DE2154398A1 - Spannungstransformator - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÜLLER- D.GROSSE 2154398

28. Oktober 1971 g.ni 71 511

Tokyo Shibaura Company Limited,

72 Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)

Spannungs t rans format or

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Spannungstransformator oder Spannungswandler mit einem seine Bauteile umschließenden Gefäß und mit einem gestreckten, von der Primär- und Sekundärwicklung umgebenen Magnetkern.

Bei einem derartigen Spannungswandler ist es üblich, die Sekundär- bzw. Niederspannungswicklung unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht direkt um den Magnetkern zu legen. Unter Zwischenschaltung einer weiteren Isolierschicht folgt dann die Primär- bzw. Hochspannungswicklung. Es folgt sodann das zum Schließen des magnetischen Stromkreises vorgesehene Joch des Magnetkernes, und die gesamte Anordnung ist vom Gefäß umgeben, das üblicherweise mit einem Isolieröl gefüllt ist.

Derart aufgebaute Transformatoren weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Sie nehmen einenfunverhältnismäßig großen Raum in Anspruch. So ist bspw. die Hochspannungswicklung ausreichend gegen das Magnetj och sowie die Wandungen des Gefäßes zu isolieren. Auch bei Verwendung einer ölfüllung sinü hierbei verhältnismäßig große Abstände erforderlich, welche die Abmessungen des Gefäßes vergrößern. Selbst die ölfüllung des Gefäßes wirkt sich als nachteilig aus. Infolge der erheblichen Abmessungen des Gefäßes sind auch entsprechende ülvolumina erforderlich, die das Gewicht der Anordnung beträchtlich erhöhen. Weiterhin erweisen sich größere ülvolumina im Falle eines in solche Transformatoren aufweisenden Schaltanlagen ausbrechenden Feuers als zusätzlich gefährdend.

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9.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Spannungstransformator zu schaffen, der bei geringem Aufwände einen kompakten Aufbau aufweist, so daß gegenüber bekannten Ausführungen sowohl Raumbedarf und Gewicht als auch der zur Erstellung, zum Transport sowie zur Aufstellung erforderliche Aufwand gesenkt werden. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung, indem bei einem Spannungstransformator der genannten Gattung die für Hochspannung ausgelegte Primärwicklung im Inneren der Sekundärwxcklung angeordnet ist und den auf dem Potential der ihn umschlingenden Primärwicklung gehaltenen Magnetkern direkt umschließt, und indem der Magnetkern mit einem ihn zentrisch aufnehmenden, aus Isolierstoff bestehenden, an seinem Umfange einen Flansch aufweisenden Konus ver-™ bunden ist, dessen Planken mindestens die Primärwicklung axial abstützen, und dessen Plansch mit dem Gehäuse verbunden und durch dieses abgestützt ist.

Mit Vorteil wird als Füllung des Gefäßes ein Isoliergas verwendet; bewährt hat sich zur Füllung Schwefelhexafluorid.

Als zweckmäßig wurde gefunden, das Gefäß mit die Wicklungen umgreifenden, magnetisch leitfähigen Blechen auszustatten, welche den magnetischen Rückschluß sichern. Als nachahmenswert wurde erkannt, die Bleche als längliche Rechtecke auszuführen und im Inneren des Gefäßes achsparallel und in Umfangsrichtung voneinander getrennt anzuordnen. Ein besonders einfacher Aufbau des Gefäßes sowie eine Vereinfachung der Montage wird erreicht, wenn das Gefäß aus zwei.an ihren einander zugekehrten Enden Flansche aufweisenden Teilen besteht, deren Plansche den des Konus zwischen sich einschließen.

Mit Vorteil wird der Magnetkern durch eine am freien Ende abgerundet ausgebildete Endabschirmung getragen, die mit einem in die Öffnung eines Isolators angeordneten Abschirruring zusammenwirkt. Als empfehlenswert wurde gefunden, den Abschirmring im Konus zu halten oder vorzugsweise partiell in ihn einzubetten. Einu ei:.fache Ausbildung und Befestigung des Magnetkernes ergibt- ^ ich, wenn dieser hohl ausgeführt ist und von einer mit der Endabschirmung verbundenen Halte-

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stange durchgriffen xfi

Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbexspxeles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen hierbei:

Figur 1 eine halbgeschnitten dargestellte Seitenansicht des Spannungstransfomiators,

Figur 2 eine bereichsweise geschnitten dargestellte perspektivische Teilansicht des Spannungstransformators nach Fig. 1,

Figur 3 teilweise geschnitten eine perspektivische Ansicht des Konus des Spannungstransformators nach Figuren 1 und 2 sowie

FijjUr ¹I eine Aufsicht auf eine in Fig. 1 dargestellte hochspannungsabschirmung.

Entsprechend den Figuren 1 und 2 ist der dargestellte Kochspannuncstransfon.iator von eines Gefäß Io uwgeben, das aus eine;:i oberen Teil 1 sowie einer, unteren, mit seinem Boden einstückig erstellten Teil 3 besteht. Die einander zugekehrten, offenen Seiten der Teile 1 und 3 sind jeweils mit Flanschen oz\i. 5 ausgestattet, die zwischen sich den Flansch 7 eines aus Isolierstoff erstellten Konus 9 einsehließen und den Konus tragen. Der Konus 9 ist vorzugsweise aus Polyäthylenharz oder aus Polyäthylen-Kunststoff hergestellt und hat die Aufgabe, i.iit seinen Flanken V.icklungen abzustützen und den Magnetkern im Inneren des Gefäßes zu halten.

In teilweise geschnittener perspektivischer Ansicht ist der Konus 9 für sich allein in Fig. 3 dargestellt. An seiner oben aargestellten basis ist der -ionus 9 offen dargestellt, und der äußere Rand wird durch den Flansch 7 gebildet. Am unteren, schmal zulaufenden Ende ist ein Hochspannungs-Abschirmring 15 in den Konus eingesetzt oder eingebettet.

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Wach Fig. 1 wird der Abschirmring 15 von einer Endabschirmung 17 Untergriffen, deren freies Ende abgerundet ausgeführt ist j und die sich am Abschirmring 15 mittels einer Mutter 19 hält.

Der Magnetkern 23 ist stangenförmig ausgebildet und mit einer Mittelbohrung ausgestattet, die von einer Haltestange 21 durchgriffen wird, deren unteres Ende mit der Endabschirmung 17 verschraubt ist. Ein auf die Haltestange aufgeschobener Isolierring 25 sorgt dafür, daß der Magnetkern 23 die Endabschirmung 17 nicht berührt. Der Magnetkern 23 ist von einer Isolierbuchse 27 umgeben, auf welche eine Abschirmwiklung 29 aufgebracht ist.

Die Primärwicklung 31 des Spannungstransformators ist in einer Anzahl von Lagen bzw. Gruppen von Lagen aufweisenden Wicklungen hergestellt, die über der Abschirmwicklung vorgesehen sind und damit den Magnetkern 23 direkt, d. h. unter Ausschluß der Sekundärwicklung, umschließen. Die Teilwicklungen der Primärwicklung werden von ringförmigen Stützelementen gehalten, die ihrerseits auf der Flanke des Konus 9 aufliegen und die Teilwicklungen axial abstützen. Die Primärwicklung 31 ist durch eine Isolierbuchse 57 gegen die über ihr angeordnete Sekundärviicklung 35 isoliert.

Der obere Teil 1 des Gefäßes Io ist auch nach oben durch Ψ einen Flansch 39 abgeschlossen, mit dem der Flansch eines zweiten, ebenfalls aus Isolierstoff bestehenden Konus 41 verbunden ist. Der Konus 41 gleicht dem Konus 9 weitgehend oder ist ihm völlig gleichartig ausgeführt. Auch der Konus 41 ist mit einem dem Abschirmring 15 entsprechenden Abschirmring 45 ausgestattet. In den Abschirmung 45 ist ein stiftartig ausgebildeter Kontakt 47 eingeschraubt, dessen oberer Teil über den Konus 41 hinausragt, und der mit dem Hochspannungsanschluß verbunden wird.

Auf das mit Gewinde versehene obere Ende der Haltestange 21 ist ein buchsenförmiger elektrischer Leiter 49 aufgeschraubt.

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Kontaktelemente 51» die zwischen dem elektrischen Leiter 49 und dem Anschlußkontakt 47 angeordnet sind, vervollständigen den elektrischen Stromkreis vom Anschlußkontakt 47 zur Haltestange 21, der damit auch zum Hagnetkern 23 führt. Weil der Magnetkern 23 rait der Primärwicklung 31 am gleichen Potential liegt, bieten sich auch bei der Isolierung des Magnetkernes 23 von der Primärwicklung 31 keine Schwierigkeiten. Jede Potential-Unsymmetrie zwischen den konkaven und den konvexen Teilen des Magnetkernes 23 wird von der Abschirmwicklung 29 ausgeglichen oder geglättet.

Um die iiochspannungsteile, beispielweise um den elektrischen Leiter 49 > ist eine buchsenförmige Hochspannungsabschirmung 53 gelegt, zu der, (wie aus Fig. 4 zu erkennen ist), die vier Klemm-Elemente 55 gehören. Die vorerwähnte Hochspannungsabschirmung 53 ist, wie dies Pig. I zeigt, vermittels eines Kleiiim-Elementes 57 mit der Haltestange 21 verbunden. Das vorerwähnte Klernm-Element 57 ist dabei auf die Haltestange 21 aufgeschraubt und hat einen Flansch, an dem die Kler.im-Elemente 55 befestigt werden.

Die Außenwandung des Gefäßes Io ist mit Rippen 59 zur Kühlung des Spannungstransformators ausgestattet, über eine Einlaßöffnung Sl wird ein Isoliergas, bspw. Schwefj^ehexafluorid (οϊ>γ), in das Gefäß Io eingeführt, das aus einer Aus trittsöffnung 6'j> wieder austreten kann. Das Gefäß ist weiterhin mit eineia Klemmenkasten bj zur Erdung der primärseitigeri Hochspannung sowie einem Klemmenkasten 67 für den Ander Sekundärwicklung 35 ausgestattet.

Line Keine weichmagnetischer bzw. magnetisch leitfähiger uleche C-J, die jeweils eine längliche, etwa rechteckige i'Oriu haben, sind im inneren des Gefäßes Io derart befestigt, aaio sie in dessen Umfangarichtung voneinander getrennt bzw. isoliert sind. Die leitfähigen ßleche 6y bewirken nicht nur nach außen hin eine Abschirmung, üie schließen bzw. vervollständigen auch den Magnetkreis, bilden den Rückweg für den Magnetfluß des Magnetkernes 23 und verhindern, daß bspw. in

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der Wandung des Gefäßes Io tJirbelströme erzeugt werden. In Ihrer Arbeitsstellung sind die Bleche 69 bzw. entsprechende Platten vermittels von Schrauben 73 und Muttern 71 gehalten.

Der dargestellte Spannungstransformator ist für vertikale Aufstellung konstruiert und ausgelegt. Der Magnetkern 23 sowie die Primär- und Sekundärwicklung 31 bzw. 35 werden hierbei durch den Konus 9 getragen. Für universelle Aufstellmöglichkeit wird spiegelbildlich zur normalen äyiametrieebene der Wicklungen ein weiterer, aus Isolierstoff bestehender Konus angeordnet, der so ausgelegt und konstruiert ist, daß er die Wicklungen sowie gegebenenfalls weife tere Baugruppen axial in Gegenrichtung abstützt bzw. zwischen sich und dem Konus 9 verspannt. Die Wicklungen sind damit unverrückbar und fest gehalten.

Der dargestellte Spannungstransformator ermöglicht eine einfache und eine leicht durchzuführende Montage: Die wesentlichen Teile des Spannungstransformators können zunächst auf dem Konus 9 aufgebaut werden, der anschließend auf den unteren Teil 3 des Gefäßes gestellt und vom oberen Teil 1 desselben überfangen wird. Da die Primärwicklung bzw. deren innerste Teilwicklung in nächster liähe des Kernes 23 vorgesehen ist und sowohl die innerste Wicklung als auch der Kern auf einem gemeinsamen Potential, dem der Hochspannung, gehalten werden, wird die zwischen ihnen vorgesehene Isolation, bspw. die Isolierbuchse 27, nur mit verhältnismäßig geringen Spannungen beansprucht und kann leicht ausgeführt und einfach ausgebildet werden. Die hochspannung wird dann über die einzelnen Teilwicklungen hin langsam abgebaut, so daß auch die äußeren Lagen der Primärwicklung 31 gegen die Sekundärwicklung 35 keine hohe Spannung führen und auch die dort vorgesehene Isolation nicht hoch beansprucht wird und daher einfach ausführbar ist» sowie wenig Raum einnimmt. Da die Sekundärwicklung 35, die liiederspannungswicklung, am äußeren Umfange der Gesaiiitwicklung angeordnet ist, bestehen auch keine großen Potentialunterschiede zum Gefäß Io, so daß auch hier der Abstand gering gewählt werden kann,

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hohe Feldstärken vermieden werden und eine einfach ausgeführte Isolation bzw. ein kurzer Abstand zur Gefäßwandung den zu stellenden Anforderungen genügen.

Bei üblichen Ausführungen besteht die Gefahr, daß Unebenheiten, Vorsprünge oder uergl. des Magnetkernes 23 Feldstärkemaxima bewirken und damit Corona- und Bogenentladungen auslösen. Die auf der Isolierbauchse 27 vorgesehene Abschirmwicklung 29 vermeidet diese Gefahr, indem sie ein gleichförmiges Potential bewirkt.

Durch die Anordnung von eine magnetische Abschirmung bewirkenden Platten bzw. Blechen oder Blechpaketen wird der magnetische otreufluß bzw. Rückfluß von den Gefäßwandungen ferngehalten, so daß auch aus diesem Grunde ein geringer Abstand gewählt werden kann und Verluste bzw. eine Erwärmung der Wandungen durch Uirbelströme nicht zu befürchten sind. Auch in den Platten, Blechen bzw. Blechpaketen werden V.'irbelströine vermieden, da diese in Umfangsrichtung des Gefäßes unterteilt sind und daiait keine Kurzschlußwindung zu bilden ver-

Die günstige Anordnung der Viicklungen, der Aufbau der Bauteile des Spannungsti"ansfornators auf dem Konus 9_S die Füllun«_; des Gefäßes Hit Isoliergas sowie das Einbringen einer Abschirmung bzw. )_:agnetisch leitfähiger Platten erleichtern damit den Aufbau des Spannungstransformators und ermöglichen es, eine kompakte, wenig Raum beanspruchende und ein nur geringes Gewicht aufweisende Ausführung zu wählen.

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Claims (9)

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   Tokyo Shibaura Company Limited,

   Horikawa-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken (Japan)

   Patentansprüche

   !^Spannungswandler mit einem seine Bauelemente umsehlie-

   nden Gefäß und mit einem gestreckten., von der Primär- und Sekundärwicklung umgebenen Magnetkern, dadurch gekennzeichnet,

   ^ daß die für Hochspannung ausgelegte Primärwicklung (31) ' im Inneren der Sekundärwicklung (35) angeordnet ist und den auf dem Potential der ihn umschlingenden Primärwicklung gehaltenen Magnetkern (23) direkt umschließt, daß der Magnetkern mit einein ihn zentrisch aufnehmenden, aus Isolierstoff bestehenden, an seinem Urnfange einen Plansch (7) aufweisenden Konus (9) verbunden ist, der mindestens die Primärwicklung axial abstützt, und dessen Flansch mit dem Gefäß (lo) verbunden und durch dieses abgestützt ist.
2. 2.Spannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (lo) mit einem Isoliergas gefüllt ist.
3. 3.Spannungstransformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit Schwefelhexafluorid (SPg) gefüllt ist.
4. k.Spannungsfcransformator nach Ansprüchen 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (lo) die Wicklungen (31, 35) umgreifende, magnetisch leitfähige Platten bzw. Bleche (69) aufweist.
5. 5.Spannungstransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten bzw. Bleche (69) als längliehe Rechtecke ausgeführt und iru Inneren des Gefäßes (lo) achsparallel

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   und in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordnet sind.
6. 6. Spannungstransformator nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Gefäß (lo) aus zwei an ihren einander zugekehrten

   Enden Plansche (11, 5) aufweisenden Teilen (I₅ 3) besteht,

   deren Plansche den (7) des Konus (9) zwischen sich ein-, schließen.
7. 7. Spannungstransformator nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (1) des Gefäßes (lo) an seinem freien Ende mit seinem Plansch (39) zur Aufnahme eines Konus (41) ausgestattet ist.
8. 8. Spannungstransformator nach Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (23) durch eine am freien Ende abgerundet ausgebildete Endabschirmung (17) getragen ist, die einen in dsr öffnung eines Isolators (Konus (9) angeordneten Abschirmring (17) umfaßt.
9. 9. Spannungstransformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmring (17) im Konus (9) gehalten afer vorzugsweise partiell in ihn eingebettet ist.

   Io. Spannungstransformator nach Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (23) eine öffnung aufweist, die von einer mit der Endabschirmung (17) verbundenen Haltestange (21) durchgriffen ist.

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