DE3248080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Baugruppe aus räumlich eng zusammengefügten elektro­ mechanischen Komponenten, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein ölgefüllter Hochspannungstransformator dieser Art ist aus der US-Patentschrift 36 70 276 bekannt. Er hat als Kompensator einen metallischen Balgen, der nur ein sehr geringes Ausdehnungsvolumen aufnehmen kann. Deshalb sind die Hohlräume des Transformatorgehäuses teils mit Formstücken aus einem Isolierstoff und teils mit kleinen Glaskügelchen aufgefüllt, um das Ölvolumen zu verringern. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig und bringt Entlüftungsprobleme mit sich.

Die AT-PS 2 32 591 beschreibt ein Dehngefäß für ölgefüllte Transformatoren, das durch die Verwendung einer Rollmembran aus biegeweichem Material zwar höhere Volumenschwankungen aufnehmen kann. Die Rollmembran ist an einem dem Umgebungsdruck ausgesetzten Schwimmer befestigt, so daß diese Anordnung keinen Innendruck aufnehmen kann. Außerdem ist ein Transformator mit einem solchen Dehngefäß nur in aufrechter Stellung zu betreiben.

Schließlich ist aus dem IBM Techn. Disclos. Bull. Vol. 24, No. 2, Juli 1981, Seite 955/956, ein flüssigkeitsgekühlter Transformator bekannt, der mit einem bestimmten Betriebsdruck arbeitet und einen Drucksensor aufweist, der ein Alarmsignal gibt, wenn der Druck über je einen bestimmten oberen oder unteren Grenzwert ansteigt bzw. abfällt. Damit ist aber ein Betrieb in Leistungsgrenzbereichen nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungstransformator für extrem beschränkte Einbauverhältnisse zu schaffen, der lageunabhängig ist und unter beengten Raumverhältnissen im Dauerbetrieb bis zu einer Leistung von ca. 1 kVA betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Transformator der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Überdruck der Kühlflüssigkeit in diesem lageunabhängigen und hermetisch dichten Transformatorgehäuse erhöht die elektrische Durchschlagsfestigkeit und begünstigt dadurch eine gedrängte Bauform. Bei Betrieb unter Belastung steigt der Überdruck noch weiter an, und das steigert die Sicherheit gegen Durchschläge noch einmal.

Die Federvorspannung des als Rollmembran ausgebildeten Kompensators bestimmt den Überdruck. Verändert sich das Volumen der Kühlflüssigkeit infolge von Erwärmung oder Abkühlung, so bemißt sich die Druckänderung nach der Federkennlinie.

Dem Auftreten von Übervolumina bei einer unvorhergesehenen Überlastung des Transformators wird durch eine besondere Überdruckschutz-Anordnung vorgebeugt. Ein auch als hochspannungsseitige Durchführung verwendeter Gehäusedeckel in Form einer ebenen Platte aus Isolierstoff hat derart unregelmäßig über den Umfang verteilte Befestigungsschrauben, daß ein Teil der Platte sich bei Überdruck federnd elastisch leicht abhebt und dadurch die Dichtung entlastet wird und Kühlflüssigkeit tropfenweise austreten kann.

Die Isolierstoffplatte besteht vorzugsweise aus einem glasklaren Kunststoff, was die Möglichkeit bietet, nicht nur den Verlauf der Anschlußleitungen bei geschlossenem Deckel zu beobachten, sondern auch die Schaumbildung beim Einfüllen und Trocknen der Kühlflüssigkeit.

Als Kühlflüssigkeit wird vorteilhafterweise Siliconöl verwendet. Es ist lebensmittelrechtlich unbedenklich und nicht grundwassergefährdend. Deshalb ist die bei bekannten Öltransformatoren unumgängliche Ölauffangwanne entbehrlich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die deckelseitige Ansicht eines Transformators

Fig. 2 einen Horizontalschnitt II-II des Transformators nach Fig. 1.

In einem Gehäuse 1 aus Aluminiumguß, das seitlich mit Kühlrippen versehen ist, befindet sich ein aus Kern und Wicklungen bestehender Transformatorkörper 2. Das Gehäuse 1 ruht auf vier Füßen 3 und hat vorne eine Öffnung mit ebener Randfläche zum Einführen des Transformatorkörpers 2. An die linke Seitenfläche des Gehäuses 1 ist ein Stutzen 4 von quadratischem Querschnitt angesetzt, der eine zylindrische Bohrung aufweist. Der Stutzen 4 ist zum Transformatorkörper hin durch eine ebene Wand 21 abgeschlossen, die ein Teil des Gehäuses 1 ist. Die Wand 21 weist eine feine Bohrung 22 auf.

Die Einführöffnung des Gehäuses 1 ist mit einer etwa 10 mm starken Platte 5 aus glasklarem Polyacryl verschlossen. Zur Abdichtung ist in eine umlaufende Nut der ebenen Gehäuserandfläche ein Dichtring 6 eingelegt. Von vorne ist auf die Platte 5 ein Rahmen 7 aufgebracht und mit Hilfe von vier durchgehenden Schrauben 8 mit dem Gehäuse 1 verspannt.

Die Platte 5 dient als Durchführungsisolator für den Hochspannungsanschluß und zugleich auch für weitere Niederspannungsanschlüsse 10, durch deren Auswahl die Hochspannung zwischen 9 und 12 kV eingestellt werden kann. Das andere Ende der Hochspannungswicklung liegt an Masse. An die Durchführungsstifte sind innenseitig Scheibenflansche 11 angeformt, die auf der Platte 5 aufliegende Dichtringe 12 enthalten. Somit ist die Einführöffnung des Gehäuses 1 hermetisch abgedichtet.

Zur Bildung eines Kompensators ist auf den Stutzen 4 eine Kappe 13 aufgesetzt, die eine Rollmembran 14 einklemmt und mit Hilfe von vier Schrauben 15 festgezogen wird. Diese somit am Rand abgedichtete Rollmembran 14 teilt den Stutzeninnenraum in Querrichtung. Die Rollmembran 14 legt sich um einen Stützkörper 16, der sich seinerseits über eine Druckfeder 17 an der Kappe 13 abstützt, die eine zentrale Bohrung 18 aufweist.

Das Gehäuse 1 ist mit Siliconöl gefüllt und steht bei Raumtemperatur von 20°C unter einem Überdruck von etwa 50 kPa.

Der Füllvorgang verläuft wie folgt: Zunächst wird das Gehäuse 1 samt dem darin befindlichen Transformatorkörper 2 evakuiert und dadurch vorgetrocknet. Währenddessen wird die Luft durch die Bohrung 22 auch aus dem Teil des Stutzeninnenraums abgesaugt, der sich rechts der Rollmembran (Fig. 2) befindet. Dabei legt sich die Membran, wie strichpunktiert angedeutet, an der Wand 21 an und verschließt die Bohrung 22. Dann wird durch ein nicht dargestelltes Ventil langsam Siliconöl eingelassen. Dabei schäumt dieses stark auf, was vorteilhafterweise durch die glasklare Platte 5 beobachtet werden kann, wie übrigens auch die richtige Lage des Transformatorkörpers 2 und der Anschlußleitungen. Geht die Schaumbildung infolge der weitergeführten Evakuierung zurück, so wird weiteres Siliconöl nachgelassen, bis schließlich der Gehäuseinnenraum vollkommen gefüllt ist und alle Luftblasen entwichen sind. Jetzt wird weiteres Siliconöl mit Hilfe einer Dosierpumpe nachgefördert und dadurch der erwähnte Überdruck herbeigeführt.

Die Stellung der Rollmembran 14 kann mittels eines nicht dargestellten Stiftes, den man in ein Gewinde 19 des Stützkörpers 16 einschraubt und über die Kappe 13 vorstehen läßt, kontrolliert werden. Bei Temperaturschwankungen im Betrieb werden die Volumenänderungen durch entsprechende Atembewegungen der Rollmembran 14 kompensiert. Die Gehäuseinnentemperatur ist auf 80°C ausgelegt.

Zur Vermeidung von Überdruck im Gehäuse 1 haben die Schrauben 8 zum Verspannen des Rahmens 7 und der Platte 5 eine besondere Anordnung. Zwei dieser Schrauben sitzen in den oberen beiden Ecken des etwa quadratischen Rahmens 7, während die beiden anderen mit Hilfe besonderer Befestigungsaugen 20 seitlich nach außen versetzt und etwa in der Höhe eines Viertels der Gesamthöhe des Rahmens 7 angeordnet sind. Das hat zur Folge, daß die über diese Befestigungsaugen 20 nach unten überstehenden Teile der Platte 5 und des Rahmens 7 der bei erhöhtem Innendruck wirksamen Biegebelastung nachgeben und die Platte 5 sich an ihrem unteren Rand vom Dichtring 6 leicht abhebt oder diesen nur entlastet. Damit ist eine Soll-Leckstelle geschaffen, über die sich der Innendruck entspannen kann. Zusätzlich oder alternativ könnte auch über den erwähnten Stift ein elektrisches Warnsignal gegeben werden, sobald die Rollmembran 14 und der Stützkörper 16 eine vorbestimmte Stellung erreichen, die Überdruck signalisiert.

Der beschriebene Hochspannungstransformator ist für den Betrieb von Ozongeneratoren bestimmt, die zur Wasseraufbereitung eingesetzt und in räumlich sehr beengten Gefäßen bzw. Gehäusen unter gebracht sind. In diesem Fall wird eine Leistung von 800 VA im Dauerbetrieb abgegeben.

Claims (3)

1. Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitskühlung, insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Baugruppe aus räumlich eng zusammengefügten elektromechanischen Komponenten, bestehend aus einem magnetischen Kern mit Wicklungen, einer diese umgebenden Kühlflüssigkeit, einem Gehäuse und isolierten Gehäusedurchführungen für die Anschlußleitungen, wobei das Gehäuse einen Kompensator enthält, der das Ausdehnungsvolumen der Kühlflüssigkeit bei Erwärmung aufnimmt, und wobei die Kühlflüssigkeit bezogen auf den Druck der Umgebungsluft bei allen Betriebstemperaturen unter Überdruck steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensator als Rollmembran (14) ausgebildet ist, die einen Teil der Gehäusewand bildet und von außen her unter Federdruck (17) steht, daß eine ebene Platte (5) aus Isolierstoff als Gehäusedeckel und als Isolator für wenigstens die hochspannungsseitige Gehäusedurchführung verwendet und in der Weise befestigt ist, daß ein Teil der Platte (5) sich bei Überdruck im Gehäuseinnern biegeelastisch verformt und dadurch Kühlflüssigkeit ausströmen läßt.

2. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5) aus einem glasklaren Kunststoff besteht.

3. Hochspannungstransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit Siliconöl ist.