Transformator zur Befestigung an einem Mast eines Energiever teilungsnetzes

Die Erfindung betrifft einen Transformator zur Montage an ei nem Mast eines Energieverteilungsnetzes.

Ein solcher Transformator ist beispielsweise aus der

W02001/08175 Al bekannt. Der dort offenbarte Transformator ist zur Montage an einem Mast eines luftisolierten Energie verteilungsnetzes vorgesehen und kann daher auch als Mast transformator bezeichnet werden. Der dort offenbarte Mast transformator weist eine Oberspannungswicklung sowie Unter spannungswicklungen auf, die in einem elektrisch isolierenden Harzblock als Isolierkörper angeordnet sind. An den festen Harzblock ist eine Durchführung angeformt, die an ihrem vom Harzblock abgewandten Ende einen Freiluftanschluss aufweist, der zur Verbindung mit einem luftisolierten Phasenleiter des Energieverteilungsnetzes dient. Die Unter- und Oberspannungs wicklungen sind durch einen außerhalb des Harzblockes ange ordneten Eisenkern induktiv miteinander gekoppelt, so dass die gewünschte Spannungsumwandlung ermöglicht ist. Um Span nungsspitzen im Harzblock möglichst zu vermeiden, ist eine geerdete Abschirmung in Gestalt eines metallischen Käfigs vorgesehen, welcher die Oberspannungswicklung vollständig um schließt .

Dem vorgekannten Masttransformator haftet der Nachteil an, dass der Harzblock und der Kern keine stabile und sichere Einheit bilden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Transformator der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Kern von Um welteinflüssen und Korrosion geschützt ist, wobei gleichzei tig eine stabile Halterung von Kern und Harzblock geschaffen ist . Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Transformator mit einem Wicklungsblock, der einen festen Isolierkörper auf weist, in dem wenigstens eine Oberspannungswicklung und we nigstens eine Unterspannungswicklung angeordnet sind, wobei der Wicklungsblock eine vollumfänglich geschlossene mittige Halteöffnung begrenzt, einer Kerneinheit, die wenigstens ei nen magnetisierbaren Kern aufweist und über die jede Ober spannungswicklung mit jeder Unterspannungswicklung induktiv gekoppelt ist, wobei sich die Kerneinheit mit wenigstens ei nem Kernschenkel durch die Halteöffnung erstreckt und den Wicklungsblock mit einem Kranzabschnitt außen ringförmig um schließt und mit Haltemitteln zum Befestigen des Kranzab schnittes am Mast.

Erfindungsgemäß ist ein Wicklungsblock mit einem festen Iso lierkörper vorgesehen, in dem die Ober- und Unterspannungs wicklungen angeordnet sind. Dieser Wicklungsblock bildet eine Halteöffnung aus. Die Kerneinheit ist außerhalb des Isolier körpers angeordnet und erstreckt sich dabei erfindungsgemäß durch die besagte Halteöffnung.

Die Anordnung der Kerneinheit außerhalb des Isolierkörpers ist vorteilhaft, das während des Betriebs des Transformators die Magnetfelder bevorzugt innerhalb der Kerneinheit verlau fen. Obwohl die Kerneinheit bevorzugt aus aneinander anlie genden magnetisierbaren Elektroblechen oder -bändern besteht, kommt es beim Betrieb zu Wirbelströmen, die für eine Erwär mung der Kerneinheit sorgen. Die damit verbundene geometri sche Ausdehnung der Kerneinheit ist von der Größe des Magnet feldes und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des verwendeten Kernmaterials abhängig. Da der Kerneinheit außerhalb des Iso lierkörpers angeordnet ist, sind Risse im Isolierkörper auf grund einer unterschiedlich starken Wärmeausdehnung von Kern und Isolierkörper vermieden.

Da sich die Kerneinheit durch die Halteöffnung erstreckt, ist es erfindungsgemäß ausreichend, dass die Haltemittel ledig lich zur Befestigung des ringförmigen Kranzabschnitts der Kerneinheit dienen. Dabei wird der Wicklungsblock von dem sich durch die Halteöffnung erstreckenden Kernschenkel getra gen. Die erfindungsgemäße Halterung ist daher einfach und so mit kostengünstig. Darüber hinaus ist eine schnelle Montage des Transformators am Mast möglich geworden, wobei die Befes tigungsmittel darüber hinaus einen Schutz für die gegenüber Umwelteinflüssen empfindliche Kerneinheit bereitstellen .

Zweckmäßigerweise ist der die Halteöffnung durchragende Ab schnitt der Kerneinheit hinsichtlich seiner Außenkontur an die Innenkontur der Halteöffnung angepasst. Mit anderen Wor ten ist der Außendurchmesser des besagten Kerneinheitsab schnitts, etwas kleiner als der Innendurchmesser der Halte öffnung, so dass eine mechanisch stabile Einheit bereitge stellt ist.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass zwischen dem Kerneinheitsabschnitt, der sich durch die Halteöffnung erstreckt, und dem Isolierkörper in diesem Be reich Halte- oder Dämmmaterialien zur Verbesserung der mecha nischen Halterung und des Vermeidens von Vibrationen angeord net sind.

Die Kerneinheit verfügt über wenigstens einen Kern, der bei spielsweise als so genannter Wickelkern ausgestaltet ist. So verfügt beispielsweise jeder Kern über so genannte Kernwick lungslagen, die durch die Halteöffnung geführt sind. Solche gewickelten Kerne und Materialien sind dem Fachmann jedoch bestens bekannt, so dass an dieser Stelle auf weitere Ausfüh rungen hierzu verzichtet werden kann.

Die Kerneinheit kann lediglich einen Kern mit einem mittigen Kernschenkel, der sich durch die Halteöffnung erstreckt, und zwei Rückführungsschenkeln, die zusammen mit dem Joch den Kranzabschnitt ausbilden, gebildet sein. Abweichend davon sind mehrere Kerne vorgesehen, die jeweils für sich einen ge schlossenen Eisenkreis oder Magnetkreis ausbilden. Vorteilhafterweise ist die Kerneinheit mit einem aushärtbaren Polymer imprägniert. Wie bereits zu Anfang ausgeführt wurde, ist der Kern Umwelteinflüssen ausgesetzt und besteht bevor zugt aus einem ferromagnetischen Material, insbesondere einem Elektroblech oder Elektroband, das beispielsweise als korn orientiertes Elektroblech ausgeführt ist. Die gesamte Dicke des zu einer Schleife des Kerns gewickelten Materials liegt beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm. Die weichmagneti schen Materialien müssen vor Korrosion geschützt werden, da mit die Kerneinheit nicht ihre magnetische Induktionswirkung verliert. Aus diesem Grunde ist ein Polymer vorgesehen, der im flüssigen Zustand der Kerneinheit zugeführt wird. Die Kerneinheit wird von der Flüssigkeit durchtränkt. Anschlie ßend wird das Polymer unter Wärmeeinwirkung, beispielsweise im Ofen und bevorzugt in einem Vakuumofen, ausgehärtet. Dabei zieht das Vakuum das noch flüssige Polymer in alle sonst den Umwelteinflüssen ausgesetzten Zwischenräume, so dass nach der vollständigen Polymerisierung des Polymers ein wirksamer Schutz für die Kerneinheit bereitgestellt ist. Das Polymer ist beispielsweise ein handelsüblicher Harz oder aber ein sonstiger im Bereich des Transformatorbaus eingesetzter Poly mer. Das Polymer kann übliche Zusatzstoffe aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügen die Haltemittel über einen Tragrahmen, der so ausgestaltet ist, dass er den außenliegenden Kranzabschnitt des Transformators vollständig umschließt. Mit anderen Worten bietet der Trag rahmen einen sicheren Schutz vor Feuchtigkeit und schädlichen Umwelteinflüssen, so dass die Wirkung der gegebenenfalls vor handenen Imprägnierung durch den Tragrahmen verstärkt wird. Grundsätzlich kann der Tragrahmen beliebig ausgestaltet wer den, solange er für eine vollständige Kapselung des Kranzab schnitts sorgt.

Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung verfügt der Tragrahmen jedoch über eine im Querschnitt C-förmige ge schlossen umlaufende Seitenwand, die den Kranzabschnitt voll ständig umgreift. Der Kranzabschnitt verläuft außen um den Wicklungsblock herum ringförmig oder mit anderen Worten kranzförmig, so dass dieser innerhalb des C-förmigen Tragrah mens angeordnet werden kann. Selbstverständlich ist der Trag rahmen an den Kranzabschnitt hinsichtlich seiner Dimensionie rung angepasst, so dass ein vollständiges Umgreifen des Kranzabschnitts möglich ist.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist zwischen dem Tragrahmen und dem Kranzabschnitt ein Dämmmate rial angeordnet. Das Dämmmaterial sorgt beispielsweise für eine Geräuschunterdrückung und für einen zusätzlichen Schutz des Kranzabschnitts. Zweckmäßiges Dämmmaterial ist beispiels weise ein geeignetes Glasfasergewebe, das neben der Schutz- und Lärmunterdrückungswirkung auch noch eine ausreichende Kühlung des beim Betrieb sich erwärmenden Kranzabschnitts er möglicht .

Vorteilhafterweise umfasst die Kerneinheit zwei Kerne, die sich jeweils mit einem Kernschenkel durch die Halteöffnung erstrecken und jeweils einen Schenkel des Wicklungskörpers vollumfänglich umschließen. Die Kerne sind vorteilhafterweise aus einem Elektroband gewickelt, das bereits weiter oben be schrieben wurde.

Zweckmäßigerweise ist zwischen den sich durch die Halteöff nung erstreckenden Kernschenkel der Kerne wenigstens eine Zwischenlage angeordnet, die Kühlkanäle begrenzt. Auf diese Art und Weise ist für eine ausreichende Kühlung der Kerne ge sorgt, da sich die Kerne während des Betriebs erwärmen und die entstehende Wärme abgeführt werden muss.

Vorteilhafterweise sind zwischen dem Wicklungsblock und der Kerneinheit Zwischenlagen angeordnet, die Kühlkanäle begren zen. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung sind Zwi schenlagen auch zwischen dem festen Halteblock und der Kern einheit angeordnet. Als Zwischenlagen kommen zum einen fle xible Materialien in Betracht, die Ausnehmungen ausbilden, durch welche die Kühlkanäle gebildet sind. Vorteilhafterweise verfügen die Haltemittel über eine am Mast montierbare Befestigungsschiene, die über eine formschlüssige Verbindung lösbar mit dem Tragrahmen verbindbar ist. Eine solche formschlüssige Verbindung ist beispielsweise eine ein fache Hakenverbindung, die zweckmäßigerweise ein Halteblech aufweist, in das ein am Tragrahmen ausgebildeter Haken einge hängt werden kann. Der Haken kann jedoch auch an der Befesti gungsschiene ausgebildet sein, wobei der Haken ein sich nach oben erstreckendes freies Ende aufweist, über das ein Halte bügel des Tragrahmens gestülpt werden kann.

Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn zum Halten des Wicklungsblocks eine Bodenstruktur vorgesehen ist, die an dem Tragrahmen befestigt ist. Die Bodenstruktur ist beispielswei se in Gestalt von zwei Haltebügeln realisiert, die jeweils an einer Seite des Tragrahmens montiert sind und eine korbartige Innenkontur begrenzen, die formkomplementär zur Außenkontur des Wicklungsblocks ausgebildet ist. Mit anderen Worten sind die Haltebügel so ausgebildet, dass der Wicklungsblock auf diesen abgestellt werden kann.

Die Bodenstruktur kann jedoch auch auf beliebige andere Art und Weise und auch mit zusätzlichem Dämmmaterial ausgestaltet sein .

Weiterhin ist es zweckmäßig, dass der Tragrahmen und/oder die Bodenstruktur mit einer Erdungsmutter ausgerüstet ist/sind. Die Erdungsmutter ermöglicht auf einfache Art und Weise eine sich in dem Halteblock angeordnete Abschirmung der Oberspan nungswicklung zu erden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dem erfindungsgemäßen Transformator einen so genannten

Spannungsableiter parallel zu schalten. Die Haltemutter dient zum Anschluss des Spannungsableiters .

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirken de Bauteile verweisen und

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Transformators in einer schematisch geschnittenen Seitenansicht,

Figur 2 den Transformator gemäß Figur 1 in einer an einem Mast montierten Stellung und

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin

dungsgemäßen Transformators verdeutlichen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transformators 20 in einer geschnittenen schematischen Sei tenansicht. Der Transformator 20 verfügt über einen Wick lungskörper 1, der einen oder zwei feste und trockene Iso lierkörper aus Gießharz sowie zwei Unterspannungswicklungen und eine Oberspannungswicklung umfasst. Die besagten Wicklun gen sind figürlich nicht dargestellt. Dabei ist die Oberspan nungswicklung zwischen den Unterspannungswicklungen angeord net. Ferner ist die Oberspannungswicklung von einer Abschir mung umgeben, die figürlich ebenfalls nicht dargestellt ist.

An dem Wicklungskörper 1 ist eine Durchführung 3 angeformt, die sich von dem Wicklungskörper 1 zu einem freiende Ende hin erstreckt, an dem ein Freiluftanschluss 30 ausgebildet ist. Eine weitere entsprechend ausgebildete Durchführung liegt in Blickrichtung genau hinter der Durchführung 3 und ist daher in Figur 1 nicht erkennbar. Darüber hinaus sind die Isolier rippen der Durchführung 3 schematisch angedeutet. Durch die Durchführung 3 erstreckt sich ein figürlich nicht dargestell ter Innenleiter, der den Freiluftanschluss 30 mit der Hoch spannungswicklung des Wicklungskörpers 1 verbindet. Im unte ren Wicklungskörperabschnitt 23 sind Niederspannungsan schlussklemmen 4 ausgebildet, die jeweils mit den beiden Un terspannungswicklungen verbunden sind. Der Wicklungskörper 1 bildet zwei Wicklungskörperschenkel 21 und 22 aus, die durch einen unteren 23 und einen oberen 24 Wicklungskörperabschnitt miteinander verbunden sind. Dabei begrenzen die Wicklungskörperschenkel 21, 22 sowie der obere und untere Wicklungskörperabschnitt 23, 24 eine Halteöffnung 25, die von einer Kerneinheit 26 durchragt wird. Die Kernein heit 26 verfügt über einen ersten Kern 2.1 sowie einen zwei ten Kern 2.2, die jeweils einen Wicklungskörperschenkel 21 beziehungsweise 22 vollumfänglich umschließen. Bei jedem Kern 2.1, 2.2 handelt es sich um einen so genannten gewickelten Kern, bei dem der Kern aus mehreren Wicklungs- oder Elektro- bändern besteht, die aneinander anliegen. Dabei sind die Elektrobänder oder Elektrobleche kornorientierte Elektroble- che oder bestehen aus einem amorphen Material. Gewickelte Kerne dieser Art sind jedoch dem Fachmann bekannt, so dass an dieser Stelle nicht genauer hierauf eingegangen werden muss.

Die beiden Kerne 2.1 und 2.2 weisen jeweils einen Schenkel auf, mit denen sich der jeweilige Kern 2.1 beziehungsweise 2.2 durch die Halteöffnung 25 erstreckt. Außerhalb der Halte öffnung 25 erstreckt sich die Kerneinheit 26 kranzförmig mit einem Kranzabschnitt 27 um den Wicklungskörper 1 herum.

Zum Schutz vor Korrosion wurden die Kerne 2.1, 2.2 und zwar sowohl der Kranzabschnitt 27 als auch die sich durch die Hal teöffnung 25 hindurch erstreckenden Schenkel mit einem Poly mer, hier Harz, imprägniert. Das Harz wurde im flüssigen Zu stand in einem Vakuumofen auf den Kern gegeben, so dass auf grund des Vakuums das flüssige Harz in alle Zwischenräume des jeweiligen Kerns 2.1, 2.2 eindringt. Anschließend härtet das Harz aufgrund der Wärme des Ofens aus, so dass die Elektro bänder oder Elektrobleche der Kerne 2.1 und 2.2 mit Harz im prägniert sind. Auf diese Art und Weise ist ein wirksamer Korrosionsschutz bereitgestellt.

Zur Erhöhung des Korrosionsschutzes, aber auch zur Befesti gung des Transformators 20 ist ein Tragrahmen 5 vorgesehen, der C-förmige Seitenwände aufweist, die den Kranzabschnitt 27 der Kerneinheit 26 vollumfänglich umschließen. Mit anderen Worten ist der Kranzabschnitt 27 vollständig innerhalb des Tragrahmens 5 angeordnet. Zwischen dem Tragrahmen 5 und dem Kranzabschnitt 27 ist ein Korrosionsschutz und ein Dämmmate rial 6 eingefügt, das zum einen einen notwendigen Korrosions schutz, zum anderen auch eine Dämpfung der beim Betrieb des Transformators auftretenden Geräusche dient. Als Korrosions schutz und Dämmmaterial 6 kommt beispielsweise ein geeignetes Glasfasermaterial in Betracht.

An dem Tragrahmen 5 ist eine Erdungsmutter 10 erkennbar, die auf einem mit einem Außengewinde versehenen Stift des Trag rahmens 5 aufgeschraubt ist, wobei der besagte Stift mit der bereits weiter oben beschriebenen Abschirmung verbunden ist. Die Erdungsmutter 10 ermöglicht ein einfaches Erden der Ab schirmung, aber auch die Verbindung des Transformators mit einem Ableiter, der so den gewünschten Schutz des Transforma tors vor Überspannungen bereitstellt .

Zwischen den Wicklungskörperschenkeln 21 und dem jeweiligen Abschnitt des Kerns 2.1 beziehungsweise 2.2 sind Zwischenla gen 9.1 angeordnet, die aus einem Elastomer bestehen und Kühlkanäle ausbilden, die von der Zwischenlage 9.1 dem jewei ligen Schenkel 21 beziehungsweise 22 sowie dem jeweiligen Kernabschnitt begrenzt sind. Eine Zwischenlage 9.2 zwischen den Kernen 2.1 und 2.2 dient ebenfalls zur Begrenzung von Kühlkanälen, wobei die Zwischenlagen elastisch ausgebildet und auch der Schallunterdrückung dienen.

Figur 2 zeigt die Befestigung des Transformators 20 gemäß Fi gur 1 an einem Mast 8. Hierzu weist der Transformator 20 Hal temittel auf, die eine Befestigungsschiene 7.1 umfassen, die über zwei hakenförmige Masthalterungen 8.1 am Mast 8 befes tigt sind. Dabei bildet die Befestigungsschiene 7.1 jeweils ein Gegenstück 7.3 zu den hakenförmigen Masthalterungen 8.1 aus, so dass die Befestigungsschiene 7.1 schnell und einfach in die Masthalterung 8.1 eingehakt werden kann. Die Befesti gungsschiene 7.1 ist fest mit dem Tragrahmen 5 verbunden. Neben der Masthalterung 8.1, der Befestigungsschiene 7.1, der dem Gegenstück 7.3 und dem Tragrahmen 5 umfassen die Halte mittel eine Bodenstruktur 7.2, die in dem in Figur 2 gezeig ten Ausführungsbeispiel fest mit dem Tragrahmen 5 verbunden ist und den Wicklungskörper 1 von unten her stützt, so dass für eine zusätzliche Stabilisierung des Transformators 1 ge sorgt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind Halte schiene 7.1 und Bodenstruktur 7.2 als separate und lösbar miteinander verbundene Komponenten ausgeführt.

Für die Montage wird zunächst der Wicklungskörper 1 zusammen mit der Durchführung 3 hergestellt. Anschließend werden die Kerne 2.1 und 2.2 um die Wicklungskörperschenkel 21 und 22 montiert, wobei die Zwischenlagen 9.1 und 9.2 eingelegt wer den. Anschließend kommt es zur Montage des Tragrahmens 5 zu sammen mit dem Korrosionsschutz und dem Dämmmaterial 6. Dann erfolgt die Montage der Befestigungsschiene 7.1 und der Bo denstruktur 7.2. Schließlich erfolgt das Einhängen in die be reits fest am Mast 8 montierte Masthalterung 8.1. Um eine Montage, beispielsweise unter Zuhilfenahme von Hebefahrzeugen wie Kränen oder dergleichen, zu vereinfachen, sind in den Haltemitteln M Aufhängeöffnungen 11 vorgesehen.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Transformators 20. Die dort gezeigte Masthalte rung 8.1 ist mit einer oberen und einer unteren Masthalterung 8.1 ausgerüstet, wobei jede Masthalterung 8.1 nur einen Haken ausbildet, in den jeweils ein Gegenstück 7.3 eingehängt wer den kann. Die Gegenstücke 7.3 sind wieder an der Befesti gungsschiene 7.3 angeordnet, die an ihrer von dem Gegenstück 7.3 abgewandten Seite fest mit einem Teil des Tragrahmens 5 verbunden ist. Die Befestigungsschiene 7.1 ist im Gegensatz zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel L-förmig aus gebildet und verfügt über einen senkrechten, sich parallel zum Mast erstreckenden Abschnitt sowie über einen horizonta len Abschnitt, mit dem die Befestigungsschiene 7.1 den Wick lungskörper 1 untergreift. Dabei ist die Befestigungsschien 7.1 an ihrer vom Mast 8 abgewandten Seite auch mit einem an deren Teil des Tragrahmens 5 verbunden, so dass eine stabile Einheit zwischen Wicklungskörper 1, Kerneinheit 26 und Halte mittel 5, 7.1 und 7.3 bereitgestellt ist. Die beiden besagten Teile des Tragrahmens 5 sind miteinander verschraubt. Der von dem Mast 8 abgewandte Teil des Tragrahmens 5 ist in einer Draufsicht auf den Transformator 20 C-förmig ausgebildet und an den Enden seiner freien Schenkel mit dem länglich sich in einer Richtung erstreckenden an deren Teil des Tragrahmens 5 verschraubt.

Am Tragrahmen 5 befestigte Halteösen 7.4 vereinfachen die Montage des Transformators 20 mittels eines Hebekrans am Mast