DE873721C - Umlaufkuehlung fuer mehrlagige, durch Isoliermaterial unter Belassung von Durchtrittsspalten verschalte Transformatorwicklungen - Google Patents

Description

• Umlaufkühlung für mehrlagige, durch Isoliermaterial unter Belassung von Durchtrittsspalten verschalte Transformatorwicklungen Bei Hochspannungstransformatoren, insbesondere bei solchen ;großer Leistung, werden die Wicklungen meist durch festes Isoliermaterial verschalt. Wenn der natürliche Wärmeauftrieb des Öles nicht ausreicht, wird dieses mittels Pumpen durch die Verschalung und zwischen den einzelnen. Wicklungsteilen hindurchgetrieben. Bei .axialen Röhrenwicklungen wird das Öl an der Beinen Stirnseite zugeführt, streicht in axialer Richtung an der Wicklung entlang :und tritt an der ianderen Stirnseitä wieder ,aus. Anden Ein- und Austrittsstellen bildet die Isolierverschalung Labyrinthe, um von ,außen nach der Wicklung durchgehende Kanäle in der Isolation zu vermeiden. Dia sich das Öl beim Vorbeistreichen an der Wicklung erwärmt, hat namentlich bei sehr langen Röhrenspulen die Wicklung an der Austrittsstelle eine wesentlich höhere Temperatur als ian der des Öles. Dort wird also die Wicklung schlechter gekühlt. je höher die Leistung des Transformators -und je höher seine Spannung ist, um so größere Schwierigkeiten macht es, die Wicklung iund,die Isolation beiausreichender Kühlung in einem vorgegebenen Raum, z. B. im Eisenbahnprofil, unterzubringen.
• Gegenstand der Erfindung ist eine Umlaufkühleinrichtung, die für alle Wickvungsteile eine ausreichende Kühlung vergibt nand auch bei Transformatoren mit großen Abmessungen, also insbesondere bei'Hflclistleistungs- rund Höchstspa:nnungstransfiormatoren, mit Vorteil angewendet werden kann: Die Erfindung !setzt -eine Anordnung der Wicklung in mehreren Lagen voraus, die unter Belassung von Kühlmitteldurchtrittsspalten mit Isoliermaterial verschalt ist. Erfindungsgemäß sind-die Ein- und Austrittsöffnungen für das Kühlmittel auf gegenüberliegenden Stellen des Umfangs der einzelnen Lagen angebracht, -und das Kühlmittel strömt jeweils von der Eintrittsöffnung am Umfang der Lage entliang zur Austrittsöffnung.
• Am besten werden die Ein- und Austrittsöffnung en so, ungeordnet, daß bei einer Wicklung mit n-Lagen ein Kühlmittelzweig zunächst die Eintrittsöffnungen von m-Lagen :durchßießt, dann in der Umfangsrichtung den Zwischenraum zwischen der m-ten und :der (m+ i)=ten Lage durchsetzt und schließlich die Austrittsöffnungen der übrigen n - m-Lagen durchströmt. Die Zwischenräume zwischen den ,einzelnen Lagen bilden dann sämtlich parallel geschaltete Strömungspfade. Es verhält also jede Lage ein urvorgewärmtes Kühlmittel. Bei langen Wicklungen, können je zwei oder nnehrere Ein- und Aus-tritts;öffnungen axial lauf die Wicklung verteilt werden. Um von Lage zu Lage gemadliniig durchgehende Kanäle .zu vermeiden, kann man die Ein.- und Austrittsöffnungen in den Lagerwicklungen rund in den Lagenwicklungsisolation:en durch isolierende Zwischenstücke unter Belassung von Kühlmitteldurchtrittsspialten abschirmen, so daß das, Kühlmittel in. Schlangenlinien von der einen zur- anderen öffnung gelangt.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführtuigsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
• Fig. i zeigt die Gesamtanordnung der Wicklung eines Einphasentransfonmators mit zwei liegend übereinander angeordneten Wicklungsschenkeln unter Weglassung des Eisenkernes und der Wicklungsanschlüsse; Fig.2 zeigt einen Schnitt durch die Ebene AB der Fig. i ; . .
• Fig.3 zeigt einen Schnitt durch die Ebene CD der Fig. 2; in Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Fläche EF der Fig. i :dargestellt; Fig. 5 zeigt leinen Teil der Stirnverschalung der Wicklung, und Fig. 6 zeigt eine mehr konstruktive Ausführ ung des mittleren Teils von Fig.2 in vergrößertem Maßstab. Der Einfachheit halber sind hier für jeden Wicklungsschenkel gur drei Lager dargestellt. Bei Höchstspannungs- und Höchstleistungstransformiatoren, bei,denen man in der Regel die Wicklung in wesentlich mehr Lagen gaufteilen wird, ergeben sich ,aber praktisch die gleichen Strömungsveirhältnisse.
• 1, 2 sind die beiden Wicklungsschenkel mit den Wicklungslagen t l bis. 13 und 21 bis 23. Die einzeIneu Lagen sind in bekannter Weise zeit Isolierzylindern, Kappenringen, etwa gemäß Fig: 5, Winkelringen io:d.:dgl. verschalt, die aus einzelnen Schichten aufgebaut sind. In der Zeichnung sind der Einfachheit halber diese Isolierteile als zusammenhängende Isolierkörper 3 (vgl. insbesondere Fig. 6) dargestellt. Die ganze Wicklung der beiden Schenkel 1, 2 ist noch meine ;geschichtete Packung 4 ,aus. Isolienmateri,al eingehüllt, :die in der Zeichnung ebenfalls der Einflachheit halber als zusammenhängender Isiolierkörpe r dargestellt ist. Um zwischen den # einzelnen Isiolierschalen bzw. zwischen diesen und :den Wicklungslagen Kanäle für den Durchtritt des Öles frei zu halten, werden die einzelnen Teile durch Leisten, Einlagen, Feile, Distanzstücke aus Isoliexmateri;al in entsprechendem Abstand .gehalten. Die einzelnen Isolierteile werden unter Überlappung oder Verzapfung zum Ganzen zusammengesetzt. Da. ein solcher Isolationsaufbau an sich bekannt ist, soll er hier nicht näher erläutert werden.
• Die Wicklung und :die Isolation werden in bekaamt-er Weise durch Druckringe 5 an den Stirnenden zusammengehalten. Die Druckringe sind bei 6 ausgehöhlt und zeit ihrer Höhlung an ÖlzuführungsleitUngen 7 angeschlossen. Das Öl tritt an den Schlitzen 8 der Druckringe :aus und gelangt durch Durchbrüche 9 der äußeren Wicklungsverschalung 4 auf die Innenseiten der innersten Wicklungslaben, die die kleinsten Potentiale haben. Die innerste Wicklungslage i i ist mit mehreren, ,axial gegeneinander versetzten öleintrittsöffnungen i io versehen, die mit :den öleintrittsöffnungen iao, 13o der Lagen 12 und 13 in einer Radialfiucjrt liegen und Schlitze -in den Wicklungszylindern bilden. An diesen Eintrittsöffnungen i io bis i3o verteilt sich das Öl in mehrere Parallelzweige i i2, 122, 132, 133, die sich je über .den halben Umfang einer Wicklungslage erstrecken. Diese Parallelzweige münden an den toben gelegenen Austrittsöffnungen 111, 121, 131 wieder zusammen. Das warme Öl strömt dann den als Sammelkammern dienenden Zwickelräumen io und 20 zu (vgl. insbesondere Fig. 3 und 4) und fließt durch einspringende Rohrstutzen 14 -der inneren Isolierverschalung 3 und durch Durchbrüche 15 der äußeren Isolierverschalung 4 wieder aus. Entsprechendes gilt für den Wicklungsschenkel 2.
• Damit durchgehende Kanäle beispielsweise an den Eintrittsstellen i io, 120,130 vermieden werden, sind, wie Fig. 6 zeigt, die Öffnungen i i o, 12o, 13o der Wicklungsteile und der Lagerisolation unter Belassung von öldurchtrittsspalten 16,17 durch isolierende Zwischenstücke 18 abgedeckt. Uni lange Kriechwege zu schaffen, sind, die Lagerisolationen 19 kegelförmig, :die Zwischenstücke 18 hohlkegelförrnig abgeschrägt. Das Öl fließet in Schlangenlinien durch die Kanäle 16,17 hindurch.
• Dias aus den Durchbrüchen 15 :ausgetretene Öl gelangt in :den die Wicklung umgebenden Behälter, der in :der Zeichnung der Einfaclih@eit halber weggelassen ist, wird von dort aus mittels,einer Pumpe durch Rückkühler geleitet und dann wieder den Rohren 7 zugeführt.
• Die einzelnen Lagen und Lagerisolationen werden, wie :erwähnt, in bekannter Weise durch Leihbern, Keile jod.:dgl. in Abstand gehalten. Die Keile können dabei verschiedenartig .angeordnet und geformt sein. Sie sollen jedoch den Öldurchgang von der Eintritts- nach der Austrittsöffnung nicht zu stark behindern. Man kann also beispielsweise die Abstandshalter, Leisten usw. -unmittelbar in der Strömungsrichtung des Öles, also längs des Umfangs der Lagen verlaufen lassen, so daß sie also in einer zur Spulenachse senkrechten Ebene legen. Will man einen mehr gewundenen Verlauf der Öl- strömung erzielen, dann kann man die Leisten. auch im Zick-Zack od. dgl. verlegen. .Soll das Öl in Schlangenlinien längs des Umfangs verlaufen, dann kann man die Leisten mehr oder weniger axial anordnen und so absetzen oder derartig. mit Durchbrechungen versehen, daß aufeinanderfolgende Absetzungen oder Durchbrechungen axial gegeneinander versetzt sind. Durch ,entsprechende Krümmungen der Leisten, Erweiterung oder Verengung der öldurchtrittsstellen kann span es ,ohne weiteres dahin bringen, daß sich das Öl von den Eintrittsöffnungen aus gleichmäßig auf den ganzen Wicklungsumfang verteilt. In den Fig. 7 und 8 sind zwei Beispiele für die Leistenanordnung in der Abwicklung dargestellt. In Fig. 7 verlaufen die Leisten 24 axial. Die Durchgangsöffnungen 25 für das Öl sind .aber axial gegeneinander versetzt, so daß das Öl in Schlangenlinien fließt. In Fig.8 verlaufen die Leisten 24 schräg zur Achse, so daß das Öl im Zick-Zack längs des Umfangs fließt.
• Die Erfindung bietet in der dargestellten Ausführungsform folgende Vorteile: Trotz der ,allseitigen Verschalung wird jeder einzelne Wicklungsteil ,ausreichend gekühlt. In den zahlreichen parallelen Strömungspfaden, die halbkreisförmig über den halben Wicklungsumfang verlaufen, wird die Ölbewegung durch den Wärmeauftrieb unterstützt, der insofern regulierend ;auf die Ölgeschwindigkeitsverteilung in den einzelnen Parallelkanälen einwirkt, als bei zu geringer Ölgeschwindigkeit der betreffende Wicklungsteil wärmer wird ,als die anderen und infolgedessen einen stärkeren Wärmeauftrieb erzeugt, der wiederum erhöhend auf die Ölgeschwindigkeit -wirkt. Insbesondere wird bei der Erfindung vermieden, d:aß schon durch andere Wicklungsteile vorgewärmtes Öl nochmals an Wicklungsteilen vorbeigeführt wird. Die Ölzufuhr an der innersten Wicklungslage geringsten Potentials und die Ölableitung an den von Wicklungen freien Zwickeln verhütet eine Schwächung der Isolation an den Zu- und Ableitungsstellen. Von besonderem Vorteil ist auch, daß die Wicklungsstirnen, an denen die höchste elektrische Beanspruchung auftritt, keine öldurchgangskanäle haben, sondern mit Dielektrikum verschalt sind. Die Erfindung gestattet, bei beschränktem Raum, z. B. bei der Unterbringung von Höchstleistungs- rund Höchstspannurtgstransformatoren, im Eisenbahnprofil ein Optimum an Kühlung rund Isolation zu erzielen.

Claims (16)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Umlaufkühlung für mehrlagige, durch Isoliennafierial unter Belassung von Durchtrittsspalten verschalte Transformatorwicklungen, insbesondere von Höchstleistungs- und Höchstspaainun.gstransformatoren, dadurch gekennzeichnet, da.ß in den Lagen (i i bis 13 in Fig. 2 auf .gegenüberliegenden Stellen ihres Umfangs die Kühlmittelein- (I i o, 120, 130) und -austrittsöffnungen (i i I, 124 131) ,angeordnet sind und daß das. Kühlmittel von der Eintrittsöffnung (z. B. I20) längs (Strömungspfad i32, Fig. 3) des Umfängs der Lagen (12, 13) zur Austrittsöffnung(121) strömt.
2. 2. Umlaufkühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume zwischen den einzelnen Lagen (i i bis 13) sämtlich parallel geschaltete Strömungskanäle (112, 122, 132, 133) bilden.
3. 3. Umlaufkühlung nach Anspruch i und 2_ dadurch gekennzeichnet, d.aß, bei einer tt-lagigen Wicklung (Lagen i i bis 13 in Fig. 2 und 3) sein Kühlmittelzweig von ,außen oder innen her der Reihe nach die Eintrittsöffnungen (z. B. i i o, i 2o ), von in-Lagen (11, 12) durchströmt, hierauf in der Umfangsrichtung durch den Zwischenraum (132) zwischen der m-ten (12) und (m -j- 1)-ten Lage (13) fließt und dann die Austrittsöffnungen (131) der übrigen (n-rn)-Lagen (13) durchströmt. .
4. Umlaufkühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel an der innersten Lage (i i in Fig. 2), die das kleinste Potential hat, zugeführt wird.
5. 5. Umlaufkühlung nach Anspruch I bis dadurch ;gekennzeichnet, daß jede Lage (z. B. i i in Fig.2) zwei oder mehrere, axial gegeneinander versetzte Aus- und Eintrittsöffnungen (III, IIo) hat.
6. 6. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- und EintrlttsÖffrilltlgen (I 10, 120, 130, I I I, I2I, 131 In Fig. 2) der Lagen ( i i bis 13) je in einer radüale-n Fluchst liegen.
7. 7. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 6 bei liegend angeordneter Lagenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel von unten (bei i io) zugeführt wird und unter Ausnutzung -des , Wärmeauftriebs der Lagenwicklungen (i i bis 13) von jeder Eintrittsöftnung (z. B. i io) .aus unter Gabelung des Kühlmittelstromes (Pfadei 22 usw.am halben Lagenumfang entlang zur Austrittsöffnung (z. B. 121 ) fließt. B.
8. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis bei stehend angeordneter Lagenwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel an der innersten Lage von unten her zugeführt wird und unter Ausnutzung des Wärmeauftriebs die !einzelnen, durch die Eintrittsöffnung,- n parallel geschalteten Kühlpfade von -unten nach oben durchströmt, wo @es durch die am äußeren Umfang vorgesehenen Austrittsöffnungen di:e Wicklung wieder verläßt. g.
9. Umlaufkühlung nach Anspruch i his 8, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Lagen.is.olatioii (19 in Fig. 6) und die isolierenden Zwischenstücke (18) hegzl- bzw. hohlkegelförmig abgeschrägt sind. i o.
10. Umlaufkühlung für Trans'formgtoren mit durch Druckringe festgespannter Wicklungnach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel durch Höhlungen (6 in Fig. i und 2) der Druckringe (5) zu- bzw. abgeleitet wird. i i.
11. Umlaufkühlung für Transformatoren mit zwei oder mehreren Wicklungsschenkeln nach Ansprucli i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel durch die Zwickelräume (10, 20) zwischen den Wicklungsschenkeln (1; 2 in Fig. i bis 3) ab- bzw. zugeleitet wird.
12. 12. Umlaufkühlung für Transformatoren nach Anspruch r bis i i, bei denen sämtliche Lagen durch eine Isolierpackung eingehüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß di;e Isolierpackung (4) Durchbrüche (9, 15) für den Ein- @o-der Austritt- des Kühlmittels ;aufweist.
13. 13. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsverschalung (4 in Fig. 3 bis 5) wenigstens einen in den Zwickel (i o) zwischen den Wicklungsschenkeln (1, 2) einspringenden Rohrstutzen (14) für die Kühlmittelzu- ;oder -ableitung hat.
14. 14. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 13, bei der die einzehizn Wicklungslagen durch Abstandskalter, Leisten od. ägl. gegeneinander ,abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten längs des Logenumfangs etwa in einer zur Achse senkrechten Ebene verlaufen.
15. 15. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 13, bei der die :einzelnen Wicklungslagen durch Abstandskalter, Leisten @od. !dgl. gegeneinander abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (24 in Fig. 8) schräg zur Umfangs-und Achsrichtung verlaufen.
16. 16. Umlaufkühlung nach Anspruch i bis 13, bei der die einzelnen Wicklungslagen durch Abatandshalter, Leisten iod. dgl. gegeneinander .abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leisten (24 in Fig.7) od.dgl. im wesentlichen in ;der Ächsrichtung verlaufen. und Absetzun@gien (25) oder Durchgänge für den öldurchtritt haben, dze :gegeneinander in der Achsrichtung versetzt sind.