Transformator mit Umlaufkühlung und mehrlagiger, durch Isoliermaterial unter Belassung von Burchtrittsspalten verschalter Wicklung. Bei Hoclhspannungstransformatoren, ins- besondere bei .solchen grosser Leistung, wer den die Wicklungen meist durch festes Iso,
- liermaterial versichalt. Wenn der natürliche Wärmeauftrieb des Öls nicht ausreicht, wird dieses mittels Pumpen durch die Verschalung und zwischen,den einzelnen Wicklungsteilen, hindurchgetrieben. Bei axialen Röhrenwick- luagen wird das Öl an der einen Stirnseite zugeführt, ;
streicht in axialer Richtung an der Wicklung entlang und tritt an der än- dern Stirnseite wieder aus.
An den Ein- und Austrittsstellen bildet die Isolierverschalung Labyrinthe, um von aussen nach der Wick lung durchgehende Kanäle in der Isolation zu vermeiden. Da isich das Öl beim an;
der Wicklung .erwärmt, hat namemtlieh bei sehr langen Röhrenspulen,die Wicklung an ,der Austrittsstelle eine wesent- lich höhere Temperatur als an .der Eintritts- stelle des Öls. Dort wird also die Wicklung schlechter gekühlt. Je höher die
Leistung des T@ra@nsformators und je höher :seine Span nung ist, um so :grössere Schwierigkeiten macht es, die Wicklung und die Isolation bei i ausmeich'ender Kühlung in einem vorgegebe,- nenn Raun, zum: Beispiel im Eisenbahnprofil, unterzubringen.
Gegeestand ?der Erfindung ist ein Trans,- formator mit Umlaü#fkühlqung, bei dem die obigen Mängel weitgehend behoben sind::
Die Erfindung setzt eine Anordnung der Wick lung in mehreren Lagen voraus., die unter Belaiss(ung von. Küh'lmittel(Iurchtrittsspalten mit Isolierstoff -verschalt ist.
Erfindüngsge- mäss besitzen- die Wicklungslagen sie durch setzende Kühlmittelüffnungen und die Kühl- mitteleintrittsbffnungen !sind auf den den Kühlmittelaustrittsöffnungen gegenüberlie- gendenStellendes Umfanges der Lagen an g ordnet;
ferner strömt das Kühlmittel bei Betrieb von den Eintrit1söflnungen längs des Umfanges der Lagen zu den Austrittsöff- nungen. Am zweckmässigsten werden die Ein- und Austrittsöffnungen so angeordnet,
@dass' bei einer Wicklung mit n-Lagen ein Kühlmittel- zweig zunächst .die Eintrittsöffnungen von m-Lagen durchfliesst, dann in der Umfangs richtung den Zwischenraum zwischen der ro ten und der m + lten Lage durchsetzt und schliesslich die Austrittsöffnungen der übri gen n-m-Lagen :
durchströmt. Die.Zwischen- räume zwischen den einzelnen - Lagen bilden dann sämtlich parallelgeschaltete Strömungs pfade. Es erhält bei diesem Ausfühituigs, beispiel jede Lage ein unvorgewärmtes Kühl- mittel.. Bei: langen Wicklungen können je zwei oder mehrere Ein.- und Austrittsöffnun gen axial .auf die Wicklung verteilt werden.
Um von Lage zu Lage geradlinig :durchge hende Kanäle zu vermeiden, kann mann die Ein- und Austrittsöffnungen in den Lagen- wicklungen@ und in Aden Lagenwicklungsiso- l.ationendurch isolierende Zwischenstücke unter Bel.assu!ng von Kühlmitteldurchtritts- spaIten abschirmen,
so dass das Kühlmittel in Schlangenlinien von der einen zur andern Öffnungen ,gelangt.
Ausführungsbeispiele,der Erfindung sind in dear beiliegenden Zeichnung dargestellt. Fig: 1 zeigt die Gesamtanordnung der Wicklung eines Einphasentransformators mit zwei liegend; übereinander angeordneten Wicklungsschenkeln unter Weglassung der Eisenkerne und der Wicklungsanschlüsse.
<B><I>Mg.</I></B> 2 zeigt ein Teilstück eines Schnittes in ,der Ebene AB der Fig. 1. Fig. 3 zeigt einen Schnitt in ,der Ebene<I>CD</I> der Fig. 2.
In Fig. 4 ist ein Teilstück eines Schnittes nach der Linie EF der Mg. 1 in grösserem Massstabe dargestellt. Mg. 5 zeigt einen Teil der Stirn- vers.chalung ider Wicklung und Fi,g. 6 zeigt eine mehr konstruktive Ausführung dress mitt leren Teils von Fig. 2 in grösserem Massstab.
Der Einfachheit halber sind hier für jeden Wicklungsschenkel nur drei Lagen darge stellt. Bei Höchsts#pannüngs- und Höchstlei- sIungsträusformatoren, bei denen man in ,der Regel die Wicklung rin wesentlich mehr La gen aufteilen wird:, ergeben sich aber prak- -bisch. die gleichen Strömungsverhältnisse.
1, 2 sind die beiden Wicklungsschenkel mit den Wicklungslagen 11 bis 13 und 21 biss 23. Die einzelnen Lagen sind in bekann ter Weise mit Isolierzylindern, Kappenrin- gen, etwa ,gemäss Fig. 5, Winkelringen oder dergleichen verschalt, die aus einzelnen Schichten aufgebaut sind.
In :der Zeichnung sind der Einfachheit halber diese Isolierteile als zusammenhängender Isolierkörper 3, vergleiche insbesondere Fig. 6, dargestellt. Die ganze Wicklung der beiden Schenkel 1, 2 ist noch in eine geschichtete Packung 4 aus Isoliermaterial eingehüllt, die in der Zeich nung ebenfalls der Einfachheit halber als zu sammenhängender Isalierkörper dargestellt ist.
Um zwischen den einzelnen Isolierscha len bezw. zwischen diesen und den Wick- lungslagen Kanäle für den Durchtritt des Öls freizuhalten, werden die einzelnen Teile durch Leisten, Einlagen, geile, Distanz stücke aus Isoliermaterial in entsprechendem Abstand gehalten.
Die einzelnen Isolierteile werden unter Überlappung oder Verzapfung zum Ganzen zusammengesetzt. Da ein solcher Isolationsaufbau an sich bekannt ist, soll er hier nicht näher erläutert werden.
Die Wicklung und: die Isolation werden in bekannter Weise idurch Druckringe 5 an ,den Stirnenden zusammengehalten. Die Druckringe sind bei 6 ausgehöhlt und mit ihrer Höhlung an Ölzuführungsleitun.gen 7 angeschlossen. Das 01 tritt an den Schlitzen 8 der Druckringe aus und gelangt durch D'urchbrücho 9 der äussern Wicklungsver schalung 4 auf die Innenseite :
der innersten Wicklungslagen, die die kleinsten Potentiale haben. Die innerste Wicklungslage 11 ist mit mehreren, axial gegeneinander versetzten Öl eintrittsöffnungen 110 versehen, die mit den 0leintrittsöffnungen 120, 130 der Lagen 12 und 13 gruppenweise in einer Radialflueht liegen und Schlitze in den Wicklungszylin- @dern bilden.
An diesen Eintrittsöffnungen 110, 120, 130 verteilt sich das 01 in mehrere Parallelzweige 112, 122, 132, 133, die sich je über den halben Umfang einer Wicklungs lage erstrecken. Diese Parallelzweige münden an den e:bengelegenen Austrittsöffnungen 111, 12,1, 131 wieder zusammen. Das warme <B>Öl</B> strbmt dann dem als Sammelikammexdie- nenden Zwischenraum 10 zu, vergleiche ins besondere Fig. 3 und 4,
und fliesst durch ein springende Rohrstutzen 14 der innern Isolier- verschalung 3 und @darch Durchbrüche 15 der äussern Is@oIiiorversclhalung 4 wieder au & . Ent sprechendes ;gilt für den Wicklungsschenkel 2.
Das Kühlmittel kann. auch in umgekehrter Richtung umlaufen, also durch die Durch brüche 15 und' durch die einspringenden Rohrstutzen 14 ein- und - durch die- hohlen Druckringe 5 austreten.
Damit durchgehende -Känäle beispiels- weisse :an den Eintrittsstellen 110, 120, 130 vermieden werden, sind, wie Fig. 6 zeigt, die Öffnungen 110, 120, 130 der Wicklungsteile und der Lagenisolabon unter Belassung von Öldurchtnittssparlten 16, 17 durch isolierende Zwischenstücke 18 abgedeckt.
Um lange Kriechwege zu schaffen, sind die einander zugekehrten Flächen der Lagenisolabon 19 und der Zwischenstücke 18 in Richtung zu den Öffnungen 110, 120 und 130 abge schrägt. Das Öl fliesst in. Schlangenlinien durch: die Kanäle 16, 17 hindurch.
. Das aus .Durchbrüchen -15 ausgetretene Öl ,gelangt in den :die Wicklung umgebenden Behälter, der, in der Zeichnung,der Einfach heit halber weggelassen ist, wird von dort aus mittels einer Pumpe :durch Kühler ge leitet und @dann wied@er den Rohren 7 zuge führt.
Die einzelnen Lagen und Lagenisolatio,- nen werden, wie erwähnt, in bekannter Weise durch Leisten, Keile oder dergleichen in Ab,- standgehalten. Die Keile können dabei ver schiedenartig angeordnet werden und geformt sein. Sie sollen: jedoch,den Öldurchgang von ,der Eintritts- nach der Austrittsöffnung nicht zu stark behindern.
Man kann also bei- spielsweisä die Abstandsfalter; Leisten usw., unmittelbar in der Strömungsrichtung des Öls, also längs des Umfanges der Lagen. ver laufen Mässen, so dass sie also in einer zur Spe :lenachse senkrechten Ebene liegen.
Will maneinen mehr gewundenen Verlauf der<B>Öl-</B> strömung erzielen, dann kann- man. die Lei sten auch in Zick-Zack verlegen. Soll das Öl inSchlangenlinien ,läng idess Umfanges ver laufen, ,
dann kann man die Leisten mehr odbx weniger axial anordnen und so absetzen -oder derartig mit Durchbrechungen versehen, dass aufeiuanderf olgende Abeetzüngen oder Durcli- brechungen axial gegeneinander versetzt sind:
Durch entsprechende der -Lei sten, Erweiterung oder Verengung @dex Öl- durchtrittsstellen kann man es ohne weiteres dahin bringen, dass sich das Öl von dem Ein- trittsöffnung aus .gleichmässig auf' den gan- zen:
Wickl@.ingsumfang verteilt. In ,den. Fig. 7 und 8 sind zwei Beispiele für die Leis:tenan- ordnung in der Abwicklung dargestellt. In h\ig. 7 verlaufen die Leisten 24 axial.
Die Durchgangsöffnungen 25 für :das Öl sind aber axial .gegeneinander versetzt, so dass das Öl in Schlangenlinien -fliesst. In Fig. 8 ver- laufen die Leisten 24 schräg zur Achse, so ,dass das Öl im Zick-Zack längs des Umfanges fliesst.
Bei Ausführung mit senkrecht angeord netem Eisenkern wird das Kühlmittel :an, :der äussersten Lage von unten her zugeführt, durchströmt untern Ausnutzung des Wärme- auftriebes die einzelnen, durch die Eintritts,
- öffnungen parallelgeschalteten Kühlpfade von unten nach oben und verlässt die Wick lung wieder @du#rch idie am :
äussern Umfang vorgesehenen Austrittsöffnungen.- Bei den dargestellten AusTührungsfor- men kann trotz der allseitigen Verschalung jeder einzelne Wicklungsteil ausreichend ge kühlt werden-. In den zahlreichen paxalfelen Strömungspfaden, die @halbkreisförmig über den halben Wicklungsumfang verlaufen, wird die Ölbewegung,
durch den Wärmeauf- trieb unterstützt, der insofern regulieren auf die Olgeschwindigkeits:
verteilung in Aden einzelnen Parallelkanälen- einwirkt, als bei zu geringer Ölgeschwindigkeit der betref fende Wicklungsteil wärmer- wird a14 ,die an- dern und infolgedessen einen stärkeren Wärmeauftrieb ',erzeugt, der wiederum erhö hend auf die Ölgeschwindigkeit wirkt. Ins besondere.
wimd-vermieden, dass' schon @durch den einen Wicklungsschenkel Öls ungekühlt nochmals an Wicklungsteilen des andern Schenkels vorbezgeführt wird..
Die Ölzufuhr an der .innersten Wicklungslage geringsten Potentials und die Ölableitung an den von Wicklungen freien Zwischenräumen, hilft eine durch Temperatursteigerung ver- uxsach:te Schwächung -der Isolation verhüten.
Von besonderem Vorteil isst auch, dass .die Wicklungsstirnen, an denen die höchste elek trische Beanspruchung auftritt, keine Öl durchgangskanäle haben, sondern mit Dielek- trikurm verschalt sind.
Die Erfindung ge stattet, bei besehränktem Raum, zum Bei spiel bei der Unterbringung von Höchstlei- stung,- und Höchstspannungstra.nsformatoren im Eisenbahnprofil, ein Optimum an Küh lung und Isolation zu erzielen.
Transformer with circulating cooling and multi-layer winding that is connected by insulating material, leaving gaps in the passage. In the case of high voltage transformers, especially with such high power, the windings are usually made by fixed insulation,
- Insulation material. If the natural heat lift of the oil is not sufficient, it is driven through the casing and between the individual winding parts by means of pumps. In the case of axial tube windings, the oil is fed in at one end;
strokes along the winding in the axial direction and exits again at the other face.
The insulation cladding forms labyrinths at the entry and exit points in order to avoid continuous channels in the insulation from the outside after the winding. Then the oil is on;
The winding is heated, namely with very long tubular coils, the winding at the exit point has a significantly higher temperature than at the entry point of the oil. The winding is therefore cooled less there. The higher the
The power of the transformer and the higher its voltage is, the more difficult it is to accommodate the winding and the insulation with sufficient cooling in a given space, for example in the railroad profile .
The subject of the invention is a transformer with circulation cooling, in which the above deficiencies are largely eliminated:
The invention assumes an arrangement of the winding in several layers, which is covered with insulating material under the cover of coolant (passage gaps.
According to the invention, the winding layers have them through set coolant openings and the coolant inlet openings are arranged on the points of the circumference of the layers opposite the coolant outlet openings;
Furthermore, during operation, the coolant flows from the inlet openings along the circumference of the layers to the outlet openings. Most expediently, the inlet and outlet openings are arranged in such a way that
@that 'in a winding with n-layers, a coolant branch first flows through the inlet openings of m-layers, then in the circumferential direction penetrates the space between the red and m + lth layers and finally the outlet openings of the remaining nm -Layers:
flows through. The intermediate spaces between the individual layers then all form flow paths connected in parallel. With this version, for example, each layer receives an unheated coolant. With: long windings, two or more inlet and outlet openings can be distributed axially over the winding.
In order to avoid continuous channels in a straight line from layer to layer, the inlet and outlet openings in the layer windings @ and in the layer winding insulation can be shielded with insulating spacers while leaving coolant passage gaps,
so that the coolant flows in serpentine lines from one opening to the other.
Embodiments of the invention are shown in the accompanying drawings. Fig. 1 shows the overall arrangement of the winding of a single-phase transformer with two horizontally; winding legs arranged one above the other with omission of the iron cores and the winding connections.
<B><I>Mg.</I> </B> 2 shows a part of a section in the plane AB in FIG. 1. FIG. 3 shows a section in the plane <I> CD </I> of Fig. 2.
In Fig. 4 a portion of a section along the line EF of Mg. 1 is shown on a larger scale. Mg. 5 shows part of the frontal cladding in the winding and Fi, g. 6 shows a more constructive embodiment of the middle part of FIG. 2 on a larger scale.
For the sake of simplicity, only three layers are shown here for each winding leg. In the case of maximum breakdown and maximum output transformers, where the winding is usually divided into considerably more layers, this results in practical terms. the same flow conditions.
1, 2 are the two winding legs with the winding layers 11 to 13 and 21 to 23. The individual layers are covered in a known manner with insulating cylinders, cap rings, for example, as shown in FIG. 5, angle rings or the like, which are made up of individual layers are.
In the drawing, for the sake of simplicity, these insulating parts are shown as a coherent insulating body 3, compare in particular FIG. 6. The whole winding of the two legs 1, 2 is still encased in a layered pack 4 made of insulating material, which is also shown in the drawing for the sake of simplicity as a coherent insulating body.
To len between the individual Isolierscha respectively. To keep channels free for the oil to pass through between these and the winding layers, the individual parts are kept at an appropriate distance by strips, inlays, horny spacers made of insulating material.
The individual insulating parts are put together to form a whole with overlapping or mortising. Since such an insulation structure is known per se, it will not be explained in more detail here.
The winding and the insulation are held together in a known manner by pressure rings 5 on the front ends. The pressure rings are hollowed out at 6 and their hollow is connected to Ölzuführungsleitun.gen 7. The 01 exits at the slots 8 of the pressure rings and reaches the inside through the breakthrough 9 in the outer winding casing 4:
the innermost winding layers that have the lowest potential. The innermost winding layer 11 is provided with a plurality of axially offset oil inlet openings 110, which lie in groups with the oil inlet openings 120, 130 of the layers 12 and 13 in a radial flow and form slots in the winding cylinders.
At these inlet openings 110, 120, 130, the 01 is distributed into several parallel branches 112, 122, 132, 133, which each extend over half the circumference of a winding layer. These parallel branches merge again at the outlet openings 111, 12, 1, 131 located at the same location. The warm <B> oil </B> then flows towards the intermediate space 10 which is used as a collecting chamber, compare in particular FIGS. 3 and 4,
and flows through a jumping pipe socket 14 of the inner insulating casing 3 and through openings 15 of the outer insulating casing 4 again. The same applies to winding leg 2.
The coolant can. also circulate in the opposite direction, that is, through the openings 15 and 'through the re-entrant pipe socket 14 and - exit through the hollow pressure rings 5.
In order that continuous channels, for example: are avoided at the entry points 110, 120, 130, the openings 110, 120, 130 of the winding parts and the layered insulation are, as shown in FIG. 6, leaving oil cross-sections 16, 17 with insulating spacers 18 covered.
To create long creepage distances, the facing surfaces of the Lagenisolabon 19 and the spacers 18 in the direction of the openings 110, 120 and 130 are beveled abge. The oil flows in serpentine lines through: the channels 16, 17 through.
. The oil that has leaked from .Durchbruchten -15 reaches the container surrounding the winding, which, in the drawing, is left out for the sake of simplicity, is passed from there by means of a pump through the cooler and then again Pipes 7 supplied.
The individual layers and layer insulation are, as mentioned, withstood in a known manner by strips, wedges or the like. The wedges can be arranged and shaped in different ways. They should: however, not obstruct the oil passage from the inlet to the outlet opening too much.
So, for example, one can use the spacer folder; Bars, etc., directly in the direction of flow of the oil, that is, along the circumference of the layers. The dimensions run so that they lie in a plane perpendicular to the spear axis.
If you want to achieve a more tortuous <B> oil </B> flow, then you can. lay the strips in a zigzag. Should the oil run in serpentine lines along its circumference,
then one can arrange the strips more or less axially and set them down in such a way - or provided with openings in such a way that successive abrasions or perforations are axially offset from one another:
By means of the corresponding strips, expansion or narrowing @dex oil penetration points, it is easy to get the oil to 'evenly' spread out from the inlet opening to the whole:
Wickl @ .ingscope distributed. In the. FIGS. 7 and 8 show two examples of the strip arrangement in the development. In h \ ig. 7, the strips 24 run axially.
The through openings 25 for: the oil are axially offset from one another, so that the oil flows in serpentine lines. In FIG. 8, the strips 24 run obliquely to the axis, so that the oil flows in a zigzag along the circumference.
In the case of the version with a vertically arranged iron core, the coolant is: to,: fed from the bottom to the outermost layer, flowing through the individual, through the inlet,
- openings in parallel cooling paths from bottom to top and leaves the winding again @ du # rch idie on:
outlet openings provided on the outer circumference. In the illustrated embodiments, each individual winding part can be adequately cooled despite the all-round cladding. In the numerous paxalfelen flow paths, which run in a semicircle over half the circumference of the winding, the oil movement,
supported by the heat boost, which in this respect regulate the oil speed:
distribution in the individual parallel ducts - acts as if the oil speed is too low the relevant winding part becomes warmer - the others and consequently a stronger heat lift, which in turn increases the oil speed. Especially.
wimd-avoids that 'already @ through one winding leg, uncooled oil is again fed past winding parts of the other leg.
The oil supply to the innermost winding layer of the lowest potential and the oil discharge to the spaces free of windings help prevent a weakening of the insulation caused by an increase in temperature.
It is also particularly advantageous that the winding ends, on which the highest electrical stress occurs, do not have any oil through-ducts, but are clad with a dielectric tower.
The invention enables an optimum of cooling and insulation to be achieved in a crowded space, for example when accommodating maximum power and maximum voltage transformers in the railroad profile.