Title:
Vorrichtung zum Erzeugen einer Klemmkraft für eine Wicklung innerhalb eines mit einer Isolierflüssigkeit befüllten Kessels eines elektrischen Geräts
Kind Code:
A1


Abstract:

Um eine Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer Klemmkraft für eine Wicklung innerhalb eines mit einer Isolierflüssigkeit befüllten Kessels eines elektrischen Geräts mit einer Zylindereinheit (2) und einer in Längsrichtung relativ zur Zylindereinheit (2) beweglichen Kolbeneinheit (3), die über Federmittel (11) an der Zylindereinheit (2) abgestützt ist, wobei die Zylindereinheit (2) und die Kolbeneinheit (3) eine gegenüber der Isolierflüssigkeit nicht abgedichtete Hydraulikkammer (8) begrenzen, bereitzustellen, die einfach herstellbar und kostengünstig ist, wird vorgeschlagen, dass die Federmittel (11) außerhalb der Hydraulikkammer (8) angeordnet sind. embedded image




Inventors:
Case, Justin (Graz, AT)
Pregartner, Helmut (Weiz, AT)
Romen, Manfred (Ilztal, AT)
Schrammel, Alfons-Karl (Waldbach, AT)
Wind, Rene (Graz, AT)
Application Number:
DE102016225414A
Publication Date:
06/21/2018
Filing Date:
12/19/2016
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:



Foreign References:
GB19159921A
31720641965-03-02
37726271973-11-13
CN202093959U2011-12-28
GB191509921A1916-07-06
CA2321436A12001-04-01
Claims:
Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer Klemmkraft für eine Wicklung innerhalb eines mit einer Isolierflüssigkeit befüllten Kessels eines elektrischen Geräts mit
- einer Zylindereinheit (2) und
- einer in Längsrichtung relativ zur Zylindereinheit (2) beweglichen Kolbeneinheit (3), die über Federmittel (11) an der Zylindereinheit (2) abgestützt ist,
- wobei die Zylindereinheit (2) und die Kolbeneinheit (3) eine gegenüber der Isolierflüssigkeit nicht abgedichtete Hydraulikkammer (8) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (11) außerhalb der Hydraulikkammer (8) angeordnet sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (11) einen inneren sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden Federinnenraum (14) umschließen, in den hinein sich ein Abschnitt der Zylindereinheit (12) erstreckt.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (3) ein Kolbenelement (4) aufweist und die Zylindereinheit (2) einen einseitig geöffneten Hohlzylinder begrenzt, in den hinein sich das Kolbenelement (4) mit einem Eintauchabschnitt (7) erstreckt, wobei der Hohlzylinder formkomplementär zum Eintauchabschnitt (7) ausgebildet ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintauchabschnitt (7) mit Spiel in dem Hohlzylinder angeordnet ist.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel im Bereich von 0,006mm und 0,2mm liegt.

Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (4) zylinderförmig ausgebildet ist.

Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbeneinheit (3) ein fest mit dem Kolbenelement (4) verbundenes Schulterelement (9) aufweist, das eine Seitenwandbegrenzung (6) des Hohlzylinders in einer rechtwinklig zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung überragt und einen Widerlagerabschnitt ausbildet (10), an dem die Federmittel (11) abgestützt sind.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinheit (2) einen dem Widerlagerabschnitt (10) in Längsrichtung gegenüberliegenden Abstützabschnitt (12) ausbildet, an dem die Federmittel (11) abgestützt sind.

Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (4) sich durch das Schulterelement (9) erstreckt und an seiner von der Zylindereinheit (2) abgewandten Seite einen Klemmstutzen (13) ausbildet.

Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel Druckfedern (11) umfassen.

Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern Tellerfedern (11) sind.

Elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsversorgungsnetz mit
- einem magnetisierbaren Kern,
- wenigstens einer einen Abschnitt des Kerns umschließenden Wicklung,
- einem mit einer Isolierflüssigkeit befüllten Kessel, in dem der Kern und jede Wicklung angeordnet sind, und
- einer am Kern und der Wicklung abgestützten Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Klemmkraft für eine Wicklung innerhalb eines mit einer Isolierflüssigkeit befüllten Kessels eines elektrischen Geräts mit einer Zylindereinheit und einer in Längsrichtung relativ zur Zylindereinheit beweglichen Kolbeneinheit, die über Federmittel an der Zylindereinheit abgestützt ist, wobei die Zylindereinheit und die Kolbeneinheit eine gegenüber der Isolierflüssigkeit nicht abgedichtete Hydraulikkammer begrenzen.

Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer einen Abschnitt des Kerns umschließenden Wicklung und einem mit Isolierflüssigkeit befüllten Kessel.

Eine solche Vorrichtung und ein solches elektrisches Gerät sind aus der kanadischen Offenlegungsschrift CA 2,321,436 bereits bekannt. Dort ist eine Klemmvorrichtung offenbart, die aus einer Kolben- sowie einer Zylindereinheit besteht. Die Zylindereinheit begrenzt einen Hohlraum, in dem sich ein Kolbenabschnitt der Kolbeneinheit erstreckt. Der Kolbenabschnitt und die Innenwandung des Hohlraums begrenzen eine Hydraulikkammer, in der Tellerfedern angeordnet sind. Durch die Tellerfedern erstreckt sich ein Ausrichtungsstift. Nach dem Entfernen von Arretierungsmitteln ist der Kolbenabschnitt innerhalb der Zylindereinheit in einer Längsrichtung beweglich geführt, wobei ein Dichtring für eine Abdichtung der Hydraulikkammer gegenüber Flüssigkeiten sorgt. Der Kolbenabschnitt ist über einen in seiner Längsausdehnung einstellbaren Stutzen an einem Kern oder einer Wicklung eines Transformators abgestützt, wobei die Wicklung und der Kern innerhalb eines mit einem Isolierfluid befüllten Kessels angeordnet sind. Der Kolbenabschnitt ist mit einem Flüssigkeitskanal ausgerüstet, der sich durch den Kolbenabschnitt hindurch erstreckt, so dass der Ein- oder Austritt von Isolierflüssigkeit in beziehungsweise aus der Hydraulikkammer ermöglicht ist. Die Hydraulikflüssigkeit ist inkompressibel, so dass die in der Hydraulikkammer angeordnete Flüssigkeit dafür sorgt, dass die Klemmvorrichtung hochfrequenten Beanspruchungen, beispielsweise in Folgen von transienten Kurzschlusskräften, nicht folgt.

Der vorbekannten Vorrichtung und dem eingangs genannten elektrischen Gerät haftet der Nachteil an, dass sie von ihrer Konstruktion her aufwändig und daher kostenintensiv sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, die in ihrer Konstruktion einfach und daher kostengünstig sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Federmittel außerhalb der Hydraulikkammer angeordnet sind.

Ausgehend von dem eingangs genannten elektrischen Gerät löst die Erfindung die Aufgabe durch eine solche am Kern und der Wicklung abgestützte Vorrichtung.

Durch die Anordnung der Federmittel außerhalb der Hydraulikkammer kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einfacher ausgelegt werden und ist somit wesentlich kostengünstiger als die aus dem nächstkommenden Stand der Technik bekannte Vorrichtung. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung im Fehlerfall einfach demontiert werden, so dass beispielsweise bei einer Wartung die Federmittel schnell und einfach ausgetauscht werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus kompakter als vorbekannte Vorrichtungen.

Vorteilhafterweise umschließen die Federmittel einen inneren sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckenden Federinnenraum, in den hinein sich ein Abschnitt der Zylindereinheit erstreckt. In dem Abschnitt der Zylindereinheit, der innerhalb der Federn angeordnet ist, ist zweckmäßigerweise die Hydraulikkammer vorgesehen. Somit ist auch die Hydraulikkammer indem Federinnenraum angeordnet. Dies führt zu einer noch kompakteren Bauweise.

Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung weist die Kolbeneinheit ein Kolbenelement auf, wobei die Zylindereinheit einen einseitig geöffneten Hohlzylinder begrenzt, in den hinein sich das Kolbenelement mit einem Eintauchabschnitt erstreckt. Dabei ist der Hohlzylinder formkomplementär zum Eintauchabschnitt ausgebildet. Zwischen der Stirnseite des Eintauchabschnitts und der inneren Oberfläche des Hohlzylinders ist die Hydraulikkammer begrenzt. Durch die formkomplementäre Ausbildung des Eintauchabschnitts zum Hohlzylinder kann eine Isolierflüssigkeit bei kurzzeitigen Krafteinwirkungen nicht schnell genug aus der Hydraulikkammer entweichen, so dass die inkompressible Flüssigkeit in der Hydraulikkammer verbleibt und dort wie ein Festkörper wirkt und ein Zusammenschieben von Kolben- und Zylindereinheit verhindert. Bei langsameren Krafteinwirkungen auf Kolben- und Zylindereinheit kann das flüssige Isolierfluid jedoch aus der Hydraulikkammer entweichen oder in diese gelangen. Schrumpft die Wicklung, an der die Vorrichtung abgestützt ist, beispielsweise durch übliche Alterungsprozesse etwas, drücken die Federmittel Kolben- und Zylindereinheit auseinander, wobei Isolierflüssigkeit von außen in die vergrößerte Hydraulikkammer nachströmt, so dass diese auch weiterhin vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt bleibt.

Zweckmäßigerweise ist der Eintauchabschnitt mit Spiel in dem Hohlzylinder angeordnet. Das Spiel ergibt sich dadurch, dass der Außendurchmesser des Eintauchabschnitts etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Hohlzylinders. Auf diese Art und Weise liegt der Eintauchabschnitt mit seiner Außenwandung nicht dichtend an der Innenwandung des Hohlzylinders an. Vielmehr ist zwischen dem Eintauchabschnitt und der Innenwandung des Hohlzylinders ein sehr kleiner Spalt begrenzt, durch den Isolierflüssigkeit allmählich aus dem Ölraum eines Kessels eines elektrischen Geräts in die Hydraulikkammer gelangen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung liegt das Spiel in einem Bereich zwischen 0,006mm und 0,2mm. Ein Spiel in diesem Bereich stellt sicher, dass bei den üblichen Anforderungen an Transformatoren oder Drosselbereich die Flüssigkeit ausreichend schnell aus der Hydraulikkammer heraus beziehungsweise in diese hinein gelangen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Kolbenelement zylinderförmig ausgebildet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist selbstverständlich auch der formkomplementäre Hohlzylinder zylinderförmig ausgebildet. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn das Kolbenelement und der Hohlzylinder kreiszylindrisch ausgestaltet sind. Abweichend davon können jedoch im Rahmen der Erfindung auch rechteckige Querschnitte von Eintauchabschnitt beziehungsweise der inneren Begrenzungswandung des Hohlzylinders vorgesehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Kolbeneinheit ein fest mit dem Kolbenelement verbundenes Schulterelement auf, das eine Seitenwandbegrenzung des Hohlzylinders in einer rechtwinklig zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung überragt und ein Widerlagerabschnitt ausbildet, an dem die Federmittel abgestützt sind.

Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist die Kolbeneinheit besonders einfach ausgestaltet. Sie weist lediglich einen sich im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckendes Kolbenelement auf, das mechanisch fest mit einem Schulterelement verbunden ist, das sich in einer Querrichtung erstreckt. Mit seinen freien Enden überragt das Schulterelement, die Seitenwandbegrenzung des Hohlzylinders und damit die Hydraulikkammer umfänglich. An diesen hier als Widerlagerabschnitt bezeichneten freien Enden sind die Federmittel abgestützt. In einer Draufsicht ist somit die Hydraulikkammer im Inneren der Federmittel angeordnet. Die Federmittel umschließen die Hydraulikkammer und sind an dem die Hydraulikkammer umfänglich überragenden Widerlagerabschnitt des Schulterelements abgestützt. Auf diese Art und Weise ist ein einfacher Aufbau bereitgestellt, der kostengünstig herstellbar ist.

Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung weist die Zylindereinheit einen Abstützabschnitt auf, der in der besagten Längsrichtung dem Widerlagerabschnitt der Kolbeneinheit gegenüberliegt und an dem die Federmittel ebenfalls abgestützt sind. Der Abstützabschnitt ist beispielsweise als ein an die Außenseite der Außenwandbegrenzung angeformter Flanschabschnitt ausgeführt. Abweichend hiervon verfügt die Zylindereinheit über eine Bodenplatte, die mit ihrer Innenseite die Hydraulikkammer begrenzt und welche einen ringförmigen Außenflanschabschnitt ausbildet, welcher die Seitenwandbegrenzung des Hohlzylinders in Querrichtung umfänglich überragt und somit den Abstützabschnitt ausbildet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Kolbenelement durch das Schulterelement und bildet an seiner von der Zylindereinheit abgewandten Seite ein Klemmstutzen aus. Der Klemmstutzen liegt während des Betriebs des elektrischen Geräts entweder an einer Wicklung oder einem Kern z.B. am Spannrahmen des Kerns an, wohingegen die Zylindereinheit am Kern beziehungsweise Wicklung abgestützt ist. Aufgrund der Federkraft wird zwischen Wicklung und Kern eine Klemmkraft bereitgestellt, die für die gewünschte Spannkraft sorgt, um die Lage der Wicklungen während des Betriebs sicherzustellen. Mit anderen Worten wird die Wicklung am Kern gepresst oder eingespannt.

Zum Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an der Kolbeneinheit die nötige Einspannkraft mit Hilfe von Stellschrauben aufgebracht, wodurch die Federmittel gespannt werden. Die Wicklungseinspannkraft kann auf die Kolbeneinheit auch temporär mit Hilfe einer Spannvorrichtung z.B. Hydraulikzylinder aufgebracht werden. Kurz vor dem Entfernen der Spannvorrichtung muss die Kolbeneinheit z.B. mittels Stellschrauben in der Position fixiert werden. Durch die Federmittel können die mechanischen Beanspruchungen beim Anheben, beim Transport, des Betriebs oder bei Kurzschlüssen schadenfrei aufgenommen werden, wobei sichergestellt ist, dass ein ausreichend hoher Wicklungsdruck bereitgestellt ist, um auch nach längerer Betriebszeit einen sicheren Betrieb eines elektrischen Geräts, Transformators oder Drossel, zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise sind die Federmittel Druckfedern und insbesondere Tellerfedern. Tellerfedern weisen in der Regel einen umfänglich geschlossenen Druckfederbereich auf, der in einer vorgespannten Stellung einen ausreichend hohen Klemmdruck bereitstellen kann. Die Tellerfedern können übereinander angeordnet und somit variabel an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei die

  • Figur ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht schematisch verdeutlicht.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer schematischen Seitenansicht. Die Vorrichtung 1 weist eine Zylindereinheit 2 sowie eine Kolbeneinheit 3 auf, wobei die Kolbeneinheit 3 über ein sich in einer Längsrichtung erstreckendes Kolbenelement 4 verfügt, das zylinderförmig ausgebildet ist. Die Zylindereinheit 2 umfasst ein Abstützelement 5 oder mit anderen Worten eine Bodenplatte sowie eine Seitenwandbegrenzung 6, die fest mit dem Abstützelement 5 verbunden ist. Dabei bildet die Seitenwandbegrenzung 6 einen zylinderförmigen Hohlraum aus, in den sich das Kolbenelement 4 mit einem Einführabschnitt 7 hinein erstreckt. Der von der Seitenwandbegrenzung 6 begrenzte Hohlzylinder ist formkomplementär zum Einführabschnitt 7 des Kolbenelements 4 ausgebildet. Mit anderen Worten sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl der Einführabschnitt 7 als auch der Hohlzylinder kreiszylindrisch ausgestaltet. Dabei ist der Außendurchmesser des Einführabschnitts 7 etwas kleiner als der Innendurchmesser der Seitenwandbegrenzung 6, so dass beide mit Spiel zueinander angeordnet sind. Zwischen dem Einführabschnitt 7 und der Seitenwandbegrenzung 6 ist also ein ausreichend großer Spalt begrenzt, durch den Isolierflüssigkeit eines elektrischen Geräts, wie beispielsweise eines Transformators oder einer Drossel, von außen in eine von der Seitenwandbegrenzung 6 und dem Einführabschnitt 7 begrenzte Hydraulikkammer 8 gelangen kann. Natürlich kann durch den Spalt oder das Spiel zwischen Einführabschnitt 7 und Seitenwandbegrenzung auch Flüssigkeit aus der Hydraulikkammer 8 verdrängt werden.

Die Kolbeneinheit 3 verfügt ferner über ein Schulterelement 9, das fest mit dem Kolbenelement 4 verbunden ist und die Seitenwandbegrenzung 6 in einer Querrichtung überragt, wobei der die Seitenwandbegrenzung 6 überragende Abschnitt des Schulterelements 9 als Widerlagerabschnitt 10 bezeichnet wird und als Widerlager für Federmittel 11 dient. Dabei liegt der Widerlagerabschnitt 10 in der besagten Längsrichtung einem Abstützabschnitt 12 gegenüber, welcher von dem Abstützelement 5 ausgebildet wird. In einer Draufsicht umgibt der Abstützabschnitt 12 die Seitenwandbegrenzung 6 kranzförmig oder mit anderen Worten umfänglich, so dass eine Art Abstützflansch ausgebildet ist. An dem Abstützabschnitt 12 sind die Federmittel 11 ebenfalls abgestützt. Dabei sind Kolbeneinheit 3 und Zylindereinheit 2 in Längsrichtung beweglich zueinander angeordnet, so dass die Federmittel 11 durch Zusammenpressen von Kolbeneinheit 3 und Zylindereinheit 2 gespannt werden. Dabei dringt der Einführabschnitt 7 tiefer in den durch die Seitenwandbegrenzung 6 gebildeten Hohlzylinder ein, wodurch die Hydraulikkammer 8 verkleinert wird.

Das Kolbenelement 4 durchragt das Schulterelement 9 und bildet an seiner von der Hydraulikkammer 8 und der Zylindereinheit 2 abgewandten Seite einen Klemmstutzen 13 aus.

Der Klemmstutzen 13 liegt beispielsweise während des Betriebs an einem Kern eines Hochspannungstransformators an, wobei der Kern beispielsweise über einen Klemmrahmen zum Festklemmen seiner aus einem magnetisierbaren Stahl gefertigten Bleche verfügt. Das Abstützelement 5 ist hingegen an der Stirnseite der Wicklung abgestützt, so dass zwischen Rahmen und Wicklung die gewünschte Klemmkraft bereitgestellt ist. Rahmen und Wicklung sind innerhalb eines mit einem Isolierfluid, insbesondere einer Isolierflüssigkeit, befüllten Kessels eines Transformators angeordnet. Da das Kolbenelement 4 und die Seitenwandbegrenzung 6 nicht abgedichtet, sondern mit Spiel zueinander angeordnet sind, dringt das flüssige Isolierfluid nach und nach in die Hydraulikkammer 8 ein, bis diese vollständig mit Isolierflüssigkeit befüllt ist. Bei hochfrequenten Beanspruchungen, beispielsweise bei so genannten transienten Überspannungen, wirkt die Flüssigkeit in der Hydraulikkammer 8 wie ein Festkörper, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 solchen transienten Vorgängen nicht folgt.

Bei langsameren Vorgängen, beispielsweise bei einer allmählichen Stauchung der Wicklung, sorgen die Federmittel dafür, dass das Kolbenelement 4 etwas mehr aus der Hydraulikkammer 8 herausgefahren wird, so dass auch weiterhin ein ausreichend hoher Wicklungsdruck für die Wicklung bereitgestellt ist.

Die Federmittel 11 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Druckfedern und hier als übereinander angeordnete Tellerfedern 11 ausgeführt.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • CA 2321436 [0003]