Elektrischer Transformator mit Gehäuse. Die Erfindung betrifft einen elektrischen Transformator mit Gehäuse, in welchem Gase zur Isolierung und als Kühlmittel verwendet werden und bezweckt die Verbesserung der thermischen und elektrischen Eigenschaften solcher Transformatoren.
Gemäss der Erfindung sind das Gehäuse, welches den Transformator einschliesst, und der Transformator so ausgebildet, dass die Wärme schnell und wirksam verteilt wird und eine gute Durchströmung durch Gase erzielt wird. Die Drähte der Primär- und Sekundärspulen sind nicht, wie üblich, mit zum Beispiel Email, Baumwolle und der gleichen isoliert, und verbesserte Mittel für die Abstützung und Isolierung der nahe an einander liegenden Windungen -der Spulen sind vorgesehen.
In den Abbildungen ist eine Ausfüh rungsform mit Detailvarianten der Erfin dung dargestellt: F'ig. 1 ist eine Ansicht, Fig. 2 ein senkrechter Längsschnitt des Gehäuses nach der Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 ein Querschnitt durch den obern Domteil des Gehäuses, Fig. 4 ein senkrechter, abgebrochener Schnitt durch den obern Teil des Gehäuses, Fig. 5' ein Querschnitt durch den Transformator, wobei die rechten und lin ken Teile in verschiedenen Ebenen geschnit ten sind;
ferner sind Teile von unten ge sehen, und einige Teile in Ansicht gezeigt und Fig. 5 ist in. bezug auf Fig. 1 um 90 verdreht; Fig. 6 ist eine der Fig. 3 ähnliche An sicht mit den Teilen des Transformators in Draufsicht gesehen;
Fig. 7 ist eine Seitenansicht der Unter spannungsklemmen, die durch eine Öffnung der in der Seite des Transformators nahe des Bodens nach aussen hervorragen, um Strom zu oder von den Niederspannungsspulen des Transformators zu leiten; Fig. 8 ist ein senkrechter Längsschnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 5 mit den Tei len teilweise in Ansicht und im Schnitt ge zeigt; Fig. 9 ist ein Schnitt durch die Hoch spannungsdurchführung; Fig. 10 ist ein wagrechter Querschnitt nach Linie l0-10 der Fig. 7;
Fig. 11 ist eine Seitenansicht der dielektri- schen Mittel zur Abstützung der Hochspan nungsspulen, wobei die äussern Drähte der ;pule gezeigt sind; Fig. 12 ist ein Querschnitt durch Fig. 11, in welcher eine der unterstützten Spulen ge zeigt ist; Fig. 13 ist ein senkrechter Schnitt durch die Spulen; Fig. 14 ist eine schaubildliche Ansicht des Isolierelementes zur Abstützung der Spulen;
Fig. 15 ist eine der Fig. 12 ähnliche An sicht, in welcher Isoliermittel senkrecht zwi schen den Drähten der Hochspannungsspulen angeordnet sind, welche Mittel zwischen der Abstützung vorgesehen sind; Fig. 16 ist eine Seitenansicht eines Teils der Fig. 15; Fig. 17 ist ein senkrechter Schnitt nach Linie 17-17 der Fig. <B>15,</B> Fig. 18 ist eine Seitenansicht der Nieder spannungsspulen;
Fig. 19 ist eine Draufsicht der Fig. 18 mit den Isolierunterstützungsmittelii im Schnitt gezeigt, und Fig. 20 eine Seitenansicht. des Gehäuses des Transformators.
Das Gehäuse besteht aus dem zylindri schen Teil 1 und dem Dom 2 von kleinem Durchmesser. Der Boden des Domes er streckt sich in eine Öffnung im obern Ende des Teils 1 und ist mit dem Teile 1 durch Schweissen oder in ähnlicher Weise verbun den, so dass eine gasdichte Verbindung der Teile hergestellt ist. Das untere Ende des Gehäuses 1 wird durch den Boden 3 abge schlossen, dessen oberes Ende in das untere Ende des Teils 1 hineinragt und mit dem selben gasdicht, zum Beispiel durch Schwei ssen verbunden ist. Der Boden wird in Stel lung gebracht und befestigt, nachdem der Transformator in das Gehäuse eingesetzt und in demselben befestigt. worden ist. Da der.
Durchmesser des Domes 2 kleiner als der Durchmesser des Teils 1 ist, so wird an der Zusammstossstelle dieser beiden Teile eine Schulter 4 gebildet, welche das untere Ende des Domes 2 umgibt. In dieser Schulter be finden sich Öffnungen 5, während ähnliche Öffnungen 6 in den obern Endteilen des Domes 2 vorgesehen sind. Die Öffnungen 5 und 6 sind in gleicher Anzahl vorhanden und in Paaren senkrecht übereinander angeordnet. Die Öffnungen stehen an der Aussenseite des Domes durch U-förmige Glieder 8, deren Seiten-, Ober- und Unterkanten durch Schwei ssen oder dergleichen bei 9 an den Teilen 1 und 2 befestigt sind, miteinander in Verbin dung.
Zur Verstärkung der Glieder 8 sind in denselben Querplatten 10 vorgesehen, deren gegenüberliegende Kanten an den Seitenwän den der U-förmigen Glieder 8 befestigt sind.
Der Dom weist für einen später beschrie benen Zweck drei radiale, nach innen gerich tete Flanschen 7.9: auf.
Der Kern 1.5 ist von bekannter Konstruk tion und besteht. aus einer Anzahl L-förmiger Lamellen aus legiertem Blech, die in bekann ter Weise und wie auf der Zeichnung ange deutet, angeordnet sind. Die vier Gruppen dieser Lamellen sind nahe ihren äussern Sei ten zwischen den gegenüberliegenden Flan schen von Winkeleisen) 16 festgeklemmt. Zwischen den Winkeleisen und den Lamel len ist dielektrisches Material 17 eingelegt. Die Winkeleisen werden durch Bolzen<B>19</B> zusammengeklemmt. Die obern und untern Enden der Winkeleisen sind durch Bolzen 19 an äussern Vorsprüngen 20 befestigt, welche sich von den Ringen 21 nach aussen er strecken.
Ein solcher Ring befindet sich nahe dem Boden des Gehäuseteils 1, und einer nahe dem obern Teile desselben. Die Vor sprünge 20 sind, wie in Fig. 5 gezeigt, in Paaren angeordnet. Zur Einstellung und zum Festziehen der verschiedenen Lamellengi-up- pen, aus denen der Kern zusammengesetzt ist, sind einstellbare Schraubenbolzen 22 vor gesehen, welche in einen Vorsprung 20 jedes Paares eingeschraubt sind. Die innern Enden dieser einstellbaren Schrauben 22 stehen mit Platten 23 in Berührung, welche ausser Kon takt mit den Lamellen durch volle dielek- trische Platten 85 behalten werden.
Die gegenüberliegende Seite jeder Plattengruppe 23 ruht auf dielektrisehen Platten 24 auf, welche zwischen den betreffenden Gruppen und den andern Vorsprüngen 20 der Vor sprungpaare vorgesehen sind.
Innerhalb der Ringe 21 befinden sich konzentrisch dazu andere Ringe 25, welche mit vier radial nach aussen verlaufenden Vorsprüngen 26 ausgerüstet sind. Die äussern Enden dieser Vorsprünge sind gegabelt. Die Gabeln 27 sind mit Vorsprüngen 28 ausge stattet, welche ihrerseits an den Ringen 21 befestigt sind. Die Vorsprünge 28 des untern Ringes erstrecken sich nach unten und die des obern Ringes nach oben und werden durch Schraubenbolzen 30 mit den Ringen 21 befestigt.
Die Hochspannungsspulen 32 des Trans- formators sind in senkrecht angeordneten Stangen 35 aus dielektrischem Material ein gelegt. Diese Stangen sind, wie gezeigt, in Paaren angeordnet, und die obern und untern Enden derselben sind an den innern Seiten der Gabeln 27 der Vorsprünge 26 befestigt. Die Stangen sind in der Mitte am stärksten und verjüngen sich nach den Enden. Die Anzahl der Drahtwindungen jeder Spule nimmt daher von der Mitte nach den Enden zu ab.
Die Schlitze in den Stangen 35, in welchen die Drahtwindungen der Spulen 36 liegen, können durch parallele Querschlitze, wie in Fig. 8 gezeigt, gebildet werden. Es können auch die verschiedenen Spulengrup- pen, welche die Hochspannungswicklung dar stellen, durch mit Nuten versehene Platten 37 dielektrischen Materials voneinander ge trennt werden, wie in Fig. 12, 13 und 14 dargestellt, in welchen die entsprechenden Spulen in den Stützen 38 der Platten 37 an geordnet sind, und jede Gruppe der Wick lung ist von der nächsten obern und untern Gruppe durch diese Platten getrennt und isoliert.
In den verschiedenen Ausführungsformen der Spulen befinden sich die Drähte ohne dielektrische Umhüllung. In der in Fig. 12, 13, 14 gezeigten Form, in welcher die Drähte der Hochspannungswicklung verhältnismässig stark sind, findet die Isolierung zwischen den Windungen und Spulen in sehr wirksamer Weise durch das gasförmige Kühlmittel statt, mit Ausnahme des verhältnismässig kleinen Teils der Wicklung,
welcher von dem dielek- trischen Material der Platten 37 und der Streifen 51 umgeben ist.
In der in Fig. 15 bis 17 gezeigten Kon- struktion sind die Drähte verhältnismässig dünn, und es ist daher ratsam, zwischen den naheliegenden Teilen der Drähte jeder Gruppe der Spulen zwischen den aufeinander folgenden Paaren der Isolierstangen dünne Bögen 41 aus dielektrischem Material vorzu sehen.
Diese Bogen sind in häufigen Zwi schenräumen bei 42 perforiert und zur Un terstützung der Bögen in senkrechter Lage zwischen den nahe beieinander liegenden Drähten sind Stifte 43 aus dielektrischem Material auf den Bögen angeordnet (Fig. 15 und 16). In der in Fig. 15 bis 17 gezeigten Konstruktion sind die Isolierplatten 45 flach und jede Drahtwindung in jeder Gruppe wird durch einen engen Streifen dielektrischen Materials 46 isoliert.
In der Hochspannungswicklung ist der Draht jeder Spule innerhalb des Raumes zwi schen aufeinander liegenden Isolierbögen auf die Unterstützungsstange 35 gewickelt und wenn der vorhandene Raum ausgefüllt ist, wird der Draht von der Aussenseite näeh in nen zu der nächstliegenden Spule geführt, wie bei 50 in Fig. 12 und 15 angedeutet. Die quer verlaufenden Verbindungsteile des Drahtes sind, wie in den Figuren gezeigt, von den benachbarten Windungen durch Streifen 51 aus dielektrischem Material iso liert.
Die Enden der Hochspannungswicklung sind mit den Drähten 60 verbunden, die ihrer seits mit den Hochspannungsschrauben 61 verbunden sind.
Die Niederspannungswicklung 65 des Transformators liegt innerhalb der Hochspan nungswicklung und konzentrisch dazu. Die Niederspannungsspule 65 ist in vergrössertem Massstabe in Fig. <B>19</B> dargestellt und besteht aus zwei Drähten von verhältnismässig gro ssem Querschnitt. Die gegenüberliegenden Enden dieser Drähte sind in bekannter Weise mit den Klemmschrauben 66 befestigt, deren innere Enden in Fig. 7 gezeigt sind.
Die nebeneinander liegenden Windungen der Niederspannungsspule werden im Abstand voneinander durch Streifen oder Platten 66' r'aielektrischen Materials gehalten (Fig. <B>19).</B> Die äussern Kanten dieser Streifen müssen innerhalb der äussern Kanten der Drähte auf hören, so dass das nach oben strömende Gas frei mit den äussern Teilen der Drähte in Berührung treten kann.
Die Niederspannungsspule wird im Ab stand von dem innern Teil des Transforma- torkernes auf senkrechten Isolierstangen 70 gehalten, welche zwischen den obern und untern Ringen 25, wie in Fig. 8 gezeigt, fest gehalten werden. Teilweise liegt diese Spule in den rechten Winkeln zwischen den be nachbarten Schenkeln des Kernes (Fig. 5).
Kanäle für den Durchgang des Gases sind zwischen den senkrechten Isolierstangen 70 und dem mittleren Schenkel des Transforma- torkernes vorgesehen und weiterhin zwischen der Niederspannungsspule und diesem Schen kel des Kernes. Weiterhin ist ein mittlerer, senkrechter Kanal 71 in dem Kern vorge sehen und Gaskanäle zwischen der Aussen seite der Niederspannungsspule, den senk rechten Isolierstangen 35 und den Teilen der Hochspannungswicklung zwischen den Paa ren der Isolierstangen 35. Die Hochspan nungsspulen sind so im Abstand voneinander angeordnet, dass die Ströme des gasförmigen dielektrischen Kühlmittels zwischen die Spu len fliessen können.
Von der guten und schnellen Zirkulation des Gases in dem Gehäuse hängt die schnelle Verteilung der Wärme ab. Um die Strömung des Gases zii verstärken, sind vier Bögen 80 aus dielektrischem Material vorgesehen, wie in Fig. 5 gezeigt. Die gegenüberliegenden Kanten derselben stehen in Berührung mit der innern Fläche des Gehäuseteils 1 entlang Linien, die nahe den Eckkanten der vier Schenkel des Transformatorkernes verlaufen. Durch die Platten werden Kanäle zwischen diesen und dem Gehäuse und auf der Innen seite der Bögen gebildet.
Die obern Enden dieser Bögen sind mit einem dielektrischen Trichter 81, und letzterer ist mit einem Schornstein 82 verbunden, welcher in den Dom hineinragt und im Abstand von dem obern Teil desselben und in einer Ebene, die durch untere Teile der Öffnungen 6 geht, aufhört.
Die Bögen 80, der Trichter 81 und der röhrenförmige Teil 82 bilden mit Bezug auf den Transformator einen Schornstein, wel cher Zug erzeugen und die Strömung der Gase verbessern soll.
Nachdem der Transformator, die Bögen 80 und der Schornstein 82 montiert sind, wird der Boden 3, wie in Fig. 8 gezeigt, in Stellung gebracht und mit dem Gehäuse durch Schweissen oder dergleichen befestigt. Das innere, obere Ende des Bodens steht mit dem untern Ende jedes der Winkeleisen 16 in Berührung, wodurch letztere in Stellung gehalten werden. Vor der Befestigung des Bogens wird geschmolzenes Blei oder ein an deres Material von guter thermischer Lei tungsfähigkeit in die Räume gegossen, welche zwischen den auswärts gerichteten Flanschen der Winkeleisen 16, den innern Kanten der Lamellen, der vier Schenkel des Transforma tors und dem Gehäuse liegen.
Passende dünne Bögen 88 aus dielektrischem Material wer den zwischen das Blei und die Kernlamellen eingelegt, um magnetischen Schluss zu ver hindern.
Die Transformatorverluste werden als Wärme verteilt durch Strahlung, Leitung und Strömung. Diese drei Arten der Wärme verteilung sind allen Transformatoren, welche ein flüssiges Kühlmittel haben, gemeinsam.
Der Betrag der vom innern Gehäuse a.u,3- gestrahlten Wärme ist genau proportional der Ausdehnung seiner Oberfläche und ist unabhängig von der Gegenwart des dielektri- schen Gases in der Nähe der Flächen. Dies trifft nicht zu für Transformatoren, welche ein flüssiges dielekl:risches Mittel, wie<B>01,</B> enthalten.
Der grösste Teil der Wärme wird durch Leitung und Strömung verteilt, durch Lei tung durch den verhältnismässig feststehenden Gasfilm nahe der Transformatorflächen und durch Strömung nahe der innern Flächen des Gehäuses und durch Leitung durch die Gas schicht.
Da der grössere Teil der Windungen nicht umhüllt ist, ist die thermische Widerstands fähigkeit der Leitungen, durch welche die Wärme durch Leitung übertragen wird, be deutend herabgemindert.
Wie oben angedeutet, wird die Strömung bedeutend vermehrt durch die Zugwirkung der Elemente 80, 81, und 82 (Fig. 8).
Der Pfad dieser Strömungen ist wie folgt-. Durch die verschiedenen Kanäle, welche nahe der Spulen und dem Kern vorgesehen sind, und innerhalb des un tern Teils des Schornsteines und nach oben durch das offene Ende des Röh renteils 82, dann nach unten durch den röhrenförmigen Teil 82 und die gegenüber liegende Innenwand des Domes 2, dann nach aussen durch die Öffnungen 6 und nach un ten durch die Kanäle, welche durch die Glie der 8 gebildet werden.
Der nach unten gerich-' tete Gasstrom bewegt sich durch den Raum zwischen den Bögen 80 'und den-äussern Tei len des Gehäuses 1 und verläuft nach innen unterhalb der untern Kante der Bögen 80 und dann wieder nach oben usw.
In Fig. 20 der Zeichnungen ist schema tisch in gestrichelten Linien die Hochspan- nungs- und Niederspannungsspule 86 bezw. 87 innerhalb des Gehäuses dargestellt, und die Verbindungen derselben mit den ent sprechenden Klemmschrauben und ihr Zu sammenhang mit den Mitteln zum Herbei führen der Zirkulation des gasartigen dielek- trischen Kühlmittels. Irgend ein passendes Gas kann Verwendung finden, vorzugsweise ein Gemisch aus Stickstoff und Helium, je doch hat Stickstoff allein gute Ergebnisse gezeigt.
Das Gas wird unter Druck verwen det und findet ein Druck bis zu 50 Atmo sphären Verwendung.