EP2346052B1 - Gehäuse für eine elektrische Maschine - Google Patents

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EP2346052B1
EP2346052B1 EP10000374.8A EP10000374A EP2346052B1 EP 2346052 B1 EP2346052 B1 EP 2346052B1 EP 10000374 A EP10000374 A EP 10000374A EP 2346052 B1 EP2346052 B1 EP 2346052B1
Authority
EP
European Patent Office
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housing
electrical machine
cooling
machine according
cooling fluid
Prior art date
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Active
Application number
EP10000374.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2346052A1 (de
Inventor
Benjamin Weber
Marcos Bockholt
Michael Luckey
Wolfgang Mönig
Jens Tepper
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.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to EP10000374.8A priority Critical patent/EP2346052B1/de
Priority to US12/987,603 priority patent/US8525628B2/en
Priority to CN201110022200.3A priority patent/CN102169747B/zh
Publication of EP2346052A1 publication Critical patent/EP2346052A1/de
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Publication of EP2346052B1 publication Critical patent/EP2346052B1/de
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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
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/025—Constructional details relating to cooling
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a housing for an electrical machine, in particular for an electrical power transformer, for example a dry-type transformer, within which cooling channels are provided, through which cooling fluid flows.
  • an electrical power transformer for example a dry-type transformer
  • power transformers is also to surround the dry-type transformer with a housing which allows improved cooling of the transformer by targeted flow around its windings with cooling fluid, for example, with air-air coolers or air Water cooler is cooled.
  • a transformer with a cooling system and housing known, which is flowed through by ambient air.
  • a heat exchanger is known, which is designed as a thermosiphon and also suitable for dissipating heat energy from a housing.
  • a transformer with housing and cooling system is known, which has an improved circulation of a cooling fluid.
  • a cooling system for an external helical winding and isolation barrier transformer is known.
  • This known cooling principle is based on the fact that the main components of air, nitrogen and oxygen, very poor heat transfer and heat radiation are practically permeable. In contrast, a number of gases, especially carbon dioxide and water vapor, absorb radiant heat and emit it.
  • the disadvantage here is that for the regular addition of water to the air, a preferably closed cooling system is required, so as to limit the consumption of water.
  • a housing in which the electric machine and the cooling system can be arranged and the vertically arranged channels for a cooling medium, which flows around the electric machine, wherein both the electrical machine as well as the cooling system receiving housing at least partially forms a hermetic encapsulation.
  • One possibility here is to integrate one or more housing modules in the side walls, which include fans for the internal circulation improvement, another possibility is the attachment of a module, which includes external fans and improves the external circulation. Both measures can be considered both individually and in combination.
  • the channels for the cooling fluid in each case bear against the surface of the windings of the electric machine.
  • the arrangement of the cooling channels is provided so that on the one hand the required electrical insulation thickness is not exceeded and on the other hand a sufficient surface contact is ensured for the best possible heat transfer.
  • the cooling fluid is gaseous. According to a particular embodiment of the invention, however, it can be provided that a liquid cooling medium is used.
  • the cooling channels for guiding the cooling fluid of individual tubes are formed, which are each arranged around the respective winding of the transformer.
  • the cooling channels can also be formed by a wave-shaped or box-shaped structure, which preferably consists of metal, but optionally also of plastic, for example of corrugated metal or corrugated glass, which is arranged around the respective winding of the transformer.
  • cooling channels can also be arranged in the coil windings through which the heat generated in the interior of the coil winding is conducted to the outside and there by the cooling medium flowing through the cooling channels arranged in the housing is picked up and taken away.
  • a further preferred embodiment of the invention provides that the cooling fluid circulates under the influence of natural convection and flows around the electric machine.
  • At least one conveying device is provided for the cooling fluid, which for the Forcibly circulation of the cooling fluid to the flow around the electric machine and recording their heat provides.
  • At least one fan is provided as a conveying device for the cooling fluid, wherein advantageously the at least one fan is arranged on the upper side of the housing receiving the electric machine with the cooling system.
  • the cooling system according to the invention can be improved by at least one fan is arranged laterally on the receiving the electrical machine with the cooling system housing.
  • At least one fan is arranged on the underside of the electrical machine with the cooling system housing receiving.
  • the cooling system according to the invention be characterized in that it has at least one structure which is similar to a plate heat exchanger and provides sufficient internal circulation and an external circulation of the cooling fluid.
  • a heat transfer geometry is created, which is similar, for example, the geometry of a plate heat exchanger. Both internal (outside of the cooling channels) and external circulation (inside the cooling channels) around the housing are achieved. This circulation of air can be forced or natural flow.
  • the invention can also be regarded as an inner and an outer cooling circuit, wherein the inner cooling circuit comprises the region around the coil windings, which is preferably shielded from the outer region laterally by a flow barrier. Within this area bounded by the flow barriers, the cooling medium is selectively conveyed upwards or downwards, where it comes into direct contact with the cooling medium of the outer area and transfers the heat to it.
  • the outer region of the cooling circuit comprises the region bounded in each case by the outer wall of the housing and the flow barriers and the heat exchanger provided according to the invention in the roof region or laterally and optionally in the bottom region.
  • the arrangement formed by the electric machine, the at least one conveying device for the cooling fluid and the at least one plate heat exchanger can be modularly expanded in the surrounding housing.
  • the individual components are designed as modules whose dimensions are coordinated so that a simple change can be done easily and without much effort.
  • forced cooling fans For the purpose of forced cooling fans are provided, which, as already mentioned, can be mounted below, laterally or in the upper region of the housing.
  • the fans can be designed as axial fans and thereby be modularly mounted on the roof, with a corresponding roof construction or serving for attachment scaffolding is optionally provided.
  • cooling of hot areas for example the roof
  • the roof ventilators continue to suck in cooling air from the environment at the transformer housing bottom at the so-called "cooling medium inlet”.
  • the exit of the cooling air takes place advantageously above.
  • further fans for example centrifugal fans, may be mounted laterally on the housing. These then ensure that the heated air is sucked in at the coil top edge and is returned between the cooling tubes or the corrugated structure and a vertical air guide plate.
  • the lateral fans are preferably also mounted in a scaffold to ensure the modularity of the concept.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a three-phase power transformer 10 according to the invention in a sectional view of the front side of the transformer 12 with upper yoke 14 and lower yoke 16 and the surrounding housing 18 reproduced, the cross-section through the transformer 12 receiving housing 18 immediately behind the frontal housing wall is done.
  • the cooling device 20 for the transformer 12 can be seen from this sectional view.
  • the cooling device 20 has two recognizable in this illustration, laterally arranged respectively on the side walls 22 of the housing 18 conveying means for the cooling medium and both sides of the windings 19 arranged cooling channels 24, 26, 28, which are each shielded by a flow guide 30 against each other, each of which covers the entire height of the winding 19 and up or down a gap 34 releases, through which circulates the cooling medium.
  • cooling medium air is provided in the example shown here, which flows around in the housing 18, the heat-emitting transformer 12 and thereby absorbs its heat and promotes heat sink.
  • each arranged on the side walls 22 of the housing 18 conveying means for the cooling medium are part of the cooling device 20 and preferably designed as a radial fan, which promote the cooling medium in the first between the outer wall 22 of the housing 18 and a flow guide 30 arranged cooling channels 24 down.
  • the cooling stream mixed with cooling medium which flows through near-bottom openings 32, and flows through second, also between the outer wall 22 and the flow baffle 30 disposed flow channels 26 back up.
  • the first and second cooling channels 24 and 26 are arranged alternately side by side, so that along the longitudinal side of the relevant electric machine 10, a uniform temperature profile as a heat sink for the cooling of the electric machine 10 results.
  • cooling medium passes through a gap 34 in a space laterally adjacent to the lower yoke 16 at the bottom of the housing 18. From there, the cooling flow is reflected upward and flows in a separated by the flow baffle 30 from the cooling channels 24, 26 further cooling channel 28 again above.
  • This upward flow of the cooling medium is assisted by at least one further cooling fan 20, not shown here, arranged in the so-called roof part 36 of the housing 18, which delivers the now heated cooling medium to the outside (arrows).
  • Fig. 2 shows a side view of the in Fig. 1 illustrated transformer 10 which is arranged in a housing 18 together with the cooling device 20.
  • the cooling device includes except in Fig. 1 illustrated conveying means 24 and inlet openings 32 for the cooling medium and first and second cooling channels 26, 28 and arranged in the roof area 36 of the transformer 10 according to the invention further conveying means 38 for cooling medium, which is indicated here in the side view and plate heat exchangers 40, which ensure optimum cooling by dissipating the waste heat.
  • each junction boxes 42 are arranged for the electrical connection of the transformer 10.
  • FIG. 3 a plan view of the transformer 10 is shown, which shows the transformer 12 and the surrounding housing 18 with the cooling channels 24, 26, 28 arranged therein. For this purpose, the roof area 36 of the transformer 10 is removed.
  • the first and second cooling channels 24, 26, which are arranged side by side on both sides of the three windings 19 of the transformer 12 parallel to the axis of their longitudinal axis, consist of individually shaped channels with a rectangular cross-section. They are made of a correspondingly profiled flat material, preferably light metal because of the low thermal conductivity or plastic profile, box-shaped, on both sides of the windings immediately adjacent to each of the already mentioned Strömungsleitprofil 30 is provided, which the first and second cooling channels 24, 26 of the other Cooling channels 28 separates.
  • first and second cooling channels 4, 26 may preferably be formed by a correspondingly shaped box profile, which is used uniformly in the limited by the outer wall 22 and the cooling baffle 30 space.
  • the present cooling concept according to the invention can be regarded as a two-circuit system with an internal circuit in which, for example, an air flow through radial fan 38 is supported.
  • cooling medium flows between the aforementioned, for example by the wave or box profile formed cooling channels, and between the housing wall and Strömungs Kunststoffleitplatte. The heat is transferred to the outer "Kreistauf".
  • the outer cooling circuit is based on the fact that a vertical flow of the cooling medium supported by roof ventilator, for example axial fan 40, is generated by sucking cool air in the bottom area and from there flowing upwards in the provided cooling channels.
  • roof ventilator for example axial fan 40
  • the cool air absorbs the heat from the inner cooling circuit and releases it to the outside.
  • the coils of the transformer for use in the housing according to the invention are provided with internal cooling channels so as to better dissipate the power losses.
  • LIST OF REFERENCE NUMBERS 10 Transformer 34 Gap area, for example, expelling the already cooled inner air 12 transformer 36 roof 14 upper yoke 38 Conveyor, eg radial fan 16 lower yoke 18 casing 40 Plate heat exchanger (with conveyor, eg axial fan) 19 winding 20 Cooling device, cooling system 42 Connection box 10 22 outer wall 24 first cooling channel 26 second cooling channel 28 another cooling channel 30 flow guide 32 lower housing opening (eg for air supply)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformer Cooling (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektrische Maschine, insbesondere für einen elektrischen Leistungstransformator, beispielsweise ein Trockentransformator, innerhalb dessen Kühlkanäle vorgesehen sind, durch welche Kühlfluid hindurchströmt.
  • Herkömmlicherweise erfolgt die Kühlung von als Leistungstransformatoren ausgebildeten elektrischen Maschinen in Trockenbauweise durch Abgabe der während des Betriebs im Trockentransformator entstehenden Wärme unmittelbar an die Umgebung.
  • Bei elektrischen Maschinen beziehungsweise bei solchen mit hoher Leistung, die als kompakt gestaltete Leistungstransformatoren ausgebildet sind, kann es erforderlich sein, über die Kühlung durch Konvektion hinaus zusätzliche Kühlmaßnahmen in Betracht zu ziehen.
  • So werden bei aktuellen Gehäusekonzepten besondere Kühlkanäle für die Kühlung eines kompakt gestalteten Leistungstransformators vorgesehen, wobei die Kühlung überwiegend mittels freier Konvektion, das heißt durch natürliche Kühlung, erfolgt. Bei höherer Transformatorleistung kann dies aber nicht mehr ausreichen, so dass das Design des Gehäuses anzupassen ist beziehungsweise ein zusätzliches separates Kühlsystem mit forcierter Kühlung vorzusehen.
  • In ähnlicher Weise ist entsprechend neuerer Konzepte auch für als Trockentransformatoren ausgebildete Leistungstransformatoren vorgesehen, den Trockentransformator zusätzlich mit einem Gehäuse zu umgeben, welches eine verbesserte Kühlung des Transformators durch gezielte Umströmung dessen Wicklungen mit Kühlfluid gestattet, das beispielsweise mit Luft-Luft-Kühlern oder mit Luft-Wasser-Kühler gekühlt wird.
  • Aus der US 3551863 ist ein Transformator mit einem Kühlsystem und Gehäuse bekannt, welches von Umgebungsluft durchströmt ist. Aus der US 2009/056916 ist ein Wärmetauscher bekannt, welcher als Thermosiphon ausgeführt und auch dafür geeignet ist, Wärmeenergie aus einem Gehäuse abzuführen. Aus der US 3137829 ist Ein Transformator mit Gehäuse und Kühlsystem bekannt, welches eine verbesserte Zirkulation eine Kühlfluids aufweist. Aus der US 4032873 ist ein Kühlsystem für einen Transformator mit äußerer spiralförmiger Wicklung und Isolationsbarriere bekannt.
  • Aus der DE 19812243 ist eine Einhausung für einen Trockentransformator bekannt, deren Elemente und deren Anordnung, dadurch gekennzeichnet sind, dass die Einhausung rundum von Umgebungsluft durchströmt werden kann, wobei diese sich beim Durchströmen eines ständig oder lastabhängig mit Wasser befeuchteten äußeren benetzungsfähigen Mantels abkühlt und befeuchtet und die abgekühlte und befeuchtete Luft so geführt wird, dass sie die von den Oberspannungswicklungen angestrahlten Festkörperoberflächen ständig abkühlt und von unten in die Kühlkanäle der einzelnen Transformatorenschenkel eintritt und bei Austritt aus den Kühlkanälen abgesaugt und hinweggeführt wird.
  • Diesem bekannten Kühlungsprinzip liegt zugrunde, dass die Hauptbestandteile der Luft, Stickstoff und Sauerstoff, sehr schlechte Wärmeträger und für Wärmestrahlung praktisch durchlässig sind. Eine Reihe von Gasen, insbesondere Kohlendioxid und Wasserdampf, nehmen dagegen Strahlungswärme auf und strahlen diese ab.
  • Auch ein hoher Anteil von Wasserdampf in ungesättigtem Zustand in der Kühlluft eines Transformators würde die Wärmeaufnahmefähigkeit derselben also verbessern. Ferner ist bekannt, dass Wasser eine sehr hohe Verdampfungswärme besitzt. Sie beträgt bei Normaldruck etwa 627 Wh/kg, so dass die Verwendung von Wasser prinzipiell eine gute Wärmeabsorption verspricht, indem man die zur Kühlung des Transformators bestimmte Luft mit Wasser anreichert und dieses infolge der vom Transformator aufgenommen Wärme verdampfen lässt und ihr so Wärme entzieht.
  • Nachteilig hierbei ist, dass für die regelmäßige Beimengung von Wasser zur Luft ein vorzugsweise geschlossenes Kühlsystem erforderlich ist, um so den Verbrauch an Wasser zu begrenzen.
  • Andererseits ist bei der Entwicklung von Transformatorgehäusen mit forcierter Kühlung für jeden Transformator das jeweilige Kühlsystem neu auszulegen und zu montieren. Hierbei geht die Möglichkeit einer natürlichen Kühlung durch Konvektion verloren, das heißt, derartige Transformatoren können dann nur noch forciert gekühlt werden.
  • Bis zu einer bestimmten Gehäusegröße ist natürliche Kühlung innerhalb und außerhalb des Gehäuses bei konstanten Umgebungsbedingungen ausreichend, um eine bestimmte Verlustleistung abzuführen. Um eine darüber hinausgehende erhöhte Verlustleistung aus demselben Gehäuse abführen zu können beziehungsweise um eine Kompensation für eine erhöhte Umgebungstemperatur zu gewährleisten, sind jedoch weitere Maßnahmen zur Kühlung erforderlich.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse für eine elektrische Maschine anzugeben, welches sowohl eine natürliche als auch eine forcierte, das heißt erzwungene, Kühlung des Transformators, je nach Transformator-Verlustleistung, erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Demgemäß ist ein Gehäuse vorgesehen, in welchem die elektrische Maschine komplett sowie das Kühlsystem anordenbar ist und das vertikal angeordnete Kanäle für ein Kühlmedium aufweist, welches die elektrische Maschine umströmt, wobei das sowohl die elektrische Maschine als auch das Kühlsystem aufnehmende Gehäuse zumindest partiell eine hermetische Kapselung bildet.
  • Hierbei besteht eine Möglichkeit darin, in die Seitenwände ein oder mehrere Gehäuse-Module zu integrieren, welche Lüfter für die innere Zirkulationsverbesserung beinhalten, eine weitere Möglichkeit bietet die Anbringung eines Moduls, welches externe Ventilatoren beinhaltet und die äußere Zirkulation verbessert. Beide Maßnahmen können sowohl einzeln wie auch kombiniert in Betracht gezogen werden.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kanäle für das Kühlfluid jeweils an der Oberfläche der Wicklungen der elektrischen Maschine anliegen. Hierbei ist die Anordnung der Kühlkanäle so vorgesehen, dass einerseits die erforderliche elektrische Isolierdicke nicht unterschritten wird und andererseits ein ausreichender Oberflächenkontakt für einen bestmöglichen Wärmeübergang gewährleistet ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kühlfluid gasförmig ist. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann aber vorgesehen sein, dass ein flüssiges Kühlmedium zum Einsatz gelangt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kühlkanäle zur Führung des Kühlfluids von einzelnen Rohren gebildet, welche jeweils um die jeweilige Wicklung des Transformators angeordnet sind.
  • An Stelle von Kühlrohren können die Kühlkanäle auch von einer wellenförmigen beziehungsweise kastenförmigen Struktur gebildet sein, die vorzugsweise aus Metall, gegebenenfalls aber auch aus Kunststoff besteht, zum Beispiel von Wellblech oder Wellglas, welches um die jeweilige Wicklung des Transformators angeordnet ist.
  • Ergänzend, das heißt zur verbesserten Dissipation der in den Spulenwicklungen betriebsbedingt verursachten Wärme, können in den Spulenwicklungen jeweils ebenfalls Kühlkanäle angeordnet sein, durch welche die im Inneren der Spulenwicklung entstehende Wärme nach außen geleitet und dort von dem durch die in dem Gehäuse angeordneten Kühlkanäle strömenden Kühlmedium aufgenommen und abtransportiert wird.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Kühlfluid unter dem Einfluss natürlicher Konvektion zirkuliert und die elektrische Maschine umströmt.
  • In vorteilhafter Verbesserung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass wenigstens eine Fördervorrichtung für das Kühlfluid vorgesehen ist, welche für die zwangsweise Zirkulation des Kühlfluids zur Umströmung der elektrischen Maschine und Aufnahme deren Wärme sorgt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist als Fördereinrichtung für das Kühlfluid wenigstens ein Ventilator vorgesehen, wobei vorteilhafterweise der wenigstens eine Ventilator an der Oberseite des die elektrische Maschine mit dem Kühlsystem aufnehmenden Gehäuses angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein hier angeordneter Ventilator die vom Transformator stammende Wärme, welche aufsteigt und sich hier sammelt, kontrolliert ableiten kann.
  • Bedarfsweise kann das erfindungsgemäße Kühlsystem dadurch verbessert sein, indem wenigstens ein Ventilator seitlich an dem die elektrische Maschine mit dem Kühlsystem aufnehmenden Gehäuse angeordnet ist.
  • Schließlich kann überdies vorgesehen sein, dass wenigstens ein Ventilator an der Unterseite des die elektrische Maschine mit dem Kühlsystem aufnehmenden Gehäuses angeordnet ist.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Kühlsystem, dadurch gekennzeichnet sein, dass es wenigstens eine Struktur aufweist, die ähnlich einem Plattenwärmeübertrager ist und für eine ausreichende innere Zirkulation und eine äußere Zirkulation des Kühlfluids sorgt.
  • Durch die vertikal angebrachten Kühlrohre oder mittels der Wellstruktur wird eine Wärmeübertragungsgeometrie geschaffen, die beispielsweise der Geometrie eines Plattenwärmeübertragers ähnelt. Es wird sowohl eine innere (außerhalb der Kühlkanäle) als auch eine äußere Zirkulation der Luft (innerhalb der Kühlkanäle) um das Gehäuse erzielt. Diese Zirkulation der Luft kann forciert oder durch natürliche Strömung stattfinden.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass durch die Anordnung der elektrischen Maschine, der wenigstens einen Fördereinrichtung für das Kühlfluid sowie die wenigstens eine einem Plattenwärmeübertrager ähnlich Struktur in dem umgebenden gemeinsamen Gehäuse eine modulare Bauweise ermöglicht ist.
  • Prinzipiell kann man die Erfindung auch als einen inneren und einen äußerten Kühlkreislauf ansehen, wobei der innere Kühlkreislauf den Bereich um die Spulenwicklungen umfasst, der gegenüber dem äußeren Bereich seitlich vorzugsweise durch eine Strömungsbarriere abgeschirmt ist. Innerhalb dieses von den Strömungsbarrieren begrenzten Bereiches wird das Kühlmedium gezielt nach oben beziehungsweise nach unten gefördert, wo es in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium des äußeren Bereiches gelangt und die Wärme an diesen überträgt.
  • Der äußere Bereich des Kühlkreislaufes umfasst den Bereich, der jeweils von der Außenwandung des Gehäuses sowie den Strömungsbarrieren begrenzt ist sowie die erfindungsgemäß im Dachbereich beziehungsweise seitlich sowie gegebenenfalls im Bodenbereich vorgesehen Wärmetauscher.
  • Insbesondere erweist es sich für das Kühlsystem als Vorteil, dass die aus der elektrischen Maschine, der wenigstens einen Fördereinrichtung für das Kühlfluid sowie dem wenigstens einen Plattenwärmeübertrager gebildete Anordnung in dem umgebenden Gehäuse modular erweiterbar ist. Hierzu sind die einzelnen Komponenten als Module ausgebildet, deren Abmessungen so aufeinander abgestimmt sind, dass eine einfache Veränderung problemlos und ohne großen Aufwand erfolgen kann.
  • Zum Zwecke einer forcierten Kühlung sind Ventilatoren vorgesehen, die, wie bereits erwähnt, unten, seitlich oder im oberen Bereich des Gehäuses angebracht sein können. Die Ventilatoren können als Axialventilatoren ausgeführt sein und dabei auf dem Dach modular angebaut sein, wobei eine entsprechende Dachkonstruktion beziehungsweise ein für die Anbringung dienendes Gerüst optional vorgesehen ist.
  • Die Kühlung von heißen Stellen, zum Beispiel das Dach, wird hierdurch verbessert, da die Dachlüfter weiterhin Kühlluft aus der Umgebung am Transformatorgehäuseboden am sogenannten "cooling medium inlet" ansaugen. Der Austritt der Kühlluft erfolgt vorteilhafterweise oben. Des Weiteren können weitere Ventilatoren, zum Beispiel Radialventilatoren, seitlich am Gehäuse angebracht sein. Diese sorgen dann dafür, dass die erhitzte Luft an der Spulenoberkante angesaugt wird und zwischen den Kühlrohren oder der Wellstruktur und einer vertikalen Luftleitplatte zurückgeführt wird. Dabei sollen die seitlichen Ventilatoren vorzugsweise ebenfalls in einem Gerüst montiert werden, um die Modularität des Konzeptes zu gewährleisten.
  • Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines dreiphasigen Leistungstransformators in einer stirnseitigen Schnittansicht;
    Fig. 2
    eine Seitenansicht des Transformators gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf einen Transformator gemäß Fig. 1 und
    Fig. 4
    eine ausschnittweise Vergrößerung der Einzelheit "X" in Fig. 3
  • In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines dreiphasigen Leistungstransformators 10 gemäß der Erfindung in einer Schnittansicht der Stirnseite des Transformators 12 mit oberem Joch 14 und unterem Joch 16 sowie des ihn umgebenden Gehäuses 18 wiedergegeben, wobei der Schnitt quer durch das den Transformator 12 aufnehmende Gehäuse 18 unmittelbar hinter der stirnseitigen Gehäusewandung erfolgt ist.
  • Ferner ist anhand dieser Schnittdarstellung die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 20 für den Transformator 12 zu erkennen. Die Kühleinrichtung 20 besitzt zwei in dieser Darstellung erkennbare, seitlich jeweils an den Seitenwänden 22 des Gehäuses 18 angeordnete Fördereinrichtungen für das Kühlmedium sowie beiderseits der Wicklungen 19 angeordnete Kühlkanäle 24, 26, 28, die jeweils durch ein Strömungsleitprofil 30 gegeneinander abgeschirmt sind, welches jeweils die gesamte Höhe der Wicklung 19 abdeckt und nach oben beziehungsweise nach unten einen Spalt 34 freigibt, durch welchen das Kühlmedium zirkuliert.
  • Als Kühlmedium ist in dem hier gezeigten Beispiel Luft vorgesehen, welche in dem Gehäuse 18 den Wärme abgebenden Transformator 12 umströmt und hierbei dessen Wärme aufnimmt und zu einer Wärmesenke fördert.
  • Die erwähnten, jeweils an den Seitenwänden 22 des Gehäuses 18 angeordneten Fördereinrichtungen für das Kühlmedium sind Teil der Kühleinrichtung 20 und vorzugsweise als Radialgebläse ausgebildet, welche das Kühlmedium in ersten zwischen der Außenwandung 22 des Gehäuses 18 und einem Strömungsleitprofil 30 angeordneten Kühlkanälen 24 nach unten fördern. Dort vermischt sich der Kühlstrom mit Kühlmedium, das durch bodennahe Öffnungen 32 einströmt, und strömt durch zweite, ebenfalls zwischen der Außenwandung 22 und dem Strömungsleitblech 30 angeordnete Strömungskanäle 26 wieder nach oben.
  • Wie insbesondere aus der in Fig. 4 dargestellten Detailvergrößerung der Einzelheit "X" zu erkennen ist, sind die ersten und zweiten Kühlkanäle 24 und 26 wechselweise nebeneinander angeordnet, so dass entlang der Längsseite der betreffenden elektrischen Maschine 10 ein gleichmäßiges Temperaturprofil als Wärmesenke für die Kühlung der elektrischen Maschine 10 resultiert.
  • Zusätzlich gelangt Kühlmedium durch einen Spalt 34 in einen Raum seitlich neben dem unteren Joch 16 am Boden des Gehäuses 18. Von dort wird der Kühlstrom nach oben reflektiert und strömt in einem durch das Strömungsleitblech 30 von den Kühlkanälen 24, 26 abgetrennten weiteren Kühlkanal 28 wieder nach oben.
  • Diese Aufwärtsströmung des Kühlmediums wird durch wenigstens einen weiteren zur Kühleinrichtung 20 gehörigen, hier nicht dargestellten, im sogenannten Dachteil 36 des Gehäuses 18 angeordneten Ventilator unterstützt, der das nunmehr aufgeheizte Kühlmedium oberhalb nach außen abgibt (Pfeile).
  • Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Transformators 10, der in einem Gehäuse 18 gemeinsam mit der Kühleinrichtung 20 angeordnet ist. Zur Kühleinrichtung gehören außer den in Fig. 1 dargestellten Fördereinrichtungen 24 sowie Eintrittsöffnungen 32 für das Kühlmedium und ersten und zweiten Kühlkanälen 26, 28 auch im Dachbereich 36 des erfindungsgemäßen Transformators 10 angeordnete weitere Fördereinrichtungen 38 für Kühlmedium, die hier in der Seitenansicht angedeutet sind, sowie Plattenwärmetauscher 40, die für eine optimale Kühlung durch Abführung der Abwärme sorgen.
  • An beiden Stirnseiten des Gehäuses 18 sind jeweils Anschlußkästen 42 für den elektrischen Anschluss des Transformators 10 angeordnet.
  • In Fig. 3 ist schließlich in einer Schnittdarstellung eine Draufsicht auf den Transformator 10 dargestellt, welche Darstellung den Transformator 12 und das ihn umgebende Gehäuse 18 mit den darin angeordneten Kühlkanälen 24, 26, 28 zeigt. Hierzu ist der Dachbereich 36 des Transformators 10 entfernt.
  • Die ersten und zweiten Kühlkanäle 24, 26, die beiderseits der drei Wicklungen 19 des Transformators 12 achsparallel zu deren Längsachse nebeneinander angeordnet sind, bestehen aus einzeln geformten Kanälen mit rechteckförmigem Querschnitt. Sie sind aus einem entsprechend profilierten Flachmaterial, vorzugsweise Leichtmetall wegen der günstigen Wärmeleitfähigkeit oder auch Kunststoffprofil, kastenartig geformt, wobei beiderseits der Wicklungen an diesen unmittelbar anliegend jeweils das bereits erwähnte Strömungsleitprofil 30 vorgesehen ist, welches die ersten und zweiten Kühlkanäle 24, 26 von den weiteren Kühlkanälen 28 trennt.
  • Aus der in Fig. 4 dargestellten Detailvergrößerung der Einzelheit "X" ist zu erkennen, dass die ersten und zweiten Kühlkanäle 24 und 26 abwechselnd nebeneinander angeordnet sind, so dass entlang der Längsseite der betreffenden elektrischen Maschine 10 ein gleichmäßiges Temperaturprofil als Wärmesenke für die Kühlung der elektrischen Maschine 10 resultiert.
  • Diese ersten und zweiten Kühlkanälen 4, 26 können vorzugsweise durch ein entsprechend geformtes Kastenprofil gebildet sein, welches gleichmäßig in den von der Außenwandung 22 und dem Kühlleitblech 30 begrenzten Raum eingesetzt ist.
  • Generell kann das vorliegende Kühlkonzept gemäß der Erfindung als Zwei-Kreislaufsystem angesehen werden mit einem Inneren Kreislauf, bei welchem beispielsweise eine Luftströmung durch Radialgebläse 38 unterstützt wird. Dabei strömt Kühlmedium zwischen den vorgenannten, zum Beispiel durch das Wellen- oder Kastenprofil gebildeten Kühlkanälen, und zwischen Gehäusewand und Strömungsluftleitplatte. Dabei wird die Wärme an den äußeren "Kreistauf" übertragen.
  • Der äußere Kühlkreislauf beruht darauf, dass eine Vertikalströmung des Kühlmediums unterstützt durch Dachlüfter , zum Beispiel Axialgebläse 40, erzeugt wird, indem kühle Luft im Bodenbereich angesaugt wird und von dort in den vorgesehenen Kühlkanälen nach oben strömt. Hierbei nimmt die kühle Luft die aus dem inneren Kühlkreislauf stammende Wärme auf und gibt sie nach außen ab.
  • Vorzugsweise sind die Spulen des Transformators für die Verwendung in dem erfindungsgemäß Gehäuse mit inneren Kühlkanälen versehen, um so die Verlustleistungen besser zu dissipieren. Bezugszeichenliste
    10 Transformator) 34 Spaltbereich, für z.B. Ausblaß der bereits gekühlten inneren Luft
    12 Transformator 36 Dachbereich
    14 oberes Joch 38 Fördereinrichtung, z.B. Radialgebläse
    16 unteres Joch
    18 Gehäuse 40 Plattenwärmetauscher (mit Fördereinrichtung, z.B. Axiallüfter)
    19 Wicklung
    20 Kühleinrichtung, Kühlsystem 42 Anschlußkasten 10
    22 Außenwand
    24 erster Kühlkanal
    26 zweiter Kühlkanal
    28 weiterer Kühlkanal
    30 Strömungsleitprofil
    32 untere Gehäuseöffnung (z.B. für Luftzufuhr)

Claims (13)

  1. Gehäuse für eine elektrische Maschine (10), insbesondere für einen elektrischen Leistungstransformator (12), beispielsweise ein Trockentransformator, wobei innerhalb des Gehäuses (18) Kühlkanäle (24, 26, 28) vorgesehen sind, durch welche Kühlfluid Luft hindurchströmt, wobei in dem Gehäuse (18) sowohl die elektrische Maschine (10) als auch ein Kühlsystem (20) anordenbar sind, wobei vertikal angeordnete erste und zweite Kanäle (26, 28) für das Kühlfluid vorgesehen sind, welches die elektrische Maschine (12) umströmt, wobei das die elektrische Maschine (10) und das Kühlsystem (20) aufnehmende Gehäuse (18) zumindest partiell eine hermetische Kapselung bildet,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens ein Plattenwärmeübertrager (40) vorgesehen ist, der eine innere Zirkulation und eine äußere Zirkulation des Kühlfluids aufweist, wobei erste und zweite Kühlkanäle wechselweise nebeneinander parallel angeordnet sind und wobei das Kühlfluid in den ersten angeordneten Kühlkanälen nach unten und in den zweiten angeordneten Kühlkanälen wieder nach oben gefördert wird.
  2. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass eine elektrische Maschine (12) mit Wicklungen in dem Gehäuse anordenbar ist und zumindest ein Teil der Kanäle (28) für das Kühlfluid jeweils an einer Oberfläche der Wicklungen (19) anliegt.
  3. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (12) mit Wicklungen (19) in dem Gehäuse anordenbar ist und wenigstens ein Plattenwärmeübertrager oberhalb der Wicklungen (19) angeordnet ist.
  4. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (24, 26) von einzelnen Rohren gebildet sind.
  5. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (24, 26) von einer wellenförmigen Struktur aus Metall oder Kunststoff, zum Beispiel Wellblech oder Wellglas, gebildet sind.
  6. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (12) in dem Gehäuse anordenbar ist, das Kühlfluid unter dem Einfluss natürlicher Konvektion zirkuliert und die elektrische Maschine (12) umströmt.
  7. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fördervorrichtung für das Kühlfluid vorgesehen ist, welche die zwangsweise Zirkulation des Kühlfluids zur Umströmung der elektrischen Maschine (12) und Aufnahme deren Wärme bewirkt.
  8. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Fördereinrichtung für das Kühlfluid wenigstens ein Ventilator (38) vorgesehen ist.
  9. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ventilator (38) im Dachbereich (36) des die elektrische Maschine (12) mit dem Kühlsystem (20) aufnehmenden Gehäuses (18) angeordnet ist.
  10. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ventilator seitlich an dem die elektrische Maschine (12) mit dem Kühlsystem (20) aufnehmenden Gehäuse (18) angeordnet ist.
  11. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ventilator an der Unterseite des die elektrische Maschine (12) mit dem Kühlsystem (20) aufnehmenden Gehäuses (18) angeordnet ist.
  12. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das die elektrische Maschine (12), die wenigstens eine Fördereinrichtung für das Kühlfluid sowie den wenigstens einen Plattenwärmeübertrager aufnehmende Gehäuse (18) modular aufgebaut ist und eine modulare Bauweise ermöglicht.
  13. Gehäuse für eine elektrische Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das die von der elektrischen Maschine (12), der wenigstens einen Fördereinrichtung für das Kühlfluid sowie dem wenigstens einen Plattenwärmeübertrager gebildete Anordnung aufnehmende Gehäuse (18) modular erweiterbar ist.
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