DE2439128A1 - Hochspannungstransformator mit fluessigkeitsisolation - Google Patents

Hochspannungstransformator mit fluessigkeitsisolation

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DE2439128A1
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DE2439128A
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Ernst-Dietrich Dipl Wunderlich
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/005Impregnating or encapsulating
    • 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
    • H01F27/321Insulating of coils, windings, or parts thereof using a fluid for insulating purposes only

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Description

  • Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitsisolation Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit Plüssigkeitsisolation, insbesondere für Weltraumeinsatz, bei dem mindestens eine BTiedersprnnungssicklung und mindestens eine Eochspannungsswicklung im Innern eines dichten Gehäuses angeordnet sind.
  • Transformatoren dieser Bauweise sind in vielfachen Ausführungen bekannt, vergleiche hierzu beispielsweise die deutsche Patentschrift 439 502. Bei großen elektrischen Belastungen hat sich die Verwendung von Plüssigkeiten wie beispielsweise Silikonöl oder Fluorkohlenstoff zur Isolation und Kühlung bestens bewährt, denn diese Stoffe zeigen eine hohe DurchschlagsSestigkeit, können nach unvermeidlichen Überschlägen wieder regenerieren und verfügen über eine recht gute Wärmeleitfähigkeit0 Diesen Vorzügen stehen allerdings eine Reihe von vielfach erheblich ins Gewicht fallenden Nachteilen gegenüber: So enthalten die Gehäuse von flüssigisolierten Übertragern stets komeliziert gestaltete wnd Platz beanspruchende Durchführungen bzwO Isolatoren für die HochSrequen2-leitungen Da außerdem die Temperaturausdehnungskoeffizienten der Isolierflüssigkeit einerseits und der übrigen festen Materialien andererseits erheblich von einander abweichen, muß man Wärmebeanspruchungen, die bei einem großen fljemperaturschwankungen ausgesetzten Transformator auftreten können, durch Anbau eines mehr oder weniger großvolumigen Ausgleichsgefäßes entgegenwirken.
  • Das Wärmeausdehnungsverhalten von Isoliermaterial und aktiven Transformatorteilen ließe sich zwar durch tw7ahl von festen Isolierstoffen wie beispielsweise Kunstharz aneinander anpassen, es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Gießharzverguß eine auch langzeitlich befriedigende Hochspannungsfestigkeit nicht immer verbürgen kann.
  • Abgesehen davon, daß in Harzumhüllungen Gaseinschlüsse nahezu unvermeidlich sind, erzeugt die Polymerisationsschrumpfung beim Aushärten bekanntlich Materialspannungen, die insbesondere bei thermischen Belastungen zu Rißbildungen führen. Fiir Überlegungen, diesen memperaturschwund unschädlich zu machen, sei auf die deutsche Auslegeschrift 1 147 684 verwiesen. Erfolgt erst einmal ein Uberschiag, so ist ein kunstharzisolierter Hochspannungstransformator zerstört.
  • Die Erfindung steht vor der Aufgabe, einen kompakten Xochspannungstransformator anzugeben, der auch unter starken TemperaturSechselbelastungen und hohen Spannungen, wie sie beispielsweise im Satelliteneinsatz unter Weltraumbedingungen auftreten, sehr zuverlässig arbeitet, Diesen Anforderungen genügt ein Transformator der eingangs Oenannten Art, bei dem erfindungsgemäß das Gehäuse aus Kunststoff besteht, die Isolierflüssigkeit lediglich den die Hochspannungswicklung umgebenden Raum (Hochspanntzngsraum) ausfüllt und die Niederspannungewicklung mit Kunstharz umgossen ist.
  • Die Erfindung vereinigt in sich folgende wesentliche Vorteile: Ein Kunststoffgehäuse macht zunächst sperrige und die Fertigung belastende Durchführungsisolatoren überflüssig. Die die Wicklungen umgebende Karnner ist zweigeteilt, der Hochspannungsraum wird dabei von einer Isolationsflüssigkeit angefüllt, um eine Überschlagsgefahr bei den besonders kritischen aktiven Transformatorenteilen zu beseitigen; bei unvermeidlichen Überschlägen werden die dabei gebildeten Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit gelöst, der Tranforator ist dann wieder betriebsbereit.
  • Die Wiederspannungswicklung ist mit Kunstharz umhüllt, weil einmal an Orten geringerer Feldstärken zerstörende Überschläge nicht zu befürchten sind und zum anderen auf diese Weise das Flüssigkeitsvolumen klein gehalten werden kann. Somit ist nur bei extremen Demperaturunterschieden ein mit dem Hochspannungsraum in Druckausgleich stehendes, stets vergleichsweise kleines husgleichsgeIäß erforderlich. Der Kunstharzverguß trägt überdies zur mechanischen Festigkeit der gesamten Baueinheit bei. Insgesamt erhält man durch die vorgeschlagene Maßnahmenkombination einen auch unter extremen Beanspruchungen zuverlässig arbeitenden Hochspannungstransformator von besonders gedrungenen Abmessungen. Ein solcher Transformatot eignet sich deshalb besonders für die 3 oromZe>~ sorgung einer t*'landerfeldröhre in einem Funkeatellit.
  • Sollte die Isolationsflüssigkeit zu schädlicher Blasenbildung neigen, beispielsweise im Weltraum infolge der fehlenden Schwerkraft, so kann dem durch Entgasung und/oder durch Einfüllen unter Druck entgegengewirkt werden.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Transformatorgehäuse eine wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Grundplatte oder/und wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Deckplatte aufnimmt, die einen Teil der Gefäßaußenfläche bildet. Derart in die Gehäuse-Wandung einbezogene Platten leiten die im Transformator entwickelte Betriebswärme, soweit sie zu Übertemperaturen führt, entweder durch direkte Leistung an die Unterlage (Grundplatte) oder durch Abstrahlung (Deckplatte) wirksam nach außen ab. Ein solcher Wärmeausgleich empfiehlt sich insbesondere dann, wenn der Hochspannungstransformator in Vakuum-Umgebung betrieben wird, da hier über die Seitenwände ein nur geringer Wärmeübergang erfolgen kann0 Sind die Grundplatte und/oder Deckplatte u-förmig mit zwei in sich gegenüber liegenden Seitenwänden des Gehauses verlaufenden Schenkelplatten ausgebildet, so wird auch die in die Seitenwände abfließende Wärme zur Grundplatte tra.nsportiert.
  • Die inneren Transformatorteile lassen sich besonders bequem zusammensetzen und vergießen bzw. mit Isolierflüssigkeit umgeben, wenn das Gehäuse aus zwei Teilen, einem Bodenteil und einem Kopfteil, besteht.
  • Die Erfindung soll nun an Hand eines bevorzugten Auszührungsbeispiels in 5ZerW,ir.du. den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 die erfindungsgemäße Ausführung eines Hochspannungstransformators in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht, Fig. 2 eine Aufsicht auf das Bodenteil der Ausführung der Fig. 1, in Pfeilrichtung II - II gesehen.
  • Der in den Figuren dargestellte Transformator ist als teistungsübertrager für die Stromversorgung eines Satelliten gedacht. Er enthält im einzelnen ein aus einem Bodenteil 1 und einem Kopfteil 2 bestehendes Gehäuse 3. In das Bodenteil 1 ist eine u-förmige Grundplatte 4 und in das Kopfteil 2 eine ebenfalls u-förmige Deckplatte 5 eingebettet. Beide Platten stehen über ihre Schenkel miteinander in Verbindung. Die Bodenplatte 4 trägt zwei Aluminiumstützen 6, auf denen mit Spannbändern 7 zusammengehaltene Trsnsformatorkerne 8 ruhen, Die Kerne 8 sind somit sowohl geerdet als auch an einen wirksamen Wärmeleitpfad angeschlossen. Auf ihrem in den Figuren nicht erkennbaren Innenschenkel sind eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung (Hochspannungswicklung) als Scheibenwicklung aufgebracht. Beide Wicklungen sind in den Figuren nicht eingezeichnet, der vom gesamten Wickelpaket eingensmmene Raum (Wickelraum) ist mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Ein Verguß 11 aus Epoxydharz füllt d-en um die Primärwicklung verbliebenen Raum, der die Hochspannungswicklung umgebende Raum (Hochspannungsraum) ist mit einem mit 12 bezeichneten Silikonöl ausgefüllt (Fig0 2). Der Hochspannungsraum kommuniziert über eine Öffnung 13 im Kopfteil 2 des Gehäuses 3 mit einer balgartig gearbeiteten Ausdehnungskammer (Ausdehnungsgefäß) 14. Statt eines außen angebrachten Ausdehnungsgefäßes könnte man auch ein Organ im Gehäuseinneren vorsehen, sas für Druckausgleich sorgt, beistielsweise eine Appendixkammer mit druckabhängigem Passungsvermögen oder einen elastischen Körper mit druckabhängigem Volumen, Im vorliegenden Fall enthält das Kopfteil 2 noch zwei aus vergießfähigem Isolierstoff bestehende, nur für die Giaßform erforderliche Stütznocken 16, sowie - nicht dargestellt - eine weitere Öffnung mit einem Pumpstutzen.
  • Außerdem sind den beiden nichtmetallischen C-ehäuseseitenwänden zwei Kunstharzleisten 17 angeformt, in deren Bereich die (nicht dargestellten) elektrischen Anschlüsse einfach herausgeführt werden können Die geschilderte Ausführung kann wie folgt sehr rationell usammengebaut werden: Zunächst werden die beiden Gehäuseteile 1 und 2 aus Epoxydharz um die jeweiligen metallischen Platten gegossen und an ihren späteren Berührungsflächen plangefräst. Danach wird der eigentliche Beistungsübertrager (Kern mit Wicklungen) in das Bodenteil 1 eingesetzt.
  • Alle nun verbliebenen Räume, außer dem Hochspannungsraum, werden mit einem kalt härtenden Epoxydharz ausgefüllt, beispielsweise indem man das Gehäuse um 90 Grad verkippt. Damit ist auch die Primärwicklung vergossen.
  • In das Kopfteil werden nach dem Planfräsen die beiden Öffnungen gebohrt, dann werden der Pumpstengel und das Ausde1inunggefäF3 14 eingesetzt und mit Epoxydharz befestigt. Danach verfestigt man beide Gefäß teile mit einander. Die so gefertigte Einheit wird dann evakuiert, beispielsweise einige Stunden in einem Exsikkator aufbewahrt, dann gegebenenfalls mit einem Edelgas wie Helium nachgespült und schließlich mit Silikonöl gefüllt. Der Füllvorgang.soll zur optimalen Ölentgasung mit einem sehr geringen Durchsatz erfolgen.
  • g Patentansprüche 2 Piguren

Claims (4)

  1. Patentansprüche ß Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitsisolierung, insbesondere für Weltraumeinsatz, bei dem mindestens eine Niederspannungewicklung und mindestens eine Hochspannungswicklung im Inneren eines dichten Gefäßes angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse (3) aus Kunststoff besteht, daß die Isolierflüssigkeit (12) lediglich den die Hochspannungswicklung umgebenden Raum (Hochspannungaraum) ausfüllt und daß die Niederspannungswicklung mit Kunstharz (11) umgossen ist.
  2. 2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Isolierflüssigkeit (12) im Hochspannungsraum unter Druck steht.
  3. 3o HochspannungstransformStor nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse (3) eine wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Grundplatte (4) oder/und wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Deckplatte (5) aufnimmt, die einen Teil der Gefäßaußenfläche bildet.
  4. 4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h ne t, daß die Bodenplatte (4) oder/und die Deckplatte (5) u-förmig mit zwei in den Seitenwänden des Gehäuses verlaufenden Schenkelplatten ausgebildet ist0 So Hochspannungstransformator nach Anspruch 3 oder 4, mit auf einen gemeinsamen Kern (8) gewickelten Wicklungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kern auf wärmeleitfähigen, vorzugsweise metallischen Stützen (6) ruht, die mit der Grundplatte (4) verbunden sind.
    6e Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Gehäuse (3) aus einem gegebenenfalls die Grundplatte (4) enthaltenden Bodenteil (1) und einem gegebenenfalls die Deckplatte (5) enthaltenden Kopfteil (2) besteht.
    7. Hochspannungstransformator nach einem der Anspruche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hochspannungsraum mit einem Ausdehnungsgefäß (14) mit vorzugsweise druckabhängigem Fassungsvermögen kommuniziert.
    8. Hochspannungstransformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Organ zum Druckausgleich im Innern des Gehäuses (3) angeordnet ist.
    9. verfahren zur Herstellung eines Hochsparinungstransformators nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß zunächst die beiden Gehäuseteile gegossen und dann an ihren späteren Berührungsflächen plangefrast werden, daß daraufhin der Kern samt Wicklungen in das Bodenteil eingesetzt wird, daß sodann alle verbliebenen Räume, außer dem Hochspannungsraum, mit einem kalthärtenden Gießharz vergossen werden, daß hiernach das mit dem Ausdehnungsgefäß und einem Pumpstutzen versehene Kopfteil dem Bodenteil aufgesetzt und mit diesem verfestigt wird und daß schließlich die Isolierflüssigkeit in den Hochepannungeraum, gegebenenfalls nach seiner Evakuierung Ausspülung mit einem Edelgas, gegeben wird. Leerseite
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