DE19912503A1 - Gasisolierter Stromwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen gasisolierten Stromwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen Stromwandler mit einem Gehäuse, das eine einfache Form und eine reduzierte Anzahl von Einzelteilen hat.

Im allgemeinen bestehen die Stromwandler der bekannten Art aus einem Aufnahmegehäuse, in dem der elektrisch aktive Teil des Wandlers untergebracht ist und ein Isoliergas des Wandlers enthalten ist. Ein solches Isoliergas kann beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF6) oder Stickstoff oder eine Mischung beider Gase sein. Der elektrisch aktive Teil des Wandlers umfaßt die torusförmigen Kerne, die Primärwicklungen, beispielsweise nach Art einer durchgehenden Stabwicklung, und die Sekundärwicklungen, die gleichförmig um diese torusförmige Kerne herumverteilt sind.

Das Aufnahmegehäuse besteht prinzipiell aus drei Bauteilen: einem Isolator, der im allgemeinen ein mit Rippen versehenes Rohr ist und aus einem Polymer- Material oder aus Porzellan hergestellt sein kann; einem Kopf, der aus Aluminium oder Stahl hergestellt sein kann und die Primärwicklungen und die torusförmigen Kerne enthält, auf welche die Sekundärwicklungen gewickelt sind; und einer Basis, die ebenfalls aus Aluminium oder Stahl hergestellt ist, die Verankerungsstruktur für den gesamten Wandler bildet und unter einer Auflagefläche, wie beispielsweise einer Trägerplatte, insbesondere ein Füllventil hat, durch das Isoliergas eingefüllt wird. Außerdem ist die Basis mit einem Gehäuse für die Sekundär-Anschlußklemmen verbunden, über welche die die Sekundärwicklungen bildenden Leiter an Masse angeschlossen sind.

In der Montagephase werden der Kopf und die Basis des Wandlers mit den beiden Enden des Isolators, d. h. dem oberen bzw. dem unteren Ende verbunden.

Im gegenwärtigen Stand der Technik hat der Zusammenbau des Kopfes und der Basis mit dem Isolator verschiedene Nachteile.

Was die Verbindung des Kopfes mit dem Isolator des Wandlers betrifft, so wird an der äußeren Oberfläche des oberen Endes dieses Isolators zuerst ein Ring zur gegenseitigen Anpassung der Abmessungen der beiden Komponenten befestigt. Insbesondere wird dieser Ring an der Oberfläche des Isolators durch Zementieren oder Kleben befestigt je nach dem, ob dieser aus einem Verbundmaterial oder Porzellan hergestellt ist. Zwischen dem Ring und dem Kopf wird dann ein weiteres Element zur geometrischen Anpassung angeordnet, das im allgemeinen aus einem Metallflansch besteht. In diesem Flansch sind durchgehende Bohrungen zur Aufnahme von Bolzen vorgesehen, die zum Verbinden des Ringes mit dem Kopf und letztendlich zwischen letzterem und dem Isolator erforderlich sind.

Diese Lösung erweist sind als nachteilig, da sie die Verwendung von zwischengeschalteten Verbindungskomponenten vorsieht und damit sowohl das erforderliche Material als auch die Kosten und die Herstellungszeit erhöht. Ferner muß man an der Oberfläche des Flansches durch mechanische Bearbeitung eine Kehle vorsehen, in welche ein Bearbeiter während der Montagephase des Wandlers eine Dichtungsanordnung einsetzen muß. Dieser Vorgang muß mit äußerster Präzision und Sorgfalt ausgeführt werden, da die Dichtungsanordnung einen absolut dichten Abschluß der Verbindung für das Isoliergas garantieren muß. Auch dies führt zu einer Erhöhung der Schwierigkeit und der Montagezeit.

Was die Verbindung der Basis des Wandlers mit dem Isolator betrifft, so wird an der Außenoberfläche des unteren Endes des Isolators ein zweiter Ring zur Anpassung zwischen dem Isolator und der Basis befestigt, in analoger Weise, wie dies vorher für die Verbindung zwischen dem Kopf und dem Isolator beschrieben wurde. Zwischen dem Ring und der Basis des Gehäuses wird dann ein weiteres Element zur geometrischen Anpassung angeordnet, das aus einer Platte besteht, die im allgemeinen aus Aluminiumblech besteht. Diese Platte wird an dem Ring und an der Basis angeschraubt und erlaubt so eine Verbindung zwischen der Basis und dem Isolator. In die Platte werden im übrigen mittels geeigneter mechanischer Bearbeitung eine Nut zum Einlegen einer Dichtungsanordnung für das isolierende Gas und Durchtrittsöffnungen für das Einführen des Isoliergases in den Wandler ausgebildet.

Auch in diesem Fall ergibt sich also die Notwendigkeit, zwischen die miteinander zu verbindenden Elemente Komponenten einzulegen mit der Folge, daß das benötigte Material, die erforderlichen Verbindungen und die notwendige mechanische Bearbeitung und daher im Ergebnis die Herstellungszeit und die Herstellungskosten zunehmen.

Ein weiterer Nachteil liegt in der Tatsache, daß beim derzeitigen Stand der Technik die Endabschnitte der die Sekundärwicklungen bildenden Leiter durch in der Basis ausgebildete Bohrungen hindurchgeführt und mit einem Klemmenblock an Masse angeschlossen sind, der in einem Aufnahmebehälter enthalten ist, der ein eigenständiges Element bildet. Dieser Behälter wird bei der Montage an der Basis des Isolators befestigt. Auch für diese Verbindung ist es erforderlich, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung, einen Aufnahmesitz für eine Dichtungsanordnung herzustellen, um eine hermetische Abdichtung der Verbindung für das Isoliergas zu schaffen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß mit der Erhöhung der Anzahl der Verbindungen und damit der notwendigen Dichtungen für das Isoliergas die Gefahr eine eventuellen Verlustes an Isoliergas wächst, wobei gleichzeitig die Zuverlässigkeit des gesamten Wandlers verringert wird.

Ein weiterer Nachteil liegt auch in der Tatsache, daß die torusförmigen Kerne, auf denen die toroidalen Wicklungen angeordnet sind, von einem Metallrohr gehalten werden, das seinerseits auch an der Basis des Gehäuses befestigt ist. Wenn bei dieser Lösung der Wandler in horizontal er Position an den Installationsort transportiert wird, führt dies aufgrund des Gewichtes der Kerne zu permanenten Verformungen der Basis des Metallrohres, die eine Relativbewegung der Kerne und der Primärwicklungen und daher im Endergebnis eine Fehlfunktion des Wandlers bewirken.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die Anzahl der zu der Herstellung des Aufnahmegehäuses erforderlichen Teile verringert ist.

Im Rahmen dieser Aufgabe ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die Anzahl der Verbindungen zwischen den das Gehäuse bildenden Elementen beständig verringert wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die Menge des verwendeten Materials reduziert wird, wodurch gleichzeitig die Herstellungskosten gesenkt werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die die Anzahl der auszuführenden mechanischen Arbeitsvorgänge reduziert wird, um so gleichzeitig die Herstellungszeit zu verringern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die Montage einfach und schnell ausgeführt werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, bei dem die Kerne so gehalten werden, daß ein eventuelles Außerfluchtgeraten der Primär- und Sekundärwicklungen verhindert wird.

Und schließlich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stromwandler mit Isoliergas anzugeben, der eine erhöhte Zuverlässigkeit hat und auf relativ einfache Weise und zu wettbewerbsfähigen Kosten hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe und diese und weitere Ziele, die sich aus dem folgenden noch ergeben, werden durch einen Stromwandler mit Gasisolierung gemäß Anspruch 1 gelöst, umfassend ein Gehäuse, in dem Primär- und Sekundärwicklungen des Wandlers angeordnet sind und bei dem das Gehäuse einen mit Rippen versehenen rohrförmigen Isolator sowie einen Kopf und eine Basis umfaßt, die jeweils einstückig ausgebildet und direkt mit dem oberen bzw. unteren Ende des gerippten Isolators verbunden sind.

Diese Lösung erlaubt es daher in vorteilhafter Weise, die verschiedenen Teile der Zwischenverbindungen zwischen dem Kopf und dem Isolator sowie zwischen diesem und der Basis zu eliminieren und auf diese Weise die Anzahl der Verbindungen, der mechanischen Arbeitsgänge und die Montagezeit zu reduzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten, die Erfindung nicht beschränkenden Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stromwandlers,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Stromwandler,

Fig. 3 eine geschnittene Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Stromwandlers,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine Verbindung zwischen dem Kopf und dem Isolator des verwendeten Aufnahmegehäuses des erfindungsgemäßen Stromwandlers entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch die Verbindung zwischen der Basis und dem Isolator des Aufnahmegehäuses des Stromwandlers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß den beigefügten Figuren besteht der erfindungsgemäße Stromwandler in erster Linie aus einem Aufnahmegehäuse, das allgemein mit den Bezugszeichen 100 bezeichnet ist, und einem elektrisch aktiven Teil, der in diesem Gehäuse angeordnet ist. Dieses Aufnahmegehäuse besteht gemäß Fig. 1 aus einem Kopf 2, einer Basis 3 und einem mit Rippen versehenen Isolator 1. Der Isolator 1 seinerseits ist ein im wesentlichen rohrförmiges Teil 40, an dem Rippen 41 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Stromwandler der Kopf 2 aus einem einstückigen Teil hergestellt, das direkt mit dem oberen Ende 20 des Isolators 1 verbunden ist, wie dies in Fig. 4 zu sehen ist. Die direkte Verbindung zwischen dem Kopf 2 und dem Isolator 1 erhält man dank der speziellen Ausbildung des Kopfes, der einen profilierten Vorsprung 16 hat. Dieser Kopf 2 kann aus Aluminium oder auch aus Stahl hergestellt sein.

Wenn der Isolator 1 aus Porzellan hergestellt ist, erfolgt die Verbindung zwischen dem Kopf und dem Isolator durch Einzementieren. In diesem Fall ist in den Kopf 2 eine Nut 14 eingearbeitet, in die ein Dichtungsring eingelegt wird, um einen dichten Abschluß der Verbindung gegenüber dem Isoliergas zu garantieren. Diese Lösung erlaubt es daher, die zwischen dem Kopf und dem Isolator anzuordnenden Teile zu eliminieren und die Menge des verwendeten Materials zu reduzieren, wodurch die Anordnung einfacher und schneller zu montieren wird.

Alternativ hierzu und bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers wird der Isolator aus einem Verbundmaterial hergestellt und der Kopf an diesem Isolator direkt durch Verkleben befestigt. In diesem Fall ist die Nut 14 mit der entsprechenden Dichtung überflüssig, da die Verklebung für sich den dichten Abschluß der Verbindung gegenüber den Isoliergas gewährleistet und es erlaubt, die Zuverlässigkeit des gesamten Wandlers zu erhöhen.

Innerhalb des Kopfes 2 ist die Primärwicklung des Wandlers angeordnet. Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Primärwicklung aus einer durchgehenden Stange 10, die horizontal angeordnet ist, zweckmäßige toroidale Abschirmungen 5 durchsetzt und an ihren Enden mit dem Kopf 2 verbunden ist. Im Inneren dieser toroidalen Abschirmungen 5 sind torusförmige Kerne 7 angeordnet, auf denen die Leiter aufgewickelt sind, welche die Sekundärwicklungen des Wandlers bilden. Diese Kerne 7 können beispielsweise aus Stahlblechpaketen bestehen. Das Vorhandensein der torusförmigen Abschirmungen 5 erlaubt eine gleichmäßige Verteilung des Feldgradienten zwischen den Hochspannungskomponenten, der durchgehenden Stange 10 und den Masseteilen, den Kernen 7.

Die Kerne 7 werden von einem Metallrohr 6, das mit seinem entsprechenden unteren Ende 30 an der Basis 3 des Wandlers befestigt ist, und von einem Isolierrohr 8 gehalten. Das Isolierrohr 8 ist mit einem Ende am Kopf 2 des Wandlers befestigt und mit seinem anderen Ende drehbar mit einem Zapfen 11 gekoppelt, der an den Abschirmungen 5 befestigt ist. Diese Kopplung erlaubt es, eventuelle thermische Maßänderungen in axialer Richtung aufgrund einer Erwärmung im Betrieb des Wandlers und/oder einer direkten Sonneneinstrahlung zu kompensieren. Wenn außerdem der Wandler in horizontaler Position zu seinem Aufstellungsort transportiert wird, verhindert das Isolierrohr 8 eine eventuelle Verformung an der Basis des Metallrohres 6 und verhindert auf diese Weise eine Fluchtabweichung zwischen den Kernen 7 und der Primärwicklung 10.

Im Inneren des Rohres 6 sind die Leiter der Sekundärwicklung zur Masse geführt und ihren Enden an einen Block von Sekundärklemmen 12 angeschlossen, der an der Basis des Wandlers angeordnet ist.

Analog zu dem was vorher im Zusammenhang mit dem Kopf des Gehäuses beschrieben wurde und entsprechend der Detaildarstellung in Fig. 5 ist die Basis 3 bei dem erfindungsgemäßen Stromwandler vorzugsweise einstückig hergestellt und direkt mit dem unteren Ende 21 des Isolators 1 verbunden. Sie hat die für den Durchtritt der Endabschnitte der Leiter 13 der Sekundärwicklungen und für das Einführen des Isoliergases in den Wandler erforderlichen Bohrungen. Das Gas kann beispielsweise von Schwefelhexafluorid, Stickstoff oder einer Mischung dieser beiden Gase gebildet sein. Insbesondere hat die Basis 3 einen profilierten Vorsprung 17 zur geometrischen Anpassung an den Isolator 1. Die Basis 3 kann aus Aluminium oder auch aus Stahl hergestellt sein.

Wenn der Isolator aus keramischem Material hergestellt ist, erfolgt die Verbindung zwischen Basis und Isolator durch Einzementieren. Bei dieser Lösung muß man direkt in der Basis 3 eine Nut 15 ausarbeiten, in welche eine Ringdichtung eingelegt wird, um den hermetisch dichten Abschluß der Verbindung zwischen Basis und Isolator für das Isoliergas sicherzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers ist der Isolator aus Verbundmaterial hergestellt und die Basis direkt an ihm angeklebt. Auch in diesem Fall ist analog wie bei der Verbindung zwischen Kopf und Isolator das Vorsehen der Nut 15 mit der entsprechenden Dichtungsanordnung überflüssig, da die Verklebung per se den hermetisch dichten Abschluß der Verbindung für das Isoliergas gewährleistet und dazu führt, die Zuverlässigkeit insgesamt des Wandlers zu erhöhen.

Auch diese Verbindung wird daher hergestellt, indem man Zwischenteile zwischen der Basis und dem Isolator eliminiert und infolgedessen den Materialverbrauch senkt. Darüber hinaus erfolgt die Montage der Basis an dem Isolator in einer wesentlich einfacheren und schnelleren Weise und mit größerer Gewährleistung des dichten Abschlusses der Verbindung für das Isoliergas.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Wandlers liegt in der Tatsache, daß der Behälter 12 für die Klemmen direkt in die Basis 3 integriert ist. Da der Behälter 12 integraler Teil der Basis 3 ist, benötigt man keine weitere Verbindung und auch keine weitere geeignete mechanische Bearbeitung, um einen Sitz herzustellen, in den eine Dichtung eingelegt wird, um den hermetischen Abschluß der Verbindung zwischen dem Behälter und der Basis sicherzustellen. Infolgedessen wird die Zuverlässigkeit des Wandlers insgesamt erhöht.

Innerhalb des so konzipierten Gehäuses 100 sind darüber hinaus Abschirmungen 4 und 9 mit einer dielektrischen Funktion vorgesehen. Insbesondere dient die Abschirmung 9 dazu, um gleichförmig den Feldgradienten entlang dem Isolierrohr 8 zu verteilen, um eventuelle Verdichtungen der Equipotentiallinien zu vermeiden, die einen hohen Feldgradienten hervorgerufen könnten mit der Folge einer Funkenentladung zu dem Rohr hin, wenn beispielsweise atmosphärische Störungen auftreten.

Die Abschirmung 4 erlaubt statt dessen eine gleichförmige Verteilung des Feldgradienten zwischen den spannungsführenden Teilen des Wandlers wie dem oberen Teil des Isolators 1 und den geerdeten Teilen, wie beispielsweise dem Metallrohr 6 oder dem unteren Abschnitt des Isolators. Diese Abschirmungen sind üblicherweise aus Aluminium hergestellt.

In der Praxis wurde festgestellt, daß der erfindungsgemäße Wandler es ermöglicht, die oben angegebene Aufgabe vollständig zu lösen, daß man den Kopf und die Basis des Wandlers direkt mit dem Isolator verbindet, wodurch die Zwischenteile eliminiert und das benötigte Material sowie die erforderliche Zeit und die notwendigen Kosten reduziert werden. Infolgedessen verringern sich auch die notwendigen Verbindungen mit Dichtungen und die erforderliche mechanische Arbeit. Auf diese Weise erhält man eine einfachere und schnellere Montage sowie gleichzeitig eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des Wandlers.

Der vorstehend beschriebene Wandler kann auf vielfältige Weise modifiziert werden. Insbesondere können die verwendeten Materialien und Abmessungen entsprechend den jeweiligen Anforderungen gewählt werden.

Claims (10)

1. Stromwandler mit Gasisolierung, umfassend ein Gehäuse (100), in dem Primär- und Sekundärwicklungen des Wandlers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (100) einen mit Rippen versehenen rohrförmigen Isolator (1) sowie einen Kopf (2) und eine Basis (3) umfaßt, die jeweils einstückig ausgebildet und direkt mit dem oberen bzw. unteren Ende des gerippten Isolators (1) verbunden sind.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (3) ferner einen Behälter (12) aufnimmt, der Anschlußklemmen für die Sekundärwicklungen enthält.

3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gerippte Isolator (1) aus einem Verbundmaterial hergestellt ist und daß der Kopf (2) und die Basis (3) durch Kleben mit ihm verbunden sind.

4. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerippte Isolator (1) aus keramischem Material hergestellt ist und daß der Kopf (2) und die Basis (3) durch Zement mit ihm verbunden sind.

5. Stromwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (3) mit einer Dichtungsanordnung für ein Isoliergas verbunden ist, die in einer Nut (15) angeordnet ist, die in einer Oberfläche der Basis (3) ausgebildet ist.

6. Stromwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (2) mit einer Dichtungsanordnung für ein Isoliergas verbunden ist, die in einer Nut (14) angeordnet ist, die in einer Fläche des Kopfes (2) ausgebildet ist.

7. Stromwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (2) und die Basis (3) beide einen Vorsprung (16 bzw. 17) haben, der mit einem Profil zur geometrischen Anpassung an den Isolator (1) versehen ist.

8. Stromwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (3) und der Kopf (2) aus Aluminium oder Stahl hergestellt sind.

9. Stromwandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Haltemittel (7, 8) für die Sekundärwicklungen hat, wobei die Haltemittel zur Kompensation eventueller Wärmeausdehnungen geeignet sind.

10. Stromwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel ein Isolierrohr (8) umfassen, dessen eines Ende mit dem Kopf (2) verbunden ist und dessen anderes Ende drehbar mit einem Zapfen (11) gekoppelt ist, der an einer toroidalen Abschirmung (7) befestigt ist, welche die Sekundärwicklungen aufnimmt.