DE4029097A1 - Selbstkuehlender drehstrom-trockentransformator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen selbstküh­ lenden Drehstrom-Trockentransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger Drehstrom-Trockentransformator mit einem symmetrischen Magnetkern der Tempeltype ist beispielsweise aus der DE-B 12 33 936 bekannt. Bei dem Magnetkern dieses Drehstrom-Trockentransformators sind die Schenkel der Rah­ menkerne im Querschnitt so gestaltet, daß von den einander angrenzenden Schenkelteilen ein umschriebener Kreis jeweils halb ausgefüllt ist, der umschriebene Kreis also von beiden Schenkelteilen gemeinsam ausgefüllt ist. Hierdurch wird zwar eine große Grenz- bzw. Auflagefläche zwischen den an­ grenzenden Schenkelteilen erhalten, die durch äußere Spann­ elemente und durch ein inneres Stützteil gegeneinander ge­ spannt sind. Bei dieser Konstruktion ist keine Strömung eines Kühlmittels zwischen dem Kern und den Primär- und Se­ kundärwicklungen möglich bzw. vorhanden. Dieser Nachteil wird in gewissem Umfange dadurch ausgeglichen, daß zwischen den Blechen Zwischenstücke angebracht sind, durch die Iso­ liermittel-Umlaufkanäle gebildet sind. Diese Kanäle müssen aber aus Gründen der Beibehaltung eines guten Wirkungsgra­ des relativ schmal gehalten werden und besitzen daher einen hohen Strömungswiderstand. Eine derartige Kernausbildung ist für eine selbstkühlende Ausführung eines Transformators, je­ denfalls für einen Drehstrom-Trockentransformator ohne flüssiges Isoliermedium, nicht geeignet.

Mit der vorliegenden Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, einen Drehstrom-Trockentransformator der eingangs ge­ nannten Art so auszubilden, daß bei ausschließlicher Gasiso­ lierung eine hochwirksame Selbstkühlung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Drehstrom-Trockentransformator der als bekannt vorausgesetzten Art durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des vorliegenden Drehstrom-Trockentransformators erhält man - wenn überhaupt - nur eine sehr kleine Berührungsfläche der aneinandergrenzen­ den Schenkelteile des Magnetkerns mit der Folge, daß zwischen dem Spulenkörper der Primär- und Sekundärwicklungen und den jeweils aneinandergrenzenden Schenkelteilen des Magnetkerns großvolumige, durchgehend offene Kanäle entstehen, die nur einen sehr geringen Strömungswiderstand hinsichtlich des ver­ wendeten Isoliergases aufweisen. Hinzu kommt, daß die jeweils aus Primär- und Sekundärwicklungen bestehenden Wicklungsein­ heiten einen ovalen und damit großflächigen Querschnitt be­ sitzen, wodurch die Wärmeabführung an das Gehäuse auch wick­ lungsseitig begünstigt wird. Durch die symmetrische Kernaus­ bildung gelten diese Vorteile für die gesamte Kernanordnung uneingeschränkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen beansprucht.

Schließlich sind weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfin­ dung anhand in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbei­ spiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Dreh­ strom-Trockentransformator bei abgenommenem Ge­ häusedeckel,

Fig. 1A einen vergrößerten Ausschnitt des Magnetkernes an der Grenzstelle von zwei benachbarten Kern- Schenkelteilen,

Fig. 2 die Seitenansicht eines einzelnen Rahmenkernes,

Fig. 3 die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Drehstrom- Trockentransformators mit teilweise aufge­ schnittenem Gehäuse,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Deckel des Drehstrom- Trockentransformators gemäß Fig. 3,

Fig. 5 die Draufsicht auf den Spulenkörper mit aufge­ brachter Primär- und Sekundärwicklung,

Fig. 6 den Isolierkörper für die Hochspannungswicklung in Form eines Kammes und

Fig. 7 eine Schnittdarstellung parallel zur Wicklungs­ längsachse der Primär- und Sekundärwicklung mit dem Spulenkörper.

Der in den Fig. 1 und 1A dargestellte selbstkühlende Dreh­ strom-Trockentransformator 1 besteht aus einem Magnetkern 2, der sich aus drei Rahmenkernen 3 in Form eines Dreiecks mit jeweils an den Ecken 4 gebildeten Säulen 5 zusammensetzt, die von je einer aus einer Primär- und Sekundärwicklung bestehen­ den Wicklungseinheit 6 umgeben sind. Derartige Magnetkerne 2 sind als Magnetkerne der Tempelbauweise bekannt. Jede Säule 5 des Magnetkerns 2 besteht aus den beiden Schenkelteilen 7, 8 der in den Ecken 4 aneinanderstroßenden oder in geringem Ab­ stand voneinander befindlichen Rahmenkerne 3.

Erfindungsgemäß ist der Kernquerschnitt 9 bzw. 10 der Kern­ schenkelteile 7, 8 derart ausgebildet, daß sich die umschrie­ benen Kreise 11, 12 nicht oder - im Bereich der Winkelhalbie­ renden 13 - nur geringfügig überschneiden, wie dies in Fig. 1A anhand von zwei Ausführungsbeispielen deutlich dargestellt ist. Wie ersichtlich, ergibt sich dadurch an der Winkelhal­ bierenden 13 nur ein sehr schmaler Berührungsbereich, wenn sich die Schenkelteile 7, 8 dort überhaupt berühren. Im übri­ gen öffnet sich dieser von oben nach unten verlaufende Trenn­ spalt oder diese Trennfläche beidseitig keilförmig. Dadurch wird zwischen der Säule 5 und den Wicklungseinheiten 6 sowohl außen als auch innen ein relativ großer Kühlkanal 14 bzw. 15 (vergleiche Fig. 1) gebildet, durch die sowohl die beiden Schenkelteile 7, 8, die die Säule 5 bilden, als auch die Wick­ lungseinheiten 6 intensiv vom gasförmigen Kühlmittel gekühlt werden.

Die Rahmenkerne 3 bestehen bevorzugt aus einem U/I-Schnitt, wo­ bei das I den oberen Querschenkel 16 bildet. Vorteilhaft sind die Längen der einzelnen Magnetkernbleche des U- und I-Profils derart bemessen, daß eine an sich bekannte verschachtelte Schichtung an den beiden Stoßstellen 17 (siehe Fig. 2) gegeben ist. Die Montage erfolgt dann so, daß auf den jeweiligen U-Kern die vorgefertigten Wicklungseinheiten 6 von oben aufge­ schoben und anschließend die Querschenkel 16 eingeschichtet werden.

Jeder Rahmenkern 3 ist durch beiderseits vorgesehene Winkel­ schienen 18 bzw. 19, die vorzugsweise parallel zum oberen Querschenkel 16 bzw. zum unteren Querschenkel 20 verlaufen und die durch den Magnetkern 2 durchsetzende Spannschrauben 21 be­ festigt sind, vibrationsarm zusammengepreßt. Anstelle von Winkelschienen 18, 19 können auch U-Profilschienen angewendet werden. Die drei Rahmenkerne 3 sind durch an den Ecken 4 vorge­ sehene mit den äußeren Profilschienen 18 jeweils verbundenen, beispielsweise verschraubten bügelförmigen Haltestegen 22 zu dem symmetrischen dreieckförmigen Magnetkern 2 der Tempeltype zusammengebaut. Diese bügelförmigen Haltestege 22 stehen vor­ teilhaft nach außen über die Wicklungseinheiten 6 über, so daß sie beispielsweise beim Einsetzen des Magnetkernes 2 mit den Wicklungseinheiten 6 in das Gehäuse 23 als Abstandshalter die­ nen können.

Das Gehäuse 23 besteht aus einem zylindrischen Gehäuseteil 24, aus einem Boden 25 und aus einem Deckel 26. Die Zentralachse 27 des zylindrischen Gehäuseteils 24 verläuft bevorzugt konzentrisch zu derjenigen des Magnetkernes 2. Der Magnetkern 2 ist am Boden 25 über je einen oder über mehrere an den unteren äußeren Profilschienen 18 befestigte winkelförmige Standfüße 28 und an diesen befestigte elastische Dämpfungselemente 29, bei­ spielsweise aus Gummi, aus Gummi-Metall-Elementen oder der­ gleichen, schwingungsgedämpft befestigt. Zur Versteifung können am Boden 25 Träger 30, insbesondere U-Profilschienen, ange­ bracht sein, auf denen die Dämpfungselemente 29 befestigt sind. Außen am Boden 25 sind Standschienen 31 angebracht.

Das Gehäuse 23 ist gasdicht ausgebildet, indem der Boden 25 mit dem zylindrischen Gehäuseteil 24 verschweißt und der Deckel 26 angeflanscht und dicht verschraubt oder ebenfalls mit dem zylindrischen Gehäuseteil 24 verschweißt ist. Das Gehäuse 23 ist mit einem inerten oder elektronegativen Isoliergas, wie Stickstoff oder Schwefelhexafluorid oder aus Mischungen dieser Gase mit einem Druck zwischen 1,2 bis 3,0 bar gefüllt. Zum Füllen und eventuellen Ablassen des Druckgases ist das Gehäu­ se 23 mit einem Füllventil 32 und gegebenenfalls zusätzlich mit einem Entleerungsventil versehen.

Zwischen dem Boden 25 des Gehäuses 23 und der Unterkante 33 des Magnetkerns 2 ist vorteilhaft ein Abstand von etwa drei Prozent bis zehn Prozent der Höhe des Gehäuses 23 eingehalten und oben ist bevorzugt ein Abstand zwischen dem Deckel 26 und der Ober­ kante 34 des Magnetkerns 2 vorhanden, der wenigstens sechs Pro­ zent bis zwanzig Prozent der Höhe des Gehäuses 23 entspricht. Hierdurch wird bei Erwärmung der Aktivteile des erfindungsge­ mäßen Drehstrom-Trockentransformators eine wirksame selbst­ tätige Gaszirkulation im Gehäuse 23 und damit eine gute Kühlwir­ kung erzielt.

Zur weiteren Verbesserung der Selbstkühlung ist jeweils zumin­ dest die Primärwicklung 35 der Wicklungseinheit 6 in Form von Scheibenspulen ausgebildet oder nach Art von Scheibenspulen ge­ wickelt. Die Sekundärwicklung 36 kann als Zylinderspule ausge­ führt sein.

In den Fig. 5 bis 7 sind Einzelheiten für eine vorteilhafte Ausführung der Wicklungseinheiten 6 dargestellt. In Fig. 5 ist die aus der Primär- und Sekundärwicklung 35, 36 bestehende Wick­ lungseinheit 6 in der Draufsicht dargestellt. Die Sekundärwick­ lung 36 ist auf einem isolierenden Spulenkörper 37 als Zylin­ derwicklung aufgebracht. Zwischen der Sekundärwicklung 36 und der Primärwicklung 35 ist ein vergleichsweise breiter Spalt 38 als Kühlkanal vorgesehen. Im Spalt 38 sind hierzu Stege 39 aus Isoliermaterial vorgesehen, die zweckmäßig als Kammrücken eines in Fig. 6 perspektivisch dargestellten Kammes 40 ausgebildet sind, an dem die Tragstützen 41 in Form der Kammzähne angeformt sind. Der Kamm 40 besteht vorteilhaft aus einem einheitlichen Form- oder Stanzteil. Durch die Tragstützen 41 werden Fenster bzw. Kammlücken 42 gebildet, in die die einzelnen Lagen der Pri­ märwicklung 35 gewickelt werden, wobei die aufeinanderfolgenden Fenster bzw. Kammlücken 42 nacheinander vollgewickelt werden. Hierdurch entsteht eine Art Scheibenwicklung mit stufenförmi­ gem Spannungsabbau.

Die einzelnen Kämme 40 werden in Umfangsrichtung der Wick­ lungseinheiten 6 im Abstand voneinander versetzt angeordnet. Dadurch wird der Spalt 38 in von oben nach unten verlaufende Kühlkanäle unterteilt.

Um den erfindungsgemäßen Drehstrom-Trockentransformator leicht transportieren zu können, ist der Deckel 26 auf seiner Ober­ seite mit einer zentralen oder mit mehreren, auf einem gedach­ ten Kreis winkelsymmetrisch zueinander versetzten Halteeisen 45 versehen (siehe Fig. 3 und 4). Weiterhin sind am Deckel 26 Durchführungen 46, 47 für den Anschluß und für die Umschaltung der Primär- und Sekundärwicklungen 35, 36 angeordnet.

Der erfindungsgemäße selbstkühlende Drehstrom-Trockentransforma­ tor zeichnet sich gegenüber vorbekannten Lösungen insbesondere dadurch aus, daß trotz der ausschließlichen Verwendung von inerten, elektronegativen Isoliergasen oder von Mischungen die­ ser Gase die Wärmeabführung und damit die Selbstkühlung ausge­ zeichnet ist, ohne daß es zusätzlicher Füllmittel bedarf, die einerseits die Strömung des Isoliergases behindern und anderer­ seits das Gewicht dieses Drehstrom-Trockentransformators nur ungebührlich erhöhen würden. Wichtig ist auch, daß aufgrund des vollkommen symmetrischen Aufbaus des dreiphasigen Magnetkernes sämtliche Kernteile mit den zugehörigen Primär- und Sekundär­ wicklungen gleichmäßig gekühlt werden. Damit ist eine hohe Be­ lastbarkeit des erfindungsgemäßen Drehstrom-Trockentransforma­ tors gewährleistet, so daß damit ein Leistungsbereich von 25 kVA bis weit über 250 kVA abgedeckt werden kann.

Claims (24)

1. Selbstkühlender Drehstrom-Trockentransformator mit einem symmetrischen Magnetkern der Tempeltype, mit drei einphasigen Magnetkreisen, bestehend aus mit aus Blechen zusammengesetzten Schenkeln und Jochen, wobei jeder der drei Schenkel aus zwei Schenkelteilen gebildet ist, die jeweils gemeinsam von einer Primär- und Sekundärwicklung koaxial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte (9, 10) jedes einzelnen der beiden Schenkel­ teile (7, 8) derart ausgebildet sind, daß die diese Querschnitte (9, 10) umschreibenden Kreise (11, 12) sich nicht oder lediglich geringfügig überschneiden, daß die Primär- und Sekundärwicklungen (35, 36) die beiden Schenkelteile (7, 8) jedes einphasigen Magnetkreises je­ weils gemeinsam koaxial umfassen, und daß der aus den Schenkelteilen (7, 8) und aus den Jochen (16, 20) be­ stehende Magnetkern (2) sowie die Primär- und Sekundär­ wicklungen (35, 36) in einem druckfesten, gasisolierten Gehäuse (23) untergebracht sind.

2. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Magnetkern (2) bildenden drei Rahmenkerne (3) aus Eisenblechen mit einem U/I-Profil zusammengesetzt sind, wobei das I-Pro­ fil den oberen Querschenkel (16) des jeweiligen Rahmen­ kernes (3) bildet.

3. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die U- und I-Profile durch ent­ sprechende Längenbemessung der Bleche jeweils einen ver­ schachtelt geschichteten Rahmenkern (3) bilden.

4. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenkerne (3) durch an beiden Seiten zweier einander gegenüberliegender Querschenkel (16, 20) vorgesehene Winkel- oder U-Profil- Schienen (18, 19) und diese mit den Rahmenkernen (3) durch den jeweiligen Schenkelkern durchsetzende Spannschrauben (21) verspannt sind.

5. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß benachbarte Rahmenkerne (3) durch an den Profilschienen (18) befestigte Haltestege (22) mit­ einander verbunden sind.

6. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Haltestege (22) über die Primär- und Sekundärwicklungen (35, 36) jeweils nach außen überstehen.

7. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel­ oder Profilschienen (18, 19) jeweils oben und unten parallel zu den Querschenkeln (16, 20) verlaufen.

8. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest an den äußeren unteren Profilschienen (18) ein oder mehrere Standfüße (28) ange­ bracht sind.

9. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (2) über elastische Dämpfungselemente (29) mit dem Boden (25) des Gehäuses (23) direkt oder über am Boden (25) befestigte Träger (30) be­ festigt ist.

10. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (29) an den Standfüßen (28) befestigt sind.

11. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär­ und Sekundärwicklungen (35, 36) jeweils auf einen ovalen Spulenkörper (37) unter Freilassung eines Spaltes (38) aufge­ bracht sind und daß die Spulenkörper (37) die Schenkelteile (7, 8) des Magnetkernes (2) jeweils möglichst eng umfassen.

12. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (35) die Sekundär­ wicklung (36) koaxial umfaßt, und daß in dem dazwischen liegenden Spalt (38) - in Umfangsrichtung gesehen - im Abstand voneinander angeordnete Stege (39) aus Isolier­ material vorgesehen sind.

13. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Stegen (39) radial oder wenigstens annähernd radial bzw. senkrecht abstehende Trag­ stützen (41) vorgesehen sind, die mit den Stegen (39) einen Kamm (40) mit Kammlücken (42) bilden, und daß die Windungen der Primärwicklung (35) in den Kammlücken (42) als Lagen­ wicklung untergebracht sind.

14. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (35) derart aufgewickelt ist, daß sie zunächst eine der äußeren Kamm­ lücken (42) und anschließend nacheinander die jeweils folgen­ den Kammlücken (42) ausfüllt.

15. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die als Innen­ wicklung aufgebrachte Sekundärwicklung (36) als Zylinder­ wicklung auf den Spulenkörper (37) aus Isolierstoff aufge­ bracht ist.

16. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die vorge­ fertigten Wicklungseinheiten (6) über die jeweiligen Schenkelteile (7, 8) gemeinsam geschoben und anschließend die oberen Joche (16) montiert sind.

17. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet­ kern (2) und die Wicklungseinheiten (6) in das Gehäuse (23) mit allseitigem Abstand eingesetzt und am Boden (25) und/oder am Deckel (26) des Gehäuses (23) befestigt sind.

18. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) einen zylindrischen Gehäuseteil bzw. -mantel (24) besitzt und die Zentralachse (27) desselben wenigstens annähernd mit derjenigen des Magnetkerns (2) zusammenfällt.

19. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil (24) mit einem Deckel (26) dicht verschlossen ist und am Deckel (26) eine zentrale und/oder auf einem zentrisch zur Zentralachse (27) gedachten Kreis wenigstens drei Transport­ ösen (45) winkelsymmetrisch zueinander angebracht sind.

20. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 19, da­ durch gekennzeichnet, daß im Deckel (26) die Durchführungen (46, 47) für die Primär- und Sekundärwicklungen (35, 36) vor­ gesehen sind.

21. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß am zylindrischen Gehäuseteil (24) und/oder am Deckel (26) ein Gaseinfüllven­ til (32) vorgesehen ist.

22. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Boden (25) des Gehäuses (23) und der Unterkante (33) des Magnetkerns (2) wenigstens drei Prozent bis zehn Prozent der Höhe des Gehäuses (23) entspricht.

23. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Deckel (26) und der Oberkante (24) des Magnet­ kerns (2) wenigstens sechs Prozent bis zwanzig Prozent der Höhe des Gehäuses (23) entspricht.

24. Drehstrom-Trockentransformator nach einem der An­ sprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) mit einem inerten, einem elektronegativen Isoliergas oder Mischungen aus diesen Gasen mit einem Druck von etwa 1,2 bis 3,0 bar gefüllt ist.