DE873721C

DE873721C - Circulation cooling for multi-layer transformer windings interconnected by insulating material, leaving gaps in the passage

Info

Publication number: DE873721C
Application number: DES2706D
Authority: DE
Inventors: Richard Dr-Ing Elsner; Otto Dipl-Ing Kadur; Joseph Dr-Ing Rebhan; Anton Zach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1941-04-18
Filing date: 1941-04-18
Publication date: 1953-04-16

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.Circulation cooling for multi-layer, by leaving insulating material Transformer windings interconnected by passage gaps In the case of high-voltage transformers, especially with those; high power, the windings are mostly through solid Insulating material boarded. If the natural heat buoyancy of the oil is not sufficient, this is done by pumping through the casing and between the individual. Winding parts driven through. With axial tube windings, the oil is on the front of the legs fed, strokes in the axial direction along the winding: and steps on the on the other end face again. The insulation cladding forms the entry and exit points Labyrinths to get from, outside after the winding continuous channels in the insulation to avoid. Because the oil has warmed up when it brushed past the winding especially in the case of very long tubular coils, the winding at the exit point is one significantly higher temperature than that of the oil. So there the winding gets worse chilled. the higher the power of the transformer - and the higher its voltage, The more difficult it is to make the winding and the insulation more adequate Cooling in a given room, e.g. B. in the railroad profile.

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.The invention is a circulation cooling device for everyone Winding parts also provide sufficient cooling for transformers large dimensions, so in particular at'Hflclistleistungs- around Maximum voltage transformers, can be used with advantage: The invention ! requires an arrangement of the winding in several layers, which are left in place of coolant passage gaps is covered with insulating material. According to the invention - the inlet and outlet openings for the coolant are on opposite points the circumference of the individual layers attached, -and the coolant flows from each the inlet opening on the circumference of the layer along the outlet opening.

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.It is best to arrange the inlet and outlet openings in such a way that, in the case of a winding with n-layers, a coolant branch first flows through the inlet openings of m-layers:, then in the circumferential direction the space between the m-th and: the (m + i ) = passes through the th layer and finally flows through the outlet openings of the other n - m layers. The spaces between the individual layers then all form flow paths connected in parallel. So each layer behaves a preheated coolant. For long windings can two or nnehrere on and off passage; openings are distributed axially running winding. In order to avoid ducts running straight through from one layer to another, the inlet and outlet openings in the bearing windings can be shielded in the layer winding insulation by insulating spacers, leaving coolant passage spheres, so that the coolant runs in serpentine lines from one to the other - Another opening got.

Eine besonders vorteilhafte Ausführtuigsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.A particularly advantageous embodiment of the invention is shown in FIG shown in the drawing, for example.

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. I shows the overall arrangement of the winding of a single-phase transformer with two winding legs lying one above the other, omitting the iron core and the winding connections; FIG. 2 shows a section through the plane AB of 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.FIG. 3 shows a section through the plane CD of FIG. 2; in Fig. 4 is a section along the surface EF of Fig. i: shown; Fig. 5 shows linen Part of the end cladding of the winding, and Fig. 6 shows a more constructive one Execution of the middle part of Figure 2 on an enlarged scale. Of simplicity sake, three bearings are shown here for each winding leg gur. At high voltage and high-performance transformers, which usually have the winding in significantly more layers will result, but practically the same Flow conditions.

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.1, 2 are the two winding legs with the winding layers t l until. 13 and 21 to 23. The individual layers are, in a known manner, time insulating cylinders, Cap rings, approximately according to Fig: 5, angle rings io: d.: Like. boarded up from individual Layers are built up. For the sake of simplicity, these insulating parts are shown in the drawing Shown as a cohesive insulating body 3 (cf. in particular FIG. 6). the whole winding of the two legs 1, 2 is still mine; layered pack 4, off. Isolienmateri, al wrapped: those in the drawing also for the sake of simplicity is shown as a coherent insulating body r. To switch between the # individual Insulating shells or between these and: the winding layers channels for passage to keep the oil free, the individual parts are replaced by strips, inserts, files, Spacers made of insulating material are held at an appropriate distance. The single ones Insulating parts are assembled to form a whole with overlapping or mortising. There. such an insulation structure is known per se, it will not be explained in more detail here will.

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.The winding and: the insulation are held together in a known manner by pressure rings 5 at the front ends. The pressure rings are hollowed out at 6 and connected to oil supply lines 7 at the time they are hollowed out. The oil exits at the slots 8 of the pressure rings: and passes through openings 9 in the outer winding cladding 4 to the insides of the innermost winding lobes, which have the lowest potentials. The innermost winding layer ii is provided with several, axially offset oil inlet openings i io, which with: the oil inlet openings iao, 13o of layers 12 and 13 lie in a radial shape and form slots in the winding cylinders. At these inlet openings i io to i3o, the oil is distributed into several parallel branches i i2, 122, 132, 133, which each extend over half the circumference of a winding layer. These parallel branches merge again at the outlet openings 111, 121, 131 which are located to the top. The warm oil then flows to the gusset spaces 10 and 20 serving as collecting chambers (cf. in particular FIGS. 3 and 4) and flows out again through re-entrant pipe sockets 14 of the inner insulating cladding 3 and through openings 15 in the outer insulating cladding 4. The same applies to the winding leg 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. In order to avoid through channels, for example at the entry points i io, 120, 130, the openings iio, 12o, 13o of the winding parts and the bearing insulation are covered by insulating spacers 18, leaving oil passage gaps 16, 17. To create long creepage distances, the bearing isolations 19 are conical: the spacers 18 bevelled in a hollow cone. The oil flows in serpentine lines through channels 16, 17.

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.Slides from the breakthroughs 15: oil that has leaked reaches: the the Winding surrounding container, which is omitted in the drawing for the sake of simplicity is, is passed from there by means of a pump through a dry cooler and then again the tubes 7 supplied.

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.The individual layers and bearing isolations are, as mentioned, iodine in a known manner by means of lenders, wedges. kept at a distance. The wedges can be arranged and shaped in different ways. However, they should not obstruct the oil passage from the inlet to the outlet opening too much. For example, the spacers, strips, etc. can be made to run directly in the direction of flow of the oil, that is, along the circumference of the layers, so that they are placed in a plane perpendicular to the coil axis. If you want to achieve a more winding course of the oil flow, then you can use the strips. also lay in zigzag or the like. If the oil is to run in serpentine lines along the circumference, then the strips can be arranged more or less axially and so set off or something like that. provided with openings that successive deposits or openings are axially offset from one another. Corresponding curvatures of the strips, widening or narrowing of the oil penetration points can easily bring about the fact that the oil is distributed evenly from the inlet openings over the entire circumference of the winding. 7 and 8, two examples of the strip arrangement are shown in the development. In Fig. 7, the strips 24 run axially. The passage openings 25 for the oil are .aber axially offset from one another, so that the oil flows in serpentine lines. In Figure 8, the strips 24 run obliquely to the axis, so that the oil flows in a zigzag along the circumference.

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.In the illustrated embodiment, the invention offers the following Advantages: Despite the all-round cladding, every single part of the winding is sufficient chilled. In the numerous parallel flow paths that semicircular across run half the circumference of the winding, the movement of the oil is caused by the heat lift supports, which in this respect regulates; on the oil speed distribution in the acts on individual parallel channels than the one in question if the oil speed is too low Winding part is warmer than the others and consequently a stronger heat lift which in turn increases the oil speed. In particular, will avoided in the invention, d: ate already preheated by other winding parts Oil is again led past winding parts. The oil supply to the innermost Winding layer with the lowest potential and the oil drainage at those free from windings Twisting prevents a weakening of the insulation at the inlet and outlet points. It is also of particular advantage that the winding ends on which the highest electrical stress occurs, do not have oil passages, but with Dielectric are boarded. The invention allows, with limited space, for. B. in the accommodation of high-performance and high-voltage belt transformers, To achieve optimum cooling and insulation in the railway profile.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Circulation cooling for multilayered transformer windings, connected by insulation nafierial leaving gaps in the passage, in particular of high-performance and high-voltage transformers, characterized in that in the layers (ii to 13 in Fig. 2 on opposite points of their circumference the Coolant inlet (I io, 120, 130) and outlet openings (II I, 124 131), are arranged and that the coolant from the inlet opening (z. B. I20) along (flow path i32, Fig. 3) of the circumference of the Layers (12, 13) flows to the outlet opening (121).

2. circulation cooling according to claim i, characterized in that the intermediate spaces between the individual layers (i i to 13) all flow channels connected in parallel (112, 122, 132, 133) form.

3. circulation cooling according to claim i and 2_ characterized in that d.ass, with a tt-layer winding (layers i i to 13 in Fig. 2 and 3) its coolant branch from, outside or inside in sequence the inlet openings (e.g. i i o, i 2o), flowed through by in-layers (11, 12), then in the circumferential direction through the Gap (132) between the m-th (12) and (m -j- 1) -th layer (13) flows and then flows through the outlet openings (131) of the remaining (n-rn) layers (13). .

Circulation cooling according to claim i, characterized in that the coolant is at the innermost layer (i i in Fig. 2), which has the smallest potential, is supplied.

5. Circulation cooling according to claim I to, characterized in that each layer (e.g. i i in Fig. 2) two or more, axially offset from one another outlet and inlet openings (III, IIo) has.

6. Circulation cooling according to claim i to 5, characterized in that the exit and entry openings (I 10, 120, 1 30, III, I2I, 131 in Fig. 2) of the layers (ii to 13) each in a radüale-n Curse lie.

7. Circulation cooling after Claims i to 6 with layer winding arranged horizontally, characterized in that that the coolant is supplied from below (at i io) and using -des , Heat lift of the layer windings (i i to 13) from each inlet opening (z. B. i io) .aus under bifurcation of the coolant flow (path i 22 etc. on half the circumference of the layer flows along to the outlet opening (e.g. 121). B.

Circulation cooling according to claim i up to with the layer winding arranged upright, characterized in that the coolant is supplied from below at the innermost layer and using the heat buoyancy the! individual, through the inlet opening, - n parallel-connected cooling paths of - Flows through below upwards, where @es through the outlet openings provided on the outer circumference di: e winding leaves again. G.

Circulation cooling according to Claims i to 8, characterized in that that the layers.is.olatioii (19 in Fig. 6) and the insulating spacers (18) are chamfered in the shape of a hegzl or a hollow cone. i o.

Circulation cooling for transformer doors with winding clamped by pressure rings according to claims 1 to 9, characterized in that that the coolant through cavities (6 in Fig. i and 2) of the pressure rings (5) to or is derived. i i.

Circulation cooling for transformers with two or more winding legs according to claims i to io, characterized in that the coolant passes through the interstices (10, 20) between the winding legs (1; 2 in Fig. I to 3) derived or supplied will.

12. circulation cooling for transformers according to claim r to i i, in which all Layers are encased by an insulating packing, characterized in that di; e Insulating packing (4) openings (9, 15) for the inlet @ or outlet of the coolant ;having.

13. circulation cooling according to claim i to 12, characterized in that the winding casing (4 in Fig. 3 to 5) at least one in the gusset (i o) between the winding legs (1, 2) re-entrant pipe socket (14) for the Has coolant supply or discharge.

14. Circulation cooling according to claim i to 13, at which the einehizn winding layers by spacers, strips or the like. against each other , are supported, characterized in that the strips along the perimeter of the box run approximately in a plane perpendicular to the axis.

15. Circulation cooling according to claim i to 13, in which the: individual winding layers by spacer cold, strips @od. like are supported against one another, characterized in that the strips (24 in Fig. 8) run obliquely to the circumferential and axial direction.

16. Circulation cooling after Claims i to 13, in which the individual winding layers by spacers, strips iod. Like. are supported against each other, characterized in that the strips (24 in Fig. 7) or the like. run essentially in the axial direction. and withdrawals (25) or have passages for the oil passage, dze: against each other in the axial direction are offset.