DE934961C - High-voltage transformer with liquid-cooled high-voltage winding packed in solid insulating material on all sides - Google Patents

High-voltage transformer with liquid-cooled high-voltage winding packed in solid insulating material on all sides

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DE934961C
DE934961C DES2546D DES0002546D DE934961C DE 934961 C DE934961 C DE 934961C DE S2546 D DES2546 D DE S2546D DE S0002546 D DES0002546 D DE S0002546D DE 934961 C DE934961 C DE 934961C
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DE
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DES2546D
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German (de)
Inventor
Joseph Dr-Ing Rebhan
Anton Zach
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/322Insulating of coils, windings, or parts thereof the insulation forming channels for circulation of the fluid

Description

Hochspannungstransformator mit allseitig in festes Isoliermaterial eingepackter, flüssigkeitsgekühlter Hochspannungswicklung Bei Transformatoren und Drosselspulen für hohe und höchste Spannungen schalt man vielfach die Hochspannungswicklung mit festem Isoliermaterial vollständig, d. h. allseitig ein. Bei derartigen Wicklungen macht einerseits die Wicklungskühlung Schwierigkeiten, da die Streukanäle zwischen Hoch-und Niederspannungswicklung vollständig mit festem Isoliermaterial ausgefüllt sind und die Wicklungsisolation wie ein homogenes Gebilde wirkt. Andererseits ist das Aufrechterhalten einer ständigen Wicklungspressung bei im Betrieb sich einstellendem Wicklungsschwund nicht mehr gesichert, da die Wicklungsisolation in der Längsrichtung nicht nachgibt. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile in einfacher Weise zu beseitigen und eine Wicklung zu schaffen, die sowohl eine bequeme Kühlmittelführung im Wicklungsverband als auch eine dauernde Wicklungspressung bei vollständig mit Isoliermaterial eingepackten Wicklungen gewährleistet.High voltage transformer with solid insulating material on all sides packed, liquid-cooled high-voltage winding For transformers and Choke coils for high and extremely high voltages are often used in the high-voltage winding with solid insulating material completely, d. H. on all sides. With such windings makes the winding cooling difficulties on the one hand, since the stray channels between High and low voltage windings completely filled with solid insulating material and the winding insulation acts like a homogeneous structure. On the other hand is the maintenance of a constant winding pressure during operation Winding shrinkage is no longer secured because the winding insulation is in the longitudinal direction does not give in. The object of the invention is to overcome these disadvantages in a simple manner to eliminate and to create a winding that has both a convenient coolant flow in the winding bond as well as a permanent winding compression when completely with Insulating material packed windings guaranteed.

Erfindungsgemäß ist die auf der Wicklungsseite mit dem niedrigsten Potential gegen Erde liegende Isolierverschalungsseite von im Querschnitt U-förmigen Kappenringen gebildet. Deren Flansche greifen dabei mit dem festen Isoliermaterial der Wicklungsisolationsaußen- und -innenzylinder unter Belassung von Kanälen kammartig ineinander, so daß einerseits das Kühlmittel über die hierbei freigelassenen Kanäle in die Wicklung ein- bzw. aus dieser austreten kann und andererseits die Kappenringisolation unter dem Druck der Wicklungspresse dem Schwund der Wicklung zu folgen vermag.According to the invention, the one on the winding side with the lowest The insulation cladding side with potential to earth is U-shaped in cross-section Cap rings formed. Their flanges grip the solid insulating material the winding insulation outer and inner cylinder, leaving channels in a comb-like manner into each other, so that on the one hand the coolant over the released here Channels in the winding or can exit from it and on the other hand the Cap ring insulation under the pressure of the winding press the shrinkage of the winding able to follow.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Mit i ist der Eisenkern angedeutet, dem benachbart die auf den beiden Stirnseiten mit Strahlungsringen 2 bzw. 3 versehene Niederspannungswicklung 4 liegt, die von einer Isolierverschalung allseitig fest umschlossen ist. Die Hochspannungswicklung besteht im Ausführungsbeispiel aus mehreren Einzellagen 6, 7; 8 und g. Auf den Stirnseiten dieser Wicklung sind die Strahlungsringe i i und 12 angeordnet. Der Strahlungsring ii besteht im dargestellten Beispiel aus Vollmaterial. Er kann jedoch ebensogut auch hohl ausgeführt sein. Die Isolierverschalung 13 der Hochspannungswicklung ist auf der Seite des Strahlungsringes i i, der am Wicklungsanfang liegt, entsprechend den dort auftretenden höchsten Spannungsbeanspruchungen stark isoliert. Auf der Seite des Strahlungsringes 12 dagegen, der mit dem an Erde bzw. bei einem Drehstromsystem an den isolierten Nullpunktleiter angeschlossen ist, ist die Stirnisolation dementsprechend schwächer bemessen. Die Isolation der Hoch- und Niederspannungswicklung liegen in dem zwischen den beiden Wicklungen befindlichen Streukanal dicht aufeinander, so daß der Streukanal vollständig mit festem Isoliermaterial ausgefüllt ist. In der Nähe des Strahlungsringes 12 ist die Isolierverschalung aufgelockert, d. h., sie ist an dieser Stelle nicht aus homogenem, festem Material hergestellt, sondern an dieser Stelle wechseln festes Isoliermaterial mit flüssigem Isoliermaterial ab. Zu diesem Zweck ist die dem Strahlungsring 12 benachbarte Isolation von einem oder mehreren im Querschnitt U-förmigen Kappenringen 14 gebildet. Diese greifen mit ihren in der Wicklungsachse verlaufenden Schenkelstücken 15 in Ringnuten 16, die in den Stirnen der äußeren und inneren Isolierzylinder,der Isolierverschalung 13 angebracht sind, ein. Sie bilden mit diesen zusammen ein kammartiges Gebilde, das zwischen den ineinandergreifenden Teilen Kanäle 17 frei läßt. Durch diese kann das Kühlmittel strömen.The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention. The iron core is indicated by i, the one adjacent to the one on the two end faces with radiation rings 2 and 3 provided low-voltage winding 4, which is from an insulating cladding is firmly enclosed on all sides. The high voltage winding consists in the embodiment of several individual layers 6, 7; 8 and g. On the front sides The radiation rings i i and 12 are arranged in this winding. The radiation ring ii consists of solid material in the example shown. However, he can just as well also be made hollow. The insulating cladding 13 of the high voltage winding is on the side of the radiation ring i i, which is at the beginning of the winding, accordingly the highest voltage stresses occurring there. On the On the other hand, the side of the radiation ring 12 is connected to the earth or in the case of a three-phase system is connected to the isolated neutral conductor, the forehead insulation is accordingly dimensioned weaker. The insulation of the high and low voltage windings are in the scattering channel located between the two windings close together, see above that the scattering channel is completely filled with solid insulating material. In the In the vicinity of the radiation ring 12, the insulating cladding is loosened, i.e. h., they is not made of homogeneous, solid material at this point, but on At this point, solid insulating material alternates with liquid insulating material. For this purpose, the insulation adjacent to the radiation ring 12 is from an or a plurality of cap rings 14 with a U-shaped cross section are formed. These work with theirs extending in the winding axis leg pieces 15 in annular grooves 16, which in the Foreheads of the outer and inner insulating cylinders, the insulating cladding 13 attached are a. Together with these they form a comb-like structure that is between the interlocking parts channels 17 leaves free. Through this the coolant can stream.

Die Kühlmittelzuführung zur Hochspannungswicklung geschieht im Ausführungsbeispiel über. den hohl ausgeführten Strahlungsring 12, an den eine weiter nicht gezeichnete Ölzuleitung angeschlossen ist. Der Strahlungsring 12 hat auf seiner der Wicklung zugekehrten Seite am Umfang verteilte Öffnungen 18, die gegebenenfalls auch je nach ihrer Lage zur Einströmstelle des Kühlmittels in den Strahlungsring auch verschieden groß sein können. Durch diese Öffnungen strömt das Kühlmittel in einen oder mehrere Wicklungskühlkanäle ig ein, steigt in diesen unter dem Druck einer an die Kühlmittelzuleitung angeschlossenen Ölumlaufpumpe hoch und fließt, nachdem es auf der dem Strahlungsring i i zugekehrten Wicklungsstirnseite über an der Wicklungsstirn vorgesehene Aussparungen 2o der Wicklungslagen 7 und 8 in die Wicklungskühlkanäle 2i umgeleitet ist, in diesen im Gegenzug zum einströmenden Kühlmittel zum Strahlungsring 12 zurück, wo es durch die Öffnungen 22 der Wicklungslagen 6 und g in die Durchströmkanäle übertritt, die das kammartige Isolationsgebilde an dieser Stelle ergeben, über die es die Wicklung dann schließlich verläßt.The coolant supply to the high-voltage winding takes place in the exemplary embodiment above. the hollow radiation ring 12, to which a further not shown Oil supply line is connected. The radiation ring 12 has on its winding facing side on the circumference distributed openings 18, which may also be depending on their position to the point of inflow of the coolant into the radiation ring also different can be great. The coolant flows through these openings into one or more Winding cooling channels ig, rises in these under the pressure of a to the coolant supply line connected oil circulation pump high and flows after it on the the radiation ring i i facing the winding face via recesses provided on the winding face 2o of the winding layers 7 and 8 is diverted into the winding cooling channels 2i, in these in return for the incoming coolant to the radiation ring 12, where it passes through the openings 22 of the winding layers 6 and g passes into the flow channels, the the comb-like insulation structure at this point, over which it is the winding then finally leaves.

Die Kappenringisolation kann aus mehreren übereinandergelegten Einzelringen oder aus einem einzigen entsprechend stark ausgeführten Kappenring hergestellt sein. Es muß dabei nur dafür Sorge getragen werden, daß die in der Wicklungsachse sich erstreckenden Schenkel mit den entsprechenden und mit ihnen kämmenden Teilen der Isolierzylinder der Wicklungsverschalung 13 einen genügend großen Kriechweg ergeben: Die Aussparung darf jedoch dabei nicht in den feldmäßig hoch beanspruchten Teil des Streukanals reichen.The cap ring isolation can consist of several superimposed single rings or be made from a single, correspondingly strong, cap ring. It only has to be ensured that the winding axis is located extending legs with the corresponding parts of the meshing with them The insulating cylinder of the winding casing 13 results in a sufficiently large creepage distance: However, the recess must not be in the part that is subject to high field loads of the scattering channel are enough.

23 ist ein Druckring der Hochspannungswicklung, der gleich wie der Druckring 24 der Niederspannungswicklung die Wicklung gegen ein Widerlager 25 preßt und so ständig die Wicklung unter Druck hält. Wenn die Hochspannungswicklung während des Betriebes schwindet, kann der Druckring der Wicklung folgen, da die Kappenringisolation infolge ihres kammartigen Ineinandergreifens ein Nachgeben der Isolation gestattet.23 is a compression ring of the high voltage winding which is the same as the Pressure ring 24 of the low-voltage winding presses the winding against an abutment 25 and so keeps the winding under pressure at all times. When the high voltage winding during during operation, the pressure ring can follow the winding, as the cap ring insulation due to their comb-like interlocking, a yielding of the insulation is permitted.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile: Während die Stellei des höchsten Spannungspotentials der Wicklung voll verschalt bleibt, findet an der Stelle des niedrigsten Spannungspotentials gegen Erde und gegen die Nachbarwicklungen, also an den Stellen, die eine Isolationsschwächung vertragen, eine Auflockerung des Isolationsgefüges statt, und zwar so, daß sich beim Pressen und Nachpressen der Wicklung die zylindrischen Teile des Winkelringes oder U-Ringes an den Stirnseiten der Wicklung bequem in die Isolationszylinder im Streukanal teleskopartig verschieben können. Bei allseitig verschalten Wicklungen ist dies nur mit großer Schwierigkeit oder überhaupt nicht möglich. Die aufgelockerte Isolation läßt sich gleichzeitig auch noch dazu benutzen, Kanäle für die Kühlölab-und -zufuhr zu schaffen, so daß wenigstens auf der einen Wicklungsseite die manchmal unerwünschte Kühlölab- oder -zufuhr nicht durch die Wicklungsableitung oder gar gesonderte Rohre geführt werden muß.The invention has the following advantages: While the position of the highest Voltage potential of the winding remains fully wired takes place at the point of the lowest voltage potential to earth and to the neighboring windings, that is a loosening of the insulation structure at the points that can tolerate a weakened insulation instead, in such a way that when pressing and re-pressing the winding, the cylindrical Parts of the angle ring or U-ring on the front sides of the winding conveniently into the Can move the isolation cylinder telescopically in the scattering channel. With all sides connected windings, this is only possible with great difficulty or not at all possible. The loosened insulation can also be used at the same time To create channels for the cooling oil discharge and supply, so that at least one The winding side does not prevent the sometimes undesired cooling oil supply or drainage through the Winding lead or even separate pipes must be performed.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Hochspannungstransformator oder -drossel mit allseitig in festes Isoliermaterial eingepackter, flüssigkeitsgekühlter Wicklung, die unter dem Druck einer Wicklungspresse steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierverschalung auf der Wicklungsseite mit dem niedrigsten Potential gegen Erde und gegen seine Nachbarwicklungen durchbrochen und aufgelockert ist und daß sie an dieser Stelle von z. B. im Querschnitt U-förmigen Kappenringen gebildet ist, deren Flansche mit dem festen Isoliermaterial der Wicklungsisolationsaußen- und -innenzylinder unter Belassung von Kanälen kammartig ineinandergreifen, so daß einerseits das Kühlmittel in die Wicklung eintreten bzw. aus dieser austreten kann und andererseits die Preßvorrichtung dem Schwund der Wicklung entsprechend nachstellbar ist. PATENT CLAIMS: i. High-voltage transformer or choke with a liquid-cooled winding packed on all sides in solid insulating material, which is under the pressure of a winding press, characterized in that the insulating casing on the winding side with the lowest potential to earth and its neighboring windings is broken through and loosened and that it is loosened on this Place of z. B. is formed in cross-section U-shaped cap rings, the flanges of which mesh with the solid insulating material of the winding insulation outer and inner cylinder leaving channels in a comb-like manner, so that on the one hand the coolant can enter or exit the winding and on the other hand the pressing device dem Shrinkage of the winding can be adjusted accordingly. 2. Transformator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenzylinder der Wicklungsisolation auf ihrer, der Kappenisolation zugewendeten Stirnseite mit Ringnuten versehen sind, in die vorspringende Schenkelteile der kappenartig ausgebildeten Wicklungsstirnisolation eingreifen. 2. Transformer according to claim I, characterized in that the inner and outer cylinders of the winding insulation are provided with annular grooves on their end face facing the cap insulation, into the protruding leg parts of the cap-like winding frontal insulation intervention. 3. Transformator nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführung zur Wicklung über den auf der Stirnkappenseite liegenden hohl ausgebildeten Strahlungsring erfolgt, der über wicklungsseitig vorgesehene Öffnungen das Kühlmittel nach einem oder mehreren in der Wicklung vorgesehene Kühlkanäle leitet, in denen es hochsteigt und nach Umlenkung auf der anderen Wicklungsstirnseite, gegebenenfalls innerhalb eines dort vorgesehenen hohlen Strahlungsringes, über in der Wicklung vorhandene weitere konzentrisch zu den ersten Kanälen liegende Kühlkanäle im Gegenzug zurückfließt, bis es über in der Nähe des unteren Strahlungsringes in der Wicklung angebrachte Austrittsöffnungen in die in der Kappenringisolation vorhandenen Kanäle überströmt, aus denen es die Wicklung wieder verläßt. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 589 444, 551 148, 564 817, 714 480, 727 564, 873 279-3. Transformer according to claim I and 2, characterized in that the coolant is supplied to the winding via the hollow radiation ring lying on the end cap side, which guides the coolant through openings provided on the winding side to one or more cooling channels provided in the winding, in which it rises and after deflection on the other end of the winding, if necessary within a hollow radiation ring provided there, in return flows through further cooling channels located concentrically to the first channels in the winding until it flows back into the in the cap ring insulation flows over existing channels, from which it leaves the winding again. Attached publications: German patent specifications No. 589 444, 551 148, 564 8 1 7, 714 480, 727 564, 873 279-
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