Trockentransformatorspule und Trockentransformator

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Trockentransformatorspule (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56), umfassend eine hohlzylindrische Spule mit wenigstens einer radial innen (12) liegenden und einer radial außen (14) liegenden Wicklung. An der radial äußeren Oberfläche der Spule ist eine zumindest teilweise umlaufende und sich wenigstens über deren axiale Länge erstreckende Barrierenstruktur mit wenigstens einer Lage Leisten (16) aus einem isolierenden Material und wenigstens einer radial von diesen abgestützten Barrierewandung (18) vorgesehen, wobei die radial äußerste Barrierewandung (18) einen elektrischen Schirm (20, 42, 58, 60, 62) aufweist. Die Erfindung betrifft auch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernschenkeln, wobei um jeden der wenigstens zwei Kernschenkel (26) eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56) angeordnet, deren jeweiliger elektrischer Schirm (20, 42, 58, 60, 62) mit Erdpotential (24, 44, 64) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Trockentransformatorspule, umfassend eine hohlzylindrische Spule mit wenigstens einer radial innen liegenden und einer radial außen liegenden Wicklung. Die Erfindung betrifft auch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernschenkeln.

[0002] Es ist allgemein bekannt, dass Trockentransformatoren, beispielsweise im Nennspannungsbereich von 6kV, 10kV, 20kV, 30kV, ohne ein spezielles Isolationsmedium wie beispielsweise Öl auskommen. Hierdurch lässt sich deren Konstruktion auf der einen Seite in vorteilhafter Weise vereinfachen. Auf der anderen Seite bedingt die Verwendung von Luft als Isolationsmedium aufgrund von deren begrenzter Isolationsfähigkeit vergrößerte Isolationsabstände zu spannungsführenden Bauteilen. Darüber hinaus sind auch entsprechende Kühlmittel zum Abtransport der im Betrieb auftretenden Verlustwärme des Trockentransformators vorzusehen, beispielsweise axial verlaufende Kühlkanäle, welche üblicher Weise zwischen radial benachbarten Wicklungssegmenten angeordnet sind.

[0003] Ein inhärenter Berührungsschutz eines Trockentransformators, wie beispielsweise bei der Anordnung eines Transformators in einem mit Öl gefüllten Kessel, ist nicht gegeben. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass dies zu einer Gefährdung des Bedien- und Wartungspersonals führt, weil spannungsführende Komponenten aufgrund von Nachlässigkeit unbeabsichtigt berührt werden könnten. Eine bekannte Anordnung eines Transformators in einem geerdeten Gehäuse stellt zwar einerseits einen wirksamen Berührungsschutz dar, führt aber andererseits zu einer nachteilig erhöhten Baugröße des Transformators mit Gehäuse, weil selbstverständlich auch alle benötigten dielektrischen Abstände zwischen den spannungsführenden Komponenten des Transformators und dem geerdeten Gehäuse einzuhalten sind.

[0004] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Trockentransformatorspule und einen Trockentransformator mit verbessertem Berührungsschutz anzugeben.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst von einer Trockentransformatorspule der eingangs genannten Art. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass an der radial äußeren Oberfläche der Spule eine zumindest teilweise umlaufende und sich wenigstens über deren axiale Länge erstreckende Barrierenstruktur mit wenigstens einer Lage Leisten aus einem isolierenden Material und wenigstens einer radial von diesen abgestützten Barrierewandung vorgesehen ist, wobei die radial äußerste Barrierewandung einen elektrischen Schirm aufweist.

[0006] Die Grundidee der Erfindung besteht darin, den Berührungsschutz einer Trockentransformatorspule dadurch zu realisieren, dass deren äußere Oberfläche zumindest an den manuell erreichbaren Oberflächenbereichen mit einer Barrierenstruktur versehen wird, welche derart ausgelegt ist, dass die im Betrieb auftretende Spannungsbelastung gehalten ist. Somit ist es ermöglicht, die radial äußerste Barrierenwandung mit einem geerdeten elektrisch leitfähigen Schirm zu versehen, der gefahrlos von einer ebenfalls auf Erdpotential befindlichen Person berührt werden kann. Der Aufbau der Barrierenstruktur aus isolierenden Leisten und davon getragener Schutzwandung ist dem Aufbau eines typischerweise zwischen radial benachbarten Wicklungssegmenten einer Trockentransformatorspule angeordneten Kühlkanals ähnlich und damit besonders einfach auch in die radiale Außenfläche der Trockentransformatorspule zu integrieren.

[0007] Als Leistenmaterial sind beispielsweise glasfaserverstärkte Leisten aus einem Verbundwerkstoff geeignet, welche idealerweise längs der axialen Erstreckung der Spule auf deren radial äußeren Oberfläche angeordnet sind. Die dadurch radial abgestützte Barrierenwandung kann beispielsweise aus schalenähnlichen Segmenten eines Zylinders aus einem Isolationsmaterial gefertigt sein, dies vereinfacht die Herstellung in besonderer Weise. Es ist aber auch erfindungsgemäß optional vorgesehen, die radial abgestützte Barrierenwandung zumindest teilweise aus einem gewickelten Bandmaterial wie einem mit Harz imprägniertem Faserroving herzustellen oder auch die gegebenenfalls vorhandenen schalenähnlichen Segmente radial außen damit zu fixieren. Derartige harzgetränkte Faserrovings, welche in einem trockenen Zwischenzustand des Harzes auch unter dem Namen "Prepreg" bekannt sind, werden nach dem eigentlichen Wickelvorgang auf eine Polymerisationstemperatur erhitzt und bilden beim Abkühlvorgang eine mechanisch sehr feste Struktur. Typischerweise sind durch die Barrierenstruktur axial verlaufende kanalähnliche Hohlräume gebildet, welche in vorteilhafter Weise auch als Kühlkanäle nutzbar sind.

[0008] Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule ist der elektrische Schirm als metallischer Schirm oder als Metallisierung ausgeführt. Im Falle eines metallischen Schirms ist beispielsweise die radiale Außenfläche oder Innenfläche der Barrierenstruktur mit einem leitfähigen Blech oder einer leitfähigen Folie versehen, es ist aber prinzipiell auch möglich, einen derartigen metallischen Schirm direkt in die radial abgestützte Barrierenwandung mit einzuwickeln, beispielsweise bei Verwendung von Faserrovings. Dies erhöht in vorteilhafter Weise die mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule.

[0009] Im Falle einer Metallisierung wird auf die eigentlich elektrisch isolierende radial abgestützte Barrierenwandung eine Metallschicht aufgetragen, beispielsweise durch Aufdampfung oder auch das Auftragen eines metallisch leitfähigen Lackmaterials.

[0010] Einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule folgend ragen zumindest Teile der Barrierenstruktur über die axialen Enden der hohlzylindrischen Spule heraus. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise ein zusätzlicher Berührungsschutz der Trockentransformatorspule auch in ihren Stirnbereichen erreicht.

[0011] Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante umschließt die Barrierenstruktur die Spule vollumfänglich. Hierdurch das Berühren der gesamten radialen Außenfläche der Trockentransformatorspule gefahrlos ermöglicht. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn keine um die Spule verbaute Struktur eines Transformators vorhanden ist, welche für einen Teilbereich der Spulenoberfläche einen Berührungsschutz darstellt.

[0012] Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule sind die Anschlüsse der radial äußeren Wicklung stirnseitig aus der Spule geführt. Hierdurch wird die Integrität des elektrischen Schirmes nicht gefährdet.

[0013] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernschenkeln, wobei um mindestens einen der wenigstens zwei Kernschenkel eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule angeordnet ist und wobei deren jeweiliger elektrischer Schirm mit Erdpotential verbunden ist. Der erfindungsgemäße Berührungsschutz der radialen Außenflächen der Spulen führt in vorteilhafter Weise zu einer Reduktion der Baugröße des Trockentransformators, da auf ein Gehäuse, in welchen der Trockentransformator integriert ist, verzichtet werden kann.

[0014] Aber auch bei Verwendung eines Gehäuses kann dieser aufgrund der erfindungsgemäßen Barrierenstruktur kleiner ausgeführt werden als ohne erfindungsgemäße Barrierenstruktur, weil dann innerhalb des Gehäuses deutlich weniger Bereiche mit kritischen Potentialdifferenzen vorhanden sind. So kann beispielsweise die Wandung eines Gehäuses ohne zusätzlichen Isolationsabstand bis direkt an die radiale Außenfläche einer jeweiligen Trockentransformatorspule gebaut werden.

[0015] Für den Fall, dass der Trockentransformator mechanische Komponenten aufweist, welche geerdet sind und welche in sich auch einen mechanischen Berührungsschutz für die Oberflächenbereiche von einer jeweiligen Trockentransformatorspule darstellen, kann in diesen Oberflächenbereichen prinzipiell auch auf eine entsprechende Barrierenstruktur verzichtet werden.

[0016] Dies ist beispielsweise bei Teilbereichen gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen benachbart angeordneter Trockentransformatorspulen der Fall. Hier ist zumindest ein unbeabsichtigtes Berühren ausgeschlossen, weil diese Bereiche zu der den Trockentransformator umschließenden Hüllkontur nach innen zurückgesetzt sind. Deshalb ist in einer Erfindungsvariante vorgesehen, dass die elektrischen Schirme von wenigstens zwei benachbarten Trockentransformatorspulen zumindest in Teilbereichen gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen nicht vollumfänglich ausgeführt sind.

[0017] Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Trockentransformators sind die elektrischen Schirme derart ausgestaltet und elektrisch miteinander verbunden, dass die wenigstens zwei benachbarten Trockentransformatorspulen hüllenähnlich von dem verbundenen Schirm umschlossen sind. Hierdurch sind alle manuell erreichbaren Bereiche der Spulenoberflächen ohne Risiko berührbar.

[0018] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

[0019] Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.

[0020] Es zeigen:

Fig. 1

eine exemplarische Trockentransformatorspule,

Fig. 2

einen ersten exemplarischen Trockentransformator sowie

Fig. 3

einen zweiten exemplarischen Trockentransformator.

[0021] Fig. 1 zeigt eine exemplarische erfindungsgemäße Trockentransformatorspule 10 in einer Draufsicht. Die Trockentransformatorspule 10 umfasst eine hohlzylindrische radial innere Wicklung 12 und eine daran anschließende radial äußere Wicklung 14, welche ineinander verschachtelt sind. Um die radial äußere Oberfläche der durch die Windungen 12, 14 gebildeten Spule ist vollumfänglich eine Barrierenstruktur angeordnet. Die Barrierenstruktur weist mehrere sternähnlich um die Mittelachse der Spule und längs deren axialer Erstreckung verlaufende Leisten 16 auf, durch welche eine ringähnlich um diese herum angeordnete Barrierenwandung 18 radial abgestützt ist. Die axiale Länge der Barrierenwandung 18 übersteigt geringfügig die axiale Länge der Spule, um auch stirnseitig den Berührungsschutz zu erhöhen. Direkt auf der radialen Außenfläche der Barrierenwandung 18 ist ein elektrischer Schirm 20 aufmetallisiert, welcher mit Erdpotential 24 verbunden ist. Auf diese Weise ist ein gefahrloses Berühren der radialen Außenfläche der Trockentransformatorspule auch während deren Betrieb ermöglicht. Die hohlzylindrische Trockentransformatorspule ist um einen Kernschenkel 26 eines Transformatorkerns angeordnet.

[0022] Fig. 2 zeigt einen ersten exemplarischen Trockentransformator 30 in einer Schnittansicht. Um drei parallel in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Kernschenkel eines dreischenkligen Transformatorkerns ist jeweils eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule 32, 34, 36 angeordnet. Jede Trockentransformatorspule 32, 34, 36 weist eine Barrierenstruktur mit einem elektrischen Schirm auf, welcher nicht vollumfänglich um die jeweilige Trockentransformatorspule ausgeprägt ist, sondern in Teilbereichen gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen benachbarter Trockentransformatorspulen unterbrochen ist. Die in die Barrierenstrukturen jeweils integriertem elektrischen Schirme sind mechanisch und elektrisch miteinander zu einem geerdeten 44 hüllenähnlichen Schirm 42 verbunden, welcher die drei Trockentransformatorspulen 32, 34, 36 bandähnlich umschließt und durch welchen ein gefahrloses Berühren der zugänglichen Oberflächenbereiche der Trockentransformatorspulen 32, 34, 36 gewährleistet ist.

[0023] Fig. 3 zeigt einen zweiten exemplarischen Trockentransformator 50 in einer Schnittansicht. Dieser entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2 gezeigten Trockentransformator 30. Um drei parallel in einer gemeinsamen Ebene angeordnete Kernschenkel eines dreischenkligen Transformatorkerns ist jeweils eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule 52, 54, 56 angeordnet. Jede Trockentransformatorspule 52, 54, 56 weist einen separat geerdeten 64 elektrischen Schirm 58, 60, 62 auf, welcher nicht vollumfänglich um die jeweilige Trockentransformatorspule ausgeprägt, sondern in Teilbereichen unterbrochen ist. Da die elektrischen Schirme nicht mechanisch miteinander verbunden sind ist theoretisch zwar ein Berühren gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen benachbarter Trockentransformatorspulen 52, 54, 56 möglich, ein unbeabsichtigtes Berühren jedoch aufgrund der schweren Zugänglichkeit der betreffenden Oberflächenbereiche ausgeschlossen.

Bezugszeichenliste

[0024] 

10

exemplarische Trockentransformatorspule

12

radial innen liegende Wicklung

14

radial außen liegende Wicklung

16

Leisten

18

radial abgestützte Barrierenwandung

20

elektrischer Schirm

22

kanalähnlicher Hohlraum

24

Erdpotential

26

Kernschenkel

30

erster exemplarischer Trockentransformator

32

erste Spule von erstem Trockentransformator

34

zweite Spule von erstem Trockentransformator

36

dritte Spule von erstem Trockentransformator

38

erster Teilbereich gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen

40

zweiter Teilbereich gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen

42

hüllenähnlich verbundene Schirme

44

Erdpotential

50

zweiter exemplarischer Trockentransformator

52

erste Spule von zweitem Trockentransformator

54

zweite Spule von zweitem Trockentransformator

56

dritte Spule von zweitem Trockentransformator

58

Schirm von erster Spule

60

Schirm von zweiter Spule

62

Schirm von dritter Spule

64

Erdpotential

Ansprüche

1. Trockentransformatorspule (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56), umfassend eine hohlzylindrische Spule mit wenigstens einer radial innen (12) liegenden und einer radial außen (14) liegenden Wicklung,
dadurch gekennzeichnet,
dass an der radial äußeren Oberfläche der Spule eine zumindest teilweise umlaufende und sich wenigstens über deren axiale Länge erstreckende Barrierenstruktur mit wenigstens einer Lage Leisten (16) aus einem isolierenden Material und wenigstens einer radial von diesen abgestützten Barrierewandung (18) vorgesehen ist, wobei die radial äußerste Barrierewandung (18) einen elektrischen Schirm (20, 42, 58, 60, 62) aufweist.

2. Trockentransformatorspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schirm (20, 42, 58, 60, 62) als metallischer Schirm oder als Metallisierung ausgeführt ist.

3. Trockentransformatorspule nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Barrierenstruktur über die axialen Enden der hohlzylindrischen Spule herausragen.

4. Trockentransformatorspule nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrierenstruktur die Spule vollumfänglich umschließt.

5. Trockentransformatorspule nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse der radial äußeren Wicklung (14) stirnseitig aus der Spule geführt sind.

6. Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernschenkeln, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens einen der wenigstens zwei Kernschenkel (26) eine Trockentransformatorspule (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet ist und dass deren jeweiliger elektrischer Schirm (20, 42, 58, 60, 62) mit Erdpotential (24, 44, 64) verbunden ist.

7. Trockentransformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schirme (20, 42, 58, 60, 62) von wenigstens zwei benachbarten Trockentransformatorspulen (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56) zumindest in Teilbereichen gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen (38, 40) nicht vollumfänglich ausgeführt sind.

8. Trockentransformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Schirme (20, 42, 58, 60, 62) derart ausgestaltet und elektrisch miteinander verbunden sind, dass die wenigstens zwei benachbarten Trockentransformatorspulen (10, 32, 34, 36, 52, 54, 56) hüllenähnlich von dem verbundenen Schirm (42) umschlossen sind.

Zeichnung