DE10148946C2 - Elektrische Wicklungsanordnung - Google Patents
Elektrische WicklungsanordnungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklungsanordnung
mit mindestens einer elektrischen Wicklung, die mit zumindest
zwei Abstützteilen gegen eine Halteanordnung abgestützt ist.
Eine solche elektrische Wicklungsanordnung ist bei dem
GEAFOL-Gießharztransformator der Siemens AG/Trafo-Union of
fenkundig vorbenutzt; dieser Transformator ist auch in der
Broschüre "GEAFOL-Gießharztransformatoren - Spitzentechnik
aus einem Guss" der Trafo Union abgebildet. Der bekannte
Transformator ist dreiphasig ausgebildet und weist drei Wick
lungskombinationen mit jeweils zwei koaxial ineinander ste
hend angeordneten Wicklungen auf, die jeweils einen Kern
schenkel eines dreischenkligen Kerns des Transformators umge
ben. Die Wicklungen sind an jeder ihrer Stirnseiten mit zu
mindest einem Abstützteil gegen ein eine Haltevorrichtung
bildendes Rahmengestell abgestützt, das mit die Kernschenkel
zu dem dreischenkligen Kern verbindenden Kernjochen verbunden
ist. Jedes Abstützteil weist ein unelastisches Abstützelement
und ein weiteres daran anliegendes federndes Abstützelement
auf, wobei das unelastische Abstützelement an der Halteanord
nung und das weitere federnde Abstützelement stirnseitig an
der Wicklung anliegt. Die Abstützelemente sind alle wärmefest
nach Klasse F der DIN 532, Teil 6 ausgebildet.
Der deutschen Patentschrift DE 199 12 280 C1 ist weiterhin
eine Wicklungsanordnung mit drei nebeneinander in einer Reihe
angeordneten Wicklungskombinationen bekannt. Jede der
Wicklungskombinationen weist eine erste Wicklung auf, die
koaxial unter Belassung eines Radialspalts von einer zweiten
Wicklung umgeben ist. Um die mittlere der Wicklungskombina
tion besonders zu kühlen, ist bei dieser ein die innere Wick
lung umgebender Kühlzylinder vorgesehen, der im Ringspalt an
geordnet ist.
Aus der deutschen Patentschrift DE 198 54 439 C2 ist ein
Gießharztransformator mit einer in Gießharz eingegossenen
Oberspannungswicklung entnehmbar, die aus einer Vielzahl von
elektrisch in Reihe geschalteten und räumlich übereinander
liegenden Spulen mit Kunststofffolie als Windungsisolierung
ausgebildet ist. Die thermische Festigkeit der Kunststoff
folie ist abgestimmt auf die durch die thermische Belastung
für die unterste und für die oberste der Spulen auftretenden
Temperaturen und nimmt von der untersten bis zur obersten
Spule in mindestens einer Stufe zu.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Wicklungsan
ordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen ver
gleichsweise geringen Aufwand erfordert.
Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Wicklungsanordnung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass die zumindest zwei Abstützteile unterschiedlich wärme
fest ausgebildet sind und derart angeordnet, dass das wärme
feste Abstützteil der zumindest zwei Abstützteile in einem
im Betrieb relativ warmen Bereich der Wicklungsanordnung
angeordnet ist und dass sich das weniger wärmefeste Abstütz
teil der zumindest zwei Abstützteile an einem relativ kühlen
Bereich der Wicklungsanordnung befindet. Bei der Erfindung
wird ausgenutzt, dass die elektrische Wicklungsanordnung
nicht in allen Bereichen die gleiche Temperatur annimmt und
die Abstützteile dementsprechend auch nicht alle einer gleich
hohen Temperatur ausgesetzt sind, so dass auch nicht alle
Abstützteile die gleiche, für die höchstmögliche auftretende
thermische Belastung der Abstützteile ausgelegte Wärmefes
tigkeit aufweisen müssen. Vielmehr sind die Abstützteile, die
am im Betrieb relativ kühlen Bereich der Wicklungsanordnung
angeordnet sind, weniger wärmefest als die Abstützteile, die
sich am im Betrieb relativ warmen Bereich der Wicklungsanord
nung befinden. Da die weniger wärmefesten Abstützteile kos
tengünstiger sind, erfordert die erfindungsgemäße Wicklungs
anordnung auch nur einen geringen Aufwand.
Die Abstützteile können jeweils eine Wärmefestigkeit aufwei
sen, die speziell im Hinblick auf die ausgeübte thermische
Belastung am jeweiligen Einbauort angepasst ist. Bevorzugt
weist das wärmefeste Abstützteil eine thermische Festigkeit
der Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das weniger wärmefeste
Abstützteil eine thermische Festigkeit der Klasse B nach DIN
532, Teil 6 auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wicklung zylind
risch und stehend angeordnet und an ihrer oberen Stirnseite
mit dem wärmefesteren Abstützteil und an ihrer unteren Stirn
seite mit dem weniger wärmefesten Abstützteil gegen die Hal
teanordnung abgestützt. Bei dieser Ausgestaltung macht sich
das aufgrund der stehenden Anordnung entlang der Wicklung
ausbildende Temperaturgefälle zwischen der unteren und der
oberen Stirnseite stark bemerkbar; im Bereich der oberen
Stirnseite treten erheblich höhere Temperaturen auf, als im
Bereich der unteren Stirnseite. Entsprechend sind die Wärme
festigkeiten der beiden Abstützteile gewählt.
Die Abstützteile können einteilig und aus einem einzigen Ma
terial ausgebildet sein, sie können aber auch beliebig aus
mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein, sofern jedes der
Einzelteile die erforderliche Wärmefestigkeit hat. Bevorzugt
weist zumindest eines der Abstützteile ein unelastisches Ab
stützelement und ein daran anliegendes weiteres federndes Ab
stützelement auf, wobei das eine Abstützelement an der Halte
anordnung und das weitere Abstützelement an der Wicklung an
liegt. Dadurch ist die Wicklung federnd abgestützt, so dass
die im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen
der Wicklung federnd aufgenommen werden.
Vorzugsweise ist das unelastische Abstützelement mit Hartpa
pier, Hartgewebe, Holz und/oder Duroplast ausgebildet. Dies
sind besonders geeignete Materialien für das unelastische Ab
stützelement. Insbesondere bei einem mit Duroplast ausgebil
deten Abstützelement kann das Duroplast entsprechend der ge
forderten Wärmefestigkeit gewählt werden.
Vorzugsweise ist das elastische Abstützelement mit einem
Elastomer ausgebildet. Diese Materialien sind aufgrund ihrer
federnden Eigenschaften besonders gut zur Ausbildung des fe
dernden Abstützelements geeignet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das federnde Abstütz
element des wärmefesteren Abstützteils mit einem Silikonkau
tschuk ausgebildet. Silikonkautschuk ist ein entsprechend
wärmefestes Material.
Bevorzugt ist das federnde Abstützelement des weniger wärme
festen Abstützteils mit Neopren ausgebildet. Neopren ist ein
preiswertes und federndes und damit entsprechend für das we
niger wärmefeste Abstützteil gut geeignete Material.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figur näher erläu
tert.
Die Figur zeigt einen dreiphasigen Transformator 1 mit einem
dreischenkligen Transformatorkern 2 und drei Wicklungskombi
nationen 3 bis 5, die jeweils einen Kernschenkel 6, 7 bzw. 8
umgeben. Der Aufbau der Wicklungskombinationen 3, 4 und 5 ist
jeweils gleichartig und wird anhand der aufgeschnitten darge
stellten Wicklungskombination 5 erläutert. Die Wicklungskom
bination 5 weist eine erste äußere Wicklung 9 auf, die eine
innere Wicklung 10 unter Belassung eines Ringkanals 29 ko
axial umgibt. Der Ringkanal 29 ist mittels eines Kühlzylin
ders 30 in zwei Teilkanäle 29A und 29B geteilt, die mit Kühl
luft durchströmbar sind. Bei den Wicklungskombinationen 3 und
4 sind nur die der äußeren Wicklung 9 entsprechenden jeweili
gen äußeren Wicklungen 11 und 12 sichtbar. Zur Halterung al
ler Wicklungen 9, 10, 11 und 12 ist eine Halteanordnung in
Form eines Rahmengestells 21 vorgesehen, das Rahmenträger 22,
23, 24, 25 aufweist. Die Rahmenträger 22 und 23 sind mit dem
oberen, die Kernschenkel 6, 7 und 8 miteinander magnetisch
verbindenden Kernjoch 26 verbunden. Die Rahmenträger 24 und
25 sind mit dem entsprechend unteren Kernjoch 26A verbunden.
Gegen die Rahmenträger 22 bis 25 sind die Wicklungen 9 bis 12
und die der inneren Wicklung 10 entsprechenden inneren Wick
lungen der Wicklungskombinationen 3 und 4 (aufgrund der per
spektivischer Darstellung verdeckt) zu deren Halterung abge
stützt. Dazu sind Abstützteile vorgesehen, von denen auf der
perspektivischen Darstellung nur sichtbar sind: Die Abstütz
teile 13, 14 und 16, die zur Abstützung der Wicklung 11 und
der zur Wicklung 9 entsprechenden inneren Wicklung der Wick
lungskombination 3 dienen, die Abstützteile 17 und 18, die
der Abstützung der Wicklung 12 und der zur Wicklung 10 ent
sprechenden inneren Wicklung der Wicklungskombination 4 die
nen und die Abstützteile 19, 20 und 21 zur Abstützung der
Wicklungen 9 und 10. Die Abstützelemente 13, 14, 17, 19 und
20 sind dabei aus einem wärmefesteren Material ausgebildet,
als die Abstützelemente 16, 18 und 21.
Das Rahmengestell 21 und die Wicklungskombinationen 3, 4 und
5 mit ihren jeweiligen Wicklungen - von denen nur die Wick
lungen 9, 10, 11 und 12 sichtbar sind - und die Abstützele
mente - von denen nur die Abstützelemente 13, 14, 16, 17, 18,
19, 20, 21 sichtbar sind - bilden gemeinsam eine elektrische
Wicklungsanordnung.
Im Betrieb des Transformators 1 erwärmen sich die Wicklungs
kombinationen 3 bis 5 aufgrund ihrer elektrischen Verluste,
wobei diese in ihren näher zu den Rahmenträgern 22 und 23 hin
liegenden Bereichen sich stärker erwärmen, als in ihren zu
den Rahmenträgern 24 und 25 liegenden Bereichen. Diese unter
schiedliche Wärmeverteilung in den Wicklungskombinationen 3
bis 5 ist vor allem darauf zurückzuführen, dass deren obere,
zu den Rahmenträgern 21 und 22 hinliegenden Bereiche,
schlechter mit der durch den Ringkanal 29 bzw. der durch die
entsprechenden Ringkanäle der Wicklungskombinationen 3 und 4
strömenden Kühlluft gekühlt werden. In den Ringkanal 29 und
den entsprechenden Ringkanälen der Wicklungskombinationen 3
und 4 stellt sich nämlich eine von unten nach oben gerichtete
Strömung von Kühlluft ein. Dabei tritt in den Ringkanal 29
der Wicklungskombination 5 von unten, also an der den Rahmen
trägern 24 und 25 zugewandten Seite frische, kühle Kühlluft
ein, die an der Oberseite der Wicklungskombination 5, also an
der den Rahmenträgern 22 und 23 zugewandten Seite des Ringka
nals 29 als erwärmte Kühlluft austritt. Dementsprechend wer
den die Wicklungen 9 und 10 im unteren Bereich der Wicklungs
kombination mit kühlerer Kühlluft und daher besser gekühlt,
als im oberen Bereich der Wicklungskombination 5. Der Tempe
raturunterschied, der sich beispielsweise entlang der Wick
lung 11 zwischen der an ihrer unteren (verdeckten) Stirnseite
27 und der Temperatur an ihrer oberen Stirnseite 28 ausbil
det, kann mehrere 10°C betragen. Dementsprechend erfahren die
Abstützelemente 13 und 14 eine stärkere thermische Belastung
als das Abstützelement 16, so dass die Abstützelemente 13 und
14 wärmefester ausgebildet sind als die Abstützelemente 16.
Oder anders ausgedrückt: Das Abstützelement 16 muss nicht so
wärmefest ausgebildet sein wie die Abstützelemente 13 und 14.
Die Abstützelemente 13 und 14 weisen insbesondere eine ther
mische Festigkeit der Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das
weniger wärmefeste Abstützteil 16 weist eine thermische Fes
tigkeit der Klasse B der gleichen DIN-Norm auf.
Entsprechend sind auch die Abstützteile 17, 19 und 20 wärme
fester ausgebildet als die Abstützteile 18 und 21.
Vorliegend ist das Abstützteil 13 mit einem unelastischen Ab
stützelement 15 und einem daran anliegenden federnden
Abstütztelement 15a ausgebildet. Das unelastische Abstützele
ment 15 liegt dabei an dem Rahmenträger 22 an und das fe
dernde Abstützelement 15a liegt an der Stirnseite 28 der
Wicklung 11 an. Dadurch ist die Wicklung 11 federnd gegenüber
dem Rahmengestell 21 abgestützt und unterschiedliche Wärme
dehnungen der Wicklung 11 werden mittels des federnden Ab
stützelements 15a so aufgenommen, dass die Wicklung A stets
fixiert ist. Das Abstützteil 16 ist ebenfalls mit einem un
elastischen Abstützelement 16b und einem elastischen Abstütz
element 16a ausgebildet.
Als Materialien für das unelastische Abstützelement 15 oder
16b eignet sich beispielsweise Hartpapier, Hartgewebe, Holz
und/oder ein entsprechend wärmefestes Duroplast; ebenso kann
ein keramisches Material dafür verwendet werden. Für das
elastische Abstützelement 15a des wärmefesteren Abstützteils
13 eignet sich ein Elastomer insbesondere ein Silikonkau
tschuk.
Das federnde Abstützelement 16a des weniger wärmefesten Ab
stützteils 16 kann beispielsweise mit Neopren ausgebildet
sein. Die Abstützteile 17, 19 und 20 sind gleichartig zum Ab
stützteil 13 ebenfalls mit einem entsprechenden unelastischen
und einem entsprechenden federnden Abstützelement ausgebil
det; ebenso sind die Abstützteile 18 und 21 gleich wie das
Abstützteil 16 mit einem entsprechend unelastisch und einem
entsprechend federnden Abstützteil ausgeführt.
Claims (8)
1. Elektrische Wicklungsanordnung mit mindestens einer elekt
rischen Wicklung (11), die mit zumindest zwei Abstützteilen
(13, 16) gegen eine Halteanordnung (22, 24) abgestützt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest zwei Abstützteile (13, 16) unterschiedlich wär
mefest ausgebildet sind und derart angeordnet sind, dass das
wärmefestere Abstützteil (13) der zumindest zwei Abstützteile
(13, 16) an einem im Betrieb relativ warmen Bereich der Wick
lungsanordnung angeordnet ist und dass sich das weniger wär
mefeste Abstützteil (16) der zumindest zwei Abstützteile (13,
16) an einem relativ kühlen Bereich der Wicklungsanordnung
befindet.
2. Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das
wärmefestere Abstützteil (13) eine thermische Festigkeit der
Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das weniger wärmefeste Ab
stützteil (16) eine thermische Festigkeit der Klasse B nach
DIN 532, Teil 6 aufweist.
3. Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Wicklung (11) zylindrisch ist und stehend angeordnet ist und
an ihrer oberen Stirnseite (28) mit dem wärmefesteren Ab
stützteil (13) und an ihrer unteren Stirnseite (27) mit dem
weniger wärmefesten Abstützelement (16) gegen die Halteanord
nung (22, 24) abgestützt ist.
4. Elektrische Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass zu
mindest eines der Abstützteile (13, 16) ein unelastisches Ab
stützelement (15, 16B) und ein daran anliegendes weiteres fe
derndes Abstützelement (15A, 16A) aufweist, wobei das eine
Abstützelement (15, 16B) an der Halteanordnung (22, 24) und
das weitere Abstützelement (15A, 16A) an der Wicklung (11)
anliegt.
5. Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das unelastische Abstützelement (15, 16B) mit Hartpapier,
Hartgewebe, Holz und/oder Duroplast ausgebildet ist.
6. Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, da
durch gekennzeichnet, dass
das federnde Abstützelement (15A, 16A) mit einem Elastomer
ausgebildet ist.
7. Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das
federnde Abstützelement (15A) des wärmefesteren Abstützteils
(13) mit einem Silkonkautschuk ausgebildet ist.
8. Elektrische Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das
federnde Abstützelement (16A) des weniger wärmefesten Ab
stützteils (16) mit Neopren ausgebildet ist.
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110401 |