DE19854439A1 - Transformator - insbesondere Giessharztransformator - Google Patents

Abstract

Luftgekühlte Tranformatoren haben üblicherweise eine Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) als Windungs- und/oder Lagenisolierung. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit nimmt erfindungsgemäß die thermische Festigkeit der Kunststofffolie (18) innerhalb der Oberspannungswicklung (3) von deren unterster bis zu deren oberster Spule (16) in mindestens einer Stufe zu.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Ober­ spannungswicklung aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen aus ei­ nem spulenbreiten Metallband mit Kunststoffolie als Win­ dungsisolierung.

Luftgekühlte Transformatoren werden in letzter Zeit verbrei­ tet eingesetzt, weil sie ein hervorragendes aktives und pas­ sives Verhalten im Brandfall aufweisen. Das trifft vor allem auf Transformatoren zu, deren Wicklungen in Giessharzblöcke eingeschlossen sind, die infolge ihres hohen Füllstoffanteils praktisch nicht brennbar sind.

Die Luftkühlung hat aber relativ hohe Temperaturen sowohl in den einzelnen Windungen als auch in der Wicklung insgesamt zur Folge, denn die Kunststoffolien und das Giessharz haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist auch die Wärmeübertragung von Giessharz und des Kühlmittels Luft um Größenordnungen niedriger als die von einer Kühl­ flüssigkeit. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß auch innerhalb der Wicklung selbst ein verhältnismäßig großes Temperaturgefälle auftritt, wobei vor allem die Temperatur im oberen Bereich der Wicklung deutlich höher ist als in deren unterem Bereich. Infolgedessen müssen zur gegenseitigen Iso­ lierung der Windungen in den Spulen der Wicklung sehr hoch­ wertige und dementsprechend teuere Kunststoffolien einge­ setzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Windungsisolierung, insbesondere in der Oberspan­ nungswicklung von luftgekühlten Transformatoren, zu reduzie­ ren, ohne die Wicklungsabmessungen zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die thermische Belastung für die unterste und für die oberste Spule innerhalb der Oberspannungswicklung ermittelt wird, und daß dementsprechend die thermische Festigkeit der Kunststoff­ folie innerhalb der Oberspannungswicklung von der untersten bis zur obersten Spule in mindestens einer Stufe zunimmt.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindungen bestehen die Kunststoffolien unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen, haben jedoch die gleichen Abmessungen.

Gemäß anderen Weiterbildungen der Erfindung ist ein oberer Teil der Spulen mit einer thermisch festeren Kunststoffolie isoliert als ein unterer Teil der Spulen, oder ist ein zwi­ schen dem oberen und dem unteren Teil der Spulen angeordneter mittlerer Teil der Spulen mit einer Kunststoffolie isoliert, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststoffo­ lien für den oberen und den unteren Teil der Spulen liegt.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Spulen mit der gleichen Kunststoffolie in einem gemeinsamen Giess­ harzblock eingeschlossen, oder ist mindestens eine der einge­ setzten Kunststoffolien zweischichtig, wobei jedoch beide Schichten zusammen die gleichen Abmessungen wie die in der­ selben Wicklung eingesetzte einschichtige Kunststoffolie. Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kunststoffolie entsprechend ihrer thermischen Festigkeit mit einem Kennfaden oder einem Kennband gekennzeichnet ist.

Erfindungsgemäß ausgeführte Trockentransformatoren sind sehr vorteilhaft, weil sie genauer an tatsächlich zu berücksichti­ gende thermische Belastungen anpaßbar sind, so daß eine Über­ dimensionierung der thermischen Festigkeit vermeidbar ist, ohne daß besondere Fertigungseinrichtungen, wie beispiels­ weise neue Giessformen, erforderlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Trockentransformator mit in Giessharz eingegosse­ ner Wicklung in perspektivischer Darstellung und einem aufgeschnittenen Wicklungssatz und

Fig. 2 eine Einzelheit bei X in sehr stark vergrößertem Maß­ stab.

Ein dreischenkliger Eisenkern trägt auf jedem seiner Kern­ schenkel 1 einen Wicklungssatz aus je einer Unterspannungs­ wicklung 2 und einer Oberspannungswicklung 3. Die Kernschen­ kel 1 sind durch ein unteres Joch 4 sowie ein oberes Joch 5 miteinander verbunden. Die Kernschenkel 1 sind ebenso wie die Joche 4 und 5 aus ca. 0,35 mm dicken Transformatorblechla­ mellen geschichtet. Die Kernschenkel 1 werden von Bandagen 6 zusammengepreßt. Dabei umfassen die Bandagen 6 gleichzeitig Zugdeckplatten 7 von denen je eine jeweils vorn und hinten an jedem der Kernschenkel 1 anliegt. Die Zugdeckplatten 7 dienen der Aufnahme von schenkelachsparallelen Zugkräften und sind in Längsträger 8 eingehängt, von denen je zwei das obere bzw. das untere Joch 5 bzw. 4 durch Schraubenbolzen 11 quer zu de­ ren Schichtebenen zusammenpressen. Die unteren Längsträger 8 ruhen auf Querträgern 9 eines Fahrgestells mit Rollen 10.

Die in Giessharz eingegossenen Unterspannungswicklungen 2 und Oberspannungswicklungen 3 stützen sich über Klötze 12 mit ei­ ner elastischen Auflage an den Längsträgern 8 ab. Durch die elastische Auflage sind der Eisenkern und die Wicklungen schwingungsmechanisch voneinander entkoppelt. Die Oberspan­ nungswicklungen 3 sind über Kupplungen 13 elektrisch im Drei­ eck zusammengeschaltet und über Anschlußfahnen 14 an ein Mit­ telspannungsnetz anschließbar. In jedem der Wicklungssätze wird zwischen der Unterspannungswicklung 2 und der jeweils konzentrisch hierzu angeordneten zugeordneten Oberspannungs­ wicklung 3 ein Hauptstreukanal gebildet, in dem ein Isolier­ stoffzylinder 15 angeordnet ist.

Die Oberspannungswicklung 3 ist aus Spulen 16 zusammenge­ setzt, die aus spulenbreitem Metallband 17 (Fig. 2), bei­ spielsweise aus Aluminium, gewickelt ist, wobei zur elektri­ schen Isolierung zwischen aufeinanderliegenden Windungen min­ destens eine Kunststoffolie 18 liegt. Die Kunststoffolie 18 ist einerseits aus wirtschaftlichen Gründen so dünn wie mög­ lich, muß aber andererseits eine sichere Windungsisolierung gewährleisten.

Im Betrieb wird der Transformator durch die in ihm auftreten­ den Verluste aufgeheizt, die in Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme wird nach außen abgeleitet und von der Luft in der Umgebung aufgenommen. Die so erwärmte Luft steigt nach oben und von unten strömt kühlere Luft nach, so daß sich ein am Transformator von unten nach oben bewegender Kühlluft­ strom bildet. Demzufolge werden die unten in der Oberspan­ nungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von kühler Luft und die oben in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von bereits aufgeheizter Luft gekühlt, so daß die oben liegenden Spulen 16 eine höhere Endtemperatur erreichen, für die ihre thermische Festigkeit ausgelegt sein muß. Die thermische Fe­ stigkeit des Metallbandes 17 wird dabei im Nennbetrieb bei weitem nicht erreicht. Dagegen liegt die vorgenannte Endtem­ peratur im Bereich der thermischen Festigkeit der Kunststoff­ folie 18, an die deshalb hohe Anforderungen gestellt sind, die häufig nur besondere und teuere Folien erfüllen.

Gemäß der Erfindung wird nun beispielsweise durch Versuch oder Rechnung die thermische Belastung der untersten und obersten Spule ermittelt und für die oberste und die ihr nach unten folgenden Spulen 16 eine Kunststoffolie 18 mit einer darauf ausgerichteten hohen thermischen Festigkeit einge­ setzt. Wie Versuche gezeigt haben, steigt die Temperatur in der Oberspannungswicklung 3 ausgehend von der untersten Spule 16 linear bis zur obersten Spule 16 an. Da bisher in allen Spulen 16 einer Wicklung die gleiche Kunststoffolie 18 ein­ gesetzt wurde, war diese im größten Teil der Oberspannungs­ wicklung 3 überdimensioniert. Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, für die unteren Spulen 16 eine Kunststoffolie 18 mit einer geringeren thermischen Festigkeit einzusetzen als in den oberen Spulen 16. Im Hinblick auf die Temperatur­ verteilung genügt es beispielsweise für die Spulen 16 in der unteren Hälfte der Oberspannungswicklung 3, wenn die thermi­ sche Festigkeit für den Mittelwert der jeweils für die unter­ ste und für die oberste Spule ermittelten Temperatur ausge­ legt wird.

Innerhalb ein und derselben Oberspannungswicklung 3 einge­ setzte Kunststoffolien 18 haben unabhängig von ihrer thermi­ schen Festigkeit die gleichen Abmessungen. Zur Vermeidung von Verwechslungen von Kunststoffolien 18 sind diese durch einen Kennfaden oder ein Kennband gekennzeichnet. Außerdem ist es zweckmäßig, Spulen 16 mit gleichen Kunststoffolien jeweils in denselben Giessharzblock einzugießen. Dabei wird jeweils die höchste für eine Spule 16 in einem Giessharzblock zu er­ wartende Endtemperatur ermittelt und dementsprechend eine Kunststoffolie 18 mit der erforderlichen thermischen Festig­ keit eingesetzt. Dadurch werden vor allem bei großen luftge­ kühlten Transformatoren bei Aufteilung der Oberspannungswick­ lung 3 in drei oder mehr Giessharzblöcke erhebliche wirt­ schaftliche Vorteile erzielt.

Claims (7)

1. Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich über­ einander liegenden Spulen (16) mit Kunststoffolie (18) als Windungs- und/oder Lagenisolierung, dadurch gekennzeichnet, daß die thermi­ sche Belastung für die unterste und für die oberste Spule (16) ermittelt wird und daß abgestimmt auf diese Temperaturen die thermische Festigkeit der Kunststoffolie (18) innerhalb einer Oberspannungswicklung (3) von der untersten bis zur obersten Spule (16) in mindestens einer Stufe zunimmt.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunst­ stoffolien (18) unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, aber die gleichen Ab­ messungen aufweisen.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Teil der Spulen (16) mit einer thermisch festeren Kunststoff­ folie (18) isoliert ist als ein unterer Teil der Spulen (16).

4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem oberen und dem unteren Teil der Spulen (16) angeordneter mittlerer Teil der Spulen (16) mit einer Kunststoffolie (18) isoliert ist, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststoffolien (18) für den oberen und unteren Teil der Spulen liegt.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (16) mit der gleichen Kunststoffolie (18) in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen sind.

6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kunststoffolien (18) zweischichtig ist, wobei beide Schichten zusammen die gleiche Abmessung haben, wie die in derselben Oberspannungswicklung (3) eingesetzte einschichtige Kunststoffolie (18).

7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunst­ stoffolie (18) entsprechend ihrer thermischen Festigkeit mit einem Kennfaden oder einem Kennband gekennzeichnet ist.