DE3248080A1 - Hochspannungstransformator mit fluessigkeitskuehlung - Google Patents

Hochspannungstransformator mit fluessigkeitskuehlung

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08Cooling; Ventilating
    • H01F27/10Liquid cooling
    • H01F27/12Oil cooling
    • H01F27/14Expansion chambers; Oil conservators; Gas cushions; Arrangements for purifying, drying, or filling

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit
  • Flüssigkeitskühlung, insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Baugruppe aus räumlich eng zusammengefügten elektromechanischen Komponenten, bestehend aus einem magnetischen Kern mit Wicklung, einer diese umgebenden Kühl flüssigkeit, einem Gehäuse und isolierten Gehäusedurchführungen für die Anschlußleitungen.
  • Kleinere flüssigkeitsgekühlte Transformatoren dieser Art kommen äußerst selten vor, da das üblicherweise offene Ausdehnungsgefäß für die Kühlflüssigkeit den Transformator lageabhängig macht, was seinen einsatz in vielen Fällen ausschließt. Auch sind die hekannten Öltransformatoren sperrig und deshalb für extrem beschränk te Einbauverhältnisse nicht geeignet.
  • Kleine Hochspannungstransformatoren für beschränkte Einbauverhältnisse, beispielsweise für Röntgengeräte, Kopiergeräte und dergleichen, werden deshalb heute fast ausnahmslos mit Gießharz vcrgossen und durch Luft gekühlt. Gießharztransformatoren eignen sich aber nur für sehr niedrige Leistungen bzw. eine niedrige relative Einschaltdauer. Um die Wärmedehnungen aushalten zu können, müssen die verwendeten Gießharze weich eingestellt erden. Sie verspröden aber in verhältnismäßig kurzer Zeit, was zur Folge hat, daß chauerbelastete Transformatoren schließlich infolge Durchschlags ausfallen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannunqstrans formator für extrem beschränkte Einbauverhältnisse zu schaffen, der lageunabhängig ist und unter beengten Raumverhältnissen in Daucrbetrieh his zu einer Leistung von c. 1 kVA betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem flüssigkeitsgekühlten Hochspannungstransformator der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehause einen Kompensator enthält, der das Ausdehnungsvolumen der Kühl flüssigkeit bei Erwärmung aufnimmt und daß die Kühlfli.issigkeit bezogen auf den Druck der Umgebungsluft bei allen Betriebstemperaturen unter Überdruck steht. Ein somit hermetisch dichtes Transformatorgehäuse ist lageunaShXngiq und es bedarf eines geringeren Einbauraumes durch den Wegfall des sonst offenen Ausdehnungsgefässes und er zugehörigen Anschluß-Rohrleitungen. Der Überdruck der Kühlflüssigkeit erhöht die elektrische Drchschlagsfestigkeit und begünstigt dadurch eine gedrängte Bauform. Bei Betrieb unter Belastung steigt der Überdruck noch weiter an und das steigert die Sicherheit gegen Durchschläge noch einmal.
  • Der Kompensator wird vorzugsweise als Rollmembran ausgebildet, die abgedichtet in eine Öffnung der Gehäusewand eingesetzt ist und von außen her unter Federdruck steht. Dic Federvorspannung bestimmt den Überdruck. Vermindert sich das Volumen der Kühlflüssigkeit infolge von Erwärmung oder Abkühlung, so bemißt sich die Druckänderung nach der Federkennlinie. Dem Auf treten von Ühervolunina bei einer unvorhergesehenen Überlastung des Transformators 1.-ann durch ein Überdruclsventil oder dergleichen vorgebeugt werden. Ferner ver- Steht es sich von selbst, daß die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Siliconöl, sorgfältig entlüftet und entwässert sein muß.
  • Siliconöl ist übrigens lebensmittelrechtlich unbedenklich und nicht grundwassergefährdend. Deshalb ist die bei bekannten (31-transformatoren unumgängliche Ölauffangwanne entbehrlich.
  • Während Öltransformatoren üblicherweise nach außen abstehende und einen Sicherheitsabstand erfordernde Durchführungsisolatoren haben, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß eine ebene Islierstoffplatte als Gehäusedeckel und zuglcich als Isolator für wenigstens die hochspannungsseitige Gehäusedurchführung verwendet ist. Die Isolierstoffplatte wird vorzugsweise aus einem glasklaren Kunststoff gefertigt, was die Möglichkeit bietet, nicht nur den Verlauf der Anschlußleitunqen bei geschlossenen Deckel zu beobachten, sondern auch die Schaumbildung beim flinfüllen und Trocknen der Kühlflüssigkeit. Außerdem ]rann man die Isolierstoffplatte als Überdruckschutz heranziehen, indem ihre Befestigungsschrauben derart unregelmäßig er den Umfang verteilt werden. daß ein 9'eil der Isolierstoffplatte sich bei Überdruck federnd elastisch leicht abhebt und dadurch die Dichtung entlastet wird und Kühlflüsigkeit tropfenweise austreten kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. In einzelnen zeigt Fig. 1 die deckelseitige Ansicht eines Transformators Fi. 2 einen Horizontalschnitt II-T1 des Transformators nach Fig. 1 In einem Gehäuse 1 aus Aluminiumquß, das seitlich mit Kühlrippen versehen ist, befindet sich ein aus Kern und Wicklungen bestehender Transformatorkörper 2. Das Gehäuse 1 ruht auf vier Füßen 3 und hat vorne eine Öffnung mit ebener Randfläche zum Einführen des Transformatorkörpers 2. An die linke Seitenfläche des Gehauses 1 ist ein quadratischer Stutzen 4 angesetzt, der eine zszlindrische, zum Gehäuseinnenraum offene Bohrung aufweist.
  • Die Einführöffnung des Gehäuses 1 ist mit einer etwa 10 mm staren Platte 5 aus glasklarem Polyacryl verschlossen. Zur Ahdichtung ist in eine umlaufende Nut der ebenen Gehäuserandfläche ein Dichtring 6 eingelegt. Von vorne ist auf die Platte 5 ein Rahmen 7 aufgebracht und mit hilfe von vier durchgehenden Schrauben 8 mit dem Gehäuse 1 verspannt.
  • Die Platte 5 dient als Durchführungsisolator für den Hochspannungsanschluß 9 und zugleich auch für mehrere Niederspannungsanschlüsse 10, durch deren Auswahl die llochspannung zwischen 9 und 12 ]cV eingestellt werden kann. Das andere Ende der Hochspannungswicklung liegt an Masse. An die Durchführungsstifte sind innenseitig Scheibenflansche 11 angeformt, die auf der Platte 5 aufliegende Dichtringe 12 enthalten. Somit ist die Einführöffnung des Gehäuses 1 hermetisch abgedichtet.
  • Zur Bildung eines Kompensators ist auf den Stutzen 4 eine Kappe 13 aufgesetzt, die eine Rollmembran 14 einklemmt und mit Hilfe @on vier Schrauben 15 festgezogen wird. Diese somit am Rand abgedichtete Rollmembran 14 schließt die Stutzenöffnung ab. Die Rollmembran 14 legt sich um einen Stützkörper 16, der sich seinerseits über eine Druckfeder 17 an der Kappe 13 abstützt, die eine zentrale Bohrung 18 aufweist.
  • Das Gehäuse 1 ist mit Siliconöl gefüllt und steht bei Raumtemperatur von 20° unter einem Überdruck von etwa 0,5 bar. Der Füllvorgang verläuft wie folgt: Zunächst wird das Gehäuse 1 samt dem darin befindlichen Transformatorkörper 2 evakuiert und dadurch vorgetrocknet. Dann wird durch ein nicht dargestelltes Ventil langsam Siliconöl eingelassen. Dabei schäumt dieses stark auf, was vorteilhafterweise durch die glasklare Platte 5 beobachtet werden kann, wie übrigens auch die richtige Lage des Transformatorkörpers 2 und der Anschlußleitungen. Geht die Schaumbildung infolge der weitergeführten Evakuierung zurück, so wird weiteres Siliconöl nachgelassen bis schließlich der Gehäuseinnenraum vollkommen gefüllt ist und alle Luftblasen entwichen sind. Jetzt wird weiteres Siliconöl mit Hilfe einer Dosierpumpe nachgefördert und dadurch der erwähnte Überdruck herbeigeführt. Die Stellung der Rollmembran 14 kann mittels eines nicht dargestellten Stiftes, den man in ein Gewinde 19 des Stützkörpers 16 einschraubt und über die Kappe 13 vorstehen läßt, kontrolliert werden. Bei @emperaturschwankungen im Betrich werden die Volumenänderungen durch entsprechende Atembewegungen der Rollmembran 14 kompensiert. Die Gehäuseinnentemperatur ist auf 80° C ausgelegt.
  • Zur Vermeidung von Überdruck im Gehäuse 1 haben die Schrauben 8 zum Verspannen des Rahmens 7 und der Platte 5 eine besondere Anordnung. Zwei dieser Schrauben sitzen in den oberen beiden lecken des etwa quadratischen Rahmens 7, während die beiden anderen mit Hilfe besonderer Befestigungsaugen 20 seitlich nach außen versetzt und etwa in der Höhe eines Viertels der Gesamthöhe des Rahmens 7 angeordnet sind. Das hat zur Folge, daß die über diese Befestigungsaugen 20 nach unten überstehenden Teile der Platte 5 und des Rahmens 7 der bei erhöhtem Innendruck wirksamen Biegebelastung nachgeben und die Platte sich an ihrem unteren Rand vom Dichtring 6 leicht abhebt oder diesen nur entlastet.
  • Damit ist eine Soll-Leckstelle geschaffen, über die sich der Innendruck entspannen kann. Zusätzlich oder alternativ könnte auch über den erwähnten Stift ein elektrisches Warnsignal gegeben werden, sobald die Rollmembran 14 und der Stützkörper 16 eine vorbestimmte Stellung erreichen, die Überdruck signalisiert.
  • Der beschriebene Hochspannungstransformator ist für den Betrieb von Ozongeneratoren bestimmt, die zur Wasseraufbereitung eingesetzt und in räumlich sehr beengten Gefäßen bzw. Gehäusen unter gebracht sind. In diesem Fall wird eine Leistung von 800 VA im Dauerbetrieb abgocrchen.
  • 1 Gehäuse 2 Transformatorkörper 3 Fuß 4 Stutzen 5 Platte 6 Dichtring 7 Rahmen 8 Schraube 9 Hochspannungsanschluß 10 @iederspannungsanschluß 11 Scheibenflansch 12 Dichtring 13 Kappe 14 Rollmembran 15 Schraube 16 Stützkörper 17 Feder 18 Bohrung 19 Gewinde 20 Befestigungsauge - Leerseite -

Claims (6)

  1. amtl. Bez. : Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitskühlung A N S P R Ü C H E 1. Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Baugruppe aus räumlich eng zusammengefügten elektromechanischen Komponenten, bestehend aus einen magnetischen Kern mit Wicklung, einer die umgebenden Kühlflüssigkeit, einem Gehäuse und isolierten Gehäusedurchführungen Fiir die Anschlußleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen Kompensator (14, 17) enthält, der das Ausdehnungsvolumen der Kühlflüssigkeit bei Erwärmung aufnimmt und daß die Kühlflüssigkeit bezogen auf den Druck der Umgebungsluft bei allen Betriebstemperaturen unter Überdruck steht.
  2. 2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch qckennzeichnet, daß der Kompensator als Rollmembran (14) ausgebildet ist, die einen Teil der Gehiusewand bildet und von außen her unter Federdruck (17) steht.
  3. 3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ebene Isolierstoffplatte (5) als Gehäusedeckel und als Isolator für wenigstens die hochspannungsseitige Gehäusedurchführung (5) verwendet ist.
  4. 4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Befestigungsschrauben der Isolicrstoffplatte in der Weise, daß ein Teil der Isolierstoffplatte sich bei Überdruck in Gehauseinnern biegeelastisch verformt und dadurch Kühlflüssigkeit ausströmen läßt.
  5. 5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffplatte (5) aus einen glasklaren Kunststoff besteht.
  6. 6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit Siliconöl ist.
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