DE2032507C3 - Wassergekühlter Transformator mit in Gießharz eingegossenen Wicklungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen wassergekühlten Transformator mit in Gießharz eingegossenen Wicklungen. Transformatoren mit in Gießharz eingegossenen Wicklungen werden heute als luftgekühlte sogenannte Gießharz- oder Kunststofftransformatoren von vielen Seiten auf dem Markt angeboten.

Die Kunststoff- bzw. Gießharzschicht hat bei diesen Transformatoren vor allen Dingen die Aufgabe, die Isolation zwischen auf Hochspannungspotential befindlichen Teilen, also insbesondere der Oberspannungswicklung, und den auf Niederspannung bzw. auf Erdpotential liegenden Teilen zu bewerkstelligen. Die zweite Aufgabe besteht darin, die empfindlichen Wicklungen vor Beschädigung durch äußere Einflüsse zu schützen. Und schließlich ist die dritte Aufgabe dieser Kunststoffmäntel, die mechanische Befestigung rnd Halterung der Wicklungen am Kern sowie die Gewährleistung der mechanischen Festigkeit gegen Kurzschlußstromkräfte zu bewerkstelligen.

Derartige Gießharz- bzw. Kunststofftransformatoren werden seit mehreren Jahren auf dem Markt als luftgekühlte Trockentransformatoren angeboten. Zur Kühlung sind im Transformator geeignete Kühlkanäle, die von Luft durchströmt werden, vorgesehen. Mit Rücksicht auf die elektrische Beanspruchung dient allerdings in den meisten Fällen nur der Hauptstreukanal zwischen Ober- und Unterspannungswicklung als einziger Kühlkanal. Außerdem kann die Luft außen an den Wicklungen vorbeistreichen.

Da die Luft im Vergleich zum Gießharz ein relativ schlechter Isolator ist, bemüht man sich, die im Wicklungsverbund vorhandenen Luftstrecken elektrisch durch die Anbringung von Schirmelektroden zu entlasten. Diese haben im allgemeinen die Gestalt von auf der Gießharzisolation angebrachten leitenden Belägen. Die Beläge sind so angeordnet und so gelenkt, daß die gesamte Potentialdifferenz in der Gießharzschicht abfällt und die vorhandenen Luftstrecken elektrisch kurzgeschlossen sind. Es ist auch schon bekannt, im Hauptstreukanal eines Transformators ein Potentialblech vorzusehen, das dann die gleiche Funktion hat wie die vorgenannten elektrisch leitenden Beläge.

Diese bekannten und herkömmlichen Gießharztransformatoren benötigen jedoch mit Rücksicht auf eine zo ausreichende Kühlung sehr große Kühlflächen und müssen außerdem zum Schutz vor unzulässiger Erwärmung in ihren aktiven Bauteilen verhältnismäßig groß dimensioniert sein. Dadurch sind derartige Transformatoren wesentlich größer als flüssigkeitsgekühlte Anlagen gleicher Leistung.

Es ist auch schon bekannt (CHPS 2 97 561) in gießhamsolierten Transformatoren Kühlkanäle vorzusehen, die im Betriebszustand von Wasser als Kühlflüssigkeit durchströmt sind. Die Verwendung dieser bekannten Anordnung ist jedoch auf Transformatoren mit verhältnismäßig niedrigen Spannungen und die Verwendung von Wasser mit hohem elektrischem Widerstand begrenzt, weil dort die WasseHullung an den Stirnseiten der Wicklung Kurzschlußwindungen bildet, obwohl die axialen Kühlkanäle in Umfangsrichtung durch Leisten unterbrochen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und wi-tschaftliche Fertigung von Gießharztransformatoren zu ermöglichen und dabei die Vorteile der Flüssigkeitskühlung mit Wasser als Kühlmittel auch bei Transformatoren mit höheren Nennspannungen auszunutzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einem wassergekühlten Transformator mit in Gießharz eingegossenen Wicklungen, zwischen denen ein wasserdurchströmter Hauptstreukanal als in Umfangsrichtung unterbrochener Kühlkanal vorgesehen ist, dadurch gelöst, daß das Wasser leitfähig ist und gleichzeitig als Schirmelektrode dient und daß der zwischen getrennt gegossenen, die Wicklung und axiale Kühlkanäle enthaltenen Gießharzblöcken vorgesehene, wasserdurchströmte Hauptstreukanal durch eine angegossene Leiste in Umfangsrichtung wenigstens an einer Stelle auf der gesamten Wicklungslänge unterbrochen ist, wobei die Wicklungsstirnbereiche mit radialen Kanälen zur Verbindung der axialen Kühlkanäle mit dem Hauptstreukanal in diese Unterbrechung des mit leitfähif»em Wasser gefüllten Raumes eingeschlossen sind.

Hin solcher erfindungsgemäßer Transformator benötigt keine als Schirmelektroden aufgebrachten, leitenden Beläge, da das an allen Wandungen anliegende Kühlwasser selbst als Elektrode wirkt. Das Kühlwasser kann erforderlichenfalls in geeigneter Weise, beispielsweise durch Auflösung von Salzen, leitfähig gemacht sein. Zudem gewinnt man die gute Kühlkapazität des Wassers, die vorteilhafterweise bei der übrigen Bemessung des Transformators berücksichtigt werden

kann. Das führt insgesamt zu einem wesentlich kleineren Raum- und Materialaufwand im Vergleich zu den Erfordernissen bei in Kunstharz vergossenen luftgekühlten Transformatoren.

Für die intensive Kühlung der Wicklungen werden s entsprechende Kanäle vorgesehen. Zur Lösung der Potentialfrage dient auf jeden Fall der Hauptstreukanal zwischen Oberspannungs- und Unterspannungswicklung gleichzeitig als Kühlkanal und Schirmelektrode.

Nach einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ableitungen der Oberspannungswicklung in an der äußeren Mantelfläche angeordnete Erhebungen mit trapezförmigem Querschnitt geführt sind und daß die Ableitungen durch bis dicht an sie herangeführte, mit geerdetem, leitendem Wasser gefüllte Kanäle elektrisch entlastet sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung bestehen darin, daß stirnseitige Abdeckplatten Anschlußstutzen zum Anschluß der wasserfünrenden Leitungen tragen, daß die stirnseitigen Abdeckplatten und die die Wicklungen sowie eingegossene axiale und radiale Kühlkanäle enthaltende Gießharzblöcke durch Klebung zu einer Einheit zusammengefügt sind.

Anhand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines entsprechend der Erfindung ausgeführten Transformator-Wicklungsblokkes, an welchem oben und unten die Stutzen für die Zu- und Abführung des Kühlwassers zu erkennen sind,

Fig.2 zeigt die Draufsicht, wobei auch der Kernschenkel eingezeichnet ist und die Kühlkanäle im Inneren des Wicklungsblockes gestrichelt dargestellt sind,

Fig.3 zeigt schließlich Schnittbilder an zwei verschiedenen Stelllen des Wicklungsblockes.

Die Schnittbilder lassen deutlich den Aufbau des erfindungsgemäßen Transformators erkennen:

Die Unterspannungswicklung 1 ist für sich in einen zylindrischen Gießharzblock 2 eingegossen, wobei an der Innenseite an mehreren Stellen des Umfangs bogenförmige Kanäle 3 entlang der ganzen Länge der Wicklung angeordnet sind. Die Oberspannungswicklung 4 besteht aus einer größeren Anzahl von in Reihe geschalteten Einzelspulen, die aus beliebigem Leitermaterial gewickelt sein können, und ist im Beispiel aus Herstellungsgründen in zwei Teilen 5 und 6 von jeweils der halben Wicklungslänge in Gießharzzylinder eingegossen. Der Innendurchmesser dieser Zylinder ist etwas größer als der Außendurchmesser des Unterspannungswicklungszylinders, so daß zwischen den beiden Wicklungen im Streukanal ein axial durchgehender Kühlkanal 7 bestehen bleibt Die Oberspannur.gswicklung besitzt ebenfalls, jedoch an ihrer Außenseite am Umfang verteilt mehrere bogenförmige Kanäle 8, die sich ebenfalls wieder über die gesamte axiale Länge der Wicklung erstrecken. Durch eine an die Gießharzzylinder (Teile 5 und 6) angegossene Leiste 13 wird die Wasserfüllung im Hauptstreukanal in Umfangsrichtung an wenigstens einer Stelle über die gesamte Wicklungslänge unterbrochen.

Werden nun noch oben und unten radiale Kanäle 9 vorgesehen, die die inneren Kanäle 3 der Unterspannungswicklung und die äußeren Kanäle 8 der Oberspannungswicklung miteinander verbinden, so sind die Wicklungen allseitig bis auf relativ schmale aus Gießharz bestehende und aus Festigkeitsgründen notwendige Stege von den Kanälen und damit von der Kühlflüssigkeit umgeben. Diese Wicklungsanordnung wird oben und unten durch vorzugsweise ebenfalls aus Gießharz gegossene Abschlußplatten tO, an denen die Zu- und Abflußstutzen 11 für die Kühlflüssigkeit angebracht sind, abgeschlossen.

Die die Wicklungen enthaltenden Gießharzzylinder 2, 5 und 6 sowie die Abschlußplatten 10 können auf einfache Weise einzeln hergestellt werden und lassen sich bei der Montage mit einem geeigneten Kunstharzkleßer zu einem Wicklungsblock vereinigen.

Da gemäß dem Erfindungsgedanken alle Kanäle und alle übrigen vorhandenen Zwischen- und Hohlräume mit leitfähig gemachtem Wasser ausgefüllt sind, liegt die gesamte elektrische Beanspruchung im homogenen Gießharz. Es ist also nicht erforderlich, wie bisher bei solchen Transformatoren besondere Schirmelektroden in Gestalt von leitfähig gemachten Flächen anzubringen.

Um die die Oberspannungswicklung bildenden Einzelspulen in der für den Verguß richtigen Lage festzuhalten, ist es zweckmäßig, vorher aus dem Gießharz einfache gerade Distanzleisten zu gießen, diese an den Stellen, an denen beim späteren Verguß die Gießharzbrücken zwischen den Kanälen liegen, so mit allen Einzelspulen zu verkleben, daß ein bereits genügend stabiler und handhabungsfester Körper entsteht und diesen dann in üblicher Weise in der vorgesehenen Gußform mit Gießharz zu vergießen.

Für die Ausleitungen der Oberspannungswicklung ist es zweckmäßig, auf der äußeren Mantelfläche Erhebungen anzuordnen, die durch die bis unter sie herangeführten wassergefüllten Kanäle elektrisch so entlastet sind, daß nur geringfügige Gießharzanhäufungen an diesen Stellen notwendig werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Wassergekühlter Transformator mit in Gießharz eingegossenen Wicklungen, zwischen denen ein wasserdurchströmter Hauptstreukanal als in Umfangsrichtung durch Stege aus Gießharz unterbrochener Kühlkanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser leitfähig ist und gleichzeitig als Schirmelektrode dient und daß der zwischen getrennt gegossenen, die Wicklungen (1,4) und axiale Kühlkanäle (3,8) enthaltenden Gießharzblöcken (2, 5, 6) vorgesehene, wasserourchströmte Hauptstreukanal (7) durch eine angegossene Leiste (13) in Umfangsrichtung wenigstens an einer Stelle auf der gesamten Wicklungslänge unterbrochen ist, wobei die Wicklungsstirnbereiche mit radialen Kanälen (9) zur Verbindung der axialen Kühlkanäle (3, 8) mit dem Hauptstreukanal (7) in diese Unterbrechung des mit leitfähigem Wasser gefüllten Raumes eingeschlossen sind.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ableitungen der Oberspannungswicklung (4) in an der äußeren Mantelfläche angeordnete Erhebungen mit trapezförmigem Querschnitt geführt sind und daß die Ableitungen durch bis dicht an sie herangeführte, mit geerdetem, leitendem Wasser gefüllte Kanäle elektrisch entlastet sind.

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitige Abdeckplatten (10) Anschlußstutzen (11) zum Anschluß der wasserführenden Leitungen tragen.

4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Abdeckplatten (10) und die die Wicklungen (Ϊ, 4) sowie eingegossene axiale und radiale Kühlkanäle (3, 7, 8, 9) enthaltenden Gießharzblöcke (2,5,6) durch Klebung zu einer Einheit zusammengefügt sind.