EP3970168A1 - High voltage transformer, method for producing a high voltage transformer and test system and test signal device comprising a high voltage transformer - Google Patents

High voltage transformer, method for producing a high voltage transformer and test system and test signal device comprising a high voltage transformer

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EP3970168A1
EP3970168A1 EP20727178.4A EP20727178A EP3970168A1 EP 3970168 A1 EP3970168 A1 EP 3970168A1 EP 20727178 A EP20727178 A EP 20727178A EP 3970168 A1 EP3970168 A1 EP 3970168A1
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EP
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voltage
winding
transformer
voltage transformer
voltage winding
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EP20727178.4A
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German (de)
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Martin Anglhuber
Reinhard Kaufmann
Lukas BITSCHNAU
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Omicron Electronics GmbH
Original Assignee
Omicron Electronics GmbH
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Publication date
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    • H01F2027/2842Wire coils wound in conical zigzag to reduce voltage between winding turns

Definitions

  • High-voltage transformer method for manufacturing a high-voltage transformer, and test system and test signal device with a high-voltage transformer
  • the invention is in the field of high-voltage measurement technology and relates in particular to high-voltage transformers, methods for their production, high-voltage test signal devices and test systems for testing a high-voltage device using a test signal with a high electrical voltage.
  • high-voltage devices such as power transformers or switchgear - in particular gas-insulated switchgear - are usually used to convert and distribute electrical energy.
  • Other high-voltage devices such as high-voltage converters or high-current converters - for example for measuring voltages and currents occurring in a power network -, power switches and power generators are also usually used here.
  • Such high-voltage devices or other high-voltage devices such as electric (power) motors are also used in the industrial environment, in particular for production.
  • an insulation material from a high-voltage device - such as a high-voltage current converter, a high-voltage voltage converter or a circuit breaker - can be checked, for example, by measuring the DC voltage resistance.
  • a loss factor or a capacitance from a high-voltage device - such as a power transformer or a rotating machine, for example from a generator or an electric motor - can also be used here. can be measured, which can also provide information about a (still remaining) quality of insulating materials or insulating liquids.
  • a partial discharge measurement can also be carried out.
  • high voltages can also be used as a test signal during the measurement.
  • measurements in the field - i.e. outdoors or in an industrial environment - are often carried out for the check.
  • Test devices are known for use in the field which integrate a signal generator and a high-voltage transformer or which convert a mains voltage into a high voltage by means of a variable transformer in order to generate a test signal with a high electrical voltage - i.e. in particular with a high voltage amplitude or a high effective voltage. While measures of this kind may be necessary for the operational safety of such a test device, the high-voltage winding of the high-voltage transformer or variable transformer - i.e.
  • the test device should have a low weight, especially for field use, and be robust for transport to the respective location.
  • the invention is based on the object of providing a corresponding test system and a corresponding manufacturing method.
  • a high-voltage transformer with the features of claim 1 a test signal device with the features of claim 10, a test system with the features of claim 12 and a manufacturing method with the features of claim 13 are provided.
  • the dependent claims define preferred and / or advantageous embodiments of the invention.
  • a first aspect of the invention relates to a high-voltage transformer which is preferably designed for a test system for testing a high-voltage device.
  • the high-voltage transformer is designed as a toroidal core transformer and has a magnetizable core, a high-voltage winding and a low-voltage winding.
  • the high-voltage winding and the low-voltage winding are arranged around the magnetizable core in an electrically insulated manner from one another, the high-voltage winding being designed at least in sections as a mit step winding.
  • low-voltage winding and “high-voltage winding” are to be understood as windings which have one or more turns of an electrical conductor around a (local) circumference of a transformer core of the high-voltage transformer, the electrical conductor mostly being covered by an insulation layer to avoid it is surrounded by short circuits between the individual turns.
  • a coil wire or a stranded coil is usually used and wound around the transformer core along a circumferential direction, so that a current flowing through the electrical conductor induces a magnetic flux in the transformer core and the components of the magnetic flux per turn at least essentially add up.
  • Such a winding usually extends along a (local) forward direction of the transformer core. Several of the turns of such a winding can be lined up along or opposite to the forward direction.
  • the electrical voltage applied to the low-voltage winding is transformed into a high voltage that can be tapped off at the high-voltage winding, depending on the turns ratio.
  • a voltage in the range of 1 KV and higher is regarded as "high voltage”, so that the high-voltage transformer according to the invention is designed to generate and provide correspondingly high output voltages.
  • the high voltage provided by the high voltage transformer can in particular be such that it can serve as test voltage for testing a high voltage device.
  • a “high-voltage device” is to be understood as at least one device - for example as part of a high-voltage installation for energy supply or as part of an electrically operated production installation - which is operated with a high electrical voltage or a high electrical current, a such controls, converts or measures or can be exposed to a high electrical voltage for any other reason and should be set up for safe operation - for example through adequate electrical insulation.
  • such a high-voltage device can be a power transformer, a (high-voltage) switchgear, a (high-voltage) circuit breaker or power switch, a high-voltage or high-voltage rotating machine such as a power electric motor or a power generator, a tap changer for a transformer or a measuring transducer such as a Be a high voltage converter or a high current converter.
  • a “pilgrim winding” - also “pilgrim winding” or “oblique winding” - is to be understood as at least one winding for a transformer which has several layers of turns around the transformer core, the individual layers only being along a section extend against the forward direction of the core and each (electrically) subsequent layer extends in the opposite direction - that is, opposite or along the forward direction - and partially overlaps the previous layer.
  • those layers that extend in the forward direction extend (at least in total) further than that other layers opposite to the forward direction - or vice versa so that the mit step winding extends over a larger section (compared to the sections of the individual layers) along - or correspondingly opposite - the forward direction of the core.
  • the high-voltage winding can also be designed completely as one or precisely one vocational step winding. In some embodiments, the high-voltage winding can also be embodied as a plurality of vocational step windings, some or all of the vocational step windings being contiguous or adjacent to one another along the forward direction.
  • One advantage of the pilgrim winding can be that it enables higher frequencies to be transmitted, which in particular enables power quality measurement applications to be made with the high-voltage transformer - that is, when testing the high-voltage device, determine a load- and frequency-dependent transmission behavior of the high-voltage device over a larger frequency range leaves.
  • Another advantage of the pilgrim step winding can in particular be that a multi-layer winding and thus in particular a higher number of turns and / or a higher transmission ratio is made possible.
  • contiguous or adjacent turns or correspondingly superimposed layers of the turns have a smaller voltage difference - i.e. in particular a lower (double) layer voltage - than, for example, in a multi-layer helical or wild winding, which is at least essentially over the entire core for each layer would extend.
  • a “toroidal core transformer” has at least one ring-shaped core with a magnetizable material - that is to say in particular a so-called toroidal core - as the transformer core.
  • a toroidal core is essentially closed or almost closed in a ring shape.
  • the toroidal core can preferably have a toroidal shape, for example in the form of a toroid or a tube section or, more generally, a rounded three-dimensional body which has a central hole.
  • the toroidal core can be cut through from the central hole in one section towards the outside, that is to say have a so-called air gap.
  • the toroidal core can be closed around the central hole, in particular along its toroidal direction, whereby in particular the magnetic flux can propagate in the magnetizable material along the alen direction without interruption.
  • the magnetizable core that is to say the toroidal core
  • the magnetizable core can be wound with the high-voltage winding and / or the low-voltage winding over a large (longitudinal) section in the forward direction.
  • Another advantage of a high-voltage transformer with a toroidal core as a magnetizable core / transformer core can be that, during operation, the magnetic field lines largely run within the toroidal core, which can reduce magnetic interference fields.
  • One advantage of the toroidal core transformer can also be that it has a form factor that can be easily integrated into a housing.
  • the high-voltage transformer has a protective layer which is arranged between the high-voltage winding and the low-voltage winding.
  • the protective layer has an electrically conductive layer for shielding the high-voltage winding from the low-voltage winding.
  • the magnetizable core has an insulation layer made of an electrically insulating material for electrically insulating the magnetizable core from the low-voltage winding and from the high-voltage winding.
  • the high-voltage winding is arranged close to the core or directly on the magnetizable core.
  • insulation is provided between the core and the high-voltage winding.
  • the low-voltage winding is preferably arranged around the high-voltage winding.
  • An advantage of the arrangement of the high-voltage winding around the magnetizable core and the low-voltage winding around the high-voltage winding can in particular be that the number of turns of the high-voltage winding is reduced and a shorter wire length is required for the high-voltage winding, which in particular allows losses to be reduced and / or that Frequency behavior can be further improved, especially for higher frequencies.
  • Another advantage of the arrangement of the high-voltage winding around the magnetizable core and the low-voltage winding around the high-voltage winding can be that the high-voltage winding is arranged closer to the core, which means that any heat that could occur during operation due to losses in the high-voltage winding - such as ohmic losses , can be dissipated to the magnetizable core, the high-voltage winding can therefore (at least temporarily) be cooled by heat dissipation to the magnetizable core or a temperature of the high-voltage winding can be buffered by the magnetizable core.
  • the improved heat dissipation makes it possible to increase the performance of the high-voltage transformer and / or reduce its weight, in particular increasing a transformation ratio of the high-voltage transformer, increasing an achievable output voltage and / or a (temporarily) possible maximum electrical output power at the high-voltage winding.
  • the magnetizable core is "floating" and has no electrical contact or no electrical connection to earth or ground.
  • the magnetizable core is electrically isolated both from earth and from the high-voltage winding and low-voltage winding.
  • the geometry of the high-voltage transformer can be selected such that the maximum voltage that can occur between the high-voltage winding and the magnetizable core is only half the voltage that would occur if the magnetizable core were at ground potential.
  • test signal device for a test system for testing a high-voltage device, which comprises a high-voltage transformer according to the embodiments described above, and a correspondingly configured test system for testing a high-voltage device.
  • Fig. 2 a cross section through the high voltage transformer of Fig.
  • FIG. 5 a flow diagram of a method for producing a high-voltage transformer according to an embodiment.
  • Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as indirect connections or couplings.
  • data connections can be wired or wireless, that is to say in particular as a radio connection.
  • Certain connections, for example electrical connections, for example for energy supply, can also not be shown for the sake of clarity.
  • FIG. 1 schematically shows a high voltage transformer 300 according to an embodiment of the present invention.
  • the high-voltage transformer 300 has a magnetizable core 310, 31 1, a low-voltage winding 320, a high-voltage winding 330 and a protective layer 340.
  • the low voltage winding 320 and the high voltage winding 330 extend along a forward direction 316 of the magnetizable core.
  • the high-voltage winding is arranged at least around a part, in particular a longitudinal section, of the magnetizable core 310, 31 1 and is designed as a mit step winding.
  • the high-voltage winding 330 is located directly on the magnetizable core 310, 31 1.
  • the protective layer 340 is arranged around the high-voltage winding 330, which has an insulating material and thus electrically insulates the low-voltage winding 320, which is arranged further outward relative to the high-voltage winding and the protective layer 340, from the high-voltage winding 330.
  • the low voltage winding 320 has multiple turns 328.
  • the windings 328 can be wound helically in the direction of the forward direction 316 around the magnetizable core 310 and correspondingly in the case of parts with the high-voltage winding 330 or the protective layer 340 also wound around these.
  • an enamel-insulated coil wire in particular made of copper, can be helically wound around the magnetizable core 310.
  • the windings are shown for only a portion 310 of the magnetizable core for the sake of simplicity.
  • the high-voltage transformer 300 is designed as a toroidal core transformer, so that the high-voltage winding 330 and the low-voltage winding 320 actually extend in a ring shape along the entire length of the ring-shaped magnetizable core 310, 31 1.
  • the core 310, 31 1 is annularly closed or almost closed, wherein in the last-mentioned case the annular core 310, 31 1 is only interrupted by an air gap.
  • the ring shape can be toroidal, however, as shown in the figures, angular designs are also possible.
  • FIG. 2 shows a cross-section through the high-voltage transformer 300 to illustrate its structure from the inside - that is, from the magnetizable core - to the outside - that is, towards the low-voltage winding -, the cross-section being at least substantially perpendicular to the forward direction of the magnetizable core.
  • the high-voltage winding 330 is arranged concentrically around the magnetizable core 310.
  • the protective layer 340 is then arranged concentrically around the high-voltage winding 330.
  • the low voltage winding 320 is arranged concentrically around the protective layer 340.
  • the high-voltage winding 330 is thus arranged further inside and the low-voltage winding 320 further outside, relative to one another or relative to the protective layer 340, so that the high-voltage winding 330 is closer to the magnetizable core 310.
  • the high-voltage winding 330 touches the magnetizable core or is only separated from it by an insulation layer (not shown in FIG. 2), which enables improved thermal coupling between the high-voltage winding 330 and the magnetizable core 310, thereby increasing the performance can be.
  • the protective layer 340 has, as shown, a first electrically insulating layer 342, an electrically conductive layer 344 and a second electrically insulating layer 346.
  • the high-voltage winding and the low-voltage winding can advantageously be shielded from one another by means of the electrically conductive layer 344 and the electrically conductive layer 344 can be electrically insulated both from the high-voltage winding by means of the first electrically insulating layer 342 and from the low-voltage winding by means of the second electrically insulating layer 346.
  • the first electrically insulating layer 342 can be galvanized and the electrically conductive layer 344 can thus be applied thereon.
  • the electrically conductive layer 344 can also be vapor-deposited (in particular as metal vapor) or glued on (in particular as metal foil).
  • the second electrically insulating layer 346 can be omitted.
  • FIG 3 shows a longitudinal section through a high-voltage transformer according to a further embodiment of the present invention to illustrate the high-voltage winding designed as a mit winding, with any further components such as the protective layer, the low-voltage winding or a magnetic connecting element not being shown for the sake of clarity.
  • the high-voltage transformer shown in FIG. 3 can correspond to the high-voltage transformer 300 described with reference to FIG. 1 and / or FIG. 2, the longitudinal section being at least essentially along the forward direction of the magnetizable core, so that the forward direction 316 lies at least essentially in the cutting plane.
  • the forward direction 316 is illustrated in Fig. 3 by a dashed, turning arrow, wherein the forward direction is to be understood relative to the respective position in the magnetizable core 310 and to a possible magnetic flux and consequently represents a local direction, which in particular each locally in the direction of a shows any magnetic flux (or always against this direction). If the forward direction is followed locally in the case of a closed magnetizable core, a closed curve is obtained that encloses exactly one area.
  • the high-voltage winding 330 has several turns, which are grouped into several groups 335 of turns, which are wound electrically in series and helically in the forward direction around the magnetizable core 310 per group, and in several groups 336 of turns, which are electrically in series per group and are helically wound against the forward direction around the magnetizable core.
  • the groups 235 and 236 are alternately connected electrically in series with one another and each alternately wound around the magnetizable core 310, so that on a first number of turns in the forward direction for one of the groups 335 a second number of turns against the device for one of the groups 236 follows. In addition, the first number is greater than the second number, so that overall there is a winding in the forward direction.
  • a coil wire can alternately be wound around the core 310 in the forward direction for the first number of turns and wound around the core 310 in the reverse direction - that is, against the forward direction - for the second number of turns.
  • the coil wire can be an enamel-insulated copper wire.
  • the turn 338 of one of the groups 336 is spatially adjacent to the turns 337 and 339 of one of the groups 335 and also electrically only one or only two turns away from them, whereby a relative between the turns there is a small voltage difference in the operation of the high-voltage transformer.
  • the magnetizable core 310 can also have an insulation layer 314. This can, as shown in FIG. 3, be connected to the core and only cover a part, in particular a length section to be wound, that of the core 310 or else surround the entire core 310 and thus electrically isolate it. In some variants, this can be particularly advantageous in combination with a magnetizable core 310 made of core sheet, in particular made of several layers of core sheet, which in particular can be wound to form a toroidal core.
  • FIG. 4 shows a test system 10 according to an embodiment of the present invention together with a high-voltage device 30 to be tested as a schematic block diagram, with some components of the test system and associated electrical connections, connection points and / or node points as an electrical (principle) circuit diagram for a more detailed illustration are shown.
  • the test system 10 includes a portable main device 100 and a portable high-voltage test signal device 200.
  • the high-voltage test signal device 200 as a portable additional device of the test system 10, enables additional (test) functions - in particular those functions that are based on a high voltage - in addition to functions that the portable main device already provides.
  • the portable main device 100 has a housing and a power output 120 integrated into the housing.
  • the portable high-voltage test signal device 200 has a housing and a power input 220 integrated into the housing.
  • the power output 120 and the power input 220 are electrically connected by means of a cable 20 during operation, that is to say for testing the high-voltage device 30.
  • the portable high-voltage test signal device 200 also has a test signal device 230, the components of which are accommodated in the housing of the high-voltage test signal device 200.
  • a first test connection 232 and a second test connection 234 of the test signal device 230 can be integrated in the housing of the portable high-voltage test signal device 200 in a manner corresponding to the power input 220.
  • the first test connection 232 is electrically connected to a first connection point 32 of the high-voltage device 30 and, correspondingly, the second test connection 234 is electrically connected to a second connection point 34 of the high-voltage device 30.
  • the portable high-voltage test signal device 200 can have a grounding connection 204, which in particular enables separate grounding - for example for increased operational safety.
  • one of the test connections can also serve as a ground connection, which in particular enables simpler cabling.
  • the test signal device 230 has the high-voltage transformer 300 according to one of the previously described embodiments, the high-voltage transformer 300 being shown only schematically in FIG. 4 with the magnetizable core 310, the low-voltage winding 320 and the high-voltage winding 330 and the protective layer 340.
  • the magnetizable core 310 is designed as a toroidal core, which in particular enables low interference radiation, a compact design and a form factor that can be easily integrated into a housing and thus a particularly easy-to-transport high-voltage test signal device 200.
  • This compact design is synergistically supported by the high-voltage winding 330, which is preferably close to the core - and thus in particular thermally buffered by means of the magnetizable core 310.
  • both the low voltage winding 320 and the high-voltage winding 330 can be formed by a suitable number of partial windings.
  • the high-voltage winding 330 has a first connection point 332 and a second connection point 334, the second connection point 334 being electrically connected to the second test connection 234.
  • the first connection point 332 can be electrically connected to the first test connection 232, whereby these can be connected directly to one another or, as shown, by means of an electrical switch 238 of the test signal device 230.
  • the switch 238 enables the first connection point 332 and the first test connection 232 to be selectively to be electrically connected, so that the electrical connection for applying a high voltage to the high-voltage device 30 can be established and, for example, can be disconnected between individual test procedures for safety.
  • the low-voltage winding 320 has a first connection point 322 and a second connection point 326.
  • the first and the second connection point 322, 326 are electrically connected to the power input 220 in such a way that a power signal can be applied between the two connection points 322, 326 via the power input 220.
  • the portable main device 100 has a power signal source 130, in particular a controllable voltage source, which is electrically connected to the power output 120.
  • the portable main device 100 is set up to control the power signal source 130 such that an electrical voltage is applied between the first and second connection points 322, 326 of the low-voltage winding 320 via the power signal and the high-voltage transformer 300 converts this voltage into a test signal for testing the high-voltage device 30, which is applied between the first and second connection point 332, 334 of the high-voltage winding 330 - and thus also between the first and second test connection 232 and 234 when the switch 238 is closed.
  • the portable main device 100 is preferably designed in such a way that it controls the test sequence with the aid of an integrated controller (not shown in FIG. 4) with the aid of the test signal generated by the high-voltage transformer 300.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method 800 for producing a high-voltage transformer according to an embodiment of the present invention.
  • the method 800 has the method steps 810, 820, 830 and 840.
  • the method 800 begins at the method start 802 and ends at the method end 804, the method steps being carried out in the following sequence and some variants of the method - for example for producing certain embodiments, developments, variants or exemplary embodiments according to the description and / or according to the figures - May have further process steps.
  • a magnetizable core is provided for the high-voltage transformer configured as a toroidal core transformer.
  • a coil wire is wound around the magnetizable core at least in sections as a mit step winding, so that a high-voltage winding of the high-voltage transformer is formed.
  • a protective layer is applied which envelops the high-voltage winding on a side facing away from the magnetizable core and electrically isolates the high-voltage winding in the direction of the side facing away.
  • a coil wire is wound around the high-voltage winding covered by the protective layer, so that a low-voltage winding of the high-voltage transformer has a smaller number of turns than a number of turns of the high-voltage winding is formed and the protective layer electrically isolates the high-voltage winding and the low-voltage winding from one another.

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Abstract

The invention relates to a high voltage transformer which is designed as a toroidal transformer. Said high voltage transformer comprises a magnetisiable core (310) and a low voltage winding (330) and a high voltage winding (320 surrounding the magnetisable core (310).. The high voltage winding (330) is embodied as a Pilger step winding.

Description

Hochspannungstransformator, Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungstransformators sowie Prüfsystem und Prüfsignalvorrichtung mit einem Hochspannungstransformator High-voltage transformer, method for manufacturing a high-voltage transformer, and test system and test signal device with a high-voltage transformer
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Hochspannungsmesstechnik und betrifft insbesondere Hochspannungstransformatoren, Verfahren zu dessen Herstellung, Hochspannungsprüfsignalvorrichtungen und Prüfsysteme zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung anhand eines Prüfsignals mit einer hohen elektrischen Spannung. The invention is in the field of high-voltage measurement technology and relates in particular to high-voltage transformers, methods for their production, high-voltage test signal devices and test systems for testing a high-voltage device using a test signal with a high electrical voltage.
HINTERGRUND BACKGROUND
In elektrischen Energieversorgungsnetzen werden üblicherweise Hochspannungseinrichtungen wie Leistungstransformatoren oder Schaltanlagen - insbesondere gasisolierte Schaltanlagen - zum Wandeln und Verteilen von elektrischer Energie eingesetzt. Auch werden hierbei gewöhnlich weitere Hochspannungseinrichtungen wie Hochspannungswandler oder Hochstromwandler - etwa zum Messen von in einem Stromnetz auftretenden Spannungen und Strömen -, Leistungsschalter und Leistungsgeneratoren eingesetzt. Auch im industriellen Umfeld, insbesondere zur Produktion, finden solche Hochspannungseinrichtungen oder weitere Hochspannungseinrichtungen wie elektrische (Leistungs-) Motoren Anwendung. In electrical energy supply networks, high-voltage devices such as power transformers or switchgear - in particular gas-insulated switchgear - are usually used to convert and distribute electrical energy. Other high-voltage devices such as high-voltage converters or high-current converters - for example for measuring voltages and currents occurring in a power network -, power switches and power generators are also usually used here. Such high-voltage devices or other high-voltage devices such as electric (power) motors are also used in the industrial environment, in particular for production.
Zur Inbetriebnahme oder zur Wartung von Anlagen mit solchen Hochspannungseinrichtungen kann es erforderlich sein, deren Funktionen und Eigenschaften zu überprüfen. Hierbei kann etwa ein Isolationsmaterial von einer Hochspannungseinrichtung - wie einem Hochspannungs-Stromwandler, einem Hochspannungs-Spannungswandler oder einem Leistungsschalter - etwa mittels einer Messung des Gleichspannungswiderstands überprüft werden. Auch kann hierbei etwa ein Verlustfaktor oder eine Kapazität von einer Hochspannungseinrichtung - wie einem Leistungstransformator oder einer rotierenden Maschine etwa von einem Generator oder einem Elektromotor - gemessen werden, was auch Informationen über eine (noch verbleibende) Qualität von Isoliermaterialien oder Isolierflüssigkeiten liefern kann. Auch kann eine Teilentladungsmessung durchgeführt werden. Um insbesondere eine Messung zu ermöglichen, welche die Bedingungen im realen Betrieb widerspiegelt, können auch bei der Messung als ein Prüfsignal hohe Spannungen verwendet werden. Häufig werden für die Überprüfung neben oder alternativ zu Messungen im Labor auch Messungen im Feldeinsatz - also etwa im Außenbereich oder in einer industriellen Umgebung - durchgeführt. For the commissioning or maintenance of systems with such high-voltage devices, it may be necessary to check their functions and properties. Here, for example, an insulation material from a high-voltage device - such as a high-voltage current converter, a high-voltage voltage converter or a circuit breaker - can be checked, for example, by measuring the DC voltage resistance. A loss factor or a capacitance from a high-voltage device - such as a power transformer or a rotating machine, for example from a generator or an electric motor - can also be used here. can be measured, which can also provide information about a (still remaining) quality of insulating materials or insulating liquids. A partial discharge measurement can also be carried out. In order to enable in particular a measurement which reflects the conditions in real operation, high voltages can also be used as a test signal during the measurement. In addition to or as an alternative to measurements in the laboratory, measurements in the field - i.e. outdoors or in an industrial environment - are often carried out for the check.
Für den Feldeinsatz sind Prüfgeräte bekannt, die einen Signalgenerator und einen Hochspannungstransformator integrieren oder die mittels eines Stelltransformators eine Netzspannung in eine Hochspannung wandeln, um ein Prüfsignal mit einer hohen elektrischen Spannung - das heißt insbesondere mit einer hohen Spannungsamplitude oder einer hohen Effektivspannung - zu erzeugen. Während für die Betriebssicherheit von einem solchen Prüfgerät Maßnahmen erforderlich sein können, um die Oberspannungswicklung des Hochspannungstransformators bzw. Stelltransformators - also jene Wicklung, die elektrisch auf der Seite des Prüfsignals ist - von den übrigen, nicht hochspannungsseitigen Teilen des Prüfgeräts - insbesondere von der Unterspannungswicklung - zu isolieren, soll das Prüfgerät besonders für den Feldeinsatz ein geringes Gewicht haben und für den Transport zum jeweiligen Einsatzort robust sein. Test devices are known for use in the field which integrate a signal generator and a high-voltage transformer or which convert a mains voltage into a high voltage by means of a variable transformer in order to generate a test signal with a high electrical voltage - i.e. in particular with a high voltage amplitude or a high effective voltage. While measures of this kind may be necessary for the operational safety of such a test device, the high-voltage winding of the high-voltage transformer or variable transformer - i.e. the winding that is electrically on the test signal side - from the other parts of the test device that are not on the high-voltage side - in particular the low-voltage winding - to isolate, the test device should have a low weight, especially for field use, and be robust for transport to the respective location.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Es besteht daher der Bedarf an einem leistungsstarken Hochspannungstransformator, welcher über ein vergleichsweises geringes Gewicht und einen vergleichsweise einfachen Aufbau verfügt, so dass der Hochspannungstransformator einerseits kostengünstig herstellbar und andererseits zur Verwendung in einem portablen Prüfgerät geeignet ist. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Prüfsystem sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitzustellen. Erfindungsgemäß wird ein Hochspannungstransformator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Prüfsignalvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Prüfsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung. There is therefore a need for a powerful high-voltage transformer which has a comparatively low weight and a comparatively simple structure, so that the high-voltage transformer can be produced inexpensively on the one hand and is suitable for use in a portable test device on the other. In addition, the invention is based on the object of providing a corresponding test system and a corresponding manufacturing method. According to the invention, a high-voltage transformer with the features of claim 1, a test signal device with the features of claim 10, a test system with the features of claim 12 and a manufacturing method with the features of claim 13 are provided. The dependent claims define preferred and / or advantageous embodiments of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator, welcher vorzugsweise für ein Prüfsystem zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung ausgestaltet ist. Der Hochspannungstransformator ist als Ringkerntransformator ausgestaltet und weist einen magnetisierbaren Kern, eine Oberspannungswicklung und eine Unterspannungswicklung auf. Die Oberspannungswicklung und die Unterspannungswicklung sind voneinander elektrisch isoliert um den magnetisierbaren Kern angeordnet, wobei die Oberspannungswicklung zumindest abschnittsweise als Pilgerschrittwicklung ausgeführt ist. A first aspect of the invention relates to a high-voltage transformer which is preferably designed for a test system for testing a high-voltage device. The high-voltage transformer is designed as a toroidal core transformer and has a magnetizable core, a high-voltage winding and a low-voltage winding. The high-voltage winding and the low-voltage winding are arranged around the magnetizable core in an electrically insulated manner from one another, the high-voltage winding being designed at least in sections as a pilgrim step winding.
Im Sinne der Erfindung sind unter einer„Unterspannungswicklung“ und einer „Oberspannungswicklung“ Wicklungen zu verstehen, welche eine oder mehrere Windungen von einem elektrischen Leiter um einen (lokalen) Umfang eines Transformatorkerns des Hochspannungstransformators aufweisen, wobei der elektrische Leiter meist von einer Isolationsschicht zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Windungen umhüllt ist. Für eine solche Wicklung wird meist ein Spulendraht oder eine Spulenlitze verwendet und entlang einer Umfangsrichtung um den Transformatorkern gewickelt, sodass ein durch den elektrischen Leiter fließender Strom einen magnetischen Fluss im Transformatorkern induziert und sich die Anteile des magnetischen Flusses je Windung zumindest im Wesentlichen aufaddieren. Üblicherweise erstreckt sich eine solche Wicklung entlang einer (lokalen) Vorwärtsrichtung des Transformatorkerns. Dabei können mehrere der Windungen einer solchen Wicklung entlang oder entgegengesetzt zur Vorwärtsrichtung aufgereiht sein. For the purposes of the invention, “low-voltage winding” and “high-voltage winding” are to be understood as windings which have one or more turns of an electrical conductor around a (local) circumference of a transformer core of the high-voltage transformer, the electrical conductor mostly being covered by an insulation layer to avoid it is surrounded by short circuits between the individual turns. For such a winding, a coil wire or a stranded coil is usually used and wound around the transformer core along a circumferential direction, so that a current flowing through the electrical conductor induces a magnetic flux in the transformer core and the components of the magnetic flux per turn at least essentially add up. Such a winding usually extends along a (local) forward direction of the transformer core. Several of the turns of such a winding can be lined up along or opposite to the forward direction.
Die an der Unterspannungswicklung anliegende elektrische Spannung wird abhängig von dem Windungsverhältnis in eine an der Oberspannungswicklung abgreifbare hohe Spannung transformiert. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei als "Hochspannung" eine Spannung im Bereich von 1 KV und höher angesehen, so dass der erfindungsgemäße Hochspannungstransformator zur Erzeugung und Bereitstellung entsprechend hoher Ausgangsspannungen ausgestaltet ist. The electrical voltage applied to the low-voltage winding is transformed into a high voltage that can be tapped off at the high-voltage winding, depending on the turns ratio. In the context of the present invention, a voltage in the range of 1 KV and higher is regarded as "high voltage", so that the high-voltage transformer according to the invention is designed to generate and provide correspondingly high output voltages.
Die von dem Hochspannungstransformator bereitgestellte Hochspannung kann gemäß einer Ausführungsform insbesondere derart sein, dass sie als Prüfspannung zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung dienen kann. According to one embodiment, the high voltage provided by the high voltage transformer can in particular be such that it can serve as test voltage for testing a high voltage device.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer„Hochspannungseinrichtung“ zumindest eine Einrichtung - etwa als Teil einer Hochspannungsanlage zur Energieversorgung oder als Teil einer elektrisch betriebenen Produktionsanlage - zu verstehen, welche mit einer hohen elektrischen Spannung oder einem hohen elektrischen Strom betrieben wird, eine(n) solchen steuert, wandelt oder misst oder aus einem sonstigen Grund einer hohen elektrischen Spannung ausgesetzt sein kann und dabei für einen sicheren Betrieb - etwa durch ausreichende elektrische Isolierung - eingerichtet sein soll. Insbesondere kann eine solche Hochspannungseinrichtung ein Leistungstransformator, eine (Hochspannungs-) Schaltanlage, ein (Hochspannungs-) Schutzschalter oder Leistungsschalter, eine mit Hochspannung betriebene oder eine hochspannungserzeugende rotierende Maschine wie ein Leistungselektromotor oder ein Leistungsgenerator, ein Stufenschalter für einen Transformator oder ein Messwandler wie ein Hochspannungswandler oder ein Hochstromwandler sein. For the purposes of the invention, a “high-voltage device” is to be understood as at least one device - for example as part of a high-voltage installation for energy supply or as part of an electrically operated production installation - which is operated with a high electrical voltage or a high electrical current, a such controls, converts or measures or can be exposed to a high electrical voltage for any other reason and should be set up for safe operation - for example through adequate electrical insulation. In particular, such a high-voltage device can be a power transformer, a (high-voltage) switchgear, a (high-voltage) circuit breaker or power switch, a high-voltage or high-voltage rotating machine such as a power electric motor or a power generator, a tap changer for a transformer or a measuring transducer such as a Be a high voltage converter or a high current converter.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer „Pilgerschrittwicklung“ - auch „Pilgerwicklung“ oder„Schräglagenwicklung“ - zumindest eine Wicklung für einen Transformator zu verstehen, welche mehrere Lagen an Windungen um den Transformatorkern aufweist, wobei sich die einzelnen Lagen nur entlang eines Abschnitts entlang oder entgegen der Vorwärtsrichtung des Kerns erstrecken und sich eine jeweils (elektrisch) darauffolgende Lage in die jeweils entgegengesetzte Richtung - also entgegen bzw. entlang der Vorwärtsrichtung - erstreckt und jeweils die vorhergehende Lage teilweise überlappt. Zudem erstrecken sich jene Lagen, die sich in die Vorwärtsrichtung erstrecken, (zumindest in Summe) weiter als die übrigen Lagen entgegen der Vorwärtsrichtung - oder entsprechend umgekehrt sodass sich die Pilgerschrittwicklung über einen größeren Abschnitt (im Vergleich zu den Abschnitten der einzelnen Lagen) entlang - oder entsprechend entgegen - der Vorwärtsrichtung des Kerns erstreckt. In the context of the invention, a “pilgrim winding” - also “pilgrim winding” or “oblique winding” - is to be understood as at least one winding for a transformer which has several layers of turns around the transformer core, the individual layers only being along a section extend against the forward direction of the core and each (electrically) subsequent layer extends in the opposite direction - that is, opposite or along the forward direction - and partially overlaps the previous layer. In addition, those layers that extend in the forward direction extend (at least in total) further than that other layers opposite to the forward direction - or vice versa so that the pilgrim step winding extends over a larger section (compared to the sections of the individual layers) along - or correspondingly opposite - the forward direction of the core.
In einigen Ausführungsformen kann die Oberspannungswicklung auch vollständig als eine oder genau eine Pilgerschrittwicklung ausgeführt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Oberspannungswicklung auch als mehrere Pilgerschrittwicklungen ausgeführt sein, wobei einige oder alle der Pilgerschrittwicklungen entlang der Vorwärtsrichtung aneinander angrenzen oder benachbart sind. In some embodiments, the high-voltage winding can also be designed completely as one or precisely one pilgrim step winding. In some embodiments, the high-voltage winding can also be embodied as a plurality of pilgrim step windings, some or all of the pilgrim step windings being contiguous or adjacent to one another along the forward direction.
Ein Vorteil der Pilgerschrittwicklung kann insbesondere darin liegen, dass eine Übertragung höherer Frequenzen ermöglicht wird, wodurch sich mit dem Hochspannungstransformator insbesondere Power-Quality-Messanwendungen ermöglichen lassen - also insbesondere beim Prüfen der Hochspannungseinrichtung ein last- und frequenzabhängiges Übertragungsverhalten der Hochspannungseinrichtung über einen größeren Frequenzbereich bestimmen lässt. One advantage of the pilgrim winding can be that it enables higher frequencies to be transmitted, which in particular enables power quality measurement applications to be made with the high-voltage transformer - that is, when testing the high-voltage device, determine a load- and frequency-dependent transmission behavior of the high-voltage device over a larger frequency range leaves.
Ein weiterer Vorteil der Pilgerschrittwicklung kann insbesondere darin liegen, dass eine mehrlagige Wicklung und damit insbesondere eine höhere Anzahl an Windungen und/oder ein höheres Übersetzungsverhältnis ermöglicht wird. Zudem weisen aneinander anliegende bzw. benachbarte Windungen oder entsprechend übereinanderliegende Lagen der Windungen einen geringeren Spannungsunterschied - also insbesondere eine geringere (Doppel-) Lagenspannung - auf als etwa bei einer mehrlagigen schraubenförmigen oder wilden Wicklung, welche sich zumindest im Wesentlichen je Lage über den gesamten Kern erstrecken würde. Hierdurch lassen sich die Betriebssicherheit und/oder die Robustheit steigern und/oder die zur elektrischen Isolation der einzelnen Lagen oder von benachbarten Windungen voneinander erforderlichen Mittel - etwa ein Isolationslack um einen Draht für die Windungen oder Isolationsschichten zwischen den einzelnen Lagen - reduzieren, was etwa das Gewicht reduzieren kann oder die Wärmeabfuhr von der Oberspannungswicklung zum magnetisierbaren Kern aber auch nach außen, also insbesondere in Richtung der Unterspannungswicklung und einer Umgebung des Hochspannungstransformators, weiter verbessern kann. Another advantage of the pilgrim step winding can in particular be that a multi-layer winding and thus in particular a higher number of turns and / or a higher transmission ratio is made possible. In addition, contiguous or adjacent turns or correspondingly superimposed layers of the turns have a smaller voltage difference - i.e. in particular a lower (double) layer voltage - than, for example, in a multi-layer helical or wild winding, which is at least essentially over the entire core for each layer would extend. This increases the operational safety and / or the robustness and / or reduces the means required for the electrical insulation of the individual layers or of adjacent turns from one another - for example an insulating varnish around a wire for the turns or insulation layers between the individual layers Can reduce weight or reduce heat dissipation from the high-voltage winding to the magnetizable core but also to the outside, so in particular in the direction of the low-voltage winding and a surrounding area of the high-voltage transformer, can further improve.
Im Sinne der Erfindung weist ein„Ringkerntransformator“ als Transformatorkern wenigstens einen ringförmigen Kern mit einem magnetisierbaren Material - das heißt insbesondere einen sogenannten Ringkern - auf. Ein solcher Ringkern ist im Wesentlichen ringförmig geschlossen oder nahezu geschlossen. Vorzugsweise kann der Ringkern eine toroidale Form aufweisen, etwa in Form eines Toroids oder eines Rohrabschnitt oder allgemeiner eines abgerundeten dreidimensionalen Körpers, welcher ein zentrales Loch aufweist. Dabei kann der Ringkern in einigen Varianten vom zentralen Loch aus bei einem Abschnitt nach außen hin durchtrennt sein, also einen sogenannten Luftspalt aufweisen. In anderen Varianten kann der Ringkern um das zentrale Loch herum, insbesondere entlang seiner toroidalen Richtung, geschlossen sein, wodurch insbesondere sich der magnetische Fluss entlang der alen Richtung unterbrechungsfrei im magnetisierbaren Material ausbreiten kann. In the context of the invention, a “toroidal core transformer” has at least one ring-shaped core with a magnetizable material - that is to say in particular a so-called toroidal core - as the transformer core. Such a toroidal core is essentially closed or almost closed in a ring shape. The toroidal core can preferably have a toroidal shape, for example in the form of a toroid or a tube section or, more generally, a rounded three-dimensional body which has a central hole. In some variants, the toroidal core can be cut through from the central hole in one section towards the outside, that is to say have a so-called air gap. In other variants, the toroidal core can be closed around the central hole, in particular along its toroidal direction, whereby in particular the magnetic flux can propagate in the magnetizable material along the alen direction without interruption.
Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich der magnetisierbare Kern, also der Ringkern, über einen großen (Längs-) Abschnitt in Vorwärtsrichtung mit der Oberspannungswicklung und/oder der Unterspannungswicklung bewickeln. Auch kann ein Vorteil eines Hochspannungstransformators mit Ringkern als magnetisierbarer Kern/Transformatorkern insbesondere darin liegen, dass im Betrieb die magnetischen Feldlinien weitgehend innerhalb des Ringkerns verlaufen, wodurch sich magnetische Störfelder reduzieren lassen. In this advantageous way, the magnetizable core, that is to say the toroidal core, can be wound with the high-voltage winding and / or the low-voltage winding over a large (longitudinal) section in the forward direction. Another advantage of a high-voltage transformer with a toroidal core as a magnetizable core / transformer core can be that, during operation, the magnetic field lines largely run within the toroidal core, which can reduce magnetic interference fields.
Auch kann ein Vorteil des Ringkerntransformators insbesondere darin liegen, dass dieser einen Formfaktor aufweist, der sich gut in ein Gehäuse integrieren lässt. One advantage of the toroidal core transformer can also be that it has a form factor that can be easily integrated into a housing.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist der Hochspannungstransformator eine Schutzschicht auf, welche zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung angeordnet ist. Dabei weist die Schutzschicht eine elektrisch leitfähige Schicht zur Abschirmung der Oberspannungswicklung von der unter Unterspannungswicklung auf. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich ein Übersprechen zwischen der Oberspannungswicklung und der Unterspannungswicklung reduzieren, wodurch sich insbesondere bei Anschluss der leitfähigen Schicht an ein geeignetes Potenzial - etwa einen Erdungsanschluss - Störungen, die sich von der Oberspannungsseite zur Unterspannungsseite oder in umgekehrter Richtung ausbreiten könnten, abschirmen lassen. According to some embodiments, the high-voltage transformer has a protective layer which is arranged between the high-voltage winding and the low-voltage winding. The protective layer has an electrically conductive layer for shielding the high-voltage winding from the low-voltage winding. In this advantageous way one can Reduce crosstalk between the high-voltage winding and the low-voltage winding, which, in particular when the conductive layer is connected to a suitable potential - such as a ground connection - can be used to shield interference that could spread from the high-voltage side to the low-voltage side or in the opposite direction.
Gemäß einigen Ausführungsformen weist der magnetisierbare Kern eine Isolationsschicht aus einem elektrisch isolierenden Material auf zur elektrischen Isolation des magnetisierbaren Kerns von der Unterspannungswicklung und von der Oberspannungswicklung. According to some embodiments, the magnetizable core has an insulation layer made of an electrically insulating material for electrically insulating the magnetizable core from the low-voltage winding and from the high-voltage winding.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Oberspannungswicklung kernnah oder unmittelbar auf dem magnetisierbaren Kern angeordnet. Zwischen dem Kern und der Oberspannungswicklung ist bei dieser Ausführungsform allenfalls eine Isolierung vorgesehen. Die Unterspannungswicklung ist vorzugsweise um die Oberspannungswicklung angeordnet. According to one embodiment, the high-voltage winding is arranged close to the core or directly on the magnetizable core. In this embodiment, insulation is provided between the core and the high-voltage winding. The low-voltage winding is preferably arranged around the high-voltage winding.
Ein Vorteil der Anordnung der Oberspannungswicklung um den magnetisierbaren Kern und der Unterspannungswicklung um die Oberspannungswicklung kann insbesondere darin liegen, dass ein Umfang der Windungen der Oberspannungswicklung reduziert wird und für die Oberspannungswicklung eine kürzere Drahtlänge erforderlich ist, wodurch sich insbesondere Verluste reduzieren lassen und/oder das Frequenzverhalten insbesondere für höhere Frequenzen weiter verbessern lässt. An advantage of the arrangement of the high-voltage winding around the magnetizable core and the low-voltage winding around the high-voltage winding can in particular be that the number of turns of the high-voltage winding is reduced and a shorter wire length is required for the high-voltage winding, which in particular allows losses to be reduced and / or that Frequency behavior can be further improved, especially for higher frequencies.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung der Oberspannungswicklung um den magnetisierbaren Kern und der Unterspannungswicklung um die Oberspannungswicklung kann insbesondere darin liegen, dass die Oberspannungswicklung kernnaher angeordnet ist, wodurch eine etwaige Wärme, welche beim Betrieb aufgrund von Verlusten in der Oberspannungswicklung - etwa ohmsche Verluste - auftreten könnte, zum magnetisierbaren Kern hin abgeführt werden kann, die Oberspannungswicklung also (zumindest zeitweise) durch eine Wärmeabfuhr zum magnetisierbaren Kern hin gekühlt bzw. eine Temperatur der Oberspannungswicklung durch den magnetisierbaren Kern gepuffert werden kann. Durch die verbesserte Wärmeabfuhr lässt sich die Leistungsfähigkeit des Hochspannungstransformators steigern und/oder dessen Gewicht reduzieren, wobei sich insbesondere ein Übersetzungsverhältnis des Hochspannungstransformators erhöhen, eine erzielbare Ausgangsspannung und/oder eine (zeitweise) mögliche maximale elektrische Ausgangsleistung an der Oberspannungswicklung steigern lässt. Another advantage of the arrangement of the high-voltage winding around the magnetizable core and the low-voltage winding around the high-voltage winding can be that the high-voltage winding is arranged closer to the core, which means that any heat that could occur during operation due to losses in the high-voltage winding - such as ohmic losses , can be dissipated to the magnetizable core, the high-voltage winding can therefore (at least temporarily) be cooled by heat dissipation to the magnetizable core or a temperature of the high-voltage winding can be buffered by the magnetizable core. The improved heat dissipation makes it possible to increase the performance of the high-voltage transformer and / or reduce its weight, in particular increasing a transformation ratio of the high-voltage transformer, increasing an achievable output voltage and / or a (temporarily) possible maximum electrical output power at the high-voltage winding.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der magnetisierbare Kern "floating" und weist keinen elektrischen Kontakt bzw. keine elektrische Verbindung zu Erde oder Masse auf. Der magnetisierbare Kern ist sowohl gegenüber Erde als auch gegenüber der Oberspannungswicklung und Unterspannungswicklung elektrisch isoliert. Die Geometrie des Hochspannungstransformators kann dabei derart gewählt werden, dass die maximale Spannung, welche zwischen der Oberspannungswicklung und dem magnetisierbaren Kern auftreten kann, nur die Hälfte derjenigen Spannung ist, welche auftreten würde, wenn sich der magnetisierbare Kern auf Erdpotential befinden würde. According to a preferred embodiment of the invention, the magnetizable core is "floating" and has no electrical contact or no electrical connection to earth or ground. The magnetizable core is electrically isolated both from earth and from the high-voltage winding and low-voltage winding. The geometry of the high-voltage transformer can be selected such that the maximum voltage that can occur between the high-voltage winding and the magnetizable core is only half the voltage that would occur if the magnetizable core were at ground potential.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Hochspannungstransformators, eine Prüfsignalvorrichtung für ein Prüfsystem zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung, welche einen Hochspannungstransformator gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst, sowie ein entsprechend ausgestaltetes Prüfsystem zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung. Further aspects of the invention relate to a method for producing such a high-voltage transformer, a test signal device for a test system for testing a high-voltage device, which comprises a high-voltage transformer according to the embodiments described above, and a correspondingly configured test system for testing a high-voltage device.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und/oder aus den Figuren. Further advantages, features and possible applications emerge from the following detailed description of exemplary embodiments and / or from the figures.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Gleiche Elemente oder Bauteile der Ausführungsbeispiele sind im Wesentlichen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, falls dies nicht anders beschrieben wird oder sich nicht anders aus dem Kontext ergibt. The invention is explained in more detail below with reference to the figures on the basis of advantageous exemplary embodiments. The same elements or components of the exemplary embodiments are essentially given the same reference symbols unless otherwise stated or if the context does not indicate otherwise.
Hierzu zeigen, teilweise schematisiert: To this end show, partly schematically:
Fig. 1 : einen Hochspannungstransformator nach einer Ausführungsform; 1: a high-voltage transformer according to an embodiment;
Fig. 2: einen Querschnitt durch den Hochspannungstransformator von Fig.Fig. 2: a cross section through the high voltage transformer of Fig.
1 ; 1 ;
Fig. 3: einen Längsschnitt durch einen Hochspannungstransformator nach einer weiteren Ausführungsform; 3: a longitudinal section through a high-voltage transformer according to a further embodiment;
Fig. 4: ein Prüfsystem nach einer Ausführungsform; und 4: a test system according to an embodiment; and
Fig. 5: ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Herstellen eines Hochspannungstransformators nach einer Ausführungsform. FIG. 5: a flow diagram of a method for producing a high-voltage transformer according to an embodiment.
Die Figuren sind schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen und/oder Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente und/oder Bauteile sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente und/oder Bauteile derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und/oder ihr Zweck dem Fachmann verständlich werden. The figures are schematic representations of various embodiments and / or exemplary embodiments of the present invention. Elements and / or components shown in the figures are not necessarily shown true to scale. Rather, the various elements and / or components shown in the figures are reproduced in such a way that their function and / or their purpose can be understood by a person skilled in the art.
In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindungen oder Kopplungen implementiert werden. Insbesondere können Datenverbindungen drahtgebunden oder drahtlos, also insbesondere als Funkverbindung, ausgebildet sein. Auch können bestimmte Verbindungen, etwa elektrische Verbindungen, etwa zur Energieversorgung, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sein. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFUHRUNGSBEISPIELEN Connections and couplings between functional units and elements shown in the figures can also be implemented as indirect connections or couplings. In particular, data connections can be wired or wireless, that is to say in particular as a radio connection. Certain connections, for example electrical connections, for example for energy supply, can also not be shown for the sake of clarity. DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Fig. 1 zeigt schematisch einen Hochspannungstransformator 300 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 schematically shows a high voltage transformer 300 according to an embodiment of the present invention.
Der Hochspannungstransformator 300 weist einen magnetisierbaren Kern 310, 31 1 , eine Unterspannungswicklung 320, eine Oberspannungswicklung 330 und eine Schutzschicht 340 auf. Die Unterspannungswicklung 320 und die Oberspannungswicklung 330 erstrecken sich entlang einer Vorwärtsrichtung 316 des magnetisierbaren Kerns. Dabei ist die Oberspannungswicklung zumindest um einen Teil, insbesondere einen Längsabschnitt, des magnetisierbaren Kerns 310, 31 1 angeordnet und als Pilgerschrittwicklung ausgestaltet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Oberspannungswicklung 330 unmittelbar auf dem magnetisierbaren Kern 310, 31 1 . Um die Oberspannungswicklung 330 ist die Schutzschicht 340 angeordnet, welche ein isolierendes Material aufweist und so die relativ zur Oberspannungswicklung und zur Schutzschicht 340 weiter außen angeordnete Unterspannungswicklung 320 von der Oberspannungswicklung 330 elektrisch isoliert. The high-voltage transformer 300 has a magnetizable core 310, 31 1, a low-voltage winding 320, a high-voltage winding 330 and a protective layer 340. The low voltage winding 320 and the high voltage winding 330 extend along a forward direction 316 of the magnetizable core. In this case, the high-voltage winding is arranged at least around a part, in particular a longitudinal section, of the magnetizable core 310, 31 1 and is designed as a pilgrim step winding. In the exemplary embodiment shown, the high-voltage winding 330 is located directly on the magnetizable core 310, 31 1. The protective layer 340 is arranged around the high-voltage winding 330, which has an insulating material and thus electrically insulates the low-voltage winding 320, which is arranged further outward relative to the high-voltage winding and the protective layer 340, from the high-voltage winding 330.
Die Unterspannungswicklung 320 weist mehrere Windungen 328 auf. Die Windungen 328 können in einigen vorteilhaften Varianten schraubenförmig in Richtung der Vorwärtsrichtung 316 um den magnetisierbaren Kern 310 gewickelt und entsprechend bei Teilen mit der Oberspannungswicklung 330 oder der Schutzschicht 340 auch um diese gewickelt sein. Dazu kann in einigen Varianten ein lackisolierter Spulendraht, insbesondere aus Kupfer, um den magnetisierbaren Kern 310 schraubenförmigen gewickelt sein. The low voltage winding 320 has multiple turns 328. In some advantageous variants, the windings 328 can be wound helically in the direction of the forward direction 316 around the magnetizable core 310 and correspondingly in the case of parts with the high-voltage winding 330 or the protective layer 340 also wound around these. For this purpose, in some variants, an enamel-insulated coil wire, in particular made of copper, can be helically wound around the magnetizable core 310.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Wicklungen der Einfachheit halber nur für einen Abschnitt 310 des magnetisierbaren Kerns dargestellt. Der Hochspannungstransformator 300 ist als Ringkerntransformator ausgestaltet, so dass sich tatsächlich die Oberspannungswicklung 330 und die Unterspannungswicklung 320 ringförmig entlang der gesamten Länge des ringförmigen magnetisierbaren Kern 310, 31 1 erstrecken. Alternativ ist es auch möglich, dass mehrere elektrisch miteinander verbundene Oberspannungswicklungen 330 und/oder oder mehrere elektrisch miteinander verbundene Unterspannungswicklungen 320 bzw. mehrere Abschnitte der Oberspannungswicklung 330 und/oder mehrere Abschnitte der Unterspannungswicklung 320 voneinander beabstandet oder auch überlagert entlang verschiedener Längsabschnitte 310, 31 1 des magnetisierbaren Kerns angeordnet sind, so dass insgesamt ein Ringkerntransformator gebildet wird. In the embodiment shown, the windings are shown for only a portion 310 of the magnetizable core for the sake of simplicity. The high-voltage transformer 300 is designed as a toroidal core transformer, so that the high-voltage winding 330 and the low-voltage winding 320 actually extend in a ring shape along the entire length of the ring-shaped magnetizable core 310, 31 1. Alternatively, it is also possible that several electrically interconnected High-voltage windings 330 and / or several electrically interconnected low-voltage windings 320 or several sections of high-voltage winding 330 and / or several sections of low-voltage winding 320 are arranged at a distance from one another or also superimposed along different longitudinal sections 310, 31 1 of the magnetizable core, so that a total of a toroidal transformer is formed.
Der Kern 310, 31 1 ist ringförmig geschlossen oder nahezu geschlossen, wobei im letztgenannten Fall der ringförmige Kern 310, 31 1 lediglich durch einen Luftspalt unterbrochen ist. Die Ringform kann toroidförmig sein, wobei jedoch wie in den Figuren gezeigt ebenso eckige Ausgestaltungen möglich sind. The core 310, 31 1 is annularly closed or almost closed, wherein in the last-mentioned case the annular core 310, 31 1 is only interrupted by an air gap. The ring shape can be toroidal, however, as shown in the figures, angular designs are also possible.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Hochspannungstransformator 300 zur Veranschaulichung seines Aufbaus von innen - also vom magnetisierbaren Kern aus - nach außen - also zur Unterspannungswicklung hin -, dargestellt, wobei der Querschnitt zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Vorwärtsrichtung des magnetisierbaren Kerns ist. 2 shows a cross-section through the high-voltage transformer 300 to illustrate its structure from the inside - that is, from the magnetizable core - to the outside - that is, towards the low-voltage winding -, the cross-section being at least substantially perpendicular to the forward direction of the magnetizable core.
Die Oberspannungswicklung 330 ist konzentrisch um den magnetisierbaren Kern 310 angeordnet. Daraufhin ist die Schutzschicht 340 konzentrisch um die Oberspannungswicklung 330 angeordnet. Schließlich ist die Unterspannungswicklung 320 konzentrisch um die Schutzschicht 340 angeordnet. Relativ zueinander oder relativ zur Schutzschicht 340 ist damit die Oberspannungswicklung 330 weiter innen und die Unterspannungswicklung 320 weiter außen angeordnet, sodass die Oberspannungswicklung 330 näher am magnetisierbaren Kern 310 ist. Dabei berührt in einigen vorteilhaften Varianten die Oberspannungswicklung 330 den magnetisierbaren Kern oder ist nur durch eine Isolationsschicht (in Fig. 2 nicht dargestellt) von diesem getrennt, was eine verbesserte thermische Kopplung zwischen der Oberspannungswicklung 330 und dem magnetisierbaren Kern 310 ermöglicht, womit die Leistungsfähigkeit gesteigert werden kann. The high-voltage winding 330 is arranged concentrically around the magnetizable core 310. The protective layer 340 is then arranged concentrically around the high-voltage winding 330. Finally, the low voltage winding 320 is arranged concentrically around the protective layer 340. The high-voltage winding 330 is thus arranged further inside and the low-voltage winding 320 further outside, relative to one another or relative to the protective layer 340, so that the high-voltage winding 330 is closer to the magnetizable core 310. In some advantageous variants, the high-voltage winding 330 touches the magnetizable core or is only separated from it by an insulation layer (not shown in FIG. 2), which enables improved thermal coupling between the high-voltage winding 330 and the magnetizable core 310, thereby increasing the performance can be.
Die Schutzschicht 340 weist in einigen vorteilhaften Varianten, wie dargestellt, eine erste elektrisch isolierende Schicht 342, eine elektrisch leitfähige Schicht 344 und eine zweite elektrisch isolierende Schicht 346 auf. Auf diese vorteilhafterweise lassen sich die Oberspannungswicklung und die Unterspannungswicklung voneinander mittels der elektrisch leitfähigen Schicht 344 abschirmen sowie die elektrisch leitfähige Schicht 344 sowohl von der Oberspannungswicklung mittels der ersten elektrisch isolierenden Schicht 342 als auch von der Unterspannungswicklung mittels der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 346 elektrisch isolieren. In einigen Varianten kann die erste elektrisch isolierende Schicht 342 galvanisiert sein und so die elektrisch leitfähige Schicht 344 darauf angebracht sein. In anderen Varianten kann die elektrisch leitfähige Schicht 344 auch (insbesondere als Metalldampf) aufgedampft oder (insbesondere als Metallfolie) aufgeklebt sein. Weiterhin kann in einigen Varianten die zweite elektrisch isolierende Schicht 346 entfallen. In some advantageous variants, the protective layer 340 has, as shown, a first electrically insulating layer 342, an electrically conductive layer 344 and a second electrically insulating layer 346. On this, the high-voltage winding and the low-voltage winding can advantageously be shielded from one another by means of the electrically conductive layer 344 and the electrically conductive layer 344 can be electrically insulated both from the high-voltage winding by means of the first electrically insulating layer 342 and from the low-voltage winding by means of the second electrically insulating layer 346. In some variants, the first electrically insulating layer 342 can be galvanized and the electrically conductive layer 344 can thus be applied thereon. In other variants, the electrically conductive layer 344 can also be vapor-deposited (in particular as metal vapor) or glued on (in particular as metal foil). Furthermore, in some variants, the second electrically insulating layer 346 can be omitted.
In Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen Hochspannungstransformator nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung der als Pilgerschrittwicklung ausgeführten Oberspannungswicklung dargestellt, wobei etwaige weitere Komponenten wie etwa die Schutzschicht, die Unterspannungswicklung oder ein magnetisches Verbindungselement der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. 3 shows a longitudinal section through a high-voltage transformer according to a further embodiment of the present invention to illustrate the high-voltage winding designed as a pilgrim winding, with any further components such as the protective layer, the low-voltage winding or a magnetic connecting element not being shown for the sake of clarity.
Der in Fig. 3 gezeigte Hochspannungstransformator kann dem bezüglich Fig.1 und/oder Fig. 2 beschriebenen Hochspannungstransformator 300 entsprechen, wobei der Längsschnitt zumindest im Wesentlichen entlang der Vorwärtsrichtung des magnetisierbaren Kerns ist, sodass die Vorwärtsrichtung 316 zumindest im Wesentlichen in der Schnittebene liegt. The high-voltage transformer shown in FIG. 3 can correspond to the high-voltage transformer 300 described with reference to FIG. 1 and / or FIG. 2, the longitudinal section being at least essentially along the forward direction of the magnetizable core, so that the forward direction 316 lies at least essentially in the cutting plane.
Die Vorwärtsrichtung 316 ist in Fig. 3 durch einen gestrichelten, abbiegenden Pfeil illustriert, wobei die Vorwärtsrichtung relativ zur jeweiligen Position beim magnetisierbaren Kern 310 und zu einem etwaigen magnetischen Fluss zu verstehen ist und folglich eine lokale Richtung darstellt, welche insbesondere jeweils lokal in Richtung eines etwaigen magnetischen Flusses (oder immer entgegen dieser Richtung) zeigt. Folgt man also lokal jeweils der Vorwärtsrichtung bei einem geschlossenen magnetisierbaren Kern, so ergibt sich eine geschlossene Kurve, die genau eine Fläche umschließt. Die Oberspannungswicklung 330 weist mehrere Windungen auf, welche gruppiert sind in mehrere Gruppen 335 an Windungen, die je Gruppe elektrisch seriell und schraubenförmig in Richtung der Vorwärtsrichtung um den magnetisierbaren Kern 310 gewickelt sind, und in mehrere Gruppen 336 an Windungen, die je Gruppe elektrisch seriell und schraubenförmig entgegen der Vorwärtsrichtung um den magnetisierbaren Kern gewickelt sind. Dabei sind die Gruppen 235 und 236 jeweils abwechselnd miteinander elektrisch seriell geschaltet und jeweils abwechselnd um den magnetisierbaren Kern 310 gewickelt, sodass auf eine erste Anzahl an Windungen in Vorwärtsrichtung für eine der Gruppen 335 eine zweite Anzahl an Windungen entgegen der Vorrichtung für eine der Gruppen 236 folgt. Zudem ist die erste Anzahl größer als die zweite Anzahl, sodass sich insgesamt eine Wicklung in Vorwärtsrichtung ergibt. The forward direction 316 is illustrated in Fig. 3 by a dashed, turning arrow, wherein the forward direction is to be understood relative to the respective position in the magnetizable core 310 and to a possible magnetic flux and consequently represents a local direction, which in particular each locally in the direction of a shows any magnetic flux (or always against this direction). If the forward direction is followed locally in the case of a closed magnetizable core, a closed curve is obtained that encloses exactly one area. The high-voltage winding 330 has several turns, which are grouped into several groups 335 of turns, which are wound electrically in series and helically in the forward direction around the magnetizable core 310 per group, and in several groups 336 of turns, which are electrically in series per group and are helically wound against the forward direction around the magnetizable core. The groups 235 and 236 are alternately connected electrically in series with one another and each alternately wound around the magnetizable core 310, so that on a first number of turns in the forward direction for one of the groups 335 a second number of turns against the device for one of the groups 236 follows. In addition, the first number is greater than the second number, so that overall there is a winding in the forward direction.
Zur Herstellung der Oberspannungswicklung 330 kann ein Spulendraht abwechselnd in Vorwärtsrichtung für die erste Anzahl an Windungen um den Kern 310 gewickelt und in Rückwärtsrichtung- das heißt entgegen der Vorwärtsrichtung - für die zweite Anzahl an Windungen um den Kern 310 gewickelt werden. In einigen vorteilhaften Varianten kann der Spulendraht ein lackisolierter Kupferdraht sein. To produce the high-voltage winding 330, a coil wire can alternately be wound around the core 310 in the forward direction for the first number of turns and wound around the core 310 in the reverse direction - that is, against the forward direction - for the second number of turns. In some advantageous variants, the coil wire can be an enamel-insulated copper wire.
Durch das Wickeln in Vorwärtsrichtung und entgegen der Vorwärtsrichtung lassen sich gegenüber einer schraubenförmigen Wicklung nur in Vorwärtsrichtung oder nur in Rückwärtsrichtung mehr Windungen bei einem Längenabschnitt des magnetisierbaren Kerns 310 um diesen Wickeln. Hierdurch lässt sich insgesamt eine hohe Anzahl an Windungen erzielen, ohne dass eine weitere Lage oder Schicht an Windungen, welche sich über alle zum Bewickeln vorgesehenen Längenabschnitte des magnetisierbaren Kerns erstrecken würden, erforderlich ist. Dadurch dass bei der Pilgerschrittwicklung in Vorwärts und in Rückwärtsrichtung für einzelne Längenabschnitte des magnetisierbaren Kerns gewickelt wird, weisen die Längenabschnitte (sozusagen) lokal mehrere Lagen auf, wobei der Spannungsunterschied zwischen diesen„lokalen Lagen“ geringer ist als bei einer mehrlagigen oder mehrschichtigen Wicklung, bei welcher Windungen jeweils über eine insgesamt zu bewickelnde Länge des magnetisierbaren Kerns gewickelt sind. So ist etwa, wie in Fig. 3 dargestellt, die Windung 338 einer der Gruppen 336 räumlich benachbart zu den Windungen 337 und 339 einer der Gruppen 335 und zudem elektrisch nur eine bzw. nur zwei Windungen von diesen entfernt, wodurch zwischen den Windungen ein relativ kleiner Spannungsunterschied im Betrieb des Hochspannungstransformators besteht. By winding in the forward direction and counter to the forward direction, compared to a helical winding, more turns can be wound around a length of the magnetizable core 310 only in the forward direction or only in the reverse direction. As a result, a large number of turns can be achieved overall without the need for a further layer or layer of turns which would extend over all the length sections of the magnetizable core intended for winding. Because individual length sections of the magnetizable core are wound forwards and backwards in the pilgrim step winding, the length sections (so to speak) have several layers locally, the voltage difference between these "local layers" being smaller than with a multi-layer or multi-layer winding which turns are each wound over a total length of the magnetizable core to be wound. For example, as shown in FIG. 3, the turn 338 of one of the groups 336 is spatially adjacent to the turns 337 and 339 of one of the groups 335 and also electrically only one or only two turns away from them, whereby a relative between the turns there is a small voltage difference in the operation of the high-voltage transformer.
Auch kann der magnetisierbare Kern 310 in einigen Varianten eine Isolationsschicht 314 aufweisen. Diese kann, wie in Fig. 3 dargestellt, mit dem Kern verbunden sein und nur einen Teil, insbesondere einen zu bewickelnden Längenabschnitt, dass Kerns 310 umhüllen oder aber den gesamten Kern 310 umgeben und somit elektrisch isolieren. Dies kann in einigen Varianten besonders vorteilhaft in Kombination mit einem magnetisierbaren Kern 310 aus Kernblech, insbesondere aus mehreren Lagen Kernblech, die insbesondere zu einem Ringkern gewickelt sein können, sein. In some variants, the magnetizable core 310 can also have an insulation layer 314. This can, as shown in FIG. 3, be connected to the core and only cover a part, in particular a length section to be wound, that of the core 310 or else surround the entire core 310 and thus electrically isolate it. In some variants, this can be particularly advantageous in combination with a magnetizable core 310 made of core sheet, in particular made of several layers of core sheet, which in particular can be wound to form a toroidal core.
Fig. 4 zeigt ein Prüfsystem 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer zu prüfenden Hochspannungseinrichtung 30 als schematisches Blockschaltbild, wobei zur detaillierteren Veranschaulichung einige Komponenten des Prüfsystems sowie zugehörige elektrische Verbindungen, Anschlusspunkte und/oder Knotenpunkte als elektrisches (Prinzip-) Schaltbild schematisch dargestellt sind. 4 shows a test system 10 according to an embodiment of the present invention together with a high-voltage device 30 to be tested as a schematic block diagram, with some components of the test system and associated electrical connections, connection points and / or node points as an electrical (principle) circuit diagram for a more detailed illustration are shown.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Prüfsystem 10 ein portables Hauptgerät 100 und eine portable Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 auf. Dabei ermöglicht die Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 als ein portables Zusatzgerät des Prüfsystems 10 zusätzliche (Prüf-) Funktionen - insbesondere solche Funktionen, die auf einer Hochspannung basieren - zusätzlich zu Funktionen, die bereits das portable Hauptgerät bereitstellt. In one embodiment, the test system 10 includes a portable main device 100 and a portable high-voltage test signal device 200. The high-voltage test signal device 200, as a portable additional device of the test system 10, enables additional (test) functions - in particular those functions that are based on a high voltage - in addition to functions that the portable main device already provides.
Das portable Hauptgerät 100 weist ein Gehäuse und einen in das Gehäuse integrierten Leistungsausgang 120 auf. Die portable Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 weist ein Gehäuse und einen in das Gehäuse integrierten Leistungseingang 220 auf. Der Leistungsausgang 120 und der Leistungseingang 220 sind im Betrieb, also zur Prüfung der Hochspannungseinrichtung 30, elektrisch mittels eines Kabels 20 verbunden. The portable main device 100 has a housing and a power output 120 integrated into the housing. The portable high-voltage test signal device 200 has a housing and a power input 220 integrated into the housing. The power output 120 and the power input 220 are electrically connected by means of a cable 20 during operation, that is to say for testing the high-voltage device 30.
Die portable Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 weist weiterhin eine Prüfsignalvorrichtung 230 auf, deren Komponenten im Gehäuse der Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 aufgenommen sind. Dabei können ein erster Prüfanschluss 232 und ein zweiter Prüfanschluss 234 der Prüfsignalvorrichtung 230 entsprechend wie der Leistungseingang 220 im Gehäuse der portablen Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 integriert sein. The portable high-voltage test signal device 200 also has a test signal device 230, the components of which are accommodated in the housing of the high-voltage test signal device 200. A first test connection 232 and a second test connection 234 of the test signal device 230 can be integrated in the housing of the portable high-voltage test signal device 200 in a manner corresponding to the power input 220.
Im Betrieb, das heißt beim Prüfen der Hochspannungseinrichtung 30, wird der erste Prüfanschluss 232 mit einem ersten Anschlusspunkt 32 der Hochspannungseinrichtung 30 und entsprechend der zweite Prüfanschluss 234 mit einem zweiten Anschlusspunkt 34 der Hochspannungseinrichtung 30 elektrisch verbunden. During operation, that is to say when testing the high-voltage device 30, the first test connection 232 is electrically connected to a first connection point 32 of the high-voltage device 30 and, correspondingly, the second test connection 234 is electrically connected to a second connection point 34 of the high-voltage device 30.
Zur Erdung kann die portable Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 einen Erdungsanschluss 204 aufweisen, wodurch insbesondere eine separate Erdung - etwa für eine erhöhte Betriebssicherheit - ermöglicht wird. Alternativ kann auch einer der Prüfanschlüsse zugleich als Erdungsanschluss dienen, wodurch insbesondere eine einfachere Verkabelung ermöglicht wird. For grounding, the portable high-voltage test signal device 200 can have a grounding connection 204, which in particular enables separate grounding - for example for increased operational safety. Alternatively, one of the test connections can also serve as a ground connection, which in particular enables simpler cabling.
Die Prüfsignalvorrichtung 230 weist den Hochspannungstransformator 300 gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, wobei in Fig. 4 der Hochspannungstransformator 300 lediglich schematisch mit dem magnetisierbaren Kern 310, der Unterspannungswicklung 320 und der Oberspannungswicklung 330 sowie der Schutzschicht 340 dargestellt ist. Der magnetisierbare Kern 310 ist als Ringkern ausgebildet, wodurch insbesondere eine geringe Störeinstrahlung, eine kompakte Bauweise sowie ein gut in ein Gehäuse integrierbarer Formfaktor und damit eine besonders leicht transportierbare Hochspannungsprüfsignalvorrichtung 200 ermöglicht wird. Diese kompakte Bauweise wird durch die vorzugsweise kernnahe - und damit insbesondere thermisch mittels des magnetisierbaren Kerns 310 gepufferte - Oberspannungswicklung 330 synergistisch unterstützt. Wie bereits zuvor erwähnt, können sowohl die Unterspannungswicklung 320 als auch die Oberspannungswicklung 330 durch eine jeweils geeignete Anzahl von Teilwicklungen gebildet sein. The test signal device 230 has the high-voltage transformer 300 according to one of the previously described embodiments, the high-voltage transformer 300 being shown only schematically in FIG. 4 with the magnetizable core 310, the low-voltage winding 320 and the high-voltage winding 330 and the protective layer 340. The magnetizable core 310 is designed as a toroidal core, which in particular enables low interference radiation, a compact design and a form factor that can be easily integrated into a housing and thus a particularly easy-to-transport high-voltage test signal device 200. This compact design is synergistically supported by the high-voltage winding 330, which is preferably close to the core - and thus in particular thermally buffered by means of the magnetizable core 310. As mentioned earlier, both the low voltage winding 320 and the high-voltage winding 330 can be formed by a suitable number of partial windings.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist die Oberspannungswicklung 330 einen ersten Anschlusspunkt 332 und einen zweiten Anschlusspunkt 334 auf, wobei der zweite Anschlusspunkt 334 mit dem zweiten Prüfanschluss 234 elektrisch verbunden ist. Der erste Anschlusspunkt 332 ist mit dem ersten Prüfanschluss 232 elektrisch verbindbar, wobei diese direkt miteinander verbunden sein können oder, wie dargestellt, mittels eines elektrischen Schalters 238 der Prüfsignalvorrichtung 230. Der Schalter 238 ermöglicht es, den ersten Anschlusspunkt 332 und den ersten Prüfanschluss 232 selektiv elektrisch zu verbinden, sodass die elektrische Verbindung zum Anlegen einer Hochspannung an die Hochspannungseinrichtung 30 hergestellt und, etwa zwischen einzelnen Prüfungsvorgängen zur Sicherheit, getrennt werden kann. As shown in FIG. 4, the high-voltage winding 330 has a first connection point 332 and a second connection point 334, the second connection point 334 being electrically connected to the second test connection 234. The first connection point 332 can be electrically connected to the first test connection 232, whereby these can be connected directly to one another or, as shown, by means of an electrical switch 238 of the test signal device 230. The switch 238 enables the first connection point 332 and the first test connection 232 to be selectively to be electrically connected, so that the electrical connection for applying a high voltage to the high-voltage device 30 can be established and, for example, can be disconnected between individual test procedures for safety.
Die Unterspannungswicklung 320 weist einen ersten Anschlusspunkt 322 und einen zweiten Anschlusspunkt 326 auf. Der erste und der zweite Anschlusspunkt 322, 326 sind derart mit dem Leistungseingang 220 elektrisch verbunden, dass über den Leistungseingang 220 ein Leistungssignal zwischen den beiden Anschlusspunkten 322, 326 angelegt werden kann. The low-voltage winding 320 has a first connection point 322 and a second connection point 326. The first and the second connection point 322, 326 are electrically connected to the power input 220 in such a way that a power signal can be applied between the two connection points 322, 326 via the power input 220.
Zum Erzeugen des Leistungssignals weist das portable Hauptgerät 100 eine Leistungssignalquelle 130, insbesondere eine steuerbare Spannungsquelle auf, die mit dem Leistungsausgang 120 elektrisch verbunden ist. Dabei ist das portable Hauptgerät 100 eingerichtet, die Leistungssignalquelle 130 derart zu steuern, dass über das Leistungssignal eine elektrische Spannung zwischen dem ersten und zweiten Anschlusspunkt 322, 326 der Unterspannungswicklung 320 angelegt wird und der Hochspannungstransformator 300 diese Spannung in ein Prüfsignal für die Prüfung der Hochspannungseinrichtung 30 transformiert, die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusspunkt 332, 334 der Oberspannungswicklung 330 - und damit bei geschlossenem Schalter 238 auch zwischen dem ersten und zweiten Prüfanschluss 232 und 234 - anliegt. Das portable Hauptgerät 100 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es mit Hilfe einer integrierten (in Fig. 4 nicht gezeigten) Steuerung den Ablauf der Prüfung mit Hilfe des durch den Hochspannungstransformator 300 erzeugten Prüfsignals steuert. To generate the power signal, the portable main device 100 has a power signal source 130, in particular a controllable voltage source, which is electrically connected to the power output 120. The portable main device 100 is set up to control the power signal source 130 such that an electrical voltage is applied between the first and second connection points 322, 326 of the low-voltage winding 320 via the power signal and the high-voltage transformer 300 converts this voltage into a test signal for testing the high-voltage device 30, which is applied between the first and second connection point 332, 334 of the high-voltage winding 330 - and thus also between the first and second test connection 232 and 234 when the switch 238 is closed. The portable main device 100 is preferably designed in such a way that it controls the test sequence with the aid of an integrated controller (not shown in FIG. 4) with the aid of the test signal generated by the high-voltage transformer 300.
Fig.5 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens 800 zum Herstellen eines Hochspannungstransformators nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIG. 5 shows a flow diagram of a method 800 for producing a high-voltage transformer according to an embodiment of the present invention.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 800 die Verfahrensschritte 810, 820, 830 und 840 auf. Das Verfahren 800 beginnt bei dem Verfahrensstart 802 und endet bei dem Verfahrensende 804, wobei die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge ausgeführt werden und einige Varianten des Verfahrens - etwa zur Herstellung bestimmter Ausführungsformen, Weiterbildungen, Varianten oder Ausführungsbeispiele gemäß der Beschreibung und/oder gemäß den Figuren - weitere Verfahrensschritte aufweisen können. In one embodiment, the method 800 has the method steps 810, 820, 830 and 840. The method 800 begins at the method start 802 and ends at the method end 804, the method steps being carried out in the following sequence and some variants of the method - for example for producing certain embodiments, developments, variants or exemplary embodiments according to the description and / or according to the figures - May have further process steps.
Im Verfahrensschritt 810 wird ein magnetisierbarer Kern für den als Ringkerntransformator ausgestalteten Hochspannungstransformator bereitgestellt. In method step 810, a magnetizable core is provided for the high-voltage transformer configured as a toroidal core transformer.
Im Verfahrensschritt 830 wird ein Spulendraht um den magnetisierbaren Kern zumindest abschnittsweise als Pilgerschrittwicklung gewickelt, sodass eine Oberspannungswicklung des Hochspannungstransformators ausgebildet wird. In method step 830, a coil wire is wound around the magnetizable core at least in sections as a pilgrim step winding, so that a high-voltage winding of the high-voltage transformer is formed.
Im Verfahrensschritt 840 wird eine Schutzschicht angebracht, welche die Oberspannungswicklung auf einer dem magnetisierbaren Kern abgewandten Seite umhüllt und die Oberspannungswicklung in Richtung der abgewandten Seite elektrisch isoliert. In method step 840, a protective layer is applied which envelops the high-voltage winding on a side facing away from the magnetizable core and electrically isolates the high-voltage winding in the direction of the side facing away.
Im Verfahrensschritt 820 wird ein Spulendraht um die von der Schutzschicht umhüllte Oberspannungswicklung gewickelt, sodass eine Unterspannungswicklung des Hochspannungstransformators mit einer geringeren Anzahl an Windungen als eine Anzahl an Windungen der Oberspannungswicklung ausgebildet wird und die Schutzschicht die Oberspannungswicklung und die Unterspannungswicklung voneinander elektrisch isoliert. In method step 820, a coil wire is wound around the high-voltage winding covered by the protective layer, so that a low-voltage winding of the high-voltage transformer has a smaller number of turns than a number of turns of the high-voltage winding is formed and the protective layer electrically isolates the high-voltage winding and the low-voltage winding from one another.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1 . Hochspannungstransformator (300), 1 . High voltage transformer (300),
wobei der Hochspannungstransformator (300) als Ringkerntransformator ausgebildet ist und aufweist: wherein the high-voltage transformer (300) is designed as a toroidal core transformer and has:
einen magnetisierbaren Kern (310); a magnetizable core (310);
eine Unterspannungswicklung (320), welche um den magnetisierbaren Kern (310) angeordnet ist; und a low voltage winding (320) which is arranged around the magnetizable core (310); and
eine Oberspannungswicklung (330), welche um den magnetisierbaren Kern (310) angeordnet und gegenüber der Unterspannungswicklung (320) elektrisch isoliert ist, a high-voltage winding (330) which is arranged around the magnetizable core (310) and is electrically insulated from the low-voltage winding (320),
wobei die Oberspannungswicklung (330) zumindest abschnittsweise als Pilgerschrittwicklung ausgeführt ist. wherein the high-voltage winding (330) is designed at least in sections as a pilgrim step winding.
2. Hochspannungstransformator (300) gemäß Anspruch 1 , wobei die Oberspannungswicklung (330) unmittelbar um den magnetisierbaren Kern (310) angeordnet ist. 2. High-voltage transformer (300) according to claim 1, wherein the high-voltage winding (330) is arranged directly around the magnetizable core (310).
3. Hochspannungstransformator (300) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Unterspannungswicklung (320) um die Oberspannungswicklung (330) angeordnet ist. 3. High-voltage transformer (300) according to claim 1 or claim 2, wherein the low-voltage winding (320) is arranged around the high-voltage winding (330).
4. Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der vorhergehenden4. High-voltage transformer (300) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei sich die Oberspannungswicklung (330) mit höchstens einer Umrundung entlang einer Vorwärtsrichtung (316) um den magnetisierbaren Kern (310) erstreckt und wobei die Vorwärtsrichtung lokal jeweils entlang einer Richtung des magnetisierbaren Kerns (310) ist. Claims, wherein the high-voltage winding (330) extends with at most one circumference along a forward direction (316) around the magnetizable core (310) and wherein the forward direction is locally in each case along a direction of the magnetizable core (310).
5. Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der vorhergehenden5. High-voltage transformer (300) according to one of the preceding
Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Schutzschicht (340), welche zwischen der Oberspannungswicklung (330) und der Unterspannungswicklung (320) angeordnet ist, wobei die Schutzschicht (340) derart ausgestaltet ist, dass sie die Oberspannungswicklung (330) und die Unterspannungswicklung (320) voneinander elektrisch isoliert. Claims, further comprising a protective layer (340), which is arranged between the high-voltage winding (330) and the low-voltage winding (320), wherein the protective layer (340) is configured such that it High-voltage winding (330) and the low-voltage winding (320) are electrically isolated from one another.
6. Hochspannungstransformator (300) gemäß Anspruch 5, wobei die Schutzschicht (340) eine elektrisch leitfähige Schicht (344) zur Abschirmung der Oberspannungswicklung (330) von der Unterspannungswicklung (320) aufweist 6. High-voltage transformer (300) according to claim 5, wherein the protective layer (340) has an electrically conductive layer (344) for shielding the high-voltage winding (330) from the low-voltage winding (320)
7. Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der vorhergehenden7. High-voltage transformer (300) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei der magnetisierbare Kern (310) eine Isolationsschicht (314) zu dessen elektrischer Isolation von der Unterspannungswicklung (320) und Oberspannungswicklung (330) aufweist. Claims, wherein the magnetizable core (310) has an insulation layer (314) for its electrical insulation from the low-voltage winding (320) and high-voltage winding (330).
8. Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der vorhergehenden8. High-voltage transformer (300) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei der magnetisierbare Kern (310) keinen elektrischen Masse- oder Erdungsanschluss aufweist. Claims, wherein the magnetizable core (310) has no electrical ground or ground connection.
9. Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der vorhergehenden9. High-voltage transformer (300) according to one of the preceding
Ansprüche, wobei der Hochspannungstransformator zur Erzeugung eines Hochspannungsprüfsignals für ein Prüfsystem (10) zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung (30) ausgestaltet ist. Claims, wherein the high-voltage transformer is designed to generate a high-voltage test signal for a test system (10) for testing a high-voltage device (30).
10. Prüfsignalvorrichtung (230) für ein Prüfsystem (10) zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung (30), aufweisend: 10. Test signal device (230) for a test system (10) for testing a high-voltage device (30), comprising:
einen Hochspannungstransformator (300) gemäß einem der Ansprüche 1 -9; wobei die Prüfsignalvorrichtung (230) eingerichtet ist, um mittels des Hochspannungstransformators (300) ein Prüfsignal zu erzeugen, welches zwischen einem ersten Anschlusspunkt (332) und einem zweiten Anschlusspunkt (334) der Oberspannungswicklung (330) des Hochspannungstransformators (300) anliegt, und um das Prüfsignal zur Prüfung der Hochspannungseinrichtung (30) zur Verfügung zu stellen. a high voltage transformer (300) according to any one of claims 1-9; wherein the test signal device (230) is set up to generate a test signal by means of the high-voltage transformer (300) which is applied between a first connection point (332) and a second connection point (334) of the high-voltage winding (330) of the high-voltage transformer (300), and to to provide the test signal for testing the high-voltage device (30).
1 1 . Prüfsystem (10) zur Prüfung einer Hochspannungseinrichtung (30), aufweisend ein portables Hauptgerät (100) mit einem Gehäuse und ein damit elektrisch verbindbares portables Zusatzgerät (200) mit einem separaten Gehäuse; wobei das portable Zusatzgeräte (200) als portable Hochspannungsprüfsignalvorrichtung (200) ausgebildet ist und eine Prüfsignalvorrichtung (230) gemäß Anspruch 10 aufweist; und 1 1. Test system (10) for testing a high-voltage device (30), comprising a portable main device (100) with a housing and a portable additional device (200) with a separate housing that can be electrically connected to it; wherein the portable additional device (200) is designed as a portable high-voltage test signal device (200) and has a test signal device (230) according to claim 10; and
wobei das portable Hauptgerät (100) eingerichtet ist, um die Erzeugung des Prüfsignals durch den Hochspannungstransformator (300) des portablen Zusatzgeräts (200) für die Prüfung der Hochspannungseinrichtung (30) zu steuern. wherein the portable main device (100) is set up to control the generation of the test signal by the high-voltage transformer (300) of the portable auxiliary device (200) for testing the high-voltage device (30).
12. Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungstransformators (300), wobei der Hochspannungstransformator (300) als Ringkerntransformator hergestellt wird, und 12. A method for producing a high-voltage transformer (300), wherein the high-voltage transformer (300) is produced as a toroidal core transformer, and
wobei das Verfahren aufweist: the method comprising:
- Bereitstellen eines ringförmigen magnetisierbaren Kerns (310); - providing an annular magnetizable core (310);
- Wickeln einer Oberspannungswicklung (330) zumindest abschnittsweise als Pilgerschrittwicklung um den magnetisierbaren Kern (310); und - Winding a high-voltage winding (330) at least in sections as a pilgrim step winding around the magnetizable core (310); and
- Wickeln einer Unterspannungswicklung mit einer geringeren Anzahl an - Winding a low voltage winding with a smaller number of
Windungen als eine Anzahl an Windungen der Oberspannungswicklung (330) um den magnetisierbaren Kern (310). Turns as a number of turns of the high-voltage winding (330) around the magnetizable core (310).
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Verfahren zur Herstellung des Hochspannungstransformators (300) gemäß einem der Ansprüche 1 -9 durchgeführt wird. 13. The method according to claim 12, wherein the method for producing the high-voltage transformer (300) according to any one of claims 1-9 is carried out.
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