EP2793244B1 - Trockentransformatorspule und Trockentransformator - Google Patents

Trockentransformatorspule und Trockentransformator Download PDF

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EP2793244B1
EP2793244B1 EP13002006.8A EP13002006A EP2793244B1 EP 2793244 B1 EP2793244 B1 EP 2793244B1 EP 13002006 A EP13002006 A EP 13002006A EP 2793244 B1 EP2793244 B1 EP 2793244B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling channel
cooling
radially
dry
transformer coil
Prior art date
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Active
Application number
EP13002006.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2793244A1 (de
Inventor
Marcos Bockholt
Frank Cornelius
Burak Esenlik
Patel Bhavesh
Jens Tepper
Benjamin Weber
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 Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
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Priority to PCT/EP2014/000949 priority patent/WO2014169997A1/de
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    • 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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2876—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
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/322—Insulating of coils, windings, or parts thereof the insulation forming channels for circulation of the fluid

Definitions

  • the invention relates to a dry-type transformer coil, comprising at least two hollow-cylindrical, nested and radially spaced windings, wherein in the hollow cylindrical space formed by the spacing by means of corresponding wall elements axially extending cooling channels are formed, which are arranged side by side in at least three radially adjacent cooling channel planes.
  • the invention also relates to a dry-type transformer having a dry-type transformer coil according to the invention.
  • dry-type transformers are used in power distribution networks to adapt to respective voltage levels, for example between 6kV / 10kV / 30kV or 60kV levels. Power ratings of some 100kVA to over 10MVA are common. While in high-voltage transformers, for example, in the voltage level 380kV the use of oil as a cooling and insulating agent is unavoidable in dry transformers due to the lower insulation requirements in the corresponding underlying voltage levels deliberately omitted a liquid cooling or insulating agent. This offers the advantage of a simplified structure. The insulation or cooling then typically takes place via ambient air.
  • Dry transformer coils with air as difficult and expensive Depending on the power class, it is customary to provide forced cooling in addition to a large number of cooling passages that axially traverse the dry-transformer coil. Depending on the performance class, forced cooling requires considerable effort due to the need for appropriate delivery of the coolant air through the cooling channels. But there are also quite dry transformer variants with natural cooling. Forced cooling can increase performance over natural cooling.
  • the patent document EP 2 439 755 A1 discloses a dry-type transformer coil according to the preamble of claim 1 and a dry-type transformer having a core, a radially inner and a radially spaced outer winding, wherein a plurality of hollow cylindrical electrical isolation barriers are disposed in the intermediate hollow space used as the cooling channel. Support strips are provided in the axial direction, so that a radial circumferential subdivision into individual cooling channels is effected.
  • the patent document CN 102 360 833 A discloses a dry-type transformer coil according to the preamble of claim 1 and a hollow cylindrical insulating body made of an epoxy resin for dry-type transformers, which is intended to be arranged between an upper and lower-side winding of the dry-type transformer.
  • the insulating body has a plurality of axially extending cooling channels, which extend in a plurality of radially adjacent planes.
  • the basic idea of the invention is to allow cooling air to flow through such cooling channels in an amplified manner, which adjoin one of the windings emitting waste heat.
  • a stray channel which is usually also used for the arrangement of cooling channels.
  • both radial supports made of insulating strips and transversely thereto extending hollow cylindrical support levels of a sheet of insulating material to a honeycomb-like hollow cylindrical support structure is installed, through whose elongated cavities the cooling channels are formed.
  • a plurality of hollow cylindrical support levels are provided so that correspondingly three or more cooling channel planes are formed.
  • cooling channels which adjoin a winding which gives off heat loss, flow through in the same way as cooling channels which are more remote from it.
  • the cooling channel planes located therebetween are thermally removed from the heat sources, although not thermally insulated due to, for example, corresponding indirect heat radiation.
  • - provided an equal flow through the cooling channels with coolant - by means of located in the radially inner and outer cooling channel plane cooling channels a higher heat dissipation from the dry-transformer coil than by means of the cooling channels located therebetween.
  • a constriction element is designed and arranged in such a way that that the creepage distance in the radial direction is at least not shortened.
  • the supporting structure between the interleaved windings, which includes the cooling channels, must also meet the requirements for electrical insulation.
  • the creepage path has a significant influence. Based on the assumption that a cooling channel-containing support structure meets the insulation requirements, this also applies to a support structure with inserted constriction elements.
  • a suitable embodiment of a non-creepage extending constricting element is for example rib-shaped, wave-shaped or meander-shaped.
  • a constricting element is to be arranged in a cooling channel such that the elongated extent of the rib, wave or meandering form extends radially, so that the creeping path along the constricting element is thus extended in an advantageous manner.
  • it is also a corkscrew-like, spiral-shaped expression of a constriction element conceivable.
  • a constricting element as well as the support structure comprising the cooling channels is made of an insulating material.
  • Constriction elements are arranged in a preferred embodiment of the dry-type transformer coil according to the invention at least one of the two axial ends of the at least one cooling channel, but in a particularly preferred form at both axial ends.
  • the cooling channel in its center for example, has a construction-related axial pitch, through which laterally cooling air can enter into this, ensures that the cross section of the cooling channel is reduced accordingly on both sides.
  • constriction elements are provided in the respective cooling channels over the entire circumference of at least one cooling channel plane.
  • the improved cooling effect achieved with a corresponding constricting element is achieved over the entire circumference of the dry-type transformer coil.
  • Other variants are also conceivable, for example, completely close the third level at five cooling channel levels and the adjacent second and fourth level to 50%.
  • At least one constriction element is made of a plurality of modules with different coefficients of thermal expansion.
  • a temperature-dependent narrowing of the cross section of a cooling channel can be achieved in an advantageous manner.
  • the at least one constriction element is designed and arranged such that the flow resistance is reduced by the respective cooling channel with increasing temperature.
  • a locally elevated temperature automatically results in a locally improved cooling effect.
  • a corresponding embodiment includes, for example, a tongue-like constriction element, which projects into the cooling channel and similar to the behavior of a bimetallic strip has a temperature-dependent bending behavior. At an elevated temperature, the bend is reduced and an increased cross-section of the cooling channel is released.
  • this constricting element is used in a cooling channel of the radially inner or outer cooling channel plane.
  • the object according to the invention is also achieved by a dry-type transformer comprising a transformer core and at least one dry-type transformer coil according to the invention.
  • a dry-type transformer comprising a transformer core and at least one dry-type transformer coil according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary dry-type transformer coil 10 in a plan view.
  • a fictitious winding axis 38 are radially symmetrical two nested and radially spaced hollow cylindrical windings 12 and 14 are arranged.
  • a hollow cylindrical space 16 is formed, in which by means of radially extending support or wall elements 22 and transverse thereto arranged wall elements 18, 20, a support structure is formed.
  • This support structure includes three radially adjacent cooling channel planes 24, 26, 28, in each of which a plurality of cooling channels 30, 32, 34 is formed.
  • the radially inner cooling channel plane 24 adjoins the outer surface of the second, radially inner winding 14 and the radially outer cooling channel plane 28 abuts the inner surface of the first, radially outer winding 12.
  • the cooling channels 32 located in the middle cooling channel plane 26 are thermally removed and are heated only by indirect heat radiation from the adjacent wall elements 18, 20.
  • constriction elements 36 are provided in all the cooling channels 32, which reduce the respective cooling channel cross section, for example to 30% of the original cross section.
  • FIG. 2 shows a partial sectional view through a dry-type transformer with a dry-type transformer coil.
  • a transformer core 62 around a fictitious winding axis 64 around two nested and each radially spaced hollow cylindrical windings 42, 44 are arranged. Due to the design of the dry-type transformer coil is divided axially, so that axially centrally an air inlet into the cooling channels is possible, as indicated by a lateral arrow.
  • the windings 42, 44 are radially spaced from each other, wherein in the space formed thereby a plurality of radially adjacent cooling channels 46, 48, 50 are arranged.
  • a constriction member 52 and 54 are arranged at its two axial ends, which reduce the cross section of the cooling channel 48 and its two halves at its ends, for example, to 40% of its original cross section.
  • the middle cooling channel 48 flows through in comparison to the adjacent cooling channels 46 and 50 of a smaller air flow, as indicated by the arrows 56, 58 and 60.
  • the utilization of an existing air flow is thereby increased in an advantageous manner.
  • FIG. 3 shows a partial sectional view 70 through a dry-type transformer coil in the region of its upper axial end.
  • three cooling channels 88, 90, 92 formed by wall elements are arranged between two nested hollow cylindrical windings 72, 74 .
  • a constriction element 76 is arranged, which reduces the cross section of this cooling channel insignificant.
  • Such a slight narrowing of a cross section of a cooling channel, which adjoins a loss-heat-dissipating winding may be useful, for example, if cooling channels are provided even within the winding 72 itself between individual turns and the existing coolant flow is to be directed increasingly through these cooling channels. This applies in particular under the assumption of a homogeneous flow on the lower end face of the dry-transformer coil.
  • a constriction member 78 is arranged, which reduces its cross section to about 50% and thus ensures adapted to the respective heat input flow with cooling air, such as with an arrow indicated by the reference numeral 96, which is compared with the air streams 94, 98 reduced by the adjacent cooling channels 88, 92.
  • the constriction element 80 which is arranged in the radially outer cooling channel 92, a temperature-dependent bending behavior, similar to a Bimetalst Shape, the constriction element 80 is made of course electrically insulating materials, preferably from those with different coefficients of thermal expansion.
  • the constriction element 80 is heated more or less by a heat radiation 86 emitted by the winding 74, depending on the operating state, resulting in a temperature-dependent bending, as indicated by the arrow with the reference number 84.
  • a heat radiation 86 results in a cooling channel cross section narrowing bend 82nd

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trockentransformatorspule, umfassend wenigstens zwei hohlzylindrische, ineinander verschachtelte und radial beabstandete Wicklungen, wobei in dem durch die Beabstandung gebildeten hohlzylindrischen Zwischenraum mittels entsprechender Wandungselemente axial verlaufende Kühlkanäle gebildet sind, welche in wenigstens drei radial benachbarten Kühlkanalebenen nebeneinander angeordnet sind. Die Erfindung betrifft auch einen Trockentransformator mit einer erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule.
  • Es ist allgemein bekannt, dass Trockentransformatoren in Energieverteilungsnetzen zur Anpassung an jeweilige Spannungsebenen verwendet werden, beispielsweise zwischen 6kV / 10kV / 30kV oder 60kV Ebenen. Hierbei sind Nennleistungen von einigen 100kVA bis über 10MVA üblich. Während bei Höchstspannungstransformatoren beispielsweise in der Spannungsebene 380kV die Verwendung von Öl als Kühl- und Isolationsmittel unumgänglich ist wird bei Trockentransformatoren aufgrund der geringeren Isolationsanforderungen in den entsprechen darunter liegenden Spannungsebenen bewusst auf eine ein flüssiges Kühl- beziehungsweise Isolationsmittel verzichtet. Dies bietet den Vorteil eines vereinfachten Aufbaus. Die Isolation beziehungsweise Kühlung erfolgt dann typischerweise über Umgebungsluft.
  • Aufgrund der im Vergleich zu Öl geringeren Wärmekapazität erweist sich die Kühlung eines Trockentransformators beziehungsweise der jeweiligen
  • Trockentransformatorspulen mit Luft als schwierig und aufwändig. Es ist neben einer Vielzahl von die Trockentransformatorspule axial durchquerenden Kühlkanälen je nach Leistungsklasse üblicherweise auch eine forcierte Kühlung vorzusehen. Je nach Leistungsklasse erfordert eine forcierte Kühlung einen erheblichen Aufwand aufgrund der Notwendigkeit einer entsprechenden Förderung des Kühlmittels Luft durch die Kühlkanäle. Es gibt aber auch durchaus Trockentransformatorvarianten mit natürlicher Kühlung. Durch forcierte Kühlung kann eine Leistungssteigerung gegenüber natürlicher Kühlung erreicht werden.
  • Das Patentdokument EP 2 439 755 A1 offenbart eine Trockentransformatorspule gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und einen Trockentransformator mit einem Kern, einer radial inneren und einer davon radial beabstandeten äußeren Wicklung, wobei in dem dazwischen liegenden als Kühlkanal genutzten hohlzylindrischen Zwischenraum eine Mehrzahl an hohlzylindrischen elektrischen Isolationsbarrieren angeordnet sind. In axialer Richtung sind Stützleisten vorgesehen, so dass eine radial umlaufende Unterteilung in einzelne Kühlkanäle bewirkt ist.
  • Das Patentdokument CN 102 360 833 A offenbart eine Trockentransformatorspule gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und einen hohlzylindrischen Isolierkörper aus einem Epoxidharz für Trockentransformatoren, welcher dafür vorgesehen ist, zwischen einer ober- und unterspannungsseitigen Wicklung des Trockentransformators angeordnet zu werden. Der Isolierkörper weist eine Vielzahl an axial verlaufenden Kühlkanälen auf, welche in mehreren radial benachbarten Ebenen verlaufen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Trockentransformatorspule anzugeben, welche ein verbessertes Kühlverhalten aufweist beziehungsweise ein vorhandenes Strömungsvolumen an Kühlmittel möglichst effektiv nutzt. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, einen Trockentransformator mit verbessertem Kühlverhalten anzugeben.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Trockentransformatorspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht darin, Kühlluft verstärkt durch solche Kühlkanäle strömen zu lassen, welche an eine der Verlustwärme abgebenden Wicklungen angrenzen. Zwischen Ober- und Unterspannungswicklung einer Transformatorspule ist konstruktiv ein Streukanal vorzusehen, der üblicherweise zudem zur Anordnung von Kühlkanälen genutzt wird. Zur Gewährleistung der erforderlichen mechanischen Stabilität zwischen ineinander verschachtelter Ober- und Unterspannungswicklung werden üblicherweise sowohl radiale Abstützungen aus isolierenden Leisten als auch quer dazu verlaufende hohlzylindrische Stützebenen aus einem flächigen Isolationsmaterial zu einer wabenähnlichen hohlzylindrischen Stützstruktur verbaut, durch deren längliche Hohlräume die Kühlkanäle gebildet sind. Je nach geometrischen Anforderungen sind auch mehrere hohlzylindrische Stützebenen vorgesehen, so dass entsprechend drei oder mehr Kühlkanalebenen gebildet sind.
  • Einen über alle Kühlkanäle vergleichbaren Kühlkanalquerschnitt vorausgesetzt, ist mit einer ebenfalls vergleichbaren Durchströmung der Kühlkanäle mit Kühlmittel, typischerweise Luft, zu rechnen. Es werden also die Kühlkanäle, welche an eine Verlustwärme abgebende Wicklung angrenzen, genauso durchströmt wie thermisch davon entferntere Kühlkanäle.
  • Während die radial innere und äußere Kühlkanalebene direkt an die Verlustwärme abgebende Ober- beziehungsweise Unterspannungswicklung angrenzen, sind die dazwischen befindlichen Kühlkanalebenen thermisch von den Wärmequellen entfernt, wenn auch aufgrund beispielsweise entsprechender indirekter Wärmestrahlung nicht thermisch isoliert. In jedem Fall ist davon auszugehen, dass - eine gleiche Durchströmung der Kühlkanäle mit Kühlmittel vorausgesetzt - mittels der in der radial inneren beziehungsweise äußeren Kühlkanalebene befindlichen Kühlkanäle eine höhere Wärmeabfuhr aus der Trockentransformatorspule erfolgt als mittels der dazwischen befindlichen Kühlkanäle.
  • Deshalb ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die thermisch entfernteren Kühlkanäle mittels eines Verengungselementes in ihrem Querschnitt zu reduzieren, wodurch entsprechend dem Prinzip des geringsten Strömungswiderstandes diese Kühlkanäle weniger durchströmt werden und die radial innen beziehungsweise außen liegenden Kühlkanäle verstärkt durchströmt werden. Somit ist in vorteilhafter Weise eine Durchströmung der Kühlkanäle gewährleistet, welche dem jeweiligen Wärmeeintrag in diese entspricht. Das verfügbare strömende Kühlmittel wird dadurch in verbesserter Weise zur Wärmeabfuhr aus der Trockentransformatorspule genutzt.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule ist ein Verengungselement derart ausgestaltet und angeordnet, dass der Kriechweg in radialer Richtung zumindest nicht verkürzt wird. Die die Kühlkanäle beinhaltende Stützstruktur zwischen den ineinander verschachtelten Wicklungen muss zudem den Anforderungen an die elektrische Isolation Genüge leisten. Hierbei hat der Kriechweg einen erheblichen Einfluss. Ausgehend von der Annahme, dass eine Kühlkanäle beinhaltende Stützstruktur den Isolationsanforderungen genügt, gilt dies demgemäß auch für eine Stützstruktur mit eingesetzten Verengungselementen.
  • Eine geeignete Ausführungsform eines nicht Kriechweg verlängernden Verengungselementes ist beispielsweise rippen-, wellen- oder mäanderförmig ausgeprägt. Vorzugsweise ist ein solches Verengungselement derart in einem Kühlkanal anzuordnen, dass sich die längliche Erstreckung der Rippen-, Wellen- oder Mäanderform radial erstreckt, der Kriechweg längs des Verengungselementes dadurch also in vorteilhafter Weise verlängert ist. Es ist aber auch eine korkenzieherähnliche, spiralförmige Ausprägung eines Verengungselementes denkbar.
  • In vorteilhafter Weise ist ein Verengungselement ebenso wie die die Kühlkanäle umfassende Stützstruktur aus einem Isolationsmaterial gefertigt.
  • Verengungselemente sind in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule an wenigstens einem der beiden axialen Enden des wenigstens einen Kühlkanals angeordnet, in besonders bevorzugter Form jedoch an beiden axialen Enden. Somit ist auch für den Fall, dass der Kühlkanal in seiner Mitte beispielsweise eine konstruktionsbedingte axiale Teilung aufweist, durch welche seitlich Kühlluft in diesen eintreten kann, sichergestellt dass der Querschnitt des Kühlkanals beiderseits entsprechend reduziert ist.
  • Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule sind über den gesamten Umfang wenigstens einer Kühlkanalebene Verengungselemente in den jeweiligen Kühlkanälen vorgesehen. Somit ist die mit einem entsprechenden Verengungselement erreichte verbesserte Kühlwirkung über den gesamten Umfang der Trockentransformatorspule erreicht. Hierbei ist es sowohl möglich, jeden Kühlkanal einer jeweiligen Kühlkanalebene zu verengen aber auch beispielsweise nur jeden zweiten. In diesem Zusammenhang sei auch die Variante erwähnt, dass anstelle jeden Kühlkanal um 50% in seinem Querschnitt zu reduzieren auch die Möglichkeit besteht, jeden zweiten komplett zu verschließen. Auch weitere Varianten sind denkbar, beispielsweise bei fünf Kühlkanalebenen die dritte Ebene komplett zu verschließen und die angrenzende zweite und vierte Ebene zu je 50%.
  • Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Verengungselement aus mehreren Modulen mit unterschiedlichem Temperaturausdehnungskoeffizient gefertigt. Somit kann in vorteilhafter Weise eine temperaturabhängige Verengung des Querschnittes eines Kühlkanals erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Variante ist daher das wenigstens eine Verengungselement derart ausgestaltet und angeordnet, dass bei steigender Temperatur der Strömungswiderstand durch den jeweiligen Kühlkanal reduziert wird. Somit hat eine lokal erhöhte Temperatur automatisch eine lokal verbesserte Kühlwirkung zur Folge. Eine entsprechende Ausführungsform umfasst beispielsweise ein zungenähnliches Verengungselement, welches in den Kühlkanal hineinragt und ähnlich dem Verhalten eines Bimetalstreifens ein temperaturabhängiges Biegeverhalten aufweist. Bei einer erhöhten Temperatur wird die Biegung reduziert und ein erhöhter Querschnitt des Kühlkanals freigegeben.
  • Erfindungsgemäß Kommt dieses Verengungselement in einem Kühlkanal der radial inneren oder äußeren Kühlkanalebene zum Einsatz.
  • Durch eine Wärmestrahlung von der der jeweiligen Wicklung zugewandten Seite des Kühlkanals erfolgt ein Wärmeeintrag in das zungenähnliche Verengungselement, so dass eine temperaturabhängige Durchströmung in Kühlkanälen dieser Ebenen ermöglicht ist.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern und wenigstens eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule. Die entsprechenden Vorteile insbesondere bezüglich einer verbesserten Ausnutzung eines Kühlmittelstromes wurden bereits zuvor erläutert. Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante des Trockentransformators ist dieser forciert gekühlt, weist also beispielsweise ein Fördermittel für Kühlluft auf, beispielsweise ein Gebläse. Dieses kann nämlich bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule aufgrund der effektiveren Ausnutzung des Kühlmittelstromes entsprechend geringer ausgelegt werden.
  • 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
    eine exemplarische Trockentransformatorspule,
    Fig. 2
    eine Teilschnittansicht durch einen Trockentransformator mit Trockentransformatorspule sowie
    Fig. 3
    eine Teilschnittansicht durch eine Trockentransformatorspule.
  • Figur 1 zeigt eine exemplarische Trockentransformatorspule 10 in einer Draufsicht. Um eine fiktive Wickelachse 38 herum sind radialsymmetrisch zwei ineinander verschachtelte und radial beabstandete hohlzylindrische Wicklungen 12 und 14 angeordnet. Durch die radiale Beabstandung ist ein hohlzylindrischer Zwischenraum 16 gebildet, in welchem mittels radial verlaufender Abstütz- beziehungsweise Wandungselemente 22 und quer dazu angeordneter Wandungselemente 18, 20 eine Stützstruktur gebildet ist. Diese Stützstruktur beinhaltet drei radial benachbarte Kühlkanalebenen 24, 26, 28, in welchen jeweils eine Vielzahl von Kühlkanälen 30, 32, 34 gebildet ist.
  • Die radial innere Kühlkanalebene 24 grenzt an die Außenfläche der zweiten, radial innen befindlichen Wicklung 14 und die radial äußere Kühlkanalebene 28 grenzt an die Innenfläche der ersten, radial außen befindlichen Wicklung 12. Somit ist ein guter Wärmeeintrag von der jeweiligen Wicklung in die in der jeweiligen Kühlkanalebene befindlichen Kühlkanäle 30 beziehungsweise 34 gewährleistet. Die in der mittleren Kühlkanalebene 26 befindlichen Kühlkanäle 32 sind thermisch entfernt und werden lediglich durch indirekte Wärmestrahlung von den angrenzenden Wandungselementen 18, 20 erwärmt.
  • Um diesem geringeren Wärmeeintrag in die Kühlkanäle 32 der mittleren Kühlkanalebene 26 Rechnung zu tragen sind in allen Kühlkanälen 32 dieser Ebene Verengungselemente 36 vorgesehen, welche den jeweiligen Kühlkanalquerschnitt beispielsweise auf 30% des ursprünglichen Querschnittes verringern.
  • Figur 2 zeigt eine Teilschnittansicht durch einen Trockentransformator mit Trockentransformatorspule. Um einen Schenkel eines Transformatorkerns 62 sind um eine fiktive Wickelachse 64 herum zwei ineinander verschachtelte und zueinander radial beabstandete hohlzylindrische Wicklungen 42, 44 angeordnet. Konstruktiv bedingt ist die Trockentransformatorspule axial geteilt, so dass axial mittig ein Lufteintritt in die Kühlkanäle möglich ist, wie mit einem seitlichen Pfeil angedeutet ist. Die Wicklungen 42, 44 sind radial zueinander beabstandet, wobei in dem dadurch gebildeten Zwischenraum mehrere radial benachbarte Kühlkanäle 46, 48, 50 angeordnet sind. Im mittleren Kühlkanal 48 sind an seinen beiden axialen Enden je ein Verengungselement 52 beziehungsweise 54 angeordnet, welche den Querschnitt des Kühlkanals 48 beziehungsweise seiner beiden Hälften an seinen Enden beispielsweise auf 40% seines ursprünglichen Querschnitts verringern. Hierdurch wird - eine homogene Beströmung der unteren Stirnseite der Trockentransformatorspule mit Kühlmittel vorausgesetzt - der mittlere Kühlkanal 48 im Vergleich zu den angrenzenden Kühlkanälen 46 und 50 von einem geringeren Luftstrom durchströmt, wie mit den Pfeilen 56, 58 und 60 angedeutet ist. Die Ausnutzung eines vorhandenen Luftstromes ist dadurch in vorteilhafter Weise erhöht.
  • Figur 3 zeigt eine Teilschnittansicht 70 durch eine Trockentransformatorspule im Bereich von deren oberen axialen Ende. Zwischen zwei ineinander verschachtelten hohlzylindrischen Wicklungen 72, 74 sind drei durch Wandungselemente gebildete Kühlkanäle 88, 90, 92 angeordnet. Im ersten als radial innen anzunehmenden Kühlkanal 88 ist ein Verengungselement 76 angeordnet, welches den Querschnitt dieses Kühlkanals unwesentlich reduziert. Eine derartige geringfügige Verengung eines Querschnitts eines Kühlkanals, welcher an eine Verlustwärme abgebende Wicklung angrenzt, kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn auch innerhalb der Wicklung 72 selbst zwischen einzelnen Windungen Kühlkanäle vorgesehen sind und der vorhandene Kühlmittelstrom auch verstärkt durch diese Kühlkanäle geleitet werden soll. Dies gilt insbesondere unter der Annahme einer homogenen Beströmung der unteren Stirnseite der Trockentransformatorspule.
  • Im mittleren Kühlkanal 90, welcher thermisch etwas weiter von den Verlustwärme abgebenden Wicklungen 72, 74 entfernt angeordnet ist, ist ein Verengungselement 78 angeordnet, welches dessen Querschnitt auf etwa 50% reduziert und somit für eine an den jeweiligen Wärmeeintrag angepasste Durchströmung mit Kühlluft sorgt, wie mit einem Pfeil mit der Bezugsziffer 96 angedeutet, welcher gegenüber den Luftströmen 94, 98 durch die benachbarten Kühlkanäle 88, 92 reduziert ist.
  • Als besondere Ausführungsform eines Verengungselementes weist das Verengungselement 80, welches im radial äußeren Kühlkanal 92 angeordnet ist, ein temperaturabhängiges Biegeverhalten auf, ähnlich einem Bimetalstreifen, wobei das Verengungselement 80 selbstverständlich aus elektrisch isolierenden Materialien gefertigt ist, vorzugsweise aus solchen mit unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Das Verengungselement 80 wird durch eine von der Wicklung 74 abgegebene Wärmestrahlung 86 je nach Betriebszustand mehr oder weniger erwärmt, wobei sich eine temperaturabhängige Biegung ergibt, wie mit dem Pfeil mit der Bezugsziffer 84 angedeutet. Bei einer niedrigeren Wärmestrahlung 86 ergibt sich eine den Kühlkanalquerschnitt verengende Biegung 82.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    exemplarische Trockentransformatorspule
    12
    erste Wicklung von Trockentransformatorspule
    14
    zweite Wicklung von Trockentransformatorspule
    16
    hohlzylindrischer Zwischenraum
    18
    erstes hohlzylindrisches Wandungselement
    20
    zweites hohlzylindrisches Wandungselement
    22
    radiales Wandungselement
    24
    radial innen liegende Kühlkanalebene
    26
    radial mittig liegende Kühlkanalebene
    28
    radial außen liegende Kühlkanalebene
    30
    in radial innen liegender Kühlkanalebene befindlicher Kühlkanal
    32
    in radial mittig liegender Kühlkanalebene befindlicher Kühlkanal
    34
    in radial außen liegender Kühlkanalebene befindlicher Kühlkanal
    36
    exemplarisches Verengungselement
    38
    Wickelachse
    40
    Teilschnittansicht durch Trockentransformator mit Trockentransformatorspule
    42
    erste Wicklung von Trockentransformatorspule
    44
    zweite Wicklung von Trockentransformatorspule
    46
    erster Kühlkanal
    48
    zweiter Kühlkanal
    50
    dritter Kühlkanal
    52
    an erstem axialen Ende von Kühlkanal angeordnetes Verengungselement
    54
    an zweitem axialen Ende von Kühlkanal angeordnetes Verengungselement
    56
    Luftstrom durch ersten Kühlkanal
    58
    Luftstrom durch zweiten Kühlkanal
    60
    Luftstrom durch dritten Kühlkanal
    62
    Schenkel von Transformatorkern
    64
    Wickelachse
    70
    Teilschnittansicht durch Trockentransformatorspule
    72
    erste Wicklung von Trockentransformatorspule
    74
    zweite Wicklung von Trockentransformatorspule
    76
    erstes Verengungselement
    78
    zweites Verengungselement
    80
    drittes Verengungselement
    82
    verschiedene Biegezustände von drittem Verengungselement
    84
    Biegerichtung von drittem Verengungselement
    86
    Wärmestrahlung von zweiter Wicklung
    88
    erster Kühlkanal
    90
    zweiter Kühlkanal
    92
    dritter Kühlkanal
    94
    Luftstrom durch ersten Kühlkanal
    96
    Luftstrom durch zweiten Kühlkanal
    98
    Luftstrom durch dritten Kühlkanal

Claims (4)

  1. Trockentransformatorspule (10), umfassend wenigstens zwei hohlzylindrische, ineinander verschachtelte und radial beabstandete Wicklungen (12, 14, 42, 44, 72, 74), wobei in dem durch die Beabstandung gebildeten hohlzylindrischen Zwischenraum (16) mittels entsprechender Wandungselemente (18, 20, 22) axial (38, 64) verlaufende Kühlkanäle (30, 32, 34, 46, 48, 50, 88, 90, 92) gebildet sind, welche in wenigstens drei radial benachbarten Kühlkanalebenen (24, 26, 28) nebeneinander angeordnet sind, wobei in wenigstens einem der in einer weder radial innen (24) noch radial außen (28) liegenden Kühlkanalebene befindlichen Kühlkanäle ein Verengungselement (36, 52, 54, 76, 78, 80) zur Verengung des Kühlkanalquerschnitts angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einem Kühlkanal (30, 34, 46, 50, 88, 92) der radial inneren (24) oder radial äußeren (28) Kühlkanalebene ein Verengungselement (80) zur Verengung des Kühlkanalquerschnitts angeordnet ist und dass dieses Verengungselement (80) aus mehreren Modulen mit unterschiedlichem Temperaturausdehnungskoeffizient gefertigt sowie derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass bei steigender Temperatur die Verengung des Querschnitts des Kühlkanals (30, 34, 46, 50, 88, 92) reduziert wird.
  2. Trockentransformatorspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über den gesamten Umfang wenigstens einer Kühlkanalebene (26), welche weder radial innen (24) noch radial außen (28) ist, Verengungselemente (36, 52, 54, 78) in den jeweiligen Kühlkanälen (32, 48, 90) vorgesehen
    sind.
  3. Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern (62) und wenigstens eine Trockentransformatorspule nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
  4. Trockentransformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Fördermittel für Kühlluft aufweist.
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