EP1133779B1 - Transformator - insbesondere giessharztransformator - Google Patents

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EP1133779B1 EP99962087A EP99962087A EP1133779B1 EP 1133779 B1 EP1133779 B1 EP 1133779B1 EP 99962087 A EP99962087 A EP 99962087A EP 99962087 A EP99962087 A EP 99962087A EP 1133779 B1 EP1133779 B1 EP 1133779B1
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coil
coils
plastic film
transformer
voltage winding
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
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    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323—Insulation between winding turns, between winding layers

Definitions

  • the invention relates to a transformer, in particular Cast resin transformer, with air cooling and with a high-voltage winding from a variety of electric in series switched, spatially superimposed coils with Plastic film as a winding isolation.
  • Air-cooled transformers have been spreading recently used because they are an excellent active and passive Behavior in case of fire. That's especially true on transformers whose windings are cast in resin blocks are included, due to their high filler content practically not flammable.
  • the air cooling has relatively high temperatures both in the individual turns as well as in the winding overall result, because the plastic films and the casting resin have a relatively low thermal conductivity.
  • it is also the heat transfer of casting resin and the coolant Air orders of magnitude lower than that of a coolant.
  • Another disadvantage is given by the fact that even within the winding itself a relatively large Temperature gradient occurs, especially the temperature in the upper range of the winding is significantly higher than in the lower area. As a result, for mutual isolation the turns in the coils of the winding very high quality and accordingly used expensive plastic films become.
  • the invention is therefore based on the object, the effort for winding insulation, especially in the high-voltage winding from air-cooled transformers.
  • This object is achieved in that tuned on the respective thermal load of the uppermost and the lowermost spool in operation, the plastic film within the uppermost coil is thermally stronger than the plastic film in the lowest coil.
  • the thermal strength of the plastic film decreases within the high voltage winding from the lowest to stepped to the top coil too.
  • plastic films of different thermal strength made of different materials and have the same dimensions on.
  • those of the uppermost Coil adjacent coils plastic films with the same thermal strengths like the top coil on and the the lowest coil adjacent coils have plastic films with the same thermal strengths as the lowest Coil on.
  • Preferred dimensions are those in the middle region of the high-voltage winding arranged coils each with a plastic film insulated, whose thermal resistance between those the plastic films in the upper and in the lower part of the High voltage winding lie.
  • At least one of the plastic films used two layers.
  • executed dry-type transformers are very advantageous, because they are closer to actually be considered thermal loads are adaptable, so that an oversizing thermal resistance is avoidable, without special manufacturing facilities, such as new molds are required.
  • a three-legged iron core wears on each of its core thighs 1 a winding set of one low-voltage winding 2 and a high voltage winding 3.
  • the core legs 1 are through a lower yoke 4 and an upper yoke. 5 connected with each other.
  • the core thighs 1 are just like the Joches 4 and 5 made of approx. 0.35 mm thick transformer plate lamellae layered.
  • the core legs 1 are made of bandages. 6 compressed. In this case, the bandages 6 include simultaneously Glasdeckplatten 7 of which one each at the front and rear each of the core legs 1 is applied.
  • the Switzerlanddeckplatten 7 serve the inclusion of thigh-parallel tensile forces and are hung in side member 8, of which two each the upper or the lower yoke 5 and 4 by bolts 11 transversely to the Compress layer planes.
  • the lower side members 8 resting on cross members 9 of a chassis with rollers 10.
  • the cast in casting resin undervoltage windings 2 and High-voltage windings 3 are based on blocks 12 with a elastic support on the side rails 8 from. By the elastic pad are the iron core and the windings decoupled from each other by vibration mechanics.
  • the high voltage windings 3 are electrically connected via couplings 13 in the triangle interconnected and via terminal lugs 14 to a medium voltage network connected.
  • the high-voltage winding 3 is composed of coils 16, the coil-wide metal strip 17 (FIG 2), for example made of aluminum, being wound, being used for electrical Insulation between superposed turns at least a plastic film 18 is located.
  • the plastic film 18 on the one hand, for economic reasons, is as thin as possible, but on the other hand, a secure Windungsisol ist guarantee.
  • the transformer In operation, the transformer is characterized by the occurring in it Losses heated up, which are converted into heat. This heat is dissipated to the outside and in from the air the environment. The heated air rises above and below, cooler air flows, so that a at the transformer from bottom to top moving cooling air flow forms. As a result, the bottom of the high-voltage winding 3 lying coils 16 of cool air and the above in the high-voltage winding 3 lying coils 16 of cooled already heated air, so that the overhead Coils 16 reach a higher end temperature for their thermal resistance must be designed. The thermal strength of the metal strip 17 is doing in nominal operation far from achieved. In contrast, the aforementioned final temperature in the field of thermal resistance of the plastic film 18, to which high demands are made which often only meet special and expensive films.
  • the thermal load of the lowest and determined top coil and for the top and her after below coil 16 a plastic film 18 with a oriented high thermal strength used As tests have shown, the temperature rises in the high-voltage winding 3 starting from the lowest coil 16 linear to the top coil 16 at. So far in all Coils 16 a winding, the same plastic film 18 used was, this was in the majority of the high-voltage winding 3 oversized. According to the invention will now proposed, for the lower coil 16 a plastic film Use 18 with a lower thermal resistance than in the upper coils 16. With regard to the temperature distribution For example, it is sufficient for the coils 16 in the lower half of the high-voltage winding 3, when the thermal Strength for the mean of each for the lowest and temperature determined for the uppermost coil becomes.
  • Plastic films 18 have regardless of their thermal Strength the same dimensions. To avoid Confusions of plastic films 18, these are by a Identification thread or a label is marked. Besides, it is appropriate. Coils 16 with the same plastic films, respectively pour into the same casting resin block. In each case the highest expected for a coil 16 in a Giessharzblock End temperature determined and accordingly a Plastic film 18 with the required thermal resistance used. As a result, especially with large air-cooled Transformers with distribution of high-voltage winding 3 in three or more cast resin blocks considerable economic Benefits achieved.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen mit Kunststofffolie als windungsisolierung.
Luftgekühlte Transformatoren werden in letzter Zeit verbreitet eingesetzt, weil sie ein hervorragendes aktives und passives Verhalten im Brandfall aufweisen. Das trifft vor allem auf Transformatoren zu, deren Wicklungen in Giess-harzblöcke eingeschlossen sind, die infolge ihres hohen Füllstoffanteils praktisch nicht brennbar sind.
Die Luftkühlung hat aber relativ hohe Temperaturen sowohl in den einzelnen Windungen als auch in der Wicklung insgesamt zur Folge, denn die Kunststofffolien und das Giessharz haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist auch die wärmeübertragung von Giessharz und des Kühlmittels Luft um Größenordnungen niedriger als die von einer Kühlflüssigkeit. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß auch innerhalb der Wicklung selbst ein verhältnismäßig großes Temperaturgefälle auftritt, wobei vor allem die Temperatur im oberen Bereich der Wicklung deutlich höher ist als in deren unterem Bereich. Infolgedessen müssen zur gegenseitigen Isolierung der Windungen in den Spulen der Wicklung sehr hochwertige und dementsprechend teuere Kunststofffolien eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Windungsisolierung, insbesondere in der Oberspannungswicklung von luftgekühlten Transformatoren, zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der obersten und der untersten Spule im Betrieb die Kunststofffolie innerhalb der obersten Spule thermisch fester ist als die Kunststofffolie in der untersten Spule.
Vorzugsweise nimmt die thermische Festigkeit der Kunststoffolie innerhalb der Oberspannungswicklung von der untersten bis zur obersten Spule gestuft zu.
Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindungen bestehen die Kunststofffolien unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen und weisen die gleichen Abmessungen auf.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die der obersten Spule benachbarten Spulen Kunststofffolien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule auf und die der untersten Spule benachbarten Spulen weisen Kunststofffolien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule auf.
Bevorzugtermaßen sind die im mittleren Bereich der Oberspannungswicklung angeordneten Spulen jeweils mit einer Kunststofffolie isoliert, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststofffolien im oberen und im unteren Teil der Oberspannungswicklung liegen.
Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Spulen mit Kunststofffolie gleicher thermischer Festigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen.
Vorzugsweise ist mindestens eine der eingesetzten Kunststofffolien zweischichtig.
Erfindungsgemäß ausgeführte Trockentransformatoren sind sehr vorteilhaft, weil sie genauer an tatsächlich zu berücksichtigende thermische Belastungen anpaßbar sind, so daß eine Überdimensionierung der thermischen Festigkeit vermeidbar ist, ohne daß besondere Fertigungseinrichtungen, wie beispielsweise neue Giessformen, erforderlich sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
FIG 1
einen Trockentransformator mit in Giessharz eingegossener Wicklung in perspektivischer Darstellung und einem aufgeschnittenen Wicklungssatz und
FIG 2
eine Einzelheit bei X in sehr stark vergrößertem Maßstab.
Ein dreischenkliger Eisenkern trägt auf jedem seiner Kernschenkel 1 einen Wicklungssatz aus je einer Unterspannungswicklung 2 und einer Oberspannungswicklung 3. Die Kernschenkel 1 sind durch ein unteres Joch 4 sowie ein oberes Joch 5 miteinander verbunden. Die Kernschenkel 1 sind ebenso wie die Joche 4 und 5 aus ca. 0,35 mm dicken Transformatorblechlamellen geschichtet. Die Kernschenkel 1 werden von Bandagen 6 zusammengepreßt. Dabei umfassen die Bandagen 6 gleichzeitig Zugdeckplatten 7 von denen je eine jeweils vorn und hinten an jedem der Kernschenkel 1 anliegt. Die Zugdeckplatten 7 dienen der Aufnahme von schenkelachsparallelen Zugkräften und sind in Längsträger 8 eingehängt, von denen je zwei das obere bzw. das untere Joch 5 bzw. 4 durch Schraubenbolzen 11 quer zu deren Schichtebenen zusammenpressen. Die unteren Längsträger 8 ruhen auf Querträgern 9 eines Fahrgestells mit Rollen 10.
Die in Giessharz eingegossenen Unterspannungswicklungen 2 und Oberspannungswicklungen 3 stützen sich über Klötze 12 mit einer elastischen Auflage an den Längsträgern 8 ab. Durch die elastische Auflage sind der Eisenkern und die Wicklungen schwingungsmechanisch voneinander entkoppelt. Die Oberspannungswicklungen 3 sind über Kupplungen 13 elektrisch im Dreieck zusammengeschaltet und über Anschlußfahnen 14 an ein Mittelspannungsnetz anschließbar. In jedem der Wicklungssätze wird zwischen der Unterspannungswicklung 2 und der jeweils konzentrisch hierzu angeordneten zugeordneten Oberspannungswicklung 3 ein Hauptstreukanal gebildet, in dem ein Isolierstoffzylinder 15 angeordnet ist.
Die Oberspannungswicklung 3 ist aus Spulen 16 zusammengesetzt, die aus spulenbreitem Metallband 17 (FIG 2), beispielsweise aus Aluminium, gewickelt ist, wobei zur elektrischen Isolierung zwischen aufeinanderliegenden Windungen mindestens eine Kunststofffolie 18 liegt. Die Kunststofffolie 18 ist einerseits aus wirtschaftlichen Gründen so dünn wie möglich, muß aber andererseits eine sichere Windungsisolierung gewährleisten.
Im Betrieb wird der Transformator durch die in ihm auftretenden Verluste aufgeheizt, die in Wärme umgewandelt werden. Diese Wärme wird nach außen abgeleitet und von der Luft in der Umgebung aufgenommen. Die so erwärmte Luft steigt nach oben und von unten strömt kühlere Luft nach, so daß sich ein am Transformator von unten nach oben bewegender Kühlluftstrom bildet. Demzufolge werden die unten in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von kühler Luft und die oben in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von bereits aufgeheizter Luft gekühlt, so daß die oben liegenden Spulen 16 eine höhere Endtemperatur erreichen, für die ihre thermische Festigkeit ausgelegt sein muß. Die thermische Festigkeit des Metallbandes 17 wird dabei im Nennbetrieb bei weitem nicht erreicht. Dagegen liegt die vorgenannte Endtemperatur im Bereich der thermischen Festigkeit der Kunststofffolie 18, an die deshalb hohe Anforderungen gestellt sind, die häufig nur besondere und teuere Folien erfüllen.
Gemäß der Erfindung wird nun beispielsweise durch Versuch oder Rechnung die thermische Belastung der untersten und obersten Spule ermittelt und für die oberste und die ihr nach unten folgenden Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer darauf ausgerichteten hohen thermischen Festigkeit eingesetzt. Wie Versuche gezeigt haben, steigt die Temperatur in der Oberspannungswicklung 3 ausgehend von der untersten Spule 16 linear bis zur obersten Spule 16 an. Da bisher in allen Spulen 16 einer Wicklung die gleiche Kunststofffolie 18 eingesetzt wurde, war diese im größten Teil der Oberspannungswicklung 3 überdimensioniert. Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, für die unteren Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer geringeren thermischen Festigkeit einzusetzen als in den oberen Spulen 16. Im Hinblick auf die Temperaturverteilung genügt es beispielsweise für die Spulen 16 in der unteren Hälfte der Oberspannungswicklung 3, wenn die thermische Festigkeit für den Mittelwert der jeweils für die unterste und für die oberste Spule ermittelten Temperatur ausgelegt wird.
Innerhalb ein und derselben Oberspannungswicklung 3 eingesetzte Kunststofffolien 18 haben unabhängig von ihrer thermischen Festigkeit die gleichen Abmessungen. Zur Vermeidung von Verwechslungen von Kunststofffolien 18 sind diese durch einen Kennfaden oder ein Kennband gekennzeichnet. Außerdem ist es zweckmäßig. Spulen 16 mit gleichen Kunststofffolien jeweils in denselben Giessharzblock einzugießen. Dabei wird jeweils die höchste für eine Spule 16 in einem Giessharzblock zu erwartende Endtemperatur ermittelt und dementsprechend eine Kunststofffolie 18 mit der erforderlichen thermischen Festigkeit eingesetzt. Dadurch werden vor allem bei großen luftgekühlten Transformatoren bei Aufteilung der Oberspannungswicklung 3 in drei oder mehr Giessharzblöcke erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielt.

Claims (7)

  1. Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) als Windungsisolierung,
    dadurch gekennzeichnet, daß abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der obersten und der untersten Spule (16) im Betrieb die Kunststofffolie (18) innerhalb der obersten Spule (16) thermisch fester ist als die Kunststofffolie (18) in der untersten Spule (16).
  2. Tansformator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Festigkeit der Kunststofffolie (18) innerhalb der Oberspannungswicklung (3) von der untersten bis zur obersten Spule (16) gestuft zunimmt.
  3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststofffolien (18) unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und die gleichen Abmessungen aufweisen.
  4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die der obersten Spule (19) benachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule (19) aufweisen und daß die der untersten Spule (19) benachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule (19) aufweisen.
  5. Transformator nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die im mittleren Bereich der Oberspannungswicklung (3) angeordneten Spulen (16) jeweils mit einer Kunststofffolie (18) isoliert sind, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunststofffolien (18) im oberen und im unteren Teil der Oberspannungswicklung liegen.
  6. Transformator nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) gleicher thermischer Festsigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen sind.
  7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kunststofffolien (18) zweischichtig ist.
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