DE2717553C2 - Flüssigkeitsgekühlter Transformator - Google Patents
Flüssigkeitsgekühlter TransformatorInfo
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Description
— daß in jeden der beiden Schenkel des U-förmigen Leiters (4) ein an beiden Enden offenes
Rohr (7) unter Freilassung eines ringförmigen Ströinungs-Querschnitts eingesetzt ist, und
— daß jedes Rohr (7) aus dem oben offenen Schenkel des U-förmigen Leiters (4) austritt, nach unten
umgebogen ist und bis zu einer Stelle reicht, die unterhalb des freien Endes der Schenkel in
10
15
Kühlflüssigkeit durch den U-förmigen Leiter des bekannten Transformators aus.
Wenn man davon ausgeht, daß die den U-förmigcn Leiter umgebende Kühlflüssigkeit auf Grund der Erwärmung
durch die Primärwicklung von unten nach oben steigt und die Kühlflüssigkeit zwischen den beiden
Schenkeln eine gewisse Steiggeschwindigkeit hat, ist theoretisch denkbar, daß die Führungseinrichtung einen
Bruchteil der aufsteigenden Kühlflüssigkeil abfängt und in den zugehörigen, offenen Schenkel ablenkt. Die hierdurch
gegebenenfalls entstehende Strömung des Kühlmittels durch den U-förmigen Leiter ist jedoch so gering,
daß hierdurch eine zufriedenstellende Kühlung des U-förmigen Leiters nicht erreicht werden kann.
Ein anderer bekannter Transformator (DE-OS 22 08 427) weist eine in eine Kühlflüssigkeit eingetauchte
Primärwicklung auf, welche die Gestalt eines vertikal
Kühlflüssigkeit am offenen Ende der
Schenkel des U-förmigen Leiters (4).
Schenkel des U-förmigen Leiters (4).
stehenden Ringes :n Rohrform hat. Der rohrförmige
Ring ist in seinem oben liegenden Bereich aufgeschniteinem Bereich liegt, in welchem die Kühlflüssig- 20 ten und mit einer Isolierplatte versehen, welche die im
keit eine niedrigere Temperatur hat als die oberen Ringbereich zusammenstoßenden Enden des
freien ringförmigen Rohres gegeneinander isoliert Der zu einem Ring geformte, rohrförmige Leiter hat daher die
gleiche Wirkung wie ein U-förmig gestalteter Leiter.
Der mit der Isolierplatte versehene Bereich des ringförmigen Leiters dient als Anschlußstelle für ein Rohrsystem
zum Zu- und Abführen von Kühlflüssigkeit. Das Rohrsystem besteht aus zwei konzentrisch ineinander
angeordneten Rohren, die einen Ringraum einschließen.
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gen Leiter (4) eintauchenden Enden der Rohre (7) im wesentlichen bis zur Biegung des U-förmigen Leiters
(4) reichen.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den beiden Schenkeln des
U-förmigen Leiters (4) austretenden Abschnitte der beiden Rohre (7) zu einem gemeinsamen Rohrabschnitt
zusammengefaßt sind.
3. Transformator nach einem der Ansprüche 1 und 30 Das innen liegende Rohr führt die Kühlflüssigkeit dem
2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den U-förmi- ringförmigen Leiter zu, während der Ringraum die
durch die Primärwicklung hundurchgetretene Kühlflüssigkeit wieder abführt Der Ringraum hat einen Auslauf,
der bei einem ersten Ausführungsbeispiel etwas unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt und bei einem zwei-
ten Ausführungsbeispiel durch ein Rohr gebildet wird,
das tief in die Flüssigkeit eintaucht und seitliche Austrittsöffnungen
hat Das Innenrohr hat zwei Zulauföff-
Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten nungen, von denen die eine Zulauföffnung oberhalb der
Transformator nach dem Gattungsbegriff des An- 40 Austrittsoffnung des Ringraumes und die andere Zuspruchs
1. lauföffnung etwas unterhalb der Adstrittsöffnung des
Ein bekannter Transformator (DE-OS 21 61 427) der Ringraumes liegt.
im Gattungsbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art Bei dem bekannten Rohrsystem für die Zu- und Abweist
eine in eine Kühlflüssigkeit eingetauchte Primär- fuhr des Kühlmittels liegen die Ein- und Auslaßöffnunwicklung
auf, welche die Gestalt eines vertikalen U-för- 45 gen in derart ungünstigen Höhenbereichen, daß eine
migen Leiters in Rohrform mit nach oben gerichteten, Zirkulation des Kühlmittels auf Grund der durch Temoffenen
Schenkeln hat. Einer der beiden Schenkel des peraturunterschiede zustandekommenden Schwer-U-förmigen
Leiters des bekannten Transformators kraftwirkung kaum erreicht wird. Die Zirkulation der
weist eine Führungsplatte auf, die im Abstand über dem Kühlflüssigkeit durch den bekannten Transformator ist
freien Ende des offenen Schenkels angeordnet ist und 50 derart gering, daß eine zufriedenstellende Kühlung des
den freien Querschnitt des rohrförmigen Schenkels ab- Transformators nicht erreicht wird,
deckt. Die Führungsplatte soll bewirken, daß die Kühl- Ein weiterer bekannter Transformator (DD-PS
flüssigkeit durch den U-förmigen Leiter hindurchfließt 29 003) weist ein senkrecht stehendes U-förmiges Kup-
und den Leiter kühlt. ferrohr auf. das in einen zylindrischen Har/körper ein-
Die Führungsplatte des bekannten Transformators ist 55 gegossen ist, der wiederum von einem Messingrohr und
jedoch nicht in der Lage, für einen ausreichenden einer Weichpapierisolation umgeben ist. Die Primär-Durchfluß
des Kühlmittels durch den U-förmigen Leiter wicklung besteht aus mindestens zwei elektrischen Lei-
und damit für eine ausreichende Kühlung des Leiters zu tern, die im Harzkörper eingebettet sind und längs des
sorgen. Die beiden freien, offenen Schenkel des bekann- Kupferrohres in gleichmäßigem Abstand verlaufen Die
ten Transformators liegen innerhalb der Kühlflüssigkeit 60 offenen Enden des U-förmigen Kupferrohres liegen in
auf der gleichen Höhe. Die Kühlflüssigkeit hat daher im einer geringen unterschiedlichen Höhe unterhalb des
Bereich der beiden Schenkel die gleiche Temperatur. Spiegels der Kühlflüssigkeit. Die elektrischen Leiter
Ein Anheben oder Absenken der Temperatur des Kühl- verlaufen längs des tiefer liegenden Schenkels parallel
mittels über einem der beiden Schenkel des U-förmigen zur Achse des Kupferrohres und folgen längs des höher
Leiters ist durch die Führungsplatte nicht möglich. Da 65 liegenden Schenkels einer Schraubenlinie, so daß die
die Kühlflüssigkeit über beiden Schenkeln die gleiche Leiter längs des höher liegenden Schenkels eine größe-Temperatur
hat, scheidet eine durch Temperaturunter- re Länge und damit eine größere Wärmeentwicklung
schiede hervorgerufene Schwerkraftströmung der als längs des tiefer liegenden Schenkels haben. Hier-
durch wird die Kühlflüssigkeit im höher liegenden Schenkel stärker erwärmt als im tiefer liegenden Schenke5,
wodurch eine Schwerkraftströmung durch das Kupferrohr
erreicht wird.
Dieser bekannte Transformator hat einen aufwendigen Aufbau, da neben den elektrische.n Leitern noch ein
getrenntes Kühlrohr aus Kupfer erforderlich ist Darüber hinaus ist die an den elektrischen Leitern wirksame
Kühlleistung beträchtlich herabgesetzt, da der zwischen
dem Kühliohr und den elektrischen Leitern liegende
Heizkörper eine isolierende Wirkung hat, welche die Kühlleistung des Kühlrohres nicht voll zu den elektrischen
Leitern gelangen läßt
Schließlich ist eine Vorrichtung zum Kühlen eines Transformators bekannt (DE-PS 3 51 812), die aus einem
den Transformator aufnehmenden Behälter besteht, der mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Die Kühlflüssigkeil
wird in der Nähe des Bodens des Behälters zugeführt und im Bereich des oberen Randes wieder abgeführt
Davon abgesehen, daß diese bekannte Vorrichtung ein äußeres Rohrsystem mit Pumpen für den Zwangsumlauf
der Kühlflüssigkeit benötigt, gibt diese bekannte Vorrichtung keinen Anhaltspunkt für den Aufbau des
Transformators selbst Es ist daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen flüssigkeitsgekühlten
Transformator zu schaffen, bei welchem durch eine einfache, bauliche Maßnahme eine ausreichende Zirkulation
des Kühlmittels durch die rohrförmige Primärwicklung sichergestellt ist
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst
Der wesentliche Erfindungsgedanke des Transformators gemäß Anspruch 1 liegt darin, daß das die Kühlflüssigkeit
zuführende Rohr mit seinem einen Ende in den U-förmigen Leiter unter Einhaltung eines Ringraumes
eingetaucht ist und mit seinem anderen Ende nach unten in der Kühlflüssigkeil bis zu einer Stelle reicht in welcher
die Temperatur niedriger ist als am freien offenen Ende der Schenkel des U-förmigen Leiters. Die mit
niedriger Temperatur in das Zuführrohr eintretende Flüssigkeit ist auch am Austrittsende des Zuführrohres
innerhalb des U-förmigen Leiters noch kühler als am oberen, freien Ende der Schenkel. Der nennenswerte
Temperaturunterschied zwischen dem Austrittsende des Zuführrohres und dem freien Ende des Schenkels
gewährleistet eine Schwerkraftströmung durch den U-förmigen Leiter, die eine zufriedenstellende Kühlung
des U-förmigen Leiters bewirkt.
Während des Betriebes wird die Flüssigkeit im U-förmigen Leiter durch die Verlustwärme in der Primärwicklung
erhitzt, was zur Folge hat, daß die Flüssigkeit im U-förmigen Leiter von unten nach oben ansteigt und
am oberen, offenen Ende des U-förmigen Leiters in den die Primärwicklung aufnehmenden Behälter ausfließt
Das Ausfließen der Flüssigkeit aus der Primärwicklung setzt voraus, daß weitere Flüssigkeit der Primärwicklung
zugeführt wird. Diese Flüssigkeit fließi der Primärwicklung aus dem im U-förmigen Leiter liegenden Ende
des koaxialen Rohres zu. Da das andere Ende des Rohres an einem kühlen Punkt der Flüssigkeit angeordnet
ist, ist die in die Primärwicklung eingeführte Flüssigkeit kühler. Somit stellt das Rohr eine Flüssigkeitsverbindung
zwischen einem Ort niedriger Temperatur und einem Ort hoher Temperatur im System her, wodurch
die Zirkulation der Flüssigkeit innerhalb des Behälters gefördert und die Wärmeabführung gesteigert wird.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher
erläutert In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators,
F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und F i g. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Transformators.
Gemäß F i g. 1 bestehen die Wicklungen des Transformators aus einer Primärwicklung 4 und einer Sekundärwicklung
5, wobei die Primärwicklung 4 die Gestalt eines U-förmigen oder haarnadelförmig gebogenen,
hohlen Kupferleiters hat und die Sekundärwicklung 5 aus einer Anzahl von Windungen besteht welche die
Schenkel des U-förmigen Leiters in Form einer Wicklung umgeben. Der U-förmige Leiter ist gegenüber dem
Boden und der Sekundärwicklung 5 mittels einer Isolationsschicht 6 isoliert, weiche vom oberen zum unteren
Ende des U-förmigen Leiters entsprechend dem Spannungsgradienten dicker wird, welchem die Wicklung
aufgrund der Bauform des Transformators ausgesetzt ist. Das obere Ende des Transformators ist an eine
Hochspannungsleitung angeschlossen und muß deshalb gegen das untere Ende des Transformators stark isoliert
sein, der normalerweise Erdpotential besitzt Die gesamten Wicklungen befinden sich, wie üblich, in einem
isolierenden Gehäuse, das hier aus einem kegelstumpfförmigen (konischen) Porzellanisolator 10 besteht, der
mit einem Metallgehäuse 11 verbunden ist welches das
untere Ende des Transformators mit der Sekundärwicklung umgibt Das gesamte Gehäuse ist mit einer geeigneten,
nicht leitenden Flüssigkeit 8, wie z. B. Öl, gefüllt, in welches die Isolation der beiden Wicklungen eintaucht
und welches auch dazu dient, Wärme von den Wicklungen zur Oberfläche des Gehäuses zu führen,
von wo aus die Wärme an die Luft abgegeben werden kann.
Ein koaxiales Rohr 7 ist in das offene Ende eines jeden Schenkels des U-förmigen Leiters 4 unter Freilassung
eines ringförmigen Strömungs-Querschnitts eingesetzt. Das untere offene Ende 13 des Rohres 7 befindet sich in
der Nähe der Biegung des U-förmigen Leiters. Das andere Ende 14 des Rohres 7 liegt im freien Raum zwischen
den beiden Schenkeln der Primärwicklung an einer kühlen Stelle in der Nähe des Bodens des Gehäuses.
Die Verlustwärme in der Primärwicklung 4 bewirkt eine Zunahme der Temperatur des Leiters, wodurch die
isolierende Kühlflüssigkeit 8 erhitzt wird. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit im ringförmigen Strömungs-Querschnitt
zwischen dem Leiter 4 und dem Rohr 7 höher liegt als die Temperatur der Flüssigkeit
innerhalb des Rohres 7, wird die spezifisch leichtere Flüssigkeit nach oben steigen und aus dem oberen Ende
des Leiters 4 ausfließen, wobei sie durch Flüssigkeit ersetzt wird, die aus dem unteren Ende 13 des Rohres 7
ausfließt. Dabei strömt diese Flüssigkeit von einem Punkt mit niedriger Temperatur am unteren Ende 14
des Rohres 7 zu.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf den rechten Teil der Zeichnung, aber es ist klar, daß Entsprechendes
für den linken Teil der Zeichnung gilt und daß der einzige zentrale Ast des Rohrs 7 kühle Flüssigkeit zu beiden
Enden 13 des Rohrs 7 innerhalb des Leiters 4 führt. Der Flüssigkeitsstrom, der durch die Trennung der Wege
der Reißen und der kühlen Flüssigkeiten hervorgerufen wird, steigert die Zirkulation der Flüssigkeit und erleichtert
damit die Abführung von Wärme aus dem Leiter 4 zur äußeren Wandung des Gehäuses.
Die beiden parallelen Wege sind klar in Fig.2 zu
sehen, welche einen Schnitt durch den Leiter 4 darstellt
und auch die Isolation 6, das Rohr 7 und die Flüssigkeit 8 zeigt.
Bei der alternativen Ausführungsform von F i g. 3 sind
zwei gesonderte Rohre 7 anstelle des in F i g. 1 gezeigten gegabelten Rohrs vorgesehen. Die entsprechenden
Teile sind identisch bezeichnet, und die Wirkungsweise ist im wesentlichen die gleiche wie bei der Vorrichtung
von F ig. 1.
Wenn der Kühlmittelfluß bei einer der beiden Ausführungsformen unzureichend ist, dann kann er weiter
durch den Einbau eines Propellers gesteigert werden, der beispielsweise durch einen in das öl eingetauchten
Motor betrieben werden kann und Kühlflüssigkeit durch das Ende 14 des Rohrs 7 nach oben treibt.
Der Leiter 4 und seine Isolation sowie die zugehörige !5 Sekundärwicklung sind in allen Fällen in der üblichen
Weise und mit in der Technik an sich bekannten Materialien ausgeführt Das die Flüssigkeit führende Rohr 7
kann aus Papier, Kunststoff, Gummi, Glas, Metall oder irgend einem anderen geeigneten Material bestehen.
Wenn es aus Metall besteht, dann ist es wesentlich, daß es vom Leiter 4 auf Abstand gehalten wird. Auf alle
Fälle sind Abstandshalter 9 vorteilhaft, um sicherzustellen, daß das Rohr im wesentlichen im Zentrum des Leiters
festgehalten wird. Die Form der Abstandshalter 9 muß derart sein, daß sie dem Ölfluß möglichst wenig
Hindernis entgegensetzen. Die Abstandshalter können, wie es in F i g. 2 gezeigt ist, die Form einer Anzahl isolierender
Stifte aufweisen, die durch das Rohr 7 vorspringen und an der inneren Wandung des Leiters 4 anliegen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Flüssigkeitsgekühlter Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, die in einer
Kühlflüssigkeit eingetaucht sind und von denen die Primärwicklung die Gestalt eines vertikal verlaufenden
U-förmigen Leiters in Rohrform mit nach oben gerichteten, offenen Schenkeln hat, dadurch gekennzeichnet,
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