Induktiver elektrischer Wandler für Mittelspannung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen induktiven elektrischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

[0002] Es ist ein als Spannungswandler ausgebildeter Wandler bekannt (DE-A-2 843 608), bei dem durch einen in axialer Richtung aus aneinander anschließenden rohrförmigen Kernteilen gebildeten Magnetkern ein Isolierrohr hindurchgeführt ist, das dicht durch stirnseitige Flansche einer die elektrischen Einbauten gasdicht umgebenden Umhüllung geführt ist. Auf den Magnetkern ist eine mehrlagige Sekundärwicklung aufgewickelt,die auf ihrem Außenumfang eine durch eine elektrische Isolierung abgetrennte Primärwicklung trägt. Koaxial zu dieser Anordnung befindet sich am Außenumfang zusätzlich ein zylindrischer Magnetkernteil, der für eine Verbesserung des magnetischen Rückschlusses vorgesehen ist. Die sich innerhalb der Umhüllung befindenden Hohlräume sind mit einem Isoliergas gefüllt. Von Nachteil ist bei diesem Aufbau, daß die dem rohrförmigen Magnetkern zugeordnete Isolation und die darauf aufgewickelten Wicklungslagen zu einem großen Durchmesser des Wandlers führen, wobei zusätzlich in die Sekundärwicklung eingebrachte Zwischenelektroden erforderlich sind, deren über die Stirnseiten der Sekundärwicklung vorstehende Enden mit Feldsteuerelektroden versehen sein müssen, die eine elektrische Feldsteuerung im wicklungsfreien Raum zwischen dem Tragrohr und der Umhüllung bewirken. Hierdurch ergibt sich eine große axiale Baulänge.

[0003] Es ist auch ein Hochspannungs-Prüftransformator mit isolierten Kernsegmenten bekannt (DE-A 38 03 846), bei dem die Primär- und Sekundärwicklungen auf zwei parallelen Kernsäulen aus axial aneinandergereihten Kernteilen vorgesehen sind. Die Verbindung der einzelnen Spulen erfolgt über nach außen geführte Leitungen, die bei Bedarf über Steckverbindungen außerhalb der Wicklungen miteinander verbunden werden. Ein Aufbau dieser Art ist für Laborzwecke zur Anwendung in Luftisolation geeignet und baut dabei räumlich beachtlich groß. Auch ist ein magnetischer Rückschluß insbesondere im Bereich der äußeren Spulenteile nicht gegeben.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs zu schaffen, der ein verringertes Bauvolumen beansprucht und dessen Baugröße an die zu messende elektrische Spannung anpaßbar ist.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs.

[0006] Bei einem Aufbau eines Wandlers gemäß der Erfindung kann eine einfache, vorgefertigte Umhüllung zur Anwendung gelangen, in welche der Magnetkern mit den zugehörigen Wicklungen auch ohne Zuhilfenahme von elektrisch isolierenden Gießharzen oder dgl. unter Einschluß beliebiger Hohlräume festgesetzt wird. Die in die Umhüllung eingebrachte Isoliergasfüllung aus SF6-oder ähnlichen Isoliergasen bewirkt hier die zuverlässige elektrische Isolierung im Bereich der konstruktionsbedingten Hohlräume. Für die Umhüllung ist dabei lediglich ein einfacher Rohrkörper aus elektrischem Isolierstoff notwendig, dessen Stirnflächen mit je einem dicht angesetzten Flansch zu verschließen sind, wenn der Magnetkern mit den Wicklungen in den Rohrkörper eingesetzt ist.

[0007] Die Primärwicklung ist aus mehreren axial aneinander anschließenden eigenständigen und elektrisch in Serie geschalteten Scheibenspulen aufgebaut, wobei das freie Wicklungsende der einen axial endständigen Scheibenspule an Hochspannungspotential und der freie Wicklungsanschluß der davon axial entfernten letzten Scheibenspule mit Massepotential zu verbinden ist. Benachbart zu dieser letzten Scheibenspule ist dann auch die Sekundärwicklung angeordnet, so daß zwischen diesen beiden Spulen nur ein vernachlässigbares elektrisches Spannungspotential besteht, das isolationstechnisch leicht zu beherrschen ist. Bei diesem Wicklungsaufbau ist es von besonderem Vorteil, daß je nach Höhe der zu messenden Hochspannung die Anzahl der primärseitigen Scheibenspulen entsprechend vergrößert oder verkleinert werden kann. Der Magnetkern ist mehrteilig ausgebildet, um ihn an die notwendige axiale Länge der Primärwicklung einschließlich der Sekundärwicklung anpassen zu können. Der Magnetkern besteht zumindest im Bereich der Primärwicklung aus einem Magnetwerkstoff, der eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, also als elektrischer Isolator wirkt. Dadurch bildet der Magnetkern keinen elektrischen Kurzschluß für das elektrische Feld zwischen dem Hochspannungsanschluß und dem Masseanschluß, so daß insbesondere bei an Massepotential angeschlossenem Magnetkern derselbe das Massepotential nicht über die gesamte axiale Länge der Primärwicklung in den Bereich des hochspannungsseitigen Anschlusses überträgt. Vielmehr bildet der Magnetkern eine elektrische Isolation, so daß sich der über die Länge der Primärwicklung einstellende Spannungsabfall durch insbesondere kapazitive Kopplung auch am isolierenden Magnetkern ausbildet. Die Spannungsdifferenz zwischen den einzelnen Abschnitten der Primärwicklung und dem Magnetkern ist somit gering, so daß auch entsprechend kleine Isolationsabstände für einen sicheren Betrieb ausreichen. Die SF6-Isolierung in Verbindung mit dem elektrisch isolierenden Magnetkern und der nach Art einer den Spannungsabfall in Stufen abbauenden Kammerspule ausgebildeten Primärspule ermöglichen den Aufbau eines Spannngswandlers für Mittelspannung in sehr kleiner Bauweise.

[0008] Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskizze eines im Längsschnitt dargestellten Spannungswandlers näher erläutert.

[0009] Ein induktiver elektrischer Spannungswandler für Mittelspannungsnetze weist einen weichmagnetischen Magnetkern 1 auf, der eine geringe magnetische Remanenz besitzt und dem eine Primärwicklung aus mehreren axial aneinander gereihten Scheibenspulen 2 sowie einer weiteren, in der axialen Verlängerung angeordneten, als Sekundärwicklung 3 genutzten Scheibenwicklung zugeordnet ist. Diese Anordnung befindet sich innerhalb einer Umhüllung aus einem elektrisch isolierenden Rohrkörper 4, dessen Stirnflächen mit je einem dicht angesetzten Flansch 5 verschlossen sind. Die Umhüllung 4,5 umschließt den Magnetkern 1 mit den Wicklungen 2,3 gasdicht, wobei die konstruktionsbedingten Hohlräume im Bereich des Magnetkerns mit seinen Wicklungen 2,3 und dem Innenmantel der Umhüllung 4,5 mit einem Isoliergas gefüllt ist, das einen höheren Isolationswert als Luft aufweist und insbesondere Schwefelhexafluorid, also SF6 oder ein ähnliches Isoliergas ist. Die Umhüllung ist dabei in einfacher Weise darstellbar, nachdem lediglich ein Isolierstoffrohrabschnitt beidendig mit den insbesondere aus Metall bestehenden Flanschen gasdicht abzuschließen ist mittels eines zwischengefügten Klebstoffs 6.

[0010] Der Magnetkern 1 besteht insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Magnetwerkstoff, vorzugsweise auf der Basis von Ferriten, die bei guter magnetischer eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, also elektrische Isolatoren bilden. Dadurch wird vermieden, daß gegenüber einem metallischen Magnetkern nicht an jede Stelle der zugeordneten Wicklungen 2,3 das gleiche Potential, insbesondere Erd- oder Massepotential herangeführt wird.

[0011] Dabei bewirkt die Ausbildung der Primärspule als Kammerspule bzw. als axiale Aneinanderreihung von einzelnen Scheibenspulen, daß dann der Spannungsabfall über die axiale Länge von Scheibenspule zu Scheibenspule stufig bis zum Massepotential abgebaut wird, an welches die letzte Scheibenspule gelegt ist. Es ergibt sich dadurch zwischen den Wicklungsanschlüssen der Primärspule ein großer elektrisch wirksamer Weg, der hier durch die Kombination mit dem als elektrischer Isolator wirkenden Magnetkern nicht verkürzt wird.

[0012] Die Sekundärwicklung 3 ist in axialer Richtung der endständigen Scheibenspule 2.5 der Primärwicklung 2 benachbart angeordnet, deren freier Wicklungsanschluß 7 an Massepotential anzuschalten ist. Das elektrische Spannungsgefälle zwischen der Scheibenspule 2.5 und der Sekundärwicklung 3 ist dadurch so gering, daß die Isolation der Spulenkörper ausreicht, auf welche die einzelnen Scheibenspulen 2.1 bis 2.5 bzw. die Sekundärwicklung 3 aufgewickelt sind.

[0013] Die eigenständigen Scheibenspulen 2.1 bis 2.5 ermöglichen es, den zu erfassenden Spannungsbereich entsprechend zu variieren. Es ist somit ohne weiteres möglich, den Wandleraufbau für die Spannungsreihen für z.B. 12 kV, 24 kV oder 36 kV in einfacher Weise anzupassen. Hierfür sind die axialen Stirnseiten der Scheibenspulen 2.1 bis 2.5 mit aufeinander abgestimmten Kontaktanlageflächen 8 versehen, die beim Aneinanderreihen der Spulenscheiben in gegenseitige Kontaktanlage treten und so die Reihenschaltung selbsttätig ohne besondere Hilfsmittel bewerkstelligen. Zur Anpassung an die axiale Länge der Primärspule ist auch der Magnetkern 1 aus mehreren in axialer Richtung aneinanderfügbaren Kernteilen 1.1 bzw. 1.2 aufgebaut, die je nach Bedarf zwischen endständige Abschluß-Kernteile 1.3 einzufügen sind. Dabei weist der Magnetkern zwei im Querschnitt E-förmige Abschluß-Kernteile 1.3 auf, die mit ihren offenen Seiten gegeneinanderweisen und zwischen welchen die Wicklungen 2,3 liegen. Soll der erfaßbare Spannungsbereich des Wandlers vergrößert werden, müssen eine oder mehrere weitere Scheibenspulen eingesetzt werden. Um dabei den Spalt zwischen den Abschluß-Kernteilen 1.3 zu schließen, werden ein oder mehrere der Zwischen-Kernteile 1.1 bzw. 1.2 zwischengefügt. Dabei werden die Zwischen-Kernteile 1.2 in das Zentrum der Scheibenspulen eingesetzt, während die äußeren Zwischen-Kernteile 1.1 im Bereich des Außenumfangs der Scheibenspulen angeordnet werden. Die Zwischen-Kernteile 1.1 können dabei als die Scheibenspulen umgreifende Ringe ausgebildet sein. Es können also je nach zu erfassendem Spannungsbereich auch mehrere der Zwischen-Kernteile 1.1 bzw. 1.2 zwischen die Abschluß-Kernteile 1.3 gesetzt werden.

[0014] Zwischen den Flansch 5 und den benachbarten Abschluß-Kernteil 1.3 ist eine mechanische Druckfeder 9 eingesetzt werden, die den mehrteiligen Magnetkern 1 axial zusammendrückt und dadurch die den magnetischen Fluß nachteilig beeinträchtigenden Spalte im magnetischen Kreis auf ein Minimum reduziert.

Ansprüche

1. Induktiver elektrischer Wandler, insbesondere Spannungswandler für Mittelspannung, mit einem weichmagnetischen, in axialer Richtung aneinander anschließende Kernteile (1.1; 1.2; 1.3) aufweisenden Magnetkern (1) und demselben zugeordneter Primär- (2) und Sekundärwicklung (3) und mit einem den Magnetkern (1) mit den Wicklungen (2, 3) umschließenden Rohrkörper (4) der zusammen mit stirnseitig angesetzten Flanschen (5) eine Umhüllung aus festem elektrischen Isolierstoff bildet, die den Magnetkern (1) mit den Wicklungen (2, 3) allseitig gasdicht umschließt, wobei innerhalb der Umhüllung (4, 5) vorhandene Hohlräume mit einem Isoliergas, insbesondere mit SF6, gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (1) zumindest im Bereich der Primärwicklung (2) aus einem Magnetwerkstoff besteht, der eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und aus zwei im Querschnitt E-förmigen Abschluß-Kernteilen (1.3) mit in axialer Richtung zwischen denselben angeordneten angepaßten Zwischen-Kernteilen (1.1; 1.2) besteht, die mit ihren offenen Seiten gegeneinander weisen und zwischen welchen die Wicklungen (2, 3) liegen, daß die Primärwicklung (2) nach Art einer Kammerspule aus mehreren axial aneinander anschließenden eigenständigen, in Serie geschalteten Scheibenspulen (2.1-2.5) aufgebaut ist, von welchen eine erste axial endständige Scheibenspule (2.1) an eine elektrische Spannungsquelle und die axial entfernteste Scheibenspule (2.5) an Massepotential anzuschließen ist und letzterer Scheibenspule (2.5) die Sekundärwicklung (3) axial benachbart zugeordnet ist, daß die Scheibenspulen (2.1-2.5) an den axialen Stirnflächen Kontaktelemente (8) aufweisen, die bei axial aneinander gefügten Scheibenspulen paarweise in Kontaktanlage treten und eine elektrische Serienschaltung der benachbarten Scheibenspulen erzeugen und daß zwischen einen Flansch (5) und einen benachbarten Abschlußkernteil (1.3) des Magnetkerns (1) eine mechanische Druckfeder (9) eingesetzt ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Zwischen-Kernteile (1.1; 1.2) in Achsrichtung aneinander gefügt sind.

Claims

1. Inductive electrical transformer, in particular voltage transformer for medium voltage, comprising a soft magnetic core (1) having core parts (1.1; 1.2; 1.3) joined together in the axial direction and a primary winding (2) and a secondary winding (3) associated therewith and comprising a tubular body (4) which encloses the magnetic core (1) with the windings (2, 3) and which, together with flanges (5) fitted to the ends thereof, forms a cover made of solid electrically insulating material which encloses the magnetic core (1) in a gastight manner all-round, cavities present within the cover (4, 5) being filled with an insulating gas, in particular SF6, characterised in that the magnetic core (1) consists at least in the region of the primary winding (2) of a magnetic material which has very low electrical conductivity and consists of two end core parts (1.3) with an E-shaped cross section with matched intermediate core parts (1.1; 1.2) arranged between them in the axial direction, said end core parts being directed towards one another via their open sides and the windings (2, 3) being situated between them, that the primary winding (2) is designed in the manner of a sandwich coil consisting of a plurality of independent disc coils (2.1-2.5) joined together in the axial direction and connected in series, a first axially terminal disc coil (2.1) to be connected to an electric voltage source and the axially most remote disc coil (2.5) to be connected to earth potential and the secondary winding (3) being axially adjacent to the latter disc coil (2.5), that the disc coils (2.1-2.5) are provided on their axial end faces with contact elements (8) which come into contact with one another in pairs when the disc coils are joined together in the axial direction and produce an electrical series connection between the adjacent disc coils and that a mechanical compression spring (9) is inserted between one flange (5) and an adjacent end core part (1.3) of the magnetic core (1).

2. Transformer according to claim 1, characterised in that a plurality of intermediate core parts (1.1; 1.2) are joined together in the axial direction in each case.

Revendications

1. Transformateur de mesure électrique inductif, en particulier transformateur de tension destiné à la moyenne tension, comprenant un noyau magnétique doux (1) comportant des parties de noyau (1.1 ; 1.2 ; 1.3) disposées à la suite l'une de l'autre selon la direction axiale et un enroulement primaire (2) et un enroulement secondaire (3) qui sont associés au noyau et un corps tubulaire (4) qui entoure le noyau magnétique (1) avec les enroulements (2, 3) et qui forme en association avec des brides (5) placées frontalement une enveloppe en matériau solide électriquement isolant qui entoure, avec une étanchéité aux gaz, le noyau magnétique (1) avec les enroulements (2, 3) sur toutes leurs faces, des espaces creux se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe étant remplis d'un gaz isolant, en particulier de SF₆, caractérisé en ce que le noyau magnétique (1) est constitué, au moins dans la zone de l'enroulement primaire (2), d'une substance magnétique qui présente une très faible conductivité électrique et est constitué de deux parties de noyau de fermeture (1.3) présentant en section la forme d'un E avec des parties de noyau intermédiaires (1.1 ; 1.2) adaptées qui sont disposées entre les parties de noyau de fermeture (1.3) dans la direction axiale, qui sont disposées l'une en face de l'autre par leurs faces ouvertes et entre lesquelles se trouvent les enroulements (2, 3), en ce que l'enroulement primaire (2) est construit à la manière d'une bobine à chambres constituée de plusieurs bobines en galette (2.1-2.5) indépendantes, se succédant l'une à l'autre selon la direction axiale et branchées en série, parmi lesquelles une première bobine en galette (2.1) disposée en bout selon la direction axiale doit être raccordée à une source de tension électrique et la bobine en galette la plus éloignée dans la direction axiale (2.5) doit être raccordée au potentiel de masse et l'enroulement secondaire (3) est adjoint à cette dernière bobine en galette (2.5) en lui étant voisin selon la direction axiale, en ce que les bobines en galette (2.1-2.5) comportent, sur leurs faces frontales axiales des éléments de contact (8) qui, lorsque les bobines en galette sont disposées l'une sur l'autre dans la direction axiale, viennent en contact par paires et réalisent un branchement électrique en série des bobines en galette voisines et en ce que l'on place un ressort de pression mécanique (9) entre une bride (5) et une partie de noyau de fermeture voisine (1.3) du noyau magnétique (1).

2. Transformateur de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à chaque fois, plusieurs parties de noyau intermédiaires (1.1 ; 1.2) sont disposées l'une à côté de l'autre dans la direction axiale.

Zeichnung