EP0075796A1 - Transformator mit in Giessharz eingebetteten Wicklungen - Google Patents

Transformator mit in Giessharz eingebetteten Wicklungen Download PDF

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EP0075796A1
EP0075796A1 EP82108563A EP82108563A EP0075796A1 EP 0075796 A1 EP0075796 A1 EP 0075796A1 EP 82108563 A EP82108563 A EP 82108563A EP 82108563 A EP82108563 A EP 82108563A EP 0075796 A1 EP0075796 A1 EP 0075796A1
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winding
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cooling channels
insulating gas
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Transformatoren Union AG
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    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H01F2027/328—Dry-type transformer with encapsulated foil winding, e.g. windings coaxially arranged on core legs with spacers for cooling and with three phases

Definitions

  • the invention relates to transformers with an iron core and with high-voltage and low-voltage windings completely embedded in casting resin and with cooling channels arranged in the casting resin that holds and insulates the casting resin.
  • electrically conductive water serves as the coolant.
  • This electrically conductive water advantageously serves at the same time as electrical shielding, but limits the use of the known arrangement to transformers with relatively low nominal voltages, because the use in transformers for higher nominal voltages requires uneconomically large wall thicknesses for the cast resin bodies. Due to the large wall thicknesses, the cast resin bodies are also relatively susceptible to cracking and also act undesirably as thermal insulators.
  • a cast resin transformer in which all windings of a three-phase system are enclosed in a cast resin block, which on the one hand has openings for receiving the core legs of an iron core and, in addition, a recess for receiving one in front of the end faces of the windings has lower and upper yokes.
  • the troughs receiving the yokes are sealed off from the outside by caps.
  • the invention is based on the object of providing an arrangement for cast-resin-insulated transformers which, on the one hand, enables effective construction to provide a compact structure for larger power ratings and, moreover, also allows use at higher characteristic voltages.
  • this object is achieved for a transformer of the type mentioned at the outset in that, in addition to and separately from the cooling ducts, at least in the main scattering duct, further ducts enclosed by the casting resin are provided, and in that these additional ducts are filled with an insulating gas.
  • An advantageous embodiment of the invention is that the high-voltage winding penetrated inside the cooling channels is surrounded on all sides by channels filled with insulating gas, and that the undervoltage winding lying radially between the high-voltage winding and the iron core is only on its outer jacket and its end faces by channels filled with insulating gas is included and that only cooling channels are provided within a cast resin body common to the undervoltage winding and each iron core, and in addition that the connecting conductors of the high-voltage winding are essentially insulated by insulating gas.
  • the high-voltage winding expediently consists of coils spatially arranged axially one above the other, electrically connected in series and wound from coil-wide sheet metal strip, and the undervoltage winding is represented by a spirally wound sheet-metal strip, the width of which is equal to the axial coil length.
  • a coolant flowing through the cooling channels is electrically insulating and versa in the cooling channels and that SF 6, which is under pressure, serves as insulating gas in the additional channels.
  • the cooling channels and the additional channels are each connected to an independent channel system, the internal pressure of which can be set on a heat exchanger and / or reserve tank assigned to the respective channel system, the internal pressure in the cooling channels always being independent of the operating state between the ambient pressure of the transformer and the pressure lies in the additional channels.
  • the surrounding walls are reinforced with glass fibers.
  • the cast resin bodies containing the high-voltage and low-voltage windings are resiliently clamped in relation to the iron core and thereby serve as insulation walls for noise emitted by the iron core.
  • transformers according to the invention is very advantageous because, by reducing the amount of cast resin required and the absolute winding dimensions, it extends the field of application of cast-resin-insulated transformers in the direction of larger rated powers and also enables them to be used at higher than previously controllable rated voltages.
  • the actual undervoltage winding 2 consists of sheet metal strip, the width of which is equal to the winding length and, after winding, is cast into a body 4 made of casting resin. 2 cooling channels 5 are provided in and around the undervoltage winding.
  • a high-voltage winding which in turn comprises undervoltage winding 2, is constructed from a large number of coils 6 arranged axially one above the other.
  • the individual coils 6 are wound from coil-wide sheet metal strip and electrically connected in series.
  • the coils 6 are mechanically connected to one another by a body 7 made of cast resin.
  • the body 7 and the coils 6 together form a grid of radial cooling channels 8 and axial cooling channels 9.
  • the annular end faces of the body 7 comprising the coils 6 are gas-tightly covered by locking rings 10, 10 sealing rings 12 being clamped between the body 7 and the locking rings.
  • the cavity of the locking rings 10 is connected via channels 11 to the grid from the cooling channels 8 and 9 and at the same time serves as a collecting chamber for the supply and discharge of the coolant into the high-voltage winding.
  • the iron core from the core legs 1 and the yokes 3 as well as the undervoltage winding 2 in the body 4 and the upper voltage winding in the body 7 constructed from the coils 6 are encapsulated to the outside by a jacket 14 and a cover 13.
  • the jacket 14 forms with the outer jacket of the body 7 and the cover 13 with the locking rings 10 channels 15 through which, not shown, preferably to the existing casting resin body-shaped, spacers are kept open.
  • support walls 17 are provided for clamping the undervoltage winding 2.
  • channel extensions 16 are located between them and the outer wall of the associated cover, which are directly connected to the channels 15.
  • the support walls 17 form chambers 18 in front of the end faces of the undervoltage winding 2.
  • the chambers 18 are connected to the cooling channels 5 in the undervoltage winding 2 and open in the direction of the core legs 1 and the yokes 3 and serve as coolant collecting containers for the discharge and supply p coolant to Unters annungswicklung 2 and the iron core.
  • the iron core from the core legs 1 and the yokes 3 is resiliently clamped between the covers 13 and is thus decoupled from the windings in terms of vibration technology.
  • the chambers in the closure rings 10 and the chambers 18 are connected in a manner not shown with a compensating vessel and with a recooling device for the coolant flowing through the cooling channels 5, 8 and 9.
  • a non-flammable liquid is expediently used as the coolant, the boiling temperature of which, at the operating pressure provided in the channels, is close to the operating temperature of the undervoltage winding 2 and the high-voltage winding.

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Abstract

Zur guten Ausnutzung des für die Wicklungen eingesetzten Leiter- und Isolierwerkstoffs sind in dem die Wicklungen (2,6) haltenden und isolierenden Gießharz Kühlkanäle (5,8,9) angeordnet. Zur Weiteren Verbesserung eines kompakten Aufbaus und zur Steigerung der zulässigen Nennspannung sind erfindungsgemäß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen (5,8,9) weitere vom Gießharz umschlossene Kanäle (15,16) vorgesehen, die mit einem Isoliergas gefüllt sind. Durch den Aufbau von Transformatoren mit in Gießharz eingebetteten Wicklungen mit den beiden erfindungsgemäß voneinander getrennten Kanalsystemen ist bei Einhaltung der zulässigen Transportabmessungen für Transformatoren, sowohl eine Steigerung der größtmöglichen Nennleistung als auch eine Erhöhung der Nennoberspannung möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft Transformatoren mit Eisenkern und mit vollständig in Gießharz eingebetteten Oberspannungs-und Unterspannungswicklungen und mit in dem die Wicklungen haltenden und isolierenden Gießharz angeordneten Kühlkanälen.
  • In einer derartigen durch die DE-PS 20 32 507 bekannten Anordnung dient als Kühlmittel elektrisch leitfähiges Wasser. Dies elektrisch leitfähige Wasser dient zwar vorteilhafterweise gleichzeitig als elektrische Abschirmung, beschränkt jedoch die Anwendung-der bekannten Anordnung auf Transformatoren mit verhältnismäßig niedrigen Nennspannungen, denn der Einsatz in Transformatoren für höhere Nennspannung erfordert unwirtschaftlich große Wanddicken für die Gießharzkörper. Durch große Wanddicken werden darüber hinaus die Gießharzkörper verhältnismäßig rißanfällig und wirken darüber hinaus in unerwünschter Weise als thermische Isolatoren.
  • Durch die DE-OS 28 26 299 ist ein Gießharztransformator bekannt, bei dem alle Wicklungen eines Drehstromsystems in einen Gießharzblock eingeschlossen sind, der einerseit: Durchbrüche zur Aufnahme der Kernschenkel eines Eisenkernsaufweist und darüber hinaus vor den Stirnseiten der Wicklungen je eine.Mulde zur Aufnahme eines unteren und oberen Joches hat. Die die Joche aufnehmenden Mulden sind bei dieser Anordnung durch Kappen wasserdicht nach außen hin abgeschlossen. In Folge der fehlenden Kühlung innerhalb der Wicklungen und des Kernes ist der Einsatz derartig gestalteter Transformatoren auf verhältnismäßig kleine Nennleistungen bschränkt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für gießharzisolierte Transformatoren eine Anordnung zu schaffen, die einerseits durch Einsatz einer wirksamen Kühlung einen kompakten Aufbau auch für größere Ivennleistungen und darüber hinaus auch den Einsatz bei höheren Kennspannungen ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für einen Transformator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen mindestens im Hauptstreukanal weitere vom Gießharz umschlossene-Kanäle vorgesehen sind und daß diese zusätzlichen Kanäle mit einem Isoliergas gefüllt sind.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die im Inneren von Kühlkanälen durchsetzte Oberspannungswicklung allseitig von mit Isoliergas gefüllten Kanälen umgeben ist, daß die räumlich radial zwischen der Oberspannungswicklung und dem Eisenkern liegende Unterspannungswicklung nur auf ihrem äußeren Mantel und ihren Stirnseiten von mit Isoliergas gefüllten Kanälen umfaßt ist und daß innerhalb eines für die Unterspannungswicklung und jeden Eisenkern gemeinsamen Gießharzkörpers lediglich Kühlkanäle vorgesehen sind und daß darüber hinaus die Anschlußleiter der Oberspannungswicklung im wesentlichen durch Isoliergas isoliert sind.
  • In dieser Anordnung besteht zweckmäßigerweise die Oberspannungswicklung aus räumlich axial übereinander angeordneten, elektrisch in.Reihe geschalteten und aus spulenbreitem Blechband gewickelten Spulen und ist die Unterspannungswicklung von einem spiralig aufgewickelten Blechband dargestellt, dessen Breite gleich der axialen Spulenlänge ist.
  • Zweckmäßige Weiterbildungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß ein die Kühlkanäle durchströmendes Kühlmittel elektrisch isolierend ist und in den Kuhlkanälen versa und daß als Isoliergas in den zusätzlichen Kanälen unter Überdruck stehendes SF6 dient.
  • Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle und die zusätzlichen Kanäle zu je einem selbständigen Kanalsystem verbunden, dessen Innendruck an je einem dem jeweiligen Kanalsystem zugeordneten Wärmetauscher und/oder Reservebehälter einstellbar ist, wobei der Innendruck in den Kühlkanälen unabhängig vom Betriebszustand immer zwischen dem Umgebungsdruck des Transformators und dem Druck in den zusätzlichen Kanälen liegt.
  • Zur sicheren Beherrschung auch höhere Drücke in den zusätzlichen Kanälen sind deren Umfassungswände mit Glasfasern verstärkt.
  • Zur Verminderung der Geräuschabstrahlung der erfindungsgemäß ausgeführten Transformatoren sind die die Oberspannungs- und die Unterspannungswicklungen enthaltenden Gießharzkörper gegenüber dem Eisen-kern federnd eingespannt und dienen dadurch als Dämmwände für vom Eisenkern ausgestrahlte Geräusche.
  • Der erfindungsgemäße Aufbau von Transformatoren ist sehr vorteilhaft, weil er durch Verringerung der erforderlichen Gießharzmenge und der absoluten Wicklungsabmessungen den Anwendungsbereich von gießharzisolierten Transformatoren in Richtung auf größere Nennleistungen erweitert und darüberhinaus auch deren Einsatz bei höheren als bisher beherrschbaren Nennspannungen ermöglicht.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:
    • Ein Kernschenkel 1 wird von einer Unterspannungswicklung 2 umfaßt. Der Kernschenkel 1 ist in bekannter Weise aus Blechlamellen geschichtet und in nicht näher dargestellter Art und Weise über Joche 3 mit weiteren Kernschenkeln 1 eines Drehstromtransformators verbunden.
  • Die eigentliche Unterspannungswicklung 2 besteht aus Blechband, dessen Breite gleich der Wicklungslänge ist und ist nach dem Wickeln in einen Körper 4 aus Gießharz eingegossen. Dabei sind in und um die Unterspannungswicklung 2 Kühlkanäle 5 vorgesehen.
  • Eine ihrerseits wieder die Unterspannungswicklung-2 umfassende Oberspannungswicklung ist aus einer Vielzahl von axial übereinander angeordneten Spulen 6 aufgebaut. Die einzelnen Spulen 6 sind aus spulenbreitem Blechband gewickelt und elektrisch in Reihe geschaltet. Die Spulen 6 sind durch einen Körper 7 aus Gießharz mechanisch miteinander verbunden. Der Körper 7 und die Spulen 6 bildengemeinsam ein Gitter aus radialen Kühlkanälen 8 und axialen Kühlkanälen 9.
  • Die kreisringförmigen Stirnflächen des die Spulen 6 umfassenden Körpers 7 sind durch Verschlußringe 10 gasdicht abgedeckt, wobei zwischen dem Körper 7 und den Verschlußringen 10 Dichtringe 12 eingespannt sind. Der Hohlraum der Verschlußringe 10 steht über Kanäle 11 mit dem Gitter aus den Kühlkanälen 8 und 9 in Verbindung und dient gleichzeitig als Sammelkammer bei der Zu- und Ableitung des Kühlmittels in die Oberspannungswicklung.
  • Der Eisenkern aus den Kernschenkeln 1 und den Jochen 3 sowie die Unterspannungswicklung 2 in dem Körper 4 und die aus den Spulen 6 aufgebaute Oberspannupgswicklung im Körper 7 sind durch einen Mantel 14 und durch Deckel 13 nach außen hin abgekapselt. Dabei bildet der Mantel 14 mit dem äußeren Mantel des Körpers 7 sowie die Deckel 13 mit den Verschlußringen 10 Kanäle 15, die durch nicht dargestellte, vorzugsweise an die vorhandenen Gießharzkörper angeformte, Distanzstücke offengehalten werden.
  • Auf der Innenseite der Deckel 13 sind Stützwände 17 zum Einspannen der Unterspannungswicklung 2 vorgesehen. Durch entsprechende Gestaltung der Stützwände 17 befinden sich zwischen diesen und der Außenwand des jeweils zugehörigen Deckels 13 Kanalfortsätze 16, die mit den Kanälen 15 direkt verbunden sind.
  • Die Stützwände 17 bilden Kammern 18 vor den Stirnseiten der Unterspannungswicklung 2. Die Kammern 18 sind-mit den Kühlkanälen 5 in der Unterspannungswicklung 2 verbunden und in Richtung auf die Kernschenkel 1 und die Joche 3 hin offen und dienen als Kühlmittelsammelbehälter für die Ab- und Zufuhr von Kühlmittel zur Unterspannungswicklung 2 und dem Eisenkern.
  • Die Berührungsflächen zwischen den Deckeln 13 und dem Mantel 14 sowie zwischen den Stützwänden 17 und dem die Unterspannungswicklüng 2 tragenden Körper 4 liegen nicht unittelbar aufeinander, sondern pressen Dichtringe 12, durch die die Spalte zwischen diesen Bauteilen gasdicht verschlossen sind. Dadurch ist es möglich die Kanäle 15 und die Kanalfortsätze 16 mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas, beispielsweise SF6, zu füllen, so daß auch hohe elektrische Nennspannungen an der Oberspannungswicklung sicher beherrscht sind.
  • Der Eisenkern aus den Kernschenkeln 1 und den Jochen 3 ist federnd zwischen den Deckeln 13 eingespannt und dadurch schwingungstechnisch von den Wicklungen entkoppelt. -
  • Die Kammern in den Verschlußringen 10 und die Kammern 18 sind in nicht dargestellter Weise mit einem Ausgleichsgefäß und mit einer Rückkühleinrichtung für das die Kühlkanäle 5, 8 und 9 durchströmende Kühlmittel verbunden. Als Kühlmittel dient dabei zweckmäßigerweise eine nicht brennbare Flüssigkeit, deren Siedetemperatur bei dem in den Kanälen vorgesehenen Betriebsdruck in der Nähe der Betriebstemperatur der Unterspannungswicklung 2 und der Oberspannungswicklung liegt.
  • Durch entsprechende Gestaltung und Bemessung der Körper 4 und 7 aus Gießharz sowie der mit Isoliergas gefüllten Kanäle 15 besteht die Möglichkeit, den Mantel 14 und die Deckel 13 zumindest teilweise aus elektrisch leitendem, metallischen Werkstoff herzustellen.

Claims (10)

1. Transformator mit Eisenkern und vollständig in Gießharz eingebetteten Oberspannungs- und Unterspannungswicklungen und mit in dem die Wicklungen haltenden und isolierenden Gießharz angeordneten Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen (5, 8 und 9) mindestens im Hauptstreukanal weitere vom Gießharz umschlossene Kanäle (15, 16) vorgesehen sind und daß diese zusätzlichen Kanäle (15, 16) mit einem Isoliergas gefüllt sind.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die im Inneren von Kühlkanälen (8, 9) durchsetzte Oberspannungswicklung allseitig von mit Isoliergas gefüllten Kanälen (15) umgeben ist, daß die räumlich radial zwischen der Oberspannungswicklung und dem Kernschenkel (1) liegende Unterspannungswicklung (2) nur auf ihrem äußeren Mantel und ihren Stirnseiten von mit Isoliergas gefüllten Kanälen (15, 16) umfaßt ist, daß innerhalb eines für die Unterspannungswicklung (2) und den Eisenkern (1, 3) gemeinsamen Gießharzkörpers (4) lediglich Kühlkanäle (5) vorgesehen sind und daß die Anschlußleiter der Oberspannu-ngswicklung im wesentlichen durch Isoliergas isoliert sind.
3. Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberspannungswicklung aus räumlich axial übereinander angeordneten elektrisch in Reihe geschalteten und aus spulenbreitem Blechband gewickelten Spulen (6) besteht und daß die Unterspannungswicklung (2) von einem spiralig aufgewickelten Blechband dargestellt ist, dessen Breite gleich der axialen Spulenlänge ist.
4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kühlkanäle (5, 8, 9) durchströmendes Kühlmittel elektrisch isolie- . rend ist.
5. Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel in den Kühlkanälen (5, 8, 9) verdampft.
6. Transformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Isoliergas-in den zusätzlichen Kanälen (15, 16) unter Überdruck stehendes SF6 dient.
7. Transformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlkanäle (5, 8, 9) und die zusätzlichen Kanäle (15, 16) zu je einem selbständigen Kanalsystem verbunden sind, dessen Innendruck an je einem dem jeweiligen Kanalsystem zugeordneten Wärmetauscher und/oder Reservebehälter einstellbar ist.
8. Transformator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ggekennzeichnet , daß der Innendruck in den Kühlkanälen (5, 8, 9) unabhängig vom Betriebszustand immer zwischen dem Umgebungsdruck des Transformators und dem Druck in den zusätzlichen Kanälen (15, 16) liegt.
9. Transformator nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Umfassungswände der mit Isoliergas gefüllten zusätzlichen Kanäle (15, 16) mit Glasfasern verstärkt sind.
10. Transformator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die die Oberspannungs-und die Unterspannungswicklung (2) enthaltenden Gießharzkörper (4, 7) gegenüber dem Eisenkern (1, 3) federnd eingespannt sind und als Dämmwände für vom Eisenkern (1, 3) ausgestrahlte Geräusche dienen.
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