DE3708804A1 - Transformator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere für eine Überspannungsschutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Transformatoren und ihre Einsatzzwecke sind hinlänglich be­ kannt. U. a. werden sie auch im Rahmen von sog. Über­ spannungsschutzeinrichtungen mitverwandt, die beispielsweise zum Schutz von Anlagen, Anlagenteilen oder Schaltungen vor unzulässiger Beanspruchung durch auftretende Überspannun­ gen dienen, wie sie beispielsweise durch Blitze hervorge­ rufen werden können.

Denn durch Blitzeinwirkungen können zwischen den Leitern eines Netzanschlusses und den davon durch Schutzisolierung getrennten elektrischen Einrichtungen so hohe Spannungen auftreten, daß die Schutzisolierung und die erwähnten elek­ trischen Betriebsmittel durch Überschlag zerstört werden kön­ nen.

Bekannte Transformatoren umfassen für jede Phase einen se­ paraten Ringkerntrafo, die beispielsweise in Horizontallage angeordnet und durch einen durch sie hindurchgesteckten Vierkant gehalten und justiert werden. Um die im Betrieb auftretende Wärme abzuführen, ist ferner eine umfassende Kühleinrichtung in der Regel mit einem Ventilator notwendig, über den von außen Luft angesaugt, über eine nachfolgende Kühleinrichtung zunächst gekühlt und dann am Außenumfang der einzelnen Ringtransformatoren entlang geblasen wird. Ferner können im Transformatorgehäuse noch eine oder meh­ rere Filterstufen zur Ausfilterung von Hochfrequenz-Störun­ gen miteingebaut sein.

Derartige Kühl- und Ventilatoranlagen müssen aber erheb­ lich groß dimensioniert werden, um eine ausreichende Kühlung zu bewerkstelligen. Vor allem auch die regelmäßig notwen­ dige Klimaanlage vergrößert den Bauaufwand für die Kühl­ einrichtung enorm. Denn insbesondere in warmen Klimazonen muß die für die Kühlung verwandte Luft beispielsweise zu­ nächst von 55°C auf 20°C herabgekühlt werden, um für den Transformator eine ausreichende Kühlung zu bewerkstelligen. Darüber hinaus müssen die Installationsanlagen so ausrei­ chend groß dimensioniert sein, daß ein großvolumiger Kühl­ mitteldurchsatz durch das Gehäuse möglich wird.

Schließlich wird noch angemerkt, daß bei herkömmlichen An­ lagen auch Probleme hinsichtlich der Dämpfung und im Hin­ blick auf die Unterdrückung von Störimpulsen auftreten kön­ nen, die ja unabhängig von der notwendigen Kühlung unter­ drückt werden sollen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen Transformator, insbesondere für eine Überspannungsschutz­ einrichtung zu schaffen, der bei einfacherem und vor allem kompakterem Aufbau eine verbesserte Kühlung aufweist, wo­ bei der Aufbau derart sein soll, daß auch mögliche Störim­ pulse leicht unterdrückt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein völlig neuer Trans­ formator-Aufbau geschaffen, bei dem nämlich für jede Phase ein Ringkern-Transformator verwandt wird, der nunmehr auf einem hohlen Innenrohr sitzt, welches als von dem Kühl­ medium durchströmtes Kühlrohr dient. Mit anderen Worten er­ folgt die Kühlung nicht mehr dadurch, daß das Kühlmedium außen um die Ringkern-Transformatoren umströmt, sondern durch das innenliegende Kühlrohr hindurchgeführt wird. Durch Verwendung dieses Innenrohres wird also nicht nur der konstruktive Halt für den Transformator als Grundge­ rippe festgelegt, sondern gleichzeitig mit einfachsten Mitteln eine optimale Kühlung gewährleistet. Dabei kann beispiels­ weise stirnseitig am Ende des Kühlrohres der Ventilator an­ geordnet sein.

Durch die spezifische erfindungsgemäße Ausgestaltung wird aber auch gewährleistet, daß der Volumendurchsatz des Kühlmediums geringer sein kann, da die Freiräume im Ge­ häuse gegenüber dem Stand der Technik abgenommen haben, und dadurch auch bei einem bereits geringen Luftdurchsatz höhere Durchströmgeschwindigkeiten des Kühlmediums gewähr­ leistet werden.

Zur Verbesserung des Kühleffektes können dabei im Inneren des Rohres noch beliebig ausgebildete Kühlrippen vorgesehen sein.

Ebenso können in Axialrichtung neben den Ringkerntransfor­ matoren versetzt liegend auch noch eine oder mehrere Filter­ stufen angeordnet sein, die insbesondere für eine Überspan­ nungsschutzeinrichtung von Bedeutung sind.

Zur Vermeidung des Übertrittes von Störimpulsen sind bei­ spielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung zwischen den Ringkerntransformatoren und der ersten bzw. jeder weiteren Filterstufe quer zum Innenrohr verlau­ fende und darauf sitzende Trennbleche eingebaut.

Die elektrische Verbindung zwischen den Ringkerntransfor­ matoren und den Filterstufen bzw. die Verbindung zu jeder weiteren Filterstufe kann dabei über Durchführungskonden­ satoren erfolgen, die in entsprechenden Ausnehmungen in den Trennblechen sitzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Transformator sind die einzel­ nen Ringkerntrafos in einer Vergußmasse so auf dem Innenrohr eingegossen, daß dadurch eine gute Wärmeüberleitung zu dem als Kühlrohr dienenden Innenrohr gewährleistet ist. Vom Außenumfang her kann die Vergußmasse an den Querschnitt des den Transformator umgebenen Gehäuses angepaßt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform können dabei aber am Außenumfang der Vergußmasse eine in Axialrichtung verlau­ fende Ausnehmung so vorgesehen sein, in deren axialen Ver­ längerung die bereits erwähnten Durchführungskondensato­ ren sitzen. In einer einfachen Ausführungsform kann dabei das Transformatorgehäuse im Querschnitt viereckig und die Vergußmasse achteckig so geformt sein, daß die erwähnten Ausnehmungen in den Eckbereichen liegen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus dem anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1: eine schematische Vertikalansicht eines erfin­ dungsgemäßen Transformators;

Fig. 2: eine schematische Querschnittsdarstellung ge­ mäß der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3: eine perspektivische Darstellung eines in einer Vergußmasse eingegossenen Ringkern-Trafos;

Fig. 4 und 5: Darstellung eines Trennbleches mit in Fig. 5 dargestelltem eingebauten Durchführungs­ kondensator.

Der in den Zeichnungen dargestellte Aufbau des Transfor­ mators kann beispielsweise für eine Überspannungsschutz­ einrichtung dienen, die in der Regel eine Reihe von Phasen­ anschlüssen und einen gemeinsamen Nulleiter aufweist, wobei diese Phasenleitungen über Löschfunkenstrecken und einer nachgeordneten Hochfunkenstrecke geschützt werden, die un­ mittelbar zwischen Netzanschlußstecker und Spannungsspitzen­ filter angeordnet sind. Den Löschfunkenstrecken nachgeschal­ tet sind in jedem Phasen- und in dem Nulleiter jeweils eine Drossel, eine Sicherung, eine Strombegrenzung und ein Aus­ gangs- oder Trenntrafo.

Bezüglich des Aufbaues einer verbesserten Überspannungs­ schutzeinrichtung wird insoweit auf die nicht vorveröffent­ lichte DE-P 36 04 049 verwiesen.

Die vorstehend erwähnten Trenntrafos für jede Phase sind in den Fig. 1 bis 4 mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Die Trenntrafos sind in einer Vergußmasse, beispielsweise Harz, ein- und auf einem vertikal verlaufenden Innenrohr 3 so an­ gegossen, daß ein guter Wärmeleitkontakt zu dem Innenrohr 3 erzielt wird.

Das auch in Fig. 4 in der Querschnittdarstellung gezeigte Innenrohr 3 kann im Inneren mit diversen Kühlrippen 5 ver­ sehen sein.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, ist jeder Trenn­ trafo 1 mit der Vergußmasse derart umgossen, daß er in Stirnseitenansicht eine achteckige Form aufweist. Die Ausbil­ dung ist dabei derart, daß jeweils paarweise zwei gegen­ überliegende Begrenzungswände der Vergußmassen möglichst paßgenau in ein Gehäuse 7 des Transformators eingesetzt werden kann.

Wie sich insbesondere aus Fig. 2 und 4 ergibt, verbleiben dadurch in den Eckbereichen des Gehäuses 7 Ausnehmungen 9.

Oberhalb der im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Trenntrafos 1 ist dann zunächst ein Trennblech 11 am Innenrohr 3 befe­ stigt, welches den Raum unterhalb der Trenntrafos völlig von dem darüberliegenden Raum im Gehäuse 7 abtrennt. Im Bereich der erwähnten Ausnehmungen 9 sind Durchtrittsöffnun­ gen 13 eingebracht, in denen Durchführungskondensatoren 14 eingebaut sind, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Über diese Durchführungskondensatoren 14 wird zum einen die elektri­ sche Verbindung von den Trenntrafos 1 zu einer ersten Fil­ terstufe 15 bzw. über ein weiteres Trennblech 11 mit entspre­ chenden Durchtrittsöffnungen 13 eine weitere Verbindung von der ersten zur zweiten darüber befindlichen Filterstufe ge­ währleistet, die ebenfalls mit Bezugszeichen 15 versehen ist. Die Filterstufen dienen zur Ausfilterung, insbesondere von hochfrequenten Störimpulsen und damit zur Dämpfung.

Über ein oberes Stirnblech 17 und am unteren Boden 19 ist das Gehäuse des Transformators verschlossen, wobei am oberen Ende des durch das Stirnblech 17 hindurchführenden Innen­ rohres 3 ein Ventilator 21 sitzt.

Der Aufbau ist also derart, daß der gesamte Transformator äußerst kompakt und dicht gebaut ist, wobei die einzelnen Stufen über Trennbleche und durch das Gehäuse nach außen hin völlig abgeschirmt sind. Durch die Vergußmassen wird eine hohe Wärmeübergangszahl zwischen den einzelnen Ring­ oder Mantelkerntrafos 1 zu dem Innenrohr gewährleistet, wo­ bei bereits mit geringen Durchsatzmengen der vom Ventilator durch das Innenrohr 3 geblasenen Kühlluft ein hoher und guter Wärmeaustausch möglich wird, der insbesondere durch die erwähnten Kühlrippen 5 verbessert und verstärkt werden kann. Die Kühlluft kann dann am unteren Bereich des Ge­ häuses an einer Austrittsöffnung abgegeben werden. Natürlich kann die Umwälzrichtung im Innenrohr 3 beliebig gewählt werden, wobei schon aufgrund der relativ geringen mögli­ chen Querschnittsabmessungen des Innenrohres bei gegenüber dem Stand der Technik geringerem Durchsatzvolumen das Kühl­ medium bereits erheblich höhere Durchtrittsgeschwindigkeiten erzielt werden können, was den Kühleffekt verstärkt.

Mehrere der erläuterten Transformatoren können zu kompakten Einheiten zusammengebaut sein. Über weitere Anschlüsse und Verbindungen 25 wird der Transformator mit anderen Schalt­ einrichtungen verdrahtet.

Claims (10)

1. Transformator, insbesondere für eine transportable Über­ spannungsschutzeinrichtung mit Ring- bzw. Mantelkern-Trafos (1) und vorzugsweise zumindest einer Filterstufe (15), die in einem Gehäuse (7) angeordnet sind und vorzugsweise durch einen Ventilator mit umströmendem Kühlmedium gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkern-Trafos (1) um ein gemeinsames als Kühlrohr wirkendes und vom Kühlme­ dium durchströmtes Innenrohr (3) angeordnet sind, wobei die Ringkern-Trafos (1) in einer Vergußmasse eingegossen sind, die zur Erzielung eines guten Wärmeüberganges das Innenrohr (3) unter Anlage umschließen.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des vom Kühlmedium durchströmten Innen­ rohres (3) Kühlrippen (5) vorgesehen sind.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Ringkern-Trafos (1) umgossene Verguß­ masse auf das Innenrohr (3) aufgegossen bzw. aufgeschrumpft ist.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß um das gemeinsame Innenrohr (3) in Axialrichtung zu den Ringkern-Trafos (1) versetzt eine oder weitere Filterstufen (15) angeordnet sind.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Ringkern-Trafos (1) und der angrenzenden Filterstufe (15) bzw. zu jeder weiteren Filterstufe (15) ein Trennblech (11) vorgesehen ist.

6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennblech (11) auf dem Innenrohr (3) in Quer­ richtung dazu angebracht ist und an seinem Außenumfang bis zur Innenwand des Gehäuses (7) reicht.

7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Außenmantel der einen Ring- Trafo (1) umfassenden Vergußmasse dem Außenumfang des Gehäuses (7) angepaßt ist, wobei in der Vergußmasse außen­ liegend axial verlaufende Ausnehmungen (9) vorgesehen sind.

8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (7) im Querschnitt viereckig und der Außenumfang der Vergußmasse in Quer­ schnittdarstellung achteckig ausgebildet ist, wodurch in den Eckbereichen des Gehäuses (7) die Ausnehmungen (9) ge­ bildet sind.

9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Bereich der Ausnehmungen (9) vorzugsweise im Eckbereich des Gehäuses (7) in dem Trennblech (11) in dort eingebrachten Durchtrittsöffnungen (13) Durchführungskondensatoren (14) eingebaut sind, über die eine von den Ring-Trafos (1) zu einer Filterstufe (15) bzw. von dieser zu einer weiteren Filterstufe (15) eine elek­ trische Verbindung geschaltet ist.

10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (3) aus Aluminium besteht.