EP1298680B1 - Elektrische Wicklungsanordung - Google Patents
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- H01F27/008—Details of transformers or inductances, in general with temperature compensation
Definitions
- the invention relates to an electrical winding arrangement with at least one electrical winding, which is supported with at least two supporting parts against a holding arrangement.
- Such an electrical winding arrangement is obviously used in the GEAFOL Cast Resin Transformer of Siemens AG / Trafo-Union; This transformer is also shown in the brochure "GEAFOL Cast Resin Transformers - Cutting-Edge Technology Made by One" of the Trafo Union.
- the known transformer is three-phase and has three winding combinations, each with two coaxially arranged one another windings, each surrounding a core leg of a three-legged core of the transformer.
- the windings are supported on each of their end faces with at least one support member against a frame forming a holding device, which is connected to the core legs to the three-limbed core connecting core yokes.
- Each support member has an inelastic support member and another resilient support element adjacent thereto, the inelastic support member abutting the support assembly and the further resilient support member end face of the winding.
- the support elements are all heat resistant to class F of DIN 532, Part 6.
- the object of the invention is to provide an electrical winding arrangement of the type mentioned, which requires a relatively low effort.
- the object is achieved in an electrical winding arrangement of the aforementioned type according to the invention that the support members are formed differently heat-resistant and arranged such that the heat-resistant support member is disposed in a relatively warm operation in the area of the winding assembly and that the less heat-resistant support member to a relatively cool portion of the winding assembly is located.
- the invention makes use of the fact that the electrical winding arrangement does not assume the same temperature in all areas and that the support parts are not all exposed to the same high temperature, so that not all support parts have the same thermal load of the support parts Must have heat resistance. Rather, the supporting parts, which are arranged on the relatively cool region of the winding arrangement during operation, are less heat-resistant than the supporting parts which are located on the relatively warm region of the winding arrangement during operation. Since the less heat-resistant support parts are less expensive, the winding arrangement according to the invention also requires only little effort.
- the support members may each have a heat resistance, which is adapted especially with regard to the applied thermal load at the respective installation location.
- the heat-resistant support part preferably has a thermal strength of class F according to DIN 532, part 6 and the less heat-resistant support part has a thermal strength of class B according to DIN 532, part 6.
- the winding is arranged cylindrical and upright and at its upper end side with the heat-resistant support member and at its lower end side supported with the less heat-resistant support member against the support assembly.
- the temperature gradient forming between the lower and the upper end side, which forms along the winding due to the vertical arrangement, is very noticeable; in the area of the upper end face, considerably higher temperatures occur than in the area of the lower end face. Accordingly, the heat resistance of the two support parts are selected.
- the support members may be formed integrally and from a single material, but they may also be arbitrarily composed of several individual parts, provided that each of the items has the required heat resistance. At least one of the support parts preferably has an inelastic support element and a further resilient support element abutting thereon, wherein the one support element bears against the holding arrangement and the further support element bears against the winding. As a result, the winding is resiliently supported, so that the occurring during operation different thermal expansion of the winding are resiliently received.
- the inelastic support element with hard paper, hard tissue, wood and / or thermosetting plastic is formed.
- the thermoset in a trained with thermoset support the thermoset can be selected according to the required heat resistance.
- the elastic support element is formed with an elastomer. These materials are particularly suitable due to their resilient properties for the formation of the resilient support element.
- the resilient support element of the heat-resistant support member is formed with a silicone rubber. Silicone rubber is a correspondingly heat-resistant material.
- the resilient support member of the less heat-resistant support member is formed with neoprene.
- Neoprene is a reasonably priced and resilient material that is well suited for the less heat-resistant support part.
- the figure shows a three-phase transformer 1 with a three-leg transformer core 2 and three winding combinations 3 to 5, each surrounding a core leg 6, 7 and 8 respectively.
- the structure of the winding combinations 3, 4 and 5 are each similar and will be explained with reference to the winding combination 5 shown cut.
- the winding combination 5 has a first outer winding 9, which coaxially surrounds an inner winding 10 while leaving an annular channel 29.
- the annular channel 29 is divided by means of a cooling cylinder 30 into two sub-channels 29A and 29B, through which cooling air can flow.
- the respective outer windings 11 and 12 corresponding to the outer winding 9 are visible.
- the frame carrier 22, 23, 24, 25 has.
- the frame supports 22 and 23 are connected to the upper, the core legs 6, 7 and 8 magnetically interconnecting core yoke 26.
- the frame supports 24 and 25 are connected to the corresponding lower core yoke 26A.
- the windings 9 to 12th and the inner winding of the winding combinations 3 and 4 corresponding to the inner winding 10 hidden due to the perspective view supported for the support thereof.
- support members are provided, of which only visible in the perspective view:
- the support members 13, 14 and 16 which serve to support the winding 11 and the winding 9 corresponding inner winding of the winding combination 3, the support members 17 and 18, the Supporting the winding 12 and corresponding to the winding 10 inner winding of the winding combination 4 serve and the support members 19, 20 and 21 for supporting the windings 9 and 10.
- the support members 13, 14, 17, 19 and 20 are formed of a heat-resistant material , as the support members 16, 18 and 21st
- the winding combinations 3 to 5 are heated due to their electrical losses, which in their nearer to the frame rails 22 and 23 lying areas heat up more than in their lying to the frame rails 24 and 25 areas.
- This different heat distribution in the winding combinations 3 to 5 is primarily due to the fact that their upper, to the frame rails 23 and 22 lying areas, cooled worse with the flowing through the annular channel 29 and the respective annular channels of the winding combinations 3 and 4 cooling air become.
- the corresponding annular channels of the winding combinations 3 and 4 namely, a downwardly directed upward flow of cooling air.
- the windings are 9 and 10 in the lower part of the winding combination with cooler cooling air and therefore better cooled than in the upper part of the winding combination 5.
- the temperature difference, for example, along the winding 11 between the at its lower (hidden) end face 27 and the Temperature forms at its upper end face 28 may be several 10 ° C.
- the support elements 13 and 14 experience a stronger thermal load than the support element 16, so that the support elements 13 and 14 are formed heat-resistant than the support elements 16.
- the support element 16 does not have to be formed as heat-resistant as the support members 13 and 14th ,
- the support elements 13 and 14 have in particular a thermal strength class F according to DIN 532, Part 6 and the less heat-resistant support member 16 has a thermal strength of class B of the same DIN standard.
- the support members 17, 19 and 20 are formed heat-resistant than the support members 18 and 21st
- the support part 13 is formed with an inelastic support element 15 and a resilient support element 15 a resting thereon.
- the inelastic support element 15 rests against the frame carrier 22 and the resilient Supporting element 15a abuts against the end face 28 of the winding 11.
- the support member 16 is also formed with an inelastic support member 16b and an elastic support member 16a.
- inelastic support member 15 or 16b for example, hard paper, hard tissue, wood and / or a correspondingly heat-resistant thermoset; Likewise, a ceramic material can be used for it.
- an elastomer in particular a silicone rubber, is suitable for the elastic support element 15a of the heat-resistant support part 13.
- the resilient support member 16a of the less heat-resistant support member 16 may be formed, for example, with neoprene.
- the support members 17, 19 and 20 are similar to the support member 13 also formed with a corresponding inelastic and a corresponding resilient support member;
- the support members 18 and 21 are the same as the support member 16 with a corresponding inelastic and a corresponding resilient support member.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Wicklungsanordnung mit mindestens einer elektrischen Wicklung, die mit zumindest zwei Abstützteilen gegen eine Halteanordnung abgestützt ist.
- Eine solche elektrische Wicklungsanordnung ist bei dem GEAFOL-Gießharztransformator der Siemens AG/Trafo-Union offenkundig vorbenutzt; dieser Transformator ist auch in der Broschüre "GEAFOL-Gießharztransformatoren - Spitzentechnik aus einem Guss" der Trafo Union abgebildet. Der bekannte Transformator ist dreiphasig ausgebildet und weist drei Wicklungskombinationen mit jeweils zwei koaxial ineinander stehend angeordneten Wicklungen auf, die jeweils einen Kernschenkel eines dreischenkligen Kerns des Transformators umgeben. Die Wicklungen sind an jeder ihrer Stirnseiten mit zumindest einem Abstützteil gegen ein eine Haltevorrichtung bildendes Rahmengestell abgestützt, das mit die Kernschenkel zu dem dreischenkligen Kern verbindenden Kernjochen verbunden ist. Jedes Abstützteil weist ein unelastisches Abstützelement und ein weiteres daran anliegendes federndes Abstützelement auf, wobei das unelastische Abstützelement an der Halteanordnung und das weitere federnde Abstützelement stirnseitig an der Wicklung anliegt. Die Abstützelemente sind alle wärmefest nach Klasse F der DIN 532, Teil 6 ausgebildet.
- Ein gleichartiger Stand der Technik ist aus
DE-A-198 54 439 bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen vergleichsweise geringen Aufwand erfordert.
- Die Aufgabe wird bei einer elektrischen Wicklungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abstützteile unterschiedlich wärmefest ausgebildet sind und derart angeordnet, dass das wärmefeste Abstützteil in einem im Betrieb relativ warmen Bereich der Wicklungsanordnung angeordnet ist und dass sich das weniger wärmefeste Abstützteil an einem relativ kühlen Bereich der Wicklungsanordnung befindet. Bei der Erfindung wird ausgenutzt, dass die elektrische Wicklungsanordnung nicht in allen Bereichen die gleiche Temperatur annimmt und die Abstützteile dementsprechend auch nicht alle einer gleich hohen Temperatur ausgesetzt sind, so dass auch nicht alle Abstützteile die gleiche, für die höchstmögliche auftretende thermische Belastung der Abstützteile ausgelegte Wärmefestigkeit aufweisen müssen. Vielmehr sind die Abstützteile, die am im Betrieb relativ kühlen Bereich der Wicklungsanordnung angeordnet sind, weniger wärmefest als die Abstützteile, die sich am im Betrieb relativ warmen Bereich der Wicklungsanordnung befinden. Da die weniger wärmefesten Abstützteile kostengünstiger sind, erfordert die erfindungsgemässe Wicklungsanordnung auch nur einen geringen Aufwand.
- Die Abstützteile können jeweils eine Wärmefestigkeit aufweisen, die speziell im Hinblick auf die ausgeübte thermische Belastung am jeweiligen Einbauort angepasst ist. Bevorzugt weist das wärmefeste Abstützteil eine thermische Festigkeit der Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das weniger wärmefeste Abstützteil eine thermische Festigkeit der Klasse B nach DIN 532, Teil 6 auf.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Wicklung zylindrisch und stehend angeordnet und an ihrer oberen Stirnseite mit dem wärmefesteren Abstützteil und an ihrer unteren Stirnseite mit dem weniger wärmefesten Abstützteil gegen die Halteanordnung abgestützt. Bei dieser Ausgestaltung macht sich das aufgrund der stehenden Anordnung entlang der Wicklung ausbildende Temperaturgefälle zwischen der unteren und der oberen Stirnseite stark bemerkbar; im Bereich der oberen Stirnseite treten erheblich höhere Temperaturen auf, als im Bereich der unteren Stirnseite. Entsprechend sind die Wärmefestigkeiten der beiden Abstützteile gewählt.
- Die Abstützteile können einteilig und aus einem einzigen Material ausgebildet sein, sie können aber auch beliebig aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt sein, sofern jedes der Einzelteile die erforderliche Wärmefestigkeit hat. Bevorzugt weist zumindest eines der Abstützteile ein unelastisches Abstützelement und ein daran anliegendes weiteres federndes Abstützelement auf, wobei das eine Abstützelement an der Halteanordnung und das weitere Abstützelement an der Wicklung anliegt. Dadurch ist die Wicklung federnd abgestützt, so dass die im Betrieb auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen der Wicklung federnd aufgenommen werden.
- Vorzugsweise ist das unelastische Abstützelement mit Hartpapier, Hartgewebe, Holz und/oder Duroplast ausgebildet. Dies sind besonders geeignete Materialien für das unelastische Abstützelement. Insbesondere bei einem mit Duroplast ausgebildeten Abstützelement kann das Duroplast entsprechend der geforderten Wärmefestigkeit gewählt werden.
- Vorzugsweise ist das elastische Abstützelement mit einem Elastomer ausgebildet. Diese Materialien sind aufgrund ihrer federnden Eigenschaften besonders gut zur Ausbildung des federnden Abstützelements geeignet.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das federnde Abstützelement des wärmefesteren Abstützteils mit einem Silikonkautschuk ausgebildet. Silikonkautschuk ist ein entsprechend wärmefestes Material.
- Bevorzugt ist das federnde Abstützelement des weniger wärmefesten Abstützteils mit Neopren ausgebildet. Neopren ist ein preiswertes und federndes und damit entsprechend für das weniger wärmefeste Abstützteil gut geeignete Material.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figur näher erläutert.
- Die Figur zeigt einen dreiphasigen Transformator 1 mit einem dreischenkligen Transformatorkern 2 und drei Wicklungskombinationen 3 bis 5, die jeweils einen Kernschenkel 6, 7 bzw. 8 umgeben. Der Aufbau der Wicklungskombinationen 3, 4 und 5 ist jeweils gleichartig und wird anhand der aufgeschnitten dargestellten Wicklungskombination 5 erläutert. Die Wicklungskombination 5 weist eine erste äußere Wicklung 9 auf, die eine innere Wicklung 10 unter Belassung eines Ringkanals 29 koaxial umgibt. Der Ringkanal 29 ist mittels eines Kühlzylinders 30 in zwei Teilkanäle 29A und 29B geteilt, die mit Kühlluft durchströmbar sind. Bei den Wicklungskombinationen 3 und 4 sind nur die der äußeren Wicklung 9 entsprechenden jeweiligen äußeren Wicklungen 11 und 12 sichtbar. Zur Halterung aller Wicklungen 9, 10, 11 und 12 ist eine Halteanordnung in Form eines Rahmengestells 21 vorgesehen, das Rahmenträger 22, 23, 24, 25 aufweist. Die Rahmenträger 22 und 23 sind mit dem oberen, die Kernschenkel 6, 7 und 8 miteinander magnetisch verbindenden Kernjoch 26 verbunden. Die Rahmenträger 24 und 25 sind mit dem entsprechend unteren Kernjoch 26A verbunden. Gegen die Rahmenträger 22 bis 25 sind die Wicklungen 9 bis 12 und die der inneren Wicklung 10 entsprechenden inneren Wicklungen der Wicklungskombinationen 3 und 4 (aufgrund der perspektivischer Darstellung verdeckt) zu deren Halterung abgestützt. Dazu sind Abstützteile vorgesehen, von denen auf der perspektivischen Darstellung nur sichtbar sind: Die Abstützteile 13, 14 und 16, die zur Abstützung der Wicklung 11 und der zur Wicklung 9 entsprechenden inneren Wicklung der Wicklungskombination 3 dienen, die Abstützteile 17 und 18, die der Abstützung der Wicklung 12 und der zur Wicklung 10 entsprechenden inneren Wicklung der Wicklungskombination 4 dienen und die Abstützteile 19, 20 und 21 zur Abstützung der Wicklungen 9 und 10. Die Abstützelemente 13, 14, 17, 19 und 20 sind dabei aus einem wärmefesteren Material ausgebildet, als die Abstützelemente 16, 18 und 21.
- Das Rahmengestell 21 und die Wicklungskombinationen 3, 4 und 5 mit ihren jeweiligen Wicklungen - von denen nur die Wicklungen 9, 10, 11 und 12 sichtbar sind - und die Abstützelemente - von denen nur die Abstützelemente 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21 sichtbar sind - bilden gemeinsam eine elektrische Wicklungsanordnung.
- Im Betrieb des Transformators 1 erwärmen sich die Wicklungskombinationen 3 bis 5 aufgrund ihrer elektrischen Verluste, wobei diese in ihren näher zu den Rahmenträgern 22 und 23 hin liegenden Bereichen sich stärker erwärmen, als in ihren zu den Rahmenträgern 24 und 25 liegenden Bereichen. Diese unterschiedliche Wärmeverteilung in den Wicklungskombinationen 3 bis 5 ist vor allem darauf zurückzuführen, dass deren obere, zu den Rahmenträgern 23 und 22 hinliegenden Bereiche, schlechter mit der durch den Ringkanal 29 bzw. der durch die entsprechenden Ringkanäle der Wicklungskombinationen 3 und 4 strömenden Kühlluft gekühlt werden. In den Ringkanal 29 und den entsprechenden Ringkanälen der Wicklungskombinationen 3 und 4 stellt sich nämlich eine von unten nach oben gerichtete Strömung von Kühlluft ein. Dabei tritt in den Ringkanal 29 der Wicklungskombination 5 von unten, also an der den Rahmenträgern 24 und 25 zugewandten Seite frische, kühle Kühlluft ein, die an der Oberseite der Wicklungskombination 5, also an der den Rahmenträgern 22 und 23 zugewandten Seite des Ringkanals 29 als erwärmte Kühlluft austritt. Dementsprechend werden die Wicklungen 9 und 10 im unteren Bereich der Wicklungskombination mit kühlerer Kühlluft und daher besser gekühlt, als im oberen Bereich der Wicklungskombination 5. Der Temperaturunterschied, der sich beispielsweise entlang der Wicklung 11 zwischen der an ihrer unteren (verdeckten) Stirnseite 27 und der Temperatur an ihrer oberen Stirnseite 28 ausbildet, kann mehrere 10°C betragen. Dementsprechend erfahren die Abstützelemente 13 und 14 eine stärkere thermische Belastung als das Abstützelement 16, so dass die Abstützelemente 13 und 14 wärmefester ausgebildet sind als die Abstützelemente 16. Oder anders ausgedrückt: Das Abstützelement 16 muss nicht so wärmefest ausgebildet sein wie die Abstützelemente 13 und 14.
- Die Abstützelemente 13 und 14 weisen insbesondere eine thermische Festigkeit der Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das weniger wärmefeste Abstützteil 16 weist eine thermische Festigkeit der Klasse B der gleichen DIN-Norm auf.
- Entsprechend sind auch die Abstützteile 17, 19 und 20 wärmefester ausgebildet als die Abstützteile 18 und 21.
- Vorliegend ist das Abstützteil 13 mit einem unelastischen Abstützelement 15 und einem daran anliegenden federnden Abstütztelement 15a ausgebildet. Das unelastische Abstützelement 15 liegt dabei an dem Rahmenträger 22 an und das federnde Abstützelement 15a liegt an der Stirnseite 28 der Wicklung 11 an. Dadurch ist die Wicklung 11 federnd gegenüber dem Rahmengestell 21 abgestützt und unterschiedliche Wärmedehnungen der Wicklung 11 werden mittels des federnden Abstützelements 15a so aufgenommen, dass die Wicklung A stets fixiert ist. Das Abstützteil 16 ist ebenfalls mit einem unelastischen Abstützelement 16b und einem elastischen Abstützelement 16a ausgebildet.
- Als Materialien für das unelastische Abstützelement 15 oder 16b eignet sich beispielsweise Hartpapier, Hartgewebe, Holz und/oder ein entsprechend wärmefestes Duroplast; ebenso kann ein keramisches Material dafür verwendet werden. Für das elastische Abstützelement 15a des wärmefesteren Abstützteils 13 eignet sich ein Elastomer insbesondere ein Silikonkautschuk.
- Das federnde Abstützelement 16a des weniger wärmefesten Abstützteils 16 kann beispielsweise mit Neopren ausgebildet sein. Die Abstützteile 17, 19 und 20 sind gleichartig zum Abstützteil 13 ebenfalls mit einem entsprechenden unelastischen und einem entsprechenden federnden Abstützelement ausgebildet; ebenso sind die Abstützteile 18 und 21 gleich wie das Abstützteil 16 mit einem entsprechend unelastisch und einem entsprechend federnden Abstützteil ausgeführt.
Claims (8)
- Elektrische Wicklungsanordnung mit mindestens einer elektrischen Wicklung (11), die mit zumindest zwei Abstützteilen (13, 16) gegen eine Halteanordnung (22, 24) abgestützt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützteile (13, 16) unterschiedlich wärmefest ausgebildet sind und derart angeordnet sind, dass das wärmefestere Abstützteil (13) an einem im Betrieb relativ warmen Bereich der Wicklungsanordnung angeordnet ist und dass sich das weniger wärmefeste Abstützteil (16) an einem relativ kühlen Bereich der Wicklungsanordnung befindet. - Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das wärmefestere Abstützteil (13) eine thermische Festigkeit der Klasse F nach DIN 532, Teil 6 und das weniger wärmefeste Abstützteil (16) eine thermische Festigkeit der Klasse B nach DIN 532, Teil 6 aufweist. - Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (11) zylindrisch ist und stehend angeordnet ist und an ihrer oberen Stirnseite (28) mit dem wärmefesteren Abstützteil (13) und an ihrer unteren Stirnseite (27) mit dem weniger wärmefesten Abstützelement (16) gegen die Halteanordnung (22, 24) abgestützt ist. - Elektrische Wicklungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Abstützteile (13, 16) ein unelastisches Abstützelement (15, 16B) und ein daran anliegendes weiteres federndes Abstützelement (15A, 16A) aufweist, wobei das eine Abstützelement (15, 16B) an der Halteanordnung (22, 24) und das weitere Abstützelement (15A, 16A) an der Wicklung (11) anliegt. - Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das unelastische Abstützelement (15, 16B) mit Hartpapier, Hartgewebe, Holz und/oder Duroplast ausgebildet ist. - Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Abstützelement (15A, 16A) mit einem Elastomer ausgebildet ist. - Elektrische Wicklungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Abstützelement (15A) des wärmefesteren Abstützteils (13) mit einem Silkonkautschuk ausgebildet ist. - Elektrische Wicklungsanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das das federnde Abstützelement (16A) des weniger wärmefesten Abstützteils (16) mit Neopren ausgebildet ist.
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