CH627874A5 - Traction-motor transformer having a liquid-tight housing - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Traktionsmotortransformator, mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse, auf das eine abnehmbare Abdeckung aufgebracht ist, die eine Abdichtung mit dem flüssigkeitsdichten Gehäuse herstellt, und dass der eigentliche Transformator einen Magnetkern aufweist, der innen in dem Gehäuse angebracht und in einer festen Relation dazu angeordnet ist und eine Wicklung umfasst, die auf dem Magnetkern angebracht ist, und dass Mittel zum Verbinden der Wicklung mit einer externen Schaltungsanordnung und ein flüssiges Dielektrikum in dem Gehäuse vorhanden sind.

Ein üblicher elektrischer Leistungstransformator umfasst einen Magnetkern und eine Wicklung, die in einem geeigneten Gehäuse untergebracht sind und elektrische Leiter aufweisen zum Verbinden der Wicklung mit einer äusseren Leistungsquelle und mit einer äusseren Last. Die Wicklung ist in ein Dielektrikum eingetaucht, dessen Typ hauptsächlich durch die Transformatorspannung, die Wicklungsgrösse und die Gehäu-segrösse bestimmt ist. Innerhalb des Transformatorgehäuses ist unmittelbar oberhalb des flüssigen Dielektrikums ein Luftraum vorgesehen für eine thermische Ausdehnung des flüssigen Dielektrikums.

An Stellen, wo Feuer sehr leicht ernsthafte Verletzungen von Personen hervorrufen kann, werden flüssige Dielektrika verwendet, wie beispielsweise chlorierte Diphenyle (askarels). Dielektrische Materialien dieser Art haben eine realtiv hohe Entflammbarkeitstemperatur und stellen deshalb ein wesentlich kleineres Brandrisiko dar als beispielsweise Mineralöl, das bei den meisten üblichen Transformatoren mit flüssigem Dielektrikum angewendet wird.

In den vergangenen jähren besteht ein deutlicher Trend, der von den mit chlorierten Diphenylen gefüllten Transformatoren wegführt, da die Überzeugung besteht, dass diese Materialien nachteilig für Menschen und die Umwelt sind. Aufgrund dieser Entwicklung sind mehrere Materialien untersucht worden, um festzustellen, ob sie anstelle von chlorierten Diphenylen verwendet werden können. Gegenwärtig werden von einigen Transformatorherstellern für einen derartigen Ersatz Silikonöl und Polydimethylsiloxan verwendet. Ein wesentlicher Nachteil von Polydimethylsiloxan oder Silikonöl gegenüber flüssigen Dielektrika, wie beispielsweise chlorierte Diphenyle oder Mineralöl, besteht darin, dass es leicht Feuchtigkeit, Sauerstoff und andere atmosphärische Verunreinigungen absorbiert, die die dielektrischen Isoliereigenschaften wesentlich verschlechtern. Ein weiterer Nachteil von Silikonöl besteht darin, dass dessen thermischer Expansionskoeffizient viel grösser als derjenige von sowohl chlorierten Diphenylen als auch Mineralöl ist.

Um die Verwendung von Silikonöl als ein flüssiges Dielektrikum wirksamer zu machen, muss ein System geschaffen werden, das eine derartige Flüssigkeit von den Verunreinigungen in seiner unmittelbaren Umgebung trennt und ermöglicht, dass die Flüssigkeit über ihren gesamten thermischen Belastungszyklus das Volumen ändert. Von der Anmelderin wird ein derartiges Ölbehältersystem unter ihrem Handelsnamen «Atmoseal» vertrieben. Dieses besondere System wird bei sehr grossen, stationären Leistungstransformatoren verwendet. In diesem System, das einen relativ grossen Aufbau darstellt, ist eine Expansionskammer, die eine volumenveränderliche Luftzelle enthält, in einem Mantelgehäuse untergebracht, das getrennt von dem Transformator und im Abstand von diesem angeordnet ist. Der Luftzellenmantel ist darüber angeordnet und wird normalerweise durch den zugehörigen Transformator gestützt. Zwischen den Transformator- und Expansionskammerhüllen sind Leitungsverbindungen vorgesehen, so dass ein flüssiges Dielektrikum zwischen diesen Hüllen frei strömen kann. Zusätzlich zu der erforderlichen Leitungsverbindung zwischen den Transformator- und Expansionskammerhüllen für eine Strömung des flüssigen Dielektrikums und zusätzlich zu einer erheblichen Stützstruktur für den Expansionskammermantel erfordert dieses Ölbehältersystem einen relativ grossen Raum, der in einem Transportwagen mit eigenem Elektroantrieb nicht zur Verfügung steht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Traktionsmotortransformator der eingangs angegebenen Art für ein Elektrofahrzeug auszugestalten.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die abnehmbare Abdeckung eine flüssigkeitsdichte Expansionskammer umfasst, deren Innenraum mit dem Innenraum des flüssigkeitsdichten Gehäuses in Verbindung steht, und dass in der Expansionskammer eine Luftzelle angeordnet ist, die einen Teil mit einer Öffnung zu ihrem Innenraum aufweist, und dass dieser Teil mit einem durch eine Wand der Expansionskammer hindurchführenden weiteren Teil mit einer weiteren Öffnung in Verbindung steht, wobei diese Verbindung flüssigkeitsdicht ist, und dass das flüssige Dielektrikum in dem Gehäuse und der Expansionskammer enthalten ist, und dabei das Gehäuse und mit der Luftzelle zusammen auch die Expansionskammer auffüllt.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines kompakten Transformators für ein Transportfahrzeug, der ein Behältersystem für ein flüssiges Dielektrikum in einem Gehäuse aufweist, das gemäss einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.

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Figur 2 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1.

Figur 2A ist eine teilweise geschnittene und auseinandergezogene Ansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1 und zeigt das auseinandergezogene Gehäuse, wobei die dielektrische Flüssigkeit aus dem Transformatortank abgelassen ist.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht von einem kompakten Transformator 20 für einen Transportwagen, der gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Der Transformator 20 weist einen Magnetkern 22 auf, dessen Kernschenkel in einer horizontalen Ebene liegen. Eine Wicklung 24 ist um den einen Schenkel des Kernes 22 in einer festen Position in bezug auf den Kern 22 angeordnet. Der Kern 22 ist in einem Transformatortank 26 angebracht und befindet sich in einer festen Lage in bezug auf diesen. Die elektrische Leistung wird über elektrische Durchführungen, wie beispielsweise die Durchführung 28 auf dem Transformatortank 26, herein- und herausgeführt. Diese Durchführungen sind elektrisch durch geeignete Mittel mit der Wicklung 24 des Transformators 20 verbunden. Zusätzliche Durchführungen (nicht gezeigt) sind auf ähnliche Weise auf der anderen Wand des Transformatortanks 26 für den gleichen Zweck angebracht.

Der Transformatortank 26 umfasst auch eine Abdeckung 30, die zu dem Gehäuse 32 gehört, in dem die Expansionskammer für dielektrische Flüssigkeit des Transformators 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 32 bildet einen Teil der Abdek-kung 30 und ist mit diesem flüssigkeitsdicht verbunden. Die strukturellen Einzelheiten der Abdeckung 30, des Gehäuses 32 und der Einrichtung, die sich in der Abdeckung 30 und dem Gehäuse 32 befindet oder mit diesem verbunden ist, sind deutlicher aus Figur 2 entnehmbar. Auch die Arbeitsweise wird hieraus deutlich.

In Figur 2, die eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1 ist, ist die Abdeckung 30 des Transformatortanks 26 mit dem Gehäuse 32 gezeigt. Durch die Wand 38 des Gehäuses 32 erstreckt sich ein mit einem Teil 34 mit einer Öffnung und einer Schutzkappe 36 hindurch, und die Aussenfläche des Teils 34 befindet sich in einer flüssigkeitsdichten Relation zu der Wand 38 des Gehäuses 32. Die Schutzkappe 26 verhindert, dass Wasser, Schmutz usw. in den mit einem Flansch versehenen Teil 34 eintritt, gleichzeitig gestattet sie aber, dass Umgebungsluft frei durch den Teil 34 hindurch eintritt. Eine Luftzelle 40, die aus einem faserverstärkten Elastomer hergestellt ist, weist einen Teil 42 mit einer Öffnung auf, durch die Umgebungsluft leicht hindurchströmen kann. Der Flansch des Teils 34 erstreckt sich in den Teil 42 der Luftzelle 40 hinein und ist mit der Luftzelle 40 flüssigkeitsdicht abgeschlossen.

Die Abdeckung 30, die das Gehäuse 32 einschliesst, ist an dem Transformatortank 26 angeschweisst und bildet eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Transformatortank 26 und der Abdeckung 30. Öffnungen 44A und 44B in der Abdeckung 30 ermöglichen, dass ein flüssiges Dielektrikum innerhalb des Transformators 20 zwischen dem Transformatortank 26 und dem Gehäuse 32 der Abdeckung 30 hindurchtritt. Ventile 46A und 46B öffnen sich, wenn der Druck in dem Gehäuse 32 entweder über einen vorbestimmten Druckbereich ansteigt oder unter einen gewissen Druckbereich abfällt. Eine

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flüssigkeitsdichte Zugangsplatte 48 gestattet den Ein- und/oder Ausbau der Luftzelle 40 in dem Gehäuse 32.

Das Silikonöl 50, das das flüssige Dielektrikum in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, wird über ein Ventil 52 in den Transformatortank 26 und das Gehäuse 32 der Umhüllung 30 eingeführt und schliesst die äussere Oberfläche der Luftzelle 40, die sich in dem Gehäuse 32 befindet, vollständig ein. Das Silikonöl 50 wird über das Ventil 52 in den Transformatortank 26 und in das Gehäuse 32 eingepumpt, bis diese gefüllt sind und bis die Luftzelle 40 sich in ihrem vollständig zusammengedrückten Zustand befindet. Dann wird ein bestimmtes Volumen des Silikonöls 50, das dem in der Luftz.elle 40 gewünschten Luftvolumen äquivalent ist, über das Ventil 52 abgelassen, um eine thermische Expansionskammer für das Silikonöl 50 in der Luftzelle 40 zu bilden.

Die thermische Expansion des Silikonöls 50 in dem Transformatortank 26 drückt das Öl über die Öffnungen 44A und 44B in der Abdeckung 30 in die Kammer 32. Wenn Silikonöl 50 in die Kammer 32 eintritt, drückt es die Luftzelle 40 zusammen und drückt die Luft durch die Öffnung 42 und die Flanschöffnung 34 hindurch aus der Luftzelle 40 heraus. Mit dieser Anordnung kann sich das Silikonöl 50 entgegen der Umgebungsluft thermisch ausdehnen, ohne dass es durch Verunreinigungen in der Luft verschmutzt wird. Wenn sich das Silikonöl 50 abkühlt und das Volumen sich verkleinert, strömt das Silikonöl 50 von der Kammer 32 über die Öffnungen 44A und 44B in der Abdek-kung 30 in den Tank 26 und dadurch kann sich die Luftzelle 40 unter dem Druck der Umgebungsluft ausdehnen, die über die Flanschöffnung 34 und die Öffnung 42 frei in die Luftzelle 40 eintritt.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Abdeckung 30 mit dem Transformatortank 26 verschweisst und bildet eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesen zwei Teilen. Die Abdeckung 30 kann alternativ durch Schraubbolzen mit dem Transformatortank 26 verbunden sein, wenn zwischen diesen Teilen ein geeignetes Packungsmaterial vorgesehen ist, dass eine Flüssigkeitsdichtung bildet.

Die Abdeckung 30 ist vollständig abnehmbar von dem Transformatortank 26, nachdem das Silikonöl 50 entfernt ist, wie es in Figur 2A gezeigt ist, die eine Teilschnittansicht und eine auseinandergezogene Ansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1 ist. Wenn die Abdeckung 30 von dem Transformatortank 26 entfernt ist, sind der gesamte Mantel für das Silikonöl 50 oder die Expansionskammer 32 und die in dem Mantel befindliche Luftzelle 40 mit der Abdeckung abgenommen. Es ist keine zusätzliche Einrichtung mit einer Expansionkammer vorgesehen oder für den Transformator 20 erforderlich. Die Anbringung der Expansionskammer für das Silikonöl 50 und das Trennungs- oder Behältersystem innerhalb der Abdeckung 30 des Transformators 20 machen es überflüssig, eine getrennte Expansionkammereinheit für den Transformator 20 vorzusehen. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, das wesentliche Raumeinsparungen zur Folge hat. Die grosse Nähe des Gehäuses 32 zum Transformatortank 26 machen es ferner überflüssig, zusätzliche Leitungsmittel für das sich thermisch ausdehnende oder zusammenziehende Silikonöl 50 vorzusehen, das zwischen diesen zwei Räumen fliesst.

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1 Blatt Zeichnungen

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627874 PATENTANSPRÜCHE

1. Traktionsmotortransformator, mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse, auf das eine abnehmbare Abdeckung aufgebracht ist, die eine Abdichtung mit dem flüssigkeitsdichten Gehäuse herstellt, und dass der eigentliche Transformator einen Magnetkern aufweist, der innen in dem Gehäuse angebracht und in einer festen Relation dazu angeordnet ist und eine Wicklung umfasst, die auf dem Magnetkern angebracht ist, und dass Mittel zum Verbinden der Wicklung mit einer externen Schaltungsanordnung und ein flüssiges Dielektrikum in dem Gehäuse vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die abnehmbare Abdeckung (30) eine flüssigkeitsdichte Expansionskammer (32) umfasst, deren Innenraum mit dem Innenraum des flüssigkeitsdichten Gehäuses (26) in Verbindung steht (bei 44A, 44B), und dass in der Expansionskammer (32) eine Luftzelle (40) angeordnet ist, die einen Teil (42) mit einer Öffnung zu ihrem Innenraum aufweist, und dass dieser Teil (42) mit einem durch eine Wand (38) der Expansionskammer (32) hindurchführenden weiteren Teil (34) mit einer weiteren Öffnung in Verbindung steht, wobei diese Verbindung flüssigkeitsdicht ist, und dass das flüssige Dielektrikum (50) in dem Gehäuse (26) und der Expansionkammer (32) enthalten ist, und dabei das Gehäuse (26) und mit der Luftzelle (40) zusammen auch die Expansionskammer (32) auffüllt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Dielektrikum Silikonöl ist.

3. Transformator, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonöl Polydimethylsiloxan ist.

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen dem flüssigkeitsdichten Gehäuse (26) und der Abdeckung (32) durch Verschweissen dieser Teile gebildet ist.

5. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung zwischen dem Gehäuse (26) und der Abdeckung (32) durch eine Dichtungspackung, die zwischen diesen zwei Teilen angeordnet ist, und Bolzen gebildet ist, die diese Teile zusammenhalten.