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Title:
ACTIVE PART FOR AN ELECTRICAL HIGH-VOLTAGE DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/184777
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to provide an active part (1) for an electrical high-voltage device having a magnetizable core (2), at least one winding (7, 8), which is held on the core (2) and used for generating a magnetic flux in the core (2), and connection lines (9), which are each connected at their winding end (10) to a winding (7, 8) and at their distributor end (11) to a distribution device (19), which active part can be mounted in a compact, easy and simple manner, it is proposed that the core (2) forms at least one chamfered core corner (16) and the distribution device (19) is arranged in the region of the chamfered core corner (16).

Inventors:
BAUMANN MARKUS (DE)
DELATRON KLAUS (DE)
KRAUS JULIAN (DE)
MONTAG MANFRED (DE)
SAUER ERWIN (DE)
VOGT CHRISTER (DE)
WEBER DAVID (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/055313
Publication Date:
October 11, 2018
Filing Date:
March 05, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01F27/04; H01F27/245; H01F27/29
Domestic Patent References:
WO2016038222A12016-03-17
Foreign References:
EP3048623A12016-07-27
CN204010978U2014-12-10
JPS61174704A1986-08-06
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Aktivteil (1) für ein elektrisches Hochspannungsgerät mit

- einem magnetisierbaren Kern (2),

- wenigstens einer am Kern (2) gehaltenen Wicklung (7,8) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern (2) und

- Anschlussleitungen (9), die jeweils an ihrem Wicklungsende (10) mit einer Wicklung (7,8) und an ihrem Vertei¬ lerende (11) mit einer Verteileinrichtung (19) verbunden sind,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Kern (2) zumindest eine abgeschrägte Kernecke (16) aus¬ bildet und die Verteileinrichtung (19) im Bereich der abgeschrägten Kernecke (16) angeordnet ist.

2. Aktivteil (1) nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Kern ein oberes und unteres Joch (3) sowie wenigstens ei¬ nen äußeren Kernschenkel (4) ausbildet, der sich zwischen dem oberen und unteren Joch (3) erstreckt, wobei jeder äußere

Kernschenkel (4) und das obere Joch (3) zusammen eine abge¬ schrägte Kernecke (16) ausbilden.

3. Aktivteil (1) nach Anspruch 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

zwei äußere Kernschenkel (4) vorgesehen sind.

4. Aktivteil (1) nach Anspruch 2 oder 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der äußere Kernschenkel (4) konzentrisch von zwei Wicklungen umschlossen ist.

5. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Anschlussleiter isolierte Rundleiter (9) sind, die einen inneren Stromleiter aufweisen, der von einer äußeren Kabelisolierung umschlossen ist.

6. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Anschlussleiter (9) an einer Außenseite einer äußeren Wicklung (7,8), die von jeder benachbarten Wicklung abgewandt ist, verlaufen.

7. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

der Kern (2) aus aneinander anliegenden magnetisierbaren Ble- chen (13) zusammengesetzt ist.

8. Aktivteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Verteileinrichtung als Verteilleiste (19) ausgebildet ist, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, wobei die Verteilleiste (19) mehrere nebeneinander liegende Kabelan¬ schlüsse (20) ausbildet, die mit jeweils einer Anschlusslei¬ tung (9) verbunden sind. 9. Aktivteil (1) nach Anspruch 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

die Kabelanschlüsse (20) an ihrer von dem Anschlussleiter (9) abgewandten Seite jeweils mit einer Sammelschiene (21) ver¬ bunden sind, die an ihrem von der Verteilleiste abgewandten Ende mit einem Stecksystem (22) verbunden ist.

Description:
Beschreibung

Aktivteil für ein elektrisches Hochspannungsgerät Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für ein elektrisches Hochspannungsgerät mit einem magnetisierbaren Kern, wenigs ¬ tens einer am Kern gehaltenen Wicklung zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern und Anschlussleitungen, die jeweils an ihrem Wicklungsende mit einer Wicklung und an ihrem Verteilende mit einer Verteileinrichtung verbunden sind.

Ein solches Aktivteil ist dem Fachmann aus der Praxis be ¬ kannt. So weisen beispielsweise Bahntransformatoren Aktivtei ¬ le auf, die mit Anschlussleitungen ausgerüstet sind, um die Wicklungen des Aktivteils zweckmäßig mit externen Komponenten zu verbinden. In der Regel sind die Anschlussleitungen als Kabel ausgeführt und erstrecken sich von der jeweiligen Wicklungsanzapfung zu einer Verteileinrichtung des Aktivteils. Die Anschlussleitungen sind innerhalb eines mit einem Iso- lierfluid befüllten Kessel verlegt und verlaufen oberhalb der Wicklungen. Zum Anschluss an die Verteileinrichtung sind alle Verbindungsleitungen oberhalb des Kernjoches zusammengeführt und dort mit der Verteileinrichtung verbunden. Dem vorbekannte Aktivteil haftet der Nachteil an, dass auf ¬ grund der Anordnung der Anschlussleitungen oberhalb der Wicklungen der Kessel zur Aufnahme des Aktivteils raumgreifend ausgestaltet sein muss. Insbesondere im Bahnbetrieb sind je ¬ doch die zur Verfügung stehenden Bauräume für elektrische Ge- räte begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Aktivteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kompakt, leicht und gleichzeitig einfach montierbar ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Kern zu ¬ mindest eine abgeschrägte Kernecke ausbildet und die Verteileinrichtung im Bereich der abgeschrägten Kernecke angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Aktivteil weist einen Kern mit abge- schrägten Kernecken auf. Die abgeschrägten Kernecken stellen im Vergleich zu einem vorbekannten Aktivteil einen zusätzlichen Bauraum für die Verteileinrichtung bereit. So kann die ansonsten über den Wicklungen angeordnete Verteileinrichtung im Bereich der abgeschrägten Kernecke angeordnet werden, so dass das erfindungsgemäße Aktivteil kompakter ausgestaltet ist und somit in einem kleineren Kessel angeordnet werden kann. Das aus dem erfindungsgemäßen Aktivteil und einem daran angeordneten Kessel zusammengesetzte Hochspannungsgerät ist daher ebenfalls kompakter und leichter als ein Hochspannungs- gerät gemäß dem Stand der Technik.

Als elektrisches Hochspannungsgerät kommt hier beispielsweise ein Transformator oder eine Drossel in Betracht. Insbesondere ist das elektrische Hochspannungsgerät ein Bahntransformator, wobei sich die Längsrichtung der Wicklungen des Bahntransformators in der eingebauten Stellung in einer Horizontalen erstrecken. Mit anderen Worten liegen die Wicklungen des Aktivteils im Kessel. Unter magnetisierbaren Materialien sind hier ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Eisen, zu verstehen.

Vorteilhafterweise bildet der Kern ein oberes und unteres Joch sowie wenigstens einen äußeren Kernschenkel aus, der sich zwischen dem oberen und dem unteren Joch erstreckt, wo- bei jeder äußere Kernschenkel und z.B. das obere Joch zusam ¬ men eine abgeschrägte Kernecke ausbilden. Gemäß dem Stand der Technik bilden der äußere Kernschenkel und das jeweilige Joch eine Ecke aus, die in einer Querschnittsansicht rechteckig ausgestaltet ist. Im Rahmen der Erfindung ist diese Kernecke abgeschrägt, wobei durch die Abschrägung anstelle eines 90 Grad Innenwinkels zwischen der Außenseite des Jochs und dem äußeren Kernschenkel in einer Querschnittsansicht z.B. zwei Innenwinkel aufgespannt sind. So spannen beispielsweise das obere Joch und eine gerade verlaufende Abschrägung bezüglich ihres gemeinsamen oberen Schnittpunktes in der

Querschnittsansicht einen Innenwinkel von 135 Grad auf, wobei die besagte Abschrägung und die äußere Kontur des Kernschen- kels bezüglich ihres Schnittpunktes in Querschnittsansicht ebenfalls einen Winkel von 135 Grad aufspannen. Oberhalb der besagten Abschrägung ist ein zusätzlicher Bauraum bereitgestellt, der im Rahmen der Erfindung zum Wicklungsanschluss genutzt wird.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung sind zwei äußere Kernschenkel vorgesehen. Bei dieser Variante sind zwei oder vier zusätzliche Einbauräume bereitgestellt, so dass die Verteileinrichtung auf beide beziehungsweise vier zusätzlichen Einbauräume aufgeteilt werden kann. So besteht die Verteileinrichtung beispielsweise aus zwei Teilen, die jeweils einer Wicklungsanordnung zugeordnet sind. Die Wicklungsanordnung umfasst beispielsweise zwei konzentrisch ange ¬ ordnete Wicklungen, durch die sich einer der äußeren Kern- Schenkel erstreckt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jeder äußere Kernschenkel konzentrisch von zwei Wicklungen umschlossen. Auf diese Art und Weise ist ein Transformator be- reitgestellt, der keine wicklungsfreien Rückführungsschenkel aufweist. Abweichend davon ist es jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen Kern mit zwei äußeren Rückführungsschenkeln auszubilden, wobei die Verbindung zwischen dem Rückführungsschenkel und dem oberen und unteren Joch zumin- dest am oberen Joch jeweils abgeschrägt ist, so dass sich wieder Bauräume für die Verteileinrichtung ergeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Anschlussleiter als isolierte Rundleiter ausgeführt, die ei- nen inneren Stromleiter aufweisen, der von einer äußeren Kabelisolierung umschlossen ist. Die Kabelisolierung sorgt für eine erhöhte Spannungsfestigkeit der Verbindungsleitungen, so dass diese in der Nähe zu den Windungen der jeweiligen Wiek- lung verlegt werden können. Als isolierter Rundleiter kommen auch Kabel im Rahmen der Erfindung in Betracht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstre- cken sich die Anschlussleiter an einer Außenseite der äußeren Wicklung, die von jeder benachbarten Wicklung abgewandt ist. Die Anschlussleiter verlaufen gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung somit nicht länger oberhalb der Wicklungen, so dass das Erfordernis eines zusätzlichen Innenvolumens im Kes- sei vermieden ist. Die Anschlussleitungen erstrecken sich bei dieser Variante der Erfindung von einer an der Außenseite der Wicklung angeordneten Wicklungsanzapfung an der besagten Außenseite der Wicklung entlang, die von jeder anderen Wicklung abgewandt ist. An dieser Außenseite ist im Rahmen der Erfin- dung zusammen mit dem jeweiligen Joch abgeschrägte Kernecke ausgebildet, in dessen Umgebung die Verteilereinheit zumin ¬ dest teilweise angeordnet ist. Ist das Aktivteil beispiels ¬ weise mit zwei Wicklungsanordnungen ausgerüstet, weist jede äußere Wicklung der Wicklungsanordnung eine Seite auf, die von der anderen parallelen Wicklungsanordnung zugewandt ist. Darüber hinaus bildet die Wicklungsanordnung jedoch auch eine von der anderen Wicklungsanordnung abgewandte Seite aus, die hier als Außenseite der Wicklung oder Wicklungsanordnung bezeichnet wird. Die Anschlussleitungen sind an dieser Außen- seite entlang direkt zur Verteileinrichtung geführt, so dass eine aufwändige und raumgreifende Kabelsammlung vermieden ist. Die Anzapfung der Wicklungen sind ebenfalls an der Außenseite angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Kern aus magnetisierbaren Blechen, die flächig aneinander anliegen, zusammengesetzt. Bei den Blechen handelt es sich bevor ¬ zugt um Eisenbleche, die gegeneinander isoliert sind, so dass Wirbelstromverluste herabgesetzt sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verteileinrichtung als Verteilleiste ausgebil ¬ det, die sich in einer Längsrichtung erstreckt, wobei die Verteilleiste mehrere nebeneinander liegende Kabelanschlüsse aufweist, die jeweils mit dem Verteilerende einer Anschluss ¬ leitung verbunden sind. Die Verteilleiste erstreckt sich in einer an den durch die abgeschrägte Ecke zur Verfügung ge- stellten Bauraum angepassten Länge, so dass die Verteilleiste im Bereich der abgeschrägten Ecke am Aktivteil eingebaut werden kann. Die Verteilleiste ermöglicht einen übersichtlichen Anschluss des Aktivteils. Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung sind die Kabelanschlüsse an ihrer von dem Anschlussleiter abgewandten Seite jeweils elektrisch mit einer Sammelschiene ver ¬ bunden, die an ihrem von der Verteilleiste abgewandten Ende mit einem Durchführungssystem verbunden ist. Dabei erstreckt sich das Durchführungssystem vorteilhafterweise durch die

Wandung eines Kessels auf Erdpotential, in dem das Aktivteil angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Außenanschluss des Aktivteils ermöglicht. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ¬ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1 ein Aktivteil gemäß dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht schematisch verdeutlicht,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä ¬ ßen Aktivteils in einer perspektivischen Teilansicht ohne Verbindungsleitung verdeutlicht und

Figur 3 das Aktivteil gemäß Figur 2 mit Verteilleiste und Durchführungssystem schematisch zeigt. Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aktivteils gemäß dem Stand der Technik. Das dargestellte Aktivteil 1 verfügt über einen Kern 2, der ein oberes Joch 3 sowie ein figürlich nicht dargestelltes unteres Joch aufweist. Zwischen dem obe- ren Joch 3 und dem unteren Joch erstrecken sich zwei Kernschenkel 4. Der Kern 2 ist aus magnetisierbaren Eisenblechen zusammengesetzt, die mit ihren Flachseiten aneinander anlie ¬ gen und durch einen oberen Pressrahmen 5 sowie einen unteren Pressrahmen 6 miteinander verspannt sind. Jeder Kernschenkel 4 ist von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umgeben, von denen in der gezeigten Figur jeweils nur die äußeren Oberspannungswicklungen 7 und 8 erkennbar sind. Die Unterspannungswicklungen sind jeweils im Inneren der Oberspannungswicklungen 7, 8 angeordnet. Zum Anschluss der Wick- lungen sind Verbindungsleitungen 9 vorgesehen, die jeweils ein Wicklungsende 10 sowie ein Verteilerende 11 aufweisen. Mit dem Wicklungsende 10 ist jede Verbindungsleitung 9 mit einer Anzapfung einer Wicklung, beispielsweise der Oberspannungswicklung 7, verbunden. An ihrem Verteilende 11 ist jede Anschlussleitung 9 hingegen an eine Verteileinrichtung 12 angeschlossen, die hier aus einer Vielzahl von Kabelbuchsen 12 besteht. In eine Kabelbuchse 12 kann ein Kabelstecker einge ¬ führt und somit die Wicklung, wie gewünscht, an eine externe Komponente angeschlossen werden. Die externe Komponente ist beispielsweise ein Umrichter, ein Schalter oder dergleichen.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils 1, das wieder einen Kern 2 umfasst. Der Kern 2 verfügt über zwei äußere Schenkel 4, die jeweils von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen sind. Von den Wicklungen ist jeweils nur die äußere Wicklung, die Oberspannungswicklung 7, 8 erkennbar. Der Kern 2 ist wieder aus flächig aneinander anliegenden Blechen 13 aus einem magnetisierbaren Material, hier Eisen, zusammengesetzt, wobei die Bleche 13 durch einen figürlich nicht dargestellten unteren und einen oberen Pressrahmen 5 miteinander verspannt sind. Der obere Pressrahmen 5 besteht wie der untere Press ¬ rahmen aus zwei beidseitig des oberen Joches 3 angeordneten Pressteilen 5a und 5b, die über Jochbolzen 14 mechanisch miteinander verbunden sind. Die nicht magnetischen Jochbolzen 14 erstrecken sich dabei durch das obere Joch 3 hindurch, wobei auf beiden Endseiten Muttern 15 zum Erzeugen der Klemmkraft vorgesehen sind.

In Figur 2 ist sehr gut erkennbar, dass jeder äußere Schenkel 4 mit dem oberen Joch 3 eine abgeschrägte Ecke 16 ausbildet, die aufgrund der fehlenden „Halbecke" jeweils einen zusätzli- chen Bauraum bereitstellen. In einer Querschnittsansicht, die figürlich nicht dargestellt ist, bildet die Außenkontur des oberen Joches 3 mit der Außenkontur der Abschrägung 17 einen Innenwinkel von etwa 135 Grad aus. Entsprechendes gilt für den Winkel, der in der Querschnittsansicht von der Außenkon- tur der Abschrägung 17 und der Außenkontur des äußeren Schenkels 4 aufgespannt wird, wobei hier jeweils von dem Innenwin ¬ kel gesprochen wird. Entsprechendes gilt für die abgeschrägte Kernecke 16 auf der in Figur 2 linken Seite. Figur 3 zeigt den Kopfbereich des Aktivteils 1 gemäß Figur 2 in einer Draufsicht. Auch hier sind die abgeschrägten Kernecken 16 erkennbar. Dabei ist in Figur 3 mit Hilfe der gestrichelten Linien 18 die Außenkontur des Kerns ohne abgeschrägte Kernecken 16 verdeutlicht. Die gestrichelte Linie 18 verdeutlicht daher den durch die Abschrägung der Ecken gewonnenen Bauraum, also die fehlenden Halbecken. In diesem Bereich ist erfindungsgemäß eine als Verteilerleiste 19 ausge ¬ bildete Verteileinheit angeordnet. Dabei erstreckt sich jede Verteilleiste 19 in einer Längsrichtung, wobei jede

Verteilleiste 19 nebeneinander angeordnete Kabelanschlüsse 20 aufweist. Die Kabelanschlüsse 20 sind hier als Kabelschuhe ausgeführt, die elektrisch mit den Verteilerenden 11 der Anschlussleiter 9 verbunden sind, die hier als isolierte Rund ¬ leiter ausgeführt sind. Die Anschlussleiter 9 weisen darüber hinaus wieder ein figürlich nicht dargestelltes Wicklungsende auf, mit dem sie elektrisch mit einer Anzapfung einer zugeordneten Wicklung verbunden sind. Die Kabelanschlüsse 20 sind jeweils mit einer Sammelschiene 21 verbunden, die wiede- rum an ihrer von dem jeweiligen Kabelanschluss 20 abgewandten Seite an eine Kabelbuchse 22 als Durchführungssystem ange ¬ schlossen sind. Die Kabelbuchse 22 sind nach dem Einbau des Aktivteils 1 in einen Kessel in der Kesselwand angeordnet und von außen zugänglich, so dass durch Einfügen eines Kabelsteckers in die Kabelbuchse 22 die jeweilige Wicklungsanzapfung mit einer externen Komponente verbunden werden kann.