-
-
Luftgekühlter Transformator
-
Die Erfindung bezieht sich auf einen luftgekühlten Transformator,
insbesondere Giessharztransformator, mit mindestens einem Kühlkanal, an dessen einem
Ende ein Luftgebläse angeschlossen und an dessen anderem Ende ein Abschlussdeckel
angeordnet ist und an dem Luftaustritte zum Anblasen der Spulen angeordnet sind.
-
Steigende Qualitätsanforderungen, insbesondere an Maylamid-Giessharztransformatoren,
sowie die immer grösser werdenden Leistungen erfordern die Entwicklung eines Kühlsystems,
das die Temperatur bei 50 % Überlast nicht über die erreichte Temperatur bei 100
% Vollast ansteigen lässt. Weiterhin sollte das System katalogisiert vorliegen und
als Bausatz an jedem Maylamid-Giesstransformator nachrüstbar sein. Im Hinblick
auf
die Betriebssicherheit sollte die Möglichkeit der 100 %-Redundanz gewährleistet
sein, d.h. es soll auch bei Ausfall des aktiven Luftgebläses gewährleistet sein,
dass mit Überlast von 50 % weitergefahren werden kann, ohne dass eine Überhitzung
eintritt.
-
Das zur Zeit verwendete Kühlsystem besteht aus zwei rechteckigen Luftkanälen,
die am unteren Presseisen angebracht sind, wobei an jedem Kanal ein Lüfter montiert
wird. Die Luftaustritte sind mit Gitterrosten versehen, um einen möglichst zur Spulenachse
parallelen Luftstrom zu erzeugen. Zusätzlich-zum Gitterrost werden die Luftaustrittsöffnungen
mit verschiedenen Lochblechen abgedeckt. Bei grossen Trafolastleistungen, d.h. bei
entsprechend starken Volumenströmen, sind die Luftkanäle mit Umlenkblechen ausgerüstet,
da nur so ein annähernd gleichmässiger Volumenstrom pro Luftaustrittsöffnung sichergestellt
ist.
-
Dieses bekannte System hat eine Reihe von Nachteilen.
-
So ist bei grossen Trafoleistungen das Anblasen der Oberspannungsspulen
nicht möglich. Durch die Umlenkung der Luft sowie der beiden gleichzeitig betriebenen
Lüfter entsteht ein hoher Geräuschpegel.
-
Durch ein undichtes Luftkanalsystem entstehen erhebliche Luftverluste.
Ausserdem besteht eine mangelhafte Mengenverteilung der Volumenströme und es ist
eine 100 %-Redundanz nicht möglich. Für jeden Trafotyp muss das System individuell
angepasst werden, d.h. es besteht ein erheblicher Konstruktionsaufwand. Ausserdem
ist keine Lagerhaltung verschiedener Elemente möglich.
-
Da das Kühlsystem lohnintensiv ist, wird Kapazität gebunden. Um eine
gewisse Luftkanalgrösse sicherzustellen, werden teilweise die Presseisen überdimensioniert.
Da das Presseisen Bestandteil des Kühlkanals ist, wird die durchströmte Luft erwärmt
und somit die Kühlleistung geschwächt.
-
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein konstruktiv einfaches
Kühlsystem für einen Transformator zu schaffen, welches nicht nur nachrüstbar ist,
sondern auch bei guter Wärmeübertragung eine gleichmässige Verteilung der Volumenströme
ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Luftaustritte
(20) des als Hauptkanal (16, 22) ausgebildeten Kühlkanals von Nebenkanäle darstellenden
Abzweigstutzen (18) gebildet sind, dessen Austrittsöffnung auf die jeweils zu kühlende
Spule'(10) gerichtet ist.
-
Das erfindungsgemässe Kühlsystem für Transformatoren mit forcierter
Kühlung besteht vorzugsweise aus zwei runden Rohrkanälen, die jeweils mit flexiblen
Schläuchen über ein Verteilerstück mit dem Lüfter verbunden sind. Die Luftaustritte
werden in Form von Sattelstutzen (oder Abzweigen) auf das Rohrsystem aufgesetzt.
-
Durch eine geeignete Wahl der Durchmesser zwischen Hauptkanal und
Luftaustritten (Nebenkanal), sowie der Form der einzelnen Abgänge, lässt sich eine
gleichmässige Verteilung der Volumenströme erreichen.
-
Die Auswahl der Elemente basiert auf der Tatsache, dass bei Stromtrennung
nach der Abzweigung die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt wird.
Ist nun der Reibungsverlust in der nachfolgenden Teilstrecke so gross wie die Druckwiedergewinnung
durch Geschwindigkeitsverlust, sind die Abzweige gleichmässig dimensioniert, sowie
deren Abgänge rechtwinklig zum Hauptkanal, dann ist zu erwarten, dass aus jeder
Luftaustrittsöffnung die gleiche Luftmenge strömt.
-
Wenn kurze Teilstrecken vorgesehen werden, so kann auf eine Einschnürung
des Hauptkanals verzichtet und statt dessen ein relativ rauhes Rohrsystem verwendet
werden, das dem Druckwiedergewinn den benötigten Reibungsverlust entgegensetzt.
-
Die Verbindung des Lüfters mit dem Rohrsystem wird mittels zwei flexiblen
Schläuchen ausgeführt. Dies verhindert das Übertragen von Schwingungen zwischen
den beiden Elementen. Die Befestigung des Kanal- sowie des Lüftersystems erfolgt
dabei mit handelsüblichen Montageschinen, Hammerkopfmuttern und Gewindeschrauben
mit Muttern.
-
Als Variante des neuen forcierten Kühlsystems ist die Möglichkeit
einer 100 %-Redundanz anzusehen. Hier werden zusätzlich zum normalen Kühlsystem
ein zweiter Lüfter, zwei flexible Schläuche und zwei Rückschlagklappen benötigt.
Jeweils ein Lüfter ist an einem Ende des Kühlsystems angeschlossen. Beide Lüfter
haben an der Saugseite eine Rückschlagklappe, die jeweils bei
Betrieb
eines Lüfters die Funktion des Abschlussdeckels am anderen Ende des Hauptkanals
übernimmt.
-
Wenn somit ein Lüfter ausfällt, so muss der Transformator nicht auf
niedrigere Last zurückgefahren werden, da über eine entsprechende Schaltung der
andere Lüfter die Funktion des ausgefallenen Lüfters übernimmt.
-
Die Vorteile der neuebtwickelten Kühlung sind die folgenden: Die Elemente
der Kühlung können katalogisiert vorliegen und können lagermässig bereitgehalten
werden. Es werden generell nur noch vier Rohrsysteme eingesetzt. Mit der Entscheidung
für ein Kanalsystem sind alle Elemente definiert, d.h. es ist kein Konstruktionsaufwand
mehr nötig. Kurze Montagezeiten setzen Kapazität frei. Die Kühlung ist generell
an allen Giessharztransformatoren nachrüstbar. Das System kann dem Kunden als Bausatz
zur Selbstmontage bereitgestellt werden. Die Kühlung bietet die Möglichkeit einer
100-%-Redundanz und somit eine sehr grosse Betriebssicherheit für Giessharztransformatoren.
Der Anblaswinkel lässt sich individuell für alle Trafotypen und Spulendurchmesser
einstellen. Durch die Bauweise bedingt, strömt aus jedem Luftaustritt ein parallel
zur Spulenachse gleichmässiger Luftstrom. Beim Einbau im Gehäuse muss der Lüfter
nicht unmittelbar am Trafo befestigt sein. Die verwendeten Lüfter arbeiten sehr
leise und es besteht keine Gefahr der Luftvorwärmung, da hier ein separates Rohr
system, das keinen Kontakt mit dem Presseisen hat, verwendet wird. Es ist keine
Überdimensionierung der Presseisen notwendig, da ein in sich geschlossenes Luftkanalsystem
verwendet wird.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen rein
schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt: Fig.
1 eine schematische Draufsicht auf einen Maylamid-Giessharztransformator mit forcierter
Kühlung in Standardausführung, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Maylamid-Giessharztransformator
mit forcierter Kühlung und 100 %-Redundanz, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht
eines Teils des Giessharztransformators mit dem Lüfter und Fig. 4 eine schematische
Endansicht des Lüfters mit Verzweigung.
-
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Giessharztransformator weist mit
Kühlluft anzublasende Spulen 10 auf, die in Reihe hintereinander angeordnet sind.
Der Aufbau dieser Spulen sowie der übrige Aufbau des Transformators bedarf keiner
detaillierten Beschreibung, da sich dieser Aufbau nicht von dem eines üblichen Transformators
unterscheidet. An der Stirnseite des Transformators befindet sich ein Lüfter 12,
an den sich ein Verteilerstück 14 anschliesst, wie dies insbesondere den Fig. 3
und 4 entnehmbar ist. An das Verteilerstück 14
schliessen sich
zwei flexible Schläuche 16 an, die, wie Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, auf gegenüberliegenden
Seiten der Reihe von Spulen 10 liegen.
-
Diese flexiblen Schläuche münden an der ersten Spule in einen ersten
Sattelstutzen (Abzweigung), der einen Austrittskanal 20 aufweist. Dieser Austrittskanal
20 mündet im wesentlichen senkrecht .zur Mittelachse der flexiblen Schläuche 16.
Zwischen den jeweils den Spulen zugeordneten Sattelstutzen 18 befinden sich Rohrkanalstücke
22, die über Rohrschellen 24 (Fig. 3) am Transformatorgerüst befestigt sind. Der
flexible Schlauch 16 sowie die Rohrkanalstücke 22 bilden zusammen mit einem auf
derselben Achse liegenden Teil der Sattelstutzen 18 einen Hauptkanal. Die Austrittskanäle
20 der Sattelstutzen bilden senkrecht zu diesem Hauptkanal verlaufende Nebenkanäle,
die auf die zu kühlenden Spulen gerichtet sind und diese mit einem Lüftstrahl anblasen.
Am dem Lüfter 12 abgewandten Ende des Hauptkanals ist dieser durch einen Abschlussdeckel
26 geschlossen.
-
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 sind zwei Lüfter 12 und 12'
vorgesehen, wobei jeder Lüfter mit einer Rückschlagklappe 13, 13' versehen ist.
Jeweils ein Lüfter ist an einer Seite der Hauptkanäle durch die flexiblen Schläuche
16 angeschlossen.
-
An die am unteren Presseisen befindlichen Löcher sind mittels Hammerkopfschrauben
Schienen 28 befestigt.
-
Montageschienen 30, auf denen sich eine Konsole 32 befindet, wird
so befestigt, dass der vorgeschriebene
Luftabstand zwischen Spule
und Lüfter gewährlesitet ist.
-
Der Lüfter 12 selbst wird lediglich an dem Verteilerstück 14 angeschraubt.
Die Rohrkanalstücke 22 werden am oberen Presseisenschenkel mittels einer Montageschiene
34 und der bereits erwähnten Rohrschelle 24 befestigt.
-
Die Funktion der Vorrichtung ist folgenermassen: Der vom Lüfter 12
kommende Volumenstrom wird im Verteilerstück 14 in zwei gleichgrosse Luftströme
zerlegt und über die flexiblen Schläuche in den eigentlichen Hauptkanal eingeleitet.
Da im Hauptkanal ein konstanter Druck herrscht, strömt durch jeden Sattelstutzen
18 ein gleicher Volumenstrom. Die dabei entstehende Verwirbelung bewirkt eine turbulente
Luftströmung, die im Gegensatz zur laminaren Strömung wesentlich bessere Wärmeübertragungseigenschaften
hat.
-
Da es sich um ein rundes Kanalsystem handelt, lässt sich der Anblaswinkel
für die Spulen durch Drehung der Sattelstutzen 18 optimal für jede Spulenkombination
einstellen.
-
Das in Fig. 2 beschriebene System ist ein solches mit 100 % Redundanz.
Die Abweichung gegenüber der Standardausführung besteht darin, dass, wenn der eine
Lüfter 12 auf Störung geht, der zweite Lüfter 12' anläuft und so die volle Funktion
der Kühlung erhalten bleibt.
-
Dabei übernehmen die Rückschlagklappen 13, 13' jeweils
die
Funktion der Abschlussdeckel 26. Ist der Lüfter 12 in Betrieb, so öffnet sich die
Rückschlagklappe 13.
-
Der hier erzeugte Luftstrom wird über das Hauptkanalsystem 16, 22
in den Lüfter 12' weitergeleitet. Die saugseitig angebrachte Rückschlagklappe 13'
wird vom Volumenstrom geschlossen und verhindert so den Luftaustritt. Die Folge
ist eine Anstauung der Luft bis hin zum ersten Luftaustritt (Sattelstutzen) des
inaktiven Lüfters. Diese Luftsäule bewirkt eine Art Prallwand und erfüllt somit
die gleiche Funktion wie der Abschlussdeckel 26 in der Standardausführung, d.h.
die Luftgeschwindigkeit geht gegen Null und wird in Druckenergie umgesetzt.
-
- Leerseite -