DE4029097C2 - Selbstkühlender Drehstrom-Trockentransformator - Google Patents
Selbstkühlender Drehstrom-TrockentransformatorInfo
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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 AS 12 33 936 bekannt. Bei dem Magnetkern dieses
Drehstrom-Trockentransformators sind die Schenkel der Rah
menkerne im Querschnitt so gestaltet, daß von den ein ander
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.
Ein ähnlicher Transformator ist aus der CH 466 421 bekannt.
Dort wird ein symmetrischer Drehstrom-Kerntransformator aus
kaltgewalzten Blechen beschrieben, bei dem die Joche dreier
aus U-förmigen und längs einer horizontalen Schnittebene zu
sammengefügten Kernen bestehender Bandwickelkerne delta
förmig angeordnet sind. Je zwei in ihrer Längsrichtung
aneinanderstoßende Schenkel sind zur Aufnahme einer Wickel
spule vorgesehen.
Des weiteren ist aus der DE-PS 9 72 467 ein druckfest
gekapselter Trocken-Transformator mit rohrförmigem Gehäuse
bekannt, bei dem äußere Wärmeaustauscher als Kühlrippen
ringförmig in Ebenen senkrecht verlaufen und bei dem die
Kernschenkel quer und die Joche längs mit Wärmeschluß
horizontal im Gehäuse angeordnet sind.
Aus allen genannten Dokumenten geht indes kein Hinweis
darauf hervor, welche Maßnahmen ergriffen werden sollen, um
eine hochwirksame Selbstkühlung eines Trockentransformators
zu erreichen.
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-Trocken transformator
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 zusammen gepreßt. 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-Trocken transformator 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 ein
phasigen Magnetkreisen, bestehend aus mit aus Blechen zu
sammengesetzten Schenkeln und Jochen, wobei jeder der drei
Schenkel aus zwei Schenkelteilen gebildet ist, die jeweils
gemeinsam von einer Primär- und Sekundärwicklung koaxial um
geben sind, wobei der aus den Schenkelteilen und aus den
Jochen bestehende Magnetkern sowie die Primär- und Sekundär
wicklungen in einem druckfesten, gasisolierten Gehäuse
untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Quer
schnitte (9, 10) jedes einzelnen der beiden Schenkelteile
(7, 8) derart ausgebildet sind, daß die diese Querschnitte
(9, 10) umschreibenden Kreise (11, 12) sich nicht
überschneiden, so daß zwischen den eine Säule (5) bildenden
beiden Schenkelteilen (7, 8) und den Wicklungseinheiten (6)
der Primär- und Sekundärwicklungen (35, 36) sowohl außen als
auch innen ein Kühlkanal (14, 15) für ein gasförmiges
Isoliermittel gebildet wird, und daß die Primär- und
Sekundärwicklungen (35, 36) die beiden Schenkelteile (7, 8)
jedes einphasigen Magnetkreises jeweils gemeinsam koaxial
umfassen.
2. Drehstrom-Trockentransformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die den Magnetkern (2)
bildenden drei Rahmenkerne (3) aus Eisenblechen mit
einen 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 Gehäuse teil
(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.
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