CN117766264A - 带有空气冷却的干式变压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气冷却的干式变压器(1)，其包括：包含边腿(11)的芯(10)；布置在边腿(11)周围的卷绕体(14)；在卷绕体(14)的纵轴线的方向上延伸的冷却通道(25)，其布置在卷绕体(14)的内部部分(15)与卷绕体(14)的外部部分(20)之间，其中，冷却通道(25)在其两个端部处具有开口(40,42)且具有带有圆形的、椭圆形的或多边形的基本形状的大致环状的横截面；至少一个环‑通风机(30,30a,30b,30c)，其包括环(32)和鼓风机(34)，其中，鼓风机(34)设立成抽吸空气并且将空气从环(32)中沿着环(32)的纵轴线指向地吹出，其中，产生空气流(31)；其中，环‑通风机(30,30a,30b,30c)这样设定尺寸和布置，使得空气流(31)在冷却通道(25)中产生冷却空气流(35)。此外提出一种带有空气冷却的功率装置和一种借助于环‑通风机的冷却方法。

Description

带有空气冷却的干式变压器

本申请是申请日为2018年2月8日、申请号为201880010934.X、发明名称为“带有空气冷却的干式变压器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本申请涉及一种用于冷却电气功率-装置、尤其功率-变压器的方法和装置。其尤其涉及用于借助于环-通风机(Ring-Ventilator)来冷却干式变压器(在此尤其是带有在壳体内的强制空气冷却的在不通风的壳体中的干式变压器)的方法和系统。

背景技术

为了改善干式变压器的冷却提出不同的技术。属于此的有在芯内的冷却空气-通道，以便改善散热。通常利用鼓风机在壳体的下部区域中产生过压，而在壳体的上部区域中通过取出空气可产生低压。以该方式产生从下向上流的空气流。然而在此大量空气不是如所希望的那样流过卷圈(Wicklung)的冷却通道，而是不希望地在外面围绕线圈流动。这主要在于，在卷圈内的冷却通道的横截面面积大多明显小于在壳体壁与线圈之间的横截面区域。

这通常可通过以下方法来避免：一方面可在线圈下面设立风扇(Luefter)，以便将空气吹到冷却通道中。此外可直接靠近线圈布置空气导引板，以便以该方式使冷却通道的流动阻力小于在卷圈外的区域的流动阻力。为了在该情况中将空气吹到线圈中，需要相对功率强的风扇，其中，空气的一大部分仍然还在线圈周围流动。此外为了使其足够高效，须使空气导引板单独适配线圈的轮廓，这包含显著的工作耗费。由于空气引导板此外产生显著的附加阻力，通风系统以更低的总效率工作。总地来说还在利用传统的通风机改善冷却时产生大量噪音，尤其由于旋转的叶片。

在该背景下存在对本发明的需求。

发明内容

本发明的目的通过一种根据权利要求1的空气冷却的干式变压器、根据权利要求7的变压器-冷却系统、根据权利要求8的用于冷却干式变压器的方法、根据权利要求9的环-通风机的应用以及根据权利要求11的带有空气冷却的电气功率-装置来实现。

在本发明的第一方面中提供一种空气冷却的干式变压器。其包括：包括边腿(Schenkel)的芯；布置在边腿周围的卷绕体(Wicklungskoerper)；在卷绕体的纵轴线的方向上延伸的冷却通道，其布置在卷绕体的内部部分与卷绕体的外部部分之间，其中，冷却通道在其两个端部处具有开口且具有带有圆形的、椭圆形的或多边形的基本形状的大致环状的横截面；至少一个环-通风机，其包括环和鼓风机，其中，鼓风机设立成抽吸空气并且将空气从环中沿着环的纵轴线指向地吹出，其中，产生空气流；其中，环-通风机这样设定尺寸和布置，使得空气流在冷却通道中产生冷却空气流。

在本申请中所说明的冷却通道普遍包括根据方面和实施形式可被用于或适合于导引冷却空气或冷却气体通过干式变压器的所有类型的通道。这例如也可以是最初为了介电的隔离或监控/控制场所设置或使用的通道。在此所说明的冷却通道例如可提供在芯与卷圈之间、或在卷圈内、在不同卷圈之间或在卷绕体的外侧处。

在本发明的第二方面中提供一种变压器-冷却系统。其包括根据第一方面的干式变压器、用于干式变压器的壳体；以及换热器，其设计用于将热从壳体中导出；其中，由该至少一个环-通风机产生的冷却空气流在通过干式变压器的冷却通道之后碰到换热器并且在那里被冷却。

在第三方面中提供一种用于冷却干式变压器的方法。该方法包括提供环-通风机和干式变压器、使环-通风机的冷却空气流指向干式变压器的冷却通道的与此适配的、大致环形的开口。

在另外的方面中提出环-通风机的一种应用，用于冷却电气功率-装置，其中，环-通风机的指向的、大致环形的冷却空气流指向电气功率-装置的冷却通道的与此适配的开口。

在另外的方面中提出一种带有空气冷却的电气功率-装置。该装置包括带有冷却通道(其带有至少一个大致环形的开口)的电气功率-装置、环-通风机(包括环和鼓风机，其中，鼓风机设立成抽吸空气并且将空气沿着环的纵轴线指向地吹出，其中，在冷却通道中产生空气流)。

本发明的另外的特征和优点在该系统的优选的实施形式的接下来的详细说明中来介绍。

附图说明

本发明另外的特征和优点对于专家来说根据详细说明结合附图是明显的。其中：

图1示出了穿过根据实施形式的干式变压器的横截面，以及变压器的上视图；

图2示出了穿过根据另外的实施形式的干式变压器的横截面；

图3示出了根据实施形式的环-通风机；

图4示出了穿过根据另外的实施形式的干式变压器的横截面；

图5示出了穿过根据另外的实施形式的干式变压器的横截面；

图6示出了穿过用于根据实施形式的干式变压器的冷却系统的横截面；

图7示出了对根据另外的实施形式的干式变压器的俯视图。、

具体实施方式

即使说明了优选的实施形式，本发明的保护范围也不限于所示出的实施形式，而是还包括对于专家来说相近的实施形式。

本发明的实施形式一般涉及干式变压器，其利用至少一个电驱动的环-通风机来冷却。如在本申请中所应用的那样，环-通风机包括环形的壳体，在环的轴向上环形的空气流从该壳体中流出。在壳体的中间存在中心开口，在实施例中变压器-芯的边腿穿过该开口或位于其中。在本申请中概念“环-通风机”一般可相应视为先前的定义，在此包括下面所说明的变体。

环-通风机可具有环形的壳体作为定子，在其中带有同样环形的转动部(Laeufer)，在转动部处安装有叶片，其如在传统的通风机中那样向外可见。在本文中所应用的其他形式中在实施例中的环-通风机可以是无叶通风机。无叶通风机从环中吹空气，而没有旋转的转子翼直接地参与，或其典型地封装在额外的壳体中。空气在此通过装入内部的转子在无叶的通风机的侧面处或在基座中通过位于其中的洞被抽吸，并且引导到环的环绕的空腔中。接下来通过优选地设置在环的内侧处的缝隙使空气加速。

如此产生根据环的几何结构形成的空气束。为了导引空气束的方向，通过斜面(其例如如翼(Tragflaeche)那样来成型)来吹该束。同时可抽吸周围的空气、作为辅助流，由此增强来自通风机的总空气流。本发明涉及应用环-或无叶的通风机用于干式变压器，并且通常还用于冷却其他类型的电气设备或功率-装置。通过不同的措施确保通风的空气的一大部分直接被吹通过干式变压器的冷却通道，而例如不在线圈/卷圈的外侧上流过。接下来通常由此出发，即变压器的芯关于地表竖立。这在流动技术上是有利的，因为由通风机产生的空气流通过被加热的空气的对流来支持或增强。在实施例中芯然而也可具有其他取向，例如相对于地表水平，使得冷却空气流也水平地流动。然而接下来普遍从技术上常见的竖立的芯或边腿出发。

在此，实施例尤其涉及以下情况：典型地变压器通过从下向上指向的空气流来冷却，其由在卷圈的下部区域中或直接在卷圈下面布置的环-或无叶的通风机来产生。备选地，从下向上指向的空气流也可通过布置在卷圈的上部区域中的环-或无叶的通风机来产生。最后，空气流可通过不仅在卷圈的下部的、而且在其上部的区域中布置的环-通风机或无叶的通风机来产生，也就是说通过上述两个情况的结合。如果卷圈在竖直方向上、也就是说沿着芯的纵轴线彼此分离，(附加于上面所描述的变体或者单独地)也可在上部的线圈或卷圈与下部的线圈或卷圈之间安装通风机。对于在三相电流-干式变压器的三个边腿上的三个分离的卷圈，上述变体可对于每个边腿单独地来实施，或者可应用带有环的单独的通风机，其中，环非圆形地、而是长形地来实施并且在这三个边腿上遮盖全部三个卷圈。

实施形式相对于带有常规的通风机的传统的通风技术具有以下优点。一方面可完全取消开头所描述的空气导引板及其保持装置或连接部。此外，在实施形式中可将例如通过换热器冷却的空气通过管直接引导到通风机处且然后吹到冷却通道中。这避免在冷却空气与在卷圈外的周围环境之间不必要的热交换。因此，被冷却的空气在至环-或无叶的通风机的输入管中保持冷。通过通风机加速的空气的一大部分直接流到或通过在卷圈中的冷却通道，其中，这同时利用较少的或减少的构造耗费来获得。此外，无叶的通风机或风扇由于不存在如在传统的风扇或鼓风机中那样敞开的旋转的叶片特别以较小的噪声-或噪音水平工作。

图1在横截面中示出根据实施形式的空气冷却的干式变压器。其包括带有边腿11的芯10以及在芯10周围或在边腿11周围布置的卷绕体14。卷绕体14可具有多个卷圈或卷绕部件。在卷绕体14的内部部分15与卷绕体14的外部部分20之间存在冷却通道25。其在其两个端部处、典型地在竖直的芯10或边腿11中在下面和上面具有两个开口40、42。冷却通道25典型地、但是非必需地具有大致环状的或环形的横截面。在图1的下部中示出从上面的俯视图，其中，环32以黑色示出。干式变压器1也可具有多个边腿11，例如两个或三个。

布置在干式变压器1下面的环-通风机30包括环32和鼓风机34(也见图3)。鼓风机34设立成从周围环境中抽吸空气(在实施形式中空气例如可通过管来输送)并且将空气从在环32中的缝隙33中以指向的方式沿着环32的纵轴线吹出。在此产生冷却空气流35。环-通风机30在此如此设定尺寸和布置，使得其产生环形的冷却空气流35，其在几何上与冷却通道25的尺寸适配。

冷却空气流35在此在其横截面轮廓中和在其尺寸中大致相应于开口40、42中的一个的横截面轮廓和尺寸，即典型地也相应于冷却空气通道25的尺寸。冷却通道25典型地具有内部的冷却通道-直径d1和外部的冷却通道-直径d2。其与冷却空气流31的内部空气流-直径dks1和外部空气流-直径dks2大致相同。

在图2中示出一实施例，在其中环-通风机30b布置在卷绕体14之上。也就是说，冷却空气流35通过从冷却空气通道25中抽吸空气来产生。

在图3中以无叶通风机的形式示出环-通风机30a、30b、30c的示范性的、非限制性的示例。从在环32中的缝隙33中吹出的冷却空气流35通过箭头象征性示出。此外，在右侧上示出冷却空气输送至鼓风机34。在实施例中将冷却空气流通过管或管路引导或导引至鼓风机34。

在图4中示出另外的实施形式，在其中环-或无叶的通风机不像在其他示例中那样布置在芯10处或在其周围，而是在干式变压器1和芯10之外和之上。在此，通风机例如可安装在壳体的上侧或盖处，即不与变压器1本身直接接触。

在图5中示出根据实施例的干式变压器1，其示出图1和图2中的变体的组合。附加地，此处卷圈在芯或边腿上被分开成使得在卷圈部段70、75之间布置有另外的环-或无叶通风机30c。也就是说，通风机30c布置在两个在芯10的纵向上分离地布置的卷圈部段70、75之间。对于卷圈部段中的一卷圈部段70，其在此在吹气运行中工作，对于另一卷圈部段75在抽吸运行中。在其他实施形式中利用这样的变压器-构造也可仅应用中间的或中心的环-或无叶通风机30c。

图6示出变压器-冷却系统100，其带有根据上述实施例中的一个的干式变压器1。干式变压器1位于(大致或完全封闭的)壳体50中。冷却空气流35的冷却空气在通过冷却通道25之后被引导到换热器60中。其用于将废热从壳体100中导出，例如到环境空气处，或者还到带有流体(例如水)的冷却循环处。

被干式变压器1加热的冷却空气35即在通过干式变压器1的冷却通道25之后被引导到换热器60中并且在那里被冷却。被冷却的空气流然后又通过该(或多个)环-或无叶通风机30a的鼓风机34借助于管36被抽吸。因此存在闭合的冷却空气-循环。

图7从下面示出带有三个边腿11的干式变压器1，例如三相变压器。在此使用仅仅一个无叶通风机30d，其环32长形地或伸长地来实施，以便遮盖全部三个卷绕体14。备选地也可对于每个边腿11或卷绕体14设置一个或者多个自己的通风机，如例如以图1和图5为例所说明的那样。

此处所说明的根据实施例的环-或无叶通风机30、30a、30b、30c通常可被用于冷却各种类型的电气功率-装置2，例如用于E马达、发电机、功率-半导体组件等。对此，功率装置2配备有冷却通道25的与冷却空气流的几何形状适配的开口40、42。此处无叶通风机的伸长地或长形地实施的环32a在此也可具有不同于圆形的其他形状，例如椭圆形、方形或矩形。

Claims (9)

1.一种空气冷却的干式变压器(1)，其包括：

芯(10)，其包括边腿(11)；

布置在所述边腿(11)周围的卷绕体(14)；

在所述卷绕体(14)的纵轴线的方向上延伸的冷却通道(25)，其布置在所述卷绕体(14)的内部部分(15)与所述卷绕体(14)的外部部分(20)之间，

其中，所述冷却通道(25)在其两个端部处具有开口(40,42)且具有环状的横截面；

至少一个环-通风机(30,30a,30b,30c)，其包括环(32)和鼓风机(34)，其中，所述鼓风机(34)设立成抽吸空气并且将所述空气从所述环(32)中沿着所述环(32)的纵轴线指向地吹出，其中，产生空气流(31)；

其中，所述环-通风机(30,30a,30b,30c)这样设定尺寸和布置，使得所述空气流(31)在所述冷却通道(25)中产生冷却空气流(35)，

其特征在于，

所述环-通风机(30,30a,30b,30c)包括：第一环-通风机(30a)，其通过所述开口(40,42)中的第一开口将空气吹到所述冷却通道(25)中；以及第二环-通风机(30b)，其通过所述开口(40,42)中的第二开口将空气从所述冷却通道(25)中抽吸出；并且

空气能够从所述环(32)中的环形的缝隙(33)中以指向的方式沿着所述环(32)的纵轴线吹出，如此产生环状的空气流(31)，并且所述空气流(31)在其横截面轮廓中相应于所述冷却通道(25)的开口(40,42)中的至少一个的横截面轮廓，

其中，所述冷却通道(25)具有内部的冷却通道-直径d1和外部的冷却通道-直径d2，其与所述冷却空气流(31)的内部的空气流-直径dks1和外部的空气流-直径dks2大致相同，使得其产生环形的冷却空气流(35)，其在几何上与冷却通道(25)的尺寸适配。

2.根据权利要求1所述的干式变压器(1)，其中，所述环状的横截面具有圆形的、椭圆形的基本形状。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的干式变压器，其包括至少一个另外的环-通风机(30c)，其在两个在所述边腿(11)的纵向上分离地布置的卷绕体部段(70,75)之间布置在所述边腿(11)处，所述卷绕体部段相应具有所述卷绕体部段(70,75)的内部部分(15,15a)和所述卷绕体部段(70,75)的外部部分(20,20a)，并且所述环-通风机对于所述卷绕体部段(70,75)中的一个在吹气运行中、对于另一卷绕体部段(70,75)在抽吸运行中工作。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的干式变压器(1)，所述干式变压器是三相变压器且包括带有三个卷绕体(14)的三个相应根据前述权利要求中任一项所述的边腿(11)，其中：

-在所述变压器的每个边腿(11)处安装有环-通风机(30,30a,30b,30c)，或者

-提供共同的环-通风机(30d)，其长形环(32a)在全部三个卷绕体(14)上延伸并且将空气相应吹到各个卷绕体(14)的冷却通道(25)中。

5.一种变压器-冷却系统(100)，其包括：

a.根据前述权利要求中任一项所述的干式变压器(1)；以及

b.用于所述干式变压器(1)的壳体(50)；以及

c.换热器(60)，其设计用于将热从所述壳体中导出；

其中，由至少一个所述环-通风机(30,30a,30b,30c)产生的冷却空气流(35)在通过所述干式变压器(1)的冷却通道(25)之后碰到所述换热器(60)并且在那里被冷却。

6.一种用于冷却根据前述权利要求中任一项所述的干式变压器(1)的方法，其包括：

-提供环-通风机(30,30a,30b,30c)和干式变压器(1)，

-将所述环-通风机的冷却空气流(31)指向所述干式变压器(1)的冷却通道(25)的与此适配地成型的、环形的开口(40,42)。

7.环-通风机(30,30a,30b,30c)的一种应用，其用于冷却电气功率-装置(2)，其中，环-通风机(30,30a,30b,30c)的指向的、大致环形的冷却空气流(35)被指向所述电气功率-装置(2)的冷却通道(25)的与此适配的开口(40,42)，其中，所述环-通风机(30)包括环(32)，并且其中，空气能够从所述环(32)中的缝隙(33)中以指向的方式沿着所述环(32)的纵轴线吹出，如此产生环状的空气流(31)，并且所述空气流(31)在其横截面轮廓中相应于所述冷却通道(25)的开口(40,42)中的至少一个的横截面轮廓，

其中，所述冷却通道(25)具有内部的冷却通道-直径d1和外部的冷却通道-直径d2，其与所述冷却空气流(31)的内部的空气流-直径dks1和外部的空气流-直径dks2大致相同，使得其产生环形的冷却空气流(35)，其在几何上与冷却通道(25)的尺寸适配。

8.根据权利要求7所述的应用，其中，所述电气功率-装置(2)是干式变压器(1)。

9.一种带有空气冷却的电气功率-装置(2)，其包括：

-带有冷却通道(25)的电气功率-装置(2)，所述冷却通道带有至少一个环形的开口(40,42)，

-环-通风机(30,30a,30b,30c)，其包括环(32)和鼓风机(34)，其中，所述鼓风机(34)设立成抽吸空气并且将所述空气沿着所述环(32)的纵轴线指向地吹出，其中，在所述冷却通道(25)中产生冷却空气流(35)，其中，所述环-通风机(30)包括环(32)，并且其中，空气能够从所述环(32)中的缝隙(33)中以指向的方式沿着所述环(32)的纵轴线吹出，如此产生环状的空气流(31)，并且所述空气流(31)在其横截面轮廓中相应于所述冷却通道(25)的开口(40,42)中的至少一个的横截面轮廓。

其中，所述冷却通道(25)具有内部的冷却通道-直径d1和外部的冷却通道-直径d2，其与所述冷却空气流(31)的内部的空气流-直径dks1和外部的空气流-直径dks2大致相同，使得其产生环形的冷却空气流(35)，其在几何上与冷却通道(25)的尺寸适配。