DE1944409A1 - Transformator mit Hochspannungsisolation - Google Patents

Transformator mit Hochspannungsisolation

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DE1944409A1
DE1944409A1 DE19691944409 DE1944409A DE1944409A1 DE 1944409 A1 DE1944409 A1 DE 1944409A1 DE 19691944409 DE19691944409 DE 19691944409 DE 1944409 A DE1944409 A DE 1944409A DE 1944409 A1 DE1944409 A1 DE 1944409A1
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DE19691944409
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Helmut Spruck
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/20Instruments transformers
    • H01F38/22Instruments transformers for single phase ac
    • H01F38/24Voltage transformers
    • H01F38/26Constructions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327Encapsulating or impregnating

Description

  • Transformator mit ochspannungsisolation Die Erfindung betrifft einen Transformator mit Hochspannungsisolation.
  • für Einrichtungen, die mit hohen Spannungen arbeiten, ist es vielfach erforderlich, Elilfs- oder Meßspannungen auf das hohe Sotenti,sl zu übertragen oder von dem hohen Potential auf ein niedriíJes Potential zu übertragen. Beispielsweise muß bei Elektronenstrahl-Schweißmaschinen, deren Glilhkathode auf hohem Potential gegen Erde gehalten wird, die Heizspannung für die Gldhkatlic;d' aus der Üblichen Netzspannung gewonnen und auf das hohe Kathodenpotential übertragen werden. Ein anderes Beispiel sind Meßwandler in Hochspannungsanlagen; bei ihnen wird aus einer auf hohem Potential 1 legenden Betriebsgröße eine entsprechende, jedoch auf niedrigem Potential liegende Meßgröße gewonnen.
  • Für die g,eschilderterl und andere Zwecke werden Transformatoren rnit Hochspannungsisolation verwendet. Die Herstellung solcher Transformatoren erfolgt teilweise in konventioneller Technik, bei der -die Isolation durch Umwickeln der entsprechenden Spulen mit vielen Lagen Ölpapier hergestellt wird. Diese Technik erfordert grcßen Aufwand an Arbeitszeit und hohe Sorgfalt während der Verarbeitung. Zusätzliche Möglichkeiten im Bau und in der Fertigung solcher Transformatoren brachte die Einführung der Gießharze, beispielsweise die Anwendung von Gießharzisolationen beim Bau von Stromwandlern.
  • Die Verarbeitungstechnik der Gießharze und die Erfordernisse der f1ochspannungstechnik bringen es jedoch mit sich, daß beim Bau solcher Transformatoren die zu isolierenden Spulen in Formen eingesetzt werden müssen, über Anschlußstücke die Spulen in der richtigen Position gehalten werden müssen, aber allseitig wiederum mit Gießharz zu umgeben sind und der Abguß im Vakuum erfolgen muß. Dazu kommt, daß Gießharze Eigenschaften haben, die es schwer machen, gewisse Dicken und Einsatzmengen bei Formteilen zu überschreiten. Trotz der Vorteile der Gießharze ist deshalb ihr Einsatz bei der Herstellung von Transformatoren mit Hochspannungsisolation oft schwierig.
  • Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen mit geringen Kosten herstellbaren betriebssicheren Transformator mit Hochspannungsisolation zu schaffen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß die Elochspannungsisolation, die die Wicklungen und Bauteile gegeneinander isoliert, aus einzelnen geformten Isolierkörpern besteht, die so ausgebildet sind, daß sie sich schalen- oder schichtartig um die zu isolierenden Teile fügen und zusammenstecken lassen und dabei zwischen sich enge Spalte bilden, deren kürzeste Erstreckung zwischen den zu isolierenden Teilen größer, vorzugsweise mehrfach größer, als die Gesamtdicke der Isolierkörper ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Transformator it somit die Hochspannungsisolation in Schalenbauweise aus Isolierkörpern zusammengefügt, so daß es nicht erforderlich ist, die Wicklungen des Transformators in der eingangs beschriebenen Weise mit Isoliermaterial zu umgießen. Die Isolierkörper können ohne Schwierigkeiten für sich herges't Ilt, beispielsweise auch aus Gießharz geformt werden. Der Zusammenbau ist in kürzester Zeit möglich.
  • Die kritischen Radien an Kern und Spulenkörper können so gehalten werden, daß sie hochspannungstechnisch optimal sind. Der Einfluß des Radius des Wickeldrahtes auf die Feldstärke kann durch eine auf Potential gelegte leitende Schicht vermieden werden. Die Trennflächen zwischen den einzelnen Körpern können so angeordnet werden, daß erstens die Feldrichtung auf den Trennflächen im wesentlichen senkrecht steht und somit gefährliche Tangentialfeldstärken vermieden werden, und zweitens in der Trennfläche die Potentialpunkte, die durch den Feldverlauf gegeben sind, mit denen, die durch den Spannungsabfall im Spalt entstehen, praktisch zusammenfallen. Die überschlagswege über die Oberfläche auf den Kern oder eine Wicklung oder umgekehrt können so ausgelegt werden, daß sie bei Einsatz des Transformators unter öl der Durchschlagfestigkeit der Schalen entsprechen.
  • Durch diese Anordnung wird trotz der Aufspaltung des Dielektrikums in mehrere Schichten eine optimale Spannungsfestigkeit er reicht.
  • Der günstige aufbau der Schalen ergibt sich aus dem Anwendunglszweck und dem möglichen Aufbau des Kernes. Wird der Transformater einunter gesetzt, kann die Gesamtlänge der Spalte zwischen den Schalen kürzer gehalten werden als bei Einsatz an Luft. Bei Einsatz an Luft ist es möglich, die Spalte im Vakuum mit einer Vergußmasse auszufüllen. Außerdem ergibt sich die Kombinationsmöglichkeit des Einsatzes unter öl mit einem Durchführungsisolator herkömmlicher Bauart.
  • Dadurch, daß bei Anwendung dieser Schalenbauweise die Isolation zwischen Teilen mit hoher Potentialdifferenz aus festen Körpern mit genauen Maßen erstellt werden kann, ist es auch leichter möglich, innerhalb oder außerhalb der Isolation Konstruktionselemente vorzusehen, die imstande sind, größere mechanische Kräfte aufzunehmen als es das verwendete Isolationsmaterial kann.
  • Zug- oder Biegespannungen auf das Isolationsmaterial können in Druckspannungen umgewandelt werden, die von entsprechenden Elementen oder Stützen außerhalb der Isolation aufgenommen werden können.
  • Weiterhin ist es möglich, zu Zwecken der Feldführung Isolationseinbauten aus Gießharzen mit Zuschlägen zur Erhöhung der Dielektrizitätskonstante in weiten Grenzen einzubauen.
  • Durch solche Maßnahmen ist es möglich, die mechanische Festigkeit derartig aufgebauter Transformatoren sehr hoch zu machen, da die Betriebssicherheit nicht nur von der Durchschlagsspannungt sondern auch von der mechanischen Belastbarkeit abhängig ist.
  • Diese Belastung tritt auf, wenn ein solcher Transformator von Wanderwellen beaufschlagt wird, da diese durch mitlaufende Magnetfelder große mechanische Kräfte in den Transformatoren erzeugen können.
  • Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • i Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt im Schnitt einen unter öl zu betreibenden Transformator zur Übertragung einer Hilfsspannung von Netzpotential auf Hochspannungspotential, -i'ign. 2 bis 4 erläutern im Schnitt Beispiele möglicher Formen zusammensteckbarer Isolierkörper.
  • Ol,er einen Kern 1,im gezeigten Fall ein' Schnittbandkern, ist zur Zentrierung der Spulen und zur Abschwächung der Feldstärke ein der Länge nach geschlitztes Rohr 2 geschoben. Auf diesem Rohr 2 sitzt als erster Teil der 11ochspannungsisolation ein nach beiden Seiten konisch verlaufendes Rohr 3 aus Gießharz. Auf das Rohr 3 sind von beiden C,;e iten zwei gleiche llalbschalen 4 -aufgeschoben, die in sich den Spulenkörper 5 mit der Sekundärwicklung 6 tragen. Über den Spulenkörper 5 ist ein weiteres Rohr 7 geschoben, das wiederum nach beiden Seiten konisch ist. Die Enden des Wickelraumes sind mit großen Radien versehen und haben leit fähige Oberflächen, die auf das Potential der Sekundärwicklung gelegt sind, so daß die Feldstärke an dieser Stelle eindeutig und minimal gehalten werden kann. Die Drahtenden der Sekundärwicklung laufen in dem Rohr 7, das durchgehend geschlitzt ist, im Gebiet geringerer Feldstärke zu den Anschlüssen, die sich in einem Rohr 8 befinden. Diese lose zusammengesteckten Teile werden zusammengehalten durch einen aufgesteckten überwurf 9 und zwei Federn lo, die sich auf dem Kern 1 abstützen. Die Spalte zwischen den einzelnen Teilen sind klein gehalten und mit Öl gefüllt.
  • Die Primärspule 11 ist ebenfalls von einem Schutzrohr 12 umgeben und sitzt, durch das Rohr 2 zentriert, auf dem Kern. Die Kanten des Kernes 1 sind außerhalb des Rohres 2 mit Abschirmwülsten versehen.
  • Im gezeigten Fall ist der Transformator mit einem normalen Freiluft-Isolator 13 ausgerüstet. In dieser-Anordnung ist in den 14 Überwurf 9 ein Rohr/gesteckt, in dem die Leitungen zum Anschluß des Isolators verlaufen.
  • In den Abbildungen 2 und 3 ist gezeigt, wie flächenhafte Isolationskörper aneinander angeschlossen werden können. Die Abbildung 4 zeigt, wie ein Rohr im Querschnitt zusammengesetzt ist, das z.H. um Leitungen montiert werden muß, jedoch nicht als geschlossenes ohr angebaut werden kann.

Claims (7)

  1. Patentansprüche
    -mit mit mit Hochspannungsisolation, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation, die die Spulen und Bauteile gegeneinander isoliert, aus einzelnen geformten Isolierkörpern besteht , die so ausgebildet sind, daß sie sich schalen- oder schichtartig um die zu isolierenden Teile fügen und zusammenstecken lassen und dabei zwischen sich enge Spalte bilden, deren kürzeste Erstreckung zwischen den zu isolierenden Teilen erheblich größer, vorzugsweise mehrfach größer, als die Gesamtdicke der Isolationskörper ist.
  2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Isolationskörper an den Randbegrenzungen keilartig oder zahnartig ausgebildet sind, so daß sie beim Zusammenstecken enge, flächenhafte Spalte bilden, auf denen die Feldlinien senkrecht oder wenig geneigt stehen, so daß die Aquipotentialflächen den Trennflächen folgen oder sie tangential schneiden.
  3. 3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte zwischen den einzelnen Isolationskörpern mit Luft oder schwer ionisierbarem Gas, auch unter höherem als Atmosphärendruckwoder mit einem flüssigen, zähflüssigen oder nach der Einbringung fest werdenden Dielektrikum angefüllt sind.
  4. 4. Transformator nach einem derAnsprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von Feldabschwächungen oder Verstärkungen bei einzelnen Isolationskörpern oder Bauteilen die Dielektrizitätskonstante durch Zuschläge zum Isolatorgrundmaterial auf höhere Werte eingestellt ist.
  5. 5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von durch Wanderwellen verursachten mechanischen Impulsen Federelemente oder Bauteile eingebaut sind, die imstande sind, diese Kräfte aufzunehmen oder weiterzuleiten.
  6. 6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf hohem Potential liegenden Spulenanschlüsse durch Durchführungsisolatoren abgeführt werden, die nach den für den Transformator angewandten Prinzipien aufgebaut oder an den Transformator angebaut sind.
  7. 7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper aus Kunststoff, insbesondere Gießharz, geformt sind.
    L e e r s e i t e
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017254A1 (de) * 2004-04-05 2005-10-20 Bosch Rexroth Ag Transformatorgehäuse
WO2009146569A1 (de) * 2008-06-04 2009-12-10 Trench Switzerland Ag Hochspannungs-messwandler mit flexibler isolierung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004017254A1 (de) * 2004-04-05 2005-10-20 Bosch Rexroth Ag Transformatorgehäuse
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