WO2015007432A1 - Dry-type transformer coil and dry-type transformer - Google Patents

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WO2015007432A1
WO2015007432A1 PCT/EP2014/061708 EP2014061708W WO2015007432A1 WO 2015007432 A1 WO2015007432 A1 WO 2015007432A1 EP 2014061708 W EP2014061708 W EP 2014061708W WO 2015007432 A1 WO2015007432 A1 WO 2015007432A1
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dry
type transformer
core
hollow cylindrical
cooling
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Benjamin Weber
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Abb Technology Ag
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    • H01F27/322—Insulating of coils, windings, or parts thereof the insulation forming channels for circulation of the fluid
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    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/327—Encapsulating or impregnating
    • H01F2027/328—Dry-type transformer with encapsulated foil winding, e.g. windings coaxially arranged on core legs with spacers for cooling and with three phases

Definitions

  • the invention relates to the design of a dry-type transformer coil.
  • 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.
  • oil as cooling and insulating agent is indispensable for high-voltage transformers, for example in the voltage level 380kV
  • dry transformers deliberately do not use a liquid cooling or insulating agent due to the lower insulation requirements in the respective lower voltage levels. This offers the advantage of a simplified structure. The insulation or cooling then typically takes place via ambient air. Due to the lower heat capacity compared to oil, the cooling of a dry-type transformer or of the respective dry-type transformer coils with air proves to be difficult and expensive.
  • the object is achieved by a dry-type transformer coil of the aforementioned type. This is characterized in that the filling factor of the hollow-cylindrical intermediate space with cooling channels varies over its radial extent.
  • the basic idea of the invention is to arrange the cooling channels, which are arranged in a hollow cylindrical space of a dry transformer coil, not just with a uniform, but with a non-uniform cooling channel density such that, when a dry-type transformer coil is installed, taking into account the given flow conditions As homogeneous as possible flow through the cooling channels results.
  • a transformer When installed in a transformer, such as a three-phase transformer, dry-type transformer coils are disposed about a respective leg of a transformer core.
  • a three-phase transformer for example, there are core designs with three or five parallel core legs arranged in a common vertical plane, which are connected by a respective core yoke running underneath or above it.
  • Kernjoche therefore shading of the preferably vertical cooling channels, so that there is a different flow resistance for flowing through the cooling air channels.
  • a smaller air flow flows through the shaded cooling ducts than through the unshaded cooling ducts, provided that a homogeneous filling factor with cooling ducts over the entire cross section of the hollow cylindrical space is assumed.
  • a fill factor is defined in the context of the subject invention as the ratio of active cooling channel cross-sectional area over a respective section
  • the filling factor for the subsection concerned would be close to unity.
  • the fill factor in this section would be 50%.
  • a high fill factor in a subsection is therefore equivalent to a low flow resistance.
  • a region-by-region variation of the filling factor can be effected, for example, by a corresponding material thickness of strip elements, by means of which the cooling channels are formed.
  • the dimensioning of the respective suitable filling factor along the circumference of the hollow cylindrical space is based on the given flow conditions and the typical operating parameters of the transformer.
  • a flow through the cooling channels can be done only by natural convection, but the transformer can also have a cooling fan and be installed in a housing.
  • the variation of the filling factor is effected by an at least partially narrowing of at least one axial partial region of at least one cooling channel.
  • the division of the hollow cylindrical space in completely similar cooling channels that is particularly easy to implement.
  • a respective constriction of a cooling channel is effected by a constriction element arranged therein or in front of it.
  • a respective constriction element is made of an insulating material.
  • the insulating ability of the likewise preferred manner made of an insulating material cooling channels is not adversely affected.
  • At least one constriction element is produced from 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.
  • a dry-type transformer comprising a transformer core with at least two core yokes and with at least two core limbs, wherein a dry-type transformer coil according to the invention is arranged around at least one core limb, wherein the fill factor of the hollow-cylindrical gap is varied in such a way that it flows in from the core yokes frontally shaded areas is higher than in the unshaded areas.
  • this results in a homogeneous flow through the respective cooling channels with coolant, such as air, at least for a preferred operating state of the dry-type transformer despite the shadowing.
  • the latter is forcedly cooled and therefore has, for example, a conveying means for cooling air, for example a blower.
  • a conveying means for cooling air for example a blower.
  • the pressure conditions at the front-side inlets of the respective cooling channels arising from a fan must be considered when designing a suitable filling factor distribution.
  • FIG. 2 shows an exemplary core leg with a dry-type transformer coil
  • FIG. 3 shows an exemplary transformer core with dry-transformer coils.
  • FIG. 1 shows an exemplary dry-type transformer coil 10 in a plan view of one of the two end faces. Around a central axis, a first 12 and a second 14 winding of the dry-type transformer coil 10 are nested in each other and spaced from one another. In a hollow-cylindrical intermediate space 16 formed by the spacing, several exemplary explanations are given in FIG. Cut 18, 20, 22, 24, 26, 28 given several examples of arrangements of cooling channels 30, 32, 34, 36, each with different filling factors.
  • Cooling channels 30 are provided in the first 18 and second 20 sections, which are tangentially spaced in the first section 18, which results in a lower filling factor than in the second section 20, where the cooling channels 30 are tangent to one another.
  • the third section 22 again tangentially adjacent cooling channels 32 are arranged, which, however, have a respective constriction element 38 in their interior, so that a reduced filling factor is also given in the third section.
  • Cooling channels 34 of smaller diameter than the cooling channels 30 and 32 are arranged in the fourth 24 and fifth 26 sections. In the fourth section 24, these are arranged tangentially adjacent one another in a single layer and tangentially adjacent to each other in the fifth section 26 so that the fifth section 26 has an approximately twice the filling factor as the fourth section 24.
  • tangentially arranged strip elements are provided for spacing, the thickness of which ultimately determines the filling factor in the sixth section.
  • FIG. 2 shows an exemplary core leg 42 with a dry-type transformer coil in a diagram 40.
  • the core leg 42 is aligned along a rotation axis 44 around which radially symmetrically arranged first 46 and second 48 windings of the transformer coil are arranged.
  • a cooling channel 50 is formed at the upper end of a constriction element 50 is inserted.
  • Cooling air enters from the lower end face in the cooling channel 50 and at its upper end face again out, as indicated by the arrows with the reference numeral 54 and 56.
  • FIG. 3 shows an exemplary transformer core with dry-transformer coils 62, 64, 66 arranged thereon in a plan view 60.
  • the transformer core has three legs, which are connected at their two respective ends to a yoke 70 extending transversely thereto.
  • Respective cooling channels are formed in respective hollow cylindrical spaces 68 of the dry-type transformer coils 62, 64, 66.
  • the upper 70 and lower yokes are spaced from the respective axial end faces of the dry-transformer coils 62, 64, 66 so that airflow in the shadowed areas 72, 74, 76, 78 can not enter the cooling passages unhindered.
  • the constriction point formed as a result is compensated by an increased fill factor in the corresponding regions of the hollow-cylindrical intermediate space, so that an approximately equal flow resistance results for the all cooling channels taking into account a respective shading.

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

Abstract

The invention relates to a dry-type transformer coil (10, 62, 64, 66), comprising at least two hollow cylindrical, radially spaced windings (12, 14, 46, 48) or winding parts, which are nested in each other, wherein axially extending cooling channels (30, 32, 34, 36, 50) are arranged in the hollow cylindrical intermediate space (16, 68) formed by the spacing. The filling factor of the hollow cylindrical intermediate space (16, 68) for the filling of the hollow cylindrical intermediate space with cooling channels (30, 32, 34, 36, 50) varies over the radial circumference of the hollow cylindrical intermediate space. The invention further relates to a dry-type transformer (60), comprising a transformer core, which has at least two core yokes (70) and at least two core limbs (42), wherein a dry-type transformer coil (10, 62, 64, 66) according to the invention is arranged around at least one core limb (42). The filling factor of the hollow cylindrical intermediate space (16, 68) is varied in such a way that the filling factor of the hollow cylindrical intermediate space is higher in regions (72, 74, 76, 78) shaded by the core yokes (70) at an end face than in the regions that are not shaded.

Description

Trockentransformatorspule und Trockentransformator  Dry transformer coil and dry-type transformer
Beschreibung Die Erfindung betrifft die Ausführung einer Trockentransformatorspule. Die Erfindung betrifft auch einen Trockentransformator mit einer erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule. The invention relates to the design of a dry-type transformer coil. The invention also relates to a dry-type transformer having a dry-type transformer coil according to the invention.
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 Höchstspannungstransformato- ren - beispielsweise in der Spannungsebene 380kV - die Verwendung von Öl als Kühl- und Isolationsmittel unumgänglich ist, wird bei Trockentransformatoren auf- grund 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 Leistungs- klasse 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. Diese sind aber aufgrund der limitierten Kühlwirkung deutlichen Einschränkungen in deren maximaler Leistung unterworfen. 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 ver- bessertem Kühlverhalten anzugeben. It is well known that 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 the use of oil as cooling and insulating agent is indispensable for high-voltage transformers, for example in the voltage level 380kV, dry transformers deliberately do not use a liquid cooling or insulating agent due to the lower insulation requirements in the respective lower voltage levels. This offers the advantage of a simplified structure. The insulation or cooling then typically takes place via ambient air. Due to the lower heat capacity compared to oil, the cooling of a dry-type transformer or of the respective dry-type transformer coils with air proves to be 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 power 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. However, these are subject to significant limitations in their maximum performance due to the limited cooling effect. Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a dry-type transformer coil, which has an improved cooling behavior or uses an existing flow volume of coolant as effectively as possible. It is also an object of the invention to specify a dry-type transformer with improved cooling behavior.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Trockentransformatorspule der eingangs genannten Art. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass der Füllfaktor des hohlzylindrischen Zwischenraumes mit Kühlkanälen über dessen radialen Umfang variiert. The object is achieved by a dry-type transformer coil of the aforementioned type. This is characterized in that the filling factor of the hollow-cylindrical intermediate space with cooling channels varies over its radial extent.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die Kühlkanäle, welche in einem hohlzylindrischen Zwischenraum einer Trockentransformatorspule angeordnet sind, gerade nicht mit einer gleichmäßigen sondern mit einer ungleichmäßigen Kühlkanaldichte anzuordnen und zwar derart, dass sich im eingebauten Zustand einer Trockentrans- formatorspule unter Berücksichtigung der gegebenen Strömungsverhältnisse eine möglichst homogene Durchströmung der Kühlkanäle ergibt. The basic idea of the invention is to arrange the cooling channels, which are arranged in a hollow cylindrical space of a dry transformer coil, not just with a uniform, but with a non-uniform cooling channel density such that, when a dry-type transformer coil is installed, taking into account the given flow conditions As homogeneous as possible flow through the cooling channels results.
Bei einem Einbau in einen Transformator, beispielsweise in einen dreiphasigen Transformator, sind Trockentransformatorspulen um einen jeweiligen Schenkel eines Transformatorkernes angeordnet. Bei einem dreiphasigen Transformator gibt es beispielsweise Kernausführungen mit drei oder fünf parallelen und in einer gemeinsamen senkrechten Ebene angeordneten Kernschenkeln, welche durch ein jeweils darunter beziehungsweise darüber verlaufendes Kernjoch verbunden sind. Durch derartige Kernjoche erfolgt daher eine Abschattung der vorzugsweise senkrecht verlaufenden Kühlkanäle, so dass sich für durch die Kühlkanäle strömende Luft ein unterschiedlicher Strömungswiderstand ergibt. Als Folge dessen strömt durch die abgeschatteten Kühlkanäle aufgrund des höheren Strömungswiderstandes ein geringerer Luftstrom als durch die nicht-abgeschatteten Kühlkanäle, sofern ein homo- gener Füllfaktor mit Kühlkanälen über den gesamten Querschnitt des hohlzylindrischen Zwischenraums vorausgesetzt wird. When installed in a transformer, such as a three-phase transformer, dry-type transformer coils are disposed about a respective leg of a transformer core. In a three-phase transformer, for example, there are core designs with three or five parallel core legs arranged in a common vertical plane, which are connected by a respective core yoke running underneath or above it. By such Kernjoche therefore shading of the preferably vertical cooling channels, so that there is a different flow resistance for flowing through the cooling air channels. As a result, due to the higher flow resistance, a smaller air flow flows through the shaded cooling ducts than through the unshaded cooling ducts, provided that a homogeneous filling factor with cooling ducts over the entire cross section of the hollow cylindrical space is assumed.
Ein Füllfaktor wird im Rahmen des Erfindungsgegenstandes definiert als das Verhältnis von aktiver Kühlkanalquerschnittsfläche über einen jeweiligen Teilabschnitt der Grundfläche des hohlzylindrischen Zwischenraums zu der Grundfläche selbst. Für den theoretischen Fall, dass der hohlzylindrische Zwischenraum lediglich hauchdünne Membranen aufweisen würde, durch welche eine Trennung der parallel verlaufenden Kühlkanäle erfolgt, wäre für den betreffenden Teilabschnitt der Füllfaktor nahe eins. Für den Fall, dass durch entsprechende Stützleisten oder der dergleichen die Hälfte der Grundfläche eines jeweiligen Teilabschnitts verbraucht wäre, wäre der Füllfaktor in diesem Teilabschnitt bei 50%. Ein hoher Füllfaktor in einem Teilabschnitt ist daher gleichzusetzen mit einem geringen Strömungswiderstand. Eine bereichsweise Variation des Füllfaktors kann beispielsweise durch eine entsprechende Mate- rialdicke von Leistenelementen erfolgen, durch welche die Kühlkanäle gebildet sind. A fill factor is defined in the context of the subject invention as the ratio of active cooling channel cross-sectional area over a respective section For the theoretical case that the hollow cylindrical space would have only wafer-thin membranes through which a separation of the parallel cooling channels takes place, the filling factor for the subsection concerned would be close to unity. In the event that half of the base area of a respective section was consumed by corresponding support strips or the like, the fill factor in this section would be 50%. A high fill factor in a subsection is therefore equivalent to a low flow resistance. A region-by-region variation of the filling factor can be effected, for example, by a corresponding material thickness of strip elements, by means of which the cooling channels are formed.
Durch eine entsprechende abschnittsweise Anpassung des Füllfaktors lässt sich dadurch in vorteilhafter Weise eine Erhöhung des Strömungswiderstandes in Bereichen außerhalb der Trockentransformatorspule kompensieren. Somit ist für eine ho- mogene Kühlung über den gesamten Spulenumfang gesorgt. Für den Fall, dass aufgrund der Anordnung der Trockentransformatorspulen ein inhomogener Kühlbedarf besteht, beispielsweise wenn benachbarte Trockentransformatorspulen gegenseitiger Wärmeeinstrahlung ausgesetzt sind, lässt sich aber auch gezielt eine inhomogene Durchstömung der Kühlkanäle entsprechend dem Kühlbedarf realisieren. By means of a corresponding section-wise adaptation of the filling factor, an increase of the flow resistance in regions outside the dry-transformer coil can thereby advantageously be compensated. This ensures homogeneous cooling over the entire circumference of the coil. In the event that due to the arrangement of the dry transformer coils an inhomogeneous cooling demand exists, for example, if adjacent dry-type transformer coils are exposed to heat radiation, but also an inhomogeneous Durchstömung the cooling channels can be realized in accordance with the cooling demand.
Die Dimensionierung des jeweiligen geeigneten Füllfaktors längs des Umfangs des hohlzylindrischen Zwischenraumes erfolgt anhand der gegebenen Strömungsbedingungen und der typischen Betriebsparameter des Transformators. Hierbei kann eine Durchströmung der Kühlkanäle lediglich anhand natürlicher Konvektion erfolgen, der Transformator kann aber auch über ein Kühlgebläse verfügen und auch in ein Gehäuse eingebaut sein. The dimensioning of the respective suitable filling factor along the circumference of the hollow cylindrical space is based on the given flow conditions and the typical operating parameters of the transformer. In this case, a flow through the cooling channels can be done only by natural convection, but the transformer can also have a cooling fan and be installed in a housing.
Gemäß einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule ist die Variation des Füllfaktors durch eine zumindest bereichsweise erfolgende Verengung wenigstens eines axialen Teilbereiches von wenigstens einem Kühlkanal bewirkt. Konstruktiv ist die Aufteilung des hohlzylindrischen Zwischenraums in völlig gleichartige Kühlkanäle nämlich besonders einfach zu realisieren. Um dennoch auch bei eigentlich gleichartigen Kühlkanälen eine Variation des Füllfaktors zu bewirken, ist es daher erfindungsgemäß vorgesehen, einen jeweiligen Kühlkanal abschnittsweise zu verengen, wodurch dann der jeweilige Strömungswiderstand durch den Kühlkanal erhöht wird. According to a preferred variant of the dry-type transformer coil according to the invention, the variation of the filling factor is effected by an at least partially narrowing of at least one axial partial region of at least one cooling channel. Structurally, the division of the hollow cylindrical space in completely similar cooling channels that is particularly easy to implement. In order nevertheless to effect a variation of the filling factor even with actually identical cooling channels, it is therefore provided according to the invention to constrict a respective cooling channel in sections, whereby the respective flow resistance through the cooling channel is then increased.
In besonders bevorzugter Weise erfolgt eine jeweilige Verengung eines Kühlkanals durch ein darin oder davor angeordnetes Verengungselement. Diese bieten den Vorteil, dass sie sich nachträglich in bereits gefertigte Kühlkanäle von Trockentransfor- matorspulen einsetzen lassen und daher kaum zusätzlichen Aufwand erfordern. Es sind sowohl Verengungselemente denkbar, welche sich direkt in einen Kühlkanal einsetzen lassen und diesen bereichsweise verengen, es sind aber auch Blendelemente denkbar, welche direkt an einer axiale Stirnseite eines jeweiligen Kühlkanals angeordnet sind. In a particularly preferred manner, a respective constriction of a cooling channel is effected by a constriction element arranged therein or in front of it. These offer the advantage that they can subsequently be used in already manufactured cooling channels of dry-type transformer coils and therefore require little additional effort. There are both constriction elements conceivable, which can be used directly in a cooling channel and narrow these areas, but there are also dazzle elements conceivable, which are arranged directly on an axial end face of a respective cooling channel.
In besonders bevorzugter Weise ist ein jeweiliges Verengungselement aus einem Isolationsmaterial gefertigt. Hierdurch wird die Isolationsfähigkeit der ebenfalls bevorzugter Weise aus einem Isolationsmaterial gefertigten Kühlkanäle nicht negativ beeinträchtigt. In a particularly preferred manner, a respective constriction element is made of an insulating material. As a result, the insulating ability of the likewise preferred manner made of an insulating material cooling channels is not adversely affected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trockentransformatorspule 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. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernjochen und mit wenigstens zwei Kernschenkeln, wobei um wenigstens einen Kernschenkel eine erfindungsgemäße Trockentransformatorspule angeordnet ist, wobei der Füllfaktor des hohlzylindrischen Zwischenraums derart variiert ist, dass er in von den Kernjochen stirnseitig abgeschatteten Bereichen höher ist als in den nicht abgeschatteten Bereichen. Idealerweise ergibt sich hieraus zumindest für einen bevorzugten Betriebszustand des Trockentransformators trotz der Abschattungen eine homogene Durchströmung der jeweiligen Kühlkanäle mit Kühlmittel, wie zum Beispiel Luft. According to a further embodiment of the dry-type transformer coil according to the invention, at least one constriction element is produced from a plurality of modules with different coefficients of thermal expansion. Thus, a temperature-dependent narrowing of the cross section of a cooling channel can be achieved in an advantageous manner. In a particularly preferred variant, therefore, 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. Thus, 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. The object according to the invention is also achieved by a dry-type transformer, comprising a transformer core with at least two core yokes and with at least two core limbs, wherein a dry-type transformer coil according to the invention is arranged around at least one core limb, wherein the fill factor of the hollow-cylindrical gap is varied in such a way that it flows in from the core yokes frontally shaded areas is higher than in the unshaded areas. Ideally, this results in a homogeneous flow through the respective cooling channels with coolant, such as air, at least for a preferred operating state of the dry-type transformer despite the shadowing.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante des Trockentransformators ist dieser forciert gekühlt, weist also beispielsweise ein Fördermittel für Kühlluft auf, beispielsweise ein Gebläse. Hierdurch wird die Effektivität der Kühlkanäle noch einmal weiter gesteigert. Die durch ein Gebläse entstehenden Druckverhältnisse an den stirnseitigen Einlässen der jeweiligen Kühlkanäle sind bei der Auslegung einer geeigneten Füllfaktorverteilung zu berücksichtigen. According to a variant of the dry-type transformer according to the invention, the latter is forcedly cooled and therefore has, for example, a conveying means for cooling air, for example a blower. As a result, the effectiveness of the cooling channels is further increased. The pressure conditions at the front-side inlets of the respective cooling channels arising from a fan must be considered when designing a suitable filling factor distribution.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Further advantageous embodiment possibilities can be found in the further dependent claims.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden. Reference to the embodiments illustrated in the drawings, the invention, further embodiments and other advantages will be described in detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine exemplarische Trockentransformatorspule, 1 shows an exemplary dry-type transformer coil,
Fig. 2 einen exemplarischen Kernschenkel mit Trockentransformatorspule und Fig. 3 einen exemplarischen Transformatorkern mit Trockentransformatorspulen. Figur 1 zeigt eine exemplarische Trockentransformatorspule 10 in einer Draufsicht auf eine derer beiden Stirnflächen. Um eine Mittelachse herum sind ineinander geschachtelt und zueinander beabstandet eine erste 12 und eine zweite 14 Wicklung der Trockentransformatorspule 10 angeordnet. In einem durch die Beabstandung gebildeten hohlzylindrischen Zwischenraum 16 sind in mehreren exemplarischen Ab- schnitten 18, 20, 22, 24, 26, 28 mehrere Beispiele für Anordnungen von Kühlkanälen 30, 32, 34, 36 mit jeweils unterschiedlichen Füllfaktoren gegeben. FIG. 2 shows an exemplary core leg with a dry-type transformer coil and FIG. 3 shows an exemplary transformer core with dry-transformer coils. FIG. 1 shows an exemplary dry-type transformer coil 10 in a plan view of one of the two end faces. Around a central axis, a first 12 and a second 14 winding of the dry-type transformer coil 10 are nested in each other and spaced from one another. In a hollow-cylindrical intermediate space 16 formed by the spacing, several exemplary explanations are given in FIG. Cut 18, 20, 22, 24, 26, 28 given several examples of arrangements of cooling channels 30, 32, 34, 36, each with different filling factors.
Im ersten 18 und zweiten 20 Abschnitt sind Kühlkanäle 30 vorgesehen, welche im ersten Abschnitt 18 tangential beabstandet sind, womit sich ein geringerer Füllfaktor ergibt als im zweiten Abschnitt 20, wo die Kühlkanäle 30 tangential aneinandergrenzend sind. Im dritten Abschnitt 22 sind wiederum tangential aneinander grenzende Kühlkanäle 32 angeordnet, welche in ihrem Inneren jedoch ein jeweiliges Verengungselement 38 aufweisen, so dass auch im dritten Abschnitt ein reduzierter Füll- faktor gegeben ist. Cooling channels 30 are provided in the first 18 and second 20 sections, which are tangentially spaced in the first section 18, which results in a lower filling factor than in the second section 20, where the cooling channels 30 are tangent to one another. In the third section 22 again tangentially adjacent cooling channels 32 are arranged, which, however, have a respective constriction element 38 in their interior, so that a reduced filling factor is also given in the third section.
Im vierten 24 und fünften 26 Abschnitt sind Kühlkanäle 34 mit geringerem Durchmesser als der der Kühlkanäle 30 und 32 angeordnet. Im vierten Abschnitt 24 sind diese einlagig tangential aneinandergrenzend und im fünften Abschnitt 26 zweilagig tangential aneinandergrenzend angeordnet, so dass der fünfte Abschnitt 26 einen etwa doppelt so hohen Füllfaktor aufweist wie der vierte Abschnitt 24. Cooling channels 34 of smaller diameter than the cooling channels 30 and 32 are arranged in the fourth 24 and fifth 26 sections. In the fourth section 24, these are arranged tangentially adjacent one another in a single layer and tangentially adjacent to each other in the fifth section 26 so that the fifth section 26 has an approximately twice the filling factor as the fourth section 24.
Im sechsten Abschnitt 28 wiederum sind tangential angeordnete Leistenelemente vorgesehen zur Beabstandung vorgesehen, durch deren Dicke letztendlich der Füll- faktor im sechsten Abschnitt 28 bestimmt ist. In the sixth section 28, in turn, tangentially arranged strip elements are provided for spacing, the thickness of which ultimately determines the filling factor in the sixth section.
Figur 2 zeigt einen exemplarischen Kernschenkel 42 mit Trockentransformatorspule in einer Abbildung 40. Der Kernschenkel 42 ist längs einer Rotationsachse 44 ausgerichtet, um welche radialsymmetrisch angeordnet eine erste 46 und eine zweite 48 Wicklung der Transformatorspule angeordnet sind. In einem hohlzylindrischen Zwischenraum zwischen radial beabstandeter erster 46 und zweiter 48 Wicklung ist ein Kühlkanal 50 gebildet, an dessen oberen Ende ein Verengungselement 50 eingesetzt ist. Hierdurch wird der Strömungswiderstand durch den Kühlkanal 50 künstlich erhöht, womit der effektiv wirksame Füllfaktor für diesen Bereich des hohlzylindri- sehen Zwischenraumes reduziert ist. Kühlluft tritt von der unteren Stirnseite in den Kühlkanal 50 ein und an dessen oberen stirnseitigen Ende wieder aus, wie mit den Pfeilen mit der Bezugsziffer 54 und 56 angedeutet. Die Fig. 3 zeigt einen exemplarischen Transformatorkern mit darauf angeordneten Trockentransformatorspulen 62, 64, 66 in einer Draufsicht 60. Der Transformatorkern weist drei Schenkel auf, welche an ihren beiden jeweiligen Enden mit einem quer dazu verlaufendem Joch 70 verbunden sind. Jeweilige Kühlkanäle sind in jeweiligen hohlzylindrischen Zwischenräumen 68 der Trockentransformatorspulen 62, 64, 66 gebildet. Das obere 70 und das untere Joch sind in einem Abstand zu den jeweiligen axialen Stirnflächen der Trockentransformatorspulen 62, 64, 66 angeordnet, so dass ein Luftstrom in den abgeschatteten Bereichen 72, 74, 76, 78 nicht ungehindert in die Kühlkanäle eintreten kann. Die hierdurch gebildete Verengungsstelle wird erfin- dungsgemäß durch einen erhöhten Füllfaktor in den entsprechenden Bereichen des hohlzylindrischen Zwischenraumes kompensiert, so dass sich für die alle Kühlkanäle unter der Berücksichtigung einer jeweiligen Abschattung ein etwa gleicher Strömungswiderstand ergibt. FIG. 2 shows an exemplary core leg 42 with a dry-type transformer coil in a diagram 40. The core leg 42 is aligned along a rotation axis 44 around which radially symmetrically arranged first 46 and second 48 windings of the transformer coil are arranged. In a hollow cylindrical space between radially spaced first 46 and second 48 winding a cooling channel 50 is formed at the upper end of a constriction element 50 is inserted. As a result, the flow resistance through the cooling channel 50 is artificially increased, whereby the effectively effective filling factor for this area of the hollow cylindrical space is reduced seen. Cooling air enters from the lower end face in the cooling channel 50 and at its upper end face again out, as indicated by the arrows with the reference numeral 54 and 56. FIG. 3 shows an exemplary transformer core with dry-transformer coils 62, 64, 66 arranged thereon in a plan view 60. The transformer core has three legs, which are connected at their two respective ends to a yoke 70 extending transversely thereto. Respective cooling channels are formed in respective hollow cylindrical spaces 68 of the dry-type transformer coils 62, 64, 66. The upper 70 and lower yokes are spaced from the respective axial end faces of the dry-transformer coils 62, 64, 66 so that airflow in the shadowed areas 72, 74, 76, 78 can not enter the cooling passages unhindered. According to the invention, the constriction point formed as a result is compensated by an increased fill factor in the corresponding regions of the hollow-cylindrical intermediate space, so that an approximately equal flow resistance results for the all cooling channels taking into account a respective shading.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
10 exemplarische Trockentransformatorspule 10 exemplary dry-type transformer coil
12 erste Wicklung von Trockentransformatorspule  12 first winding of dry transformer coil
14 zweite Wicklung von Trockentransformatorspule 14 second winding of dry transformer coil
16 hohlzylindrischer Zwischenraum  16 hollow cylindrical space
18 erster Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum  18 first section of hollow cylindrical space
20 zweiter Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum  20 second section of hollow cylindrical space
22 dritter Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum  22 third section of hollow cylindrical space
24 vierter Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum 24 fourth section of hollow cylindrical space
26 fünfter Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum  26 fifth section of hollow cylindrical space
28 sechster Abschnitt von hohlzylindrischem Zwischenraum  28 sixth section of hollow cylindrical space
30 erster Kühlkanal in hohlzylindrischem Zwischenraum  30 first cooling channel in a hollow cylindrical space
32 zweiter Kühlkanal in hohlzylindrischem Zwischenraum  32 second cooling channel in a hollow cylindrical space
34 dritter Kühlkanal in hohlzylindrischem Zwischenraum 34 third cooling channel in hollow cylindrical space
36 vierter Kühlkanal in hohlzylindrischem Zwischenraum  36 fourth cooling channel in hollow cylindrical space
38 exemplarisches Verengungselement  38 exemplary constricting element
40 exemplarischer Kernschenkel mit Trockentransformatorspule 40 exemplary core leg with dry transformer coil
42 Kernschenkel 42 core thighs
44 Mittelachse 44 central axis
46 erste Wicklung von Trockentransformatorspule  46 first winding of dry transformer coil
48 zweite Wicklung von Trockentransformatorspule  48 Second winding of dry transformer coil
50 Kühlkanal  50 cooling channel
52 exemplarisches Verengungselement  52 exemplary constriction element
54 einströmende Luft 54 incoming air
56 ausströmende Luft  56 outgoing air
60 exemplarischer Transformatorkern mit Trockentransformatorspulen 60 exemplary transformer core with dry transformer coils
62 erste Trockentransformatorspule 62 first dry-transformer coil
64 erste Trockentransformatorspule  64 first dry-transformer coil
66 erste Trockentransformatorspule 66 first dry-transformer coil
68 holzylindrischer Zwischenraum von erster Trockentransformatorspule 68 wooden cylindrical space of the first dry-type transformer coil
70 Kernjoch 70 core yoke
72 erster abgeschatteter Bereich  72 first shaded area
74 erster abgeschatteter Bereich erster abgeschatteter Bereich erster abgeschatteter Bereich 74 first shaded area first shaded area first shaded area

Claims

Patentansprüche claims
1 . Trockentransformatorspule (10, 62, 64, 66), umfassend wenigstens zwei hohlzylindrische, ineinander verschachtelte und radial beabstandete Wicklungen (12, 14, 46, 48) beziehungsweise Wicklungsteile, wobei in dem durch die Beabstandung ge- bildeten hohlzylindrischen Zwischenraum (16, 68) axial verlaufende Kühlkanäle (30, 32, 34, 36, 50) angeordnet sind, wobei der Füllfaktor des hohlzylindrischen Zwischenraumes (16, 68) mit Kühlkanälen (30, 32, 34, 36, 50) über dessen radialen Umfang variiert und die Variation des Füllfaktors durch eine zumindest bereichsweise erfolgende Verengung wenigstens eines axialen Teilbereiches von wenigstens einem Kühlkanal (30, 32, 34, 36, 50) bewirkt ist.  1 . A dry-type transformer coil (10, 62, 64, 66) comprising at least two hollow-cylindrical, interleaved and radially spaced windings (12, 14, 46, 48) or winding parts, wherein in the hollow-cylindrical gap (16, 68) formed by the spacing. axially extending cooling channels (30, 32, 34, 36, 50) are arranged, wherein the filling factor of the hollow cylindrical space (16, 68) with cooling channels (30, 32, 34, 36, 50) varies over its radial extent and the variation of Filling factor is effected by an at least partially constriction of at least one axial portion of at least one cooling channel (30, 32, 34, 36, 50).
dadurch gekennzeichnet characterized
dass eine jeweilige Verengung eines Kühlkanals (30, 32, 34, 36, 50) durch ein darin oder davor angeordnetes Verengungselement (38, 52) erfolgt und dass wenigstens ein Verengungselement (38, 52) aus mehreren Modulen mit unterschiedlichem Tem- peraturausdehnungskoeffizient gefertigt ist. a respective constriction of a cooling channel (30, 32, 34, 36, 50) takes place through a constriction element (38, 52) arranged therein or in front of it and in that at least one constriction element (38, 52) is made of a plurality of modules with different temperature expansion coefficients ,
2. Trockentransformatorspule nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Verengungselement (38, 52) aus einem Isolationsmaterial gefertigt ist. 2. dry-type transformer coil according to claim 1, characterized in that a respective constriction element (38, 52) is made of an insulating material.
3. Trockentransformatorspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verengungselement (38, 52) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass bei steigender Temperatur der Strömungswiderstand durch den jeweiligen Kühlkanal (30, 32, 34, 36, 50) reduziert wird. 3. dry-type transformer coil according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one constriction element (38, 52) is configured and arranged such that with increasing temperature of the flow resistance through the respective cooling channel (30, 32, 34, 36, 50) reduced becomes.
4. Trockentransformator (60), umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens zwei Kernjochen (70) und mit wenigstens zwei Kernschenkeln (42), wobei um wenigstens einen Kernschenkel (42) eine Trockentransformatorspule (10, 62, 64, 66) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 angeordnet ist, A dry type transformer (60) comprising a transformer core having at least two core yokes (70) and at least two core legs (42), wherein at least one core leg (42) comprises a dry transformer coil (10, 62, 64, 66) according to any one of claims 1 is arranged to 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Füllfaktor des hohlzylindrischen Zwischenraums (16, 68) derart variiert ist, dass er in von den Kernjochen (70) stirnseitig abgeschatteten Bereichen (72, 74, 76, 78) höher ist als in den nicht abgeschatteten Bereichen. characterized, in that the fill factor of the hollow cylindrical space (16, 68) is varied such that it is higher in areas (72, 74, 76, 78) which are shadowed by the core yokes (70) than in the areas which are not shaded.
5. Trockentransformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Fördermittel für Kühlluft aufweist. 5. Drying transformer according to claim 4, characterized in that it has a conveying means for cooling air.
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