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Die Erfindung geht aus von einer Ausleitung für eine Unterspannungswicklung eines Trockentransformators, umfassend einen länglichen, aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder aus einer elektrisch leitfähigen Metalllegierung hergestellten Leiterstab, der einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüber angeordneten Hauptflächen und zwei diese miteinander verbindenden Stirnflächen aufweist, und eine Isolierung, die einen Abschnitt des Außenumfangs des Leiterstabs bedeckt. Ferner betrifft die Erfindung einen Trockentransformator mit zumindest einer Unterspannungswicklung und zumindest einer Ausleitung, die an die Unterspannungswicklung angeschlossen ist.
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Trockentransformatoren haben an der Unterspannungswicklung sogenannte Ausleitungen, welche den Kontakt zu Spulenanfang und Spulenende darstellen. Ausleitungen umfassen normalerweise längliche Leiterstäbe aus Aluminium oder Kupfer mit rechteckigem Querschnitt. Diese Leiterstäbe sind teilweise isoliert, um Überschläge zwischen der Ausleitung und den geerdeten Teilen, wie beispielsweise der Transformatorkern, und Überschläge zwischen den Hochspannung führenden Teilen des Transformators und den Leiterstäben zu verhindern. Es ist vorteilhaft, die Kanten der Leiterstäbe abzurunden, um einerseits die lokale Feldstärke an den Kanten und damit das Überschlagsrisiko zu minimieren und um andererseits eine Beschädigung der Isolierung durch Kerbwirkung zu verhindern. Ferner ist es bekannt, in die Unterspannungswicklungen Temperatursensoren einzubringen, um während des Betriebs die Betriebstemperatur zu überwachen und beispielsweise unter Einsatz eines Kühllüfters zu regeln. Temperatursensoren und ihre Kabelzuleitungen müssen sowohl gegen die Spannung der Unterspannungsspule als auch gegen mögliche Überschläge von der Hochspannungsseite her isoliert werden. Insbesondere im letzteren Fall besteht die Gefahr, dass hohe Spannungen in die Leittechnik der Transformatorstation verschleppt werden und dort Sach- und evtl. sogar Personenschäden verursachen. Es ist üblich, an beiden Seiten der Ausleitung einen Temperatursensor vorzusehen, um somit die Messwerte gegeneinander abzugleichen und auch bei einem beschädigten Temperatursensor die Funktion aufrechtzuerhalten.
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Die Isolierung der Ausleitungen erfolgt derzeit normalerweise unter Einsatz von Bandagen aus Isoliermaterial wie z.B. Elkosil oder Isoseal, von Schrumpfschläuchen oder von Isolierlacken.
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Die Abrundung der Kanten der Leiterstäbe wird entweder durch die Verwendung von stranggepresstem Material mit entsprechendem Querschnitt oder durch Abrunden in spanender Verarbeitung erreicht, beispielsweise im Rahmen einer Radienfräsbearbeitung.
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Die ausreichende elektrische Festigkeit des Temperatursensors mit Kabelzuleitung wird durch eine Umhüllung mit isolierenden Materialien erzielt. Häufig wird auch ein separates Isolierröhrchen in die Unterspannungsspule eingebracht, regelmäßig unmittelbar benachbart zu den Ausleitungen, in das dann der Temperatursensor von außen eingeschoben wird. Die Kabelzuleitung des Sensors wird dann in Luft neben der Ausleitung geführt. Diese Methode ermöglicht auch ein einfaches Austauschen des Sensors im Falle einer Beschädigung. Die gattungsbildende Druckschrift
CN 1 13 808 822 A beschreibt eine Ausleitung für eine Unterspannungswicklung eines Trockentransformators, bei der ein länglicher Leiterstab mit Isolierung und bestimmten Wicklungsanordnungen verwendet wird. Die
DE 103 31 486 A1 offenbart einen elektrischen Leiter für Transformatoren, bei dem Hohlkammerprofile aus elektrisch isolierendem Material an den Stirnflächen des Leiterstabs vorgesehen sind und in denen ein Temperatursensor angeordnet werden kann. Die
US 2017 / 0 117 090 A1 zeigt eine Spulenanordnung mit flachen Leitern und Isolierung, die eine kompakte Bauweise ermöglicht.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ausleitungen der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung eine Ausleitung für eine Unterspannungswicklung eines Trockentransformators, umfassend einen länglichen, aus einem elektrisch leitfähigem Metall oder aus einer elektrisch leitfähigen Metalllegierung hergestellten Leiterstab, der einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüber angeordneten Hauptflächen und zwei diese miteinander verbindenden Stirnflächen aufweist, und eine Isolierung, die einen Abschnitt des Außenumfangs des Leiterstabs bedeckt, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Isolierung an den Stirnflächen des Leiterstabs anliegende Hohlkammerprofile vorgesehen sind, wobei jedes Hohlkammerprofil aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und im Querschnitt betrachtet eine ebene Anlagewand und eine U-förmigen Kuppelwand aufweist, und wobei der Außenumfang jedes Hohlkammerprofils zumindest über die von der Isolierung bedeckte Länge mit einer elektrisch leitenden Umhüllung versehen ist.
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Ein erster Vorteil des Aufbaus der erfindungsgemäßen Ausleitung besteht darin, dass durch das Hohlkammerprofil in Verbindung mit dem metallischen Überzug die gewünschte gerundete Geometrie für eine optimale Feldverteilung erzeugt wird, ohne dass eine aufwändige zusätzliche Bearbeitung des Leiterstabs notwendig wäre oder stranggepresstes Material verwendet werden müsste, was die Gestaltungsfreiheit der Ausleitungskonstruktion einschränken würde. Oberflächliche Beschädigungen im Kantenbereich des Leiterstabs, die ebenfalls zu lokalen Feldüberhöhungen führen, werden durch das Hohlkammerprofil abgedeckt und damit unschädlich gemacht. Ferner wird der Kantenschutz für die Isolierung durch die gerundete Geometrie des Hohlkammerprofils gewährleistet. Zudem wird durch diese die Rissgefahr von Epoxidharz minimiert, das regelmäßig zur Versiegelung der Stirnseiten der Unterspannungsspule eingesetzt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Hohlraum des Hohlkammerprofils ein Temperatursensor mit Kabelzuleitung eingeschoben werden kann, soweit der Querschnitt des Hohlkammerprofil passend zu den Außenabmessungen eines zu verwendenden Temperatursensors gewählt ist. Dank des Hohlkammerprofils wird der elektrische und mechanische Schutz des Temperatursensors einschließlich seiner Kabelzuleitung erheblich verbessert, insbesondere in den Bereichen, in denen sich da sich alle Komponenten unter der Isolierung befinden. Die Isolierung der Ausleitung ist in der Regel stärker dimensioniert als die Isolierung des Temperatursensors und seiner Kabelzuleitung. Die Isolierung der Ausleitung schützt in dieser Anordnung den Temperatursensor und seine Kabelzuleitung mit, sowohl vor Überschlägen von der Hochspannungsseite als auch vor mechanischen Einflüssen, Feuchte, Schmutz, etc. Die elektrisch leitende Umhüllung bildet einen Faraday'schen Käfig, um den Temperatursensor zu schützen und Überschläge von der Hochspannungsseite in den Temperatursensor auch bei Versagen der Isolierung der Ausleitung verhindert. Elektromagnetische Einkopplungen in den Temperatursensor können durch eine ausreichend dämpfende Umhüllung ebenfalls vermieden werden.
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Dank der optimierten Geometrie der erfindungsgemäßen Ausleitung und der geschützten Platzierung des Temperatursensors mit Kabelzuleitung können die elektrischen Abstände zwischen den Hochspannung führenden Teilen des Transformators und der Ausleitung mit Temperatursensor und Kabelzuleitung verringert und damit der Transformator kleiner und kostengünstiger gebaut werden. Der Mehraufwand an Material und Fertigungszeit für die erfindungsgemäße Lösung ist sehr begrenzt.
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Bevorzugt ist der Leiterstab aus Kupfer oder aus Aluminium hergestellt.
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Die Isolierung der erfindungsgemäßen Ausleitung kann insbesondere als Isolierbandwicklung oder als Schrumpfschlauch aus Isoliermaterial ausgeführt sein.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Hohlkammerprofile aus einem Material hergestellt, das bezogen auf die Betriebstemperatur der Ausleitung oder der Unterspannungswicklung, in welche diese eingebaut werden soll, temperaturbeständig ist. Temperaturbeständig bedeutet vorliegend, dass das Material im Bereich der Betriebstemperatur der Unterspannungswicklung seine physikalischen Eigenschaften im Wesentlichen beibehält, insbesondere formstabil bleibt und nicht zerstört wird.
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Bevorzugt sind die Hohlkammerprofile aus einem biegsamen und/oder elastischen und/oder flexiblen Material hergestellt. Diese Eigenschaften sind insbesondere bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Ausleitung von Vorteil, wenn die Hohlkammerprofile in einem gebogenen Abschnitt des Leiterstabs angeordnet werden sollen. Ferner können elastische Hohlkammerprofile Stöße von außen abfedern und somit die Gefahr von Beschädigungen minimieren, insbesondere Beschädigungen des Temperatursensors und dessen Kabelzuleitung. Besonders vorteilhaft sind die Hohlkammerprofile aus Silikongummi hergestellt, das alle dieser Eigenschaften aufweist.
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Die Breite der Anlagewand einschließlich Umhüllung entspricht bevorzugt der Breite der Stirnflächen der Leiterstäbe. Damit fluchten die Oberflächen der mit der Umhüllung versehenen Hohlkammerprofile mit den Hauptflächen des Leiterstabs.
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Vorteilhaft weisen die Anlagewand und die U-förmigen Kuppelwand des Hohlkammerprofils eine Stärke von wenigstens 1,5 mm auf, bevorzugt eine Stärke von wenigstens 2,0 mm. So konnten beispielsweise mit einem Silikon-Hohlkammerprofil von 2 mm Wandstärke Durchschlagsfeldstärken von bis zu 45 kV realisiert werden.
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Die elektrisch leitende Umhüllung ist insbesondere als metallisches Geflecht oder Gestrick, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminiumdrähten, oder als Überzug aus leitfähigem Lack ausgebildet.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung steht zumindest eines der Hohlkammerprofile, insbesondere einschließlich der Umhüllung, über den isolierten Abschnitt des Leiterstabs vor, so dass es im montierten Zustand der Ausleitung weiter als die Isolierung in die Unterspannungswicklung eintaucht. Ein solcher Aufbau ist vorteilhaft, wenn die Position des Temperatursensors jenseits der Isolierung gelegen sein soll.
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Vorteilhaft ist das in im montierten Zustand der Ausleitung in die Unterspannungswicklung eintauchende freie Ende zumindest eines Hohlkammerprofils mit einem Stopfen verschlossen. Das freie Ende des Hohlkammerprofils bildet in Bezug auf die Durchschlagfestigkeit einen kritischen Punkt, der unter Einsatz eines solchen Stopfens eliminiert wird. Alternativ kann das freie Ende des Hohlkammerprofils aber auch durch eine Verlängerung des Hohlkammerprofils an einen unkritischen Punkt verlegt werden.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Trockentransformator mit zumindest einer Unterspannungswicklung und zumindest einer erfindungsgemäßen Ausleitung, die an die Unterspannungswicklung angeschlossen ist.
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Bevorzugt ist durch zumindest eines der Hohlkammerprofile der zumindest einen Ausleitung ein Temperatursensor mit Kabelzuleitung geführt, bevorzugt je ein Temperatursensor mit Kabelzuführung durch jedes der Hohlkammerprofile.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Trockentransformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische perspektivische Teilansicht eines Leiterstabs einer Ausleitung des in 1 gezeigten Transformators;
- 3 eine schematische perspektivische Teilansicht des in 2 gezeigten Leiterstabs, der an seinen Stirnseiten jeweils mit einem eine Umhüllung aufweisenden Hohlkammerprofil versehen ist;
- 4 eine schematische Querschnittansicht eines der mit einer Umhüllung aufweisenden Hohlkammerprofile; und
- 5 eine schematische Teilansicht der Ausleitung.
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Der in 1 dargestellte Trockentransformator 1 umfasst einen vorliegend nicht sichtbaren Eisenkern mit drei sich in vertikaler Richtung erstreckenden Kernschenkeln, die über ein oberes und ein unteres Joch miteinander verbunden, die wiederum zwischen einem Paar von oberen Längsträgern 2 und einem Paar von unteren Längsträgern 3 aufgenommen sind. Auf jedem der Kernschenkel sitzt eine Wicklung 4. Jede Wicklung 4 umfasst eine innenliegende Unterspannungswicklung 5 und eine außenliegende Oberspannungswicklung 6, die konzentrisch zueinander angeordnet und durch einen Isolierzylinder 7 elektrisch voneinander getrennt sind. An die Unterspannungswicklungen 5 sind Ausleitungen 8 angeschlossen, bei denen es sich um solche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt und deren Aufbau nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 näher erläutert ist.
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2 zeigt einen länglichen Leiterstab 9 als zentrales Bauteil der Ausleitung 8. Der Leiterstab 9 ist aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder aus einer elektrisch leitfähigen Metalllegierung hergestellt, bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium. Er hat einen rechteckigen Querschnitt mit zwei einander gegenüber angeordneten Hauptflächen 10 und 11 und zwei diese miteinander verbindenden Stirnflächen 12 und 13. Vorliegend weist der Leiterstab 9 in demjenigen Bereich, in dem die Ausleitung 8 aus der Unterspannungswicklung 5 geführt ist, einen gebogenen Abschnitt 14 auf.
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3 zeigt den in 2 dargestellten Leiterstab 9, an dessen Stirnflächen 12, 13 jeweils ein mit einer elektrisch leitenden Umhüllung 15 versehenes Hohlkammerprofil 16 unter Bildung einer galvanischen Verbindung anliegt, das in 4 im Querschnitt dargestellt ist. Die Hohlkammerprofile 16 weisen im Querschnitt betrachtet jeweils eine ebene Anlagewand 17 und eine U-förmigen Kuppelwand 18 auf. Die Breite b der Anlagewand 17 einschließlich Umhüllung 15 entspricht vorliegend der Breite B der Stirnflächen 12, 13 des Leiterstabs 9, so dass die Hauptflächen 10, 11 des Leiterstabs 9 und die Außenflächen der mit der Umhüllung 15 versehenen Kuppelwände 18 bündig ineinander übergehen. Die Anlagewand 17 und die U-förmigen Kuppelwand 18 der Hohlkammerprofile 16 haben vorliegend eine Stärke s von wenigstens 1,5 mm, besser noch von wenigstens 2,0 mm. Die Hohlkammerprofile 16 sind aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt. Das Material, bei dem es sich vorliegend um ein Silikongummi handelt, ist zudem insbesondere biegsam und elastisch und flexibel sowie bezogen auf die Betriebstemperatur der Ausleitung 8 temperaturbeständig. Das freie Ende der Hohlkammerprofile 16 ist jeweils aus mit einem Stopfen 19, der aus dem gleichen Material wie die Hohlkammerprofile hergestellt sein kann, oder mit einem Isolierkleber verschlossen. Die elektrisch leitende Umhüllung 15 ist bevorzugt als metallisches Geflecht oder Gestrick, beispielsweise hergestellt aus Kupfer- oder Aluminiumdrähten, ausgebildet. Alternativ kann die Umhüllung 15 aber auch als Überzug aus leitfähigem Lack realisiert sein.
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5 zeigt die in 3 dargestellte Anordnung. Zusätzlich ist eine die Ausleitung 8 fertigstellende Isolierung 20 vorgesehen, die einen Abschnitt des Außenumfangs des Leiterstabs 9 mit daran gehaltenen umhüllten Hohlkammerprofilen 16 bedeckt, vorliegend den gebogenen Abschnitt 14 im aus der Unterspannungsspule 5 herausgeführten Bereich der Ausleitung 8. Die Isolierung 20 kann beispielsweise als Isolierbandwicklung oder als Schrumpfschlauch aus Isoliermaterial ausgeführt sein.
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5 zeigt ferner in der oberen rechten Ecke einen Temperatursensor 21 mit Kabelzuleitung. Der Querschnitt der Hohlkammerprofile 16 ist derart gewählt, dass sich der Temperatursensor 21 einschließlich Kabelzuführung von oben in die Hohlkammerprofile 16 einschieben lässt. Im unteren Bereich der 5 sieht man den Temperatursensor 21 einschließlich Kabelzuführung im gepunktet dargestellten eingeschobenen Zustand. Die Länge der Hohlkammerprofile 16 wird hier durch die gewünschte Position des Temperatursensors 21 bestimmt. Beide Hohlkammerprofile 16 können mit einem solchen Temperatursensor 21 versehen sein.
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Die eingangs bereits genannten Vorteile, die mit dem zuvor beschriebenen Aufbau erfindungsgemäßer Ausleitungen 8 einhergehen, lassen sich sehr preiswert erzielen. Silikonprofile mit umhüllendem metallischem Geflecht oder Gestrick werden als sogenannte EMV-Dichtungen angeboten und sind kostengünstig am Markt als Rollenware mit beliebigem Profil erhältlich. Dank der elektrischen Isolierung des Temperatursensors 21 und seiner Kabelzuleitung gegen das Potential der Unterspannungswicklung 5 lassen sich sehr gute Durchschlagsfeldstärken von bis zu 45 kV realisieren. Vorteilhaft ist hier, dass das Hohlkammerprofil 16 den Temperatursensor 21 mit Kabelzuleitung komplett umgibt. Somit ist es möglich mit denselben Temperatursensoren, die in bisheriger Technik verwendet wurden, höhere Isolierpegel zu der Unterspannungswicklung 5 zu realisieren, bzw. denselben Isolierpegel mit schwächer isolierten und damit kostengünstigeren Temperatursensoren zu erreichen.