DE2020028B2

DE2020028B2 - Transformer choke or converter in resinous encasing - has very high thermal conductivity and evaporating coolant in ribbed surface maintaining impedance on overload

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Publication number: DE2020028B2
Application number: DE19702020028
Authority: DE
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1977-10-06
Also published as: DE2020028C3; DE2020028A1

Abstract

A transformer, choke coil, instrument converter or similar electrical unit is enclosed in a resinous casing and has a cooling system using an evaporating liq. medium. This achieves a considerable increase in the head dissipation capacity and thereby permits very long periods of overload conditions. The casting resin has an exceptionally high thermal conductivity. The largest surface of the instrument is horizontal. This surface area is provided with undulating indentations (4) which are filled with evaporating liq. The indentations are provided with an airtight cover which is fitted with a hood (5) covered with cooling fins (6). The temp. of the electrical unit remains constant on overload to maintain a constant impedance.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Gerät, wie Transformator, Drosselspule, MeOwandler und dgl., mit einer Gießharzumhüllung und einer Kühlung mittels einer verdampfenden Flüssigkeit.The invention relates to an electrical device, such as a transformer, inductor, MeO converter and the like., with a cast resin casing and cooling by means of an evaporating liquid.

Bekanntlich entsteht beim Betrieb derartiger Geräte Wärme, die nach außen abgeführt werden muß. Bei kleineren Einheiten ist die wärmeabgebende Oberfläche des Gerätes groß genug, um die im Inneren entstehende Wärme abzuführen. Bei größeren Einheiten ist jedoch meist eine Fremdkühlung erforderlich, die bekanntlich in den meisten Fällen mit Hilfe eines die Wicklung um- und durchspülenden Öles erfolgt. Zwar ist diese Kühlmethode für den Normalbetrieb ausreichend, sie kann jedoch die bei einer Überlastung auftretenden Überhitzung der Wicklungen beispielsweise eines Transformators u. U. nicht verhindern. Da bekanntlich mit der Temperatur auch der elektrische Widerstand eines Leiters anwächst, steigt bei einer Überlastung die Temperatur mehr als quadratisch an, was sehr schnell zu einer Überhitzung der Wicklung führt.It is known that the operation of such devices generates heat that must be dissipated to the outside. at smaller units, the heat-emitting surface of the device is large enough to absorb the heat generated inside Dissipate heat. For larger units, however, external cooling is usually required, as is well known in most cases is carried out with the help of an oil that rinses and rinses the winding. Although this is Cooling method is sufficient for normal operation, but it can prevent that which occurs in the event of an overload It may not be possible to prevent overheating of the windings of a transformer, for example. As is well known the electrical resistance of a conductor increases with the temperature, the higher in the event of an overload Temperature more than square, which very quickly leads to overheating of the winding.

Es ist zwar üblich, bei elektrischen Geräten, bei deren Betrieb mit derartigen Überlastungen zu rechnen ist, die Kühlanlage so auszulegen, daß auch die bei Überlast entstehende Wärmemenge genügend rasch abgeführt oder zumindest in der vorhandenen oder vergrößerten Wärmekapazität bis zum Abklingen der Überlast schadlos gespeichert wird. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird jedoch eine solche Maßnahme gerne vermieden.It is common for electrical devices to have Operation with such overloads is to be expected, the cooling system is to be designed in such a way that also in the event of overload resulting amount of heat dissipated sufficiently quickly or at least in the existing or increased Heat capacity is stored without damage until the overload has subsided. For reasons of economy however, such a measure is often avoided.

Eine erhebliche Vergrößerung der Wärmekapazität des Systems und damit eine Verlängerung der Zeitspanne in welcher bei einer Überlast kritische Temperaturen erreicht werden, wird bei einem bekannten Vorschlag durch die Verwendung von Verdampfungskühlung erreicht, d. h. an Stelle von öl wird zur Durchströmung der Kühlkanäle in den Wicklungen eine verdampfende Flüssigkeit verwendet, die in angeschlossenen Wärmetauschern wieder rückkondensiert wird. Bekanntlich ist die zur Verdampfung einer Flüssigkeit verbrauchte Wärmemenge beträchtlich. Da hierbei jedoch die isolierende Eigenschaft des Öles in den spannungsbeanspruchten Strecken in Wegfall kommt, werden bei der bekannten Ausführung die Wicklungen in mit Kühlkanälen versehene Gießharze oder schmelzbare Harzmassen eingebettet (CH-PS 4 09 131). Diese Anordnung macht einen besonderen kostspieligen und empfindlichen, sowie raumaufwendigen Rückkühler zum Kondensieren der verdampften Flüssigkeit notwendig, bedarf einer speziellen Auslegung und Formgebung des ganzen Transformators und ist an sich nur für erößere Transformatoren mit kostspielig herzustellenA significant increase in the heat capacity of the system and thus an extension of the The time span in which critical temperatures are reached in the event of an overload is known in the case of a Proposal achieved through the use of evaporative cooling, d. H. instead of oil it becomes Flow through the cooling channels in the windings uses an evaporating liquid that is connected in Heat exchangers is recondensed again. It is well known that the evaporation of a liquid The amount of heat consumed is considerable. However, since the insulating property of the oil in the In the case of the known design, the windings are no longer subject to stressed lines embedded in casting resins or fusible resin masses provided with cooling channels (CH-PS 4 09 131). These Arrangement makes a particularly expensive and sensitive, as well as space-consuming dry cooler necessary to condense the evaporated liquid, requires a special design and shape of the entire transformer and is in itself expensive to manufacture only for larger transformers

den Kühlkanälen vorgesehen.the cooling channels provided.

Für viele Zwecke in Industrie-, Verkehr- und ähnliche Anwendungen, insbesondere auch als Trenntransformatoren zur Erzeugung einer i:ngefährlichen Niederspannung, sowie als Drosselspulen, Meßwandler, etc. sind kleinere kompakte Einzelgeräte vorgesehen, die heute fast ausschließlich eine Komplettumhüllung aus Kunstharz als Isolierung und Schutz aufweisen. Infolge der relativ niedrigen Grenztemperatur dieser organischenFor many purposes in industry, traffic and similar applications, especially as isolating transformers for generating a dangerous low voltage, as well as choke coils, transducers, etc. are Smaller, compact individual devices are provided, which today are almost exclusively made of synthetic resin exhibit as insulation and protection. As a result of the relatively low limit temperature of these organic

ίο Kunstharzisolierung ist ein Überlastbetrieb des Gerätes nur sehr begrenzt und kurzzeitg möglich, als Abhilfeίο Synthetic resin insulation is an overload operation of the device only possible to a very limited extent and for a short time as a remedy

kann im Bedarfsfalle praktisch nur eine größere Type eingesetzt werden.If necessary, can practically only a larger type can be used.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein solchesThe object of the present invention is to provide such

kleines kunstharzisoliertes Kompaktgerät zu schaffen, das ohne wesentliche Vergrößerung seines Volumens auf einfache, zuverlässige und billige Art durch Anwendung des bekannten Verdampfungsprinzips eine erhebliche Vervielfachung seiner Wärmeaufnahmefähigkeit und damit große und langdauernde ÜberJastungszustände auszuhalten im Stande ist.To create a small synthetic resin-insulated compact device that does not significantly increase its volume in a simple, reliable and cheap way by using the well-known principle of evaporation considerable multiplication of its heat absorption capacity and thus large and long-lasting overload conditions is able to endure.

Diese Aufgabe wird bei einem Transformator oder gleichartigen elektrischen Gerät der oben beschriebenen Bauweise durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.In the case of a transformer or similar electrical device, this task becomes the one described above Design solved by the measures specified in the characterizing part of the claim.

Die Wärmeleitfähigkeit des Gießharzes sowie die Menge und die Siedetemperatur des verwendeten Kühlmittels wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß eine Überheizung der Wicklung bei Überlast mit Sicherheit vermieden wird.The thermal conductivity of the casting resin and the amount and boiling point of the resin used Coolant is expediently chosen so that overheating of the winding in the event of an overload occurs Security is avoided.

An sich ist es bekannt, dem Kunstharz für den Umguß von elektrischen Geräten, insbesondere Transformatoren, durch den Zusatz besonderer Füllstoffe eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit zu geben, um die Wärme vom Erzeugungsort in Wicklung und Kern besser und mit einem kleineren Temperatursprung an die Oberfläche zu bringen (DT-GM 69 16 811, US-PS 34 67 929).It is known per se to use the synthetic resin for encapsulating electrical devices, in particular transformers, by adding special fillers to give an improved thermal conductivity to the Heat from the place of generation in the winding and core better and with a smaller temperature jump to bring the surface (DT-GM 69 16 811, US-PS 34 67 929).

In vorliegendem Falle, bei welchem für den Überlastzustand praktisch nur eine Seitenfläche des Gerätes als Wärmeabgabeoberfläche zur Verfügung steht, ist eine besonders gute Wärmeleitfähigkeit der Kunstharzumhüllung von spezifischer Bedeutung.In the present case, in which practically only one side surface of the for the overload condition Device is available as a heat emission surface, is a particularly good thermal conductivity of the Resin coating of specific importance.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Der Kern 1 sowie die im Wickelraum 2 untergebrachten Wicklungen des elektrischen Gerätes sind völlig im Gießharz 3 eingeschlossen. An der nach oben weisenden größten Oberfläche des Gießharzmantels ist eine wannenförmige Vertiefung 4 vorgesehen, in der das Kühlmittel enthalten ist. Die wannenförmige Vertiefung 4 ist mit einer Haube 5 abgedeckt, die tiefe Kühlwellen 6 aufweist Ist die Temperatur des Transformators auf den Siedepunkt des Kühlmittels angestiegen, so verdampft dieses unter Aufnahme einer beträchtlichen Wärmemenge und schlägt sich an den Kühlwellen 6 der Haube 5 nieder und tropft wieder in die Vertiefung 4 zurück. Dabei gibt es seine Wärmeenergie über die Kühlwellen 6 an die Umgebung ab. Die besonders hochgezüchtete Wärmeleitfähigkeit des Gießharzes gewährleistet einen raschen Transport der Verlustwärme von den aktiven Teilen des Transformators zum Kühlmittel auch von den von der Kühloberfläche entfernt liegenden Wärmequellen. An exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to the drawing. The core 1 and the im Windings of the electrical device accommodated in the winding space 2 are completely enclosed in the casting resin 3. A trough-shaped depression 4 is located on the largest surface of the cast resin jacket pointing upwards provided in which the coolant is contained. The trough-shaped recess 4 is provided with a hood 5 covered, which has deep cooling waves 6 Is the temperature of the transformer to the boiling point of the Increased coolant, so this evaporates while absorbing a considerable amount of heat and is deposited on the cooling shafts 6 of the hood 5 and drips back into the recess 4. There are its thermal energy via the cooling shafts 6 to the environment. The particularly sophisticated thermal conductivity of the casting resin ensures rapid transport of the lost heat from the active ones Divide the transformer to the coolant also from the heat sources remote from the cooling surface.

Die bei einer Überlastung des Transformators verursachte größere Erwärmung äußert sich daher zunächst lediglich in einer schnelleren Verdampfungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, während die Tempera- The greater heating caused by an overload of the transformer is therefore expressed initially only in a faster evaporation rate of the coolant, while the temperature

tür des Transformators konstant bleibt. Damit bleibt auch der elektrische Widerstand der Wicklung konstant, so daß der bei üblichen Wicklungen beobachtete überquadratische Verlauf der Erwärmung vermieden wird. Da die Temperatur des Transformators bis zur restlosen Verdampfung des Kühlmittels konstant bleibt, dabei jedoch laufend schon eine Rückkondensaiion stattfindet, ist es ohne weiteres möglich, den erfindungsgemäß ausgeführten Transformator während einer längeren Zeit zu überlasten, ohne daß die Wicklung Schaden nimmt.door of the transformer remains constant. So that remains the electrical resistance of the winding is also constant, so that that observed with conventional windings over-square course of the warming is avoided. Since the temperature of the transformer up to complete evaporation of the coolant remains constant, but a reverse condensation is already ongoing takes place, it is easily possible to use the transformer designed according to the invention during a overload for a long time without damaging the winding.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Electrical equipment, such as transformers, choke coils, transducers and the like, with a cast resin coating and cooling by means of an evaporating liquid, characterized in that that the casting resin is designed with particularly high thermal conductivity, that the greatest Surface of the device arranged horizontally and with a trough-shaped with evaporation liquid filled recess (4) is provided and this is airtight by a provided with cooling shafts (6) Hood (5) is covered.