EP4006926A1 - Pressrahmen für ein joch eines transformatorkerns - Google Patents

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EP4006926A1
EP4006926A1 EP21207939.6A EP21207939A EP4006926A1 EP 4006926 A1 EP4006926 A1 EP 4006926A1 EP 21207939 A EP21207939 A EP 21207939A EP 4006926 A1 EP4006926 A1 EP 4006926A1
Authority
EP
European Patent Office
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frame
yoke
press frame
press
frame part
Prior art date
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Pending
Application number
EP21207939.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sarvesh Ambekar
Deepak Mahajan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4006926A1 publication Critical patent/EP4006926A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/245—Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/263—Fastening parts of the core together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/341—Preventing or reducing no-load losses or reactive currents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F2027/348—Preventing eddy currents

Definitions

  • the invention relates to a press frame for a yoke of a transformer core and a transformer.
  • a transformer in particular a power transformer for high electrical power, usually has a transformer core which consists of stacks of laminations that are electrically insulated from one another. Constructing the transformer core from electrical laminations advantageously reduces electrical eddy currents within the transformer core during operation of the transformer and thus increases the efficiency of the transformer.
  • the transformer core has a plurality of core limbs, around which windings of the transformer run. To form a closed magnetic circuit in the transformer core, the ends of the core legs are connected to one another via yokes. The yokes are usually clamped in a press frame in order to hold the laminations of the yokes together.
  • a press frame for a yoke generally has two frame parts which are arranged on opposite outer sides of the yoke and between which tension elements are stretched.
  • the frame parts and the tension elements are usually made of metal, in which the electromagnetic stray fields of the transformer can induce electrical eddy currents. These eddy currents can lead to power losses in the transformer and to hot spots in the press frame, particularly in its tension elements.
  • the invention is based on the object of specifying an improved pressing frame for a yoke of a transformer core.
  • the object is achieved according to the invention by a press frame having the features of claim 1 and a transformer having the features of claim 11 .
  • a press frame according to the invention for a yoke of a transformer core comprises two frame parts, which can be arranged on opposite outer sides of the yoke, and several tension elements, which each extend from one frame part to the other frame part and are made of austenitic, stainless and non-magnetizable steel.
  • Non-magnetizable steel is understood to mean steel that has negligible or very low magnetic susceptibility and thus a permeability number close to one.
  • Tension elements made of austenitic, stainless and non-magnetizable steel have a combination of corrosion resistance, ductility, toughness and magnetic properties that enable stable clamping of a yoke of a transformer core with low eddy currents induced in the tension elements by electromagnetic fields.
  • Tension elements of this type are therefore advantageously suitable for bracing a yoke of a transformer in areas that are exposed to strong electromagnetic stray fields from the transformer during operation of the transformer.
  • the use of tension elements designed according to the invention in such areas reduces power losses of the transformer caused by stray fields and the occurrence of hot spots in the tension elements.
  • the tension elements are made of steel X12CrMnNiN18-9-5 with the material number 1.4373, steel X5CrNi18-10 with the material number 1.4301, steel X2CrNi18-9 with the material number 1.4307, steel X6CrNiTi18-10 with the material number 1.4541 and/or made of steel X2CrNiMo17-12-2 with the material number 1.4404 according to the European standard EN 10027-2.
  • These steels are particularly suitable as materials for the above-mentioned tension elements of a press frame, because they retain negligible or very low magnetizability even after extensive deep-drawing, which is used to improve the mechanical properties of these steels, in particular to increase their yield strength and tensile strength.
  • the tension elements have end regions which are designed in the manner of cylinders. Furthermore, each end area is guided through a frame part opening in one of the frame parts and has an external thread which is screwed to a threaded nut, by which the end area is secured against sliding out of the frame part opening.
  • the tension elements can advantageously be clamped between the frame parts in order to clamp a yoke arranged between the frame parts.
  • a shielding cap is arranged around the ends of the tension elements protruding from the frame part openings of at least one frame part, and/or the ends of the tension elements guided through the frame part openings of at least one frame part are guided through the frame part openings in an electrically insulated manner.
  • This development of the invention is particularly advantageous when one of the frame parts is exposed to particularly strong electromagnetic stray fields. This can be the case in particular when the high-voltage winding connections of high-voltage windings of the transformer are arranged on one side of the transformer, the so-called high-voltage side, as is often the case. Stray electromagnetic fields can induce eddy currents in the press frame.
  • the electrical insulation of the tension elements from at least one frame part advantageously prevents the flow of eddy currents between the frame parts of the press frame.
  • the tension elements each have a between the end areas running, band-like central area.
  • the end areas of a tension element are welded to the central area of the tension element.
  • the central area of a tension element has, for example, a cross section in the form of a rectangle with rounded corners. As a result, advantageously large electric field strengths at the edges of the central area can be avoided.
  • At least one section of the central region of a tension element can be encased with an electrically insulating insulation layer.
  • the dielectric resistance of the tension element can advantageously be increased in sections of the central area that are subject to particularly high electromagnetic loads.
  • the central region of a tension element can also have a number of sections which are angled towards one another.
  • the central area can advantageously be adapted to the configuration of a surface of a yoke on which the tension element runs if this surface is not flat.
  • a transformer according to the invention comprises a transformer core which has two yokes and core legs arranged between the yokes, windings which each run around at least one core leg, and at least one press frame according to the invention which is arranged on a yoke.
  • the frame parts of the press frame are arranged on opposite outer sides of the yoke.
  • tension elements of the press frame made of austenitic, stainless and non-magnetizable steel each run on a surface of the yoke facing the other yoke and are clamped between the frame parts of the press frame.
  • the design of a transformer according to the invention takes into account that in the areas of mutually facing surfaces of the yokes of a transformer during its operation, in particular strong stray electromagnetic fields can occur since these areas are close to the windings of the transformer. Tension elements that run in these areas are therefore exposed to particularly strong stray electromagnetic fields, so that these tension elements advantageously have the above-mentioned configuration according to the invention.
  • the Figures 1 to 3 show an embodiment of a transformer 1 according to the invention and components of the transformer 1.
  • the transformer 1 comprises a transformer core 3, which has two yokes 5 and five core legs 7, 9, windings 11, 13 and for each yoke 5 a press frame 15 according to the invention.
  • a coordinate system with Cartesian coordinates X, Y, Z is drawn in each case.
  • FIG 1 shows a schematic sectional representation of the transformer 1 with a sectional plane that runs through the upper yoke 5. Under the upper yoke 5 that becomes in figure 2 Yoke 5 shown above understood.
  • FIG 2 shows a schematic sectional view of the transformer core 3 and the windings 11, 13 with a sectional plane that runs through both yokes 5 and all core legs 7, 9.
  • Figure 3 shows a perspective view of a portion of the press frame 15 for the top yoke 5.
  • the yokes 5 and core legs 7, 9 are each formed as a laminated core made of electrical laminations.
  • the core limbs 7, 9 run at a distance from each other between the two yokes 5.
  • a high-voltage winding 11 and a low-voltage winding 13 run around each of the three inner core limbs 9. No windings 11, 13 run around the two outer core limbs 7.
  • the high-voltage windings 11 have high-voltage winding connections (not shown) which are arranged on a high-voltage side 17 of the transformer 1 .
  • the low-voltage windings 13 have (not shown) low-voltage winding terminals on one of the high-voltage side 17 opposite low-voltage side 19 of the transformer 1 are arranged.
  • the pressing frame 15 of each yoke 5 has a high-side frame part 21 and a low-side frame part 23 .
  • the high-voltage side frame part 21 is arranged on a high-voltage side outer side 25 of the yoke 5 which faces the high-voltage side 17 .
  • the frame part 23 on the low-voltage side is arranged on an outer side 27 of the yoke 5 on the low-voltage side, which faces the low-voltage side 19 .
  • a cross member 29 connects one end of the high-voltage side frame member 21 and one end of the low-voltage side frame member 23.
  • the press frame 15 of each yoke 5 has a plurality of tension elements 31 .
  • Each tension element 31 is stretched between the high-voltage-side frame part 21 and the low-voltage-side frame part 23 of the press frame 15 and runs on a surface 33 facing the other yoke 5 of that yoke 5 on which the press frame 15 is arranged.
  • a group 35 of several tension elements 31 is arranged on each yoke 5 between two adjacent core legs 7 , 9 , which extend parallel to one another between the frame parts 21 , 23 of the pressing frame 15 arranged on the yoke 5 .
  • figure 3 shows such a group 35 of tension elements 31.
  • the pressing frame 15 of a yoke 5 can have further clamping elements 36 which run between the frame parts 21, 23 on a surface 37 facing away from the other yoke 5 in each case. Furthermore, the press frames 15 of the two yokes 5 are connected to one another by connecting elements (not shown), which run between the high-voltage-side frame parts 21 or the low-voltage-side frame parts 23 of the two press frames 15 and brace the transformer core 3 and the windings 11.
  • Figures 4 to 6 show different representations of an embodiment of a tension element 31.
  • Figure 4 FIG 4
  • Figure 5 FIG 5
  • Figure 6 FIG 6
  • Figure 4 FIG 4
  • Figure 5 FIG 5
  • Figure 6 FIG 6
  • the pulling element 31 has end regions 39 designed in the manner of a cylinder and a central region 41 designed in the manner of a strip and running between the end regions 39 .
  • Each end area 39 has an external thread 43 for tensioning the tension element 31 between the frame parts 21 of a press frame 15 (see the figures 7 and 8th and their description).
  • the central area 41 has a cross section in the form of a rectangle with rounded corners (see FIG figure 6 ).
  • Each end area 39 also has a slot 44 into which one end of the middle area 41 is inserted and in the area of which the middle area 41 is welded to the end area 39 .
  • the central area 41 has several (three in this exemplary embodiment) sections 41.1, 41.2, 41.3 which are angled towards one another.
  • a central section 41.2 has an angle ⁇ to both adjacent sections 41.1, 41.3, which corresponds to a configuration of the surface 33 of a yoke 5, on which the tension element 31 runs (in this case, the surface 33 is not flat , but has a flat area, which is adjoined on both sides by an angled or curved edge area).
  • the tension element 31 is made of austenitic, stainless and non-magnetizable steel, for example steel X12CrMnNiN18-9-5 with the material number 1.4373, steel X5CrNi18-10 with the material number 1.4301, steel X2CrNi18-9 with the material number 1.4307, steel X6CrNiTi18 -10 with the material number 1.4541 and/or from Steel X2CrNiMo17-12-2 with the material number 1.4404 according to the European standard EN 10027-2.
  • the outer sections 41.1 and 41.3 of the central area 41 are also covered with a suitable electrically insulating insulation layer 45 to improve their dielectric strength.
  • the middle section 41.2 can also be covered with a (possibly different) insulating layer if this is necessary.
  • FIG 7 shows a sectional view of the press frame 15 of the upper yoke 5 in the area of an end of a tension element 31 arranged on the high-voltage side frame part 21 of the press frame 15.
  • the frame part 21 has a high-voltage side frame part opening 47 through which an end area 39 of the tension element 31 can be inserted in an electrically insulating Insulator sleeve 49 is performed.
  • the insulator sleeve 49 is made, for example, from pressboard or from a glass fiber reinforced plastic.
  • the external thread 43 of the end area 39 is screwed to a threaded nut 51 by which the end area 39 is secured against sliding out of the frame part opening 47 .
  • a shielding cap 53 with a convex outer surface facing away from the frame part 21 is arranged around the end of the tension element 31 and the threaded nut 51 .
  • the shielding cap 53 is arranged in an insulator shell 55 .
  • the insulator shell 55 is formed from pressboard, for example.
  • the insulator shell 55 is embedded in an extension of the frame part opening 47 formed in the frame part 21 and a support part 57 arranged on the frame part 21 .
  • a bottom 59 of the insulator shell 55 has an opening to the frame part opening 47, through which the end region 39 is guided.
  • a metal washer 61, a tolerance compensation washer 63 and an insulator washer 65 are arranged between the bottom 59 of the insulator shell 55 and the shielding cap 53. each having an opening through which the end portion 39 is guided. One end of the insulator sleeve 49 is also guided through the opening in the insulator disc 65 .
  • the insulator disc 65 rests against the bottom 59 of the insulator shell 55 and is made of glass fiber reinforced plastic, for example.
  • the tolerance compensation disc 63 rests against the insulator disc 65 and is made of pressboard, for example.
  • the washer 61 rests against the tolerance compensation disk 63 and an underside of the shielding cap 53 facing the frame part opening 47 .
  • FIG 8 shows a perspective view of the press frame 15 of the upper yoke 5 in the area of an end of a tension element 31 arranged on the low-voltage side frame part 23 of the press frame 15.
  • the frame part 23 has a low-voltage side frame part opening 67 through which an end region 39 of the tension element 31 is guided.
  • the frame part opening 67 widens towards a side of the frame part 23 facing away from the yoke 5.
  • a metal washer 61 is arranged between a bottom of the widening 69 and the threaded nut 51 and has an opening through which the end region 39 is guided.
  • the different fastenings of the tension elements 31 on the high-voltage-side frame part 21 and the low-voltage-side frame part 23 of a press frame 15 serve to prevent the flow of eddy currents between the frame parts 21, 23 by the electrical insulation of the tension elements 31 with respect to the high-voltage-side frame part 21.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pressrahmen (15) für ein Joch (5) eines Transformatorkerns (3) sowie einen Transformator (1) mit einem derartigen Pressrahmen (15). Der Pressrahmen (15) umfasst zwei Rahmenteile (21, 23), die an sich gegenüber liegenden Außenseiten (25, 27) des Jochs (5) anordenbar sind, und mehrere Zugelemente (31), die sich jeweils von einem Rahmenteil (21, 23) zu dem anderen Rahmenteil (21, 23) erstrecken und aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Pressrahmen für ein Joch eines Transformatorkerns und einen Transformator.
  • Ein Transformator, insbesondere ein Leistungstransformator für hohe elektrische Leistungen, weist üblicherweise einen Transformatorkern auf, der aus Blechpaketen voneinander elektrisch isolierter Elektrobleche besteht. Der Aufbau des Transformatorkerns aus Elektroblechen reduziert vorteilhaft elektrische Wirbelströme innerhalb des Transformatorkerns in dem Betrieb des Transformators und erhöht somit den Wirkungsgrad des Transformators. Der Transformatorkern weist in der Regel mehrere Kernschenkel auf, um die herum Wicklungen des Transformators verlaufen. Zur Bildung eines geschlossenen magnetischen Kreises in dem Transformatorkern sind die Kernschenkel endseitig über Joche miteinander verbunden. Die Joche sind meist jeweils in einen Pressrahmen gespannt, um die Blechpakete der Joche zusammenzuhalten. Ein Pressrahmen für ein Joch weist in der Regel zwei Rahmenteile auf, die an sich gegenüber liegenden Außenseiten des Jochs angeordnet sind und zwischen denen Zugelemente gespannt sind. Die Rahmenteile und die Zugelemente sind meist aus Metall gefertigt, in dem elektromagnetische Streufelder des Transformators elektrische Wirbelströme induzieren können. Diese Wirbelströme können zu Leistungsverlusten des Transformators und zu Heißpunkten in dem Pressrahmen, insbesondere in dessen Zugelementen, führen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Pressrahmen für ein Joch eines Transformatorkerns anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Pressrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Transformator mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein erfindungsgemäßer Pressrahmen für ein Joch eines Transformatorkerns umfasst zwei Rahmenteile, die an sich gegenüber liegenden Außenseiten des Jochs anordenbar sind, und mehrere Zugelemente, die sich jeweils von einem Rahmenteil zu dem anderen Rahmenteil erstrecken und aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigt sind.
  • Unter nicht magnetisierbarem Stahl wird Stahl verstanden, der eine verschwindende oder sehr geringe magnetische Suszeptibilität und damit eine Permeabilitätszahl nahe Eins aufweist. Zugelemente aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl weisen eine Kombination aus Korrosionsbeständigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit und magnetischen Eigenschaften auf, die eine stabile Verspannung eines Jochs eines Transformatorkerns bei geringen in den Zugelementen durch elektromagnetische Felder induzierten Wirbelströmen ermöglichen. Daher eignen sich derartige Zugelemente zum Verspannen eines Jochs eines Transformators vorteilhaft in Bereichen, die im Betrieb des Transformators starken elektromagnetischen Streufeldern des Transformators ausgesetzt sind. Gegenüber einer Verwendung von Zugelementen aus herkömmlichem Stahl reduziert die Verwendung erfindungsgemäß ausgebildeter Zugelemente in derartigen Bereichen streufeldbedingte Leistungsverluste des Transformators und das Auftreten von Heißpunkten in den Zugelementen.
  • Bei einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pressrahmens sind die Zugelemente aus Stahl X12CrMnNiN18-9-5 mit der Werkstoffnummer 1.4373, aus Stahl X5CrNi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4301, aus Stahl X2CrNi18-9 mit der Werkstoffnummer 1.4307, aus Stahl X6CrNiTi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4541 und/oder aus Stahl X2CrNiMo17-12-2 mit der Werkstoffnummer 1.4404 nach der europäischen Norm EN 10027-2 gefertigt. Diese Stähle eignen sich in besonderem Maße als Materialien für die oben genannten Zugelemente eines Pressrahmens, da sie eine verschwindende beziehungsweise sehr geringe Magnetisierbarkeit auch bei umfangreichem Tiefziehen beibehalten, das zur Verbesserung mechanischer Eigenschaften dieser Stähle, insbesondere zur Erhöhung ihrer Dehngrenzen und Zugfestigkeiten, eingesetzt wird.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pressrahmens weisen die Zugelemente zylinderartig ausgebildete Endbereiche auf. Ferner ist jeder Endbereich durch eine Rahmenteilöffnung in einem der Rahmenteile geführt und weist ein Außengewinde auf, das mit einer Gewindemutter verschraubt ist, durch die der Endbereich gegen ein Herausgleiten aus der Rahmenteilöffnung gesichert ist. Durch die Verschraubung der Endbereiche mit Gewindemuttern können die Zugelemente vorteilhaft zwischen den Rahmenteilen gespannt werden, um ein zwischen den Rahmenteilen angeordnetes Joch zu verspannen.
  • Bei einer Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pressrahmens ist um die aus den Rahmenteilöffnungen wenigstens eines Rahmenteils herausragenden Enden der Zugelemente jeweils eine Abschirmkappe angeordnet, und/oder die durch die Rahmenteilöffnungen wenigstens eines Rahmenteils geführten Enden der Zugelemente sind elektrisch isoliert durch die Rahmenteilöffnungen geführt. Diese Weitergestaltung der Erfindung ist insbesondere vorteilhaft, wenn einer der Rahmenteile besonders starken elektromagnetischen Streufeldern ausgesetzt ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die Oberspannungswicklungsanschlüsse von Oberspannungswicklungen des Transformators an einer Seite des Transformators, der so genannten Oberspannungsseite, angeordnet sind, wie es häufig der Fall ist. Elektromagnetische Streufelder können Wirbelströme in dem Pressrahmen induzieren. Die elektrische Isolierung der Zugelemente gegenüber wenigstens einem Rahmenteil verhindert vorteilhaft den Fluss von Wirbelströmen zwischen den Rahmenteilen des Pressrahmens.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Pressrahmens weisen die Zugelemente jeweils einen zwischen den Endbereichen verlaufenden, bandartig ausgebildeten Mittelbereich auf. Beispielsweise sind die Endbereiche eines Zugelements mit dem Mittelbereich des Zugelements verschweißt.
  • Der Mittelbereich eines Zugelements weist beispielsweise einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken auf. Dadurch können vorteilhaft große elektrische Feldstärken an Kanten des Mittelbereichs vermieden werden.
  • Des Weiteren kann wenigstens ein Abschnitt des Mittelbereichs eines Zugelements mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht ummantelt sein. Dadurch kann die dielektrische Widerstandsfähigkeit des Zugelements in elektromagnetisch besonders belasteten Abschnitten des Mittelbereichs vorteilhaft erhöht werden.
  • Der Mittelbereich eines Zugelements kann außerdem mehrere zueinander abgewinkelte Abschnitte aufweisen. Dadurch kann der Mittelbereich vorteilhaft der Ausbildung einer Oberfläche eines Jochs angepasst werden, an der das Zugelement verläuft, wenn diese Oberfläche nicht eben gestaltet ist.
  • Ein erfindungsgemäßer Transformator umfasst einen Transformatorkern, der zwei Joche und zwischen den Jochen angeordnete Kernschenkel aufweist, Wicklungen, die jeweils um wenigstens einen Kernschenkel herum verlaufen, und wenigstens einen erfindungsgemäßen Pressrahmen, der an einem Joch angeordnet ist. Dabei sind die Rahmenteile des Pressrahmens an sich gegenüber liegenden Außenseiten des Jochs angeordnet. Ferner verlaufen aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigte Zugelemente des Pressrahmens jeweils an einer dem anderen Joch zugewandten Oberfläche des Jochs und sind zwischen den Rahmenteilen des Pressrahmens gespannt.
  • Die Ausführung eines erfindungsgemäßen Transformators berücksichtigt, dass in den Bereichen einander zugewandter Oberflächen der Joche eines Transformators in dessen Betrieb besonders starke elektromagnetische Streufelder auftreten können, da sich diese Bereiche in der Nähe der Wicklungen des Transformators befinden. Daher sind Zugelemente, die in diesen Bereichen verlaufen, besonders starken elektromagnetischen Streufeldern ausgesetzt, so dass diese Zugelemente vorteilhaft die oben genannte erfindungsgemäße Ausbildung aufweisen.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine Schnittdarstellung eines Transformators,
    FIG 2
    eine Schnittdarstellung des Transformatorkerns und der Wicklungen eines Transformators,
    FIG 3
    eine perspektivische Darstellung eines Pressrahmens,
    FIG 4
    eine perspektivische Darstellung eines Zugelements,
    FIG 5
    eine Seitenansicht eines Zugelements,
    FIG 6
    eine Querschnittdarstellung eines Zugelements,
    FIG 7
    eine Schnittdarstellung eines Pressrahmens im Bereich eines oberspannungsseitigen Endes eines Zugelements,
    FIG 8
    eine Schnittdarstellung eines Pressrahmens im Bereich eines unterspannungsseitigen Endes eines Zugelements.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transformators 1 und Komponenten des Transformators 1. Der Transformator 1 umfasst einen Transformatorkern 3, der zwei Joche 5 und fünf Kernschenkel 7, 9 aufweist, Wicklungen 11, 13 und für jedes Joch 5 einen erfindungsgemäßen Pressrahmen 15. Zum besseren Verständnis ist in den Figuren 1 bis 3 sowie in den Figuren 7 und 8 jeweils ein Koordinatensystem mit kartesischen Koordinaten X, Y, Z eingezeichnet.
  • Figur 1 (FIG 1) zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Transformators 1 mit einer Schnittebene, die durch das obere Joch 5 verläuft. Unter dem oberen Joch 5 wird das in Figur 2 oben dargestellte Joch 5 verstanden.
  • Figur 2 (FIG 2) zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Transformatorkerns 3 und der Wicklungen 11, 13 mit einer Schnittebene, die durch beide Joche 5 und alle Kernschenkel 7, 9 verläuft.
  • Figur 3 (Fig 3) zeigt eine perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Pressrahmens 15 für das obere Joch 5.
  • Die Joche 5 und Kernschenkel 7, 9 sind jeweils als ein Bleckpaket aus Elektroblechen ausgebildet. Die Kernschenkel 7, 9 verlaufen voneinander beabstandet jeweils zwischen den beiden Jochen 5. Um jeden der drei inneren Kernschenkel 9 herum verlaufen eine Oberspannungswicklung 11 und eine Unterspannungswicklung 13. Um die beiden äußeren Kernschenkel 7 verlaufen keine Wicklungen 11, 13.
  • Die Oberspannungswicklungen 11 weisen (nicht dargestellte) Oberspannungswicklungsanschlüsse auf, die auf einer Oberspannungsseite 17 des Transformators 1 angeordnet sind. Die Unterspannungswicklungen 13 weisen (nicht dargestellte) Unterspannungswicklungsanschlüsse auf, die auf einer der Oberspannungsseite 17 gegenüber liegenden Unterspannungsseite 19 des Transformators 1 angeordnet sind.
  • Der Pressrahmen 15 jedes Jochs 5 weist einen oberspannungsseitigen Rahmenteil 21 und einen unterspannungsseitigen Rahmenteil 23 auf. Der oberspannungsseitige Rahmenteil 21 ist an einer oberspannungsseitigen Außenseite 25 des Jochs 5 angeordnet, die der Oberspannungsseite 17 zugewandet ist. Der unterspannungsseitige Rahmenteil 23 ist an einer unterspannungsseitigen Außenseite 27 des Jochs 5 angeordnet, die der Unterspannungsseite 19 zugewandet ist. Ein Querteil 29 verbindet ein Ende des oberspannungsseitigen Rahmenteils 21 und ein Ende des unterspannungsseitigen Rahmenteils 23.
  • Ferner weist der Pressrahmen 15 jedes Jochs 5 mehrere Zugelemente 31 auf. Jedes Zugelement 31 ist zwischen dem oberspannungsseitigen Rahmenteil 21 und dem unterspannungsseitigen Rahmenteil 23 des Pressrahmens 15 gespannt und verläuft an einer dem anderen Joch 5 zugewandeten Oberfläche 33 desjenigen Jochs 5, an dem der Pressrahmen 15 angeordnet ist. Dabei ist an jedem Joch 5 zwischen je zwei benachbarten Kernschenkeln 7, 9 eine Gruppe 35 mehrerer Zugelemente 31 angeordnet, die parallel zueinander zwischen den Rahmenteilen 21, 23 des an dem Joch 5 angeordneten Pressrahmens 15 verlaufen. Figur 3 zeigt eine derartige Gruppe 35 von Zugelementen 31.
  • Neben den Zugelementen 31 kann der Pressrahmen 15 eines Jochs 5 weitere Spannelemente 36 aufweisen, die zwischen den Rahmenteilen 21, 23 an einer von dem jeweils anderen Joch 5 abgewandten Oberfläche 37 verlaufen. Ferner sind die Pressrahmen 15 der beiden Joche 5 miteinander durch (nicht dargestellte) Verbindungselemente miteinander verbunden, die jeweils zwischen den oberspannungsseitigen Rahmenteilen 21 oder den unterspannungsseitigen Rahmenteilen 23 der beiden Pressrahmen 15 verlaufen und den Transformatorkern 3 und die Wicklungen 11 verspannen.
  • Die Figuren 4 bis 6 zeigen verschiedene Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Zugelements 31. Dabei zeigt Figur 4 (FIG 4) eine perspektivische Darstellung des Zugelements 31, Figur 5 (FIG 5) zeigt eine Seitenansicht des Zugelements 31 und Figur 6 (FIG 6) zeigt eine Querschnittdarstellung eines Abschnitts 41.2 des Zugelements 31.
  • Das Zugelement 31 weist zylinderartig ausgebildete Endbereiche 39 und einen zwischen den Endbereichen 39 verlaufenden bandartig ausgebildeten Mittelbereich 41 auf. Jeder Endbereich 39 weist ein Außengewinde 43 zum Spannen des Zugelements 31 zwischen den Rahmenteilen 21 eines Pressrahmens 15 auf (siehe dazu die Figuren 7 und 8 und deren Beschreibung). Der Mittelbereich 41 weist einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken auf (siehe Figur 6).
  • Jeder Endbereich 39 weist ferner einen Schlitz 44 auf, in den ein Ende des Mittelbereichs 41 eingeführt ist und in dessen Bereich der Mittelbereich 41 mit dem Endbereich 39 verschweißt ist.
  • Ferner weist der Mittelbereich 41 mehrere (in diesem Ausführungsbeispiel drei) Abschnitte 41.1, 41.2, 41.3 auf, die zueinander abgewinkelt sind. In diesem Beispiel weist ein mittlerer Abschnitt 41.2 zu beiden angrenzenden Abschnitten 41.1, 41.3 jeweils einen Winkel α auf, der zu einer Ausbildung der Oberfläche 33 eines Jochs 5 korrespondiert, an der das Zugelement 31 verläuft (die Oberfläche 33 ist in diesem Fall nicht eben ausgebildet, sondern weist einen ebenen Bereich auf, an den sich beidseitig jeweils ein abgewinkelter oder auch gekrümmter Randbereich anschließt).
  • Das Zugelement 31 ist aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigt, beispielsweise aus Stahl X12CrMnNiN18-9-5 mit der Werkstoffnummer 1.4373, aus Stahl X5CrNi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4301, aus Stahl X2CrNi18-9 mit der Werkstoffnummer 1.4307, aus Stahl X6CrNiTi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4541 und/oder aus Stahl X2CrNiMo17-12-2 mit der Werkstoffnummer 1.4404 nach der europäischen Norm EN 10027-2. Die äußeren Abschnitte 41.1 und 41.3 des Mittelbereichs 41 sind ferner zur Verbesserung ihrer dielektrischen Widerstandsfähigkeit mit einer geeigneten elektrisch isolierenden Isolationsschicht 45 ummantelt. Der mittlere Abschnitt 41.2 kann natürlich auch mit einer (gegebenenfalls anderen) Isolationsschicht ummantelt sein, wenn dies erforderlich ist.
  • Figur 7 (FIG 7) zeigt eine Schnittdarstellung des Pressrahmens 15 des oberen Jochs 5 im Bereich eines an dem oberspannungsseitigen Rahmenteil 21 des Pressrahmens 15 angeordneten Endes eines Zugelements 31. Der Rahmenteil 21 weist eine oberspannungsseitige Rahmenteilöffnung 47 auf, durch die ein Endbereich 39 des Zugelements 31 in einer elektrisch isolierenden Isolatorhülle 49 geführt ist. Die Isolatorhülle 49 ist beispielsweise aus Pressspan oder aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt.
  • Das Außengewinde 43 des Endbereichs 39 ist mit einer Gewindemutter 51 verschraubt, durch die der Endbereich 39 gegen ein Herausgleiten aus der Rahmenteilöffnung 47 gesichert ist. Um das Ende des Zugelements 31 und die Gewindemutter 51 ist eine Abschirmkappe 53 mit einer konvexen, von dem Rahmenteil 21 abgewandten Außenoberfläche angeordnet.
  • Die Abschirmkappe 53 ist in einer Isolatorschale 55 angeordnet. Die Isolatorschale 55 ist beispielsweise aus Pressspan geformt. Die Isolatorschale 55 ist in eine Erweiterung der Rahmenteilöffnung 47 eingebettet, die in dem Rahmenteil 21 und einem an dem Rahmenteil 21 angeordneten Stützteil 57 gebildet ist. Ein Boden 59 der Isolatorschale 55 weist eine Öffnung zu der Rahmenteilöffnung 47 auf, durch die der Endbereich 39 geführt ist.
  • Zwischen dem Boden 59 der Isolatorschale 55 und der Abschirmkappe 53 sind eine metallische Unterlegscheibe 61, eine Toleranzausgleichsscheibe 63 und eine Isolatorscheibe 65 angeordnet, die jeweils eine Öffnung aufweisen, durch die der Endbereich 39 geführt ist. Durch die Öffnung in der Isolatorscheibe 65 ist ferner ein Ende der Isolatorhülle 49 geführt. Die Isolatorscheibe 65 liegt an dem Boden 59 der Isolatorschale 55 an und ist beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt. Die Toleranzausgleichsscheibe 63 liegt an der Isolatorscheibe 65 an und ist beispielsweise aus Pressspan gefertigt. Die Unterlegscheibe 61 liegt an der Toleranzausgleichsscheibe 63 und einer der Rahmenteilöffnung 47 zugewandten Unterseite der Abschirmkappe 53 an.
  • Figur 8 (FIG 8) zeigt eine perspektivische Darstellung des Pressrahmens 15 des oberen Jochs 5 im Bereich eines an dem unterspannungsseitigen Rahmenteil 23 des Pressrahmens 15 angeordneten Endes eines Zugelements 31. Der Rahmenteil 23 weist eine unterspannungsseitige Rahmenteilöffnung 67 auf, durch die ein Endbereich 39 des Zugelements 31 geführt ist. Die Rahmenteilöffnung 67 weitet sich zu einer von dem Joch 5 abgewandten Seite des Rahmenteils 23. In der zylindrischen Weitung 69 der Rahmenteilöffnung 67 ist das Außengewinde 43 des Endbereichs 39 mit einer Gewindemutter 51 verschraubt, durch die der Endbereich 39 gegen ein Herausgleiten aus der Rahmenteilöffnung 67 gesichert ist. Zwischen einem Boden der Weitung 69 und der Gewindemutter 51 ist eine metallische Unterlegscheibe 61 angeordnet, die eine Öffnung aufweist, durch die der Endbereich 39 geführt ist.
  • Die unterschiedlichen Befestigungen der Zugelemente 31 an dem oberspannungsseitigen Rahmenteil 21 und dem unterspannungsseitigen Rahmenteil 23 eines Pressrahmens 15 dienen der Verhinderung des Flusses von Wirbelströmen zwischen den Rahmenteilen 21, 23 durch die elektrische Isolierung der Zugelemente 31 gegenüber dem oberspannungsseitigen Rahmenteil 21.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (11)

  1. Pressrahmen (15) für ein Joch (5) eines Transformatorkerns (3), der Pressrahmen (15) umfassend
    - zwei Rahmenteile (21, 23), die an sich gegenüber liegenden Außenseiten (25, 27) des Jochs (5) anordenbar sind, und
    - mehrere Zugelemente (31), die sich jeweils von einem Rahmenteil (21, 23) zu dem anderen Rahmenteil (21, 23) erstrecken und aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigt sind.
  2. Pressrahmen (15) nach Anspruch 1,
    wobei die Zugelemente (31) aus Stahl X12CrMnNiN18-9-5 mit der Werkstoffnummer 1.4373, aus Stahl X5CrNi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4301, aus Stahl X2CrNi18-9 mit der Werkstoffnummer 1.4307, aus Stahl X6CrNiTi18-10 mit der Werkstoffnummer 1.4541 und/oder aus Stahl X2CrNiMo17-12-2 mit der Werkstoffnummer 1.4404 nach der europäischen Norm EN 10027-2 gefertigt sind.
  3. Pressrahmen (15) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Zugelemente (31) zylinderartig ausgebildete Endbereiche (39) aufweisen und jeder Endbereich (39) durch eine Rahmenteilöffnung (47, 67) in einem der Rahmenteile (21, 23) geführt ist und ein Außengewinde (43) aufweist, das mit einer Gewindemutter (51) verschraubt ist, durch die der Endbereich (39) gegen ein Herausgleiten aus der Rahmenteilöffnung (47, 67) gesichert ist.
  4. Pressrahmen (15) nach Anspruch 3,
    wobei um die aus den Rahmenteilöffnungen (47, 67) wenigstens eines Rahmenteils (21, 23) herausragenden Enden der Zugelemente (31) jeweils eine Abschirmkappe (53) angeordnet ist.
  5. Pressrahmen (15) nach Anspruch 3 oder 4,
    wobei die durch die Rahmenteilöffnungen (47, 67) wenigstens eines Rahmenteils (21, 23) geführten Enden der Zugelemente (31) elektrisch isoliert durch die Rahmenteilöffnungen (47, 67) geführt sind.
  6. Pressrahmen (15) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Zugelemente (31) jeweils einen zwischen den Endbereichen (39) verlaufenden bandartig ausgebildeten Mittelbereich (41) aufweisen.
  7. Pressrahmen (15) nach Anspruch 6,
    wobei die Endbereiche (39) eines Zugelements (31) mit dem Mittelbereich (41) des Zugelements (31) verschweißt sind.
  8. Pressrahmen (15) nach Anspruch 6 oder 7,
    wobei der Mittelbereich (41) eines Zugelements (31) einen Querschnitt in Form eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken aufweist.
  9. Pressrahmen (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei wenigstens ein Abschnitt (41.1, 41.2, 41.3) des Mittelbereichs (41) eines Zugelements (31) mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht (45) ummantelt ist.
  10. Pressrahmen (15) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Mittelbereich (41) eines Zugelements (31) mehrere zueinander abgewinkelte Abschnitte (41.1, 41.2, 41.3) aufweist.
  11. Transformator (1), umfassend
    - einen Transformatorkern (3), der zwei Joche (5) und zwischen den Jochen (5) angeordnete Kernschenkel (7, 9) aufweist,
    - Wicklungen (11, 13), die jeweils um wenigstens einen Kernschenkel (7, 9) herum verlaufen, und
    - wenigstens einen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Pressrahmen (15), der an einem Joch (5) angeordnet ist, wobei
    - die Rahmenteile (21, 23) des Pressrahmens (15) an sich gegenüber liegenden Außenseiten (25, 27) des Jochs (5) angeordnet sind und
    - aus austenitischem, nichtrostendem und nicht magnetisierbarem Stahl gefertigte Zugelemente (31) des Pressrahmens (15) jeweils an einer dem anderen Joch (5) zugewandten Oberfläche (33) des Jochs (5) verlaufen und zwischen den Rahmenteilen (21, 23) des Pressrahmens (15) gespannt sind.
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