DE2154398C3 - Spannungstransformator zur vertikalen Aufstellung mit einem gestreckten Magnetkern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungstransformalor zur vertikalen Aufstellung mit einem gestreckten Magnetkern, der auf Hochspannung gehalten und von einer Hochspannungswicklung umschlossen ist, die als Lagenwicklung mit von innen nach außen abnehmender Lagenlänge ausgeführt und von der ebenfalls als Lagenwicklung ausgeführten Niederspannungswicklung umschlossen ist, und mit an Stirnflächen der Wicklungen anliegenden und diese abstützenden konusförmigen Isolierstoffteilen, die durch einen mit einem Flansch ausgestatteten Rohrmantel überbrückt sind. Derartige Spannungstransformatoren können bspw. als

Meßtransformatoren eingesetzt werden.

Es ist ein Hochspannungstransformator mit gestrecktem, auf Hochspannungspotential gehaltenem Magnetkern bekannt (DE-PS 6 89 852), dessen Potential von den inneren in Richtung auf die äußeren Wicklungslagen abnimmt, so daß eine wirkungsvolle Isolierung vorgesehen werden kann und besondere, hochbelastbare Isolierschichten zwischen dem Magnetkern und den Wicklungen entfallen. Diese bekannten Span^ungstransformatoren weisen jedoch unerwünscht große Abmessungen auf und nehmen einen verhältnismäßig großen Raum in Anspruch. Außerdem sind eine mechanisch sichere oder elektrisch hoch beanspruchbare Halterung von Magnetkern und Wicklung sowie ein einfacher, kompakter Aufbau des Gefäßes und des magnetischen Rückschlußteiles nicht gegeben.

Es ist weiterhin bekannt, einen Spannungstransformator mit einer Lagenwicklung auszustatten, deren Lagenlängc von innen nach außen abnimmt (DE-PS 3 49 356). Die Lagenwicklung ist auf einem horizontalen Schenkel eines geschlossenen, rechteckigen Magnetkernes angeordnet, so daß besondere Maßnahmen zum Abstützen oder Tragen der Wicklungen nicht erforderlich sind. Es genügt, den auf Erdpotential gehaltenen Magnetkern im ihn aufnehmenden Gehäuse abzustützen. Hierbei ergibt sich ein extrem großer Raumbedarf, da die äußeren Lageu der Wicklung adf Hochspannungspotential gehalten sind und sowohl vom Gehäuse als auch vom gegenüberliegenden Schenkel des Magnetkernes einen entsprechenden Abstand einzuhalten haben.

Zum Stande der Technik gehört weiterhin ein Spannungstransformator (DE-PS 6 23 115), der mit gestrecktem, auf Hochspannung gehaltenem Magnetkern ausgeführt sein kann, und dessen Hochspannungswicklung als Lagenwicklung mit von außen nach innen abnehmender Lagenlänge ausgeführt ist, an deren Stirnflächen diese abstützende konusförmige Isolierstoffteile anliegen, die durch einen mit einem Flansch ausgestatteten Rohrmantel übürbrücxi sind. Damit ist zwar im montierten Zustande die Wicklung geschützt, und es steht ein Befestigungsflansch zur Montage zur Verfügung; die Kühlung der allseitig eingeschlossenen Wicklung jedoch bereitet Schwierigkeiten, und die nach außen steigende Lagenlänge bedingt sowohl einen erhöhten Kupfer- als auch Raumbedarf, der insbesondere dann noch erheblich ansteigt, wenn durch Schließen des Magnetkernes ein magnetischer Rückschluß gegeben sein soll. Die Handhabung des Spannungstransformators während der Montage erweist sich als schwierig, zumal der zum Tragen der Anordnung vorgesehene Flansch des Rohrmantels erst im letzten Arbeitsgang aufgebracht werden kann. Maßnahmen zum direkten isolierten Abstützen eines Magnetkernes innerhalb eines Gefäßes sind dort nicht offenbart.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Spannungstransformator der bezeichneten Gattung zu schaffen, der bei geringem Herstellungsaufwand einen kompakten, mechanisch stabilen und hochspannungsfesten Aufbau aufweist, so daß gegenüber den bekannten Ausführungen der Raumbedarf, das Gewicht sowie auch der zur Erstellung, insbesondere Montage, zum Transport sowie zur Aufstellung erforderliche Aufwand gesenkt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe, indem der untere konusförmige Isolierstoffteil das freie untere Ende des Magnetkernes trägt und sein Umfang mit einem beidseitig Spannflächen aufweisenden Flansch ausge-

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stauet ist, indem gegen den Flansch die Flansche einer den Spannungstransformator unterfangenden Gehäusekappe sowie eines ihn umfangenden Gehäuseoberteiles verspannt sind, und indem das nach oben geschlossene, den Spannungstransformator mit Abstand umfangende Gehäuseoberteil und die Gehäusekappe ein ihn abgedichtet umschließendes Gefäß bilden.

Durch diese Maßnahmen wird ein kompakter Spannungstransformator geschaffen, dessen wesentliche Teile auf dem unteren der konusförmigen [solierstoffteile montierbar sind und mit diesen in das Gefäß eingebracht und mit ihm verbunden werden. Der untere der konusförmigen Isolierstoffteile trägt hierbei isolierend alle spannungsführenden Teile des Spannungstransformators, so daß der gewünschte einfache, gedrängte, kompakte und leicht zu handhabende Aufbau erreicht wird.

Mit geringem Herstellungsaufwand sowie minimalem zusätzlichem Raumbedarf wird ein magnetischer Rückschluß geschaffen, indem das Gehäuseoberteil mit in seinem Inneren achsparallel und in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordneten, als längliche Rechtecke ausgeführten, magnetisch leitfähigen Platten bzw. Blechen verbunden ist.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Gehäuseoberteil an seinem freien Ende mit einem Flansch zur Aufnahme eines konusförmigen Isolierstoffteiles auszustatten, der mit Abstand oberhalb der Wicklungen das Gefäß schließt und mit seinem nach unten gerichteten Mittelbereich das obere Ende des Magnetkernes zentrisch hält. Als zweckmäßig wurde gefunden, den Magnetkern durch die an ihrem freien Ende abgerundet ausgebildete Endabschirmung zu tragen, die einen in der Öffnung des konusförmigen Isolierstoffteiles angeordneten Abschirmring umfaßt. Ein sicherer Halt auf dem unteren konusförmigen Isolierstoffteil wird erzielt, indem der Magnetkern eine öffnung aufweist, die von einer mit der Endabschirmung verbundenen Haltestange durchgriffen ist

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt hierbei

Fig. 1 eine halbgeschnitten dargestellte Seitenansicht des Spannungstransformators,

F i g. 2 eine bereichsweise geschnitten dargestellte perspektivische Teiiansicht des Span*iungstransformatorsnach Fig. I,

F i g. 3 teilweise geschnitten eine perspektivische Ansicht eines konusförmigen Isolierstoffteiles nach Fig. 1 und 2, sowie

F i g. 4 eine Aufsicht auf ein in F i g. 1 gezeigtes Abschirm-Bauteil.

Entsprechend den Fig. 1 und 2 ist der Hochspannungstransformator von einem Gefäß 10 umgeben, das aus einem Gehäuseoberteil 1 sowie einer mit seinem Boden einstückig erstellten Gehäusekappe 3 besteht. Die einander zugekehrten, offenen Seiten des Gehäuseoberteiles 1 und der Gehäusekappe 3 sind jeweils mit Flanschen 11 bzw. 5 ausgestattet, die zwischen sich den Flansch 7 eines konusförmigen Isolierstoffteiles 9 einschließen und diesen tragen. Der konusförmige Isolierstoffteil 9 ist vorzugsweise aus Polyäthylenharz oder aus Polyäthylen-Kunststoff hergestellt und hat die Aufgabe, mit seinen Flanken Wicklungen abzustützen und den Magnetkern 23 im Innern des Gefäßes 10 zu halten.

In teilweise geschnitteirer perspektivischer Ansicht ist der konusförmige Isolierstoffteil 9 in F i g, 3 dargestellt. Sein äußerer Rand ist fils Flansch 7 ausgebildet, und am unteren, schmal zulaufenden Ende ist ein Abschirmring 15 eingesetzt oder eingebettet. Nach F i g, 1 wird der Abschirmring 15 von einer Endabschirmung 17 Untergriffen, deren freies Ende abgerundet ausgeführt ist, und die sich am Abschirmring 15 mittels eines Gewinderinges 19 hält

Der Magnetkern 23 ist gestreckt ausgebildet und mit einer Mittelbohrung ausgestattet, die von einer Haltestange 21 durchgriffen wird, deren unteres Ende mit der Endabschirmung 17 verschraubt ist Ein auf die Haltestange aufgeschobener Isolierring 25 sorgt dafür, daß der Magnetkern 23 die Endabschirmung 17 nicht berührt Der Magnetkern 23 ist von einer Isolierhüsle 27 umgeben, auf welche eine Abschirmwicklung 29 aufgebracht ist

Die Primärwicklung 31 des Spannungstransformators ist in einer Anzahl von Lagen bzw. Gruppen von Lagen aufweisenden Teilwicklungen hergestellt, die über der Abschirmwicklung vorgesehen sind, ;,id deren Länge von innen nach außen stufenförmig abnimmt. Die Teilwicklungen werden von ringförmigen Stützelementen 33 axial abgestützt, deren untere auf der oberen Flanke des konusförmigen Isolierstoffteiles 9 aufliegen. Die Primärwicklung 31 ist durch eine Isolierhülse 37 gegen die über ihr angeordnete Sekundärwicklung 35 isoliert.

Das Gehäuseoberteil 1 ist nach oben durch einen Flansch 39 abgeschlossen, mit dem der Flansch eines zweiten konusförmigen Isolierstoffteiles 41 verbunden ist. Der Isolierstoffteil 41 gleicht dem Isolierstoffteil 9 weitgehend oder ist ihm völlig gleichartig ausgeführt. Auch der konusförmige Isolierstoffteil 41 ist mit einem dem Abschirmring 15 entsprechenden Abschirmring 45 ausgestattet. In den Abscinirmring 45 ist ein stiftartig ausgebildeter Kontakt 47 eingeschraubt, dessen oberer Teil über den konusförmigen Isolierstoffteil 41 hinausragt, und der mit dem Hochspannungsanschluß verbunden wird.

Auf das mit Gewinde versehene obere Ende der Hal'.ostange 21 ist ein buchsenförmiger elektrischer Leiter 49 aufgeschraubt. Zwischen dem Leiter 49 und dem Kontakt 47 angeordnete Kontaktelemente 71 schließen den Stromkreis vom Kontakt 47 zur Haltestange 21 und zum von dieser durchgriffenen Magnetkern 23. Da somit die innere Lage der Primärwicklung 31 und der Magnetkern 23 am gleichen Potential liegen, bietet die Isolierung des Magnetkernes 23 von der Primärwicklung 31 keine Schwierigkeiten. Jede Potential-Unsymmetrie zwischen den konkaven und den konvexen Teilen des Magnetkernes 23 wird von der Abschirmwicklung 29 ausgeglichen bzw. geglättet.

Um die Hochspannungsteile, bspw. um den Leiter 49, ist eine buchsenförmige Hochspannungsabschirmung 53 gelegt, zu der, wie F i g. 4 zeigt, die vier Klemm-Elemente 55 gehören. Diese Hochspannungsabschirmung 53 ist gemäß F i g. 1 mit der Haltestange 23 vermittels eines auf diese geschraubten Klemmelementes 57 verbunden, an dessen Flansch die Klemmelemente 55 befestigt werden.

Die Außenwandung des Gefäßes 10 ist mit Rippen 59 zur Kühlung des Spannungstransformators ausgestattet. Über eine Einlaßöffnung 61 wird ein Isoliergas, bspw. Schwefelhexafluorid (SF₆), in das Gefäß eingebracht, das aus einer AustritisOffnung 63 wieder austreten kann. Das Gefäß ist weiterhin mit einem Klemmkasten 65 zur Erdung der primärseitigen Hochspannung sowie einem

Klemmenkasten 67 für den Anschluß der Sekundärwicklung 35 ausgestattet.

Eine Reihe weichmagnetischer Bleche 69 jeweils länglicher, etwa rechteckiger Form ist im Inneren des Gefäßes 10 derart befestigt, daß sie in dessen Umfangsrichtung voneinander getrennt bzw. isoliert sind. Die leitfähigen Bleche 69 bewirken nicht nur nach außen hin eine Abschirmung, sie schließt auch den Magnetfluß des Magnetkernes 23 und unterbinden damit Wirbelströme bspw. in der Wandung des Gefäßes 10. In ihrer Arbeitsstellung sind die Bleche 69 vermittels von Schrauben 73 und Muttern 71 gehalten.

Der dargestellte Spannungstransformator ist für vertikale Aufstellung bestimmt. Der Magnetkern 23 sowie die Primär- und Sekundärwicklung 31 bzw. 35 werden hierbei durch den konusförmigen Isolierstoffteil 9 getragen. Für universelle Aufstellmöglichkeiten wird spiegelbildlich zur normalen Symmetrieebene der Wicklungen ein weiterer konusförmiger Isolierstoffteil angeordnet, der die Wicklungen sowie ggf. weitere Baugruppen axial in der Gegenrichtung abstützt bzw. zwischen sich und dem Isolierstoffteil 9 verspannt. Die Wicklungen werden damit unverrückbar und fest gehalten.

Der gemäß der Erfindung ausgeführte Spannungs- jj transformator ermöglicht eine einfachere und leicht druchzuführende Montage: Die wesentlichen Teile des Spannungstransformators können zunächst auf dem konusförmigen Isolierstoffteil 9 aufgebaut werden, der schon in einem frühen Montagestand auf die Gehäusekappe 3 aufgebracht werden kann und zum Abschluß der Montage vom Gehäuseoberteil 1 überfangen wird. Da die innere Lage der Primärwicklung I auf dem gleichen Potential wie der Magnetkern 23 liegt, wird die zwischen ihnen vorgesehene Isolierhülse 27 nur mit geringen Spannungen beansprucht und kann leicht ausgeführt und einfach ausgebildet werden. Die nach außen abnehmende Lagenlänge der Primärwicklung gestattet, mit relativ geringem Kupferaufwand erhebliche Windungszahlen im unmittelbaren Feldbereich des ^₀ Magnetkernes 23 anzuordnen. Nach außen hin wird die Hochspannung üuci uic ciii/.cmcn Tci!wn.Iv!uiigi.ii !im langsam abgebaut, so daß die äußeren Lagen der Primärwicklung 31 gegen die Sekundärwicklung 35 nur geringe Spannung führen und auch die Isolierhülse 37 _4J nicht hoch beansprucht wird und einen geringen Raumbedarf aufweist. Da die Niederspannungswicklung, die Sekundärwicklung 35, am Umfange der Gesamtwicklung angeordnet ist, bestehen auch zum Gefäß 10 keine großen Potentialunterschiede, so daß der Abstand gering gewählt werden kann, hohe Feldstärken vermieden werden, eine einfach ausgeführte Isolation anwendbar ist und die Gesamtabmessungen sowie auch das Gewicht des Spannungstransformators günstig beeinflußt werden.

Bei üblichen Ausführungen aus Blechen erstellter Magnetkerne 23 besteht die Gefahr, daß Unebenheiten, Vorsprünge, Abweichungen vom kreisförmigen Querschnitt od. dgl. des Magnetkernes 23 unterschiedliche Feldstärken bewirken und damit Corona- und Bogenentladungen auslösen. Die auf der Isolierhülse 27 vorgesehene Abschirmwicklung 29 vermeidet diese Gefahr, indem sie unabhängig von der Form des Magnetkernes 23 ein gleichförmiges Spannungspotential bewirkt. Der gedrungene Aufbau wird auch durch den durch die weichmagnetischen Bleche 69 gebildeten magnetischen Rückschluß begünstigt: sie halten den vom Magnetkern 23 ausgehenden Magnetfluß von den Gefäßwandungen fern, so daß auch aus diesem Grunde ein geringer Abstand von der Sekundärwicklung gewählt werden kann und elektrische Verluste bzw. eine Erwärmung der Wandungen des Gefäßes durch Wirbels⁽röme nicht zu befürchten sind. Auch in den Blechen werden Wirbelströme vermieden, da diese in Umfangsrichtung des Gefäßes unterteilt sind und damit keine Kurzschlußwindung zu bilden vermögen.

Der Aufbau des Magnetkernes und seiner Befestigungselemente sowie der Wicklungen auf dem unteren konusförmigen isoiierstoffteii 9 erlaubt es, bei der Montage, aber auch bei gegebenenfalls durchzuführenden Reparaturen, die Anordnung allein am Flansch 7 abzustützen, so daß die Anordnung leicht zu handhaben ist und alle Teile leicht zugängig sind, bis der untere Teil durch die Gehäusekappe 3 abgedeckt wird und der Spannungstransformator durch Aufbringen des Gehäuseoberteiles 1 geschlossen wird. Es ergibt sich damit nicht nur der gewünschte kompakte Aufbau, auch die

lVmiliagU 3UWH- 55>- UUI^II(.Uiijiii\.iiuv ■ ι uiu ι iviüC i7.\S7~,£o arbeiten werden gegenüber denen an bekannten Spannungstransformatoren aufgabengemäß erheblich erleichtert und vereinfacht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Spannungstransformator zur vertikalen Aufstellung mit einem gestreckten Magnetkern, der auf Hochspannung gehalten und von einer Hochspannungswicklung umschlossen ist, die als Lagenwicklung mit von innen nach außen abnehmender Lagenlänge ausgeführt und von der ebenfalls als Lagenwicklung ausgeführten Niederspannungswicklung umschlossen ist, und mit an Stirnflächen der Wicklungen anliegenden und diese abstützenden konusförmigen Isolierstoffteilen, die durch einen mit einem Flansch ausgestatteten Rohrmantel überbrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der untere konusförmige Isolierstoffteil (9) das freie untere Ende des Magnetkernes (23) trägt und sein Umfang mit einem beidseitig Spannflächen aufweisenden Flansch (7) ausgestattet ist, daß gegen den Flansch die Flansche (5, 11) eineY den Spannungstransformatcr unterfangenden Gehäusekappe (3) sowie eines ihn umfangenden Gehäuseoberteiles (1) verspannt sind, und daß das nach oben geschlossene, den Spannungstransformator mit Abstand umfangende Gehäuseoberteil und die Gehäusekappe ein ihn abgedichtet umschließendes Gefäß (10) bilden.

2. Spannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseoberteil (1) mit in seinem Inneren achsparallel und in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordneten, als längliche Rechtecke ausgeführten magnetisch leitfähigeii Platten bzw. Blechen (69) verbunden ist.

3. Spannungstransformetor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d;·; Gehäuseoberteil (1) an seinem freien Ende mit einem Flansch (39) zur Aufnahme eines konusförmigen Isolierstoffteiles (41) ausgestattet ist, der mit Abstand oberhalb der Wicklungen (31,35) das Gefäß (10) schließt und mit seinem nach unten gerichteten Mittelbereich das obere Ende des Magnetkernes (23) zentrisch hält.

4. Spannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (23) durch die an ihrem freien Ende abgerundet ausgebildete Endabschirmung (17) getragen ist, die einen in der Öffnung des konusförmigen Isolierstoffteiles (9) angeordneten Abschirmring (15) umfaßt.

5. Spannungstransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (23) eine Öffnung aufweist, die von einer mit der Endabschirmung (£7) verbundenen Haltestange (21) durchgriffen ist.