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Durch Zwangsölströmung gekühlte Wicklung für Transformatoren und Drosselspulen
Die Erfindung bezieht sich auf durch Zwangsölströmung gekühlte Wicklungen für Transformatoren
und Drosselspulen, bei denen der Ölstrom vor dem Eintritt in achsparallel nebeneinanderliegende
Wicklungskühlkanäle innerhalb der Randfeldisolation mehrfach umgelenkt und vom Hauptkanal
aus nach jeweils einer oder mehreren Umlenkungen in nacheinander abzweigende Einzelkanäle
verteilt und am anderen Ende entsprechend wieder zum Hauptölstrom zusammengefaßt
wird.
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Bei Transformatoren und Drosselspulen für hohe Spannungen ist die
Randfeldisolation sehr kompliziert ausgebildet, da außer der erforderlichen elektrischen
Festigkeit noch für eine ausreichende Kühlung gesorgt werden muß. Dabei wird in
entsprechend geführten Kühlkanälen der Ölstrom innerhalb der Randfeldisolation mehrfach
umgelenkt, so daß er in die zu kühlenden Wicklungsteile eintreten kann.
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Bei Wicklungen für höchste Spannungen wird aber der Strömungswiderstand
in diesen umgelenkten Kanälen der Randfeldisolation so groß, daß der Selbstauftrieb
des Kühlmediums durch Erwärmung nicht mehr ausreicht, um genügend große Ölgeschwindigkeiten
innerhalb der Wicklung zu erzeugen. Die Ölerwärmung während des Durchströmens der
Wicklung würde zu groß werden; man geht daher zu einer Zwangsölströmung über.
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Ist beispielsweise eine Lagenwicklung zu kühlen, so könnte jeder Lagenkühlkanal
getrennt gespeist werden. Damit ließe sich zwar eine optimale Kühlung erreichen,
doch wäre der Aufwand dafür unwirtschaftlich groß. Der andere Extremfall, daß nämlich
sämtliche Lagenkühlkanäle von einem gemeinsamen Zufluß gespeist werden, ist in F
i g. 1 schematisch dargestellt. Die einzelnen Lagen der Wicklung sind mit 6 bezeichnet;
sie werden durch die Wicklungskühlkanäle 1 bis 5 voneinander getrennt. Die gemeinsame
Ölzuführung 7 erfolgt in der durch den Pfeil angegebenen Richtung, wobei der Ölstrom
durch die schematisch angedeutete Randfeldisolation 13 mehrfach umgelenkt wird und
sich nach der jeweiligen Umlenkung auf die Wicklungskühlkanäle 1 bis 5 in der durch
Pfeile angedeuteten Weise verteilt. Die mit 12 bezeichnete strichpunktierte Linie
soll die Lage der Kernachse angeben. Da die Strömungswiderstände für die einzelnen
Wicklungskühlkanäle, gerechnet von der gemeinsamen Zuführung an, sehr unterschiedlich
sind, werden sich in den Wicklungskühlkanälen 1 bis 5 entsprechend
unterschiedliche Ölgeschwindigkeiten einstellen.
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Es sind bereits zahlreiche Kühlanordnungen bekannt, bei denen sich
der Hauptölstrom in zwei oder mehrere Teilströme gabelt und zum Schluß sich wieder
zu einem gemeinsamen Ölstrom vereinigt. Diese bekannten Ausführungen haben jedoch
alle den Nachteil gemeinsam, daß sowohl Länge als auch Gestaltung der parallelen
Teilkanäle sehr unterschiedlich ist, so daß sich unterschiedliche Strömungswiderstände
und -geschwindigkeiten ergeben.
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Die Erfindung gibt nun eine Lösung an, durch die auf einfache und
besonders zweckmäßige Art eine wirksame Verbesserung der Wicklungskühlung durch
Vergleichmäßigung der Ölströmung in den verschiedenen Wicklungskühlkanälen erreicht
wird.
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Sie besteht darin, daß die Zuführung des Hauptölstroms an einer der
auf die erste Abzweigung folgenden Zweigstelle, vorzugsweise an der mittleren Abzweigung
erfolgt.
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Dabei können die Umlenkungen für den Hauptölstrom und zumindest auch
für einen Teil der Abzweigungen in Umfangsrichtung der Wicklung benachbart sein.
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Ferner können mehrere solcher Kühlsysteme vorgesehen sein, die unabhängig
voneinander gespeist werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sind Ausführungsbeispiele derselben
in F i g. 2 und 3 der Zeichnung schematisch dargestellt.
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F i g. 2 zeigt eine Ölführung, bei der der gemeinsame ölzufluß 7 in
zwei parallele, voneinander abhängige Systeme 8 und 9 aufgeteilt ist.
Die im Schnitt dargestellten Lagenwicklungsteile 6 sind konzentrisch um die Kernachse
12 angeordnet. Zwischen jeweils zwei Wicklungslagen befinden sich die Kühlkanäle
1
bis 5. Die Randfeldisolation 13 ist nun so ausgebildet, daß der bei 7 in
die Randfeldisolation eingeführte Ölstrom zunächst ohne die Möglichkeit einer Verzweigung
mehrfach umgelenkt wird und sich erst nach einigen Umlenkungen in die voneinander
abhängigen
Systeme 8 und 9 gabelt. Innerhalb dieser beiden Systeme
treten wesentlich geringere Unterschiede der Strömungsgeschwindigkeiten in den Wicklungskühlkanälen
auf, verglichen mit denen der Anordnung nach F i g. 1. Die Kühlung der Wicklung
ist somit gleichmäßiger und auch besser.
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Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 sind durch die Ausbildung der
Randfeldisolation zwei voneinander abhängige Verteilungssysteme mit den Wicklungskühlkanälen
1, 2 sowie 3, 4, 5 geschaffen. Es ist natürlich ebensogut möglich - mit größerem
Aufwand - die beiden Systeme 1, 2 und 3, 4, 5 durch getrenntes Einspeisen unabhängig
voneinander zu machen. Bei sehr großen Lagenzahlen wird man zweckmäßgerweise beide
Varianten kombinieren.
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Bei einer Ausbildung der Ölführung nach F i g. 2 sind die Umlenkungen
der gemeinsamen Ölzuführung 7 und die Umlenkungen des Systems 9 radial nebeneinander
angeordnet. Für den Fall, daß die gegebenen radialen Abmessungen eine solche Anordnung
nicht gestatten, ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung unter Anwendung
paralleler, voneinander abhängiger Systeme die Abzweigung vom Ölzuführungskanal7
in Umfangsrichtung der Wicklung neben diesem angeordnet.
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Eine derart ausgebildete Ölführung zeigt F i g. 3, in der ebenfalls
wie in F i g.1 und 2 eine Wicklung im Schnitt dargestellt ist, die sich aus durch
Kühlkanäle 1 bis 5 voneinander getrennten Lagen 6 zusammensetzt. Der gemeinsame,
hier dick strichpunktiert dargestellte Hauptölstrom 7 verläuft genauso wie im Ausführungsbeispiel
der Fig.2. Auch das vom Ölstrom 7 abgezweigte System 8 hat die gleiche Lage und
den gleichen Verlauf wie in F i g. 2. Zur Einsparung von Raum in radialer Richtung
liegt indessen die Abzweigung des Systems 9 in Umfangsrichtung der Wicklung neben
dem Ölzuführungskanal 7. Die Abzweigung des Systems 9 erfolgt an der Stelle 10.
Dort wird der Ölstrom durch einen Querkanal, in der Zeichnung also senkrecht zur
Zeichenebene, in die benachbarte, durch Abstützklötze gebildete Teilung umgelenkt
und fließt dort, wie es durch die dünngestrichelte Linie angegeben ist, entgegen
der Strömungsrichtung 7 zurück, um sich dann auf die Wicklungskühlkanäle 1 und 2
aufzuteilen. Damit beim System 9 wieder sämtliche auf dem Wicklungsumfang befindliche
Teilkanäle mit Öl versorgt werden, erfolgt die Speisung derselben durch Querkanäle
11, die ebenso wie der Querkanal 10 senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Die Kopplung
zwischen jeweils zwei Teilkanälen wiederholt sich über den gesamten Umfang, wobei
die Ölführung in den Kanälen 3, 4, 5 von der beschriebenen Maßnahme unberührt bleibt.
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Der mit der Anwendung der Erfindung erzielbare Vorteil besteht darin,
daß sich bei sehr gleichmäßiger Strömungsverteilung der Gesamtöldurchsatz auf ein
Minimum reduzieren läßt, dessen Größe nach der Forderung bemessen wird, daß auch
im ungünstigsten Lagenkanal eine zur wirksamen Kühlung ausreichende Ölströmung entsteht.
Man kommt daher mit kleineren Pumpen aus als bei durch normale Zwangsölströmung
gekühlten Wicklungen, bei denen die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht angewendet
sind. Ferner treten geringere Druckdifferenzen auf, da die Strömungsgeschwindigkeit
in den gemeinsamen ölzuführungskanälen ebenfalls herabgesetzt wird, was sich wiederum
auf geringere Anforderungen hinsichtlich der Dichtheit dieser Kanäle günstig auswirkt.
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Die Erfindung wurde an Hand der Ausführungsbeispiele lediglich an
parallelen, voneinander abhängigen Systemen erläutert. Dessen ungeachtet können
selbstverständlich auch unabhängige, getrennt gespeiste Systeme oder auch eine Kombination
beider Varianten zur Anwendung kommen, sofern es die Gegebenheiten erforderlich
machen. Die Aufteilung einer gemeinsamen Ölzuführung in zwei Systeme ist nur beispielhaft
erwähnt; so kann sich auch der gemeinsame Ölstrom im Bedarfsfall in mehr als zwei
Systeme gabeln.