CN116134560A - 具有强制直接冷却的电气设备 - Google Patents

Abstract

具有强制直接冷却的电气设备。本发明涉及用于连接到高电压的电气设备(1)，该电气设备具有：有源部件，该有源部件具有能够磁化的芯和至少一个绕组装置(31)，所述至少一个绕组装置分别包围芯的芯部段并且具有相互感应地耦合的绕组(29、30)，其中，在绕组中构造有冷却通道(28)(19)；填充有绝缘液体的罐(2)，该有源部件完全布置在该罐中，其中，罐(2)具有至少一个绝缘液体入口(10)和至少一个绝缘液体出口(11)，所述至少一个绝缘液体入口和至少一个绝缘液体出口通过布置在罐(2)外的循环系统(12)彼此连接，该循环系统包括冷却单元(14)和用于使绝缘液体循环的泵(13)，为了创造该电气设备建议，每个绝缘液体入口(10)通过在罐(2)中延伸的绝缘液体线路(19)与布置在绕组装置(31)的端侧之一上的分配单元(18)连接，该分配单元将冷却的绝缘液体分配到冷却通道(28)上。

Description

具有强制直接冷却的电气设备

技术领域

本发明涉及一种用于连接到高电压的电气设备，该电气设备具有有源部件，该有源部件具有可磁化的芯和至少一个绕组装置，所述至少一个绕组装置分别包围该芯的芯部段并且具有相互感应地耦合的绕组，其中，在绕组中构造有冷却通道，该电气设备还具有充满绝缘液体的罐，有源部件完全布置在该罐中，该罐具有至少一个绝缘液体入口和至少一个绝缘液体出口，所述至少一个绝缘液体入口和至少一个绝缘液体出口通过布置在罐外的循环系统彼此连接，该循环系统具有冷却单元和用于使绝缘液体循环的泵。

背景技术

这种电气设备已经从WO 2008/184775 A1中已知。在那里示出了铁路变压器，其具有有源部件和罐，有源部件完全布置在该罐中。有源部件包括具有两个芯柱的芯，芯柱分别被两个彼此同心地布置的绕组包围。罐具有以形状互补的方式围绕绕组的外轮廓的中间部分。布置在罐中的用于绝缘和冷却的绝缘液体通过冷却系统进行循环。

WO 2016/038222A1公开了一种铁路变压器，其具有有源部件和罐，其中，有源部件的芯完全布置在罐外。在此，铁路变压器通过芯紧固在轨道车辆上，从而不会将大的力引入到罐中。因此，罐可以由诸如塑料之类的轻质材质制成。

铁路变压器设计用于安装在铁路车辆、例如机车或驱动车上。铁路变压器用于根据不同的输入电压为机车或驱动车的驱动提供所需的牵引电压。已知的铁路变压器具有位于地电势的金属罐，该金属罐填充有绝缘液体、例如酯类液体。变压器的所谓的有源部件布置在罐中，该有源部件具有由可磁化的片组成的芯和至少两个同心地包围芯的部段的绕组。为了将变压器连接到高电压，罐配备有套管。通常，绝缘液体通过布置在罐外的冷却系统循环。

先前已知的电气设备具有缺点，即由于罐的形状互补的结构，绕组不能再被充分地冷却，使得绝缘液体在运行时迅速生热并且电气设备只能在低功率下运行。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种开篇所提及的类型的电气设备，在该电气设备中，改进了绕组的冷却。

本发明通过以下方式解决该技术问题：绝缘液体入口通过在罐中延伸的绝缘液体线路与布置在绕组装置的端侧之一上的分配单元连接，该分配单元将冷却的绝缘液体分配到冷却通道上。

根据本发明，冷却的绝缘液体不再仅引入到罐中。更确切地说，在本发明的范畴中，冷却的绝缘液体有针对性地直接引导至绕组的冷却通道。一方面，绝缘液体线路用于将冷却的绝缘液体直接引入到绕组的冷却通道中。绝缘液体线路在绝缘液体入口和分配单元之间延伸。冷却的绝缘液体在绝缘液体入口处被引入到电气设备的罐中。由于绝缘液体线路，与罐中较热的绝缘液体的混合不再如在现有技术中那样直接发生在绝缘液体入口后面。更确切地说，全部的冷却的绝缘液体直接引导至分配单元。最后，分配单元确保冷却的绝缘液体均匀地分布到绕组中的冷却通道上。以这种方式，冷却的绝缘液体直接引入到绕组的冷却通道中，由此改进了绕组的冷却。由于改进的冷却，根据本发明的电气设备可以在更高的电功率的情况下例如以更高的电流运行。

绝缘液体线路有利地是管线。管线易于生产，并且因此可以成本有利地在市场中以各种变型获得。

在本发明的一种优选的变型中，分配单元具有容纳单元，该容纳单元的前侧面向绝缘液体入口并且该容纳单元具有贯通开口，该贯通开口设计用于容纳绝缘液体线路的排出口，其中，该容纳单元的背侧设有至少一个内槽。根据本发明的该实施方式，绝缘液体线路通到容纳单元的贯通开口中。因此，冷却的绝缘液体从绝缘液体入口流至贯通开口并且从那里到达容纳单元背侧上的所述内槽或每个内槽。一个或多个内槽用于绝缘液体的径向分布。

在一种优选的实施方式中，槽以环形的方式构造并且与贯通开口连接。根据本发明，分配单元布置在绕组装置的面向绝缘液体入口的端侧处。通过环形的设计，绝缘液体的分布适配于绕组的圆柱形设计，因为冷却通道以均匀分布的方式在彼此平行的轴向方向上延伸穿过绕组。

有利地，分配单元具有贴靠在容纳单元的背侧上的孔板，该孔板具有贯通孔并且在其背离容纳单元的一侧配备有间隔保持件。间隔保持件放射状地定向并且指向共同的中间点。在此，间隔保持件彼此间具有恒定的距离并且在孔板的整个圆周上分布。换句话说，间隔保持件界定了蛋糕块状的中间空间。

根据在这方面的扩展方案，孔板、间隔保持件和外密封环界定了分配空腔，该分配空腔分别与至少一个冷却通道连接。绝缘液体通过容纳单元的槽径向地分布并且通过贯通孔到达分配空腔之一，该分配空腔如上文已经解释的那样在其设计方面类似于蛋糕块。每个所述分配空腔在轴向方向上由相应的绕组装置的端侧和孔板界定。间隔保持件在径向方向上界定每个分配空腔，因此分配空腔在外部和内部由圈形密封环在圆周上封闭。间隔保持件分别在孔板的背侧上放射状地在径向方向上延伸。绝缘液体从均匀地供有冷却的绝缘液体的分配空腔到达绕组的冷却通道。

容纳单元和孔板有利地盘形地设计。盘形设计实现电气设备的紧凑的结构形式。

分配单元优选地在俯视图中具有圆形外轮廓。以这种方式，分配单元适配于绕组装置的外形，在本发明的范畴中，分配单元布置在绕组装置的端侧处。

在本发明的范畴中，绕组装置的绕组优选地彼此同心地布置。绕组装置的外绕组例如设计为针对比更靠内布置的次级绕组更高的电压的初级绕组，反之亦然。除了初级和次级绕组之外，每个绕组装置还可以具有其他绕组、例如辅助运行绕组、阶梯绕组或类似绕组。

分配单元优选地由非导电材料制成。以这种方式，根据本发明的电气设备的电磁特性不受分配单元的影响或至少仅受其轻微影响。

罐优选地具有两个金属端盖，由非导电材料制成的中间部分在所述两个金属端盖之间延伸。中间部分例如与绕组的外轮廓形状互补地设计并且由轻质材料制成。

在本发明的意义上，轻质材料是自重比钢低两倍的任何材料。因此，钢具有7.85-7.87g/cm³的密度。具有小于3.9g/cm³的密度的材料是本发明的意义上的轻质材料。这种轻质材料的示例是铝、塑料和纤维增强塑料。优选地，中间部分基本上由密度为2.5g/cm³的玻璃纤维增强塑料制成。

在本发明的一种优选的变型中，芯具有两个彼此平行地延伸的芯柱，所述芯柱分别被绕组装置包围，其中，芯柱通过下磁轭和上磁轭彼此连接。以这种方式形成闭合的磁路。因此，在本发明的该变型中，两个绕组装置例如总共设置有四个绕组，其中，每两个绕组彼此同心地布置并且包围芯的共同柱作为芯部段。在此例如是内部的低压绕组和包围该低压绕组的高压绕组。芯还具有另一个柱，其同样被低压或高压绕组包围。两个低压绕组和高压绕组在此例如串联连接。分别延伸通过两个绕组装置之一的芯柱因此彼此平行地定向。罐的中间部分的内壁在整个圆周上依照相应的绕组装置的外绕组的外轮廓设计。

应当理解，在本发明的范畴中，也可以设置三个或更多个柱，其中，每个柱配备有由两个或更多个绕组组成的绕组装置。

有利地，端盖也适配于布置在其内部容积中的有源部件部段。根据本发明的扩展方案，罐还在其中间部分之外、至少在其内部设计方面不仅紧靠到外绕组的外轮廓。更确切地说，罐还被设计为与有源部件的其他部段形状互补，这些部段同样确定了有源部件的外轮廓。

上磁轭和下磁轭与相应的压力框架一起定义了有源部件的外轮廓，该外轮廓不由绕组定义。虽然绕组定义了通常柱形的外轮廓，但是有源部件的其余外轮廓与此有很大偏差。因此，罐与这种略微复杂的外轮廓的形状互补的适配被限制为，形成盒形的包络。这意味着，罐在其设计方面并没有仿照每个螺钉或每个螺栓构造，而是仿照具有盒形和部分倒圆形的轮廓的整个部段构造。该盒形轮廓因此界定了允许以耐电压的方式容纳所述有源部件部段的内部空间，但同时将罐的内部容积限制到最小。

有利地，端盖由金属或金属合金制成。特别优选的是，端盖由钢制成。钢具有高的机械强度。

合适地，端盖分别盒形地设计。盒形设计可以成批地实现。在本发明的该变型中，省去了对相应的个性化制造的有源部件的适配。以这种方式可以节省进一步的成本。

有利地，至少一个端盖具有观察窗和/或手开口。根据本发明的该扩展方案，可以容易地制造和维修电气设备。

电气设备优选地是铁路变压器。

可磁化的材料被理解为诸如铁之类的铁磁材料。在本发明的范畴中，芯优选地形成闭合的磁路。

附图说明

本发明的其他合适的设计方案和优点是以下参照附图对本发明的实施例的描述的主题，其中，相同的附图标记指代作用相同的部件，并且其中

图1以立体图示出了根据本发明的电气设备的实施例，

图2示出了根据图1的没有循环系统和承载框架的电气设备，

图3示出了根据图2的具有勾画的绝缘液体线路的电气设备，

图4和图5以立体图示出了分配单元的容纳单元的前侧和背侧，

图6以立体图示出了孔板的背侧，

图7以俯视图示出了绕组装置的端侧，并且

图8以侧视图示出了分配单元的实施例。

具体实施方式

图1以立体图示出了电气设备1的实施例，在那里示出的电气设备设计为铁路变压器1。铁路变压器1具有罐2，该罐由中间部分3和两个端盖4和5组成。端盖4和5由钢制成，相反地，中间部分3由玻璃纤维增强塑料制成。在罐2中布置有未以图像方式示出的有源部件，其中，罐填充有绝缘液体。有源部件包括可磁化的由铁组成的芯，该芯具有两个芯柱，该两个芯柱通过上磁轭和下磁轭彼此连接。每个芯柱被绕组装置包围，其中，每个绕组装置由内低压绕组和外高压绕组组成。绕组装置还包括辅助运行绕组。在此，上绕组、下绕组和辅助运行绕组作为低压绕组的轴向延长部彼此同心地并且与芯柱同心地布置，该芯柱在内部穿过这些绕组突出。

中间部分3形成两个壳体管6和7，所述两个壳体管分别包围绕组装置之一。下磁轭和上磁轭布置在上端盖4或下端盖5中。输入套管8用于将彼此并联连接的高压绕组连接到处于高电压的接触线上。低压绕组在输出侧与电缆连接插座9连接。通过将匹配的电缆插头插入到相应的电缆连接插座9中可以分接所需的牵引电压。

端盖4具有两个绝缘液体入口10，相反地，端盖5配备有绝缘液体出口11。最后可以看到循环系统12，该循环系统除了泵13之外还包括冷却单元14，该冷却单元配备有用于冷却循环的绝缘液体的热交换器。循环系统12还具有管线15。借助循环系统12，加热后的绝缘液体从绝缘液体出口11中吸出并且通过管线15输送给冷却单元14的热交换器。冷却的绝缘液体从那里到达绝缘液体入口10，以便在绝缘液体入口处重新引入到罐2中。

铁路变压器1还具有用于安装在轨道车辆上的承载框架16，在这点上不需更详细地讨论。

图2以立体图示出了根据图1的电气设备的罐2，其中，为了更好的概览而去掉了循环系统和承载框架。在前景中可以看到具有绝缘液体入口10的端盖4，而在背景中示出具有绝缘液体出口11的端盖5。可以看到，端盖5配备有手孔17，该手孔便于铁路变压器1的安装和维修。

由于中间部分3由轻质材料制成并且形成两个紧密贴靠在绕组装置处的管6和7，所以需要更少的绝缘液体来完全地填充罐。通过绝缘液体的减少的体积，在运行和同时持久的冷却中，绝缘液体更快地达到临界温度范围。出于这个原因，在本发明的范畴中改进了绕组的冷却。

图3示出了根据图2的罐，但是其中勾画了用于改进的冷却的器件。因此，绝缘液体线路19在每个绝缘液体入口10和分配单元18之间延伸。借助管状地设计的绝缘液体线路19，引入到绝缘液体入口10中的冷却的绝缘液体被直接引导至分配单元18，从而该冷却的绝缘液体不再与布置在内端盖4中的热的绝缘液体混合。在此，分配单元18布置在绕组装置的端侧处，该端侧分别面向绝缘液体入口10。在此，分配单元在俯视图中圈形地设计，从而该分配单元覆盖绕组装置的整个端侧。

分配单元18具有容纳单元20，该容纳单元在图4中从前部示出并且在图5中从后部示出。可以看到，前侧平坦地设计，其中，可以看到贯通孔21，该贯通孔用于容纳连接线路19的排出口。以这种方式，流入的冷却的绝缘液体通过贯通孔21到达容纳单元20的背侧，该背侧配备有环形的内槽23和外槽22。两个槽22和23通到容纳开口21中，从而流入的绝缘液体被引导通过槽22和23。

在图5中示出的容纳单元20的背侧贴靠在孔盘24的前侧处，该孔盘在图6中从后部示出。孔盘24配备有贯通孔25，该贯通孔允许绝缘液体从容纳单元20的槽22、23进入到分配空腔26中，该分配空腔在轴向方向上不仅由孔盘24并且由未示出的绕组装置的端侧界定。分配空腔26的横向界定通过间隔保持件27进行，该间隔保持件径向地或放射状地定向并且形成类似于蛋糕块的分配空腔26。未以图像方式示出的外边界环和同样未以图像示出的内边界环确保避免绝缘液体在径向方向上从分配空腔26向内或向外逸出。

图7以俯视图示出了绕组装置31的端侧，其中，所示的端侧背离分配单元18。绕组装置31具有内部的低压绕组29和外部的高压绕组30，该低压绕组在轴向方向上被辅助运行绕组延长，该高压绕组与该低压绕组同心地布置。可以看到，相应的绕组29或30的层不是直接缠绕在彼此之上，而是彼此间隔开。这通过缠入所谓的绕组条带(在图中未示出)来实现。条带确保绕组层的在那里必要的径向间距，从而在绕组层和条带之间形成冷却通道28。由于冷却通道28，可以看到孔盘24的布置在绕组装置31的另一端侧上的背侧，该孔盘包括其间隔保持件27及其贯通孔25。因此可以理解，渗入分配空腔26中的冷却的绝缘液体流过绕组的冷却通道28并且因此确保绕组29和30的改进的冷却。

图8示出了绕组装置31的面向分配单元18的端部和分配单元18本身。在此，分配单元18以部分截面的方式示出。首先可以看到容纳单元20，该容纳单元在其背侧具有内槽23和外槽22，如已经解释的那样，内槽和外槽都与在图8中未示出的容纳开口连接。此外可以看到孔盘24，该孔盘界定槽22和23。孔盘24配备有未以图像示出的贯通开口，该贯通开口允许绝缘液体从槽22、23进入到分配空腔26中，该分配空腔在一侧通过孔盘24界定并且在另一侧通过绕组装置的端侧界定。为了避免绝缘液体从分配空腔26中逸出，可以看到外密封环32和内密封环33，该外密封环和内密封环确保来自分配空腔26的冷却的绝缘液体到达绕组的冷却通道28。

Claims (10)

1.一种用于连接到高电压的电气设备(1)，具有

-有源部件，所述有源部件具有能够磁化的芯和至少一个绕组装置(31)，所述至少一个绕组装置分别包围所述芯的芯部段并且具有相互感应地耦合的绕组(29、30)，其中，在所述绕组中构造有冷却通道(28)(19)，

-填充有绝缘液体的罐(2)，所述有源部件完全布置在所述罐中，其中，

-所述罐(2)具有至少一个绝缘液体入口(10)和至少一个绝缘液体出口(11)，所述至少一个绝缘液体入口和所述至少一个绝缘液体出口通过布置在所述罐(2)外的循环系统(12)彼此连接，所述循环系统包括冷却单元(14)和用于使所述绝缘液体循环的泵(13)，

其特征在于，

每个绝缘液体入口(10)通过在所述罐(2)中延伸的绝缘液体线路(19)与布置在所述绕组装置(31)的端侧之一上的分配单元(18)连接，所述分配单元将冷却的绝缘液体分配到所述冷却通道(28)上。

2.根据权利要求1所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述绝缘液体线路是管线(19)。

3.根据权利要求1或2所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述分配单元(18)具有容纳单元(20)，所述容纳单元的前侧面向所述绝缘液体入口(10)或多个绝缘液体入口之一并且所述容纳单元具有贯通开口(21)，所述贯通开口设计用于容纳所述绝缘液体线路(19)的排出口，其中，所述容纳单元(20)的背侧设有内槽(22、23)。

4.根据权利要求3所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述槽(22、23)环形地构造并且与所述贯通开口(21)连接。

5.根据权利要求3或4所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述分配单元(18)具有贴靠在所述容纳单元(20)的背侧上的孔板(24)，所述孔板具有贯通孔(25)并且在其背离所述容纳单元(20)的一侧配备有间隔保持件(27)。

6.根据权利要求5所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述孔板(24)、所述间隔保持件(27)和外密封环(33)界定了分配空腔(26)，所述分配空腔分别与至少一个冷却通道(28)连接。

7.根据权利要求6所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述容纳单元(20)和所述孔板(24)盘形地设计。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述分配单元(18)在俯视图中具有圆形外轮廓。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述分配单元(18)由非导电材料制成。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电气设备(1)，

其特征在于，所述罐(2)具有两个金属端盖(4、5)，由非导电材料制成的中间部分(3)在所述两个金属端盖之间延伸。

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