EP2511919A1 - Trockentransformatorheizung - Google Patents

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EP2511919A1
EP2511919A1 EP11003004A EP11003004A EP2511919A1 EP 2511919 A1 EP2511919 A1 EP 2511919A1 EP 11003004 A EP11003004 A EP 11003004A EP 11003004 A EP11003004 A EP 11003004A EP 2511919 A1 EP2511919 A1 EP 2511919A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
transformer
dry
winding
insulating layer
heater according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11003004A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Weber
Bhavesh Patel
Burak Esenlik
Frank Cornelius
Jens Dr. Tepper
Marcos Dr. Bockholt
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to EP11003004A priority Critical patent/EP2511919A1/de
Priority to PCT/EP2012/001088 priority patent/WO2012139688A1/de
Priority to CN201280017870.9A priority patent/CN103460310B/zh
Publication of EP2511919A1 publication Critical patent/EP2511919A1/de
Priority to US14/052,285 priority patent/US9171662B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H01F27/008—Details of transformers or inductances, in general with temperature compensation
    • 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
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means

Definitions

  • the invention relates to a dry-transformer heater, comprising a closed housing, at least one transformer winding arranged therein with at least one winding conductor each and an insulating layer surrounding each of these.
  • dry-type transformers For certain applications, it is necessary to encapsulate dry-type transformers, that is to say to arrange them within a closed housing. This may be the case, for example, with dry-type transformers operating within a very cold working environment or on a ship or an oil rig and against the effects of saline seawater.
  • an encapsulation may occasionally be required alone because of their mechanical protection.
  • an encapsulated transformer is subject to frequent use downtime due to use, it may lead to the formation of condensation inside the transformer housing, since the transformer then cools due to the lack of heating the winding losses.
  • a housing in the context of this invention may mean both that the transformer winding is fixedly arranged in this housing and is movable therewith. But it is also meant that a transformer winding or even the entire transformer is arranged in a closed space, which actually does not belong directly to the transformer. This can be, for example, a locked room in the hull of a ship or even a room within a building.
  • the means for the direct primary input of the heat output into the insulating layer can be regulated independently of the electrical operation of the transformer winding. This allows for both the operation of the dry-type transformer heating as pure standstill heating, as well as supplementary heating during transformer operation.
  • the transformer windings are lossy, so that when operating the transformer in the transformer windings generates a heating power. Depending on the outside temperature and resulting power loss this may already be sufficient to prevent condensation, but if necessary, an additional heating power of the dry-transformer heating may be necessary.
  • the means for the direct primary input of the heat output can be specifically controlled in such a way that a sufficiently high temperature above the dew point is ensured.
  • the dry-type transformer heating therefore at least one temperature sensor is provided and means to regulate the registered heat output such that the temperature of the insulating layer is above the respective dew point.
  • a control and / or regulating device is to be provided, which predetermines the registered heating power as a function of the measured temperature in accordance with a specific control characteristic.
  • Preferred arrangement points for one or more temperature sensors are the inner wall region of the housing above the transformer core or the transformer windings, because condensation occurring there would disadvantageously drip onto the high-voltage windings and in extreme cases could lead to a short circuit or other fault, for example.
  • At least one coil heating wire is arranged on the surface of the insulating layer as a means for the direct primary input of the heat output.
  • a SpulenMapdraht is an electrical conductor, which heats up due to its internal resistance during flow of an electric current accordingly.
  • a daily application to the insulating layer of a transformer winding is not critical, if necessary, this can also be a suitable temperature-resistant and thermally conductive adhesive can be used. Due to the insulating layer, which surrounds the transformer winding, no isolation problems with the winding conductor of the transformer winding are to be expected. In this way, a targeted heat input is made possible on the surface of the high-voltage winding that is particularly critical with respect to condensation.
  • the SpulenMapdraht is flat, in particular with predominantly parallel track distances, arranged on the surface, so that it can be heated according to homogeneous.
  • At least one coil heating wire is arranged within the insulation layer. This must then be inserted in the production of the insulation directly into this, which is technically but unproblematic production, because appropriate winding machines for the production of the transformer winding anyway available stand.
  • An insulating layer usually consists of a multi-layer wound resin-impregnated fiber roving, wherein the SpulenMapdrumblete are then bring relatively close to the surface. In this way, the heating wires are on the one hand protected by the insulating layer, on the other hand, a more homogeneous distribution of a demand-generated heating power is guaranteed.
  • the advantages of a coil heating wire arranged in this way correspond to the advantages of a heating wire arranged on the coil surface.
  • a combination of both arrangement variants is possible or else the arrangement of several SpulenMapdrahtten to the same high-voltage winding.
  • At least one coil heating wire is laid at least in sections in meandering fashion. This allows a particularly homogeneous heating of the corresponding portion of the surface of the high-voltage winding or of its surrounding insulating layer.
  • the spacing between adjacent Spulenurbandrahtabitese is compressed in certain areas of the insulating layer, which applies to both Spulenurbandrumblete within the insulating layer and outside of the insulating layer.
  • a surface area with denser coil heating wires is provided in surface areas in which a higher entry of heat output makes sense, for example at the terminals of the high-voltage winding. In less critical areas, it is sufficient to lay the coil heating wires less tightly.
  • At least one coil heating wire is electrically connected to a winding conductor of the transformer winding.
  • the arrangement of the SpulenMapdrumblete within the insulation layer is preferable here.
  • the SpulenMapdraht is set to a defined potential and further reduces the risk of insulation breakdowns to the winding conductor. It should be noted, however, that a voltage source which is provided for a current flow through the SpulenMapdraht must also be set to the conductor potential. This is not always advantageous.
  • At least one Spulenurbandraht an electrically short-circuited loop is formed, which is arranged such that when operating the transformer winding, a voltage in the loop is induced.
  • This has accordingly at least in sections a Wickelsinn, which corresponds to that of the winding conductor of the transformer winding.
  • the electrically short-circuited loop is variable in its electrical resistance by a series-connected electrical component.
  • a component may for example be a switch, by means of which the winding can be activated as needed. But it can also be a variable resistor or a power electronic circuit, which fulfills this purpose. The latter is characterized in particular by a good controllability.
  • an electrical voltage source is provided for generating a current flow through at least one heating wire.
  • this can either be a constant voltage source or else a controllable voltage source.
  • At least one UV emitter directed onto the insulation layer is provided. This is arranged for example on an inner side wall of the housing.
  • the UV rays generate a heat input when they hit the insulation layer directly.
  • at least one such UV radiator is necessary, that is to say in total of at least six.
  • each transformer winding or the surrounding insulating layer is provided with respective means for recording a heat output.
  • Fig. 1 shows a lateral section 10 through a first encapsulated dry-type transformer according to the prior art.
  • a dry-type transformer is arranged, of which the transformer core is designated by the reference numeral 16 and a transformer winding arranged above a leg of the transformer core 16 is designated by the reference numeral 14.
  • two heating elements 18, 20 are arranged, which in two respective radiating areas indicated by the reference numerals 22 and 24 irradiate the lateral areas of the housing 12, but not the dry-type transformer located therein.
  • condensation is indeed avoided, but especially in the middle upper region of the transformer housing, just above the dry transformer is not made for a sufficient entry of heat output, so that there is a condensation, as indicated by the reference numeral 26. This can disadvantageously drip on the underlying transformer and so for example lead to short circuits or malfunction of the dry-type transformer.
  • Fig. 2 shows a lateral section 30 through a second encapsulated dry-type transformer according to the invention.
  • a dry-type transformer with a transformer core 36 and a transformer winding 34 is shown, behind which two further invisible transformer windings are arranged.
  • two areas 38 and 42 are indicated, in each of which a SpulenMapdraht is arranged meandering.
  • a narrow meandering shape 40 is selected, while in the second region 42 a further meandering shape 44 is selected. The entry of heat output per surface unit is thus correspondingly higher in the first region 38.
  • the heated transformer coil 34 outputs, primarily by rising of heated at the outer surface of the insulating layer of air, a portion of the registered thermal power to the located above the transformer roof part of the transformer housing 32, which is then also heated, as indicated by the radiating region with the reference numeral 48 , Therefore, especially at the particularly critical housing area above the transformer such a high temperature is reached that its temperature is above the respective dew point temperature.
  • the formation of condensation is indicated at the respective ceiling areas by the reference numeral 46. However, this is harmless because it drips into areas of the housing 32 where no transformer winding is arranged.
  • Fig. 3 shows a section 50 through a third encapsulated dry-type transformer in a plan view.
  • a closed housing 58 three hollow cylindrical transformer windings 52, 54, 56 are arranged side by side, wherein a corresponding transformer core is not shown for illustrative reasons.
  • the transformer windings 52, 54, 56 are surrounded radially on the outside by a respective insulation layer 60.
  • a plurality of Spulenchaindrumblete are indicated by the reference numeral 66, which are arranged in this example along the axial extent of the respective transformer windings.
  • an arrangement transverse to this is conceivable, especially if a short-circuited induction loop is to be formed. With this it becomes possible, at Operation of the transformer without an additional voltage source to provide an entry of heat output in the insulating layer 60.
  • the transformer winding with the reference numeral 56 is hinted at the side of an infrared heater 62, as indicated by the reference numeral 64. Also in this way a direct primary energy input into the insulating layer 60 is possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Insulating Of Coils (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trockentransformatorheizung, umfassend ein geschlossenes Gehäuse (12, 32, 58), wenigstens eine darin angeordnete Transformatorwicklung (14, 34, 52, 54, 56) mit wenigstens jeweils einem Wicklungsleiter und mit einer diese jeweils umgebenden Isolationsschicht (60). Zusätzlich zum jeweiligen Wicklungsleiter sind weitere Mittel zum direkten primären Eintrag einer Wärmeleistung in die jeweilige Isolationsschicht (60) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trockentransformatorheizung, umfassend ein geschlossenes Gehäuse, wenigstens eine darin angeordnete Transformatorwicklung mit wenigstens jeweils einem Wicklungsleiter und mit einer diese jeweils umgebenden Isolationsschicht.
  • Es ist allgemein bekannt, dass in Energieverteilungsnetzen zur Anpassung der Spannungsebenen verschiedener Netzkomponenten Trockentransformatoren verwendet werden. Diese weisen einen Leistungsbereich von beispielsweise 100kVA bis einige 10MVA auf und sind für Nennspannungen zwischen beispielsweise einigen kV bis 110kV vorgesehen. Im Gegensatz zu Öltransformatoren ist hier auf ein flüssiges Isoliermedium verzichtet, vielmehr sind beispielsweise die Wicklungen von einem festen Isolierstoff, beispielsweise einem in Harz getränkten und nachfolgend ausgehärtetem Faserroving, umgeben. Bei einem dreiphasigen Transformator sind dann drei derartiger Wicklungen um jeweils einen Schenkel eines Transformatorkerns angeordnet. Zur Abführung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme sind insbesondere bei einer warmen Arbeitsumgebung in verstärktem Umfang Kühlkanäle durch die Wicklungen notwendig.
  • Für bestimmte Anwendungen ist es notwendig, Trockentransformatoren zu kapseln, also innerhalb eines geschlossenen Gehäuses anzuordnen. Dies kann beispielsweise bei Trockentransformatoren der Fall sein, welche innerhalb einer sehr kalten Arbeitsumgebung angeordnet sind oder aber auf einem Schiff oder einer Ölbohrplattform und gegen die Einwirkungen von salzhaltigem Meerwasser. Eine Kapselung kann aber fallweise auch alleine wegen ihrer mechanischen Schutzwirkung erforderlich sein. Insbesondere für den Fall, dass ein gekapselter Transformator einsatzbedingt häufigen Stillstandzeiten unterworfen ist, kann es zur Bildung von Kondenswasser innerhalb des Transformatorgehäuses kommen, da der Transformator dann aufgrund der fehlenden Heizeinwirkung der Wicklungsverluste auskühlt. Auch im Dauerbetrieb eines gekapselten Transformators kann es zu Kondenswasserbildung kommen, wenn dieser in einer so kalten Arbeitsumgebung aufgestellt ist, dass die Wicklungsverluste nicht zu einer genügenden Erwärmung des Transformators beziehungsweise von dessen Gehäuse führen, so dass die Taupunkttemperatur nicht überschritten ist. In diesem Fall sammelt sich bei längerem Stillstand Kondenswasser an den innenseitigen Oberflächen des Gehäuses beziehungsweise auch auf der Oberfläche der Wicklungen.
  • Zur Vermeidung von Kondenswassererscheinungen innerhalb eines Transformatorgehäuses ist es daher üblich, bedarfsweise Stillstandsheizungen in das Gehäuse einzubauen, beispielsweise Wärmestrahler. Diese sind aufgrund einer vereinfachten Anordnung zumeist beidseitig des Transformatorkerns auf dem Gehäuseboden angeordnet und weisen einen nach oben gerichteten Heizbereich auf. Dies hat zur Folge, dass die Bereiche beidseitig des Transformatorkerns erwärmt werden und dort die Bildung von Kondenswasser vermieden ist. Der Transformatorwicklungen und der Gehäusebereich über ihr ist jedoch nicht direkt von dem Heizbereich erfasst, so dass es dort zu Kondenswasserbildung kommen kann, welches in nachteiliger Weise insbesondere vom oberen Gehäusebereich auf die darunter liegenden Transformatorwicklungen tropfen kann.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Trockentransformatorheizung anzugeben, welche dieses Phänomen vermeidet. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Trockentransformatorheizung der eingangs genannten Art. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum jeweiligen Wicklungsleiter weitere Mittel zum direkten primären Eintrag einer Wärmeleistung in die jeweilige Isolationsschicht vorgesehen sind.
  • Die Bezeichnung eines Gehäuses im Rahmen dieser Erfindung kann sowohl bedeuten, dass die Transformatorwicklung fest in diesem Gehäuse angeordnet ist und mit diesem bewegbar ist. Es ist aber ebenso damit gemeint, dass eine Transformatorwicklung oder auch der gesamte Transformator in einem geschlossenen Raum angeordnet ist, der eigentlich nicht direkt zum Transformator gehört. Dies kann beispielsweise ein abgeschlossener Raum im Rumpf eines Schiffes sein oder aber auch ein Raum innerhalb eines Gebäudes.
  • Durch den direkten primären Eintrag der Heizleistung in die Isolationsschicht der Transformatorwicklung ist in diesem besonders kritischen Bereich eine dortige Kondenswasserbildung vermieden, weil dort gezielt für eine genügende Erwärmung gesorgt ist. In besonders vorteilhafter Weise ist aber auch der Gehäusebereich über der Transformatorwicklung durch die von der darunter liegenden, beheizten Wicklung aufsteigende Wärme miterwärmt, so dass ein Herabtropfen von Kondenswasser auf die Transformatorwicklung vermieden ist. Die unkritischen Bereiche beiderseits des Transformatorkernes beziehungsweise der Transformatorwicklungen sind nur indirekt von der Heizwirkung an der Isolationsschicht erfasst, so dass es dort zwar zu einer Kondenswasserbildung führen könnte. Dessen Herabtropfen ist jedoch unschädlich, da dieses in einen Bereich erfolgt, wo keine Wicklungen angeordnet sind.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Trockentransformatorheizung sind die Mittel zum direkten primären Eintrag der Wärmeleistung in die Isolationsschicht unabhängig vom elektrischen Betrieb der Transformatorwicklung regelbar. Dies ermöglicht zum einen sowohl den Betrieb der Trockentransformatorheizung als reine Stillstandsheizung, als auch als ergänzende Heizung während des Transformatorbetriebes. Die Transformatorwicklungen sind verlustbehaftet, so dass bei Betrieb des Transformators in den Transformatorwicklungen eine Heizleistung anfällt. Je nach Außentemperatur und anfallender Verlustleistung kann diese bereits ausreichend zur Vermeidung von Kondenswasser sein, bedarfsweise kann aber auch eine zusätzliche Heizleistung der Trockentransformatorheizung notwendig sein. Durch die erfindungsgemäße Regelbarkeit können die Mittel zum direkten primären Eintrag der Wärmeleistung gezielt derart angesteuert werden, dass eine hinreichend hohe Temperatur oberhalb des Taupunktes gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorheizung ist daher wenigstens ein Temperatursensor vorgesehen sowie Mittel, die eingetragene Wärmeleistung derart zu regeln, dass die Temperatur der Isolationsschicht oberhalb des jeweiligen Taupunktes ist. Dementsprechend ist auch eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung vorzusehen, welche entsprechend einer bestimmten Regelcharakteristik die eingetragene Heizleistung in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur vorgibt. Bevorzugte Anordnungspunkte für einen oder auch mehrere Temperatursensoren sind der Innenwandbereich des Gehäuses oberhalb des Transformatorkerns beziehungsweise der Transformatorwicklungen, weil dort entstehendes Kondenswasser in nachteiliger Weise auf die Hochspannungswicklungen tropfen und im Extremfall dort beispielsweise zu einem Kurzschluss oder sonstigem Fehler führen könnte.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trockentransformatorheizung ist als Mittel zum direkten primären Eintrag der Wärmeleistung wenigstens ein Spulenheizdraht an der Oberfläche der Isolationsschicht angeordnet. Ein Spulenheizdraht ist ein elektrischer Leiter, welcher sich aufgrund seines Innenwiderstandes beim Durchfluss eines elektrischen Stromes entsprechend erwärmt. Eine nachtägliche Aufbringung auf die Isolationsschicht einer Transformatorwicklung ist unkritisch, bedarfsweise kann hierfür auch ein geeigneter temperaturbeständiger und wärmeleitfähiger Klebstoff verwendet werden. Aufgrund der Isolationsschicht, von welcher die Transformatorwicklung umgeben ist, sind keine isolationstechnischen Probleme zu dem Wicklungsleiter der Transformatorwicklung zu erwarten. Auf diese Weise wird ein gezielter Wärmeeintrag an der bezüglich Kondenswasserbildung besonders kritischen Oberfläche der Hochspannungswicklung ermöglicht. Vorzugsweise ist der Spulenheizdraht flächig, insbesondere mit überwiegend parallelen Bahnabständen, auf der Oberfläche angeordnet, so dass diese entsprechend homogen erwärmbar ist.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trockentransformatorheizung ist wenigstens ein Spulenheizdraht innerhalb der Isolationsschicht angeordnet. Dieser muss dann bei der Herstellung der Isolation direkt in diese eingefügt werden, was produktionstechnisch aber unproblematisch ist, weil entsprechende Wickelmaschinen für die Fertigung der Transformatorwicklung ohnehin zur Verfügung stehen. Eine Isolationsschicht besteht zumeist aus einem mehrlagigen gewickelten mit Harz getränktem Faserroving, wobei die Spulenheizdrähte dann relativ oberflächennah einzubringen sind. Auf diese Weise sind die Heizdrähte einerseits durch die Isolationsschicht geschützt, andererseits ist auch eine homogenere Verteilung einer bedarfsweise erzeugten Heizleistung gewährleistet. Im Übrigen entsprechen die Vorteile eines derart angeordneten Spulenheizdrahtes den Vorteilen eines an der Spulenoberfläche angeordneten Heizdrahtes. Selbstverständlich ist auch eine Kombination von beiden Anordnungsvarianten möglich oder aber auch das Anordnen von mehreren Spulenheizdrähten um dieselbe Hochspannungswicklung.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Trockentransformatorheizung ist wenigstens ein Spulenheizdraht zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlegt. Dies ermöglicht eine besonders homogene Erwärmung des entsprechenden Abschnitts der Oberfläche der Hochspannungswicklung beziehungsweise von deren sie umgebenden Isolationsschicht.
  • Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass der Abstand benachbarter Spulenheizdrahtabschnitte in bestimmten Bereichen der Isolationsschicht verdichtet ist, wobei dies sowohl für Spulenheizdrähte innerhalb der Isolationsschicht als auch außerhalb der Isolationsschicht gilt. So ist in Oberflächenbereichen, in welchen ein höherer Eintrag an Wärmeleistung sinnvoll ist, beispielsweise an den Anschlüssen der Hochspannungswicklung, ein Oberflächenbereich mit dichter verlegten Spulenheizdrähten vorgesehen. In weniger kritischen Bereichen ist es ausreichend, die Spulenheizdrähte weniger dicht zu verlegen.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorheizung ist wenigstens ein Spulenheizdraht elektrisch mit einem Wicklungsleiter der Transformatorwicklung verbunden. Aus isolationstechnischen Gründen ist hier die Anordnung der Spulenheizdrähte innerhalb der Isolationsschicht vorzuziehen. Auf diese Weise wird der Spulenheizdraht auf ein definiertes Potential gesetzt und das Risiko von Isolationsdurchschlägen zum Wicklungsleiter weiter vermindert. Hier ist allerdings zu beachten, dass auch eine Spannungsquelle, welche für einen Stromfluss durch den Spulenheizdraht vorgesehen ist, ebenfalls auf das Leiterpotential gesetzt werden muss. Dies ist nicht immer vorteilhaft.
  • Deshalb ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trockentransformatorheizung vorgesehen, dass durch wenigstens einen Spulenheizdraht eine elektrisch kurzgeschlossene Schleife gebildet ist, welche derart angeordnet ist, dass bei Betrieb der Transformatorwicklung eine Spannung in der Schleife induziert wird. Diese hat demgemäß dann zumindest abschnittsweise einen Wickelsinn, der dem des Wicklungsleiters der Transformatorwicklung entspricht.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die elektrisch kurzgeschlossene Schleife durch eine in Reihe geschaltete elektrische Komponente in ihrem elektrischen Widerstand veränderbar. Eine derartige Komponente kann beispielsweise ein Schalter sein, mit Hilfe dessen die Wicklung bedarfsweise aktiviert werden kann. Es kann aber ebenso ein veränderlicher Widerstand oder auch eine leistungselektronische Schaltung sein, welche diesen Zweck erfüllt. Letztere zeichnet sich insbesondere durch eine gute Regelbarkeit aus.
  • Entsprechend einer weiteren Erfindungsvariante ist eine elektrische Spannungsquelle zur Erzeugung eines Stromflusses durch wenigstens einen Heizdraht vorgesehen ist. Je nach zu realisierenden Regelfunktionalität kann dies entweder eine Konstantspannungsquelle sein oder auch eine regelbare Spannungsquelle.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein auf die Isolationsschicht gerichteter UV-Strahler vorgesehen. Dieser ist beispielsweise an einer inneren Seitenwand des Gehäuses angeordnet. Die UV-Strahlen erzeugen bei ihrem Auftreffen auf die Isolationsschicht direkt einen Wärmeeintrag darin. Bei einem dreiphasigen Transformator sind beidseitig jeder der drei Wicklungen jeweils wenigstens ein derartiger UV-Strahler notwendig, also insgesamt wenigstens sechs.
  • Die für die Trockentransformatorheizung genannten Vorteile gelten selbstverständlich auch für einen gekapselten Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern und eine Trockentransformatorheizung, wobei jeweils wenigstens eine Transformatorwicklung um einen von vorzugsweise drei Schenkeln des Transformatorkerns angeordnet ist. Bei einer Anordnung von mehreren Transformatorwicklungen sind diese zusammen mit dem zugehörigen Transformatorkern in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wobei letztendlich auch ein gemeinsames Heizungssystem vorgesehen sein kann. Vorzugsweise ist aber jede Transformatorwicklung beziehungsweise die diese umgebende Isolationsschicht mit jeweiligen Mitteln zur Eintragung einer Wärmeleistung versehen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
  • Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch einen ersten gekapselten Trockentransformator,
    Fig. 2
    einen Schnitt durch einen zweiten gekapselten Trockentransformator sowie
    Fig. 3
    einen Schnitt durch einen dritten gekapselten Trockentransformator.
  • Fig. 1 zeigt einen seitlichen Schnitt 10 durch einen ersten gekapselten Trockentransformator gemäß dem Stand der Technik. In einem gemeinsamen geschlossenen Gehäuse 12 ist ein Trockentransformator angeordnet, von dem der Transformatorkern mit der Bezugsnummer 16 und eine über einem Schenkel des Transformatorkerns 16 angeordnete Transformatorwicklung mit der Bezugsnummer 14 versehen ist. Beidseitig des Trockentransformators am Boden des Gehäuses 12 sind zwei Heizelemente 18, 20 angeordnet, welche in zwei jeweiligen mit den Bezugsziffern 22 und 24 gekennzeichneten Abstrahlbereichen die seitlichen Bereiche des Gehäuses 12, nicht jedoch den in ihm befindlichen Trockentransformator bestrahlen. In den bestrahlten und damit erwärmten Seitenbereichen ist eine Kondenswasserbildung zwar vermieden, aber insbesondere im mittleren oberen Bereich des Transformatorgehäuses, genau über dem Trockentransformator ist nicht für einen hinreichenden Eintrag an Wärmeleistung erfolgt, so dass hier eine Kondenswasserbildung erfolgt, wie mit der Bezugsziffer 26 angedeutet. Diese kann in nachteiliger Weise auf den darunter liegenden Transformator tropfen und so beispielsweise zu Kurzschlüssen oder zu einer Fehlfunktion des Trockentransformators führen.
  • Fig. 2 zeigt einen seitlichen Schnitt 30 durch einen erfindungsgemäßen zweiten gekapselten Trockentransformator. In einem Gehäuse 32 ist ein Trockentransformator mit einem Transformatorkern 36 und einer Transformatorwicklung 34 gezeigt, wobei dahinter noch zwei weitere nicht sichtbare Transformatorwicklungen angeordnet sind. An der Oberfläche der Transformatorwicklung 34 sind zwei Bereiche 38 und 42 angedeutet, in denen jeweils ein Spulenheizdraht mäanderförmig angeordnet ist. Im ersten Bereich 38 ist eine enge Mäanderform 40 gewählt, während im zweiten Bereich 42 eine weitere Mäanderform 44 gewählt ist. Der Eintrag an Wärmeleistung pro Oberflächeneinheit ist somit im ersten Bereich 38 entsprechend höher.
  • Die erwärmte Transformatorspule 34 gibt, vorwiegend durch Aufsteigen von an der Außenfläche der Isolationsschicht erwärmter Luft, einen Teil der eingetragenen Wärmeleistung an den über dem Transformator befindlichen Dachteil des Transformatorgehäuses 32 ab, welcher dann ebenfalls erwärmt wird, wie mit dem Abstrahlbereich mit der Bezugsziffer 48 angedeutet. Daher ist insbesondere am besonders kritischen Gehäusebereich oberhalb des Transformators eine so hohe Temperatur erreicht, dass dessen Temperatur oberhalb der jeweiligen Taupunkttemperatur liegt. In den unkritischen und nicht beheizten Seitenbereichen innerhalb des Gehäuses ist an den jeweiligen Deckenbereichen mit der Bezugsziffer 46 die Bildung von Kondenswasser angedeutet. Dieses ist jedoch unschädlich, weil es in Bereiche des Gehäuses 32 tropft, wo keine Transformatorwicklung angeordnet ist.
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt 50 durch einen dritten gekapselten Trockentransformator in einer Draufsicht. In einem geschlossenen Gehäuse 58 sind nebeneinander drei hohlzylindrische Transformatorwicklungen 52, 54, 56 angeordnet, wobei ein entsprechender Transformatorkern aus darstellerischen Gründen nicht gezeigt ist. Die Transformatorwicklungen 52, 54, 56 sind radial außen von einer jeweiligen Isolationsschicht 60 umgeben. Innerhalb dieser Schicht sind mehrere Spulenheizdrähte mit der Bezugsziffer 66 angedeutet, welche in diesem Beispiel längs der axialen Erstreckung der jeweiligen Transformatorwicklungen angeordnet sind. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung quer dazu denkbar, insbesondere wenn eine kurzgeschlossene Induktionsschleife gebildet werden soll. Mit dieser wird es nämlich möglich, bei Betrieb des Transformators ohne eine zusätzliche Spannungsquelle einen Eintrag an Wärmeleistung in die Isolationsschicht 60 zu erbringen.
  • Die Transformatorwicklung mit dem Bezugszeichen 56 wird angedeuteter Weise seitlich von einem Infrarotheizelement 62 bestrahlt, wie mit dem Bezugszeichen 64 angedeutet. Auch auf diese Weise ist ein direkter primärer Energieeintrag in die Isolationsschicht 60 möglich.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Schnitt durch einen ersten gekapselten Trockentransformator
    12
    erstes geschlossenes Gehäuse
    14
    erste Transformatorwicklung
    16
    erster Transformatorkern
    18
    erstes Heizelement
    20
    zweites Heizelement
    22
    erster Abstrahlbereich
    24
    zweiter Abstrahlbereich
    26
    Kondenswasser über Transformatorwicklung
    30
    Schnitt durch einen zweiten gekapselten Trockentransformator
    32
    zweites geschlossenes Gehäuse
    34
    zweite Transformatorwicklung
    36
    zweiter Transformatorkern
    38
    Bereich mit erster einzutragender Wärmeleistung
    40
    Spulenheizdraht in erster Mäanderform
    42
    Bereich mit zweiter einzutragender Wärmeleistung
    44
    Spulenheizdraht in zweiter Mäanderform
    46
    Kondenswasser neben Transformatorwicklung
    48
    dritter Abstrahlbereich
    50
    Schnitt durch dritten gekapselten Transformator
    52
    dritte Transformatorwicklung
    54
    vierte Transformatorwicklung
    56
    fünfte Transformatorwicklung
    58
    drittes geschlossenes Gehäuse
    60
    Isolationsschicht
    62
    Infrarotheizelement
    64
    vierter Abstrahlbereich
    66
    Spulenheizdraht

Claims (13)

  1. Trockentransformatorheizung, umfassend ein geschlossenes Gehäuse (12, 32, 58), wenigstens eine darin angeordnete Transformatorwicklung (14, 34, 52, 54, 56) mit wenigstens jeweils einem Wicklungsleiter und mit einer diese jeweils umgebenden Isolationsschicht (60), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum jeweiligen Wicklungsleiter weitere Mittel zum direkten primären Eintrag einer Wärmeleistung in die jeweilige Isolationsschicht (60) vorgesehen sind.
  2. Trockentransformatorheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum direkten primären Eintrag der Wärmeleistung in die Isolationsschicht (60) unabhängig vom elektrischen Betrieb der Transformatorwicklung (14, 34, 52, 54, 56) regelbar sind.
  3. Trockentransformatorheizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperatursensor vorgesehen ist und dass Mittel vorgesehen sind, die eingetragene Wärmeleistung derart zu regeln, dass die Temperatur der Isolationsschicht (60) oberhalb des jeweiligen Taupunktes ist.
  4. Trockentransformatorheizung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spulenheizdraht (40, 44) an der Oberfläche der Isolationsschicht (60) angeordnet ist.
  5. Trockentransformatorheizung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spulenheizdraht (66) in der Isolationsschicht (60) angeordnet ist.
  6. Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spulenheizdraht (40, 44, 66) zumindest abschnittsweise mäanderförmig verlegt ist.
  7. Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Spulenheizdrahtabschnitte in bestimmten Bereichen (38, 42) der Isolationsschicht verdichtet ist.
  8. Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spulenheizdraht (40, 44, 66) elektrisch mit einem Wicklungsleiter der Transformatorwicklung (14, 34, 52, 54, 56) verbunden ist.
  9. Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch wenigstens einen Spulenheizdraht (40, 44, 66) eine elektrisch kurzgeschlossene Schleife gebildet ist, welche derart angeordnet ist, dass bei Betrieb der Transformatorwicklung (14, 34, 52, 54, 56) eine Spannung in der Schleife induziert wird.
  10. Trockentransformatorheizung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass die elektrisch kurzgeschlossene Schleife durch eine in Reihe geschaltete elektrische Komponente in ihrem elektrischen Widerstand veränderbar ist.
  11. Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Spannungsquelle zur Erzeugung eines Stromflusses durch wenigstens einen Heizdraht (40, 44, 66) vorgesehen ist.
  12. Trockentransformatorheizung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass wenigstens ein auf die Isolationsschicht (60) gerichteter UV-Strahler (62) vorgesehen wird.
  13. Gekapselter Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern (16, 36) und eine Trockentransformatorheizung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei jeweils wenigstens eine Transformatorwicklung um einen von vorzugsweise drei Schenkeln des Transformatorkerns angeordnet ist.
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