EP2115754A1 - Transformator - Google Patents

Transformator

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Publication number
EP2115754A1
EP2115754A1 EP08707516A EP08707516A EP2115754A1 EP 2115754 A1 EP2115754 A1 EP 2115754A1 EP 08707516 A EP08707516 A EP 08707516A EP 08707516 A EP08707516 A EP 08707516A EP 2115754 A1 EP2115754 A1 EP 2115754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage winding
electrically conductive
voltage
conductive layer
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08707516A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Werner Hanser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2115754A1 publication Critical patent/EP2115754A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/288—Shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens

Definitions

  • the invention relates to a transformer with a voltage insulation between a high-voltage winding and a low-voltage winding for potential separation.
  • the invention relates to a high-voltage transformer, in particular to the insulation for electrical isolation, between the high-voltage winding and the undervoltage winding.
  • the invention relates to an insulation arrangement for potential separation between a high-voltage winding and a low-voltage winding of a transformer.
  • High voltage transformers are needed to adapt to different voltage levels. For example, an oil-immersed furnace transformer transforms a voltage of 110 kV to a voltage of 1.5 kV
  • Mains transformer in oil version a voltage of 110 kV to 0.4 kV and a distribution transformer in dry version a voltage of 33 kV to 0.4 kV.
  • the power for such transformers starts at approx. 0.4 megawatts and can amount to more than 100 megawatts.
  • a high-voltage transformer in which in a layer structure of the high-voltage insulation, an electrically conductive layer is set to high voltage potential and another electrically conductive layer to undervoltage potential. Due to the potential conditions, partial discharges occur on the surface of the layer subjected to the undervoltage, which destroy the insulation.
  • An object of the invention is to provide an insulation arrangement for potential separation between the high-voltage winding and the low-voltage winding of a transformer or a transformer with a corresponding insulation arrangement, which at higher voltages, e.g. above 36 kV, without oil insulation, or with which the air gaps at lower voltages, e.g. below 36 kV, can be reduced.
  • the invention relates to a transformer according to the features of claim 1. Furthermore, the invention relates to an insulation assembly according to the features of claim 21. Embodiments and advantageous embodiments of the invention are set forth in the dependent claims.
  • the invention relates to a transformer having an insulation arrangement between a high-voltage winding and a negative voltage winding for potential separation, which has a layer structure, comprising an inner insulation between the high-voltage winding and the low-voltage winding, to which at least one semiconducting layer is adjacent.
  • the invention relates in particular to an insulation arrangement for potential separation between a high-voltage winding and a Undervoltage winding of a transformer, which has a layer structure comprising an internal insulation for the arrangement between the high-voltage winding and the low-voltage winding of the transformer, to which at least one semiconducting layer is adjacent.
  • the advantage of the invention is that it allows to transform a transformer above a relatively high voltage, e.g. of 36 kV without realizing a risky oil design or at relatively low voltages, e.g. Below 36 kV, to reduce the partial discharge and the air gaps and thus reduce the dimensions of the transformer.
  • a relatively high voltage e.g. of 36 kV
  • relatively low voltages e.g. below 36 kV
  • partial discharges to the outside can be substantially reduced or completely prevented.
  • the inner insulation on a first and second side which are in particular opposite sides, adjoin a respective semiconductive layer.
  • the transformer comprises a first electrically conductive layer, which is laid to a first defined potential and which is arranged between the high-voltage winding and the inner insulation.
  • the first electrically conductive layer is set to a first defined potential, which is equal to or at least close to the upper voltage of the high-voltage winding.
  • the transformer alternatively or additionally comprises a second electrically conductive layer which is laid to a second defined potential and which is arranged between the low-voltage winding and the inner insulation.
  • the second electrically conductive layer is set to a second defined potential, which is equal to or at least close to the undervoltage winding undervoltage.
  • the electrically conductive layers may be supplied by an external voltage source, which may have a current limiting, or by the winding voltages of the transformer.
  • the transformer comprises a first inner insulation between the high-voltage winding and the low-voltage winding, to which at least a first semiconductive layer adjoins, and a second inner insulation between the high-voltage winding and the lower-voltage winding, to which at least one second semiconductive layer adjoins.
  • a first electrically conductive layer which is laid to a first defined potential and which is arranged between the high-voltage winding and the first inner insulation
  • a second electrically conductive layer which is placed on a second defined potential and the is disposed between the first inner insulation and the second inner insulation
  • a third electrically conductive layer which is placed on a third defined potential and which is arranged between the lower voltage winding and the second inner insulation.
  • the first electrically conductive layer is set to a first defined potential, which is equal to or at least close to the upper voltage of the high voltage winding
  • the third electrically conductive layer is set to a third defined potential, which is equal to or at least close to the undervoltage winding undervoltage.
  • the second electrically conductive layer is preferably set to approximately half the total potential difference between the high-voltage winding and the low-voltage winding.
  • the first and third electrically conductive layers can be insulated from the upper or lower voltage winding by a respective insulation layer.
  • the first electrically conductive layer is followed by the first inner insulation, followed by the first semiconductive layer and the second electrically conductive layer, followed by the second inner insulation, followed by the second semiconductive layer and the third electrically conductive layer ,
  • an arrangement according to the invention can be extended in a modular manner to a plurality of internal isolations with respective semiconducting layers become.
  • the layer structure can be connected in series.
  • 2, 3, 5, etc. successive layers are possible.
  • another embodiment includes an arrangement in which the third electrically conductive layer is followed by a third inner insulation, followed by a third semiconductive layer and a fourth electrically conductive layer which is set at a fourth defined potential equal to the undervoltage or at least close.
  • the second and third electrically conductive layer are placed on a respective intermediate potential between the upper and lower voltage, for example, two-thirds or one-third of the total potential difference between the high-voltage winding and low-voltage winding.
  • An aspect of the invention consists, in particular, in a high-voltage insulation for potential separation, which has a firmly connected layer structure, with an electrically conductive layer, electrically connected or insulated to the upper voltage, wherein in an insulated embodiment, the electrically conductive layer is set to a defined potential, which of the upper voltage followed by an internal insulation, followed by a semiconducting layer to prevent partial discharges at the surface of the insulation and another electrically conductive layer, connected or isolated to the undervoltage, wherein in an insulated embodiment, the electrically conductive layer is set to a defined potential which is close to the undervoltage.
  • the electrically conductive layers may be supplied by an external voltage source, which may have a current limiting, or by the winding voltages of the transformer.
  • the layer structure can be switched several times in series, wherein the electrically conductive layers are connected by a voltage source to a defined potential.
  • the first conductive layer is set to the potential of the undervoltage of 400 volts, the second electrically conductive layer to 30 kV and the third conductive layer to 60 kV. Due to the electrically conductive layers with a defined potential, there is virtually no potential difference to adjacent winding.
  • the voltage curve of the high-voltage winding is equal to the voltage curve of the electrically conductive layer belonging to the upper voltage, or is close to this voltage curve in an insulated embodiment. The same applies to the undervoltage.
  • the electrically conductive layers may, depending on the application, be electrically conductively connected to the upper or lower voltage winding and / or connected to an external voltage source.
  • voltage dividers, transformers or the like can be used, which are directly or indirectly coupled to the upper or lower voltage winding.
  • Such components may change the amount of voltage of the respective electrically conductive layer with respect to the upper or lower voltage winding or, for the same amount of voltage, ensure power decoupling for the high and low voltage windings.
  • the insulation arrangement can be made very thin, in contrast to the usual air gaps. Furthermore, a partial discharge on the surface of the insulation is prevented by the semiconductive layer.
  • the resistance of the semiconductive layer can be determined for all values which exist between the resistance of an electrical conductor, e.g. Copper, and that of an electrical nonconductor, z. As silicone, are designed.
  • a favorable variant for the semiconducting layer is the spraying of a thin carbon layer with a defined resistance. This may for example be between 0.1 ⁇ and 1 M ⁇ , in particular 2 ⁇ to 10 k ⁇ , for example approximately 5 k ⁇ .
  • the voltage insulation is formed very stable with their layer structure, so that they can form a winding support for receiving the voltage winding itself, wherein the winding support of the upper voltage in the interior has an electrically conductive layer, this the same potential as the high-voltage winding has
  • an internal insulation followed by a semiconductive layer and a further electrically conductive layer is realized, the potential of this electrically conductive layer being equal to the potential of the undervoltage, or by means of an insulation is located close together, and the layers are fixed together and without air pockets.
  • the high-voltage winding is electrically connected to the first electrically conductive layer or insulated from the upper voltage, wherein in an insulated embodiment, the electrically conductive layer is set to a defined potential, which is close to the upper voltage, then the first inner insulation, then the first semiconducting layer, then another electrically conductive layer, which is placed on a defined potential, for example half of the total potential difference, then a third electrically conductive layer, then a second inner insulation, then a second semiconducting layer, then a fourth electrically conductive layer, which is electrically connected to the lower voltage winding, or insulation to the fourth electrically conductive layer. In isolation to the undervoltage, the fourth electrically conductive layer is set to a defined potential, which is close to the undervoltage.
  • the invention relates to the following further aspects:
  • An embodiment comprises a high-voltage transformer with a high-voltage insulation between a high-voltage winding and a low voltage winding for potential separation, having a firmly bonded layer structure, comprising or consisting of an electrically conductive layer, which is set to a defined potential which is equal to or at least close to the upper voltage followed by an internal insulation, followed by a semiconductive layer and another electrically conductive layer, which is set at a defined potential which is equal to or at least close to the undervoltage.
  • the electrically conductive layer and / or the further electrically conductive layer may be electrically conductively connected to the high-voltage winding or the low-voltage winding.
  • the electrically conductive layer and / or the further electrically conductive layer may be electrically insulated from the high-voltage winding or the low-voltage winding.
  • the inner insulation can have a semiconducting layer on both sides.
  • the electrically conductive layer and / or the further electrically conductive layer has an insulation for the high-voltage winding or for the low-voltage winding.
  • the layer structure forms a winding carrier for receiving the high-voltage winding.
  • a further embodiment of the invention comprises a high-voltage transformer having a high-voltage insulation between a high-voltage winding and a low-voltage winding for potential separation, which has a firmly bonded layer structure comprising or consisting of a first electrically conductive layer which is set to a defined potential which is equal to the upper voltage or at least close, followed by a first inner insulation followed by a first semiconductive layer and a second electrically conductive layer laid to a second defined potential followed by a second inner insulation followed by a second semiconducting layer and a third one electrically conductive layer, which is placed on a third defined potential, followed by a third inner insulation, followed by a third semiconductive layer and a fourth electrically conductive layer, which on a fourth defined Po tential, which is equal to or at least close to the undervoltage.
  • the second electrically conductive layer can be applied to half the total potential difference between the high-voltage winding and the low-voltage winding.
  • the bobbin or winding support for receiving the high-voltage winding is rotatable in a variant around the transformer core, so that electrically conductive material and insulation material can be wound.
  • the bobbin is driven externally.
  • the electrically conductive layers are supplied in a further variant of an external voltage source, so that a current limit is possible. But this is not absolutely necessary.
  • the bobbin or winding support for receiving the high-voltage winding can be prefabricated and divided or can be made in one piece directly around the toroidal core.
  • the compact insulation can also be mounted as a cylinder between the high-voltage winding and low-voltage winding, wherein an air gap can be approximately in the form of an air gap between the high-voltage winding and between the low-voltage winding.
  • Side flanges of the bobbin in one embodiment may have a frictional or positive surface.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a transformer with an insulation arrangement according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of a transformer with an insulation arrangement according to another embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional illustration of an exemplary winding process of the high-voltage winding of an embodiment of a transformer according to the invention on a winding carrier in the form of a toroidal core.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a transformer with an insulation arrangement according to an embodiment of the invention. The transformer is shown for the sake of clarity only roughly schematically. Between an upper voltage winding 4 and a lower voltage winding 8, an insulation arrangement is arranged.
  • This can be designed differently according to the principles of the invention, a variant being shown in FIG.
  • the layer structure according to the invention which is firmly bonded, for example, is not limited to the layer sequence described below, but can be changed in itself and can also be extended in a modular manner depending on the application.
  • the exemplary embodiments explained in the figures are each a high-voltage transformer in which the advantages of the invention become particularly apparent. However, the invention and its advantages are basically applicable to a variety of types of transformers, especially in the medium or low voltage range.
  • FIG. 1 shows a transformer 10 with an insulation arrangement between a high-voltage winding 4 and a low-voltage winding 8 for potential separation between the upper and lower voltage.
  • the insulation arrangement has a layer structure which comprises an inner insulation 2 of the transformer.
  • an insulating layer 3 is arranged between the high-voltage winding 4 and a first electrically conductive layer 1.
  • the first electrically conductive layer 1 is set to a defined potential A, which is equal to the potential of the high-voltage winding 4 or this comes close.
  • the inner insulation 2 forms the actual insulation layer for electrical isolation and comprises or consists of, for example, silicone or other suitable non-conductive material.
  • the inner insulation 2 is followed by a semiconducting layer 6, for example with or of a carbonaceous material.
  • a semiconducting layer 6 for example with or of a carbonaceous material.
  • Another electrically conductive layer 5 is connected to the potential B, which is equal to the potential of the low-voltage winding 8 or, separated from this by an insulating layer 7, is close.
  • the insulation layer 7 follows and then the undervoltage Winding 8.
  • the layers 3, 1, 2, 6, 5 and 7 are firmly connected and form a unit.
  • the layer arrangement according to FIG. 1 can also be varied in such a way that the semiconducting layer 6 is arranged on the other side of the inner insulation 2, ie on the high-voltage side of the inner insulation 2, or on both sides on opposite sides of the inner insulation 2 a semiconducting layer is provided , It is also possible in certain applications to provide none or only one of the pairs of layers 3, 1 or 5, 7 or to supply only one of the electrically conductive layers 1, 5 with an external voltage source.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of another embodiment of a transformer with an insulation arrangement according to an extended embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a structure of a transformer 20 with two inner insulations 2a and 2b between the high-voltage winding 4 and the low-voltage winding 8 and an external voltage source SP.
  • the transformer 20 comprises a first electrically conductive layer 1, which is placed on a first defined potential A and which is arranged between the high voltage winding 4 and the first inner insulation 2a, a second electrically conductive layer 5, which is placed on a second defined potential B.
  • a first semiconductive layer 6a adjoins the first inner insulation 2a, and a second semiconducting layer 6b adjoins the second inner insulation 2b.
  • the multilayer structure becomes advantageous at high voltages because the voltage of, for example, 60 kV is divided in half within the isolation arrangement.
  • the potential A of 60 kV is applied to the first electrically conductive layer 1, the potential B of 30 kV to the second electrically conductive layer 5, and the potential C of 0.4 kV to the third electrically conductive layer 11 created.
  • the semiconducting layers 6a and 6b serve for a defined potential reduction.
  • the insulating layer 7 forms a Separation to the low-voltage winding 8 and the insulation layer 3 is a separation to the high-voltage winding 4 of the transformer 20th
  • the layer arrangement according to FIG. 2 can also be varied in that the semiconducting layers 6a, 6b are respectively arranged on the other side of the inner insulation 2a or 2b, ie on the high-voltage side of the inner insulation 2a or 2b, or on opposite sides on both sides the respective inner insulation 2a, 2b is provided a semiconducting layer. It is also possible in certain applications to provide none or only one of the pairs of layers 3, 1 or 11, 7 or to supply only one or selected of the electrically conductive layers 1, 5, 11 with an external voltage source. In certain cases, it is also possible to dispense with the electrically conductive layer 5.
  • the arrangement of Figure 2 can be extended in a modular manner by further successive layers. This will be explained below, starting from FIG. 2, without a more detailed drawing.
  • the third electrically conductive layer 11 is followed by a third inner insulation, followed by a third semiconductive layer and a fourth electrically conductive layer, which is placed at a fourth defined potential which is equal to or at least close to the undervoltage.
  • the potential C corresponds to a suitable intermediate potential between upper and lower voltage, e.g. about one-third of the total potential difference (in the above numerical example, for example, 20 kV), while potential B is then e.g. about two-thirds of the total potential difference between upper and lower voltage corresponds (in the above numerical example, for example, 40 kV).
  • the variations described above with respect to FIGS. 1 and 2 may also find application in this embodiment.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation of an exemplary winding process of the high-voltage winding of an embodiment of a transformer according to the invention on a winding carrier in the form of a toroidal core 24.
  • FIG. 3 shows an arrangement in which two winding carriers 21 are simultaneously wound with respective layer structures according to the invention.
  • the high-voltage winding support 21 are around the Transformer core 24 rotatably and are driven in the arrow direction to wind the winding materials of electrically conductive material (here aluminum flat strip) 22 and insulation material 23 on the winding support 21.
  • electrically conductive material here aluminum flat strip
  • the insulation layer structure according to the invention which forms a winding carrier 21 (so-called bobbin) for receiving the high-voltage winding 4, can be prefabricated and divided or can be manufactured in one piece directly around the transformer core 24.
  • the layer structure may be mounted as a cylinder between the high-voltage winding 4 and the low-voltage winding 8, wherein at least one air gap (not shown) may be provided for cooling purposes between the upper-voltage winding and the lower-voltage winding.
  • Such an air gap may in principle be arranged between any two layers of the layer structure, but will generally be arranged relatively close to the upper and / or lower voltage winding.
  • the winding support 21 may have side flanges (not shown) which have a frictional or positive surface. This has an advantageous effect during the winding process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

Ein Transformator (10) mit einer Isolationsanordnung zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) zur Potentialtrennung, bzw. eine Isolationsanordnung zur Potentialtrennung zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) eines Transformators, weist einen Schichtaufbau auf, umfassend eine innere Isolation (2; 2a, 2b) zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8), an die wenigstens eine halbleitende Schicht (6, 6a, 6b) angrenzt. Auf diese Art können die Abmessungen eines Transformators reduziert werden, außerdem können Teilentladungen nach außen hin reduziert beziehungsweise ganz unterbunden werden.

Description

Transformator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator mit einer Spannungsisolation zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung zur Potentialtrennung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Hochspannungstransformator, insbesondere auf die Isolation zur Potentialtrennung, zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswick- lung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Isolationsanordnung zur Potentialtrennung zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung eines Transformators.
Hochspannungstransformatoren werden zur Anpassung an verschiedene Spannungsebenen benötigt. Zum Beispiel transformiert ein Ofentransformator in Ölausführung eine Spannung von 110 kV auf eine Spannung von 1,5 kV, ein
Netztransformator in Ölausführung eine Spannung von 110 kV auf 0,4 kV und ein Verteilungstransformator in Trockenausführung eine Spannung von 33 kV auf 0,4 kV. Die Leistungen für solche Transformatoren beginnen bei ca. 0,4 Me- gawatt und können bis über 100 Megawatt betragen.
Ein Problem besteht darin, dass bei Hochspannungstransformatoren im Leistungsbereich, ab einer Spannung von 36 kV eine Ölisolation notwendig wird, beziehungsweise bei einer Trockenisolation unter 36 kV, große Luftabstände zwischen der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung einzuhalten sind oder ein sehr teurer Komplettverguss mit Gießharz erforderlich wird. Bei der Verwendung von bekannten Trockenisolationen findet bei hohen Spannungen an der Oberfläche der Isolation eine Teilentladung statt, welche die Betriebssicherheit des Transformators einschränkt, beziehungsweise den Bau un- möglich macht.
Es sind heute keine Hochspannungstransformatoren im hohen Leistungsbereich bekannt, welche oberhalb von 36 kV ohne eine Ölisolierung auskommen. Trockentransformatoren werden ohne Ölisolierung bis zu einer Spannung von 36 kV gebaut. Dies sind Gießharztransformatoren bei denen ein Gießharz zur Isolation benutzt wird. Weiterhin sind Isolationsmaterialien mit einem mehrschichtigen Aufbau bekannt. Diese weisen jedoch keine elektrisch leitenden Schichten mit definiertem Potential in Kombination mit Isolationsschichten und halbleitenden Schichten auf. Weiterhin gibt es reine Trockentransformatoren bis 20 kV, jedoch mit dem Nachteil, sehr große Luftabstände zu benötigen, dies bedingt wiederum große Abmessungen und ist sehr teuer.
Aus der DE 17 63 515 A ist ein Hochspannungstransformator bekannt, bei dem in einem Schichtaufbau der Hochspannungsisolation eine elektrisch leitende Schicht auf Oberspannungspotential und eine weitere elektrisch leitende Schicht auf Unterspannungspotential gelegt ist. Aufgrund der Potentialverhältnisse kommt es dabei auf der Oberfläche der mit der Unterspannung beaufschlagten Schicht zu Teilentladungen, die die Isolation zerstören.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Isolationsanordnung zur Potentialtrennung zwischen der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung eines Transformators bzw. einen Transformator mit einer entsprechenden Isolationsanordnung zu schaffen, welche bei höheren Spannungen, z.B. oberhalb von 36 kV, ohne eine Ölisolation auskommt, beziehungsweise mit welcher die Luft- abstände bei geringeren Spannungen, z.B. unterhalb von 36 kV, reduziert werden können.
Die Erfindung betrifft einen Transformator gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Isolationsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 21. Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Transformator mit einer Isolationsanordnung zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unter- Spannungswicklung zur Potentialtrennung, die einen Schichtaufbau aufweist, umfassend eine innere Isolation zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung, an die wenigstens eine halbleitende Schicht angrenzt.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung insbesondere auf eine Isolationsanord- nung zur Potentialtrennung zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung eines Transformators, die einen Schichtaufbau aufweist, umfassend eine innere Isolation zur Anordnung zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung des Transformators, an die wenigstens eine halbleitende Schicht angrenzt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass es ermöglicht wird, einen Transformator oberhalb einer relativ hohen Spannung, z.B. von 36 kV, ohne eine risikobehaftete Ölausführung zu realisieren beziehungsweise bei relativ geringen Spannungen, z.B. unterhalb von 36 kV, die Teilentladung und die Luftabstände zu verkleinern und somit die Abmessungen des Transformators zu reduzieren. Insbesondere können Teilentladungen nach außen hin wesentlich reduziert beziehungsweise ganz unterbunden werden.
In einer Ausführungsform kann die innere Isolation an einer ersten und zweiten Seite, die insbesondere gegenüberliegende Seiten sind, an jeweils eine halbleitende Schicht angrenzen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Transformator eine erste elektrisch leitende Schicht, die auf ein erstes definiertes Potential gelegt ist und die zwischen der Oberspannungswicklung und der inneren Isolation angeordnet ist. Insbesondere ist die erste elektrisch leitende Schicht auf ein erstes definiertes Potential gelegt, welches der Oberspannung der Oberspannungswicklung gleich oder zumindest nahe ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Transformator alternativ oder zusätzlich eine zweite elektrisch leitende Schicht, die auf ein zweites definiertes Potential gelegt ist und die zwischen der Unterspannungswicklung und der inneren Isolation angeordnet ist. Insbesondere ist die zweite elektrisch leitende Schicht auf ein zweites definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspan- nung der Unterspannungswicklung gleich oder zumindest nahe ist.
Die elektrisch leitenden Schichten können von einer externen Spannungsquelle, welche eine Strombegrenzung aufweisen kann, oder von den Wicklungsspannungen des Transformators versorgt werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Transformator eine erste innere Isolation zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung, an die wenigstens eine erste halbleitende Schicht angrenzt, und eine zweite innere Isolation zwischen Oberspannungswicklung und Unter- Spannungswicklung, an die wenigstens eine zweite halbleitende Schicht angrenzt.
In dieser Ausführungsform kann eine erste elektrisch leitende Schicht vorgesehen sein, die auf ein erstes definiertes Potential gelegt ist und die zwischen der Oberspannungswicklung und der ersten inneren Isolation angeordnet ist, außerdem eine zweite elektrisch leitende Schicht, die auf ein zweites definiertes Potential gelegt ist und die zwischen der ersten inneren Isolation und der zweiten inneren Isolation angeordnet ist, sowie eine dritte elektrisch leitende Schicht, die auf ein drittes definiertes Potential gelegt ist und die zwischen der Unterspannungswicklung und der zweiten inneren Isolation angeordnet ist.
Insbesondere ist die erste elektrisch leitende Schicht auf ein erstes definiertes Potential gelegt, welches der Oberspannung der Oberspannungswicklung gleich oder zumindest nahe ist, und die dritte elektrisch leitende Schicht auf ein drittes definiertes Potential gelegt, welches der Unterspannung der Unterspannungswicklung gleich oder zumindest nahe ist. Die zweite elektrisch leitende Schicht ist vorzugsweise auf näherungsweise die Hälfte des gesamten Potentialunterschieds zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung gelegt. Die erste und dritte elektrisch leitende Schicht kann durch eine je- weilige Isolationsschicht von der Ober- bzw. Unterspannungswicklung isoliert sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste elektrisch leitende Schicht gefolgt von der ersten inneren Isolation, gefolgt von der ersten halbleitenden Schicht und der zweiten elektrisch leitenden Schicht, gefolgt von der zweiten inneren Isolation, gefolgt von der zweiten halbleitenden Schicht und der dritten elektrisch leitenden Schicht.
Eine solche erfindungsgemäße Anordnung kann grundsätzlich modulartig auf mehrere innere Isolationen mit jeweiligen halbleitenden Schichten erweitert werden. Mit anderen Worten, kann der Schichtaufbau in Reihe geschaltet werden. Auf diese Art sind auch 2, 3, 5 usw. aufeinanderfolgende Schichten möglich. So umfasst beispielsweise eine weitere Ausgestaltung eine Anordnung, bei der die dritte elektrisch leitende Schicht gefolgt ist von einer dritten inneren Isolation, gefolgt von einer dritten halbleitenden Schicht und einer vierten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein viertes definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist. Entsprechend sind die zweite und dritte elektrisch leitende Schicht auf ein jeweiliges Zwischenpotential zwischen Ober- und Unterspannung gelegt, beispielsweise auf zwei Drittel bzw. ein Drittel des gesamten Potentialunterschieds zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung.
Ein Aspekt der Erfindung besteht insbesondere in einer Hochspannungsisolation zur Potentialtrennung, die einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, mit einer elektrisch leitenden Schicht, elektrisch verbunden oder isoliert zur Oberspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Oberspannung nahe liegt, gefolgt von einer inneren Isolation, gefolgt von einer halbleitenden Schicht zur Verhinderung von Teilentladungen an der Oberfläche der Isolation und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht, verbunden oder isoliert zur Unterspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Unterspannung nahe liegt.
Die elektrisch leitenden Schichten können von einer externen Spannungsquelle, welche eine Strombegrenzung aufweisen kann, oder von den Wicklungsspannungen des Transformators versorgt werden.
Bei sehr hohen Spannungen kann der Schichtaufbau mehrfach in Reihe ge- schaltet werden, wobei die elektrisch leitenden Schichten von einer Spannungsquelle auf ein definiertes Potential gelegt werden. Beispielsweise wird bei einer Oberspannung von 60 kV die erste leitende Schicht auf das Potential der Unterspannung von 400 Volt, die zweite elektrisch leitende Schicht auf 30 kV und die dritte leitende Schicht auf 60 kV gelegt. Durch die elektrisch leitenden Schichten mit einem definierten Potential, besteht praktisch kein Potentialunterschied mehr zu benachbarten Wicklung. Der Spannungsverlauf der Oberspannungswicklung ist gleich dem Spannungsverlauf der zur Oberspannung gehörenden elektrisch leitenden Schicht, bezie- hungsweise liegt diesem Spannungsverlauf bei einer isolierten Ausführung nahe. Das gleiche gilt für die Unterspannung.
Die elektrisch leitenden Schichten können, je nach Anwendungsfall, mit der Ober- bzw. Unterspannungswicklung elektrisch leitend verbunden sein und/oder mit einer externen Spannungsquelle verbunden sein. Hierzu können auch Spannungsteiler, Transformatoren oder ähnliches verwenden werden, die direkt oder indirekt mit der Ober- bzw. Unterspannungswicklung gekoppelt sind. Solche Komponenten können den Spannungsbetrag der jeweiligen elektrisch leitenden Schicht gegenüber der Ober- bzw. Unterspannungswicklung verändern oder, bei gleichem Spannungsbetrag, eine Leistungsentkopplung zur Ober- bzw. Unterspannungswicklung sicherstellen.
Die Isolationsanordnung kann durch ihren Aufbau bedingt, im Gegensatz zu den üblichen Luftabständen, sehr dünn ausgelegt werden. Weiterhin wird durch die halbleitende Schicht eine Teilentladung an der Oberfläche der Isolation verhindert.
Je nach Anwendungsfall kann der Widerstand der halbleitenden Schicht für alle Werte, welche zwischen dem Widerstand eines elektrischen Leiters, z.B. Kup- fer, und dem eines elektrischen Nichtleiters, z. B. Silikon, ausgelegt werden. Eine günstige Variante für die halbleitende Schicht ist das Aufsprühen einer dünnen Kohleschicht mit einem definierten Widerstand. Dieser kann beispielsweise zwischen 0,1 Ω und 1 MΩ betragen, insbesondere 2 Ω bis 10 kΩ, beispielsweise näherungsweise 5 kΩ.
Eine weitere Variante besteht darin, dass die Spannungsisolation mit Ihrem Schichtaufbau sehr stabil ausgebildet wird, so dass sie einen Wicklungsträger für die Aufnahme der Spannungswicklung selbst bilden kann, wobei der Wicklungsträger der Oberspannung im Inneren eine elektrisch leitende Schicht auf- weist, diese das gleiche Potential wie die Oberspannungswicklung besitzt, be- ziehungsweise diesem durch eine Isolation getrennt nahe liegt, nach außen hin eine innere Isolation gefolgt von einer halbleitenden Schicht und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht realisiert wird, wobei das Potential dieser elektrisch leitenden Schicht gleich dem Potential der Unterspannung ist, beziehungswei- se diesem durch eine Isolation getrennt nahe liegt, und die Schichten fest und ohne Lufteinschlüsse miteinander verbunden sind.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Spannungsisolation bei sehr hohen Potentialunterschieden in Reihe zu schalten. Dabei ist die Oberspannungswick- lung elektrisch mit der ersten elektrisch leitenden Schicht verbunden oder isoliert zur Oberspannung, wobei bei einer isolierten Ausführung die elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt wird, welches der Oberspannung nahe liegt, danach folgt die erste innere Isolation, danach die erste halbleitende Schicht, danach eine weitere elektrisch leitende Schicht, welche auf ein definiertes Potential gelegt wird, zum Beispiel die Hälfte des gesamten Potentialunterschiedes, danach eine dritte elektrisch leitende Schicht, danach eine zweite innere Isolation, danach eine zweite halbleitende Schicht, danach eine vierte elektrisch leitende Schicht, welche mit der Unterspannungswicklung elektrisch verbunden ist, beziehungsweise eine Isolierung zu der vierten elek- trisch leitende Schicht besteht. Bei einer Isolierung zur Unterspannung wird die vierte elektrisch leitende Schicht auf ein definiertes Potential gelegt, welches der Unterspannung nahe liegt.
Insbesondere betrifft die Erfindung noch folgende weitere Aspekte:
Eine Ausgestaltung umfasst einen Hochspannungstransformator mit einer Hochspannungsisolation zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung zur Potentialtrennung, die einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, umfassend oder bestehend aus einer elektrisch leiten- den Schicht, die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Oberspannung gleich oder zumindest nahe ist, gefolgt von einer inneren Isolation, gefolgt von einer halbleitenden Schicht und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht, die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe liegt. Die elektrisch leitende Schicht und/oder die weitere elektrische leitende Schicht kann mit der Oberspannungswicklung bzw. der Unterspannungswicklung elektrisch leitend verbunden sein. Die elektrisch leitende Schicht und/oder die weitere elektrische leitende Schicht kann von der Oberspannungswicklung bzw. der Unterspannungswicklung elektrisch isoliert sein. Die innere Isolation kann beidseitig eine halbleitende Schicht aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung weist die elektrische leitende Schicht und/oder die weitere elektrisch leitende Schicht eine Isolation zur Oberspannungswicklung bzw. zur Unterspannungswicklung auf.
In einer Ausführungsform bildet der Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung umfasst einen Hochspannungstrans- formator mit einer Hochspannungsisolation zwischen einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung zur Potentialtrennung, die einen festverbundenen Schichtaufbau aufweist, umfassend oder bestehend aus einer ersten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein definiertes Potential gelegt ist, welches der Oberspannung gleich oder zumindest nahe ist, gefolgt von einer ersten inneren Isolation, gefolgt von einer ersten halbleitenden Schicht und einer zweiten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein zweites definiertes Potential gelegt ist, gefolgt von einer zweiten inneren Isolation, gefolgt von einer zweiten halbleitenden Schicht und einer dritten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein drittes definiertes Potential gelegt ist, gefolgt von einer dritten inneren Isolati- on, gefolgt von einer dritten halbleitenden Schicht und einer vierten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein viertes definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist. Hierbei kann die zweite elektrisch leitende Schicht auf die Hälfte des gesamten Potentialunterschieds zwischen Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung gelegt wer- den.
Der Spulenkörper bzw. Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung ist in einer Variante um den Transformatorkern drehbar, so dass elektrisch leitendes Material sowie Isolationsmaterial aufgespult werden kann. Da- bei wird der Spulenkörper extern angetrieben. Die elektrisch leitenden Schichten werden in einer weiteren Variante von einer externen Spannungsquelle versorgt, so dass eine Strombegrenzung möglich ist. Diese ist aber nicht zwingend notwendig.
Der Spulenkörper bzw. Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung kann vorgefertigt und geteilt sein oder einstückig direkt um den Ringkern gefertigt werden können.
Die kompakte Isolation kann auch als Zylinder zwischen der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung angebracht werden, wobei ein Luftabstand etwa in Form eines Luftspalts zwischen der Oberspannungswicklung sowie zwischen der Unterspannungswicklung sein kann.
Seitenflansche des Spulenkörpers können in einer Ausführungsform eine reibschlüssige beziehungsweise formschlüssige Oberfläche besitzen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die schematisch Ausführungsformen der Erfindung darstellen, näher er- läutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Transformators mit einer Isolationsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Transformators mit einer Isolationsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines beispielhaften Wickelvorgangs der Oberspannungswicklung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transformators auf einen Wicklungsträger in Form eines Ringkerns. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Transformators mit einer Isolationsanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Transformator ist der Übersichtlichkeit halber nur grob schematisch dargestellt. Zwischen einer einer Oberspannungswicklung 4 und einer Unterspannungswicklung 8 ist eine Isolationsanordnung angeordnet. Diese kann gemäß den Prinzipien der Erfindung unterschiedlich ausgestaltet sein, wobei eine Variante in Figur 1 dargestellt ist. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Schichtaufbau, der beispielsweise festverbunden ist, nicht auf die im folgenden beschriebene Schichtenfolge beschränkt, sondern kann in sich ver- ändert und auch modulartig je nach Anwendungsfall erweitert werden. Bei den in den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um jeweils einen Hochspannungstransformator, bei dem die Vorteile der Erfindung besonders zutage treten. Die Erfindung und ihre Vorteile sind jedoch grundsätzlich auf vielfältige Arten von Transformatoren, insbesondere auch im Mittel- oder Niederspannungsbereich, anwendbar.
Figur 1 zeigt einen Transformator 10 mit einer Isolationsanordnung zwischen einer Oberspannungswicklung 4 und einer Unterspannungswicklung 8 zur Potentialtrennung zwischen der Ober- und Unterspannung. Die Isolationsanord- nung weist einen Schichtaufbau auf, welcher eine innere Isolation 2 des Transformators umfasst. Weiterhin ist eine Isolationsschicht 3 zwischen der Oberspannungswicklung 4 und einer ersten elektrisch leitenden Schicht 1 angeordnet. Hierbei ist die erste elektrisch leitende Schicht 1 auf ein definiertes Potential A gelegt, welches gleich dem Potential der Oberspannungswicklung 4 ist oder diesem nahe kommt. Somit besteht kein wesentlicher Potentialunterschied zwischen der elektrisch leitenden Schicht 1 und der Oberspannungswicklung 4. Die innere Isolation 2 bildet die eigentliche Isolationsschicht zur Potentialtrennung und umfasst oder besteht aus zum Beispiel Silikon oder einem anderen geeigneten nichtleitendem Material. Auf die innere Isolation 2 folgt eine halbleitende Schicht 6, zum Beispiel mit oder aus einem kohlehaltigen Material. Damit wird die Teilentladung auf der Oberfläche der inneren Isolation 2 nach außen hin unterbunden. Eine weitere elektrisch leitende Schicht 5 ist mit dem Potential B verbunden, welches dem Potential der Unterspannungswicklung 8 gleich ist oder, von diesem getrennt durch eine Isolationsschicht 7, nahe liegt. Weiterhin folgt die Isolationsschicht 7 und danach die Unterspannungs- Wicklung 8. Die Schichten 3, 1, 2, 6, 5 und 7 sind fest miteinander verbunden und bilden eine Einheit.
Die Schichtenanordnung nach Figur 1 kann auch dahingehend variiert werden, dass die halbleitende Schicht 6 auf der anderen Seite der inneren Isolation 2 angeordnet ist, mithin auf der Oberspannungsseite der inneren Isolation 2, oder beidseitig auf gegenüberliegenden Seiten der inneren Isolation 2 eine halbleitende Schicht vorgesehen ist. Auch ist es in bestimmten Anwendungsfällen möglich, keines oder nur eines der Schichtenpaare 3,1 bzw. 5, 7 vorzuse- hen bzw. nur eine der elektrisch leitenden Schichten 1, 5 mit einer externen Spannungsquelle zu versorgen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Transformators mit einer Isolationsanordnung gemäß einer erweiterten Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt Figur 2 einen Aufbau eines Transformators 20 mit zwei inneren Isolationen 2a und 2b zwischen Oberspannungswicklung 4 und Unterspannungswicklung 8 und einer externen Spannungsquelle SP. Der Transformator 20 umfasst eine erste elektrisch leitende Schicht 1, die auf ein erstes definiertes Potential A gelegt ist und die zwischen der Oberspannungswicklung 4 und der ersten inneren Isolation 2a angeordnet ist, eine zweite elektrisch leitende Schicht 5, die auf ein zweites definiertes Potential B gelegt ist und die zwischen der ersten inneren Isolation 2a und der zweiten inneren Isolation 2b angeordnet ist, sowie eine dritte elektrisch leitende Schicht 11, die auf ein drittes definiertes Potential C gelegt ist und die zwischen der Unterspannungswicklung 8 und der zweiten inneren Isolation 2b angeordnet ist. An die erste innere Isolation 2a grenzt eine erste halbleitende Schicht 6a an, an die zweite innere Isolation 2b eine zweite halbleitende Schicht 6b.
Der mehrschichtige Aufbau wird bei hohen Spannungen vorteilhaft, weil die Spannung von z.B. 60 kV innerhalb der Isolationsanordnung zur Hälfte aufgeteilt wird. Mit der externen Spannungsquelle SP wird z.B. an die erste elektrisch leitende Schicht 1 das Potential A von 60 kV, an die zweite elektrisch leitende Schicht 5 das Potential B von 30 kV und an die dritte elektrisch leidende Schicht 11 das Potential C von 0,4 kV angelegt. Die halbleitenden Schichten 6a und 6b dienen für einen definierten Potentialabbau. Die Isolationsschicht 7 bildet eine Trennung zur Unterspannungswicklung 8 und die Isolationsschicht 3 eine Trennung zur Oberspannungswicklung 4 des Transformators 20.
Die Schichtenanordnung nach Figur 2 kann auch dahingehend variiert werden, dass die halbleitenden Schichten 6a, 6b jeweils auf der anderen Seite der inneren Isolation 2a bzw. 2b angeordnet sind, mithin auf der Oberspannungsseite der inneren Isolation 2a bzw. 2b, oder beidseitig auf gegenüberliegenden Seiten der jeweiligen inneren Isolation 2a, 2b eine halbleitende Schicht vorgesehen ist. Auch ist es in bestimmten Anwendungsfällen möglich, keines oder nur eines der Schichtenpaare 3,1 bzw. 11, 7 vorzusehen bzw. nur eine oder ausgewählte der elektrisch leitenden Schichten 1, 5, 11 mit einer externen Spannungsquelle zu versorgen. In bestimmten Fällen kann auch auf die elektrisch leitende Schicht 5 verzichtet werden.
Auch kann die Anordnung nach Figur 2 modulartig um weitere aufeinanderfolgende Schichten erweitert werden. Dies wird im folgenden ausgehend von Figur 2 ohne nähere zeichnerische Darstellung erläutert. Beispielsweise ist die dritte elektrisch leitende Schicht 11 gefolgt von einer dritten inneren Isolation, gefolgt von einer dritten halbleitenden Schicht und einer vierten elektrisch lei- tenden Schicht, die auf ein viertes definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist. In diesem Fall entspricht das Potential C einem geeigneten Zwischenpotential zwischen Ober- und Unterspannung, z.B. etwa einem Drittel des gesamten Potentialunterschieds (im obigen Zahlenbeispiel z.B 20 kV), während das Potential B dann z.B. etwa zwei Drittel des gesamten Potentialunterschieds zwischen Ober- und Unterspannung entspricht (im obigen Zahlenbeispiel z.B 40 kV). Die oben in Bezug auf Figur 1 und 2 beschriebenen Variationen können auch in dieser Ausführungsform Anwendung finden.
Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines beispielhaften Wickelvorgangs der Oberspannungswicklung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transformators auf einen Wicklungsträger in Form eines Ringkerns 24. Insbesondere zeigt Figur 3 eine Anordnung, bei der zwei Wicklungsträger 21 mit jeweiligen erfindungsgemäßen Schichtaufbauten gleichzei- tig bewickelt werden. Die Oberspannungs-Wicklungsträger 21 sind um den Transformatorkern 24 drehbar und werden in Pfeilrichtung angetrieben, um die Wicklungsmaterialen aus elektrisch leitendem Material (hier Aluminiumflachband) 22 und Isolationsmaterial 23 auf die Wicklungsträger 21 aufzuspulen. Mehrere Oberspannungssegmente werden in Reihe geschaltet und bilden die Oberspannungswicklung des Ringkerntransformators.
Der erfindungsgemäße Isolationsschichtaufbau, der einen Wicklungsträger 21 (sogenannter Spulenkörper) zur Aufnahme der Oberspannungswicklung 4 bildet, kann vorgefertigt und geteilt sein oder einstückig direkt um den Transfor- matorkern 24 gefertigt sein.
Der Schichtaufbau kann als Zylinder zwischen der Oberspannungswicklung 4 und Unterspannungswicklung 8 angebracht sein, wobei mindestens ein Luftspalt (nicht dargestellt) zu Kühlungszwecken zwischen der Oberspannungs- wicklung und der Unterspannungswicklung vorhanden sein kann. Ein solcher Luftspalt kann im Prinzip zwischen zwei beliebigen Schichten des Schichtaufbaus angeordnet sein, wird jedoch im allgemeinen relativ nahe an der Ober- und/oder Unterspannungswicklung angeordnet sein.
Der Wicklungsträger 21 kann Seitenflansche (nicht dargestellt) aufweisen, die eine reibschlüssige beziehungsweise formschlüssige Oberfläche besitzen. Dies wirkt sich vorteilhaft beim Aufwickelvorgang aus.

Claims

Patentansprüche
1. Transformator (10) mit einer Isolationsanordnung zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) zur Potentialtrennung, die einen Schichtaufbau aufweist, umfassend eine innere Isolation (2; 2a, 2b) zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8), an die wenigstens eine halbleitende Schicht (6, 6a, 6b) angrenzt.
2. Transformator nach Anspruch 1, bei dem die innere Isolation (2, 2a, 2b) an einer ersten und zweiten Seite an jeweils eine halbleitende Schicht (6, 6a, 6b) angrenzt.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend eine erste elektrisch leitende Schicht (1), die auf ein erstes definiertes Potential (A) gelegt ist und die zwischen der Oberspannungswicklung (4) und der inneren Isolation (2, 2a, 2b) angeordnet ist.
4. Transformator nach Anspruch 3, bei dem die erste elektrisch leitende Schicht (1) auf ein erstes definiertes Potential (A) gelegt ist, welches der Oberspannung der Oberspannungswicklung (4) gleich oder zumindest nahe ist.
5. Transformator nach Anspruch 3 oder 4, bei dem zwischen der ersten elek- trisch leitenden Schicht (1) und der Oberspannungswicklung (4) eine erste Isolationsschicht (3) angeordnet ist.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend eine zweite elektrisch leitende Schicht (5), die auf ein zweites definiertes Potential (B) gelegt ist und die zwischen der Unterspannungswicklung (8) und der inneren Isolation (2, 2a) angeordnet ist.
7. Transformator nach Anspruch 6, bei dem die zweite elektrisch leitende Schicht (5) auf ein zweites definiertes Potential (B) gelegt ist, welches der Un- terspannung der Unterspannungswicklung (8) gleich oder zumindest nahe ist.
8. Transformator nach Anspruch 6 oder 7, bei dem zwischen der zweiten elektrisch leitenden Schicht (5) und der Unterspannungswicklung (8) eine zweite Isolationsschicht (7) angeordnet ist.
9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung (4) bildet.
10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend
- eine erste innere Isolation (2a) zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8), an die wenigstens eine erste halbleitende Schicht (6a) angrenzt,
- eine zweite innere Isolation (2b) zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8), an die wenigstens eine zweite halbleitende
Schicht (6b) angrenzt.
11. Transformator nach Anspruch 10, weiterhin umfassend
- eine erste elektrisch leitende Schicht (1), die auf ein erstes definiertes Potenti- al (A) gelegt ist und die zwischen der Oberspannungswicklung (4) und der ersten inneren Isolation (2a) angeordnet ist,
- eine zweite elektrisch leitende Schicht (5), die auf ein zweites definiertes Potential (B) gelegt ist und die zwischen der ersten inneren Isolation (2a) und der zweiten inneren Isolation (2b) angeordnet ist, - eine dritte elektrisch leitende Schicht (11), die auf ein drittes definiertes Potential (C) gelegt ist und die zwischen der Unterspannungswicklung (8) und der zweiten inneren Isolation (2b) angeordnet ist.
12. Transformator nach Anspruch 11, bei dem die erste elektrisch leitende Schicht (1) gefolgt ist von der ersten inneren Isolation (2a), gefolgt von der ersten halbleitenden Schicht (6a) und der zweiten elektrisch leitenden Schicht (5), gefolgt von der zweiten inneren Isolation (2b), gefolgt von der zweiten halbleitenden Schicht (6b) und der dritten elektrisch leitenden Schicht (11).
13. Transformator nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die zweite elektrisch leitende Schicht (5) auf näherungsweise die Hälfte des gesamten Potentialunterschieds zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8) gelegt ist.
14. Transformator nach Anspruch 12, bei dem die dritte elektrisch leitende Schicht (11) gefolgt ist von einer dritten inneren Isolation, gefolgt von einer dritten halbleitenden Schicht und einer vierten elektrisch leitenden Schicht, die auf ein viertes definiertes Potential gelegt ist, welches der Unterspannung gleich oder zumindest nahe ist.
15. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung (4) bildet, der um einen Transformatorkern (24) drehbar ist, so dass elektrisch leiten- des Material (22) sowie Isolationsmaterial (23) aufspulbar ist.
16. Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 15, bei dem wenigstens eine oder mehrere der elektrisch leitenden Schichten (1, 5, 11) von einer externen Spannungsquelle (SP) versorgt werden.
17. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem der Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung (4) bildet, der vorgefertigt und geteilt ist oder einstückig direkt um einen Transformatorkern (24) gefertigt ist.
18. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem der Schichtaufbau als Zylinder zwischen der Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8) angebracht ist, wobei mindestens ein Luftspalt zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung vorhanden ist.
19. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem der Schichtaufbau einen Wicklungsträger zur Aufnahme der Oberspannungswicklung (4) bildet, der Seitenflansche aufweist, die eine reibschlüssige beziehungsweise formschlüssige Oberfläche besitzen.
20. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, der als Hochspannungstransformator ausgebildet ist, wobei die Isolationsanordnung als Hochspannungsisolation ausgebildet ist.
21. Isolationsanordnung zur Potentialtrennung zwischen einer Oberspannungswicklung (4) und einer Unterspannungswicklung (8) eines Transformators, die einen Schichtaufbau aufweist, umfassend eine innere Isolation (2; 2a, 2b) zur Anordnung zwischen Oberspannungswicklung (4) und Unterspannungswicklung (8) des Transformators, an die wenigstens eine halbleitende Schicht (6, 6a, 6b) angrenzt.
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