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Die
Erfindung bezieht sich auf die Anordnung der Teilwicklungen eines
Ringkerntransformators hoher Leistung, sowie auf die Haltevorrichtung
der Teilwicklungen.
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Die
Oberspannungswicklung eines Ringkernverteilungstransformators wird
heute üblicherweise
in mehrere Segmente, welche jeweils eine oder mehrer Teilwicklungen
des Transformators beinhalten aufgeteilt, damit die Lagenspannung
der Oberspannungswicklung reduziert wird und damit die Betriebssicherheit
erhöht
werden kann. Bei einer Spannung von 20.000 Volt werden beispielsweise
10 Segmente vorgesehen. Dabei beträgt die Spannung pro Segment
2.000 Volt. Die Lagenspannung wird dadurch entsprechend auf ein
Zehntel reduziert.
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Die
Unterspannungswicklung wird auch in mehrere Segmente, welche jeweils
eine oder mehrer Teilwicklungen beinhalten aufgeteilt, damit flache
leitende Bänder,
zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium maschinell aufgebracht werden
können.
Die Segmente der Ober- und Unterspannungswicklung bestehen aus mindestens
einem Wicklungsträger,
einem elektrischen Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial,
wobei der Wicklungsträger,
der elektrische Leiter und das Isolationsmaterial auf einen geschlossenen
oder geteilten Ringkern oder ringkernähnlichen Transformator aufgebracht
werden.
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Die
Segmente der Oberspannung werden in Reihe geschaltet, die der Unterspannungswicklung parallel.
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Damit
die Spannungsfestigkeit gewährleistet werden
kann, wird der Ringkerntransformator üblicherweise mit Gießharz vergossen,
wobei durch das Gießharz
die mechanische Stabilität
und die Spannungsfestigkeit erreicht wird.
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Der
Nachteil besteht darin, dass durch das Vergießen unter Vakuum hohe Kosten
entstehen und durch die eingeschränkte Kühlung größere Leitungsquerschnitte verwendet
werden müssen,
welche einen erhöhten
Materialaufwand zur Folge haben.
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Werden
die Oberspannungssegmente einzeln mit Gießharz vergossen, so müssen diese
mit Distanzstücken
gegenüber
den Unterspannungssegmenten oder dem Kern befestigt werden mit dem Nachteil,
dass sich Kriechstrecken bilden Können, welche die Spannungsfestigkeit
des Transformators einschränken.
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In
der
DE 10 2004
030 845 A1 ist ein Schweißstromwandler beschrieben,
mit einem Kern, auf dem Primär-
und Sekundärwicklungen
angeordnet sind und Dioden mit den Endbereichen der Sekundärwicklungen
verbunden sind, wobei die Sekundärwicklungen
Mittelabgriffe aufweisen, wobei die Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen
an einem oder mehreren elektrisch leitenden Baukörpern angebracht sind und mit
denselben leitend verbunden sind. Die Unterspannungswicklungen und
die Oberspannungswicklungen sind konzentrisch um den Kern gelegt
und weisen eine Verbindung zueinander auf. Die Unterspannungswicklung
und die Oberspannungswicklung haben keine eigenen Haltevorrichtungen
und sind auch nicht beweglich.
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Es
besteht daher insbesondere die Aufgabe, eine platzsparende Anordnung
der Segmente, sowie eine Halterung für die Oberspannungsteilwicklungen der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der keine mechanische Verbindung
zur Unterspannung besteht, sowie die notwendige Spannungsfestigkeit
gegenüber
der Unterspannungswicklung des Transformators realisiert werden
kann, der Materialanteil von Leitungs- und Isolationsmaterial reduziert
wird, durch die Anordnung der Segmente die Kühlung optimiert wird und durch
die Position der Oberspannungssegmente zu den Unterspannungssegmenten
verschiedenen Kurzschlussspannungen realisiert werden können.
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Die
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe besteht insbesondere darin, dass die Segmente der Oberspannungswicklung,
bestehend aus mindestens einem Wicklungsträger, mindestens einem elektrischen
Leiter und mindestens einem Isolationsmaterial mit einer Halterung
von außen
fixiert und gehalten werden, wobei keine mechanische Verbindung
zur Unterspannung und dem Kern besteht, die Oberspannungssegmente
nach außen
hin Befestigungspunkte aufweisen und die Position der Oberspannungssegmente
zu den Unterspannungssegmenten variabel ist.
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Der
Ringkern mit den Unterspannungssegmenten, sowie die Oberspannungssegmente
haben jeweils eine eigene Halterung. Dadurch wird es möglich, dass
keine mechanische Verbindung zwischen den Ober- und Unterspannungssegmenten
besteht.
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Der
Ringkernverteilungstransformator wird nicht mit Gießharz vergossen,
sondern mit isolationsfesten Wicklungsträgern für die Oberspannung ausgestattet.
Diese weisen eine eigene Haltevorrichtung auf, welche es ermöglicht,
durch mechanisches Verdrehen gegenüber der Haltevorrichtung von
Kern und Unterspannungssegmenten, jede Position zwischen den Ober-
und Unterspannungssegmenten zu realisieren. Von deckungsgleich bis
maximal versetzt.
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Bei
Bedarf können
die Wicklungsträger
mit einer Abdeckung gegen Beschädigung
ausgeführt werden.
Weiterhin kann der Wicklungsträger
nach außen
hin elektrisch leitend ausgeführt
werden, unter der Berücksichtung,
dass keine geschlossene Windung um den Ringkern selbst entsteht.
Diese elektrisch leitende Schicht kann bei Bedarf geerdet, beziehungsweise
auf ein definiertes Potential gelegt werden.
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Bei
kleinen Kurzschlussspannungen ist vorgesehen, dass die Oberspannungssegmente
sich deckungsgleich oberhalb der Unterspannungssegmenten befinden.
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Für große Kurzschlussspannungen
ist vorgesehen, dass sich die Oberspannungssegmente versetzt, oberhalb
zwischen zwei Unterspannungssegmenten befinden.
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Zwischen
deckungsgleich und der Anordnung zwischen zwei Unterspannungssegmenten können alle
Positionen durch das Verdrehen der Halterung der Oberspannungssegmente
realisiert werden. Weiterhin können
die Positionen der Oberspannungssegmente zueinander, durch Distanzstücke eingestellt
werden.
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Eine
weitere Ausführung
sieht vor, dass die Oberspannungssegmente jeweils zwischen zwei
Unterspannungssegmenten angeordnet sind.
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Eine
weitere platzsparende Ausführung
sieht vor, dass sich die Segmente der Oberspannungswicklung im ringkerninneren
Bereich oberhalb der Unterspannungssegmente und im ringkernäußeren Bereich,
jeweils zwischen zwei Unterspannungssegmenten befinden. Durch diese
Anordnung der Oberspannungssegmente kann die Windungslänge der Teilwicklungen
reduziert werden und damit der Wirkungsgrad erhöht werden.
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Eine
weitere Ausführung
sieht vor, dass die Oberspannungssegmente nach außen hin
quadratisch ausgebildet sind, mit dem Vorteil, dass die Befestigung
vereinfacht wird.
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Eine
weitere Ausführung
sieht vor, dass bei Verwendung von Wicklungsträgern mit leitenden und/oder
halbleitenden Schichten, definierte Potentiale über die Haltevorrichtung zugeführt werden.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand von zwei schematischen Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Ringkerntransformators mit der Haltevorrichtung
für ein Oberspannungssegment.
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Es
wird dargestellt der Ringkern 6, gefolgt von der Isolationsschicht 5,
gefolgt von dem Unterspannungssegment 4, gefolgt von einer
Luftschicht 3, gefolgt von dem Oberspannungssegment 2.
Dieses Oberspannungssegment 2 wird von der Haltevorrichtung 1 von
vier Seiten von außen
gehalten. Es besteht keine mechanische Verbindung zu dem Unterspannungssegment.
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Der
Kern 6 und das Unterspannungssegment 4 werden
von einer separaten Haltevorrichtung gehalten.
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Bei
einer Aufteilung der Oberspannungswicklung des Ringkerntransformators
in 8 Segmente pro Phase, werden 8 Halterungen benötigt. Bei
einer dreiphasigen Ausführung
werden drei einphasige Ringkerntransformatoren übereinandergestapelt und verschaltet.
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2 zeigt
die Anordnung der Ober- und Unterspannungssegmente.
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Es
wird dargestellt die Oberspannungssegmente 2, die Unterspannungssegmente 4 und
der Ringkern 6. Die Oberspannungssegmente sind im ringkerninneren
oberhalb der Unterspannungssegmente, im ringäußeren Bereich zwischen den
Unterspannungssegmenten angeordnet, mit dem Vorteil, dass die Platzverhältnisse
optimal ausgenutzt werden und die Kühlung verbessert wird. Weiterhin
wird die Windungslänge
reduziert und somit die Kosten für das
Leitungsmaterial reduziert.