EP1282142A2 - Elektrische Wicklungsanordnung - Google Patents

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EP1282142A2
EP1282142A2 EP02090275A EP02090275A EP1282142A2 EP 1282142 A2 EP1282142 A2 EP 1282142A2 EP 02090275 A EP02090275 A EP 02090275A EP 02090275 A EP02090275 A EP 02090275A EP 1282142 A2 EP1282142 A2 EP 1282142A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
cooling
subassemblies
cooling element
electrical
Prior art date
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Granted
Application number
EP02090275A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1282142A3 (de
EP1282142B1 (de
Inventor
Friedrich Alber
Fritz Sorg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1282142A2 publication Critical patent/EP1282142A2/de
Publication of EP1282142A3 publication Critical patent/EP1282142A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1282142B1 publication Critical patent/EP1282142B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air

Definitions

  • the invention relates to an electrical winding arrangement with at least two juxtaposed winding subassemblies.
  • Such a winding arrangement is known from the German Patent DE 199 12 280 C1.
  • the winding arrangement three standing and arranged side by side winding subassemblies having.
  • Each of the winding subassemblies is for provided a phase of the electric transformer and has a high voltage winding and a low voltage winding on.
  • Each undervoltage winding is coaxial in the associated one High-voltage winding arranged and thereby of this surrounded.
  • Between the upper and lower voltage winding is a space left to flow through with cooling air, which forms an annular channel.
  • Each of the winding subassemblies each surrounds a core leg of a closed transformer core.
  • the object of the invention is an electrical winding arrangement of the type mentioned above, for a comparatively high rated power is designed.
  • the object is in an electrical winding arrangement of the type mentioned in the present invention achieved by that between the winding sub-assemblies, a cooling element is arranged.
  • the winding subassemblies give Heat directly to the surrounding air and by heat radiation to other surrounding parts, such as the Core or each other winding sub-assemblies.
  • the locations of a winding subassembly are heated more strongly, close to another winding subassembly lie.
  • the stronger warming is due to that the winding subassemblies there due to their Close stronger each other by the each of them Heat radiation heat and the winding sub-assemblies There are worse cool, because there between them only a small distance exists, so that the more heated Jobs for a cooling medium are less accessible.
  • cooling element acts as a between the winding arrangements lying screen for the heat radiation.
  • the cooling element is otherwise of the one Winding arrangement to the other emitted heat radiation largely recorded and therefore does not come from the one to the other winding arrangement.
  • the cooling element is characterized though warmed up; from the surface of the cooling element is the Heat but delivered directly to the surrounding cooling air, whereby the cooling element is cooled.
  • the mutual warming the winding sub-assemblies is thus reduced and a heat accumulation largely between the winding sub-assemblies avoided.
  • the Temperature distribution during operation within each of the winding subassemblies evened and the winding subassemblies are better cooled.
  • the electrical Winding arrangement with a higher electrical Rated power operable as the electrical winding assembly According to the state of the art.
  • the inventive Winding arrangement with the same electrical Rated power to be operated although the requirements to the thermal resistance of the winding subassemblies used insulating material be lower can as in the prior art, so that the electric Winding arrangement with the same electrical rated power is cheaper.
  • the cooling element may be in contact with the two winding subassemblies be arranged between them.
  • the winding subassemblies leaving a Gaps arranged side by side and the cooling element is as Cooling plate formed, which divides the gap into two Splits.
  • This is the area between the two winding subassemblies for cooling the same from a cooling fluid, For example, cooling air, can flow.
  • a cooling fluid For example, cooling air
  • the cooling fluid become the winding subassemblies and also the cooling plate convectively cooled.
  • the winding subassemblies give Heat from radiation absorbed by the cooling plate and therefore not to the other partial windings reach.
  • Through the cooling plate are the winding sub-assemblies thermally shielded against each other.
  • the cooling plate may be made of a solid material, for example a composite material, be formed.
  • the cooling plate Preferably the cooling plate, however, cooling channels to flow through with a Cooling fluid on.
  • the cooling channels are taking into account the chosen alignment and arrangement of the plate so guided, that they are as good as possible flowed through by the cooling fluid. With flowing through the cooling channels cooling fluid is the cooling plate even very cool.
  • the cooling element completely formed of electrical insulating material. at This design is a good cooling with high dielectric strength reached between the winding sub-assemblies.
  • the cooling element can be made of a good heat-conducting material be formed.
  • metals are suitable for this purpose.
  • the cooling element is made of metal with a electrical insulating material formed as a coating. This shows the cooling element on the high thermal conductivity of the metal and at the same time it is characterized by the insulating effect of the coating a deterioration of important electrical properties the winding arrangement, such as the dielectric strength, avoided.
  • the cooling element can also completely formed of a metal.
  • This embodiment is particularly suitable where only small requirements exist on the dielectric strength, or no special Requirements for the dimensions of the winding arrangement so that the distance between the winding sub-assemblies can be chosen so that the dielectric strength meets the prescribed requirements.
  • the winding subassemblies Components of a transformer and enclose one core leg of a closed transformer core, wherein the cooling element in the window of the transformer core is arranged.
  • FIG. 1 shows a section through a transformer 1, which is designed here as a three-phase transformer.
  • the transformer 4 has a winding arrangement 2 with winding subassemblies 3 to 5, each arranged standing are and each have a core leg 6, 7 and 8 respectively a transformer core 9 closed via yokes 9A and 9B enclose.
  • Each of the sub-winding assemblies 3 to 5 has in each case a high-voltage winding 10, 11 or 12 and a Low voltage winding 13, 14 and 15 on.
  • Each undervoltage winding 13, 14 and 15, respectively, are standing within their respective ones High-voltage winding 10, 11 and 12 arranged.
  • each high-voltage winding 10, 11, 12 and their associated Undervoltage winding 13, 14 and 15 is a gap 16, 17 and 18 to flow through with a Cooling fluid, here cooling air 19, - as indicated by arrows - leave.
  • a Cooling fluid here cooling air 19, - as indicated by arrows - leave.
  • the winding assemblies 3 and 4 and 4 and 5 each have a gap 22 and 23 to the flow leave with cooling air 19.
  • a cooling element 20 or 21 is provided for improved cooling of the winding stator assemblies 3, 4, 5 the winding assembly 2 is arranged between the juxtaposed Winding subassemblies 3 and 4 or 4 and 5 respectively a cooling element 20 or 21 is provided.
  • the cooling elements 20 and 21 are in the present case each designed as a cooling plate (See also Figures 2 and 3, reference numerals 48 and 49).
  • the cooling elements 20 and 21 each divide one of the gaps 22 or 23 in sub-columns 22a, 22b or 23a, 23b.
  • the spaces 16 to 18 and the Partial gaps 22a, 22b and 23a, 23b flows through cooling air 19.
  • the windings 10 to 15 heat directly delivered to the cooling air 19 by convection.
  • the windings 10 to 15 give heat in the form of Radiation to the environment. Parts in the environment, such as the core leg 6, absorb this radiation and are heated by it. Also, the windings 10 heat to 15 are more or less strong due to their heat radiation each other.
  • the improved cooling with the cooling elements 20 and FIG. 21 will be explained with reference to the cooling element 20. The same applies to the cooling element 21.
  • the winding sub-assemblies 3 and 4 especially their high voltage windings 10 and 11, if possible not mutually by delivery of Heat radiation, which is arranged between them Cooling element 20 is provided. It is there between the two winding sub-assemblies 3 and 4, where these or their high-voltage windings 10 and 11 closest come (see also Figures 2 and 3).
  • the cooling element 20 otherwise takes the one of the high-voltage winding 10th to the other high-voltage winding 11 and vice versa Heat radiation on and is heated by it. simultaneously the cooling element 20 through the sub-columns 22a and 22b flowing cooling air 19 convectively cooled.
  • the cooling elements 20 and 21 are present in each case from a Metal plate 24 or 25 formed, each with a coating made of insulating material 26 and 27 is provided.
  • metals come here aluminum or transformer sheet and as heat-conducting Insulating material such as polyester, kraft paper or glass fiber reinforced plastic (GRP) in question.
  • the cooling elements 20 and 21 are in through the transformer core 9 formed windows 30 and 31, respectively.
  • the cooling elements 20 and 21 are each with cooling channels 28 or 29 (see Figure 2) for the flow of cooling air 19 provided. As a result, the cooling elements 20 and 21 are particularly effective Cooled by the cooling air 19.
  • the transformer 1 is specified in FIG Cutting plane shown. There is good to see that the cooling elements 20 and 21 are each formed as cooling plates are and provided for the flow of cooling air 19 Have cooling channels 28 and 29 respectively.
  • the winding subassemblies are each with circular cylindrical windings 10 to 15 trained.
  • cooling elements 20 and 21 each symmetrically between each of these directly adjacent winding subassemblies 3 and 4 or 4 and 5 are arranged.
  • FIG. 3 is a designated in Figure 1 with II Sectional view corresponding representation for a transformer 1a with a winding arrangement 2a with three winding subassemblies 32 to 34 shown.
  • Each of the winding subassemblies 32 to 34 corresponding to the winding subassemblies 3 to 5 according to FIG. 1 a high-voltage winding 35, 35 and 37, each having a low voltage winding 38, 39 and 40 coaxially surrounds.
  • Between High-voltage windings 35 to 37 and the corresponding associated Low voltage winding 38 to 40 is each a gap 41, 42 and 43 for the flow of cooling air 19th leave.
  • Each winding arrangement 32 to 34 surrounds one Core legs 44, 45 and 46 of a transformer core
  • the Transformer core 9 corresponds and is self-contained.
  • the winding sub-assemblies 32 to 34 with windings 35 to 40, each having a rectangular cross section.
  • the core legs 44 to 46 of the Transformer core 47 formed with a rectangular cross-section.
  • Cooling element 48 and 49 are each made of one Solid material formed.
  • the solid material can be a metal or even an insulating material - as already in the description to figure 1 - be.
  • the cooling elements 48 and 49 are also in the Winding arrangement 2 according to Figures 1 and 2 instead of the cooling elements 20 and 21 applicable.
  • the cooling elements 48 and 49 as the cooling elements 20 and 21 are executed.
  • the total width B3 is set. Assuming that the cross-sectional area of the core legs 44, 45, 46 each should remain constant, so takes with decreasing total width B3 the length L2 of the core leg 46 and thus also the length L1 of the high-voltage winding 37th as well as the corresponding dimension of the undervoltage winding 40 too. As a result, the amount decreases with decreasing total width B3 of the core material used, because over the total width B3 extending yoke of the transformer core 47 (corresponding to the yokes 9A and 9B shown in FIG. 1) of the transformer core 9) become shorter.
  • the amount of conductor material used, from which the winding conductors of the windings 37 and 40 are each formed be because the length L1 of the high-voltage winding 37 and the corresponding dimension of the winding 40 increases.
  • the material quantities for the winding conductor material and the core material behave in opposite directions with changing overall width B3.
  • the core material and the same unit of quantity of the Conductor material of the windings incur different costs can be the total width B3 and thus the dimensions B1 and B2, L1 and L2 and the corresponding dimensions of the low voltage winding 40 and the corresponding dimensions of the winding subassemblies 32 and 33 so that the Total cost of conductor material and core material at are lowest.
  • the Winding sub-assembly 32 and 33 or 33 and 34 specifically their High-voltage windings 35 and 36 or 36 and 38 large facing surfaces 50 and 51 or 52 and 53, over which the high-voltage windings 35 to 37 each heat to the respective opposite high-voltage windings 35 to 37 deliver.
  • the cooling elements 48 and 49 each exactly between the winding sub-assemblies 32 and 34th become the winding sub-assemblies 32 to 34 against each other thermally shielded and each of the high voltage windings 35 to 37 delivered heat from the cooling elements 48 and 49 and discharged to the cooling air 19.
  • this thermal shield can be the width B3 of the transformer 1A are chosen smaller than without the provision of such Cooling elements 48 and 49, since then the respective distance between the winding sub-assemblies 32 to 34 and their High-voltage windings 35 and 36 or 36 and 37 chosen larger must be, so that a flow of cooling air 19 only sufficient for their cooling in nominal operation and inadmissible high heating of the high-voltage windings 35 to 37 is avoided.
  • width B3 is of course also at Winding subassemblies with another non-circular Cross section, for example elliptical cross section, possible.
  • the windings 10 to 15 and 35 to 40 can each as Self-supporting winding formed with a dry insulation be.
  • casting resin is used as insulating material or adhesive resin for use; also can fiberglass material be used for insulation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Wicklungsteilanordnungen (3,4;3233). Um die Wicklungsanordnung (2,2a) für eine vergleichsweise hohe Nennleistung auszubilden, ist vorgesehen, dass zwischen den Wicklungsteilanordnungen (3,4;32,33) ein Kühlelement (20;48) angeordnet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklungsanordnung mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Wicklungsteilanordnungen.
Eine solche Wicklungsanordnung ist bekannt aus der deutschen Patentschrift DE 199 12 280 C1. Dort ist ein Transformator beschrieben, bei dem die Wicklungsanordnung drei stehende und nebeneinander in einer Reihe angeordnete Wicklungsteilanordnungen aufweist. Jede der Wicklungsteilanordnungen ist für eine Phase des elektrischen Transformators vorgesehen und weist eine Oberspannungswicklung und eine Unterspannungswicklung auf. Jede Unterspannungswicklung ist koaxial in der zugeordneten Oberspannungswicklung angeordnet und dadurch von dieser umgeben. Zwischen der Ober- und Unterspannungswicklung ist ein Zwischenraum zur Durchströmung mit Kühlluft belassen, der einen Ringkanal bildet. Jede der Wicklungsteilanordnungen umgibt jeweils einen Kernschenkel eines geschlossenen Transformatorkerns.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die für eine vergleichsweise hohe Nennleistung ausgelegt ist.
Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen den Wicklungsteilanordnungen ein Kühlelement angeordnet ist. Im Betrieb geben die Wicklungsteilanordnungen Wärme unmittelbar an die sie umgebende Luft und durch Wärmestrahlung an andere sie umgebenden Teile, beispielsweise den Kern oder jeweils andere Wicklungsteilanordnungen. Dadurch werden die Stellen einer Wicklungsteilanordnung stärker erwärmt, die nahe bei einer anderen Wicklungsteilanordnung liegen. Die stärkere Erwärmung ist darauf zurückzuführen, dass sich die Wicklungsteilanordnungen dort aufgrund ihrer Nähe stärker gegenseitig durch die von ihnen jeweils abgegebene Wärmestrahlung erwärmen und die Wicklungsteilanordnungen dort schlechter kühlbar sind, weil dort zwischen ihnen nur ein geringer Abstand besteht, so dass die stärker erwärmten Stellen für ein Kühlmedium schlechter zugänglich sind. Das jedoch genau dort zwischen den Wicklungsteilanordnungen angeordnete Kühlelement wirkt wie ein zwischen den Wicklungsanordnungen liegender Schirm für die Wärmestrahlung. Durch das Kühlelement wird die ansonsten von der einen Wicklungsanordnung zur anderen abgegebene Wärmestrahlung weitgehend aufgenommen und gelangt also nicht von der einen zur anderen Wicklungsanordnung. Das Kühlelement wird dadurch zwar erwärmt; von der Oberfläche des Kühlelements wird die Wärme aber unmittelbar an die umgebende Kühlluft abgegeben, wodurch das Kühlelement gekühlt wird. Die gegenseitige Erwärmung der Wicklungsteilanordnungen wird also verringert und ein Wärmestau weitgehend zwischen den Wicklungsteilanordnungen vermieden. Insgesamt wird mit dem Kühlelement die Temperaturverteilung im Betrieb innerhalb jeder der Wicklungsteilanordnungen vergleichmäßigt und die Wicklungsteilanordnungen sind besser gekühlt. Demzufolge ist die elektrische Wicklungsanordnung mit einer höheren elektrischen Nennleistung betreibbar als die elektrische Wicklungsanordnung nach dem Stand der Technik. Ebensogut kann die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung mit gleicher elektrischer Nennleistung betrieben werden, wobei allerdings die Anforderungen an die thermische Festigkeit des bei den Wicklungsteilanordnungen verwendeten Isoliermaterial geringer sein können als beim Stand der Technik, so dass die elektrische Wicklungsanordnung bei gleicher elektrischer Nennleistung kostengünstiger ist.
Das Kühlelement kann unter Berührung der beiden Wicklungsteilanordnungen zwischen diesen angeordnet sein. Vorzugsweise sind aber die Wicklungsteilanordnungen unter Belassung eines Spalts nebeneinander angeordnet und das Kühlelement ist als Kühlplatte ausgebildet, die den Spalt in zwei Teilspalten teilt. Dadurch ist der Bereich zwischen den beiden Wicklungsteilanordnungen zur Kühlung derselben von einem Kühlfluid, beispielsweise Kühlluft, durchströmbar. Durch das Kühlfluid werden die Wicklungsteilanordnungen und auch die Kühlplatte konvektiv gekühlt. Gleichzeitig geben die Wicklungsteilanordnungen Wärme durch Strahlung ab, die von der Kühlplatte aufgenommen werden, und dadurch nicht zur jeweils anderen Teilwicklungen gelangen. Durch die Kühlplatte sind die Wicklungsteilanordnungen thermisch gegeneinander abgeschirmt.
Die Kühlplatte kann aus einem Vollmaterial, beispielsweise einem Verbundwerkstoff, ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Kühlplatte jedoch Kühlkanäle zur Durchströmung mit einem Kühlfluid auf. Die Kühlkanäle sind unter Berücksichtigung der gewählten Ausrichtung und Anordnung der Platte so geführt, dass sie möglichst gut von dem Kühlfluid durchströmbar sind. Mit durch die Kühlkanäle strömendem Kühlfluid ist die Kühlplatte selbst besonders gut kühlbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Kühlelement vollständig aus elektrischem Isolierstoff gebildet. Bei dieser Ausgestaltung ist eine gute Kühlung bei hoher Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungsteilanordnungen erreicht.
Das Kühlelement kann aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet sein. Insbesondere bieten sich dafür Metalle an. Vorzugsweise ist das Kühlelement aus Metall mit einem elektrischen Isolierstoff als Überzug gebildet. Dadurch weist das Kühlelement die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls auf und gleichzeitig wird durch die isolierende Wirkung des Überzugs eine Verschlechterung wichtiger elektrischer Eigenschaften der Wicklungsanordnung, wie beispielsweise der Spannungsfestigkeit, vermieden.
Bei einer dritten Ausgestaltung kann das Kühlelement auch vollständig aus einem Metall gebildet sein. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere dort an, wo nur geringe Anforderungen an die Spannungsfestigkeit bestehen, oder keine besonderen Anforderungen an die Abmessungen der Wicklungsanordnung bestehen, so dass der Abstand zwischen den Wicklungsteilanordnungen so gewählt werden kann, dass die Spannungsfestigkeit die vorgeschriebenen Anforderungen erfüllt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Wicklungsteilanordnungen Bestandteile eines Transformators und umschließen jeweils einen Kernschenkel eines geschlossenen Transformatorkerns, wobei das Kühlelement im Fenster des Transformatorkerns angeordnet ist.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die erfindungsgemäße elektrische Wicklungsanordnung näher erläutert. Es zeigen schematisiert und teilweise nicht maßstäblich:
  • Figur 1 einen Schnitt durch einen Transformator mit der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung,
  • Figur 2 die in Figur 1 angegebene Schnittdarstellung des Transformators und
  • Figur 3 einen Transformator mit einer elektrischen Anordnung mit Rechteckwicklungen entsprechend der in Figur 1 spezifizierten Schnittdarstellung.
    • Gleiche Teile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
    In Figur 1 ist ein Schnitt durch einen Transformator 1 gezeigt, der hier als Drehstromtransformator ausgeführt ist. Der Transformator 4 weist eine Wicklungsanordnung 2 mit Wicklungsteilanordnungen 3 bis 5 auf, die jeweils stehend angeordnet sind und die jeweils einen Kernschenkel 6, 7 bzw. 8 eines über Joche 9A und 9B geschlossenen Transformatorkerns 9 umschließen. Jede der Teilwicklungsanordnungen 3 bis 5 weist jeweils eine Oberspannungswicklung 10, 11 bzw. 12 und eine Unterspannungswicklung 13, 14 bzw. 15 auf. Jede Unterspannungswicklung 13, 14 bzw. 15 ist stehend innerhalb ihrer zugehörigen Oberspannungswicklung 10, 11 bzw. 12 angeordnet. Zwischen jeder Oberspannungswicklung 10, 11, 12 und ihrer zugehörigen Unterspannungswicklung 13, 14 bzw. 15 ist ein Zwischenraum 16, 17 bzw. 18 zur Durchströmung mit einem Kühlfluid, hier Kühlluft 19, - wie mit Pfeilen angedeutet - belassen. Ebenso ist zwischen den Wicklungsanordnungen 3 und 4 sowie 4 und 5 jeweils ein Spalt 22 bzw. 23 zur Durchströmung mit Kühlluft 19 belassen.
    Zur verbesserten Kühlung der Wicklungstanordnungen 3, 4, 5 der Wicklungsanordnung 2 ist zwischen den nebeneinander angeordneten Wicklungsteilanordnungen 3 und 4 bzw. 4 und 5 jeweils ein Kühlelement 20 bzw. 21 vorgesehen. Die Kühlelemente 20 und 21 sind vorliegend jeweils als Kühlplatte ausgeführt (siehe auch Figuren 2 und Figur 3, Bezugszeichen 48 und 49). Die Kühlelemente 20 und 21 teilen jeweils einen der Spalte 22 bzw. 23 in Teilspalten 22a, 22b bzw 23a, 23b.
    Zur Kühlung der Wicklungen 10 bis 15 der Teilwicklungsanordnungen 3 bis 5 werden die Zwischenräume 16 bis 18 und die Teilspalten 22a, 22b und 23a, 23b von Kühlluft 19 durchströmt. Dabei wird von den Wicklungen 10 bis 15 Wärme unmittelbar an die Kühlluft 19 durch Konvektion abgegeben. Darüber hinaus geben die Wicklungen 10 bis 15 Wärme in Form von Strahlung an die Umgebung ab. Teile in der Umgebung, wie beispielsweise der Kernschenkel 6, nehmen diese Strahlung auf und werden dadurch erwärmt. Auch erwärmen die Wicklungen 10 bis 15 sich durch ihre Wärmestrahlung mehr oder weniger stark gegenseitig. Die verbesserte Kühlung mit den Kühlelementen 20 und 21 wird anhand des Kühlelementes 20 erläutert. Entsprechendes gilt für das Kühlelement 21. Damit die Wicklungsteilanordnungen 3 und 4 - speziell deren Oberspannungswicklungen 10 und 11 sich möglichst nicht gegenseitig durch Abgabe von Wärmestrahlung erwärmen, ist das zwischen diesen angeordnete Kühlelement 20 vorgesehen. Es befindet sich damit dort zwischen den beiden Wicklungsteilanordnungen 3 und 4, wo sich diese bzw. deren Oberspannungswicklungen 10 und 11 am nächsten kommen (s. auch Figuren 2 und 3). Das Kühlelement 20 nimmt die ansonsten von der einen Oberspannungswicklung 10 zur anderen Oberspannungswicklung 11 und umgekehrt abgegebene Wärmestrahlung auf und wird dadurch erwärmt. Gleichzeitig wird das Kühlelement 20 durch die Teilspalten 22a und 22b strömende Kühlluft 19 konvektiv gekühlt. Insoweit sind also die Oberspannungswicklungen 10 und 11 und damit die Wicklungsteilanordnungen 3 und 4 durch das Kühlelement 20 gegeneinander thermisch abgeschirmt und im Vergleich zum Stand der Technik die mit Kühlluft 19 kühlbare Fläche vergrößert. Durch die thermische Abschirmung mit dem Kühlelement 20 erwärmen sich also die Oberspannungswicklung 10 und die Oberspannungswicklung 11 nicht mehr gegenseitig, so dass sie insgesamt eine geringere Betriebstemperatur annehmen, also im Vergleich zum Stand der Technik besser gekühlt sind. Gleiches gilt für das Kühlelement 20, das die Oberspannungswicklung 11 und die Oberspannungswicklung 12 gegenseitig thermisch abschirmt.
    Die Kühlelemente 20 und 21 sind vorliegend jeweils aus einer Metallplatte 24 bzw. 25 gebildet, die jeweils mit einem Überzug aus Isolierstoff 26 bzw. 27 versehen ist. Als Metalle kommen hierbei Aluminium oder Transformatorblech und als wärmeleitender Isolierstoff beispielsweise Polyester, Hartpapier oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) in Frage.
    Die Kühlelemente 20 und 21 sind in den durch den Transformatorkern 9 gebildeten Fenstern 30 bzw. 31 angeordnet.
    Die Kühlelemente 20 und 21 sind jeweils mit Kühlkanälen 28 bzw. 29 (s. Figur 2) zur Durchströmung mit Kühlluft 19 versehen. Dadurch sind die Kühlelemente 20 und 21 besonders effektiv durch die Kühlluft 19 kühlbar.
    In Figur 2 ist der Transformator 1 in der in Figur 1 spezifizierten Schnittebene gezeigt. Dort ist gut zu erkennen, dass die Kühlelemente 20 und 21 jeweils als Kühlplatten ausgebildet sind und die zur Durchströmung mit Kühlluft 19 vorgesehenen Kühlkanäle 28 bzw. 29 aufweisen. Die Wicklungsteilanordnungen sind jeweils mit kreiszylindrischen Wicklungen 10 bis 15 ausgebildet.
    Deutlich ist auch hier zu erkennen, dass sich die Kühlelemente 20 und 21 jeweils symmetrisch zwischen den diese jeweils direkt benachbarten Wicklungsteilanordnungen 3 und 4 bzw. 4 und 5 angeordnet sind.
    In Figur 3 ist eine zur in Figur 1 mit II bezeichneten Schnittansicht entsprechende Darstellung für einen Transformator 1a mit einer Wicklungsanordnung 2a mit drei Wicklungsteilanordnungen 32 bis 34 dargestellt. Jeder der Wicklungsteilanordnungen 32 bis 34 weist entsprechend zu den Wicklungsteilanordnungen 3 bis 5 gemäß Figur 1 eine Oberspannungswicklung 35, 35 bzw. 37 auf, die jeweils eine Unterspannungswicklung 38, 39 bzw. 40 koaxial umgibt. Zwischen den Oberspannungswicklungen 35 bis 37 und der entsprechend zugehörigen Unterspannungswicklung 38 bis 40 ist jeweils ein Zwischenraum 41, 42 bzw. 43 zur Durchströmung mit Kühlluft 19 belassen. Jede Wicklungsanordnung 32 bis 34 umgibt einen Kernschenkel 44, 45 bzw. 46 eines Transformatorkerns, der dem Transformatorkern 9 entspricht und in sich geschlossen ist. Im Unterschied zum Transformator 1 bzw. zur Wicklungsanordnung 2 sind die Wicklungsteilanordnungen 32 bis 34 mit Wicklungen 35 bis 40 mit jeweils rechteckigem Querschnitt ausgeführt. Entsprechend sind auch die Kernschenkel 44 bis 46 des Transformatorkerns 47 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet.
    Zwischen den Wicklungsteilanordnungen 32 und 33 bzw. 33 und 34 ist jeweils ein den Kühlelementen 20 und 21 ähnliches Kühlelement 48 bzw. 49 angeordnet, das jeweils ebenfalls als Kühlplatte ausgebildet ist. Im Unterschied zu den Kühlelementen 20 und 21 sind die Kühlelemente 48 und 49 jeweils aus einem Vollmaterial gebildet. Das Vollmaterial kann ein Metall oder auch ein Isolierstoff - wie auch schon in der Beschreibung zu Figur 1 angegeben - sein. Durch diese Ausführung sind die Kühlelemente besonders einfach herstellbar. Selbstverständlich sind diese Kühlelemente 48 und 49 auch bei der Wicklungsanordnung 2 nach Figuren 1 und 2 anstelle der Kühlelemente 20 und 21 anwendbar. Ebenso können die Kühlelemente 48 und 49 wie die Kühlelemente 20 und 21 ausgeführt sein.
    Die Wahl der rechteckigen Querschnitte für die Wicklungen 35 bis 40 und der Kernschenkel 44 bis 46 ermöglicht ein besonders kompakten Aufbau des Transformators 1a. Dabei kann der Transformator 1A hinsichtlich der Materialkosten optimiert werden. Zur weiteren Erläuterung wird insbesondere auch die Wicklungsteilanordnung 34 und dabei speziell auch deren Oberspannungswicklung 37 und den Kernschenkel 46 den die Wicklungsteilanordnung 34 umgibt, eingegangen. Sinngemäß gelten die weiteren Ausführungen auch für die anderen Wicklungsteilanordnungen 32 und 33 sowie deren Kernschenkel 4 bzw. 45.
    Bei der Optimierung wird die Gesamtbreite B3 eingestellt. Geht man davon aus, dass die Querschnittsfläche der Kernschenkel 44, 45, 46 jeweils konstant bleiben soll, so nimmt mit sinkender Gesamtbreite B3 die Länge L2 des Kernschenkels 46 und damit auch die Länge L1 der Oberspannungswicklung 37 sowie die entsprechende Abmessung der Unterspannungswicklung 40 zu. Dadurch nimmt mit sinkender Gesamtbreite B3 die Menge des verwendeten Kernmaterials ab, weil die sich über die Gesamtbreite B3 erstreckenden Joche des Transformatorkernes 47 (entsprechend den in Figur 1 dargestellten Jochen 9A und 9 B des Transformatorkerns 9) kürzer werden. Gleichzeitig nimmt jedoch die Menge des verwendeten Leitermaterials, aus denen die Wicklungsleiter der Wicklungen 37 und 40 jeweils gebildet werden zu, weil die Länge L1 der Oberspannungswicklung 37 und die entsprechende Abmessung der Wicklung 40 zunimmt. Die Materialmengen für das Wicklungsleitermaterial und das Kernmaterial verhalten sich also gegenläufig bei sich ändernder Gesamtbreite B3.
    Da davon auszugehen ist, dass für eine bestimmte Mengeneinheit des Kernmaterials und der gleichen Mengeneinheit des Leitermaterials der Wicklungen unterschiedliche Kosten anfallen, lassen sich die Gesamtbreite B3 und damit die Maße B1 und B2, L1 und L2 und die entsprechenden Abmessungen der Unterspannungswicklung 40 sowie die entsprechenden Abmessungen der Wicklungsteilanordnungen 32 und 33 so wählen, dass die Gesamtkosten für das Leitermaterial und das Kernmaterial am geringsten sind.
    Allerdings weisen bei dieser rechteckigen Ausgestaltung die Wicklungsteilanordnung 32 und 33 bzw. 33 und 34 speziell deren Oberspannungswicklungen 35 und 36 bzw. 36 und 38 große einander zugewandte Flächen 50 und 51 bzw. 52 und 53 auf, über die die Oberspannungswicklungen 35 bis 37 jeweils Wärme zur jeweils gegenüberliegenden Oberspannungswicklungen 35 bis 37 abgeben. Durch die Anordnung der Kühlelemente 48 und 49 jeweils genau zwischen den Wicklungsteilanordnungen 32 und 34 werden die Wicklungsteilanordnungen 32 bis 34 gegeneinander thermisch abgeschirmt und die jeweils von den Oberspannungswicklungen 35 bis 37 abgegebene Wärme von den Kühlelementen 48 und 49 aufgenommen und an die Kühlluft 19 abgegeben. Durch diese thermische Abschirmung kann die Breite B3 des Transformators 1A kleiner gewählt werden als ohne das Vorsehen solcher Kühlelemente 48 und 49, da dann der jeweilige Abstand zwischen den Wicklungsteilanordnungen 32 bis 34 bzw. deren Oberspannungswicklungen 35 und 36 bzw. 36 und 37 größer gewählt werden müssen, damit ein Durchströmen mit Kühlluft 19 allein zu deren Kühlung im Nennbetrieb ausreicht und eine unzulässig hohe Erwärmung der Oberspannungswicklungen 35 bis 37 vermieden ist.
    Die Optimierung der Breite B3 ist selbstverständlich auch bei Wicklungsteilanordnungen mit einem anderen nicht kreisförmigen Querschnitt, beispielsweise elliptischem Querschnitt, möglich.
    Die Wicklungen 10 bis 15 sowie 35 bis 40 können jeweils als selbsttragende Wicklung mit einer Trockenisolation ausgebildet sein. Als Isoliermaterial kommt dabei insbesondere Gießharz oder Klebharz zum Einsatz; auch kann Glasfasermaterial zur Isolierung verwendet werden.

    Claims (7)

    1. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) mit zumindest zwei nebeneinander angeordneten Wicklungsteilanordnungen (3,4;32,33),
      dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Wicklungsteilanordnungen (3,4;32,33) ein Kühlelement (20;48) angeordnet ist.
    2. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteilanordnungen (3,4,;32,33) unter Belassung eines Spalts (22) nebeneinander angeordnet sind, und dass Kühlelement (20) als Kühlplatte ausgebildet ist, die den Spalt (22) in zwei Teilspalten (22A,22B) teilt.
    3. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (20) Kühlkanäle (28) zur Durchströmung mit einem Kühlfluid (19) aufweist.
    4. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (48) vollständig aus elektrischem Isolierstoff besteht.
    5. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (20) aus Metall mit einem elektrischen Isolierstoff als Überzug gebildet ist.
    6. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (48) vollständig aus einem Metall gebildet ist.
    7. Elektrische Wicklungsanordnung (2,2a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsteilanordnungen (3,4;32,33) Bestandteile eines Transformators (1,1A) sind und jeweils einen Kernschenkel (6,5,;44,45) eines geschlossenen Transformatorkerns (9;47) umschliessen, wobei das Kühlelement (20;48) im Fenster (30) des Transformatorkerns (9;47) angeordnet ist.
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