normalerweise in einer geometrisch zusammenhängenden Einheit zusammengebracht, die räumlich von den anderen Spulen abgegrenzt ist. Der Abstand zwischen den Spulen wird auch bestimmt durch die elektrische Beanspruchung, die zwischen den Spulen zugelassen werden kann. Dies bedeutet daher, daß ein bestimmter gegebener Isolationsabstand auch zwischen den Spulen erforderlich ist. Gemäß dem oben Gesagten sind ausreichende Isolati onsabstände auch zu den anderen elektrisch leitenden Teilen erforderlich, die sich in dem elektrischen Feld des elektrischen Potentials befinden, welches örtlich in den Spulen auftritt.
Aus der obigen Beschreibung wird somit klar, daß für die einzelnen Spulen die innere Spannungsdifferenz zwischen räumlich benachbarten Leiterelementen relativ niedrig ist, während die äußere Spannungsdifferenz in Bezug auf andere metallische Teile, eingeschlossen die anderen Spulen, relativ groß sein kann. Die Spannungsdifferenz wird bestimmt sowohl durch die durch magnetische Induktion induzierte Spannung als auch durch die kapazitiv verteilten Spannungen, die von einem äußeren elektrischen System herrühren können, welches an die äußeren Anschlüsse des Transformators angeschlossen ist. Zu den Spannungen, die von außen eintreten können, gehören außer der Betriebsspannung Blitzüberspannungen und Schaltüberspannungen.
In den Stromleitern der Spulen entstehen zusätzliche Verluste als Folge des magnetischen Streufeldes um den Leiter. Um diese Verluste, insbesondere für Starkstromtransformatoren im oberen Leistungsbereich, so klein wie möglich zu halten, sind die Leiter normalerweise in eine Anzahl von Leiterelementen unterteilt, die häufig als Einzelleiter (strands) bezeichnet werden, die während des Betriebes parallel zueinander geschaltet sind. Diese Einzelleiter müssen gemäß einem solchen Muster transponiert sein, daß die in die einzelnen Einzelleiter induzierten Spannungen möglich alle gleich groß sind, und so, daß die Differenz der induzierten Spannungen zwischen jedem Paar von Einzelleitern so klein wie möglich ist, um intern zirkulierende Stromkomponenten auf einem unter dem Gesichtspunkt der Verluste tragbaren niedrigen Niveau zu halten.
Beim Entwerfen von Transformator gemäß dem Stande der Technik besteht das generelle Ziel darin, eine möglichst große Menge von Leitermaterial in einem durch das sogenannte Transformatorfenster gegebenen begrenzten Raum unterzubringen, was allgemein mit dem Wunsch beschrieben wird, einen möglichst hohen Füllfaktor zu erreichen. Der verfügbare Raum muß zusätzlich zu dem Leitermaterial auch das zu den Spulen gehörende Isolationsmaterial aufnehmen, und zwar zum Teil innen zwischen den Spulen und zum Teil gegenüber metallischen Bauteilen, einschließlich des magnetischen Kerns.
Das Isolationssystem einerseits innerhalb einer Spule/Wicklung und andererseits zwischen Spulen/Wicklungen und anderen metallischen Teilen ist normalerweise ausgebildet als eine auf fester Zellulose oder Lack basierende Isolation unmittelbar am einzelnen Leiterelement und außerhalb davon als feste Zellulose und flüssiger, möglicherweise auch gasförmiger, Isolation. Auf diese Weise bilden Wicklungen mit Isolationen und möglicherweise Stützteilen große Volumina, die hohen elektrischen Feldstärken ausgesetzt sind, die in und um den aktiven elektromagnetischen Teilen des Transformators auftreten. Um die auftretenden elektrischen Beanspruchungen vorherbestimmen zu können und um eine Bemessung mit einer minimalen Gefahr eines Zusammenbruchs zu erreichen, ist eine gute Kenntnis der Eigenschaften des Isoliermaterials erforderlich. Es ist auch wichtig, umgebende Bedingungen zu schaffen, welche die Isolationseigenschaften nicht verändern oder verschlechtern.
Das gegenwärtig vorherrschende Isolationssystem für Hochspannungs-Starkstromtransformatoren enthält Zellulosematerial als feste Isolation und Transformatoröl als flüssige Isolation. Das Transformatoröl basiert auf sogenanntem Mineralöl.
Das Transformatoröl hat eine doppelte Funktion, da es zusätzlich zu der Isolierfunktion aktiv zur Kühlung des Kerns, der Wicklung, und so weiter beiträgt, indem es die Verlust wärme des Transformators abführt. Ölkühlung erfordert eine Ölpumpe, ein äußeres Kühlelement, ein Ausdehnungsgefäß, und so weiter.
Das elektrische Verbindungselement zwischen den äußeren Anschlüssen des Transformators und den unmittelbar angeschlossenen Spulen/Wicklungen wird als Durchführung bezeichnet, die auf eine leitende Verbindung durch die Wand des Kessels abzielt, der im Falle von ölgefüllten Starkstromtransformatoren den eigentlichen Transformator umgibt. Die Durchführung ist häufig ein separates Bauteil, welches an der Kesselwand befestigt ist, und sie ist so ausgeführt, daß sie den Isolationserfordernissen genügt, die sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Kessels gestellt werden, während sie gleichzeitig den auftretenden Stromlasten und den daraus resultierenden Stromkräften standhalten muß.
Es wird darauf hingewiesen, daß die gleichen Anforderungen an das Isolationssystem, wie oben im Hinblick auf die Wicklungen beschrieben wurde, auch gelten für die notwendigen inneren Verbindungen zwischen den Spulen, zwischen Durchführungen und Spulen, für unterschiedliche Arten von Schaltern und für die Durchführungen als solchen.
Alle metallischen Bauteile im Innern eines Starkstromtransformators sind normalerweise an ein gegebenes Erdpotential angeschlossen mit Ausnahme der stromführenden Leiter. Auf diese weise wird die Gefahr unerwünschter und schwierig zu kontrollierender Potentialanstiege als Folge von kapazitiven Spannungsverteilungen zwischen Stromanschlüssen auf hohem Potential und Erde vermieden. Ein solcher unerwünschter Po tentialanstieg kann stille Entladungen, sogenannte Corona, verursachen, die während der normalen Abnahmeprüfungen aufgedeckt werden können, welche teilweise, verglichen mit den Nenndaten, mit erhöhter Spannung und Frequenz durchgeführt werden. Corona-Entladungen können während des Betriebes Schäden verursachen.
Die einzigen Spulen in einem Transformator müssen mechanisch so dimensioniert sein, daß sie allen Beanspruchungen widerstehen können, die als Folge auftretender Ströme entstehen können, sowie den resultierenden Stromkräften während eines Kurzschlusses. Normalerweise sind die Spulen derart aufgebaut, daß die auftretenden Kräfte innerhalb jeder einzelnen Spule aufgenommen werden, was folglich bedeutet, daß die Spule für ihre normale Funktion während des normalen Betriebes nicht optimal dimensioniert werden kann.
In einem engen Spannungs- und Leistungsbereich ölgefüllter Starkstromtransformatoren sind die Wicklungen als sogenannte Bandwicklungen ausgeführt. Dies bedeutet, daß die oben genannten einzelnen Leiter durch dünne Bleche (Bänder) ersetzt sind. Bandgewickelte Starkstromtransformatoren werden für Spannungen bis zu 20–30 kV und für Leistungen von bis zu 20–30 MW hergestellt.
Das Isolationssystem vom Starkstromtransformatoren im oberen Leistungsbereich erfordert, zusätzlich zu einem relativ komplizierten Aufbau, auch spezielle Herstellungsmaßnahmen, um die Eigenschaften des Isolationssystems in der bestmöglichen Weise zu nutzen. Um eine gute Isolation zu erhalten, soll das Isolationssystem einen niedrigen Feuchtigkeitsgehalt haben, die festen Teile der Isolation sollen gut mit dem umgebenden Öl imprägniert sein und die Gefahr von verbleibenden "Gas"-Einschlüssen (Taschen) im festen Teil muß minimal sein. Um dies sicher zu stellen, wird ein spezieller Trock nungs- und Imprägniervorgang an einem vollständigen Kern mit Wicklungen durchgeführt, bevor dieser in einen Kessel eingesetzt wird. Nach diesem Trocknungs- und Imprägniervorgang wird der Transformator in den Kessel herabgelassen, der dann dichtend verschlossen wird. Vor seiner Füllung mit Öl muß der Kessel mit dem darin befindlichen Transformator von aller Luft geleert werden. Dies erfolgt im Zusammenhang mit einer speziellen Vakuumbehandlung. Nachdem dies durchgeführt worden ist, wird der Kessel mit Öl gefüllt.
Um die zugesagte Lebensdauer und so weiter zu erhalten, ist während der Vakuumbehandlung ein fast absolutes Vakuum erforderlich. Dies setzt daher voraus, daß der Kessel, welcher den Transformator umgibt, für volles Vakuum ausgeführt ist, was einen bedeutenden Verbrauch an Material und Herstellungszeit zur Folge hat.
Wenn in einem ölgefüllten Transformator elektrische Entladungen auftreten oder wenn ein lokaler beträchtlicher Anstieg der Temperatur in einem Teil des Transformators stattfindet, zerfällt das Öl und gasförmige Produkte werden im Öl gelöst. Die Transformatoren sind daher gewöhnlich mit Überwachungsvorrichtungen zur Feststellung von im Öl gelöstem Gas ausgerüstet.
Aus Gewichtsgründen werden große Starkstromtransformatoren ohne Öl transportiert. Die Installation des Transformators am Aufstellungsort beim Kunden verlangt folglich eine erneute Vakuumbehandlung. Außerdem ist dies ein Prozess, der jedesmal wiederholt werden muss, wenn der Kessel für Reparaturarbeiten oder zur Inspektion geöffnet werden muß.
Es ist offensichtlich, daß diese Prozesse sehr zeitraubend und kostspielig sind und einen bedeutenden Teil der gesamten Herstellungszeit und Reparaturarbeiten erfordern, während gleichzeitig Zugang zu extensiven Resourcen verlangt wird.
Das Isolationsmaterial in herkömmlichen Starkstromtransformatoren stellt einen großen Teil des Gesamtvolumens des Transformators dar. Für einen Starkstromtransformator im oberen Leistungsbereich sind Ölmengen in der Größenordnung von mehreren 10 Kubikmetern Transformatorenöl nicht ungewöhnlich. Das Öl, welches eine gewisse Ähnlichkeit mit Dieselöl zeigt, ist dünnflüssig und hat einen relativ niedrigen Zündpunkt. Es ist somit offensichtlich, daß Öl zusammen mit Zellulose im Falle von unbeabsichtigter Aufheizung, beispielsweise bei einem inneren Überschlag und einem resultierenden Ölaustritt, eine nicht zu vernachlässigende Brandgefahr darstellt.
Es ist auch offensichtlich, insbesondere bei ölgefüllten Starkstromtransformatoren, daß es ein sehr großes Transportproblem gibt. Ein solcher Starkstromtransformator im oberen Leistungsbereich kann ein Gesamtölvolumen von mehreren Dekaden von Kubikmetern haben und kann ein Gewicht von bis zu mehreren hundert Tonnen haben. Es ist bekannt, daß der äußere Aufbau des Transformators manchmal an ein geltendes Transportprofil angepaßt werden muß, das heißt an die Durchlaßabmessungen von Brücken, Tunneln, und so weiter.
Es folgt eine kurze Zusammenfassung des Standes der Technik im Hinblick auf ölgefüllte Starkstromtransformatoren, wobei sowohl ihre Grenzen und Problembereiche beschrieben werden:
Ein ölgefüllter herkömmlicher Starkstromtransformator

– enthält einen äußeren Kessel zur Aufnahme eines Transformators, zu dem ein Transformatorkern mit Spulen, Öl zur Isolation und zur Kühlung, mechanische Befestigungsvor richtungen unterschiedlicher Art, und so weiter gehören. Sehr große mechanische Anforderungen werden an den Kessel gestellt, da er, ohne Öl aber mit einem Transformator, für eine Vakuumbehandlung auf praktisch absolutes Vakuum geeignet sein soll. Der Kessel erfordert sehr extensive Herstellungs- und Prüfungsprozesse, und die großen äußeren Abmessungen des Kessels haben normalerweise auch beträchtliche Transportprobleme zur Folge;
– enthält normalerweise eine sogenannte Druckölkühlung. Dieses Kühlverfahren erfordert die Bereitstellung einer Ölpumpe eines äußeren Kühlelementes eines Ausdehnungsgefäßes und einer Ausdehnungskupplung, und so weiter;
– enthält eine elektrische Verbindung zwischen den äußeren Anschlüssen des Transformators und den unmittelbar angeschlossenen Spulen/Wicklungen in Gestalt einer Durchführung, die an der Kesselwand befestigt ist. Die Durchführung ist so ausgeführt, daß sie den Isolationsanforderungen genügt, die sowohl das Äußere als auch das Innere des Kessels betreffen;
– enthält Spulen/Wicklungen, deren Leiter unterteilt sind in eine Anzahl von Leiterelementen, Einzelleitern, die derart transponiert werden müssen, daß die in die Einzelleiter induzierten Spannungen alle möglichst gleich groß sind und zwar so, daß die Differenz der induzierten Spannung zwischen jedem Einzelleiterpaar so klein wie möglich ist;
– enthält ein Isolationssystem, zum Teil innerhalb einer Spule/Wicklung und zum Teil zwischen Spulen/Wicklungen und anderen Metallteilen, welches als eine auf fester Zellulose oder auf Lack basierende Isolation unmittelbar am individuellen Leiterelement ausgebildet ist, und welches außerhalb davon als eine feste Zelluloseisolation und eine Flüssigkeitsisolation, möglicherweise auch eine gasförmige Isolation, ausgebildet ist. Außerdem ist es extrem wichtig, daß das Isolationssystem einen sehr niedrigen Feuchtigkeitsgehalt hat;
– enthält als einen integralen Bestandteil einen Stufenlastschalter, der von Öl umgeben ist und normalerweise zur Spannungssteuerung an die Hochspannungswicklung des Transformators angeschlossen ist;
– enthält Öl, welches eine nicht zu vernächlässigende Brandgefahr im Zusammenhang mit inneren Teilentladungen, sogenannten Corona-Entladungen, mit Funkenbildung an Stufenlastschaltern und mit anderen Fehlersituationen darstellt;
– enthält normalerweise eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung von im Öl gelöstem Gas, welches im Falle von im Öl stattfindenden Entladungen oder im Falle von örtlichen Anstiegen der Temperatur entsteht;
– enthält Öl, welches im Falle von Schäden oder Unfällen zu einem Ölaustritt führen kann mit der Folge umfangreicher Schäden in der Umwelt.

Zusammenfassung der Erfindung, Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transformatorkonzept für denjenigen Leistungsbereich zu entwickeln, der bei der Beschreibung des Standes der Technik beschrieben wurde, das heißt für sogenannte Starkstromtransformatoren mit einer Nennleistung im Bereich von einigen hundert kVA bis über 1000 MVA und mit einer Nennspannung im Bereich von 3–4 kV bis zu sehr hohen Übertragungsspannungen, wie zum Beispiel 400 kV bis 800 kV oder höher, welches Transformatorkonzept nicht die Nachteile, Probleme und Begrenzungen aufweist, die im Zusammenhang mit den bekannten ölgefüllten Starkstromtransformatoren auftreten, die aus der oben genannten Beschreibung des Standes der Technik ersichtlich sind. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1, 24 und 25 beansprucht wird, beruht auf der Erkenntnis, daß durch Ausführung der Wicklung oder der Wicklungen in dem Transformator/Reaktor in der Weise, daß sie eine feste Isolation enthält/enthalten, die von einer äußeren und einer inneren potential-ausgleichenden halbleitenden Schicht umgeben ist, wobei innerhalb der inneren Schicht der elektrische Leiter liegt, eine Möglichkeit besteht, das elektrische Feld in der gesamten Anlage innerhalb der Wicklung gefangen zu halten. Der elektrische Leiter muß gemäß der Erfindung so angeordnet sein, daß er einen solchen leitenden Kontakt mit der inneren halbleitenden Schicht hat, daß keine schädlichen Potentialdifferenzen in der Grenzschicht zwischen dem innersten Teil der festen Isolation und dem umgebenden inneren Halbleiter längs der Länge des Leiters auftreten. Ein Starkstromtransformator gemäß der Erfindung hat offensichtliche beträchtliche Vorteile gegenüber einem herkömmlichen ölgefüllten Starkstromtransformator. Diese Vorteile werden unten detaillierter beschrieben. Wie im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnt, sieht die Erfindung die Anwendung des Konzeptes auch bei Reaktoren, und zwar sowohl mit als auch ohne Eisenkern, vor.
Weitere bevorzugte Merkmale sind in dem abhängigen Anspruch 5 genannt.
Der wesentliche Unterschied zwischen ölgefüllten Starkstromtransformatoren/Starkstromreaktoren und Starkstromtransformatoren/Starkstromreaktoren gemäß der Erfindung besteht somit darin, daß die Wicklung/Wicklungen sowohl eine feste Isolation tragen, die von einer äußeren und von einer inneren Potentialschicht umgeben ist, als auch mindestens ein elektrischer Leiter innerhalb der als Halbleiter ausgebilde ten inneren Potentialschicht haben. Eine Definition des Begriffes Halbleiter wird unten gegeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist/sind die Wicklung/Wicklungen in Form eines flexiblen Kabels ausgebildet.
Ein Kabel, bei dem der in Einzelleiter zerlegte Leiter von einer festen Isolation umgeben ist, die eine innere und eine äußere halbleitende Schicht hat, ist bereits seit langem bekannt, wie zum Beispiel aus der US-A-4.109.098. Dieses Kabel dient wie üblich der Energieverteilung, und das genannte Dokument befaßt sich mit Problemen, die auftreten, wenn ein solches bekanntes Kabel mit dem Ende eines anderen Kabels oder einer anderen Vorrichtung verbunden werden soll.
Bei den hohen Spannungsniveaus, die in einem Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß der Erfindung erforderlich sind, der an Hochspannungsnetze für sehr hohe Betriebsspannungen angeschlossen wird, stellen die elektrischen und thermischen Belastungen, die auftreten können, extreme Anforderungen an das Isolationsmaterial. Es ist bekannt, daß sogenannte Teilentladungen, PD, generell ein ernsthaftes Problem für das Isolationsmaterial in Hochspannungsanlagen darstellen. Wenn Hohlräume, Poren oder dergleichen in einer Isolierschicht auftreten, können bei hohen elektrischen Spannungen innere Corona-Entladungen (Glimmen) auftreten, wodurch das Isolationsmaterial schrittweise verschlechtert wird und was schließlich zu einem elektrischen Durchschlag durch die Isolation führen kann. Es ist bekannt, daß dies zu einem ernsthaften Zusammenbruch von beispielsweise einem Starkstromtransformator führen kann.
Die Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis, daß halbleitende Potentialschichten hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnliche thermische Eigenschaften haben und daß die Schichten an der festen Isolation befestigt sind. Vorzugsweise sind die halbleitenden Schichten gemäß der Erfindung mit der festen Isolation integriert, um sicherzustellen, daß diese Schichten und die angrenzende Isolation gleiche thermische Eigenschaften aufweisen, um einen guten Kontakt unabhängig von Änderungen der Temperatur sicherzustellen, die im Verlauf verschiedener Lasten auftreten. Bei Temperaturgradienten bildet der Isolierteil mit den halbleitenden Schichten ein monolithisches Teil, und Defekte, die durch unterschiedliche Wärmeausdehung in der Isolation und den umgebenden Schichten verursacht werden, treten nicht auf. Die elektrische Belastung des Materials ist reduziert als Folge der Tatsache, daß die halbleitenden Teile um die Isolation Äquipotentialflächen darstellen und daß das elektrische Feld in dem Isolierteil folglich annäherend gleichmäßig über die Dicke der Isolation verteil ist.
Gemäß der Erfindung muß sichergestellt werden, daß die Isolation nicht durch das oben beschriebenen Phänomene zusammenbricht. Dies kann durch die Verwendung von Isolationsschichten erreicht werden, die derart hergestellt werden, daß die Gefahr von Hohlräumen und Poren minimal ist, wie beispielsweise bei extrudierten Schichten aus einem geeigneten thermoplastischen Material, wie zum Beispiel vernetztes PE (Polyethylen), XLPE und EPR (Ethylene-Propylene-Gummi). Das Isolationsmaterial ist somit ein Material mit niedrigen Verlusten und einer hohen Durchschlagfestigkeit, welches unter Belastung schrumpft.
Die elektrische Belastung des Materials ist reduziert als Folge der Tatsache, daß die halbleitenden Teile um die Isolation Äquipotentialflächen darstellen und daß das elektrische Feld in dem Isolierteil folglich annäherend gleichmäßig über die Dicke der Isolation verteil ist.
Es ist an sich bekannt, bei Übertragungskabeln für hohe Spannung und zur Übertragung elektrischer Energie die Leiter mit einer extrudierten Isolation auszubilden, was auf der Prämisse basiert, daß die Isolation frei von Fehlern sein soll. Bei diesen Übertragungskabeln liegt das Potential im Prinzip längs der gesamten Länge des Kabels auf demselben Niveau, was eine hohe elektrische Belastung des Isolationsmaterials darstellt. Das Übertragungskabel ist zum Zwecke des Potentialausgleichs mit einer inneren und einer äußeren halbleitenden Schicht versehen.
Die vorliegende Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, daß durch den Aufbau der Wicklung gemäß den in den Ansprüchen beschriebenen kennzeichnenden Merkmalen bezüglich der festen Isolation und der umgebenden potential-ausgleichenden Schichten man einen Transformator/Reaktor erhalten kann, bei welchem das elektrische Feld in der Wicklung gefangen bleibt. Zusätzliche Verbesserungen können auch dadurch erreicht werden, daß der Leiter aus kleineren isolierten Teilen, sogenannten Einzelleitern (strands), aufgebaut ist. Indem diese Einzelleiter klein und kreisförmig gewählt werden, hat das die Einzelleiter durchsetzende magnetische Feld eine konstante Geometrie in Bezug auf das Feld, und das Auftreten von Wirbelströmen wird minimiert.
Gemäß der Erfindung ist/sind somit die Wicklung/Wicklungen vorzugsweise in Form eines Kabels mit mindestens einem Leiter aufgebaut, welcher eine Anzahl von Einzelleitern hat und mit einer inneren halbleitenden Schicht um sämtliche Einzelleiter zusammen versehen ist. Außerhalb dieser inneren halbleitenden Schicht befindet sich die Hauptisolation des Kabels in Gestalt einer festen Isolation, und um diese feste Isolation befindet sich eine äußere halbleitende Schicht. Das Kabel kann in gewissen Zusammenhängen zusätzliche äußere Schichten aufweisen.
Gemäß der Erfindung soll die äußere halbleitende Schicht solche elektrischen Eigenschaften haben, daß ein Potentialausgleich längs des Leiters sichergestellt ist. Die halbleitende Schicht darf jedoch nicht solche Leitfähigkeitseigenschaften haben, daß der induzierte Strom zu einer unerwünschten thermischen Belastung führt. Ferner müssen die Leitungseigenschaften der Schicht ausreichend sein, um sicherzustellen, daß man eine Äquipotentialfläche erhält. Der spezifische Widerstand der halbleitenden Schicht soll einen Mindestwert von ρ_min = 1 Ωcm, und einen Maximalwert von ρ_max = 100 kΩcm haben, und zusätzlich soll der widerstand R der halbleitenden Schicht pro Längeneinheit in achsialer Richtung des Kabels einen Minimalwert von R_min = 50 Ω/m und einen Maximalwert von R_max = 50 MΩ/m haben.
Die innere halbleitende Schicht muß eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit haben, damit sie potentialausgleichend wirkt und folglich hinsichtlich des elektrischen Feldes außerhalb der inneren Schicht ausgleichend wirkt. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daß die Schicht solche Eigenschaften hat, daß sie Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Leiters ausgleicht und daß sie eine Äquipotentialfläche mit einer hohen Oberflächenqualität an der Grenzschicht zu der festen Isolation bildet. in hoher Qualität gefertigten. Die Schicht als solche kann eine variierende Dicke haben; um aber eine glatte Oberfläche hinsichtlich des Leiters und der festen Isolation sicherzustellen, liegt ihre Dicke zweckmäßigerweise zwischen 0,5 und 1 mm. Jedoch darf die Schicht nicht eine so große Leitfähigkeit haben, daß sie zur Induktion von Spannungen beiträgt. Für die innere halbleitende Schicht gilt daher ρ_min = 10^–6 Ωcm, R_min = 50 μΩ/m und in entsprechender Weise ρ_max = 100 kΩcm, R_max = 5 MΩ/m.
Ein solches Kabel, welches gemäß der Erfindung verwendet wird, stellt eine Verbesserung eines thermoplastischen Ka bels und/oder eines vernetzten thermoplastischen Kabels dar, wie zum Beispiel XLPE oder eines Kabels mit Ethylen-Propylen-(EP)-Gummiisolation oder einem anderen Gummi, wie zum Beispiel Silikongummi. Die Verbesserung enthält unter anderem einen neuen Aufbau sowohl hinsichtlich der Einzelleiter der Leiter als auch in der Hinsicht, daß das Kabel keine äußere Hülle zum mechanischen Schutz des Kabels hat.
Eine Wicklung, die ein solches Kabel enthält, hat unter dem Gesichtspunkt der Isolation, bedingt durch die Verteilung des elektrischen Feldes, ganz andere Verhältnisse zu Folge verglichen mit denen, die für eine herkömmliche Transformator-/Reaktorwicklung gelten. Bei der Ausnutzung der Vorteile, die die Verwendung des genannten Kabels gewähren, gibt es andere mögliche Ausführungen in Bezug auf die Erdung eines Transformators/Reaktors gemäß der Erfindung als die, die für herkömmlich ölgefüllte Starkstromtransformatoren gelten.
Es ist wichtig und notwendig für eine Wicklung in einem Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß der Erfindung, daß mindestens einer der Einzelleiter des Leiters nicht isoliert ist und so angeordnet ist, daß er in einem guten elektrischen Kontakt mit der inneren halbleitenden Schicht steht. Die innere Schicht wird dann immer auf dem Potential des Leiters liegen. Alternativ können verschiedene Einzelleiter abwechselnd in elektrischem Kontakt mit der inneren halbleitenden Schicht stehen.
Was die übrigen Einzelleiter betrifft, so können alle oder einige von ihnen lackiert und folglich isoliert sein.
Gemäß der Erfindung können die Anschlüsse der Hochspannungs- und Niederspannungswicklungen entweder als Kupplungstyp ausgebildet sein (wenn die Verbindung ein Anschluß an ein Kabelsystem ist) oder als Kabelabschlußtyp (wenn die Verbindung ein Anschluß an ein Schaltgerät oder eine Übertragungsfreileitung ist). Diese Teile bestehen auch aus festem Isolationsmaterial, so daß sie die gleichen PD-Anforderungen erfüllen als das gesamte Isolationssystem.
Gemäß der Erfindung kann der Transformator/Reaktor entweder eine äußere oder eine innere Kühlung haben, wobei äußere Kühlung Gas- oder Flüssigkeitskühlung auf Erdpotential bedeutet, und innere Kühlung Gas- oder Flüssigkeitskühlung innerhalb der Wicklung bedeutet.
Die Herstellung von Transformator- oder Reaktorwicklungen aus einem Kabel gemäß dem oben Gesagten hat drastische Unterschiede hinsichtlich der elektrischen Feldverteilung zwischen herkömmlichen Transformatoren/Reaktoren und einem Transformator/Reaktor gemäß der Erfindung zur Folge. Der entscheidende Vorteil bei einer aus einem Kabel aufgebauten Wicklung gemäß der Erfindung besteht darin, daß das elektrische Feld in der Wicklung eingeschlossen ist und daß folglich kein elektrisches Feld außerhalb der äußeren halbleitenden Schicht vorhanden ist. Das elektrische Feld des stromführenden Leiters ist nur innerhalb der festen Hauptisolation vorhanden. Dies hat erhebliche Vorteile sowohl unter dem Gesichtspunkt des Aufbaus als auch unter dem Gesichtspunkte der Herstellung:

– Die Wicklungen des Transformators können ohne Rücksicht auf die elektrische Feldverteilung geformt werden, und die Transponierung der Einzelleiter, die bei der Erleiterung des Standes der Technik erwähnt wurde, entfällt;
– Der Kernaufbau des Transformators kann ohne Rücksicht auf die Verteilung des elektrischen Feldes gestaltet werden;
– Es wird kein Öl benötigt zur elektrischen Isolation der Wicklung, das heißt, das die Wicklung umgebende Medium kann Luft sein;
– Es wird kein Öl zur Kühlung der Wicklung benötigt. Die Kühlung kann auf Erdpotential erfolgen, und als Kühlmedium können Gas oder eine Flüssigkeit verwendet werden.
– Es sind keine speziellen Verbindungen für die elektrische Verbindung zwischen den äußeren Anschlüssen des Transformators und den unmittelbar daran angeschlossenen Spulen/Wicklungen erfordlich, da die elektrische Verbindung im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen in die Wicklung integriert ist;
– Herkömmliche Durchführungen für Transformatoren/Reaktoren sind nicht notwendig. Statt dessen kann die Feldkonversion vom radialen zum achsialen Feld außerhalb des Transformators/Reaktors ähnlich verwirklicht werden, wie bei einen herkömmlichen Kabelabschluß;
– Die Herstellungs- und Prüftechnologie, die für einen Starkstromtransformator gemäß der Erfindung erforderlich ist, ist bedeutend einfacher als für einen herkömmlichen Transformator/Reaktor, da das Imprägnieren, Trocknen und die Vakuumbehandlungen, die bei der Beschreibung des Stand der Technik beschrieben wurden, nicht erforderlich sind. Dies hat bedeutend kürzere Herstellungszeiten zur Folge;
– Durch die Verwendung der Isolationstechnik gemäß der Erfindung bieten sich bedeutendere Möglichkeiten für den Aufbau des magnetischen Kreises des Transformators als sie gemäß dem Stand der Technik geboten werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
1 die elektrische Feldverteilung um eine Wicklung eines herkömmlichen Starkstromtransformators/Starkstromreaktors zeigt,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Wicklung in Gestalt eines Kabels in Starkstromtransformatoren/Starkstromreaktoren gemäß der Erfindung zeigt, und
3 ein Ausführungsbeispiel eines Starkstromtransformators gemäß der Erfindung zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispielen
1 zeigt ein vereinfachtes und grundlegendes Bild der elektrischen Feldverteilung um die Wicklung eines herkömmlichen Starkstromtransformators/Starkstromreaktors, wobei 1 eine Wicklung ist und 2 ein Kern ist und 3 Äquipotentiallinien darstellt, das heißt Linien, auf denen das elektrische Feld die gleiche Amplitude hat. Dabei wird das untere Ende der Wicklung als auf Erdpotential liegend angenommen.
Die Potentialverteilung bestimmt den Aufbau des Isolationssystems, da es notwendig ist, sowohl eine ausreichende Isolation zwischen benachbarten Windungen der Wicklung zu haben als auch zwischen jeder Windung und Erde. Die Figur zeigt somit, daß der obere Teil der Wicklung der höchsten elektrischen Beanspruchung ausgesetzt ist. Der Aufbau und die Position einer Wicklung relativ zum Kern werden auf diese weise durch die elektrische Feldverteilung in dem Kernfenster bestimmt.
2 zeigt ein Beispiel eines Kabels, welches für die Wicklungen für Starkstromtransformatoren/Starkstromreaktoren gemäß der Erfindung verwendet werden kann. Zu einem solchen Kabel gehört mindestens ein Leiter 4, der aus einer Anzahl von Einzelleitern 5 mit einer inneren halbleitenden Schicht 6 besteht, die um alle Einzelleiter zusammen angebracht ist. Außerhalb dieser inneren halbleitenden Schicht befindet sich die Hauptisolation 7 des Kabels in Gestalt einer festen Isolation, und diese feste Isolation ist von einer äußeren halbleitenden Schicht 8 umgeben. Wie bereits erwähnt, kann das Kabel mit anderen zusätzlichen Schichten für spezielle Zwecke versehen sein, beispielsweise zur Verhinderung zu hoher elektrischer Beanspruchungen in anderen Bereichen des Transformators/Reaktors. Hinsichtlich der gemometrischen Abmessungen haben die in Rede stehenden Kabel einen Leiterquerschnitt zwischen 30 und 3000 mm2 und einen äußeren Kabeldurchmesser zwischen 20 und 250 mm.
Die Wicklungen eines Starkstromtransformators/Starkstromreaktors, welche von dem unter der Zusammenfassung der Erfindung beschriebenen Kabel hergestellt sind, können, sowohl für einphasige, dreiphasige und mehrphasige Transformatoren/Reaktoren verwendet werden, unabhängig davon, wie der Kern gestaltet ist. Ein Ausführungsbeispiel wird in 3 gezeigt, welche einen dreiphasigen lamellierten Kerntransformator zeigt. Zu dem Kern gehören in herkömmlicher Weise drei Kernschenkel 9, 10 und 11 und die verbindenden Joche 12 und 13. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel haben sowohl die Kernschenkel als auch die Joche abgestufte Querschnitte.
Konzentrisch um die Kernschenkel sind die aus einem Kabel bestehenden Wicklungen angebracht. Es ist deutlich, daß das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel drei konzentrische Wicklungswindungen 14, 15 und 16 hat. Die innerste Wicklungswindung 14 kann die Primärwicklung und die anderen beiden Wicklungswindungen 15 und 16 können Sekundärwicklun gen darstellen. Um die Figur nicht mit zu vielen Einzelheiten zu überladen, sind die Verbindungen der Wicklungen nicht dargestellt. Im übrigen zeigt die Figur, daß bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel Abstandsleisten 17 und 18 mit mehreren unterschiedlichen Funktion an bestimmten Punkten um die Wicklungen herum verteilt angeordnet sind. Die Abstandsleisten können aus Isolationsmaterial bestehen zu dem Zweck, für einen bestimmten Abstand zwischen den konzentrischen Wicklungswindungen zwecks Kühlung, Stützung und so weiter zu sorgen. Sie können auch aus elektrisch leitendem Material bestehen, um einen Teil des Erdungssystems der Wicklungen zu bilden.
Es ist zu erwähnen, daß bei einem Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß der Erfindung, der eine aus einem Kabel, wie beschrieben, aufgebaute Wicklung hat, der Prozeß der Formung und Anbringung der Wicklung aus dem Kabel am Ort der Aufstellung des Starkstromtransformators/Starkstromreaktors vorgenommen werden kann.

Claims

Starkstromtransformator/Starkstromreaktor mit mindestens einer Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Wicklung einen oder mehrere stromführende Leiter (4) enthält, daß um den einen oder die mehreren Leiter (4) eine erste Schicht (6) mit halbleitenden Eigenschaften angeordnet ist, daß um die erste Schicht ein fester Isolierteil (7) angeordnet ist und daß um den Isolierteil eine zweite Schicht (8) mit halbleitenden Eigenschaften angeordnet ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) auf im wesentlichen dem gleichen Potential wie der Leiter liegt.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (8) derart angeordnet ist, daß sie im wesentlichen eine Äquipotentialfläche bildet, welche den einen oder die mehreren stromführenden Leiter (4) umgibt.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (8) an Erdpotential angeschlossen ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitenden Schichten (6, 8) und der Isolierteil (7) im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient haben, so daß bei einer Wärmebewegung in der Wicklung an der Grenzschicht zwischen den halbleitenden Schichten und dem Isolierteil keine Defekte und Risse auftreten.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede halbleitende Schicht (6, 8) an dem benachbarten festen Isolierteil (7) im wesentlichen über die gesamte angrenzende Fläche fest anliegt.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wicklung aus einem flexiblen Kabel aufgebaut ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel mit einem Leiterquerschnitt hergestellt ist, der zwischen 30 und 3000 mm² liegt, und mit einem äußeren Kabeldurchmesser, der zwischen 20 und 250 mm liegt.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Isolation (7) aus Polymermaterialien besteht.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (6) und/oder die zweite Schicht (8) aus Polymermaterialien besteht.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Isolation (7) eine extrudierte Schicht ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stromführende Leiter (4) eine Anzahl von Einzelleitern (5) enthält, die gegeneinander isoliert sind mit Ausnahme einiger Einzelleiter, die nicht isoliert sind, um den elektrischen Kontakt mit der ersten halbleitenden Schicht (6) sicherzustellen.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Einzelleiter (5) des Leiters (4) nicht isoliert und derart angeordnet ist, daß ein elektrischer Kontakt mit der ersten halbleitenden Schicht (6) hergestellt ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Starkstromtransformator/Starkstromreaktor einen Kern (2) enthält, der aus magnetischem Material besteht.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Starkstromtransformator/Starkstromreaktor eine Eisenkern enthält, der aus Kernschenkeln (9, 10, 11) und Jochen (12, 13) besteht.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Starkstromtransformator/Starkstromreaktor keinen Eisenkern hat, das heißt luft-gewickelt ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor der mindestens zwei galvanisch getrennte Wicklungen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthält, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wicklungen konzentrisch gewickelt sind.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Starkstromtransformator/Starkstromreaktor an zwei oder mehr Spannungsniveaus angeschlossen ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse der Hochspannungswicklung und/oder der Niederspannungswicklung an ein Starkstromkabel angeschlossen sind und/oder ähnlich wie Kabelabschlüsse ausgestaltet sind.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen die gesamte elektrische Isolation des Transformators/Reaktors zwischen dem Leiter (4) und der zweiten Schicht (8) der Wicklung eingeschlossen ist und daß diese Isolation von fester Form ist.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wicklung für Hochspannung ausgelegt ist, zweckmäßigerweise für über 10 kV, insbesondere für über 36 kV und vorzugsweise für mehr als 72,5 kV und bis für sehr hohe Übertragungsspannungen, wie zum Beispiel 400 kV bis 800 kV und höher.
Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator/Reaktor für einen Leistungsbereich von über 0,5 MVA, vorzugsweise von über 30 MVA, ausgelegt ist.
Kühlung eines Starkstromtransformators/Starkstromreaktors nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Starkstromtransformator/Starkstromreaktor mit auf Erdpotential liegender Flüssigkeit und/oder mit auf Erdpotential liegendem Gas gekühlt wird.
Verfahren zur Steuerung des elektrischen Feldes in einem Starkstromtransformator/Starkstromreaktor gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolation (7) aus festem Isolationsmaterial besteht und die zweite halbleitende Schicht (8) an der Außenseite der Isolation (7) vorhanden ist, wobei die zweite Schicht an Erdpotential oder ein sonstiges relativ niedriges Potential derart angeschlossen ist, daß sie als Potentialausgleich wirkt und bewirkt, daß das elektrische Feld im wesentlichen in der Wicklung innerhalb der zweiten Schicht (8) eingeschlossen ist.
Verfahren zur Herstellung eines Starkstromtransformators/Starkstromreaktors gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein flexibles Kabel zur Herstellung der Wicklung des Transformators/Reaktors verwendet wird, der Prozess der Formgebung und Anbringung der Wicklung am Aufstellungsort des Transformators/Reaktors stattfindet.