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.
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.
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. Das Patentdokument
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Trockentransformatorspule und einen Trockentransformator mit verbessertem Berührungsschutz anzugeben.
Diese Aufgabe wird von einem Trockentransformator gemäß Anspruch 1 gelöst. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.Auch bei Verwendung eines Gehäuses kann der Trockentransformator 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.
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.
Dies ist 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 es vorgesehen, dass die elektrischen Schirme von wenigstens zwei benachbarten Trockentransformatorspulen in Teilbereichen gegeneinander zugewandter Spulenoberflächen nicht vollumfänglich ausgeführt sind.
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.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden. Es zeigen:
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