-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasisolierten Transformator,
der einen Magnetkern in Verbindung mit Primär- und Sekundärwicklungen
aufweist, wobei sich der Magnetkern und die Primär- und Sekundärwicklungen
in einem Gehäuse
befinden, das um einen Teil oder den gesamten Transformatorkern
gebaut und in einem Gehäuse
in Harz eingeformt ist.
-
Diese
Transformatoren sind klassische Elemente innerhalb von Hoch- oder
Mittelspannungsleitungen von Stromverteilungsnetzen und verwenden zur
Gewährleistung
der thermischen und elektrischen Isolation ein Inertgas, wie zum
Beispiel Siliziumhexafluorid (SF6). Bei
Herstellung des Transformators wird das Gas in die innere Hülle des
Harzgehäuses
gepumpt, entweder direkt in die Räume, die sich zwischen den
Schichten der Wicklung des Transformators befinden, oder dorthin,
wo ein Gehäuse
aus Kunststoff um den Kern und die Wicklungen montiert ist, bevor
sie in Harz getaucht werden, in das Kunststoffgehäuse.
-
Trotz
der Isolierung durch das Inertgas können auf den Transformatorstromkreis
einwirkende Fehler zu einem Wicklungsbrand führen, vor allem der Elektroisolierfolien
zwischen den Wicklungen, was zur Abgabe bestimmter Mengen von Gas
in die innere Hülle
des Gehäuses
führen
kann. Ist kein Schutz vor solchen Druckerhöhungen vorgesehen, kann das
Gehäuse
platzen oder explodieren.
-
In
dem Bestreben, das Risiko des Auftretens eines solchen Ereignisses
zu minimieren, wurden neuere Modelle gasisolierter Transformatoren
mit einer Berstscheibe ausgestattet, die im allgemeinen aus Karbon
besteht, zwischen der inneren Hülle
und der Atmosphäre
angeordnet wird und so beschaffen ist, dass sie bricht, wenn der
Druck im Transformator ein gewisses Maß übersteigt.
-
Bei
den meisten einfachen Transformatormodellen wird in die Form eine
Vertiefung eingearbeitet, so dass ein in Richtung der inneren Hülle des Transformators,
die den Kern und die Wicklungen oder, insofern vorhanden, das Kunststoffgehäuse enthält, führender
Kanal ausgebildet wird. Dann wird in diese Vertiefung eine einfache
Karbonscheibe eingepasst und durch Einspritzen eines Harzes während einer
zweiten Formungsphase an ihrem Platz gehalten. Trotz der Tatsache,
dass diese Modelle in bezug auf die Materialkosten relativ preiswert
sind, bewirkt die Notwendigkeit der Durchführung einer zweiten Formungsphase
einen Anstieg der Kosten zur Herstellung dieser Transformatoren.
-
Kompliziertere
Modelle verwenden in einer Variante einen handelsüblichen
Sicherheitsstopfen in der Art, wie von Elfab-Hughes oder Carbon Lorraine hergestellt.
Diese Sicherheitsstopfen weisen im allgemeinen eine Karbonscheibe
auf, die zwischen zwei Teilen eines Stopfenkörpers aus Stahl an ihrem Platz
gehalten wird, wobei die Teile des Stopfenkörpers miteinander über eine
Gewindedichtung verbunden sind. Dabei hat der äußere Stopfenkörper selber ein
Gewinde, damit er bei seiner Verwendung am Ort eingeschraubt werden
kann.
-
Diese
Vorrichtungen haben den Nachteil, dass es sich hierbei um relativ
teure und kostspielige Komponenten handelt, wenn man zum Beispiel
mit einer einfachen Karbonscheibe in der Art wie oben beschrieben
vergleicht. Insbesondere steigen die Kosten durch die Verwendung
von zwei Teilen mit einem Gewinde, die ineinander in den Stopfenkörper geschraubt
werden, um die Scheibe vor Ort zu halten. Außerdem werden zur Herstellung
eines derartigen Stopfens oft weitere Teile benötigt, zum Beispiel ein R-Ring
zwischen der Karbonscheibe und dem Stopfenkörper, sowie zwischen dem Stopfen
und dem Transformator, sobald dieser platziert wurde. Diese Erwägungen zeigen,
dass diese Vorrichtungen das Problem, das durch das weiter oben
vorgestellte Transformatormodell gestellt wird, relativ kompliziert lösen.
-
Die
vorliegende Erfindung hat also zum Ziel, den mit dem bekannten Stand
der Technik verbundenen Nachteilen abzuhelfen und ein Transformatormodell
zu liefern, das ein Sicherheitselement verwendet, das den Austritt
von Gas bei einem Überdruck
im Transformator ermöglicht,
dabei aber die Notwendigkeit einer zweiten Formungsphase zur Fixierung
des Elementes vermeidet, und das kostengünstiger ist als die klassischen
handelsüblichen, weiter
oben beschriebenen Sicherheitsstopfen.
-
Der
erfindungsgemäße Transformator
ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Bestscheibe aufweist, die
direkt zwischen dem Gehäuse
und der Haube am Platz gehalten wird, wobei die Haube am Gehäuse befestigt
ist und einen Kanal zwischen der Berstscheibe und der Außenseite
des Gehäuses
bildet.
-
Die
Verwendung einer Haube, die direkt auf dem Transformatorgehäuse steckt,
um die Berstscheibe zu halten, setzt voraus, dass der Transformator
als Ganzes, d. h. das Gehäuse,
die Haube und die Scheibe, vor dem Formen zusammengesetzt werden
kann und dass danach zur Fixierung aller Elemente ein einziger Formungsschritt
ausreichend ist.
-
Übrigens
wird durch die Verwendung von lediglich einer Haube, die speziell
konstruiert ist und direkt auf dem den Transformatorkern umgebenden Gehäuse steckt,
das Problem der Duplizierung der Elemente und des höheren Preises
vermieden, weil standardisierte, handelsübliche Sicherheitsstopfen ver wendet
werden können.
Weiterhin wird durch die Erfindung, durch die ein zwei oder mehrere
bearbeitete Elemente umfassender Stopfen durch ein einziges Teil,
das eine Haube bildet, ersetzt wird, die Anzahl anderer Elemente,
die Bestandteil des Modells sind, reduziert, wie nachfolgend beschrieben
werden wird.
-
Einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung entsprechend werden die Haube und das Gehäuse mittels
einer Gewindedichtung miteinander verbunden. Dabei sind andere Ausführungsformen möglich, bei
denen zum Beispiel die Haube mit dem Gehäuse durch ein Klebemittel verbunden
wird, wobei die Verwendung einer Gewindedichtung den Vorteil einer
sicheren Verbindung bietet und dabei vermieden wird, andere Materialen
in die Konstruktion mit einfließen
lassen zu müssen.
-
Bei
einer Ausführungsform
wird nur ein Dichtring zwischen der Berstscheibe und dem die Haube bildenden
Teil angeordnet. Wie in der Einleitung angemerkt, werden normalerweise
handelsübliche
Sicherheitsstopfen mit einem Dichtringpaar verwendet, ein erster
interner Ring im Stopfen, an der Stelle der Scheibe, im Innern des
Stopfens, und ein zweiter Ring außerhalb des Stopfens, am Kontaktpunkt
zwischen Stopfen und Transformator. Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung
ist nur ein einziger Dichtring erforderlich um sich der Tatsache
zu vergewissern, dass die Verbindung gasdicht ist und gleichzeitig
die Scheibe vor einem Bruch durch Druck der Haube gegen das Gehäuse geschützt.
-
Das
die Haube bildende Teil ist vorzugsweise etwa wie eine Kappe geformt
und hat eine oder mehrere Öffnungen,
damit Gas austreten kann, sofern die Scheibe bricht. Dadurch ist
die Scheibe vor zufälliger Zerstörung geschützt, wenn
transformatorfremde Elemente eindringen, ohne jedoch das Element
bei der Erfüllung
seiner wesentlichen Funktion als Sicherheitsventil zu behindern.
-
In
einer der Ausführungsformen
bedeckt das den Transformator umgebende Gehäuse praktisch den gesamten
Kern und die Transformatorwicklungen. In anderen Ausführungsformen
kann das Gehäuse
ein einziges Element umfassen und nur den Teil des Transformators
bedecken, den man benötigt, um
einen Kanal vom Kern und den Transformatorwicklungen bis zur Berstscheibe
auszubilden.
-
Die
Berstscheibe besteht vorzugsweise aus Karbon, währenddessen das Gehäuse und
das die Haube bildende Teil aus Kunststoff bzw. Metall sind.
-
Nachfolgend
wird ein Beispiel eines nach dem Stand der Technik bekannten Transformatormodells
in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, das nicht einschränkend ist und sich auf die
anliegenden Zeichnungen bezieht, von denen:
-
1 eine Querschnittansicht
eines Sicherheitsventils ist, das nach dem bekannten Stand der Technik
verwendet wird,
-
2 eine Querschnittansicht
eines Sicherheitsventils eines Transformators der vorliegenden Erfindung
ist,
-
3 eine Querschnittansicht
des Sicherheitsventils von 2 zeigt,
wenn dieses im Transformatorkörper
platziert ist,
-
4 eine andere Variante von 3 darstellt, wobei das Gehäuse ein
einziges Element umfasst, das nur einen Teil des Transformators
bedeckt.
-
Bezieht
man sich auf 1, ist
dort eine Struktur eines Sicherheitsventils nach bekanntem Stand
der Technik dargestellt, die für
einen Transformator bestimmt ist, der eine in die Harzform 2 eingearbeitete
konische Vertiefung 1 aufweist, die einen Kanal zwischen
den Transformatorwicklungen 3 und der Atmosphäre ausbildet.
In der Vertiefung, gegen die Transformatorwicklungen 3,
ist eine Karbonscheibe eingekapselt. Die Durchführung einer zweiten Formungsphase
führte
zur Ausbildung einer zweiten Harzschicht 5, die die Scheibe
in Position hält.
Das isolierende Gas wird in die Form und in die Transformatorwicklungen
gepumpt. Entsteht ein abnorm hoher Druck im Transformator, zum Beispiel
wegen eines Kurzschlusses, und dieses System ist angewendet worden,
bricht die Karbonscheibe und das Gas kann entweichen.
-
Wie
bereits in der Einleitung beschrieben hat diese Art der Vorrichtung
den Nachteil, dass ein Formungsvorgang in zwei Etappen notwendig
ist, um die Scheibe an ihrer Position zu fixieren. Weiterhin hat diese
besondere Struktur den Nachteil, wie auch anhand von 1 ersichtlich, dass die
Scheibe nach außen
frei liegt und beschädigt
werden kann, zum Beispiel durch eindringende Gegenstände.
-
2 wiederum stellt eine Vorrichtung
dar, die in einem einer Ausführungsform
der Erfindung entsprechenden Transformator ein Sicherheitsventil bildet,
das eine Berstscheibe 10 aus Karbon umfasst, die auf einem
Kunststoffgehäuse 11 sitzt,
das den Kern und die Wicklungen des Transformators (nicht dargestellt)
umgibt und von einem eine Stahlhaube bildenden Teil 12 in
Position gehalten wird, das sich auf die Berstscheibe über einen
R-Dichtring 13 aus Gummi oder Kunststoff stützt. Das
Ganze wird im Gehäuse 14 aus
Harz des Transformators 15 gehalten.
-
Die
Verwendung eines Kunststoffgehäuses zum
völligen
oder teilweisen Umschließen
des Kerns und der Transformatorwicklungen, so dass ein Innenraum
im Harzgehäuse
ausgebildet wird, in den ein isolierendes Gas (wie zum Beispiel
SF6) gepumpt werden kann, ist bei bereits
vorhandenen Transformatoren bekannt. Im vorliegenden Fall weist
das Gehäuse 11 eine Öffnung 16 auf, über der
die Berstscheibe 10 eingepasst ist, in Verbindung mit einem zylindrischen
Teil 17, der über
die Oberfläche
des Gehäuses übersteht.
Die innere Fläche
des zylindrischen Teils 17 hat ein Gewinde, um eine äußere Fläche des
die Haube 12 bil denden Teils mit einem ebensolchen Gewinde
aufzunehmen und so eine Gewindedichtung 18 zu bilden.
-
Die
Verwendung einer Gewindedichtung ist aus mehreren Gründen vorteilhaft,
unter anderem wegen der bequemen Montage und der mechanischen Sicherheit.
Jedoch können
bei anderen Ausführungsformen
die Flächen,
die in Kontakt mit dem Gehäuse
und dem die Haube bildenden Teil kommen, glatt sein, und die Verbindung
zwischen ihnen kann durch ein Klebemittel hergestellt werden.
-
Das
die Haube 12 bildende Teil hat die Form einer Kappe, die
mit einer bestimmten Anzahl von Öffnungen 19 auf
ihrem Umfangsrand versehen ist. Die äußerste Seite 20 der
Haube zeigt dem Nutzer eine Schutzoberfläche, die nicht unterbrochen
ist. Es ist deutlich erkennbar, dass die Risiken eines zufälligen Bruchs
der Scheibe aufgrund von Gegenständen,
die in das Innere des die Haube bildenden Teils gelangen könnten, geringer
sind, da die Öffnungen, die
in das Innere des Teils führen,
der Scheibe nicht direkt gegenüberliegen.
-
Bei
der Herstellung des Transformators wird das Gehäuse 11 um den Kern und die
Transformatorwicklungen, die Scheibe 10 und den Dichtring 13 befestigt,
der dann in das Innere des zylindrischen Teils 17 des Gehäuses eingesetzt
und durch Einschrauben des die Haube bildenden Teils 12,
wenn es im Gehäuse
in seiner Position ist, an seinem Platz gehalten wird. Danach wird
das Ganze in die Form eingesetzt, und es wird Harz um es herum gegossen. Sobald
das Harz ausgehärtet
ist, wird mit Hilfe eines Kunststoffrohrs (nicht dargestellt), das
die innere Hülle
der Form mit außen
verbindet, Isoliergas in den Transformator gepumpt.
-
Bei
einer Druckerhöhung
im Transformator bricht die Karbonscheibe 10, so dass das
Gas in die Atmosphäre
durch den Kanal, der vom Gehäuse 11 und
der Haube 12 gebildet wird, und durch die Öffnungen 19 austreten
kann.
-
3 zeigt eine Querschnittsdarstellung
eines einer Ausführungsform
entsprechenden Transformators 15, wobei das Gehäuse 11 den
Kern und die ringförmigen
Transformatorwicklungen 22 vollständig umschließt. Bei
diesem Beispiel besteht das Gehäuse
aus zwei Hälften,
die um den Ring, der den Transformator bildet, festgeklemmt sind
und am Ort befestigt. Das befestigte Ganze wird dann in die Harzform
platziert.
-
In
der Praxis kann das Gehäuse
nur um einen Teil des Umfangs des Rings, der den Transformator bildet,
befestigt werden, oder, wie 4 darstellt,
nur auf der dem Sicherheitsventil nahen Oberfläche der Wicklungen. In dieser
Ausführungsform sind
der Kern und die Wicklungen 24 des Transformators direkt
in Harz eingeformt, wobei sich das Isoliergas in den Zwischenräumen zwischen
den Wicklungen befindet, und das Gehäuse 23 ist so angeordnet,
dass es mit der Karbonscheibe und dem die Haube 12 bildenden
Teil einen Kanal ausbildet.