CN115917678A - 具有被设计为与有源部分形状互补的容器的电气设备 - Google Patents

Abstract

为了实现一种用于连接到高压的电气设备(1)，其具有有源部分(18)，有源部分具有可磁化的芯(25)和至少两个绕组装置(19，20)，绕组装置分别包围芯(25)的芯部段(23，24)并且具有相互感应耦合的绕组(21，22)，以及可用绝缘流体填充的容器(2)，有源部分(18)完全布置在容器中，其中，容器(2)具有两个端罩(4，5)和布置在端罩之间的中间部分(3)，该电气设备被紧凑地设计并且具有轻的自重，提出了中间部分(3)为每个绕组装置(19，20)形成中空体(6，7)，芯部段(23，24)中的一个相应地延伸通过中空体，芯部段被相关联的绕组装置(6，7)包围，其中，中空体(6，7)在内部并且仅通过端罩(4，5)的内部体积相互连接。

Description

具有被设计为与有源部分形状互补的容器的电气设备

技术领域

本发明涉及一种用于连接到高压的电气设备，其具有有源部分，有源部分具有可磁化的芯和至少两个绕组装置，至少两个绕组装置分别包围芯的一个芯部段并且具有相互感应耦合的绕组，以及一种可填充绝缘流体的容器，有源部分完全布置在该容器中，其中，该容器具有两个端罩和布置在端罩之间的中间部分。

背景技术

从WO 2008/184775 Al中已知这样的电气设备。在那里示出了具有有源部分和其中布置有源部分的壳体或容器的铁路变压器。有源部分由具有两个芯柱的芯形成，芯柱分别被两个彼此同心布置的绕组包围。在此，容器具有中间部分，该中间部分以形状互补的方式包围绕组的外轮廓。换言之，中间部分形成两个内部体积部分重叠的空心圆柱体。通过这种部分形状互补的设计，可以使壳体的内部体积减小，因此使铁路变压器的油量减小。

WO 2016/038222A1公开了一种具有有源部分和容器的铁路变压器，其中，有源部分的芯完全布置在壳体外部。铁路变压器通过芯固定在轨道车辆上，从而即使在行驶期间也不会将力引导到容器中。因此，容器可以由轻质材料，例如塑料制成。铁路变压器被设置为用于安装在轨道车辆上，例如安装在机车(Lokomotive)或机动车(Triebwagen)上。它们用于依据不同的输入电压为机车或机动车的驱动提供期望的牵引电压。以前已知的铁路变压器具有位于接地电位的金属容器，该容器填充有绝缘流体、例如酯类液体。变压器的所谓的有源部分布置在容器中，有源部分包括由可磁化的钢板制成的芯以及同心地包围芯的一个部段的至少两个绕组。为了将变压器连接到高压，容器装备有套管。

以前已知的电气设备的缺点是容器以占用空间的方式设计，并且电气设备具有大的自重。然而，特别是在铁路应用中，期望紧凑、轻便的结构。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种以紧凑的方式设计并且具有小的自重的开头提到的类型的电气设备。

本发明通过如下方式来解决上述技术问题，即，中间部分为每个绕组装置形成一个中空体，芯部段中的一个相应地延伸通过该中空体，芯部段中的该一个被其相关联的绕组装置包围，其中，中空体在内部并且仅通过端罩的内部体积相互连接。

在本发明的范围内，容器不构造为箱形，而是与至少两个绕组装置的外轮廓匹配。虽然在开头提到的现有技术中已经提出了这一点，但是本发明在容器的与绕组装置形状互补的设计方面更进一步。因此，在本发明的范围内，每个绕组装置被容器的一个中空体完全包围。绝缘流体不再能够像在前面提到的现有技术中那样从一个中空体进入下一个中空体。相反，绝缘流体必须从一个中空体流出，流入端罩中的一个的内部，并且只能从那里进入另外的中空体。在此，容器与相应的绕组装置的外部绕组保持一定的距离，该距离足以保证电气设备的期望的耐压性。由于容器的在容器的整个周长上(至少在绕组的区域中)形状互补的设计，容器具有小的内部体积，从而必须用较少的绝缘流体来填充容器。由于更小的绝缘流体体积，电气设备比根据现有技术的电气设备更轻、更紧凑。考虑到更小的绝缘流体的量，还得到成本优势。在本发明的范围内，容器的形状互补的设计是整个的，而不局限于在绕组装置的特定表面区域中匹配。

在此，可磁化的材料应当理解为铁磁材料、例如铁。

在本发明的范围内，绕组装置的绕组彼此同心地布置。例如，外部绕组被设计为用于较高的电压的初级绕组(与更内部布置的次级绕组相比)。除了初级绕组和次级绕组之外，每个绕组装置还可以具有其它绕组，例如辅助运行绕组、分级绕组(Stufenwicklung)等。

在一种变形方案中，有源部分具有两个绕组装置，其例如具有四个绕组，其中，两个绕组分别彼此同心地布置，并且围绕作为芯部段的芯的共同的柱。在此，其例如是内部下电压绕组以及包围该下电压绕组的上电压绕组。芯适宜具有另一个柱，该另一个柱同样被下电压绕组或上电压绕组包围。在此，两个下电压绕组和上电压绕组例如串联连接。在根据本发明的电气设备的这种设计方案中，仅上电压绕组定义有源部分的外轮廓。两个中空体中的每个包围两个绕组装置中的一个。在此，每个中空体有利地被设计为与两个上电压绕组的外轮廓形状互补。绕组装置有利地并排布置，其中，绕组装置分别沿轴向或纵向方向延伸。因此，相应地延伸通过两个绕组装置中的一个的芯柱同样彼此平行地取向。换言之，中间部分的内壁有利地完全遵循相应的绕组装置的外部绕组的外轮廓。

在本发明的范围内，空心体优选具有彼此相同的尺寸和设计。

当然，在本发明的范围内也可以设置三个或更多个柱，其中，每个柱配备有一个绕组装置。

有利地，端罩也匹配于在其内部体积中布置的有源部分部段。根据本发明的这种进一步扩展，即使在容器的中间部分外部，至少在其内部设计中，容器也不仅仅紧贴外部绕组的外轮廓。相反，容器还被设计为与有源部分的其它部段形状互补，这些部段同样确定有源部分的外轮廓。因此，芯通常具有下轭和上轭，其延伸到相应的绕组的端面的上方和下方。在上轭和下轭上通常设置有压框，利用该压框，芯的相互平面相邻的可磁化的钢板被相互压紧。上轭和下轭于是与相应的压框一起定义有源部分的外轮廓，有源部分的外轮廓不由绕组定义。然而，虽然绕组定义通常是圆柱形的外轮廓，但是有源部分的其余外轮廓与其有很大的偏差。因此，容器的与这种稍微更复杂的外轮廓的形状互补的匹配局限于形成一个箱形包络。这意味着，容器在其设计中不再现每一个螺钉或每一个螺栓，而是以箱形和部分倒角的轮廓再现整个部段。然后，这种箱形轮廓限制内部空间，该内部空间使得能够以耐压的方式容纳所述有源部分部段，但是同时将容器的内部体积限制到最小。

有利地，每个中空体被构造为圆柱形管段。由于绕组装置的外轮廓通常被设计为圆柱形，管状的设计是最小化容器内部体积的最佳的可能性。在此，管段的纵轴和绕组装置的纵轴一致。换言之，每个管段与延伸穿过其的绕组装置同心地布置。

为此，在一个进一步扩展中，中间部分形成多个管段，这些管段分别被设置为用于容纳一个绕组装置，然而其中，管段的内部体积不重叠。在本发明的该变形方案中，使用如下的有源部分，该有源部分具有三个或四个平行地取向并且相邻地和/或上下布置的绕组装置。这里，每个外部绕组也可以与一个内部绕组同心地布置。这些外部绕组中的每一个布置在容器的相关联的管段中，其中，每个单独的管段完全包围放置在其中的绕组。

有利地，中间部分具有两个平面地设计的法兰部段，每一个中空体在法兰部段之间延伸，并且每一个法兰部段以可机械地松开的方式与端罩中的一个的法兰部段连接，其中，在法兰部段之间布置有密封装置。中间部分和端罩必须紧密地彼此连接，以便可靠地防止绝缘流体不期望地从容器泄漏。法兰连接特别适合于此。因此，有利的是，中间部分在其两个端面上形成从外轮廓沿径向向外直角延伸的法兰部段。在这种进一步扩展的范围内，端罩形成相应的法兰部段，该法兰部段正好与中间部分的两个法兰部段中的一个相对。因此，法兰部段可以相互对接并相互压紧，其中，密封装置，例如完全封闭的环形O形圈，确保绝缘流体不会泄漏。例如可以通过螺纹连接来进行压紧，其中，螺纹连接的螺钉延伸通过端罩的法兰部段中的通孔，并且利用其外螺纹与内螺纹啮合，内螺纹与中间部分的法兰部段的仅在一侧开放的孔啮合。

中间部分适宜由塑料制成。任何适宜的聚合物都可以被认为是塑料。与金属材料相比，塑料轻，从而根据本发明的电气设备的自重得到了进一步的减轻。

为了提高机械强度，纤维增强塑料、特别是玻璃纤维增强塑料是适合的。

端罩优选由金属或金属合金制成。有利地，端罩由钢制成。

端罩适宜相应地被设计为箱形。箱形设计可以成批地进行。在本发明的这种变形方案中，不需要与相应的有源部分进行匹配。以这种方式可以节省成本。

有利地，至少一个端罩具有观察窗和/或手孔。根据本发明的这种进一步扩展，电气设备可以很容易地制造和维护。

电气设备优选是铁路变压器。

在一个优选的变形方案中，芯具有两个芯柱，芯柱通过上轭和下轭相互连接，其中，每一个芯柱延伸通过一个空腔并且被一个绕组装置包围。

有源部分适宜仅在端罩上与容器连接，其中，端罩与用于安装在轨道车辆上的紧固装置连接。

以这种方式，避免了将大的力引入中间部分，因此中间部分可以由轻质材料制造。

本发明的意义上的轻质材料是密度比钢低两倍的任意材料。因此，钢的密度为7.85-7.87g/cm³。密度小于3.9g/cm³的材料是本发明的意义上的轻质材料。这种轻质材料的例子是铝、塑料和纤维增强塑料。优选中间部分主要由密度为2.5g/cm³的玻璃纤维增强塑料制成。

优选端罩分别与支承框的横梁连接。支承框在其结构方面简单，因此成本低廉。在此，每一个端罩以平坦的下侧放置在横梁的同样平坦的上宽侧上。

适宜在具有张紧框的轭和平底面的内壁之间设置间隔件。横梁优选被实施为空心截面梁，并且由机械强度高的材料、特别是钢制成。

适宜有源部分在电气设备的固定位置沿其纵向方向水平延伸。换言之，这里被设计为铁路变压器的电气设备水平地安装在轨道车辆上。

附图说明

本发明的其它适宜的设计方案和优点是下面参照附图对本发明的实施例的描述的主题，其中，相同的附图标记表示相同作用的构件，并且其中，

图1示出了根据本发明的电气设备的实施例，

图2示出了根据图1的电气设备的有源部分，

图3示出了根据图1的电气设备的中间部分，

图4示出了根据图1的电气设备的端罩的内部视图，以及

图5相应地以立体图示出了支承框上的根据图1的电气设备。

具体实施方式

图1示出了被实施为铁路变压器1的根据本发明的电气设备的实施例。铁路变压器1具有从外部可见的壳体1，其包括中间部分3、后端罩4和前端罩5。中间部分3具有作为中空体的两个管段6和7，其限制圆柱形的内部空腔。在管段6和7的两个端面上分别形成法兰部段8和9，其与管段6和7的纵向方向成直角地从管段沿径向向外延伸。在此，每个法兰部段8和9平坦地形成。换言之，法兰部段8和9的外表面相应地位于一个平面内。每个端罩4和5具有相应的法兰部段10和11，其中，后端罩4的法兰部段10与法兰部段8相对，并且前端罩5的法兰部段11与中间部分3的法兰部段9相对。在前端罩5的法兰部段11中可以看到通孔，可以在通孔中布置螺钉，螺钉拧入中间部分3的法兰部段9的在一侧开放的孔中。针对法兰部段8和10设置相应的固定装置，然而其中，由于所选择的视图没有示出通孔。

在法兰部段8、19和9、11之间布置有环形O形圈，该环形O形圈镶嵌在分别引入到法兰部段8和9中的凹槽中。通过拧紧未图示的螺钉，法兰部段9和11以及8和10彼此压紧，其中，在它们之间插入凹槽中的O形圈通过其弹性变形确保这两个部件的流体密封连接。

端罩4和5被构造为是箱形的，并且具有背离相应的法兰部段10或11的端壁12，其中，侧壁12在端壁12与法兰部段11之间延伸。在拐角处，箱形的结构是倒角的，以避免端罩4和5的不必要的内部体积。此外，可以看到手孔14，其以可松开的方式固定在端罩4和5的侧壁13上。在前端壁中，还可以看到到高压套管15和线缆输出端16。

为了机械地加强端罩4和5的未图示的底部区域，使用L形设计的支架17，支架17大部分在端罩4和5的下方延伸，并且与相应的端罩牢固地连接。此外，支架用于将间隔件固定到相应的端罩的内侧。此外，可以利用紧固装置更牢固地连接支架、因此连接相应的端罩。

在图1中不可见的有源部分布置在容器中，或换言之，布置在壳体2中。

图2从后面示出了根据图1的铁路变压器1，其中，省去了壳体的部分，以获得有源部分18的清晰视图。有源部分18包括两个绕组装置19和20，其中，每个绕组装置19、20具有外部的初级绕组或上电压绕组21，以及内部的下电压绕组或次级绕组22。上电压绕组21和下电压绕组22分别彼此同心地布置。如已经描述的，每个绕组装置也可以进一步具有诸如辅助运行绕组和/或分级绕组的其它绕组。在本发明的一个变形方案中，次级绕组和可能的另外的绕组位于外面，而初级绕组位于里面。

芯25的芯柱23或24延伸通过每个绕组装置19或20，除了芯柱23和24之外，芯25还具有上轭26和下轭27，芯柱23和24利用其两个端部与上轭26和下轭27连接。以这种方式，芯25形成一个封闭的铁回路。进一步可以看到，有源部分18的绕组装置19或20分别布置在中间部分3的管段6和7中的一个中。管段完全包围相应的绕组装置。在铁路变压器运行时，容器2填充有例如用酯油、矿物油、硅油等的绝缘流体。由于管段完全包围其相关联的绕组装置，因此绝缘流体仅可以从管段6通过端罩4或5中的一个的内部体积进入管段7。

绕组装置19和20在轴向方向上从芯柱突出。因此，芯柱24的端部和轭26，27不布置在中间部分3中，而是布置在容器2的相应的端罩4或5中。更具体地说，上轭26布置在端罩4内，并且下轭27布置在端罩5内。在任意情况下，有源部分与其芯25完全布置在容器2内。

图3更详细地示出了根据图1的铁路变压器的壳体2的中间3的结构。特别是，在该立体图中，可以看到管段6和7，以及由它们分别限制的、被设计为圆柱形的空腔28和29。这些圆形的中空圆柱体的半径略大于相应的绕组装置，因此在径向方向上，在绕组装置与管段的内侧之间提供3至5mm的均匀距离。这使得能够以形状互补的方式容纳由非导电材料制造的有源部分的绕组装置。

此外，在图3中更详细地示出了前法兰部段9。特别是可以看到，前法兰部段9具有孔，这些孔设置有内螺纹并且在一侧开放，可以将合适的螺钉拧入这些孔中。此外，可以看到环形O形圈31，其用于将中间部分3与相应的端罩4或5流体密封地连接。

图4以从内部的立体图示出了根据图1的铁路变压器1的端罩5。在图4中示出了没有在运行中所需要的盖板的手孔14。简单的板用作盖板，其被放置在侧壁上并且例如通过拧入与端罩5的相应的侧壁牢固地连接。又使用环形O形圈31来流体密封地封闭手孔14。此外，可以看到L形的保持部件17的纵向部分，其提供在地板区域上安装端罩的可能性。此外，可以看到通孔32，其使得能够将套管和/或其它连接件引入端罩5的内部空间中。

图5与被实施为支承框33的紧固装置33一起示出了根据图1的铁路变压器1。支承框33具有两个彼此相对并且彼此平行地取向的纵梁34，前后横梁35在纵梁34之间延伸。在此，铁路变压器1仅利用其端罩4和5，更确切地说，利用牢固地安装端罩的保持部件17，放置在相应的横梁35上，并且可以机械地固定在那里。以这种方式避免了在中间部分3中引入大的力。因此，根据本发明，中间部分3可以由轻质材料制造，并且在所示出的实施例中由玻璃纤维增强基材(GfK)制成。在纵梁34处，固定螺栓36从侧面突出，固定螺栓36用于在水平位置将铁路变压器1安装在轨道车辆上。

Claims (12)

1.一种用于连接到高压的电气设备(1)，具有

-有源部分(18)，其具有能够磁化的芯(25)和至少两个绕组装置(19，20)，所述绕组装置分别包围所述芯(25)的芯部段(23，24)，并且具有相互感应耦合的绕组(21，22)，以及

-能够用绝缘流体填充的容器(2)，所述有源部分(18)完全布置在所述容器中，其中，

-所述容器(2)具有两个端罩(4，5)和布置在所述端罩之间的中间部分(3)，

其特征在于，

所述中间部分(3)为每个绕组装置(19，20)形成中空体(6，7)，所述芯部段(23，24)中的一个分别延伸通过所述中空体，所述芯部段被相关联的绕组装置(6，7)包围，其中，所述中空体(6，7)在内部并且仅通过所述端罩(4，5)的内部体积相互连接。

2.根据权利要求1所述的电气设备(1)，

其特征在于，

每个中空体是圆柱形的管段(6，7)。

3.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述中间部分(3)具有两个平面地设计的法兰部段(8，9)，每个中空体(6，7)在所述法兰部段之间延伸，并且每个法兰部段(8，9)以能够机械地松开的方式与所述端罩(4，5)中的一个的法兰部段(10，11)连接，其中，在所述法兰部段(8，9，10，11)之间布置密封装置(31)。

4.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述中间部分(3)由塑料制成。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述中间部分(3)由纤维增强塑料制造。

6.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述端罩(4，5)由金属或金属合金制造。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述端罩(4，5)分别被设计为是箱形的。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述端罩(4，5)被设计为与所述有源部分(18)的如下部段形状互补，所述端罩与该部段相对。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

至少一个端罩(4，5)具有观察窗和/或手孔(14)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述芯(25)具有两个芯柱(34，24)，所述芯柱通过上轭(26)和下轭(27)相互连接，其中，每个芯柱(23，24)延伸通过所述中空体(6，7)中的一个并且被绕组装置(19，20)包围。

11.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述有源部分(18)仅在所述端罩(4，5)处与所述容器(2)机械地连接，其中，所述端罩(4，5)与紧固装置(33)连接，以便安装在轨道车辆上。

12.根据权利要求11所述的电气设备(1)，

其特征在于，

所述端罩(4，5)分别与支承框(33)的横梁(35)连接。

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