DE10148946C2 - Elektrische Wicklungsanordnung - Google Patents

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.