DE3605629A1

DE3605629A1 - Hochspannungstransformator

Info

Publication number: DE3605629A1
Application number: DE19863605629
Authority: DE
Inventors: Guenter Menge
Original assignee: Koch & Sterzel & Co GmbH; Koch and Sterzel AG
Current assignee: General Electric CGR Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-09-03
Also published as: WO1987005148A1; EP0258362A1; US4814733A; DE3605629C2

Description

Von einem Hochspannungstransformator kann verlangt werden, daß er nicht nur den gestellten Bedingungen und Forderungen entspricht, sondern er muß auch im Werkstoffverbrauch günstig und in der Herstellung billig sein. Von ausschlaggebender Bedeutung für den sparsamen Bau von Transformatoren sind die Verluste der Bleche. Je kleiner diese sind, um so höher kann die Induktion gewählt werden, ohne daß die Eisenverluste das zulässige Maß übersteigen. Bei der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein Schnittbandkern (1) verwendet, der mit einem Spannverschluß (2) zusammengehalten wird.

Ausschlaggebend für die Verwendung dieser relativ kleinen Transformatorenkerne ist die Hochfrequenz-Wechselrichtertechnik. Sie ermöglicht erst den kompakten Aufbau des Hochspannungstransformators. In der Regel sind die Wechselrichter so aufgebaut, daß der Lastkreis aus einem Parallel- oder Reihenschwingkreis besteht. Die Resonanzfrequenz des Schwinkreises wird durch die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters bestimmt. Die Grenzfrequenzen, in denen der Wechselrichter arbeiten kann, werden durch die verwendeten Halbleiter bestimmt. Frequenzen bis 100 KHz werden heute problemlos von Thyristoren bewältigt.

Wie vor erwähnt, kann ein Transformator auf Grund des verwendeten Kernes und Kernmaterials sowie der Frequenz des Wechselrichters relativ klein werden. Bei den Betrachtungen stellt man schnell fest, daß eine weitere Komponente, nämlich die Isolation von Primär- und Sekundärwicklung und Transformatorenkern von ausschlaggebender Bedeutung ist, will man einen Hochspannungstransformator mit kleinen Ausmaßen aufbauen.

Grundvoraussetzung bei der Erfindung war es, ein Material zu finden, welches eine hohe Durchschlagfestigkeit (70-90 kV/mm), eine gute Kriechstromfestigkeit und eine hohe Dielektrizitätskonstante (2,4) ähnlich wie beim Transformatorenöl (2,3) aufweist. Durch die gute Dielektrizitätskonstante ergibt sich eine gleiche Beanspruchung aller Isolierstrecken. Da der Transformator mit hohen Frequenzen gefahren werden soll, sollte der dielektrische Verlustfaktor klein sein.

Das Material, welches all diese Forderungen erfüllt, ist Polypropylen. Die Eigenschaften, die Polypropylen bei geringen Wandstärken aufweist, werden von keinem anderen Material erreicht.

Die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators muß gegenüber der Primärwicklung und dem Transformatorkern allseitig sicher gekapselt werden. Dieses wird durch eine entsprechende Formgebung des Polypropylens erreicht.

Um die Lagenspannung bzw. die Kopfspannung der Sekundärwicklung (3) möglichst klein zu halten, wird die Sekundärwicklung in Sektoren oder Kammern aufgeteilt (4). Ein mögliches Beispiel zeigt die Fig. 2. Die Wicklung innerhalb einer Kammer (4) ist trapezförmig aufgebaut, d. h. die Windungen in den einzelnen Lagen nehmen nach oben hin ab. In Fig. 3 wird in einem Ausschnitt der Spulenkörper (5) mit einer Kammer (4) gezeigt. Die Wicklung (3) dieser Kammer zeigt die sich nach oben hin verjüngenden Lagen. Die Isolierung der einzelnen Lagen geht aber über die gesamte Breite der Kammer. Wird nun die Kammer mit den Halbschalen (7) verschlossen, so werden die Isolationslagen durch den Vorsprung (8) der Labyrinthdichtung zusätzlich nach unten hin verschlossen. Die größte Spannung, die im Kopf der Wicklung vorhanden ist, wird somit auch von der größten Masse an Isoliermaterial umschlossen. Der Kriechweg (9) ist unendlich lang durch die Labyrinthdichtung geworden. Durch die engen Toleranzen der einzelnen Teile entsteht quasi eine homogene Umhüllung, mit einer mindesterforderlichen Wandstärke. Aufgrund der engen Toleranzen sind die Fugen (9) absolut dicht, es kann nicht zum Spannungsüberschlag kommen. Eine weitere Labyrinthdichtung (9) befindet sich an den Enden der Halbschalen (7). Die Halbschalen sind so ausgebildet, daß sie mit ihren Enden auf Umschlag ineinander passen. Es entsteht hier ein sogenannter snap-in-Verschluß. Nachdem die beiden Halbschalen (7) für eine Kammer unter hohem Druck zusammengefügt worden sind, entsteht auch hier eine homogene Verbindung, die einen langen Kriechweg für die Spannung der Sekundärwicklung nach außen bildet. Eine zerstörungsfreie Trennung ist nicht mehr möglich. Dadurch, daß die Abflachung (10) der Halbschalen (7) für die Aufnahme des Transformatorenkerns (1) außerhalb der Mitte liegt, treffen die beiden Kriechwege 11 und 12 von zwei Kammern nicht aufeinander. Durch die gewählte Konstruktion wird ein Überschlagen der Hochspannung von einer Kammer auf die andere möglich.

Damit das Isolieröl, mit welchem der Hochspannungstransformator im Vakuum gefüllt wurde, auch in die Sekundärwicklung eindringen kann, sind in den Halbschalen Bohrungen (13), die gleichzeitig als Anschlußzuführung zur Sekundärwicklung gebraucht werden, vorhanden.

Sollten trotz der engen Fertigungstoleranzen bei den einzelnen Teilen des Spulenkörpers (5) und der Halbschalen (7) in der Fertigung zu große "Spalten" sich ergeben, so schließen sich diese "Spalten" beim anschließenden Vakuumprozess, dem der Hochspannungstransformator bei 80°C unterzogen wird. Innerhalb dieses Prozesses tempert das Polypropylen und wird zu einem homogenen Gebilde.

Der Gegenstand der Anmeldung wird deutlisch erkannbar durch folgende Zeichnungen:

Fig. 1: Beispiel eines Hochspannungstransformators mit zwei Kammern komplett montiert

Fig. 2: Spulenkörper eines Hochspannungstransformators mit mehreren Kammern für die Sekundärwicklung im Schnitt, mit Halbschalenabdeckung

Fig. 3: Spulenkörper im Detail mit Darstellung der Lagenanordnung einer Sekundärwicklung

Fig. 4: Detail einer Halbschale zur Abdeckung der Sekundärwicklung

Fig. 5: Darstellung der Labyrinthdichtung im zusammengebauten Zustand von Halbschale und Spulenkörper.

Fig. 6: Darstellung der Halbschalen zur Verschließung der Sekundärwicklung.

Bezugszeichenverzeichnis 1. Transformatorenkern
2. Spannband
3. Sekundärwicklung
4. Kammern für Sekundärwicklung
5. Spulenkörper
6. Isolierlagen der Sekundärwicklung
7. Halbschalen zum Verschluß der Sekundärwicklung
8. Vorsprung zur Kompremierung der Isolation
9. Kriechstecke
10. Abflachung für Transformatorenkern
11. Verschluß der Kammern (Kriechweg)
12. Verschluß der Kammern (Kriechweg)
13. Bohrung für Anschlußdrähte.

Claims

1. Hochspannungstransformator für Rötngendiagnostikgeneratoren, sowie Hochspannungsnetzteile für allgemeine Anwendung, die durch einen Wechselrichter gespeist werden, der mit seinem Ausmaßen gegenüber herkömmlichen Hochspannungstransformatoren relativ klein ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kammern des Spulenkörpers durch Halbschalen, welche mit einer Labyrinthdichtung versehen sind, die wiederum eine gleichmäßige Wandstärke gewährleisten und eine Verlängerung der Kriechstrecke darstellen, so verschlossen sind, daß die sekundäre Wicklung gegenüber dem Transformatorenkern allseitig sicher abgekapselt ist, und somit die Verwendung von kleinstmöglichen Eisenkernen mit geringsten Eisenweglängen möglich wird.

2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung auf mehrere Kammern verteilt wird, damit die Lagen- bzw. Kopfspannung klein gehalten wird.

3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wicklungen der Sekundärwicklung trapezförmig ausgebildet sind.

4. Hochspannungstransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsköpfe durch den Verschluß der besonders ausgebildeten Halbschalen eine zusätzliche Isolation erhalten.

5. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen alle gleich sind und somit eine verlängerte Kriechstrecke bilden.

6. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen eine Bohrung zur Anschlußzuführung und zum Öleintritt aufweisen.

7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungstransformator ein geringes Gewicht aufweist und in seinen baulichen Ausmaßen auf Grund der verwendeten Materialien kleiner als herkömmliche Hochspannungstransformatoren mit einer Leistung von 25 kW ist.