Transformator mit in Giessharz eingebetteten Wicklungen

Abstract

 Zur guten Ausnutzung des für die Wicklungen eingesetzten Leiter- und Isolierwerkstoffs sind in dem die Wicklungen (2,6) haltenden und isolierenden Gießharz Kühlkanäle (5,8,9) angeordnet. Zur weiteren Verbesserung eines kompakten Aufbaus und zur Steigerung der zulässigen Nennspannung sind erfindungsgemäß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen (5,8,9) weitere vom Gießharz umschlossene Kanäle (15,16) vorgesehen, die mit einem Isoliergas gefüllt sind. Durch den Aufbau von Transformatoren mit in Gießharz eingebetteten Wicklungen mit den beiden erfindungsgemäß voneinander getrennten Kanalsystemen ist bei Einhaltung der zulässigen Transportabmessungen für Transformatoren, sowohl eine Steigerung der größtmöglichen Nennleistung als auch eine Erhöhung der Nennoberspannung möglich.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Transformatoren mit Eisenkern und mit vollständig in Gießharz eingebetteten Oberspannungs-und Unterspannungswicklungen und mit in dem die Wicklungen haltenden und isolierenden Gießharz angeordneten Kühlkanälen.

[0002] In einer derartigen durch die DE-PS 20 32 507 bekannten Anordnung dient als Kühlmittel elektrisch leitfähiges Wasser. Dies elektrisch leitfähige Wasser dient zwar vorteilhafterweise gleichzeitig als elektrische Abschirmung, beschränkt jedoch die Anwendung-der bekannten Anordnung auf Transformatoren mit verhältnismäßig niedrigen Nennspannungen, denn der Einsatz in Transformatoren für höhere Nennspannung erfordert unwirtschaftlich große Wanddicken für die Gießharzkörper. Durch große Wanddicken werden darüber hinaus die Gießharzkörper verhältnismäßig rißanfällig und wirken darüber hinaus in unerwünschter Weise als thermische Isolatoren.

[0003] Durch die DE-OS 28 26 299 ist ein Gießharztransformator bekannt, bei dem alle Wicklungen eines Drehstromsystems in einen Gießharzblock eingeschlossen sind, der einerseit: Durchbrüche zur Aufnahme der Kernschenkel eines Eisenkernsaufweist und darüber hinaus vor den Stirnseiten der Wicklungen je eine.Mulde zur Aufnahme eines unteren und oberen Joches hat. Die die Joche aufnehmenden Mulden sind bei dieser Anordnung durch Kappen wasserdicht nach außen hin abgeschlossen. In Folge der fehlenden Kühlung innerhalb der Wicklungen und des Kernes ist der Einsatz derartig gestalteter Transformatoren auf verhältnismäßig kleine Nennleistungen bschränkt.

[0004] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für gießharzisolierte Transformatoren eine Anordnung zu schaffen, die einerseits durch Einsatz einer wirksamen Kühlung einen kompakten Aufbau auch für größere Ivennleistungen und darüber hinaus auch den Einsatz bei höheren Kennspannungen ermöglicht.

[0005] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für einen Transformator der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen mindestens im Hauptstreukanal weitere vom Gießharz umschlossene-Kanäle vorgesehen sind und daß diese zusätzlichen Kanäle mit einem Isoliergas gefüllt sind.

[0006] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die im Inneren von Kühlkanälen durchsetzte Oberspannungswicklung allseitig von mit Isoliergas gefüllten Kanälen umgeben ist, daß die räumlich radial zwischen der Oberspannungswicklung und dem Eisenkern liegende Unterspannungswicklung nur auf ihrem äußeren Mantel und ihren Stirnseiten von mit Isoliergas gefüllten Kanälen umfaßt ist und daß innerhalb eines für die Unterspannungswicklung und jeden Eisenkern gemeinsamen Gießharzkörpers lediglich Kühlkanäle vorgesehen sind und daß darüber hinaus die Anschlußleiter der Oberspannungswicklung im wesentlichen durch Isoliergas isoliert sind.

[0007] In dieser Anordnung besteht zweckmäßigerweise die Oberspannungswicklung aus räumlich axial übereinander angeordneten, elektrisch in.Reihe geschalteten und aus spulenbreitem Blechband gewickelten Spulen und ist die Unterspannungswicklung von einem spiralig aufgewickelten Blechband dargestellt, dessen Breite gleich der axialen Spulenlänge ist.

[0008] Zweckmäßige Weiterbildungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, daß ein die Kühlkanäle durchströmendes Kühlmittel elektrisch isolierend ist und in den Kuhlkanälen versa und daß als Isoliergas in den zusätzlichen Kanälen unter Überdruck stehendes SF₆ dient.

[0009] Vorteilhafterweise sind die Kühlkanäle und die zusätzlichen Kanäle zu je einem selbständigen Kanalsystem verbunden, dessen Innendruck an je einem dem jeweiligen Kanalsystem zugeordneten Wärmetauscher und/oder Reservebehälter einstellbar ist, wobei der Innendruck in den Kühlkanälen unabhängig vom Betriebszustand immer zwischen dem Umgebungsdruck des Transformators und dem Druck in den zusätzlichen Kanälen liegt.

[0010] Zur sicheren Beherrschung auch höhere Drücke in den zusätzlichen Kanälen sind deren Umfassungswände mit Glasfasern verstärkt.

[0011] Zur Verminderung der Geräuschabstrahlung der erfindungsgemäß ausgeführten Transformatoren sind die die Oberspannungs- und die Unterspannungswicklungen enthaltenden Gießharzkörper gegenüber dem Eisen-kern federnd eingespannt und dienen dadurch als Dämmwände für vom Eisenkern ausgestrahlte Geräusche.

[0012] Der erfindungsgemäße Aufbau von Transformatoren ist sehr vorteilhaft, weil er durch Verringerung der erforderlichen Gießharzmenge und der absoluten Wicklungsabmessungen den Anwendungsbereich von gießharzisolierten Transformatoren in Richtung auf größere Nennleistungen erweitert und darüberhinaus auch deren Einsatz bei höheren als bisher beherrschbaren Nennspannungen ermöglicht.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Ein Kernschenkel 1 wird von einer Unterspannungswicklung 2 umfaßt. Der Kernschenkel 1 ist in bekannter Weise aus Blechlamellen geschichtet und in nicht näher dargestellter Art und Weise über Joche 3 mit weiteren Kernschenkeln 1 eines Drehstromtransformators verbunden.

[0014] Die eigentliche Unterspannungswicklung 2 besteht aus Blechband, dessen Breite gleich der Wicklungslänge ist und ist nach dem Wickeln in einen Körper 4 aus Gießharz eingegossen. Dabei sind in und um die Unterspannungswicklung 2 Kühlkanäle 5 vorgesehen.

[0015] Eine ihrerseits wieder die Unterspannungswicklung-2 umfassende Oberspannungswicklung ist aus einer Vielzahl von axial übereinander angeordneten Spulen 6 aufgebaut. Die einzelnen Spulen 6 sind aus spulenbreitem Blechband gewickelt und elektrisch in Reihe geschaltet. Die Spulen 6 sind durch einen Körper 7 aus Gießharz mechanisch miteinander verbunden. Der Körper 7 und die Spulen 6 bildengemeinsam ein Gitter aus radialen Kühlkanälen 8 und axialen Kühlkanälen 9.

[0016] Die kreisringförmigen Stirnflächen des die Spulen 6 umfassenden Körpers 7 sind durch Verschlußringe 10 gasdicht abgedeckt, wobei zwischen dem Körper 7 und den Verschlußringen 10 Dichtringe 12 eingespannt sind. Der Hohlraum der Verschlußringe 10 steht über Kanäle 11 mit dem Gitter aus den Kühlkanälen 8 und 9 in Verbindung und dient gleichzeitig als Sammelkammer bei der Zu- und Ableitung des Kühlmittels in die Oberspannungswicklung.

[0017] Der Eisenkern aus den Kernschenkeln 1 und den Jochen 3 sowie die Unterspannungswicklung 2 in dem Körper 4 und die aus den Spulen 6 aufgebaute Oberspannupgswicklung im Körper 7 sind durch einen Mantel 14 und durch Deckel 13 nach außen hin abgekapselt. Dabei bildet der Mantel 14 mit dem äußeren Mantel des Körpers 7 sowie die Deckel 13 mit den Verschlußringen 10 Kanäle 15, die durch nicht dargestellte, vorzugsweise an die vorhandenen Gießharzkörper angeformte, Distanzstücke offengehalten werden.

[0018] Auf der Innenseite der Deckel 13 sind Stützwände 17 zum Einspannen der Unterspannungswicklung 2 vorgesehen. Durch entsprechende Gestaltung der Stützwände 17 befinden sich zwischen diesen und der Außenwand des jeweils zugehörigen Deckels 13 Kanalfortsätze 16, die mit den Kanälen 15 direkt verbunden sind.

[0019] Die Stützwände 17 bilden Kammern 18 vor den Stirnseiten der Unterspannungswicklung 2. Die Kammern 18 sind-mit den Kühlkanälen 5 in der Unterspannungswicklung 2 verbunden und in Richtung auf die Kernschenkel 1 und die Joche 3 hin offen und dienen als Kühlmittelsammelbehälter für die Ab- und Zufuhr von Kühlmittel zur Unters^pannungswicklung 2 und dem Eisenkern.

[0020] Die Berührungsflächen zwischen den Deckeln 13 und dem Mantel 14 sowie zwischen den Stützwänden 17 und dem die Unterspannungswicklüng 2 tragenden Körper 4 liegen nicht unittelbar aufeinander, sondern pressen Dichtringe 12, durch die die Spalte zwischen diesen Bauteilen gasdicht verschlossen sind. Dadurch ist es möglich die Kanäle 15 und die Kanalfortsätze 16 mit einem unter Überdruck stehenden Isoliergas, beispielsweise SF₆, zu füllen, so daß auch hohe elektrische Nennspannungen an der Oberspannungswicklung sicher beherrscht sind.

[0021] Der Eisenkern aus den Kernschenkeln 1 und den Jochen 3 ist federnd zwischen den Deckeln 13 eingespannt und dadurch schwingungstechnisch von den Wicklungen entkoppelt. ^-

[0022] Die Kammern in den Verschlußringen 10 und die Kammern 18 sind in nicht dargestellter Weise mit einem Ausgleichsgefäß und mit einer Rückkühleinrichtung für das die Kühlkanäle 5, 8 und 9 durchströmende Kühlmittel verbunden. Als Kühlmittel dient dabei zweckmäßigerweise eine nicht brennbare Flüssigkeit, deren Siedetemperatur bei dem in den Kanälen vorgesehenen Betriebsdruck in der Nähe der Betriebstemperatur der Unterspannungswicklung 2 und der Oberspannungswicklung liegt.

[0023] Durch entsprechende Gestaltung und Bemessung der Körper 4 und 7 aus Gießharz sowie der mit Isoliergas gefüllten Kanäle 15 besteht die Möglichkeit, den Mantel 14 und die Deckel 13 zumindest teilweise aus elektrisch leitendem, metallischen Werkstoff herzustellen.

Ansprüche

1. Transformator mit Eisenkern und vollständig in Gießharz eingebetteten Oberspannungs- und Unterspannungswicklungen und mit in dem die Wicklungen haltenden und isolierenden Gießharz angeordneten Kühlkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich und getrennt von den Kühlkanälen (5, 8 und 9) mindestens im Hauptstreukanal weitere vom Gießharz umschlossene Kanäle (15, 16) vorgesehen sind und daß diese zusätzlichen Kanäle (15, 16) mit einem Isoliergas gefüllt sind.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die im Inneren von Kühlkanälen (8, 9) durchsetzte Oberspannungswicklung allseitig von mit Isoliergas gefüllten Kanälen (15) umgeben ist, daß die räumlich radial zwischen der Oberspannungswicklung und dem Kernschenkel (1) liegende Unterspannungswicklung (2) nur auf ihrem äußeren Mantel und ihren Stirnseiten von mit Isoliergas gefüllten Kanälen (15, 16) umfaßt ist, daß innerhalb eines für die Unterspannungswicklung (2) und den Eisenkern (1, 3) gemeinsamen Gießharzkörpers (4) lediglich Kühlkanäle (5) vorgesehen sind und daß die Anschlußleiter der Oberspannu-ngswicklung im wesentlichen durch Isoliergas isoliert sind.

3. Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberspannungswicklung aus räumlich axial übereinander angeordneten elektrisch in Reihe geschalteten und aus spulenbreitem Blechband gewickelten Spulen (6) besteht und daß die Unterspannungswicklung (2) von einem spiralig aufgewickelten Blechband dargestellt ist, dessen Breite gleich der axialen Spulenlänge ist.

4. Transformator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Kühlkanäle (5, 8, 9) durchströmendes Kühlmittel elektrisch isolie- . rend ist.

5. Transformator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlmittel in den Kühlkanälen (5, 8, 9) verdampft.

6. Transformator nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Isoliergas-in den zusätzlichen Kanälen (15, 16) unter Überdruck stehendes SF₆ dient.

7. Transformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlkanäle (5, 8, 9) und die zusätzlichen Kanäle (15, 16) zu je einem selbständigen Kanalsystem verbunden sind, dessen Innendruck an je einem dem jeweiligen Kanalsystem zugeordneten Wärmetauscher und/oder Reservebehälter einstellbar ist.

8. Transformator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch ggekennzeichnet , daß der Innendruck in den Kühlkanälen (5, 8, 9) unabhängig vom Betriebszustand immer zwischen dem Umgebungsdruck des Transformators und dem Druck in den zusätzlichen Kanälen (15, 16) liegt.

9. Transformator nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Umfassungswände der mit Isoliergas gefüllten zusätzlichen Kanäle (15, 16) mit Glasfasern verstärkt sind.

10. Transformator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die die Oberspannungs-und die Unterspannungswicklung (2) enthaltenden Gießharzkörper (4, 7) gegenüber dem Eisenkern (1, 3) federnd eingespannt sind und als Dämmwände für vom Eisenkern (1, 3) ausgestrahlte Geräusche dienen.

Zeichnung