DE4204092A1 - Aus mindestens einer wicklungskammer bestehender spulenkoerper fuer wickelgut insbesondere fuer einen hochspannungstransformator - Google Patents
Aus mindestens einer wicklungskammer bestehender spulenkoerper fuer wickelgut insbesondere fuer einen hochspannungstransformatorInfo
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Description
Aus mindestens einer Wicklungskammer bestehender Spulenkörper
für Wickelgut insbesondere für einen
Hochspannungstransformator.
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Anordnung ist
bekannt aus EP 00 28 383 B1.
Die EP 00 28 383 B1 zeigt insbesondere in den Fig. 4 und 5
einen aus mehreren Kammern bestehenden Spulenkörper als Teil
eines Zeilentransformators für Wickelgut, dessen umlaufende
Kanten am Kammergrund hohlkehlartig abgerundet sind. Durch
diese Ausbildung kann die Überschlaggefahr verringert werden.
Zur Erziehung einer ausreichenden Spannungsfestigkeit ist es
bekannt das Wickelgut mitsamt dem Spulenkörper in eine
Vergußmasse einzugießen (EP 00 37 970 A2, EP 01 05 942 B1).
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es die Anordnung ausgehend
vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß
keine Feldstärkeüberhöhungen an kritischen Stellen auftreten.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche zeigen
Ausgestaltungen dieser Anordnung auf bzw. deren Einsatz für
einen Hochspannungstransformator.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Verrundungen an
kritischen Stellen allein nicht ausreichend sind um dort
Feldstärkeüberhöhungen zu reduzieren. Mit den Maßnahmen der
Erfindung, die sich gegenseitig unterstützen, werden
Feldstärkeüberhöhungen an kritischen Stellen - wirksam
reduziert. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung besitzen den
Vorteil, daß insbesondere die Wicklungsisolationsschicht
weniger stark belastet wird und daher dünner ausgebildet
werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, daß ein günstiger
Wärmetransport und eine Gewichtsreduzierung möglich ist, was
insbesondere dem Einsatz unter Weltraumbedingungen förderlich
ist. Da die Wicklungsisolationsschicht sowie der Spulenkörper
weniger belastet ist, kann die Materialauswahl statt auf
extrem hohe Durchschlagsfestigkeit auf andere Parameter hin
verlagert werden, insbesondere auf gute thermische
Eigenschaften und/oder mechanische Stabilität. Letztere
Aspekte sind insbesondere für den Einsatz im Weltraum wichtig,
wo eine Wärmeabgabe des Wicklungsgutes nach außen kaum möglich
ist. Dort ist vielmehr eine Wärmeabgabe über Spulenkörper und
Isolationsschicht/en zu einem metallischen Schirm im Inneren
ohne großen Zusatzaufwand möglich, wenn die thermischen
Eigenschaften der Isolationsschicht/en und Spulenkörper
vorteilhaft gewählt sind. Diese Wahl in Richtung thermischer
Eigenschaften ist umso eher möglich je unkritischer die
Durchschlagsfestigkeit sein muß. Durch die Anordnung einer
leitfähigen Schicht zwischen dem Spulenkörper und der
Wicklungsisolationsschicht wird das Hochspannungspotential
besonders kritischer Punkte abgebaut und auf größere Bereiche
verteilt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Hochspannungstransformator, bei welchem die
Maßnahmen der Erfindung realisiert sind und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Wicklungskammer.
In Fig. 1 ist ein Hochspannungstransformator in Zylinderform
in einer Schnittzeichnung dargestellt, der nach den Maßnahmen
der Erfindung ausgestaltet ist. Der zylindrische
Transformatorkern KE ist von einer Primärwicklung W1 umgeben.
Diese Primärwicklung ist in Isoliermaterial IM eingebettet. Um
diese Primärwicklung ist ein metallischer Schirm MS,
vorzugsweise eine Aluminiumhülse angeordnet, der mit dem
Transformatorgehäuse bzw. -Sockel TS verbunden ist. Dieser
metallische Schirm MS dient einerseits zur elektrostatischen
Abschirmung und andererseits zur Abfuhr der Verlustwärme, die
insbesondere im Wickelgut erzeugt wird. Über dem metallischen
Schirm MS befindet sich die Hauptisolationsschicht HW des
Transformators, welche wiederum konzentrisch vom Spulenkörper
SK umgeben ist, der aus mehreren Wicklungskammern WK zur
Aufnahme des Wickelgutes WG der Sekundärwicklungen besteht.
Dieses Wickelgut WG mitsamt dem Spulenkörper SK ist ebenfalls
in Isoliermaterial eingebettet.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Wicklungskammer WK
nach Fig. 1 im Ausschnitt. Der Übergang zwischen den
Kammerinnenwänden KW und dem Kammergrund KG des Spulenkörpers
SK ist der Wicklungsgeometrie des Wickelgutes angepaßt. Bei
runden Wicklungsdrähten ist eine hohlkehlartige Ausbildung des
Übergangs in den meisten Fällen vorteilhaft. Dieser Übergang
ist derart konturiert, daß die Dicke der
Wicklungsisolationsschicht WI zwischen Spulenkörper SK und
Wickelgut WG - in Fig. 2 sind im Übergangsbereich vier
Einzelwicklung dargestellt - überall möglichst gleich groß
ist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird die
Durchschlagsgefahr durch Vermeidung allzu großer
Dickenänderungen der Wicklungsisolationsschicht WI wirksam
reduziert. Zwischen der Wicklungsisolationsschicht WI und den
Kammerinnenwänden KW bzw. dem Kammergrund KG ist eine
leitfähige Schicht LS angeordnet, die möglichst überall die
gleiche Dicke aufweisen soll. Die leitfähige Schicht ist
natürlich geschlitzt. Je nach Herstellungsverfahren läßt sich
eine Spaltbreite von 0,05-0,5 mm erreichen. Diese leitfähige
Schicht LS wirkt als "floatende" Elektrode und reduziert im
Zusammenwirken mit der Kontur des Spulenkörpers SK und der
Ausbildung der Wicklungsisolationsschicht WI ebenfalls die
Durchschlaggefahr. Feldstärkeüberhöhungen an besonders
kritischen Stellen - Übergangsbereich von den
Kammerinnenwänden KW zum Kammergrund KG - werden so wirksam -
abgebaut. Durch die floatende Elektrode wird das
Hochspannungspotential von beispielsweise 5000 V an den
kritischen Stellen auf größere Bereiche verteilt, wodurch
insgesamt die Dichte der elektrischen Feldlinien homogener
wird.
Als Material für die Wicklungsisolationsschicht WI eignet sich
Epoxydharz, z. B. Araldit. Die Dicke dieser
Wicklungsisolationsschicht WI beträgt vorzugsweise 50 µm. Der
Spulenkörper SK besteht aus einem hochspannungsfesten
Isolierstoff, beispielsweise aus einem geeigneten
glasfaserverstärkten Kunststoff. Die leitfähige Schicht LS
besteht vorzugsweise aus Kupfer, Nickel oder Aluminium. Im
Falle von Kupfer oder Nickel kann diese Schicht LS galvanisch
bzw. durch Lackieren oder Sprühen auf die Kammerinnenwände und
den Kammergrund aufgetragen werden. Im Falle von Aluminium
kann der Auftrag beispielsweise durch Sputtern oder Bedampfen
erfolgen. Vorzugsweise wird für diese Schicht eine Dicke von 2
bis 10 µm gewählt. Nach dem Auftragen der Schicht LS wird die
Wicklungsisolationsschicht WI beispielsweise im Tauchverfahren
aufgetragen, bevor das Wickelgut WG in Form isolierter
Kupferwicklungen aufgebracht wird. Verbleibende Zwischenräume
werden beim nachfolgenden Vergießen des Wickelgutes WG mitsamt
dem Spulenkörper SK mittels Isoliermaterial ausgefüllt. Als
Vergußmasse kann wiederum ein Epoxdyharz, z. B. Araldit
verwendet werden.
Je nach Anordnung der Sekundärwicklung/en in der/den Kammer/n
(vgl. EO 01 05 942 B1) kann hohes Wechselspannungspotential in
den Wicklungen im Bereich des Kammergrundes oder in den
äußeren Lagen auftreten. Wenn hohes Wechselspannungspotential
in den Wicklungen im Bereich des Kammergrundes auftritt, kann
es vorteilhaft für die Isolationsschichten WI und HW sowie den
Spulenkörper SK sein, Materialien mit annähernd gleicher
relativer Dielektrizitätszahl zu wählen, zumindest aber so zu
wählen, daß die relative Dielektrizitätszahl in der gleichen
Größenordnung liegt, z. B. εr etwa 3-10. Sind die
Wicklungslagen im Bereich des Kammergrundes hauptsächlich mit
hohem Gleichspannungspotential belastet, ist es vorteilhaft
die Isolationsschichten so zu wählen, daß der spezifische
Durchgangswiderstand in der gleichen Größenordnung von
beispielsweise 1013 bis 1017 Ohm/cm liegt in einem
Temperaturbereich von 0°C-100°C. Die Auswahl nach
letzteren Gesichtspunkten ist leichter möglich als bei
Realisierung gemäß dem Stand der Technik, weil dort die
Materialauswahl oft zwangsläufig nur unter dem Gesichtspunkt
hoher Durchschlagsfestigkeit erfolgen muß. Da diese
Durchschlagsfestigkeit durch die Maßnahmen nach der Erfindung
unkritischer ist, kann die Auswahl auch noch auf andere
Aspekte verlagert werden, z. B. auf guten Wärmetransport in
Richtung metallischem Schirm MS, zur Wärmeableitung vom
Wickelgut über den metallischen Schirm MS zum Sockel und/oder
Transformatorgehäuse mit großer Wärmekapazität und der
Möglichkeit zur Abstrahlung in den freien Weltraum. Die
Materialauswahl der Isoliermaterialien kann auch in Richtung
mechanischer Stabilität und/oder Alterungsbeständigkeit,
insbesondere unter Weltraumbedingungen verlagert, werden.
Claims (10)
1. Aus mindestens einer Wicklungskammer (WK) bestehender
Spulenkörper (SK) für Wickelgut (WG), wobei der Übergang
zwischen den Kammerinnenwänden (KW) und dem Kammergrund (KG)
des Spulenkörpers (SK) der Wicklungsgeometrie angepaßt ist und
insbesondere hohlkehlartig ausgebildet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Wickelgut (WG) und den
Kammerinnenwänden (KW) sowie dem Kammergrund (KG) eine
Wicklungsisolationsschicht (WI) und eine leitfähige Schicht
(LS) angeordnet ist, wobei diese leitfähige Schicht (LS)
unmittelbar den Kammerinnenwänden (KW) und dem Kammergrund
(KG) benachbart ist.
2. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
hohlkehlartige Übergang derart konturiert ist, daß die Dicke
der Wicklungsisolationsschicht (WI) möglichst gleichgroß ist.
3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (SK) aus einem
Isolierstoff besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
relative Dielektrizitätskonstante des Spulenkörpers (SK) und
jene der Wicklungsisolationsschicht (WI) in der gleichen
Größenordnung liegt.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchgangswiderstand des Spulenkörpers (SK) und der
Wicklungsisolationsschicht (WI) in der gleichen Größenordnung
liegt.
6. Hochspannungstransformator umfassend eine Anordnung gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hauptisolationsschicht (HW) dieses Hochspannungstransformators
zwischen dem Spulenkörper (SK) und einem metallischem Schirm
(MS) angeordnet ist.
7. Hochspannungstransformator nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hauptisolationsschicht (HW) eine
relative Dielektrizitätskonstante aufweist, die in der
gleichen Größenordnung liegt wie jene des Spulenkörpers (SK)
bzw. der Wicklungsisolationsschicht (WI).
8. Hochspannungstransformator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hauptisolationsschicht (HW) einen
Durchgangswiderstand aufweist, der in der gleichen
Größenordnung liegt wie jener des Spulenkörpers (SK) bzw. dem
Wicklungsisolationsschicht (WI).
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Wicklungsisolationsschicht (WI), der
Spulenkörper (SK) und gegebenenfalls die
Hauptisolationsschicht (HW) mit dem metallischen Schirm (MS)
so aufeinander abgestimmt sind, daß ein guter Wärmetransport
insbesondere unter Weltraumbedingungen vom Wickelgut (WG) in
Richtung Spulenkörper (SK) sowie gegebenenfalls
Hauptisolationsschicht (HW) und metallischem Schirm (MS)
erfolgen kann.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (LS) auf den
Spulenkörper (SK) galvanisch oder durch Sprühen, Lackieren,
Sputtern aufgebracht ist und daß darauf die
Wicklungsisolationsschicht (WI) aufgetragen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924204092 DE4204092C2 (de) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Aus mindestens einer Wicklungskammer bestehender Spulenkörper für elektrisches Wickelgut, insbesondere für einen Hochspannungstransformator, sowie Hochspannungstransformator |
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DE19924204092 DE4204092C2 (de) | 1992-02-12 | 1992-02-12 | Aus mindestens einer Wicklungskammer bestehender Spulenkörper für elektrisches Wickelgut, insbesondere für einen Hochspannungstransformator, sowie Hochspannungstransformator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4204092A1 true DE4204092A1 (de) | 1993-08-19 |
DE4204092C2 DE4204092C2 (de) | 1993-12-16 |
Family
ID=6451500
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4204092C2 (de) |
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US10090097B2 (en) | 2013-12-19 | 2018-10-02 | Koninklijke Philips N.V. | High voltage transformer comprising a coil bobbin for carrying a high voltage winding |
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DE4204092C2 (de) | 1993-12-16 |
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