DE2717553C2 - Flüssigkeitsgekühlter Transformator - Google Patents

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

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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).

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)

VJ 17 553 Patentansprüche:

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,