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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer Wicklung, die einen Kernabschnitt des Kerns umschließt, und einem mit Isolierfluid befüllbaren Kessel, in dem der Kern und jede Wicklung angeordnet sind, wobei der Kessel wenigstens einen Dom ausbildet, der einen Dominnenraum als Teil eines Kesselinnenraums des gesamten Kessels begrenzt, wobei der Dominnenraum über eine Verbindungsöffnung mit dem restlichen Kesselinnenraum verbunden ist.
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Ein solches elektrisches Gerät ist dem Fachmann aus der Praxis bekannt. So weisen beispielsweise Leistungstransformatoren, die für sehr hohe Spannungen ausgelegt sind, einen Kessel auf, der auf einem Erdpotenzial liegt und mit einer isolierenden Flüssigkeit, beispielsweise einem mineralischen Öl oder einem Esteröl befüllt ist. Im Inneren des Kessels ist ein magnetisierbarer Kern angeordnet, dessen Schenkel von einer Oberspannungswicklung und einer Unterspannungswicklung konzentrisch umschlossen ist. Zum Anschluss des Transformators an ein Hochspannungsnetz sind so genannte Hochspannungsdurchführungen vorgesehen, die mit ihrem Einführende in den Innenraum des Kessels hineinragen und dort über eine Verbindungsleitung mit einer der Wicklungen verbunden sind. An ihrer von der besagten Einführseite abgewandten Seite bildet jede Hochspannungsdurchführung einen Freiluftanschluss aus, der zum Anschluss einer Freiluftleitung eines Hochspannungsversorgungsnetzes dient.
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Insbesondere bei größeren Transformatoren, beispielsweise Hochspannungsgleichstromtransformatoren, sind die Hochspannungsführungen so groß dimensioniert, dass zu deren Halterung an dem Kessel so genannte Dome ausgebildet sind. Die Dome ragen von einer Seitenwand des Kessels hohlzylindrisch auf und begrenzen im Inneren einen Dominnenraum, der zur Aufnahme des Einführendes der Hochspannungsdurchführung eingerichtet ist. Der Dominnenraum ist mit dem restlichen Kesselinnenraum lediglich über eine Verbindungsöffnung verbunden. Das Isolierfluid, also beispielsweise das mineralische Öl, hat daher nur die Möglichkeit innerhalb des Domes zu zirkulieren. Der Wärmeaustauch mit dem Isolierfluid im restlichen Kesselvolumen ist begrenzt. Die auf diese Weise bereit gestellte Kühlung ist nicht ausreichend, so dass sich das Isolierfluid in dem Dom fortwährend erwärmt und in bestimmten Fällen die maximal zulässigen Temperaturen des Isolierfluids überschritten werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine einfache und kostengünstige Kühlung des Dominnenraums ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Dominnenraum über eine Verbindungsleitung mit dem restlichen Kesselinnenraum verbunden ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird über eine Verbindungsleitung die Kühlung im Dominnenraum verbessert. Die Verbindungsleitung stellt eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Dominnenraum und dem restlichen Kesselinnenraum und ggf. einer Kühleinheit bereit. Im Rahmen der Erfindung kann der Kesselinnenraum auch mit einer Kühleinheit verbunden sein. In diesem Fall ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Verbindungsleitung den Dominnenraum und die Kühleinheit direkt miteinander verbindet, so dass der Dominnenraum über die Verbindungsleitung und die Kühleinheit mit dem restlichen Kesselinnenraum verbunden ist. Wesentlich ist hier, dass das Isolierfluid über die Verbindungsöffnung vom Hauptvolumen des Kessels, also dem restlichen Kesselinnenraum, in den Dominnenraum gelangen und von dort aus über die Verbindungsleitung wieder aus dem Dominnenraum abgeführt werden kann. Auf diese Weise ist für eine mögliche Zirkulation des Isolierfluids und somit ein mögliches Umwälzen des Isolierfluids über den Dominnenraum gesorgt.
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Im Rahmen der Erfindung ist ein elektrisches Gerät, also beispielsweise ein Transformator oder eine Drossel, bereitgestellt, das im Vergleich zu einem elektrischen Gerät des Standes der Technik einen Betrieb bei höheren Leistungen ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise ist der Dom zur Aufnahme einer Hochspannungsdurchführung vorgesehen. Dabei wird die Hochspannungsdurchführung mit ihrer Einführseite in den besagten Dom eingeführt, so dass die Einführseite der Hochspannungsdurchführung sich in den Dominnenraum hinein erstreckt und dort von Isolierfluid umgeben ist. Über die Hochspannungsdurchführung kann im Rahmen der Erfindung ein hoher Strom geführt werden, ohne dass die zulässigen Maximaltemperaturrahmen im Dom überschritten werden. Durch das über den Dom umgewälzte Isolierfluid ist die Kühlung verbessert.
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Zweckmäßigerweise ist der Dom hohlzylindrisch ausgebildet und an seinem von dem Kessel abgewandten freien Ende zur Aufnahme einer Hochspannungsdurchführung eingerichtet. Im Rahmen der Erfindung kann der Dom jedoch auch andere Aufgaben haben. Unter dem Begriff „Dom“ ist hier ein abgeschottetes Teilvolumen des Kesselinnenraums oder mit anderen Worten des Ölraumes zu verstehen. Das besagte Teilvolumen oder der Dominnenraum kommuniziert nur über Verbindungsöffnungen mit dem restlichen Kesselinnenraum.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Dom ein freies Ende auf, wobei die Verbindungsleitung an dem freien Ende in den Dom mündet. Bei dieser Variante ist der Dom hohlzylindrisch ausgebildet und ragt beispielsweise von einer ebenen Wand oder aber von einem separaten Aufsatz des Kessels auf. Das freie Ende des Domes bildet den höchsten Punkt des Domes aus. Dadurch, dass die Verbindungsleitung am freien Ende des Doms in diesen mündet, ist eine besonders effektive Kühlung ermöglicht, da das erwärmte Isolierfluid über den gesamten Dom geführt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindungsleitung an eine Pumpe angeschlossen, die ein Umwälzen von Isolierfluid über die Verbindungsleitung ermöglicht. Gemäß dieser vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine so genannte „Oil-forced“ Kühlung bereitgestellt, da das Isolierfluid nicht mehr allein aufgrund einer temperaturbedingten unterschiedlichen Dichte über eine mit dem Kessel verbundene Kühleinheit umgewälzt wird. Vielmehr ist gemäß dieser Ausführung eine erzwungene Umwälzung des Isolierfluids ermöglicht.
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Bei einer weiteren Variante ist das erfindungsgemäße elektrische Gerät mit einer so genannte „Oil-direct Kühlung ausgestattet, bei der spezielle Kanäle und Führungen das Isolierfluid beim Umwälzen zu bestimmten Stellen im elektrischen Gerät führen, wobei eine Pumpe für eine erzwungene Zirkulation des Isolierfluids sorgt.
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Bei der Pumpe kann es sich beispielsweise um eine Zentralpumpe des elektrischen Geräts handeln, die neben der Umwälzung über die Verbindungsleitung auch an weiteren Stellen des elektrischen Geräts ihre Wirkung entfaltet. Abweichend davon ist eine Pumpe der Verbindungsleitung allein zugeordnet, wobei weitere Pumpen am elektrischen Gerät angeschlossen sind.
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Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Kesselinnenraum mit einer Kühleinheit verbunden, wobei die Verbindungsleitung den Dominnenraum mit der Kühleinheit verbindet. Das im Dominnenraum erwärmte Isolierfluid wird daher der Kühleinheit direkt zugeführt.
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Gemäß einer hierauf bezogenen zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Kesselinnenraum über ein Sammelrohr mit der Kühleinheit verbunden, wobei die Verbindungsleitung in das Sammelrohr mündet. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird mit Hilfe der Verbindungsleitung der restliche Kesselinnenraum wieder vollständig bis zur Kühleinheit überbrückt, so dass für den Dominnenraum eine besonders effektive Kühlung ermöglicht ist. Das besonders stark erwärmte Isolierfluid am freien Ende des Domes wird auf diese Weise direkt einer Kühlung zugeführt und kann so ohne weitere Komponenten des Kessels aufzuheizen, abgekühlt werden. Die Kühleinheit muss hierzu nicht umgestaltet werden, da das am Kesselinnraum vorbeigeführte Isolierfluid in das Sammelrohr eingeführt wird. Lediglich das Sammelrohr muss einen zusätzlichen Anschluss für die Verbindungsleitung aufweisen.
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Zweckmäßigerweise weist die Kühleinheit eine Pumpe zum Umwälzen des Isolierfluids auf. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, können spezielle Kanäle am elektrischen Gerät vorgesehen sein, so dass eine so genannte OD-Kühlung, also Oil-direct Kühlung, bereitgestellt ist.
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Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Kühleinheit ein Gebläse oder einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Wasser-Luft-Wärmetauscher, aufweist, mit dem die Kühlung des elektrischen Geräts noch weiter gesteigert werden kann.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 ein elektrischen Geräts gemäß dem Stand der Technik in einer perspektivischen Darstellung und
- 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts zeigen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Geräts 1 gemäß dem Stand der Technik. Das elektrische Gerät 1 ist als Transformator ausgeführt und verfügt über einen Kessel 2 auf Erdpotenzial, in dem ein nicht sichtbarer Kern aus magnetisierbaren Eisenblechen, die aneinander anliegen, angeordnet ist. Der Kern bildet einen Schenkel aus, der von einer Unter- sowie einer Oberspannungswicklung konzentrisch umschlossen ist. Wird beispielsweise die Oberspannungswicklung von außen mit einer Wechselspannung erregt, wird an der Unterspannungswicklung die gewünschte Ausgangsspannung induziert.
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Um im Kessel 2 die notwendige Spannungsfestigkeit zwischen Bauteilen auf unterschiedlichen elektrischen Potenzial bereitzustellen und auf der anderen Seite für die beim Betrieb notwendige Kühlung zu sorgen, ist der Kessel mit einem Isolierfluid befüllt. Hierbei handelt es sich in dem in 1 gezeigten Fall um ein markterhältliches mineralisches Öl. Zum Ausgleich temperaturbedingter Volumenschwankungen des mineralischen Öls ist oberhalb des Kessels 2 ein Ausdehnungsgefäß 3 erkennbar, das über eine Ausgleichsleitung 4 mit dem Kesselinnenraum verbunden ist.
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Ferner ist in 1 erkennbar, dass der Kessel 2 zwei Dome 5 und 6 ausbildet, die zur Aufnahme jeweils einer Hochspannungsdurchführung 7 eingerichtet sind. Dabei weist die Hochspannungsdurchführung 7 einen in den Figuren nicht erkennbaren Einführabschnitt auf, der sich in den mit Isolierfluid befüllten Dominnenraum des zugeordneten Domes erstreckt. An ihrem von den Domen 5 und 6 abgewandten Ende können die Hochspannungsdurchführungen einen figürlich nicht dargestellten Anschluss aufweisen, der beispielsweise zur Verbindung mit einer Phase eines Hochspannungsnetzes dient. Wird der Transformator als HGÜ-Transformator eingesetzt können sich die Durchführungen auch durch die eine Wand einer Konverterhalle oder aber auch in der Konverterhalle selbst erstrecken, wo sie den Anschluss des Transformators an den Umrichter ermöglichen. Dabei verfügt jede Hochspannungsdurchführung 7 über einen inneren Hochspannungsleiter, der in einem rotationssymmetrischen Isolator eingebettet ist. Das freie und in den Dominnenraum hineinragende freie Ende der Hochspannungsdurchführung 7 ist über eine figürlich nicht dargestellte Verbindungsleitung mit wenigstens einer der Wicklungen des Transformators 1 verbunden.
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Der gezeigte Transformator 1 weist eine so genannte Oil-direct-Air-forced Kühlung auf, die eine in der Figur nicht dargestellte Kühleinheit umfasst.
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Die mit Hilfe von Lüftern luftgekühlte Kühleinheit ist über eine obere und eine untere Sammelleitung mit dem Kessel 2 verbunden. Dabei wird das Isolierfluid über eine Pumpe und Leitungen oder Kanäle innerhalb des Kessels zu den zu kühlenden Stellen geführt. Die Dome 5 und 6 sind nur über eine kreisförmige Verbindungsöffnung mit dem restlichen Kesselinnenraum verbunden, so dass die Zirkulation in den Domen 5 und 6 gegenüber dem restlichen Kesselinnenraum stark reduziert ist. Insbesondere bei hohen Betriebsströmen kann die Temperatur des Isolierfluids in den Domen 5 und 6 stark ansteigen, so dass eine zuvor festgelegte Maximaltemperatur überschritten wird.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 8 in einer perspektivischen Darstellung. Das elektrische Gerät 8 ist, wie in 1, als Transformator 8 ausgeführt und verfügt über einen Kessel 2 mit zwei Domen 5 und 6, die jeweils zur Aufnahme einer Hochspannungsdurchführung 7 vorgesehen sind. Die Hochspannungsdurchführungen 7 sind nur teilweise dargestellt. Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Standes der Technik sind die Dome 5 und 6 in 2 nicht an einer Seitenwandung des Kessels 2 angeformt, sondern erstrecken sich von einem an einem Deckel 9 des Kessels 2 aufgesetzten Anbau 10 aus zu einem freien Ende hin. Mit dem Anbau 10 und somit mit dem restlichen Kesselinnenraum des Kessels 2 sind die Dome 5, 6 jeweils über eine kreisrunde Verbindungsöffnung verbunden. Die besagte Verbindungsöffnung zwischen den Domen 5 bzw. 6 und dem Anbau 10 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der hohlzylindrisch ausgestalteten Dome 5 und 6.
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Zum Kühlen des Isolierfluids ist der Transformator 8 mit einer Kühleinheit 11 ausgerüstet, die über eine obere Sammelleitung 12 sowie eine untere Sammelleitung 13 mit dem Kessel 2 verbunden ist. Die Kühleinheit 11 ist mit Gebläsen oder Lüftern 12 ausgestattet, um eine erzwungene Luftkühlung bereitzustellen. Ferner ist eine figürlich nicht dargestellte Ölpumpe vorgesehen, um Isolierfluid aus dem Kessel 2 über die Sammelleitung 12 zur Kühleinheit 11 zu pumpen. Das von der Kühleinheit 11 abgekühlte Isolierfluid wird über die Sammelleitung 13 wieder dem Innenraum des Kessels 2 zugeführt.
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Um die Kühlung innerhalb der Dome 5 und 6 zu verbessern, sind Verbindungsleitungen 15 und 16 vorgesehen, die am freien Ende des jeweiligen Domes 5 bzw. 6 in diesen münden. Das freie Ende der Dome 5 bzw. 6 ist von dem jeweiligen Aufsatz 10 und somit vom Kessel 2 abgewandt und bildet den höchsten Punkt des jeweiligen Domes 5 bzw. 6 aus, so dass beim Betrieb erwärmtes Isolierfluid dorthin aufsteigt. Am freien Ende jedes Domes 5, 6 ist die jeweilige Hochspannungsdurchführung 7 befestigt. Die Verbindungsleitungen 15 und 16 werden zu einer gemeinsamen Verbindungsleitung 17 zusammengeführt, die wiederum in die Sammelleitung 13 mündet, so dass das erwärmte Isolierfluid der Kühleinheit 11 unmittelbar zugeführt wird. Das Isolierfluid strömt somit von der Verbindungsöffnung zu dem freien Ende des jeweiligen Doms 5 bzw. 6 und somit durch den gesamten Dominnenraum. Am freien Ende der der Dome 5 bzw. 6 wird das Isolierfluid über die Verbindungsleitung 15 bzw. 16 und 17 abgesaugt und der Kühleinheit 11 zugeführt.
