DE112020000246T5

DE112020000246T5 - Transformatoren

Info

Publication number: DE112020000246T5
Application number: DE112020000246.2T
Authority: DE
Inventors: Ion C. Radu; George K. Frimpong
Original assignee: ABB Power Grids Switzerland AG
Current assignee: Hitachi Energy Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2020-09-25
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US11742128B2; CN112868075A; US20210098172A1; WO2021058764A1; CA3115403A1

Abstract

Ein Transformator mit einem Transformatorkern, der einen Magnetflussweg zwischen einem oberen Joch, einem Schenkel und einem unteren Joch des Transformatorkerns und durch diese hindurch bildet. Eine Wicklung kann um den Schenkel herum angeordnet sein. Ferner kann eine Flitch-Platte, die mindestens einen Schlitz aufweisen kann, der zum Reduzieren durch die Wicklung erzeugter Wirbelverluste ausgelegt ist, benachbart zu dem Schenkel angeordnet sein und sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken. Die Flitch-Platte kann mittels einer oberen und einer unteren Klemme an dem oberen bzw. dem unteren Joch festgeklemmt sein. Die obere und die untere Klemme können jeweils mindestens einen Ausschnitt beinhalten, der ein Anziehen eines Streuflusses von den Wicklungen und in die entsprechende obere und untere Klemme reduziert. Darüber hinaus kann die obere Klemme und/oder die untere Klemme eine interne Gitterstruktur umfassen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Transformatoren und insbesondere Kernklemmstrukturen für Transformatoren.
HINTERGRUND
Elektrische Systeme und Vorrichtungen, wie etwa Transformatoren, bleiben ein Gebiet von Interesse. Einige bestehende Systeme weisen relativ zu gewissen Anwendungen verschiedene Mängel, Defizite und Nachteile auf. Beispielsweise können Transformatoren Klemmsysteme beinhalten, die während des Betriebs relativ hohen Temperaturen ausgesetzt sein können, wodurch es zu Beschädigung des Transformators und/oder Verkürzung der Lebensspanne des Transformators kommen kann. Darüber hinaus wird zumindest bei gewissen Arten von Transformatoren angestrebt, Fälle zu verhindern, bei denen zumindest gewisse Betriebstemperaturen Temperaturgrenzen überschreiten, und zwar durch Vergrößern zumindest gewisser Transformatorkomponenten, des Transformatorkessels und der Menge an Kühlmedium, wie zum Beispiel Öl, in dem Transformatorkessel. Derartige Bemühungen können jedoch die Größe und das Gewicht, und somit die Kosten, des Transformators und des assoziierten Systems erhöhen. Dementsprechend bleibt ein Bedarf an weiteren Beiträgen auf diesem Technologiegebiet.
KURZDARSTELLUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten einen besonderen Transformator. Andere Ausführungsformen beinhalten Kernklemmen, Flitch-Platten, Einrichtungen, Systeme, Vorrichtungen, Hardware, Verfahren und Kombinationen für Transformatoren. Weitere Ausführungsformen, Formen, Merkmale, Aspekte, Vorzüge und Vorteile der vorliegenden Anmeldung gehen aus der Beschreibung und den Figuren, die hiermit bereitgestellt werden, hervor.
Ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist ein Transformator mit einem Transformatorkern, der ein oberes Joch, ein unteres Joch und einen Schenkel beinhalten kann. Der Schenkel kann sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken. Des Weiteren kann der Transformatorkern derart konstruiert sein, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen Joch, dem Schenkel und dem unteren Joch und durch diese hindurch gebildet wird. Der Transformator kann auch eine Wicklung, die um den Schenkel herum angeordnet ist, und eine Flitch-Platte, die benachbart zu dem Schenkel angeordnet sein kann und die sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken kann, beinhalten. Der Transformator kann ferner eine Kernklemme mit einer oberen Klemme und einer unteren Klemme beinhalten. Die Flitch-Platte kann mittels der oberen Klemme an dem oberen Joch festgeklemmt sein und mittels der unteren Klemme an dem unteren Joch festgeklemmt sein. Ferner können die obere Klemme und die untere Klemme jeweils einen Ausschnitt beinhalten, der dahingehend positioniert und dimensioniert ist, ein Anziehen eines Streuflusses von der Wicklung in die entsprechende obere Klemme und untere Klemme zu reduzieren.
Ein anderer Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ist ein Transformator mit einem Transformatorkern, der ein oberes Joch, ein unteres Joch und einen Schenkel beinhalten kann. Der Schenkel kann sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken. Des Weiteren kann der Transformatorkern derart konstruiert sein, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen Joch, dem Schenkel und dem unteren Joch und durch diese hindurch gebildet wird. Der Transformator kann auch eine Wicklung, die um den Schenkel herum angeordnet ist, und eine Flitch-Platte, die benachbart zu dem Schenkel angeordnet sein kann und die sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken kann, beinhalten. Darüber hinaus kann die Flitch-Platte mindestens einen Schlitz aufweisen, der sich durch die Flitch-Platte erstreckt und der entlang zumindest eines Abschnitts der Flitch-Platte zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch positioniert ist. Der mindestens eine Schlitz kann dazu ausgelegt sein, eine Reduzierung durch die Wicklung erzeugter Wirbelverluste zumindest zu unterstützen. Der Transformator kann ferner eine Kernklemme mit einer oberen Klemme und einer unteren Klemme beinhalten. Die Flitch-Platte kann mittels der oberen Klemme an dem oberen Joch festgeklemmt sein und mittels der unteren Klemme an dem unteren Joch festgeklemmt sein.
Darüber hinaus ist ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung ein Transformator mit einem Transformatorkern, der ein oberes Joch, ein unteres Joch und einen Schenkel beinhalten kann. Der Schenkel kann sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken. Des Weiteren kann der Transformatorkern derart konstruiert sein, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen Joch, dem Schenkel und dem unteren Joch und durch diese hindurch gebildet wird. Der Transformator kann auch eine Wicklung, die um den Schenkel herum angeordnet ist, und eine Flitch-Platte, die benachbart zu dem Schenkel angeordnet sein kann und die sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken kann, beinhalten. Darüber hinaus kann die Flitch-Platte mindestens einen Schlitz aufweisen, der sich durch die Flitch-Platte erstreckt und der entlang zumindest eines Abschnitts der Flitch-Platte zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch positioniert ist. Der mindestens eine Schlitz kann dazu ausgelegt sein, eine Reduzierung durch die Wicklung erzeugter Wirbelverluste zumindest zu unterstützen. Der Transformator kann ferner eine Kernklemme mit einer oberen Klemme und einer unteren Klemme beinhalten, die Flitch-Platte kann mittels der oberen Klemme an dem oberen Joch festgeklemmt sein und mittels der unteren Klemme an dem unteren Joch festgeklemmt sein. Ferner können die obere Klemme und die untere Klemme jeweils einen Ausschnitt beinhalten, der dahingehend positioniert und dimensioniert ist, ein Anziehen eines Streuflusses von den Wicklungen in die entsprechende obere Klemme und untere Klemme zu reduzieren. Darüber hinaus kann die obere Klemme und/oder die untere Klemme eine interne Gitterstruktur aufweisen.
Ein besseres Verständnis dieser und anderer Aspekte der vorliegenden Erfindung geht aus den Zeichnungen und der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor.
Figurenliste
Die vorliegende Beschreibung nimmt Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, wobei sich gleiche Bezugsziffern in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen und wobei gilt:

1 veranschaulicht schematisch einige Aspekte eines nichteinschränkenden Beispiels eines „TY-Kern“-Transformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch eine Ansicht einiger Aspekte des nichteinschränkenden Beispiels des Transformators von 1 von rechts.
3A-3D veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Flitch-Platten, die eingesetzt werden können, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Tabelle, die nichteinschränkende Beispiele eines berechneten Flitch-Platten-Temperaturanstiegs gegenüber einer Anzahl von Schlitzen für Hauptschenkel-Flitch-Platten veranschaulicht, einschließlich eines Temperaturanstiegs für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
5 veranschaulicht schematisch einige Aspekte eines nicht einschränkenden beispielhaften Kernklemmenglieds mit einem Ausschnitt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6A-6C veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Kernklemmenglieder-Querschnittsarten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
7A und 7B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Einphasen-EY-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8A und 8B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Einphasen-D-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
9A und 9B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Einphasen-D-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
10A und 10B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Einphasen-DY-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
11A und 11B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Dreiphasen-T-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
12A und 12B veranschaulichen schematisch einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele von Dreiphasen-T-Kern-Transformatoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
13 veranschaulicht schematisch einige Aspekte eines nichteinschränkenden Beispiels eines „TY-Kern“-Transformators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Tabelle, die nichteinschränkende Beispiele eines berechneten Kernklemmentemperaturanstiegs für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegenüber einem berechneten Kernklemmentemperaturanstieg für einige entsprechende herkömmliche Kernklemmen veranschaulicht.

Ein besseres Verständnis der obigen Kurzdarstellung sowie der folgenden ausführlichen Beschreibung gewisser Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung geht aus einer Lektüre im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Zur Veranschaulichung der Anmeldung werden in den Zeichnungen gewisse Ausführungsformen gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Anmeldung nicht auf die in den angehängten Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt ist. Ferner geben gleiche Zahlen in den jeweiligen Figuren gleiche oder vergleichbare Teile an.
BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der obigen Beschreibung wird der Einfachheit halber eine gewisse Terminologie verwendet, die nicht einschränkend sein soll. Wörter wie „oberes“, „unteres“, „oben“, „unten“, „erstes“ und „zweites“ geben Richtungen in den Zeichnungen an, auf die Bezug genommen wird. Diese Terminologie beinhaltet die oben spezifisch angegebenen Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung. Darüber hinaus sind die Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ so definiert, dass sie eines oder mehrere der genannten Elemente beinhalten, sofern nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird. Der Ausdruck „mindestens eines von“ gefolgt von einer Liste von zwei oder mehr Elementen, wie etwa „A, B oder C“, bedeutet jedes einzelne von A, B oder C sowie jede Kombination davon.
Zur Förderung eines Verständnisses der Grundzüge der Erfindung erfolgt nun eine Bezugnahme auf die in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen, und es wird eine spezifische Ausdrucksweise zur Beschreibung dieser verwendet. Nichtsdestotrotz versteht sich, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll. Jegliche Abänderungen und weiteren Modifizierungen in den beschriebenen Ausführungsformen sowie jegliche weiteren Anmeldungen der Grundzüge der Erfindung gemäß vorliegender Beschreibung, wie sie Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich die neue Erfindung bezieht, in den Sinn kommen würden, werden mit umfasst.
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf die Zeichnungen, und insbesondere 1 und 2, werden einige Aspekte eines nichteinschränkenden Beispiels eines Transformators 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die in 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Transformators 10 ist ein Dreiphasen-„TY-Kern“-Transformator. Der Transformator 10 kann jedoch andere Formen annehmen. Darüber hinaus kann es sich bei dem Transformator 10 um einen beliebigen Einphasen-Transformator oder einen Mehrphasen-Transformator, wie beispielsweise einen Dreiphasen-Transformator, handeln. Darüber hinaus kann es sich bei dem Transformator 10 um einen Ein- oder Dreiphasen-Niederspannungs-, -Mittelspannungs- oder -Hochspannungstransformator handeln, einschließlich Transformatoren, die gemäß IEEE-Standard C57.12.00-2015 als Kategorie-I- bis Kategorie-IV-Transformatoren charakterisiert sind.
Der Transformator 10 kann einen Transformatorkern 12, eine oder mehrere Wicklungen 14 und eine Kernklemme 16 beinhalten. Der Transformatorkern 12 kann in verschiedenen Ausführungsformen ein oberes Joch 20 und ein unteres Joch 22 beinhalten. Darüber hinaus kann der Transformatorkern 12 ein oder mehrere Hauptglieder oder Hauptschenkel 24 beinhalten, z. B. Hauptschenkel 24A-C (kollektiv Schenkel 24), die sich zwischen dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22 erstrecken können. Darüber hinaus kann der Transformatorkern 12 gemäß gewissen Ausführungsformen auch ein oder mehrere Seitenglieder oder Seitenschenkel 26 beinhalten, z. B. Seitenschenkel 26A-B (kollektiv Schenkel 26), die sich ebenfalls zwischen dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22 erstrecken können. Die Anzahl an Hauptschenkeln 24 und Seitenschenkeln 26 kann mit den Erfordernissen der Anwendung variieren.
Der Transformatorkern 12 kann derart konstruiert sein, dass ein Magnetflussweg, wie beispielsweise einen Weg geringer Reluktanz, zwischen seinen verschiedenen Komponenten und durch diese hindurch gebildet wird. Beispielsweise ist der Transformatorkern 12 in der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform derart konstruiert, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen und dem unteren Joch 20, 22, den Hauptschenkeln 24 und in zumindest einigen Ausführungsformen den Seitenschenkeln 26 und durch diese hindurch gebildet wird. Der Transformatorkern 12 kann jedoch eine Vielzahl anderer Konfigurationen und/oder Komponenten aufweisen, die somit zu der Bildung anderer Flusswege führen können. Solchen Variationen können unter anderem die Anzahl der Haupt- und Seitenschenkel 24, 26 und das bzw. die zum Konstruieren des Transformatorkerns 12 verwendete(n) Material bzw. Materialien beinhalten. Beispielsweise können, während 1 einen Dreiphasen-Transformatorkern 12 darstellt, der drei Hauptschenkel 24 und zwei Seitenschenkel 26 aufweist und der aus einem elektrischen Stahl gefertigt sein kann, der einen Magnetflussweg mit relativ geringer Reluktanz bereitstellen kann, eine andere Anzahl von Hauptschenkeln 24, Seitenschenkeln 26 und/oder ein anderes Material des Transformatorkerns 12 zumindest in gewissen Situationen den Flussweg ändern.
Wie zumindest in 1 gezeigt, können gemäß der veranschaulichten Ausführungsform Wicklungen 14 um die Hauptschenkel 24A-C herum angeordnet sein, während solche Wicklungen 14 um die Seitenschenkel 26A-B herum angeordnet sein können oder nicht. Ferner können gemäß gewissen Ausführungsformen die Wicklungen 14, die um die Hauptschenkel 24A-C herum angeordnet sind, mehrere Wicklungen, wie beispielsweise Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungswicklungen, die zusammen gruppiert sein können, beinhalten und/oder können Abgriffwicklungen oder andere Wicklungsarten, die um jeden Hauptschenkel 24A-C herum angeordnet sind, beinhalten. Bei anderen Ausführungsformen können die um einen bestimmten Hauptschenkel 24A-C herum angeordneten Wicklungen 14 aus verschiedenen Wicklungen bestehen, z. B. einer Hoch-, Mittel- und/oder Niederspannungswicklung oder einer Abgriffwicklung, unter anderen Wicklungsarten.
Die Kernklemme 16 kann eine obere Klemme 30, eine untere Klemme 32 und mehrere Zugplatten oder Flitch-Platten 34, 36, wie beispielsweise Hauptschenkel-Flitch-Platten 34A-C (kollektiv Haupt-Flitch-Platten 34) und Seitenschenkel-Flitch-Platten 36A-B (kollektiv Seitenschenkel-Flitch-Platten 36), beinhalten. Die Flitch-Platten 34, 36 können sowohl an der oberen Klemme 30 als auch an der unteren Klemme 32 der Kernklemme 16 auf vielfältige Weisen fixiert oder gesichert werden, darunter beispielsweise über Stifte, Befestigungsglieder, Clips und/oder andere Halte- und/oder Befestigungsmerkmale. Darüber hinaus können die Flitch-Platten 34, 36 dahingehend konstruiert sein, mechanische Lasten zumindest zwischen dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22 zu übertragen. Zudem können mechanische Lasten, z. B. Zuglasten, mittels der Flitch-Platten 34, 36 zwischen dem oberen und dem unteren Joch 20, 22 übertragen werden. Die Flitch-Platten 34, 36 können auch ausgelegt sein, das Gewicht des Transformators 10 zumindest dann zu stützen, wenn der Transformator 10 in einen Transformatorkessel eingeführt wird, wenn der Transformator 10 bewegt wird, und gegen relativ hohe Axial- und Radialkräfte, die zumindest durch einen hohen Strom erzeugt werden können, der in Verbindung mit einem Kurzschluss in dem Stromnetz in den Wicklungen 14 vorliegen kann.
Die Anzahl an Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 kann mit den Erfordernissen der Anwendung variieren. Ferner können die Flitch-Platten 34, 36 benachbart zu einer oder mehreren Seiten eines entsprechenden Haupt- und/oder Seitenschenkels 24, 26 angeordnet sein. Beispielsweise können gemäß gewissen Ausführungsformen die Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 auf gegenüberliegenden Vorder- und Rückseiten eines assoziierten Hauptschenkels 24 oder Seitenschenkels 26 positioniert sein. Darüber hinaus kann jede Flitch-Platte 34, 36 derart ausgerichtet sein, dass die Flitch-Platte 34, 36 parallel zu dem entsprechenden Haupt- oder Seitenschenkel 24, 26 ist, entlang dessen die Flitch-Platte 34, 36 angeordnet ist. Die Flitch-Platten 34, 36 können auch derart ausgerichtet sein, dass entgegengesetzte Enden der Flitch-Platten 34, 36 einen benachbarten Abschnitt des oberen Jochs 20 und des unteren Jochs 22 zumindest teilweise überlappen.
Die Kernklemme 16 kann dahingehend konstruiert sein, den Transformatorkern 12 unter Verwendung der Flitch-Platten 34, 36 zu fixieren, um beispielsweise den Transformatorkern 12 unter Verwendung der Flitch-Platten 34, 36 in einer festen Anordnung zu sichern. Beispielsweise kann die Kernklemme 16 dahingehend konstruiert sein, das obere Joch 20, das untere Joch 22, den bzw. die Hauptschenkel 24 und den bzw. die Seitenschenkel 26 (falls vorhanden) in Eingriff miteinander sowie in einer festen Anordnung zu sichern. Darüber hinaus kann die Kernklemme 16 dahingehend ausgelegt sein, jegliche Spannungen aufzunehmen, die dazu neigen, den Transformatorkern 12 zu verformen, oder dazu neigen, einige Komponenten (z. B. Joche 20, 22 und/oder Schenkel 24, 26) des Transformatorkerns 12 von anderen Komponenten (z. B. anderen Jochen 20, 22 und/oder Schenkeln 24, 26) des Transformatorkerns 12 zu verlagern. Somit kann die Kernklemme 16 dahingehend konstruiert sein, einer Vielzahl von Lasten standzuhalten, wie beispielsweise Lasten oder Kräften, die auf das Gewicht des Transformators 10 zurückzuführen sind, und/oder Lasten oder Kräften, die durch Kurzschlussbedingungen erzeugt werden, unter anderen Kräften, Lasten und Spannungen.
Wie zumindest in 2 gezeigt, kann gemäß gewissen Ausführungsformen die obere Klemme 30 der Kernklemme 16 ein vorderes oberes Klemmenglied 30A und ein hinteres oberes Klemmenglied 30B beinhalten, während die untere Klemme 32 der Kernklemme 16 ein vorderes unteres Klemmenglied 32A und ein hinteres unteres Klemmenglied 32B beinhalten kann. Die obere Klemme 30 und die untere Klemme 32 können auch dahingehend konstruiert sein, die benachbarten oberen bzw. unteren Enden der Flitch-Platten 34, 36 an benachbarten Abschnitten des Transformatorkerns 30, wie beispielsweise an dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22, festzuklemmen. Auf diese Weise lassen sich beide Enden der Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 an dem Transformatorkern 12 fixieren.
Beispielsweise können die oberen Enden der Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 an beiden Seiten des Transformatorkerns 12 positioniert sein und mit anderen Komponenten des Transformatorkerns 12 zwischen zumindest dem vorderen oberen Klemmenglied 30A und dem hinteren oberen Klemmenglied 30B der oberen Klemme 30 unter Verwendung von Klemmbolzen oder Jochbolzen 28, darunter beispielsweise Zugbolzen, unter anderen Befestigungsmitteln, festgeklemmt werden. Gleichermaßen kann die untere Klemme 32 dahingehend konstruiert sein, zumindest die unteren Enden der Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 zwischen dem vorderen und dem hinteren unteren Klemmenglied 32A-B festzuklemmen (siehe 2). Gemäß gewissen Ausführungsformen kann ein solches Festklemmen der oberen und unteren Abschnitte der Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 beinhalten, dass die Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 die oberen und unteren Abschnitte der Haupt- und Seitenschenkel-Flitch-Platten 34, 36 gegen zumindest einen Abschnitt des benachbarten oberen Jochs 20 bzw. unteren Jochs 22 festgeklemmt werden.
Gemäß gewissen Ausführungsformen können die Flitch-Platten 34, 36 einen oder mehrere Schlitze in den Flitch-Platten 34, 36 aufweisen. Solche Schlitze können Bereiche in den Flitch-Platten 34, 36 bereitstellen, die teilweise oder vollständig frei von Material sind. Zudem können solche Schlitze gemäß gewissen Ausführungsformen Öffnungen oder Ausschnitte bereitstellen, die sich vollständig durch gegenüberliegende Seiten der Flitch-Platten 34, 36 sowie den dazwischenliegenden Bereich erstrecken. Die Anzahl und Konfiguration solcher Schlitze können für verschiedene Flitch-Platten 34, 36 sowie für verschiedene Arten und Größen von Transformatoren variieren. Beispielsweise kann sich gemäß gewissen Ausführungsformen die Anzahl und/oder die Konfiguration von Schlitzen für die Hauptschenkel-Flitch-Platten 34 von der Anzahl und/oder der Konfiguration der Schlitze für die Seitenschenkel-Flitch-Platten 36 unterscheiden. Darüber hinaus können gemäß gewissen Ausführungsformen nur einige der Hauptschenkel-Flitch-Platten 34 und/oder nur einige der Schenkel-Flitch-Platten 36 solche Schlitze beinhalten. Darüber hinaus können gemäß gewissen Ausführungsformen entweder die Hauptschenkel-Flitch-Platten 34 oder die Seitenschenkel-Flitch-Platten 36 Schlitze beinhalten.
Beispielsweise veranschaulichen 3A bis 3C nichteinschränkende Beispiele von Flitch-Platten 35, 40, 42, die einen oder mehrere solcher Schlitze 38 beinhalten und die sich als die zuvor erörterten Flitch-Platten 34, 36 nutzen lassen. Insbesondere veranschaulichen 3A und 3B Beispiele von Flitch-Platten 35, 40, die mehrere Schlitze 38 beinhalten können, die sich längs oder vertikal entlang der Flitch-Platte 35, 40 erstrecken, während 3C eine Flitch-Platte 42 mit einem einzigen Schlitz 38 veranschaulicht. Während 3A-3C Flitch-Platten 35, 40, 42 veranschaulichen, die drei Schlitze 38, zwei Schlitze 38 bzw. einen Schlitz 38 beinhalten, können andere Ausführungsformen 38 mehr Schlitze 38 beinhalten. Alternativ kann, wie in 3D gezeigt, die Flitch-Platte 44 gemäß gewissen Ausführungsformen keine(n) Schlitz(e) 38 beinhalten. Ferner können solche Schlitze 38 in den Flitch-Platten 34, 36 auf eine Vielzahl verschiedener Weisen ausgebildet oder erzeugt werden, darunter beispielsweise über Laser-Slotting und 3D-Druck, unter anderen Weisen zum Ausbilden oder Bereitstellen der Schlitze 38 in den Flitch-Platten 34, 36.
Wie in 3A und 3B gezeigt, können die Schlitze 38 mit Bezug auf zumindest gewisse Ausführungsformen, in denen die Flitch-Platten 35, 40 mehrere Schlitze 38 aufweisen, im Allgemeinen parallel zu den anderen Schlitzen 38 in den Flitch-Platten 35, 40 sein, oder nicht. Ferner können sich, während jeder der Schlitze 38 gemäß Veranschaulichung in 3A und 3B allgemein einheitliche Konfigurationen und Ausrichtungen aufweist, einschließlich vertikaler Schlitze 38 mit einer Länge, die an Stellen abschließt, die annähernd benachbart zu jedem entgegengesetzten Ende der Flitch-Platten 35, 40 liegen, die Form, Größe, Position und/oder Ausrichtung mindestens eines Schlitzes 38 gemäß gewissen Ausführungsformen von denen mindestens eines anderen Schlitzes 38 in der gleichen Flitch-Platte 35, 40 und/oder mit Bezug auf einen oder mehrere Schlitze 38 in einer anderen Flitch-Platte 35, 40 unterscheiden.
Die Schlitze 38 können auf eine Weise ausgelegt sein, die eine Reduzierung durch Wicklungen 14 erzeugter Wirbelverluste zumindest unterstützt. Zudem können die Schlitze 38 derart ausgelegt sein, dass die erzeugten Wirbelverluste auf ein Niveau reduziert werden, durch das eine Reduktion der Spitzentemperatur der Flitch-Platten 34, 36, auch als Flitch-Platten-Spitzentemperatur bezeichnet, auf ein akzeptables Niveau im Vergleich zu einer Flitch-Platte ohne Schlitze 38, wie beispielsweise die in 3D gezeigte Flitch-Platte 44, ermöglicht wird. Solche Wirbelverluste und Spitzentemperaturen lassen sich beispielsweise durch Messung und/oder durch Finite-Elemente-Modellierung unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen numerischen Softwarepakets, z. B. 3D-magnetische und thermische Analyse, bestimmen.
Durch eine Erhöhung der Anzahl von Schlitzen 38, wie beispielsweise auf vier oder mehr Schlitze 38, in der Flitch-Platte 34, 36 lassen sich in zumindest gewissen Ausführungsformen Wirbelverluste und Flitch-Platten-Spitzentemperaturen weiter verringern. Umgekehrt können gemäß zumindest gewissen Ausführungsformen weniger Schlitze 38 eingesetzt werden, wobei dies auf Kosten höherer Wirbelverluste und höherer Spitzentemperaturen in der Flitch-Platte geschieht. Beispielsweise veranschaulicht 3B eine Flitch-Platte 40 mit zwei Schlitzen 38, die in zumindest gewissen Umständen ausreichen können, um Wirbelverluste zu reduzieren und akzeptable Flitch-Platten-Spitzentemperaturen zu erzielen. Ein solcher Grad an Reduktion von Wirbelverlusten und Flitch-Platten-Spitzentemperaturen kann geringer sein als der, der mit der in 3A gezeigten Flitch-Platte 35 mit drei Schlitzen 38 erreicht wird, wobei eine solche Reduktion von Wirbelverlusten und Flitch-Platten-Spitzentemperaturen dennoch eine wesentliche Verbesserung gegenüber Flitch-Platten-Konfigurationen mit einem einzigen Schlitz 38 oder ohne Schlitze 38 darstellt. Die Flitch-Platte 40 kann somit in einigen Ausführungsformen als Hauptschenkel-Flitch-Platte in der Ausführungsform von 1 und 2 verwendet werden.
Gleichermaßen, wie zuvor erwähnt, veranschaulicht 3C eine Flitch-Platte 42 mit einem einzigen Schlitz 38, während die in 3D dargestellte Flitch-Platte 44 keine Schlitze 38 aufweist. Obgleich die in 3C gezeigte Flitch-Platte 42 mit einem einzigen Schlitz 38 geringere Wirbelverluste und eine entsprechende geringere Flitch-Platten-Spitzentemperatur als die der Flitch-Platte 44 ohne Schlitze 38 aufweist, sind die Wirbelverluste und die damit einhergehende Temperatur dennoch höher als bei den in 3A und 3B gezeigten Flitch-Platten 35, 40 mit mehreren Schlitzen 38. Dementsprechend können Flitch-Platten 35, 40 mit mehreren Schlitzen, z. B. zwei, drei oder mehr Schlitzen 38, gewisse Vorteile in Bezug auf Wirbelverluste und Flitch-Platten-Spitzentemperaturen bereitstellen. Ferner können solche Vorteile mit Bezug auf zumindest gewisse Ausführungsformen dazu führen, dass eine Verwendung von Flitch-Platten 35, 40 mit mehreren Schlitzen 38 zumindest verglichen mit Flitch-Platten 42, 44, die einen oder keine Schlitze 38 aufweisen, bei zumindest einigen, wenn nicht allen, der Hauptschenkel 24 und/oder Seitenschenkel 26 bevorzugt wird.
4 veranschaulicht einen berechneten Flitch-Platten-Temperaturanstieg gegenüber der Anzahl von Schlitzen 38 in einer Flitch-Platte 34 für einen beispielhaften Dreiphasen-Transformator mit 432 MVA (Megavoltampere) und 230 kV (Kilovolt). Der dargestellte Temperaturanstieg in 4 ist der Anstieg der Flitch-Platten-Maximaltemperatur, der sich aus Wirbelverlusten während das Betriebs des Transformators ergibt. Wie in 4 veranschaulicht, beträgt der mit Flitch-Platten mit mehreren Schlitzen 38, z. B. zwei, drei oder vier Schlitzen, assoziierte Temperaturanstieg weniger als 20 °C (Celsius). Ferner ist, wie gezeigt, die Flitch-Platten-Maximaltemperatur für Flitch-Platten mit mehreren Schlitzen 38 geringer als 105 °C während des Betriebs bei 30 °C Umgebungstemperatur und 55 °C oberer Öltemperatur. Für die Flitch-Platte, die nur einen einzigen Schlitz 38 aufweist, nimmt der Temperaturanstieg zumindest relativ zu Ausführungsformen mit mehreren Schlitzen 38 jedoch wesentlich zu, z. B. um ungefähr 50% oder mehr, auf ungefähr 30 °C. Somit stellt die Verwendung mehrerer Schlitze 38 in einer Flitch-Platte im Vergleich zu einer Flitch-Platte mit nur einem einzigen Schlitz 38 eine relativ wesentliche Reduktion der Flitch-Plattentemperatur bereit.
4 veranschaulicht auch Werte für eine Flitch-Platte mit null Schlitzen 38, einschließlich eines Temperaturanstiegs von 59,3 °C, was zu einer Flitch-Platten-Maximaltemperatur von 144,3 °C führt, die eine maximal zulässige Temperatur von 140 °C für Belastung bei normaler Nutzungsdauererwartung für zumindest gewisse Flitch-Platten überschreitet. Darüber hinaus kann, da die Flitch-Platte ohne Schlitze 38 möglicherweise keine Reduktion von Wirbelverlusten oder Spitzentemperatur zeigt, eine solche Flitch-Platte zumindest in einigen Ausführungsformen unerwünscht und ungeeignet sein zur Verwendung als Hauptschenkel-Flitch-Platte 24. Eine solche Flitch-Platte ohne Schlitze 38 kann jedoch gemäß gewissen Ausführungsformen geeignet sein zur Verwendung als Seitenschenkel-Flitch-Platte 26, die keine assoziierte Wicklung 14 aufweist, wobei somit Wirbelverluste aufgrund eines größeren Abstands von einer Wicklung 14 natürlicherweise geringer sein können und somit möglicherweise keine unerwünscht hohen Spitzentemperaturen in der Flitch-Platte erzeugen.
Wie in 1 gezeigt, können die obere Klemme 30 und/oder die untere Klemme 32 der Kernklemme 16 einen oder mehrere Ausschnitte 50 beinhalten. Zudem können eines oder beide des vorderen und des hinteren oberen Klemmenglieds 30 A-B und/oder eines oder beide des vorderen und des hinteren unteren Klemmenglieds 32A-B der oberen bzw. der unteren Klemme 30, 32 einen oder mehrere Ausschnitte 50 beinhalten. Gemäß gewissen Ausführungsformen können solche Ausschnitte 50 Merkmale repräsentieren, bei denen ein Abschnitt des Klemmenmaterials mit einer vorbestimmten Form fehlt, als sei dieser Materialabschnitt aus dem oberen vorderen und hinteren Klemmenglied 30A-B und/oder dem unteren vorderen und hinteren Klemmenglied 32A-B „ausgeschnitten“ worden. Beispielsweise stellt die in 1 gezeigte Ausführungsform beispielhafte Ausschnitte 50 dar, bei denen es sich um gewölbte Ausschnitte, z. B. gewölbte Bögen, auch als Ausbogungen bezeichnet, handelt. Solche Ausschnitte 50 können in verschiedenen Formen Teilellipsen, wie beispielsweise eine Halbellipse oder eine Viertelellipse, Teilkreise, wie etwa Halbkreise oder Viertelkreise, und/oder andere gewölbte Geometrien sein oder beinhalten. In der Ausführungsform von 1 handelt es sich bei den Ausschnitten 50 insbesondere um Halbellipsen. Alternativ oder optional können gemäß anderen Ausführungsformen einer oder mehrere der Ausschnitte 50 rechteckförmige Ausschnitte und/oder Stufenbogenausschnitte (Treppenausschnitte) beinhalten. Jedoch können die Klemmen 30, 32 gemäß gewissen Ausführungsformen Ausschnitte 50 anderer Formen und Größen aufweisen.
Darüber hinaus können die Ausschnitte 50 gemäß gewissen Ausführungsformen derart dimensioniert und in der oberen und der unteren Klemme 30, 32 positioniert sein, dass ein Abschnitt des oberen Jochs 20 bzw. des unteren Jochs 22 freiliegt. Ferner können die Ausschnitte 50 alternativ an einer oder mehreren Stellen in der oberen und/oder der unteren Klemme 30, 32 mit einem Querschnitt in der Form einer internen Gitterstruktur gebildet sein, wobei zwei Beispiele hierfür bei den oberen Klemmengliedern 30A in 6B und 6C veranschaulicht sind. Bei noch anderen Ausführungsformen können das vordere und das hintere obere Klemmenglied 30A-B und/oder das untere vordere und hintere Klemmenglied 32A-B allgemein C-Kanal- oder Kastenkanal-Querschnittsformen aufweisen, unter anderen Querschnittsformen. Im Vergleich zu allgemein soliden Klemmen, wie beispielsweise der in 6A dargestellten Klemme 30, können durch den Einsatz einer internen Gitterstruktur zwischen gegenüberliegenden Seiten der Klemme 30, wie beispielsweise in 6B und 6C gezeigt, zusätzliche Kühlaustauschoberflächen bereitgestellt werden, die die Kühlung der oberen und/oder unteren Klemme 30, 32 verbessern können und somit zu einer Verringerung der Betriebstemperaturen zumindest der oberen und/oder unteren Klemme 30, 32 während des Betriebs des Transformators 10 führen. Solche Verringerungen der Betriebstemperatur der oberen und/oder der unteren Klemme 30, 32 mit einer internen Gitterstruktur lassen sich weiter verstärken und die Betriebstemperatur allgemein solider Klemmen wie die in 6A dargestellte lässt sich auch reduzieren, indem Ausschnitte 50, die in der oberen und der unteren Klemme 30, 32 gebildet werden können, eingesetzt werden, wie nachfolgend erörtert wird.
Die Ausschnitte 50 lassen sich auf vielfältige Weisen in der oberen und der unteren Klemme 30, 32 bilden. Beispielsweise lassen sich die Ausschnitte 50 gemäß einigen Ausführungsformen durch Schneiden von Material von oder aus dem vorderen und dem hinteren oberen Klemmenglied 30A-B und dem vorderen und dem hinteren unteren Klemmenglied 32A-B bilden. Gemäß anderen Ausführungsformen können das vordere und das hintere obere Klemmenglied 30A-B und/oder das vordere und das hintere untere Klemmenglied 32A-B mit darin gebildeten Ausschnitten 50 gebildet werden, darunter unter anderem mittels eines 3D-Druckprozesses.
Darüber hinaus können die obere und die untere Klemme 30, 32 unabhängig von der Art der Querschnittsform der oberen und der unteren Klemme 30, 32 einen oder mehrere Ausschnitte 50 beinhalten. Zudem können das vordere und das hintere obere Klemmenglied 30A-B und das vordere und das hintere untere Klemmenglied 32A-B eine Vielfalt an Querschnittsformen aufweisen, darunter unter anderem Querschnittsformen, die mit flachen Platten assoziiert sind. Ferner können die Ausschnitte 50 jeweils eine Höhe 52 und eine Breite 54 aufweisen, wie beispielsweise durch 5 gezeigt. Für zumindest gewisse Arten von Formen, darunter beispielsweise nichtrechteckige Formen, Profile oder Umfangslinien, kann sich die Höhe 52 des Ausschnitts 50 auf die maximale Höhe oder Spitzenhöhe des Ausschnitts 50 beziehen. Darüber hinaus kann der Ausschnitt 50 an einer oder mehreren Stellen in dem vorderen und dem hinteren oberen Klemmenglied 30A-B und/oder dem vorderen und dem hinteren unteren Klemmenglied 32A-B gebildet sein, wobei das vordere und das hintere obere Klemmenglied 30A-B und/oder das vordere und das hintere untere Klemmenglied 32A-B die Form flacher Platten mit einem soliden Querschnitt aufweisen (siehe z. B. vorderes oberes Klemmenglied 30 von 6A).
Die Ausschnitte 50 können dahingehend positioniert und dimensioniert sein, ein Anziehen eines Streuflusses von einer Wicklung 14 in die obere Klemme 30 und die untere Klemme 32 und insbesondere in das vordere und das hintere obere Klemmenglied 30A-B und/oder das vordere und das hintere untere Klemmenglied 32A-B zu reduzieren. Durch eine solche Reduktion der Anziehung eines Streuflusses lässt sich die Betriebstemperatur der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 reduzieren. Darüber hinaus kann bei einigen Ausführungsformen eine Reduktion der Betriebstemperatur der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 zumindest zu einer Reduktion der Betriebstemperatur der Flitch-Platten und insbesondere der Hauptschenkel-Flitch-Platte 24 beitragen. Insbesondere lässt sich durch Reduzieren der Maximaltemperatur der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 die Ableitung von Wärme von der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 zu den Flitch-Platten reduzieren.
Obgleich sich die Ausschnitte 50 an einer Vielzahl von Stellen entlang der oberen und/oder der unteren Klemme 30, 32 befinden können, sind die Ausschnitte 50 gemäß gewissen Ausführungsformen an Stellen um die obere und/oder die untere Klemme 30, 32 positioniert, die der aus den Wicklungen 14 austretenden Flussstreuung am stärksten ausgesetzt sind. Somit lässt sich gemäß zumindest gewissen Ausführungsformen die Anziehung eines Streuflusses in die obere Klemme 30 und die untere Klemme 32 reduzieren, indem die Ausschnitte 50 an einer Stelle in der oberen Klemme 30 und/oder der unteren Klemme 32 positioniert werden, die sich relativ nah an den Hauptkernschenkeln 24 befindet und die sich zudem an oder allgemein benachbart zu der Position der aktiven Teile oder der Windungen 14 befindet. Zudem sind, zur Reduzierung der Anziehung eines Streuflusses von den Wicklungen 14 in die obere Klemme 30 und die untere Klemme 32, die Ausschnitte 50 bei einigen Ausführungsformen an Stellen angeordnet, an denen sich die Wicklungen 14 in relativ unmittelbarer Nähe zu der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 befinden, wie beispielsweise an oder in allgemeiner Nähe zu den Schnittpunkten zwischen den Hauptschenkeln 24 und dem oberen und dem unteren Joch 20, 22. Darüber hinaus oder alternativ können die Ausschnitte 50 gemäß gewissen Ausführungsformen zumindest an den Enden der oberen Klemme 30 und/oder der unteren Klemme 32 und zudem an entgegengesetzten Enden der oberen Klemme 30 und/oder der unteren Klemme 32 positioniert sein und sich dorthin erstrecken, wie beispielsweise zumindest durch 8A-9B gezeigt.
Die Anziehung eines Streuflusses kann auch mit zunehmender Höhe 52 des Ausschnitts 50 nachlassen, sowie mit zunehmender Breite 54 des Ausschnitts 50 nachlassen. Dementsprechend lässt sich auch die maximale Betriebstemperatur der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32 mit zunehmender Höhe 52 der Ausschnitte 50 und mit zunehmender Breite 54 der Ausschnitte 50 reduzieren.
Die tatsächliche Form, Größe und Position der Ausschnitte 50 kann auf einer Vielzahl verschiedener Überlegungen basieren, darunter beispielsweise, dass sie an Stellen konfiguriert und/oder positioniert werden, die verhindern, dass die Ausschnitte 50 die Platzierung von Stützmerkmalen des Transformators 10 stören. So kann beispielsweise unter Bezugnahme auf 1 die größte Abmessung des Ausschnitts 50 für eine spezielle obere und untere Klemme 30, 32 auf dem Ort eines oder mehrerer unterer Stützelemente 58, oberer Stützelemente 60 und/oder Jochbolzen-Stützelemente 62, unter anderen Stützelementen, basieren. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann es sich bei den unteren Stützelementen 58 und den oberen Stützelementen 60 beispielsweise um Wicklungsstützelemente handeln, darunter unter anderem Fußstützelemente oder andere Stützelemente, die dahingehend konstruiert sind, eine Stützung für die Wicklungen 14 bereitzustellen. Andere Stützelemente können beispielsweise Jochbolzen-Stützelemente 62 beinhalten, die beispielsweise Jochklemmbolzen zum Festklemmen des oberen und des unteren Jochs 20, 22 zwischen jeweiligen vorderen und hinteren oberen Klemmengliedern 30A-B und vorderen und hinteren unteren Klemmengliedern 32A-B stützen und aufnehmen können. So kann beispielsweise zumindest ein Abschnitt eines Außenumfangs des Ausschnitts 50 durch die jeweiligen oberen und unteren Stützelemente 58, 60 und/oder Jochbolzenstützelemente 62 begrenzt sein oder anderweitig unmittelbar benachbart dazu angeordnet sein. Dementsprechend kann mit Bezug auf die in 1 dargestellte Ausführungsform die Höhe eines oder mehrerer der Ausschnitte 50 durch den Ort der benachbarten jeweiligen oberen und unteren Stützelemente 58, 60 begrenzt sein, während die Breite 54 des Ausschnitts 50 durch den Abstand zwischen den benachbarten Jochbolzenstützelementen 62 begrenzt sein kann. Ferner können, wie durch 1 gezeigt, nacheinander angeordnete Jochstützelemente 62 gemäß gewissen Ausführungsformen um einen Abstand voneinander beabstandet sein, in dem der Ausschnitt 50 aufgenommen werden kann, der dazwischen angeordnet ist und eine Breite aufweist, die größer als die Breite des benachbarten Hauptschenkels 24A, 24B, 24C ist. Jedoch können, insofern als ein Stützelement, darunter beispielsweise die oben genannten Stützelemente 58, 60, 62, in einer Region, die durch den Ausschnitt 50 definiert wird, anzuordnen ist, solche Stützelemente aus einem nichtmagnetischen Material, darunter beispielsweise rostfreier Stahl, konstruiert sein.
Während in den obigen Beispielen die Form und Größe der Ausschnitte 50 zumindest teilweise basierend auf dem Ort verschiedener Stützelemente 58, 60, 62 erörtert werden, können die Form und Konfiguration der Ausschnitte 50 auch zumindest teilweise auf anderen Überlegungen basieren. Beispielsweise kann gemäß gewissen Ausführungsformen die Höhe 52 des Ausschnitts 50, darunter beispielsweise die maximale Höhe 50 für runde oder allgemein gerundete Ausschnitte 50, einer vertikalen Stelle, an der ein Vorliegen einer Maximaltemperatur in einer ähnlichen oberen und/oder unteren Klemme 30, 32 ohne jegliche Ausschnitte 50 erwartet wird, und/oder der Position entlang des Ausschnitts 50, an der ein Vorliegen einer Maximaltemperatur erwartet werden würde, wenn der Ausschnitt 50 nicht vorhanden wäre, entsprechen. Eine solche Stelle der erwarteten Maximaltemperatur lässt sich auf eine Vielzahl verschiedener Weisen erhalten, darunter beispielsweise durch Finite-Elemente-Modellierung einer ähnlichen oberen und/oder unteren Klemme 30, 32 ohne Ausschnitte 50 unter Verwendung eines kommerziell erhältlichen numerischen Softwarepakets, z. B. 3D-magnetische und thermische Analyse.
Alternativ oder zusätzlich können die Höhe 52 und/oder die Breite 54, darunter maximale Höhen 52 und Breiten 54, des Ausschnitts 50 auf erwarteten oder erwünschten Werten dielektrischer Belastung basieren, wie beispielsweise einem vorbestimmten Wert oder einer vorbestimmten Grenze für dielektrische Belastung in der oberen Klemme 30 und der unteren Klemme 32, und zudem dielektrische Belastung in einer soliden oder flüssigen Isolation, die um die obere und/oder die untere Klemme 30, 32 herum angeordnet ist, darunter beispielsweise Isolatoren auf Basis von Mineralöl und/oder Zellulose oder Ester und/oder Zellulose, wie etwa unter anderem Papier und Pressspan. Ein solcher vorbestimmter Wert dielektrischer Belastung kann mit den Erfordernissen der bestimmten Anwendung oder dem Ort innerhalb des Transformatorsystems 10 variieren. Beispielsweise kann, mit Bezug auf zumindest einige Ausführungsformen oder einen Ort, die maximal zulässige dielektrische Belastung 11 kV/mm betragen, während die maximal zulässige dielektrische Belastung in anderen 6 kV/mm betragen kann, oder 2 kV/mm in anderen Ausführungsformen oder an anderen Orten. Der vorbestimmte Wert dielektrischer Spannung für verschiedene Orte lässt sich beispielsweise durch Messung und/oder durch Finite-Elemente-Modellierung unter Verwendung eines erhältlichen numerischen Softwarepakets, z. B. 3D-magnetische und thermische Analyse, bestimmen, unter anderen Arten des Bestimmens des vorbestimmten Werts dielektrischer Spannung.
Da die dielektrische Belastung mit einer Zunahme der Höhe 52 und auch mit einer Zunahme der Breite 54 des Ausschnitts 50 abnehmen kann, kann die Form des Ausschnitts 50, d. h. das Profil, so ausgewählt werden, dass der vorbestimmte Wert dielektrischer Belastung erreicht wird und/oder dass eine dielektrische Belastung auf oder unter einen vorbestimmten Wert dielektrischer Belastung reduziert wird. Dementsprechend können zumindest gewisse Parameter bezüglich der Form oder des Profils des Ausschnitts 50, wie beispielsweise Höhe, Radius und/oder Breite, unter anderen Parametern, so ausgewählt werden, dass sie einen vorbestimmten Wert dielektrischer Belastung in der bzw. den assoziierten Komponente(n), wie beispielsweise der oberen Klemme 30 und/oder der unteren Klemme 32, erfüllen.
In Anbetracht des Vorstehenden können gemäß gewissen Ausführungsformen der Ort, die Größe und/oder die Form der Ausschnitte 50 zumindest teilweise auf mindestens einem, wenn nicht allen, der Folgenden basieren: thermischer Berechnung, dielektrischen Mindestabständen und mechanischen Einschränkungen, darunter unter anderem der Ort der Stützelemente 58, 60, 62 und/oder die mechanischen Begrenzungen der oberen und der unteren Klemme 30, 32. Zudem können gemäß gewissen Ausführungsformen die Konfiguration der Ausschnitte 50 und somit die assoziierte Form der assoziierten oberen und/oder unteren Klemme 30, 32 durch Folgendes vorgegeben sein: thermische Berechnung, wie beispielsweise, dass die berechnete Kernklemmenmaximaltemperatur geringer als die zulässige Grenze ist; dielektrische Mindestabstände, wie beispielsweise der Abstand von den Kernklemmen 16, die mit Masse verbunden werden können, und Wicklungen 14 oder Kabel mit einer maximalen Spannung, die höher als ein vorbestimmter dielektrischer Wert sein sollen; und/oder mechanische Einschränkungen, die Folgendes beinhalten können: die Kernklemmen 16, die dahingehend konfiguriert sind, das Gewicht aktiver Teile des Transformators und die Kurzschlusskräfte, Axialkräfte und/oder Radialkräfte zu tragen, Orte der Stützelemente 58, 60, 62 und/oder die Anzahl von Haupt- und Seitenschenkeln 24, 26 des Transformatorkerns 12, unter anderen Einschränkungen.
7A und 7B veranschaulichen einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele eines Einphasen-„EY-Kern“-Transformators 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung. Der in 7A und 7B gezeigte Transformatorkern 12 kann einen einzigen Hauptschenkel 24, um den herum eine Wicklung 14 angeordnet ist, und zwei Seitenschenkel 26A, 26B beinhalten. Die in 7A gezeigte Kernklemme 16 beinhaltet einen Ausschnitt 50 mit einer gewölbten Bogenform, z. B. einer Halbellipse, während die in 7B gezeigte Kernklemme 16 einen Ausschnitt 50 mit einer gestuften Bogenform beinhaltet.
8A bis 9B veranschaulichen einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele eines Einphasen-„D-Kern“-Transformators gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung. Wie gezeigt, beinhaltet der Transformatorkern 12 zwei Hauptschenkel 24A, 24B mit einer um jeden Hauptschenkel herum angeordneten Wicklung 14, beinhaltet jedoch keine Seitenschenkel, wie etwa die in 1 gezeigten Seitenschenkel 26. Wie gezeigt, können gemäß gewissen Ausführungsformen die Ausschnitte 50 an entgegengesetzten Enden der oberen und der unteren Klemme 30, 32 positioniert sein und sich dorthin erstrecken. Ferner können solche Ausschnitte 50 gemäß gewissen Ausführungsformen eine allgemein rechteckige Konfiguration aufweisen, wie beispielsweise eine Konfiguration, bei der die Breite 54 größer als die Höhe 52 des Ausschnitts 50 ist. Jedoch kann, gemäß gewissen Ausführungsformen, bei denen eine solche rechteckige Konfiguration der Ausschnitte 50 in der oberen und/oder der unteren Klemme 30, 32 mechanisch nicht umsetzbar ist, der Ausschnitt 50 eine andere Konfiguration aufweisen. Beispielsweise können die Ausschnitte 50 in der Kernklemme 16 der in 8A gezeigten Ausführungsform jeweils eine zur Hälfte gestufte Bogenform beinhalten, während die Ausschnitte 50 in der in 8B dargestellten Ausführungsform eine halbgewölbte Bogenform, z. B. eine Viertelellipsenform, aufweisen. Mit Bezug auf die in 9A dargestellte Ausführungsform weisen die Ausschnitte 50 jeweils eine gestufte Bogenform auf, während die in 9B gezeigten Ausschnitte 50 Ausschnitte 50 beinhalten, die jeweils eine gewölbte Bogenform, z. B. eine Halbellipsenform, aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 10A und 10B sind einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele eines Einphasen-„DY-Kern“-Transformators gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In den Ausführungsformen der 10A und 10B beinhaltet der Transformatorkern 12 zwei Hauptschenkel 24A, 24B mit einer um jeden Hauptschenkel 24A, 24B herum angeordneten Wicklung 14 und zwei Seitenschenkel 26A, 26B. Die Kernklemme 16 der Ausführungsform von 10A beinhaltet Ausschnitte 50 mit einer gestuften Bogenform, während die Kernklemme 16 der Ausführungsform von 10B Ausschnitte 50 mit einer gewölbten Bogenform, z. B. einer Halbellipsenform, beinhaltet.
11A bis 12B veranschaulichen einige Aspekte nichteinschränkender Beispiele eines Dreiphasen-„T-Kern“-Transformators gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung. In den Ausführungsformen der 11A bis 12B beinhaltet der Transformatorkern 12 drei Hauptschenkel 24A, 24B, 24C mit einer um jeden Hauptschenkel 24A, 24B, 24C herum angeordneten Wicklung 14, und er beinhaltet keine Seitenschenkel. Die in 11A gezeigte Kernklemme 16 beinhaltet Ausschnitte 50 mit einer halbgestuften Bogenform, während die in 11B gezeigten Ausschnitte 50 eine halbgewölbte Bogenform, z. B. eine Viertelellipsenform, aufweisen. Ferner beinhaltet die in 12A gezeigte Kernklemme 16 Ausschnitte 50 mit einer gestuften Bogenform, während die in 12B gezeigten Ausschnitte 50 eine gewölbte Bogenform, z. B. eine Halbellipsenform, aufweisen.
13 veranschaulicht einige Aspekte eines nichteinschränkenden Beispiels eines Dreiphasen-„TY-Kern“-Transformators 10. Die Ausführungsform von 13 ist die gleiche wie die Ausführungsform von 1, mit der Ausnahme, dass die Ausschnitte 50 in der Ausführungsform von 13 gestufte Bögen sind, während die Ausschnitte 50 der Ausführungsform von 1 gewölbte Bögen in der Form von Halbellipsen sind.
Ähnlich wie der in 1 gezeigte Transformator 10 können die in 7A-13 gezeigten Transformatoren 10 jeweils Hauptschenkel-Flitch-Platten 34 mit einem oder mehreren Schlitzen 38 darin und, mit Bezug auf die in 7A, 7B, 10A, 10B und 13 dargestellten Ausführungsformen, eine oder mehrere Seitenschenkel-Flitch-Platten 36 beinhalten. Darüber hinaus können, ähnlich wie bei dem in 1 gezeigten Transformator 10, die in 7A-13 gezeigten Ausschnitte 50 jeweils durch Stützelemente 58, 60 (nicht gezeigt), wie etwa Wicklungsstützelemente und/oder Jochbolzenstützelemente 62 (nicht gezeigt), begrenzt sein. Darüber hinaus oder alternativ können die Ausschnitte 50 in der oberen und der unteren Klemme 30, 32 in den Ausführungsformen von 7A bis 13 eine Höhe 52, darunter beispielsweise eine maximale Höhe, und eine Breite 54 unter anderen Profilformen aufweisen, die auf einer maximalen Betriebstemperatur in ähnlichen Klemmen, die keine Ausschnitte 50, basiert/basieren. Wie zuvor erörtert, lassen sich solche Größen für die Ausschnitte 50 beispielsweise durch analytische Berechnung bestimmen. Ferner können gemäß gewissen Ausführungsformen die Größe und/oder die Form der Ausschnitte 50 für die in 7A-13 gezeigten Transformatoren 10 zumindest teilweise auf einem vorbestimmten Wert dielektrischer Belastung basieren, wie ebenfalls oben erörtert.
14 ist eine Tabelle, die nichteinschränkende Beispiele eines berechneten Kernklemmentemperaturanstiegs für einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegenüber einem berechneten Kernklemmentemperaturanstieg für einige entsprechende herkömmliche Kernklemmen veranschaulicht. Wie mit Bezug auf die soliden unteren Klemmen 32 zu sehen ist, kann das Einschließen der Ausschnitte 50 für einige Transformatorkernarten dazu führen, dass ein Maximaltemperaturanstieg über das Öl weniger als 60% des Maximaltemperaturanstiegs beträgt, der mit herkömmlichen unteren Klemmen 32, die keine Ausschnitte 50 aufweisen, erfahren wird. Gleichermaßen kann das Einschließen der Ausschnitte 50 in der soliden oberen Klemme 30 für einige Transformatorkernarten zu einem Maximaltemperaturanstieg über das Öl führen, der etwa 50%-75% niedriger als der Maximaltemperaturanstieg ist, der mit herkömmlichen oberen Klemmen 30, die keine Ausschnitte 50 aufweisen, erfahren wird. Während 14 beispielhafte Daten mit Bezug auf solide obere und untere Klemmen 30, 32, die Ausschnitte 50 beinhalten, bereitstellt, können die obere und untere Klemme 30, 32 mit sowohl Ausschnitten 50 als auch einer internen Gitterstruktur, wie jene in 6B oder 6C dargestellten, zu einer weiteren Reduktion des Maximaltemperaturanstiegs von ungefähr 30% führen.
Solche Reduktionen des Maximaltemperaturanstiegs über das Öl können eine Reihe von Vorteilen für Transformatoren 10 mit oberen Klemmen 30 und/oder unteren Klemmen 32, die Ausschnitte 50 aufweisen, bereitstellen. Beispielsweise kann, mit Bezug auf zumindest Transformatoren 10, bei denen der Abstand zwischen dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22 durch Erhitzung vorgegeben ist, wie beispielsweise Streufluss in den Kernklemmen, der magnetischen Feldern ausgesetzt ist (z. B. magnetischer Abstand), eine solche Reduktion des Temperaturanstiegs zu einer Verringerung des Abstands zwischen dem oberen und dem unteren Joch 20, 22 führen und dadurch die Kernstahlmasse, den Transformatorkesselhöhenunterschied, das Ölvolumen in dem Transformatorkessel und die Distanz von der Wicklung 14 zu dem oberen und dem unteren Joch 20, 22 reduzieren. Ferner kann, mit Bezug auf zumindest Transformatoren 10, bei denen der Abstand zwischen dem oberen Joch 20 und dem unteren Joch 22 durch dielektrische Belastung (z. B. dielektrische Abstände) vorgegeben ist, wie etwa dielektrische Einschränkungen, die mit der Sicherstellung eines dielektrischen Mindestabstands zwischen Max-Potenzial (Hochspannungswicklungen) und Masse (die durch eine Masseverbindung des Kerns 12 und/oder der Kernklemme 16 bereitgestellt werden kann) assoziiert sind, eine solche Reduktion des Temperaturanstiegs zu einer Abnahme der Temperatur der Klemme 16 führen.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als das praktischste und am meisten bevorzugte Ausführungsbeispiel erachtet wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsform(en) zu beschränken ist, sondern ganz im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die von dem Wesen und Schutzumfang der angehängten Ansprüche mit umfasst werden, mit abdecken soll, wobei der Schutzumfang der allgemeinsten Interpretation unterliegen soll, um alle solchen Modifikationen und äquivalenten Strukturen, gemäß gesetzlicher Zulassung, mit zu umfassen. Des Weiteren versteht sich, dass obgleich die Verwendung des Worts vorzuziehen, vorzugsweise oder bevorzugt in der obigen Beschreibung angibt, dass ein derart beschriebenes Merkmal wünschenswerter sein kann, es jedoch möglicherweise nicht notwendig ist und jede Ausführungsform, bei der dasselbe fehlt, als innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegend erachtet werden kann, wobei dieser Schutzumfang durch die folgenden Ansprüche definiert wird. Bei Lektüre der Ansprüche soll eine Verwendung von Wörtern wie „ein“, „eine“, „eines“, „mindestens ein“ und „zumindest ein Teil“ den Anspruch nicht auf lediglich ein Element beschränken, sofern in dem Anspruch nicht ausdrücklich Gegenteiliges angegeben ist. Ferner kann, bei Verwendung der Ausdrücke „zumindest ein Teil“ und/oder „ein Teil“, das Element einen Teil und/oder das gesamte Element beinhalten, sofern nicht ausdrücklich Gegenteiliges angegeben ist.

Claims

Transformator, aufweisend: einen Transformatorkern mit einem oberen Joch, einem unteren Joch und einem Schenkel, wobei sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt, wobei der Transformatorkern derart konstruiert ist, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen Joch, dem Schenkel und dem unteren Joch und durch diese hindurch gebildet wird; eine Wicklung, die um den Schenkel herum angeordnet ist; eine Flitch-Platte, die benachbart zu dem Schenkel angeordnet ist und sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt; und eine Kernklemme mit einer oberen Klemme und einer unteren Klemme, wobei die Flitch-Platte mittels der oberen Klemme an dem oberen Joch festgeklemmt ist und mittels der unteren Klemme an dem unteren Joch festgeklemmt ist, wobei die obere Klemme und die untere Klemme jeweils einen Ausschnitt beinhalten, der dahingehend positioniert und dimensioniert ist, ein Anziehen eines Streuflusses von der Wicklung in die entsprechende obere Klemme und untere Klemme zu reduzieren.
Transformator nach Anspruch 1, wobei die Flitch-Platte mindestens einen Schlitz beinhaltet, der sich durch die Flitch-Platte erstreckt und der entlang zumindest eines Abschnitts der Flitch-Platte zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch positioniert ist, wobei der mindestens eine Schlitz dazu ausgelegt ist, eine Reduzierung durch die Wicklung erzeugter Wirbelverluste zumindest zu unterstützen.
Transformator nach Anspruch 2, wobei sich der mindestens eine Schlitz längs in einer Richtung erstreckt, die im Allgemeinen parallel zu einer Richtung ist, in der sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt in der oberen Klemme an einem Schnittpunkt zwischen dem Schenkel und dem oberen Joch oder dem unteren Joch angeordnet ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt der oberen Klemme und/oder der unteren Klemme eine Breite in einer Richtung, die im Allgemeinen senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt, aufweist, die größer als eine Breite des Schenkels ist, wobei die Breite des Ausschnitts im Allgemeinen parallel zu der Breite des Schenkels ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt in der oberen Klemme und/oder der unteren Klemme eine maximale Höhe in einer Richtung, die im Allgemeinen parallel zu der Richtung ist, in der sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt, aufweist, die einer vertikalen Stelle einer höchsten Betriebstemperatur in einer anderen ähnlich geformten oberen oder unteren Klemme, die den Ausschnitt nicht aufweist, entspricht.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt der oberen Klemme und/oder der unteren Klemme eine maximale vertikale Höhe in einer Richtung, die im Allgemeinen parallel zu der Richtung ist, in der sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt, aufweist, die so ausgewählt ist, dass ein vorbestimmter Wert dielektrischer Belastung in einer um die entsprechende obere oder untere Klemme herum angeordneten Isolation erreicht wird.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt rechteckig ist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt eine gestufte und/oder gerundete Bogenkonfiguration aufweist.
Transformator nach Anspruch 1, wobei der Ausschnitt in den oberen Klemmen und/oder den unteren Klemmen durch ein Wicklungsstützelement für die Wicklung und/oder einen Jochbolzen in der entsprechenden oberen oder unteren Klemme begrenzt ist.
Transformator, der Folgendes umfasst: einen Transformatorkern mit einem oberen Joch, einem unteren Joch und Schenkeln, wobei sich die Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken, wobei der Transformatorkern derart konstruiert ist, dass ein Magnetflussweg zwischen dem oberen Joch, den Schenkeln und dem unteren Joch und durch diese hindurch gebildet wird; Wicklungen, die um den Schenkel herum angeordnet sind; Flitch-Platten, die benachbart zu den Schenkeln angeordnet sind und sich zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstrecken, wobei die Flitch-Platten mindestens einen Schlitz aufweisen, der sich durch die Flitch-Platte erstreckt und der entlang zumindest eines Abschnitts der Flitch-Platte zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch positioniert ist, wobei der mindestens eine Schlitz dazu ausgelegt ist, eine Reduzierung durch die Wicklung erzeugter Wirbelverluste zumindest zu unterstützen; und Kernklemmen mit oberen Klemmen und unteren Klemmen, wobei die Flitch-Platten mittels der oberen Klemmen an dem oberen Joch festgeklemmt sind und mittels der unteren Klemmen an dem unteren Joch festgeklemmt sind.
Transformator nach Anspruch 11, wobei die oberen Klemmen und/oder die unteren Klemmen Ausschnitte beinhalten, die dahingehend positioniert und dimensioniert ist, ein Anziehen eines Streuflusses von der Wicklung in die entsprechenden oberen Klemmen und/oder unteren Klemmen zu reduzieren.
Transformator nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Schlitz mehrere Schlitze umfasst und wobei sich die mehreren Schlitze längs in einer Richtung erstrecken, die im Allgemeinen parallel zu einer Richtung ist, in der sich der Schenkel zwischen dem oberen Joch und dem unteren Joch erstreckt.
Transformator nach Anspruch 1 oder 13, wobei die eine oder die mehreren oberen Klemmen und die eine oder die mehreren unteren Klemmen eine interne Gitterstruktur beinhalten.
Transformator nach Anspruch 11, wobei die oberen Klemmen und die unteren Klemmen jeweils einen Ausschnitt beinhalten, der dahingehend positioniert und dimensioniert ist, ein Anziehen eines Streuflusses von der Wicklung in die entsprechende obere Klemme und untere Klemme zu reduzieren, und wobei die oberen Klemmen und/oder die unteren Klemmen eine interne Gitterstruktur aufweisen.