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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem mit einer Isolierflüssigkeit befüllbaren Gehäuse, in dem ein Kern mit wenigstens einer Wicklung angeordnet ist, einer an dem Gehäuse befestigten Durchführungssteckbuchse und einer in die Durchführungssteckbuchse einsteckbaren Hochspannungsdurchführung.
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Ein solches elektrisches Gerät ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 022 641 A1 bereits bekannt. Dort ist ein Transformator offenbart, der Steckbuchsen aufweist, in die Durchführungen zum Anschluss des Transformators an ein Hochspannungsnetz einsteckbar sind. Der Transformator ist als so genannter Wandertransformator ausgeführt, der so ausgelegt ist, dass er zwischen unterschiedlichen Standorten mit möglichst geringem Montageaufwand unter Einhaltung eines vorgegebenen Profils transportiert werden kann. Dem vorbekannten elektrischen Gerät haftet jedoch der Nachteil an, dass die steckbaren Durchführungen nur für Spannungen im unteren Hochspannungsbereich ausgelegt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, das auch bei höheren Spannungen eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Hochspannungsdurchführung einen Befestigungsabschnitt aufweist, mit dem diese an dem Gehäuse und/oder an der Durchführungssteckbuchse befestigbar ist und von dem diese sich mit einem Säulenabschnitt in einer Längsrichtung über eine Länge L2 hinweg zu einem Hochspannungsanschluss erstreckt, wobei die Länge L2 größer als drei Meter ist.
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Erfindungsgemäß ist ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Transformator oder eine Drossel, bereitgestellt, das für Spannungen oberhalb von 150kV ausgelegt ist. Dazu ist die Hochspannungsdurchführung entsprechend dimensioniert. Insbesondere weist die Hochspannungsdurchführung einen Befestigungsabschnitt auf, mit dem eine Fixierung oder Befestigung der Hochspannungsdurchführung an dem Gehäuse des elektrischen Geräts ermöglicht ist. Um für höhere Spannungen die notwenige Durchschlagsfestigkeit bereitzustellen, weist ein Säulenabschnitt der Hochspannungsdurchführung, der sich von dem Befestigungsabschnitt zu einem Hochspannungsanschluss am freien Ende der Hochspannungsdurchführung in Längsrichtung erstreckt, eine Länge L2 von über 3 Metern auf. Hochspannungsdurchführungen in diesem Spannungsbereich wurden bislang nicht als einsteckbare Komponente ausgeführt. Die hierzu notwenige elektrische Isolierung wurde als zu aufwändig eingestuft. Erfindungsgemäß ist jedoch erstmals ein elektrisches Gerät mit einer einsteckbaren Durchführung auch in höheren Spannungsbereichen bereitgestellt. Die dabei auftretenden Gewichte werden von dem Befestigungsabschnitt aufgenommen.
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Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Säulenabschnitt senkrecht oder rechtwinklig zu einem horizontalen Gehäusedeckel des Gehäuses, so dass das Gewicht der Hochspannungsdurchführung direkt von oben, also senkrecht, in die Durchführungssteckbuchse eingeleitet wird. Das Eigengewicht der Durchführung sorgt somit für eine hohe Anpresskraft innerhalb der Steckbuchse, so dass auf diese Weise eine gute Isolierung durch einen Festkörperverbund bereitgestellt ist. Vorteilhafterweise wird die Hochspannungsdurchführung mit der Durchführungssteckbuchs mittels einer zweckmäßigen lösbaren Verbindung, beispielsweise einer Schraubverbindung, verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung führt die Hochspannungsdurchführung über einen Einsteckabschnitt, der zum Einführen in die Durchführungssteckbuchse vorgesehen ist. Mit anderen Worten weist die Hochspannungsdurchführung einen sich ebenfalls in besagter Längsrichtung erstreckenden Einsteckabschnitt auf, mit dem sich die Hochspannungsdurchführung in die Durchführungssteckbuchse über eine Länge L1 hinweg erstreckt, wobei die Länge L1 kürzer ist als 600mm. Im Rahmen dieser Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, wurde der Einsteckabschnitt der Hochspannungsdurchführung gegenüber vergleichbaren Hochspannungsdurchführungen im selben Spannungsbereich verkürzt. Diese Verkürzung ermöglicht eine entsprechend kürzer ausgestaltete Durchführungssteckbuchse, die sich mit anderen Worten weniger tief in das Gehäuse des elektrischen Gerätes, also in dessen Ölraum, hinein erstreckt. Die Montage eines Stromwandlers an der Durchführung entfällt bei dieser Ausführung.
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Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung weist jede Durchführungssteckbuchse ein Befestigungsabschnitt zur Befestigung an dem Gehäuse auf, wobei sich ein hohler Aufnahmeabschnitt aus einem elektrisch nichtleitenden Isolierstoff in das Gehäuse hinein erstreckt, wobei in einem geschlossenen und verjüngten Endbereich des Aufnahmeabschnitts ein metallisches Kontaktteil angeordnet ist, das sich durch den Isolierstoff des Aufnahmeabschnitts hindurch erstreckt oder diesen zum geschlossenen Endbereich hin verlängert. Gemäß dieser Ausführung der Erfindung weist jede Durchführungssteckbuchse ein offenes Ende etwa in Höhe des Gehäusedeckels auf, die das Einstecken des Einsteckabschnitts der Hochspannungsdurchführung ermöglicht. In Einsteckrichtung erstreckt sich von dem Befestigungsabschnitt der Durchführungssteckbuchse ein Aufnahmeabschnitt in das Innere des Gehäuses hinein, wobei der Aufnahmeabschnitt aus einem Isolierstoff gefertigt ist, der die notwenige Isolierung zwischen dem im Betrieb auf einem Hochspannungspotenzial liegenden Kontaktstück und dem Gehäuse des Transformators bereitstellt, das sich auf einem Erdpotenzial befindet. Um hier die notwendige Spannungsfestigkeit bereitzustellen, sind der Aufnahmeabschnitt und der Einsteckabschnitt formkomplementär zueinander ausgebildet, so dass aufgrund des Eigengewichts der Hochspannungsdurchführung der Einsteckabschnitt fest gegen die Innenwandung des Aufnahmeabschnitts gepresst wird, um auf diese Weise Spannungsspitzen zwischen Hochspannungsdurchführung und Einsteckbuchse zu vermeiden.
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Vorteilhafterweise ist das Kontaktteil über eine sich innerhalb des Gehäuses erstreckende Wicklungsanschlussleitung mit einer Wicklung verbunden. Durch das Einstecken der Hochspannungsdurchführung in die Einsteckbuchse liegt der Hochspannungsleiter der Hochspannungsdurchführung am Kontaktteil an, so dass der Hochspannungsanschluss der Hochspannungsdurchführung über die Wicklungsanschlussleitung mit einer Wicklung des elektrischen Gerätes verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Wicklungsanschlussleitung mit einem Stromwandler bestückt. Dadurch, dass der Stromwandler innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, muss der Stromwandler nicht mehr aufwändig bei der Montage des elektrischen Gerätes vor Ort in den Leitungsstrang integriert werden. Mit anderen Worten kann das elektrische Gerät gemäß der Erfindung schnell vor Ort in Betrieb genommen werden. Eine aufwändige Montage von Stromwandlern ist bei dieser Ausführung vermieden. Zweckmäßigerweise sind Montageöffnungen in dem Gehäuse vorgesehen, um nach Ablassen der Isolierflüssigkeit einen Zugriff auf den oder die Stromwandler zu ermöglichen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Einsteckabschnitt der Hochspannungsdurchführung von einem zähflüssigen Isolator ummantelt, wobei sich an dem freien Ende des Einsteckabschnitts ein Hochspannungsleiter durch den zähflüssigen Isolator oder mit anderen Worten den Mantel erstreckt. Der zähflüssige oder hochviskose Isolator sorgt als äußerer Mantel für die ausreichende elektrische Isolierung zwischen den aneinander anliegenden isolierenden und formstabilen Feststoffen von Einsteckbuchse und Einsteckabschnitt. Der Isolator ist zweckmäßigerweise eine pastöse schmierfähige Substanz mit Fließeigenschaften. Durch die Fließeigenschaften wird der zähflüssige Isolator in die Fuge zwischen dem Einsteckabschnitt der Hochspannungsdurchführung und dem Aufnahmeabschnitt der Durchführungssteckbuchse gepresst und füllt diese vollständig aus. Zur Aufnahme vom möglicherweise überflüssigen zähflüssigen Isolator weist der Aufnahmeabschnitt ein ausreichend großes Zusatzvolumen mit Freiräumen aus, in welche der zähflüssige Isolator gepresst werden kann. Lufteinschlüsse zwischen Einsteckabschnitt und Aufnahmeabschnitt mit hohen elektrischen Feldstärken im Gefolge können auf diese Weise vermieden werden.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes in perspektivischer Darstellung,
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2 das Gehäuse des elektrischen Gerät gemäß 1 in einer Draufsicht,
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3 eine Schnittansicht des Einsteckabschnitts und der Einsteckbuchse einschließlich einer Abschirmung,
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4 eine nicht geschnittene Seitenansicht der Einsteckbuchse mit Hochspannungsdurchführung und Stromwandler,
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5 das Gehäuse gemäß 2 in einer Seitenansicht mit eingeführten Hochspannungsdurchführungen,
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6 den Einsteckabschnitt der Hochspannungsdurchführung sowie den Befestigungsabschnitt und
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7 ein Ausführungsbeispiel der Durchführungssteckbuchse in einer Ansicht von oben zeigen.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, das hier als Transformator 1 ausgeführt ist. Der dort gezeigte Transformator 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das mit einem Kühlmodul 3, einem Ausdehnungsgefäß 4, einem Hilfsstrommodul 5 und Hochspannungsdurchführungen 6, 7, 8 bestückt ist. Die genannten Komponenten oder Module sind lösbar miteinander verbunden, können somit einfach demontiert und unabhängig voneinander transportiert werden. Zum Schutz der Hochspannungsdurchführungen 6, 7 und 8 und dem in dem Gehäuse angeordneten Aktivteil des Transformators, also der mit der Hochspannungsdurchführung 6 oder 7 verbundenen Oberspannungswicklung sowie der mit der Hochspannungsdurchführung 8 verbundenen Unterspannungswicklung und des Kerns, dessen Schenkel von den jeweiligen Wicklungen umschlossen werden, dienen Ableiter 9, die innerhalb ihres Ableitergehäuses einen nichtlinearen Widerstand aufweisen, der bei Überspannungen von einem nicht leitenden Zustand in einen leitenden Zustand übergeht und somit die parallel zu ihm geschalteten Bauteile schützt.
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Die Hochspannungsdurchführungen 6, 7 und 8 sind jeweils als einsteckbare Hochspannungsdurchführungen ausgebildet und können mit ihrem Einsteckende in passende Durchführungssteckbuchsen 10 eingeführt werden. Die Durchführungssteckbuchsen 10 sind rotationssymmetrisch ausgebildet und begrenzen einen zum Gehäusedeckel hin offen liegenden jedoch einseitig geschlossenen Hohlraum, der formkomplementär zu dem Einsteckabschnitt der jeweiligen Hochspannungsdurchführung 6, 7, 8 ausgebildet ist. Die Durchführungssteckbuchsen 10 sind ferner fluiddicht an dem Gehäuse 2 befestigt, so dass der Innen- oder Ölraum des einphasigen Transformators 1 hermetisch, also luft- und flüssigkeitsdicht von der Außenatmosphäre abgeschlossen ist. Am geschlossenen Ende der Durchführungssteckbuchse ist ein figürlich nicht erkennbarer Leitungsbolzen als Kontaktteil gehalten, der wenn die Hochspannungsdurchführung 6, 7 oder 8 in die jeweilige Durchführungssteckbuchse 10 eingeführt ist, in leitendem Kontakt mit dem sich durch die jeweilige Hochspannungsdurchführung 6, 7, 8 erstreckenden Hochspannungsleiter ist. Der besagte Leitungsbolzen erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 2, also in dessen Ölraum hinein, wo er in Kontakt mit einer Wicklungsanschlussleitung steht, die somit die Durchführungssteckbuchse elektrisch mit der jeweiligen Ober- oder Unterspannungswicklung des Transformators 1 verbindet.
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Zur Montage und Fixierung der Hochspannungsdurchführung 6, 7 oder 8 weisen diese jeweils einen Befestigungsanschluss 11 auf. Von dem Befestigungsanschluss 11 erstreckt sich ein Säulenabschnitt 12 zu einem Hochspannungsanschluss 13, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Freiluftanschluss ist.
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2 zeigt das Gehäuse 2 des Transformators 1 gemäß 1 in einer Draufsicht. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass das Gehäuse 2 über drei Einsteckbuchsen 10 verfügt, die in 2 alle mit einem Deckel fluiddicht verschlossen sind. Mit fluiddicht ist hier gemeint, dass der Deckel mittels zweckmäßiger Dichtmittel die Öffnungen luft- und flüssigkeitsdicht verschließt.
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3 zeigt eine Durchführungssteckbuchse 10 und eine Hochspannungsdurchführung 8 in einer geschnittenen Seitenansicht, wobei die Hochspannungsdurchführung 8 mit einem Einsteckabschnitt 22 in die Durchführungssteckbuchse 10 eingeführt ist. Es ist erkennbar, dass die Durchführungssteckbuchse 10 einen Befestigungsabschnitt 14 aufweist, mit dem diese fest auf einem Deckel 15 des Gehäuses 2 montiert ist. Hierzu dienen beispielsweise zweckmäßige Schraubverbindungen. Um die Durchführungssteckbuchse 10 luft- und flüssigkeitsdicht an dem Gehäuse 2 zu befestigen, sind figürlich nicht dargestellte Dichtmittel erforderlich, die zwischen dem Deckel 15 und dem als Flansch ausgeführten Befestigungsabschnitt 14 verklemmt sind.
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Jede Durchführungssteckbuchse 10 weist ferner einen Aufnahmeabschnitt 16 auf, der aus einem elektrisch nichtleitenden Material besteht. Dabei verjüngt sich der Aufnahmeabschnitt 16 zu einem geschlossenen Ende 17 hin. An dem geschlossenen Ende 17 wird die Wandung des Aufnahmeabschnitts 16 von einem bolzenförmigen Kontaktteil 18 durchragt. An seinem in den Innenraum 19 oder Ölraum des Gehäuses 2 hineinragenden Abschnitt ist das Kontaktteil 18 mit einer Wicklungsanschlussleitung 20 und einer Abschirmkalotte 21 als Abschirmung verbunden. Die Wicklungsanschlussleitung 20 ist ferner mit einem Stromwandler 26 bestückt, der in 4 gezeigt ist. Der Stromwandler 26 ist somit fest im Gehäuse installiert und dient zur Erfassung eines über die Wicklungsanschlussleitung 20 zur oder von der jeweiligen Wicklung fließenden elektrischen Stroms.
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Der Einsteckabschnitt 22 erstreckt sich von dem Befestigungsabschnitt 11 der Hochspannungsdurchführung 8 in den Aufnahmeabschnitt 16 der Durchführungssteckbuchse 10 hinein. Dabei ist der Einsteckabschnitt 22 formkomplementär zum Aufnahmeabschnitt 16 ausgebildet, so dass es zu einem passgenauen Anliegen der beiden Komponenten aneinander kommt und Luft oder sonstige Einschlüsse vermieden werden können. Der Abstand zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem freien Ende der Hochspannungsdurchführung 8 ist als L1 bezeichnet.
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4 zeigt die Durchführungssteckbuchse 10 in einer ungeschnittenen Seitenansicht. In dieser Ansicht ist die Ausgestaltung des Aufnahmeabschnitts 16 sowie des Stromwandlers 26 und dessen Lage zu den restlichen Komponenten besonders gut zu erkennen. Im Übrigen gelten die zu 3 gemachten Ausführungen hier entsprechend.
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5 zeigt das Gehäuse 2 des Transformators 1 gemäß 1 in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht sind die beiden Hochspannungsdurchführungen 6 und 8 erkennbar, die in ihre zugeordneten Durchführungssteckbuchsen 10 eingefügt sind. Insbesondere ist erkennbar, dass sich der Säulenabschnitt 12 über eine Länge L2 hinweg erstreckt, die erfindungsgemäß größer als 3 Meter ist, so dass die Hochspannungsdurchführungen 6, 8 für ausreichend hohe Spannungen ertüchtigt sind und eine ausreichend hohe Spannungsfestigkeit aufweist.
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6 verdeutlicht den Einsteckabschnitt 22 der Hochspannungsdurchführung 8 exemplarisch für alle Hochspannungsdurchführungen 6, 7, 8 in einer Seitenansicht. In dieser Ansicht ist insbesondere erkennbar, dass die Hochspannungsdurchführung 8 einen Hochspannungsleiter 24 aufweist, der sich von dem Hochspannungsanschluss 13 am anderen freien Ende der Hochspannungsdurchführung 8 durch den gesamten Isolierkörper der Hochspannungsdurchführung 8 hindurch erstreckt. Der Hochspannungsleiter 24 gerät in einer eingesteckten Stellung an seinem unteren Ende 26 in Kontakt mit dem Kontaktteil 18 der Durchführungssteckbuchse 10. Darüber hinaus ist der Befestigungsabschnitt 11 der Hochspannungsdurchführung 8 grob skizziert, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Flansch ausgeführt ist. Der Flansch 11 ist über eine Schraubverbindung fest mit dem Gehäusedeckel 15 verbunden werden kann. Der Abstand L1 zwischen dem unteren Ende 26 und dem Befestigungsabschnitt 11 ist vorteilhafterweise kürzer als 600 mm.
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Der Einsteckabschnitt 22 weist einen Mantel 25 aus einem zähflüssigen Isolator auf, der den Einsteckabschnitt 22 nach außen abschließt, wobei lediglich der Hochspannungsleiter 24 aus dem Mantel 25 herausragt. Nachdem Einführen des Einsteckabschnitts 22 liegt der zähflüssige Isolator des Mantels 25 an der Innenseite des Aufnahmeabschnitts 16 an, wobei der zähflüssige Mantel 25 Freiräume zwischen der Einsteckbuchse und dem Einsteckabschnitt der Hochspannungsdurchführung ausfüllt, so dass Lufteinschlüsse und somit hohe elektrische Feldstärken vermieden sind.
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6 zeigt die rotationssymmetrische Einsteckbuchse 10 von oben. In dieser Ansicht sind insbesondere der Gehäusedeckel 15 und der Befestigungsabschnitt 14 der Einsteckbuchse 10 besonders gut erkennbar. Der Befestigungsabschnitt 14 ist wieder als übliche Flanschverbindung ausgeführt, wobei ferner erkennbar ist, dass sich der Aufnahmeabschnitt 16 von dem Befestigungsabschnitt 14 nach unten, also in den Öl- oder Innenraum 19 hinein, erstreckt, wobei der Aufnahmeabschnitt 16 sich zu einem geschlossenen Ende verjüngt. An dem geschlossenen Ende ist das Kontaktteil 18 erkennbar. Das Kontaktteil 18 ist als Hülse ausgebildet und somit einseitig geschlossen. Der Innendurchmesser der Hülse 18 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Leiters 24, wobei federnde Kontaktfinder einen ausreichend guten elektrischen Kontakt bereitstellen. Der Aufnahmeabschnitt 16 besteht aus einer Wandung aus einem Isolierstoff, der elektrisch nicht leitet. Bei Betrieb befindet sich das Kontaktteil 18 auf einem Hochspannungspotenzial, wobei das Gehäuse 2 und somit auch der Gehäusedeckel 15 und der Befestigungsabschnitt 14 auf Erdpotenzial liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007022641 A1 [0002]
