DE2811935A1 - Traktionsmotortransformator mit kompaktem oelbehaeltersystem - Google Patents

Description

Traktionsmotortransformator mit kompaktem Ölbehältersystem

Die Erfindung bezieht sich auf Traktionsmotortransformatoren, die eine thermisch expandierbare dielektrische Flüssigkeit desjenigen Typs enthalten, der leicht Feuchtigkeit, Sauerstoff und/ oder andere atmosphärische Verunreinigungen absorbiert.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf derartige Transformatoren für eine Verwendung in elektrisch angetriebenen Transportwagen mit einem beschränkten Aufnahmeraum für einen derartigen Trans format or.

Ein üblicher elektrischer Leistungstransformator umfaßt einen Magnetkern und eine Wicklung, die in einem geeigneten Gehäuse untergebracht sind und elektrische Leiter aufweisen zum Verbinden der Wicklung mit einer äußeren Leistungsquelle und mit einer äußeren Last. Die Wicklung ist in ein Dielektrikum eingetaucht, dessen Typ hauptsächlich durch die Transformatorspannungen_/

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die Wicklungsgröße und die Gehäusegröße bestimmt ist. Innerhalb des Transformatorgehäuses ist unmittelbar oberhalb des flüssigen Dielektrikums ein Luftraum vorgesehen für eine thermische Ausdehnung des flüssigen Dielektrikums.

An Stellen, wo Feuer sehr leicht ernsthafte Verletzungen von Personen hervorrufen kann, werden flüssige Dielektrika verwendet, wie beispielsweise chlorierte Diphenyle (askarels). Dielektrische Materialien dieser Art haben eine relativ hohe Entflammbarkeitstemperatur und stellen deshalb ein wesentlich kleineres Brandrisiko dar als beispielsweise Mineralöl, das bei den meisten üblichen Transformatoren mit flüssigem Dielektrikum angewendet wird.

In den vergangenen Jahren besteht ein deutlicher Trend, der von den mit chlorierten Diphenylen gefüllten Transformatoren wegführt, da die Überzeugung besteht, daß diese Materialien nachteilig für Menschen und die Umwelt sind. Aufgrund dieser Entwicklung sind mehrere Materialien untersucht worden, um festzustellen, ob sie anstelle von chlorierten Diphenylen verwendet werden können. Gegenwärtig werden von einigen Transformatorherstellern für einen derartigen Ersatz Silikonöl und Polydimethylsiloxan verwendet. Ein wesentlicher Nachteil von Polydimethylsiloxan oder Silikonöl gegenüber flüssigen Dielektrika, wie beispielsweise chlorierte Diphenyle oder Mineralöl, besteht darin, daß es leicht Feuchtigkeit, Sauerst.off und andere atmosphärische Verunreinigungen ab-

die

sorbiert, dieVdielektrischen Isoliereigenschaften wesentlich verschlechtern. Ein weiterer Nachteil von Silikonöl besteht darin, daß dessen thermischer Expansionskoeffizient viel größer als derjenige von sowohl chlorierten Diphenylen als auch Mineralöl ist.

Um die Verwendung von Silikonöl als ein flüssiges Dielektrikum wirksamer zu machen, muß ein System geschaffen werden, das eine derartige Flüssigkeit von den Verunreinigungen in seiner unmittelbaren Umgebung trennt und ermöglicht, daß die Flüssigkeit über ihren gesamten thermischen Belastungszyklus das Volumen ändert. Von der Anmelderin wird ein derartiges Ölbehältersystem unter

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ihrem Handelsnamen Atmoseal vertrieben. Dieses besondere System wird bei sehr großen, stationären Leistungstransformatoren verwendet. In diesem System, das einen relativ großen Aufbau darstellt, ist eine Expansionskammer, die eine volumenveränderliche Luft zelle enthält, in einem Mantelgehäuse untergebracht, das getrennt von dem Transformator und im Abstand von diesem angeordnet ist. Der Luftzellenmantel ist darüber angeordnet und wird normalerweise durch den zugehörigen Transformator gestützt. Zwischen den Transformator- und Expansionskammerhüllen sind Leitungsverbindungen vorgesehen, so daß ein flüssiges Dielektrikum zwischen diesen Hüllen frei strömen kann. Zusätzlich zu der erforderlichen Leitungsverbindung zwischen den Transformator- und Expansionskammerhüllen für eine Strömung des flüssigen Dielektrikums und zusätzlich zu einer erheblichen Stützstruktur für den Expansionskammermantel erfordert dieses Ölbehältersystem einen relativ großen Raum, der in einem Transportwagen mit eigenem Elektroantrieb nicht zur Verfügung steht.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein System der vorstehend angegebenen Art für ein Elektrofahrzeug zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein kompakter Transformator für einen Transportwagen geschaffen, der ein System zum Trennen des flüssigen Dielektrikum innerhalb eines Transformators von atmosphärischen Verunreinigungen in seiner unmittelbaren Umgebung enthält und dadurch die dielektrische Festigkeit des flüssigen Dielektrikums beibehält. Das System umfaßt eine expandierbare Luftzelle, dessen Innenraum über eine flüssigkeitsdichte Öffnung in dem Transformatorgehäuse des Transportwagens in freier Verbindung mit der Außenatmosphäre steht. Die Kompaktheit des Transformators wird dadurch erreicht, daß dieses Behältersystem für das flüssige Dielektrikum in einem Gehäuse angeordnet wird, das direkt in das Gehäuse des Transformators des Transportwagens eingefügt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausfüh-

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rungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines kompakten Transformators für ein Transportfahrzeug, der ein Behältersystem für ein flüssiges Dielektrikum in einem Gehäuse aufweist,-das gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.

Figur 2 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2 - 2 in Figur 1.

Figur 2A ist eine teilweise geschnittene und auseinandergezogene Ansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 2 - 2 in Figur 1 und zeigt das auseinandergezogene Gehäuse, wobei die dielektrische Flüssigkeit aus dem Transformatortank abgelassen ist.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht von einem kompakten Transformator 20 für einen Transportwagen, der gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut ist. Der Transformator 20 weist einen Magnetkern 22 auf, dessen Kernschenkel in einer horizontalen Ebene liegen. Eine Wicklung 24 ist um den einen Schenkel des Kernes 22 in einer festen Position in bezug auf den Kern 22 angeordnet. Der Kern 22 ist in einem Transformatortank 26 angebracht und befindet sich in einer festen Lage in bezug auf diesen. Die elektrische Leistung wird über elektrische Durchführungen, wie beispielsweise die Durchführung 28 auf dem Transformatortank 26, herein- und herausgeführt. Diese Durchführungen sind elektrisch durch geeignete Mittel mit der Wicklang 24 des Transformators 20 verbunden. Zusätzliche Durchführungen (nicht gezeigt) sind auf ähnliche Weise auf der anderen Wand des Transformatortanks 26 für den gleichen Zweck angebracht.

Der Transformatortank 26 umfaßt auch eine Abdeckung 30, die zu dem Gehäuse 32 gehört, in dem die Expansionskammer für dielektrische Flüssigkeit des Transformators 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 32 bildet einen Teil der Abdeckung 30 und ist mit diesem

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flüssigkeitsdicht verbunden. Die strukturellen Einzelheiten der Abdeckung 3O₅ des Gehäuses 32 und der Einrichtung, die sich in der Abdeckung 30 und dem Gehäuse 32 befindet oder mit diesem verbunden ist j sind deutlicher aus Figur 2 entnehmbar. Auch die Arbeitsweise wird hieraus deutlich.

In Figur 2, die eine Teilschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1 ist, ist die Abdeckung 30 des Transformatortanks 26 mit dem Gehäuse 32 gezeigt. Durch die Wand 38 des Gehäuses 32 erstreckt sieh eine mit einem Flansch versehene Öffnung 34 mit einer Schutzkappe 36 hindurch, und die Außenfläche der Öffnung 34 befindet sich in einer flüssigkeitsdichten Relation zu der Wand 38 des Gehäuses 32. Die Schutzkappe 36 verhindert, daß Wasser, Schmutz usw. in die mit einem Flansch versehene Öffnung 34 eintritt, gleichzeitig gestattet sie aber, daß Umgebungsluft frei durch die Öffnung 34 hindurch eintritt. Eine Luftzelle 4O₃ die aus einem faserverstärkten Elastomer hergestellt ist, weist eine einzige Öffnung 42 auf, durch die Umgebungsluft leicht hindurchströmen kann. Der Flanschabschnitt der Öffnung 34 erstreckt in die Öffnung 42 der Luftzelle 40 hinein und ist mit der Luftzelle 40 flüssigkeitsdicht abgeschlossen.

Die Abdeckung 30, die das Gehäuse 32 einschließt, ist an dem Transformatortank 26 angeschweißt und bildet eine flüssigkeitsdiehte Verbindung zwischen dem Transformatortank 26 und der Abdeckung 30. Öffnungen 44A und 44B in der Abdeckung 30 ermöglichen, daß ein flüssiges Dielektrikum innerhalb des Transformators 20 zwischen dem Transformatortank 26 und dem Gehäuse 32 der Abdeckung 30 hindurchtritt. Ventile 46A und 46B öffnen sich, wenn der Druck in dem Gehäuse 32 entweder über einen vorbestimmten Druckbereich ansteigt oder unter einen gewissen Druckbereich abfällt. Eine flüssigkeitsdichte Zugangsplatte 48 gestattet den Ein- und/oder Ausbau der Luftzelle 40 in dem Gehäuse 32.

Das Silikonöl 50, das das flüssige Dielektrikum in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, itfird über ein Ventil 52 in den Transformatortank 26 und das Gehäuse 32 der Um-

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hüllung 30 eingeführt und schließt die äußere Oberfläche der Luftzelle 40, die sich in dem Gehäuse 32 befindet, vollständig ein. Das Silikonöl 50 wird über das Ventil 52 in den Transformatortank 26 und in das Gehäuse 32 eingepumpt, bis diese gefüllt sind und bis die Luftzelle 40 sich in ihrem vollständig zusammengedrückten Zustand befindet. Dann wird ein bestimmtes Volumen des Silikonöls 5O₃ das dem in der Luftzelle 40 gewünschten Luftvolumen äquivalent ist, über das Ventil 52 abgelassen, um eine thermische Expansionskammer für das Silikonöl 50 in der Luftzelle 40 zu bilden.

Die thermische Expansion des Silikonöls 50 in dem Transformatortank 26 drückt das öl über die Öffnungen 44A und 44B in der Abdeckung 30 in die Kammer 32. Wenn Silikonöl 50 in die Kammer 32 eintritt, drückt es die Luftzelle 40 zusammen und drückt die Luft durch die Öffnung 42 und die Planschöffnung 34 hindurch aus der Luftzelle 40 heraus. Mit dieser Anordnung kann sich das Silikonöl 50 entgegen der Umgebungsluft thermisch ausdehnen_; ohne daß es durch Verunreinigungen in der Luft verschmutzt wird.

sich Wenn sich das Silikonöl 50 abkühlt und das VolumenJ/verkleinert, strömt das Silikonöl 50 von der Kammer 32 über die Öffnungen 44a und 44B in der Abdeckung 30 in den Tank 26 und dadurch kann sich die Luftzelle 40 unter dem Druck der Umgebungsluft ausdehnen, die über die Flanschöffnung 34 und die öffnung 42 frei in die Luftzelle 40 eintritt.

Wie bereits ausgeführt wurde, ist die Abdeckung 30 mit dem Transformatortank 26 verschweißt und bildet eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesen zwei Teilen. Die Abdeckung 30 kann alternativ durch Schraubbolzen mit dem Transformatortank 26 verbunden sein, wenn zwischen diesen Teilen ein geeignetes Packungsmaterial vorgesehen ist, das eine Flüssigkextaäichtung bildet.

Die Abdeckung 30 ist vollständig abnehmbar von dem Transformatortank 26, nachdem die Abdeckung 30 und das Silikonöl 50 entfernt sind, wie es in Figur 2A gezeigt ist, die eine Teilschnittansicht und eine auseinandergezogene Ansieht entlang der Linie 2-2

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in Figur 1 ist. Wenn die Abdeckung 30 von dem Transformatortank 26 entfernt ist, sind der gesamte Mantel für das Silikonöl 50 oder die Expansionskammer 32 und die in dem Mantel befindliche Luftzelle 40 mit der Abdeckung abgenommen. Es ist keine zusätzliche Einrichtung mit einer Expansionskammer vorgesehen oder für den Transformator 20 erforderlich. Die Anbringung der Expansionskammer für das Silikonöl 50 und das Trennungs- oder Behältersystem innerhalb der Abdeckung 30 des Transformators 20 machen es überflüssig, eine getrennte Expansionskammereinheit für den Transformator 20 vorzusehen. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, das wesentliche Raumeinsparungen zur Folge hat. Die große Nähe des Gehäuses 32 zum Transformatortank 26 machen es ferner überflüssig, zusätzliche Leitungsmittel für das sich thermisch ausdehnende oder zusammenziehende Silikonöl 50 vorzusehen, das zwischen diesen zwei Räumen fließt.

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Claims (6)

1. 4632-5D-5436 Ansprüche General Electric Company

   ( 1.j Traktionsmotortransformator mit einem flüssigkeitsdichten Gehäuse, das eine abnehmbare Abdeckung aufweist, die eine Abdichtung mit dem flüssigkeitsdichten Gehäuse herstellt und einen Teil davon darstellt, ferner mit einem Magnetkern, der innen in dem Gehäuse angebracht und in einer festen Relation dazu angeordnet ist, mit einer Wicklung, die auf dem Magnetkern angebracht ist und Mittel umfaßt zum Verbinden der Wicklung mit einer externen Schaltungsanordung, und mit einem flüssigen Dielektrikum in dem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die abnehmbare Abdeckung 60) eine flüssigkeitsdichte Expansionskammer (32) aufweist, deren Innenraum mit dem Innenraum des flüssigkeitsdichten Gehäuse (26) in freier Verbindung steht, in der Expansionskammer (32) eine Luft ze lie (40) angeordnet ist, die eine Öffnung (42) zu ihrem Innenraum aufweist, die Luftzellenöffnung (42) mit einer durch eine Wand der Expansionskammer hindurchführende Öffnung (34) in Verbindung steht, wobei dazwischen eine flüssigkeitsdichte Relation hergestellt ist, und daß das flüssige Dielektrikum (50) in dem Gehäuse (26) und der Expansionskammer (32) enthalten ist, wobei das flüssige Dielektrikum das Gehäuse (26) und den durch die Luftzelle (40) und die Expansionskammer (32) gebildeten Raum füllt.
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssige Dielektrikum Polydimethylsiloxan ist.
3. 3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Polydimethylsiloxan Silikonöl ist.
4. 4. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das flüssigkeitsdichte

   -Z-Gehäuse (26) ein Transformatortank ist.
5. 5. Transformator nach Anspruch I₃ dadurch gekenn zeichnet , daß die Abdichtung zwischen dem flüssigkeit sdichten Gehäuse (26) und der Abdeckung (32) durch Verschweißen dieser Teile gebildet ist.
6. 6. Transformator nach Anspruch 1, dadurch ge kenn zeichnet , daß die Abdichtung zwischen dem Gehäuse (26) und der Abdeckung (32) durch eine Dichtungspackung, die zwischen diesen zwei Teilen angeordnet ist, und Bolzen gebildet ist, die diese Teile zusammenhalten.

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