Gasisolierter Transformator

Abstract

 Ein gasisolierter Transformator, dessen Aktivteile (Eisenkern und Wicklung) in einem metallischen, mit Kühlrippen versehenen Gehäuse untergebracht sind, soll so verbessert werden, daß bei Vermeidung einer Zwangsventilation des gasförmigen Isoliermittels eine ausreichende Wärmeabfuhr gegeben ist. Dies wird dadurch erreicht, daß das Gehäuse (3) aus einem Boden (4) , einer mit dem Boden (4) dicht verbundenen Umfangswand (5) und aus einem gasdicht aufgebrachten Deckel (6) besteht. Kühlrippen (8, 10) sind ausschließlich am Deckel (6) und zwar sowohl auf der Innenseite (7) als auch auf der Außenseite (9) des Deckels (6) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gas­isolierten Transformator, dessen Aktivteile (Eisenkern und Wicklungen) in einem metallischen, mit Kühlrippen versehenen Gehäuse untergebracht sind.

[0002] Ein derartiger gasisolierter Transformator ist aus der DE-PS 843 579 bekannt. Hierbei ist das als Kessel ausge­bildete Gehäuse an den Außenwänden mit Kühlrippen versehen und um die Kühlrippen sind Seitenplatten angeordnet. Der Kessel ist durch eine glockenförmige Abdeckhaube abgeschlossen, an deren Innenseite ein Elektromotor angebracht ist. Die Antriebswelle des Elektromotors ragt nach oben aus der Ab­deckhaube heraus und ist mit einem Lüfterrad versehen. Beim Betrieb des Elektromotors wird Kühlluft von unten zwischen der Außenwand des Kessels mit den Kühlrippen und den Seiten­platten nach oben gesaugt und nach deren Erwärmung ausge­blasen. Im wesentlichen ist also ein doppelwandiger Kessel vorgesehen, der aufwendig herzustellen und damit sehr teuer ist.

[0003] In Weiterbildung dieses vorbekannten Transformators ist auch innerhalb des Kessels ein Lüfterrad an einer nach unten ragenden Welle angebracht. Die Kühlrippen sind hierbei als Hohlrohre ausgebildet, die jeweils oben und unten in den Kessel münden. Beim Betrieb des Elektromotors wird das im Kessel befindliche Isoliergas im Kessel von unten her an den Aktivteilen des Transformators entlang nach oben gesaugt und durch die Hohlrohre außen am Kessel entlang wieder nach unten gedrückt.

[0004] Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Transformator der genannten Art so auszubilden, daß bei Vermeidung einer Zwangsventilation des gasförmigen Isoliermittels trotzdem eine ausreichende Wärmeabfuhr erreicht wird und der durch die Zwangsventilation bedingte zusätzli­che Aufwand und darüber hinaus auch die dadurch gegebene Lärmbelästigung entfällt. Es soll also grundsätzlich auch ermöglicht werden, daß der erfindungsgemäß weitergebildete Transformator auch innerhalb von Gebäuden aufgestellt werden kann, ohne daß eine unzumutbare Lärmbelästigung entsteht.

[0005] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale.

[0006] Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß allein durch die Anordnung der Kühlrippen am Deckel des Trans­formators etwa 80 % der Verlustwärme abgeführt werden kann. Der verbleibende Rest der Verlustwärme wird durch die übrigen Gehäuseteile, insbesondere die Gehäusewand bzw. die Gehäusewände abgeführt.

[0007] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb des Gehäuses nichtmetallische, schlecht wärme­leitende Leitplatten vorgesehen, durch die eine Zirkulation des Isoliergases nach Art einer Zwangszirkulation erreicht bzw. gefördert wird.

[0008] Zwar ist aus der DE-PS 972 467 bereits ein druckfest gekapselter, gasisolierter Transformator bekannt, bei dem im oberen Bereich des Kessels innen und außen Kühlrippen vorgesehen sind. Jedoch handelt es sich dabei um einen Kessel in Form eines liegenden Rohres, das beidseitig mit stirnseitigen Deckeln verschlossen ist. Die Kühlrippen sind innen in Rohrlängsrichtung vorgesehen und außen sind die Kühlrippen ringförmig, das gesamte Rohr umfassend, in senkrechten Ebenen angeordnet. Eine derartige Kühlrippen­anordnung ist zwar wirkungsvoll, jedoch in der Herstellung sehr teuer, da die Herstellung der Ringrippen sehr auf­wendig und kostenintensiv ist. Mit der vorliegenden Er­findung wird eine ähnlich gute Wärmeabfuhr gewährleistet, dies allerdings mit einem wesentlich reduzierten Kostenauf­wand.

[0009] Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Transformator im Längs­schnitt von der Breitseite her gesehen,

Fig. 2 den Transformator gemäß Fig. 1 im Schnitt von der Stirnseite her gesehen,

Fig. 3 eine Abwandlung des Transformators gemäß den Fig. 1 und 2 mit einem als Gießteil ausgebil­deten Deckel für das Gehäuse und mit einer schallisolierten Lagerung des Transformator­kernes,

Fig. 4 eine Außenansicht einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Transformators,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Deckel eines Trans­formators mit im wesentlichen rechteckigen Gehäuse,

Fig. 6 eine Ansicht der Längsseite einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Transformators mit einem die Kühlrippen am Deckel überdecken­den Sonnenschutzdach,

Fig. 7 die Ansicht der Stirnseite des Transformators gemäß Fig. 6 und die

Fig. 8 bis 11 verschiedene Ausführungsvarianten eines Deckels mit den inneren und/oder den äußeren Kühlrippen.

[0010] In Fig. 1 ist mit 1 der rahmenförmige Eisenkern eines dreiphasigen Transformators bezeichnet, der die drei Wicklungssysteme 2, bestehend aus Ober- und Unterspannungs­wicklungen trägt. Der Eisenkern 1 und die Wicklungssysteme 2 sind in einem Gehäuse 3 untergebracht. Dieses Gehäuse 3 besteht aus einem Boden 4, auf dem der Eisenkern 1 samt den Wicklungssystemen 2 gelagert und ggf. befestigt ist, einer Umfangswand 5 und aus einem Deckel 6.

[0011] Der Boden 4 und die Umfangswand 5 des Gehäuses 3 sind vorzugsweise durch Schweißen gasdruckdicht miteinander verbunden. Der Deckel 6 ist entweder aufgeschraubt, indem beispielsweise an der Umfangswand 5 oben ein nach innen oder nach außen weisender Flansch angebracht ist, auf den der Deckelrand unter Zwischenlage einer geeigneten Dichtung, beispielsweise einer Gummi- oder elastischen Kunststoff­dichtung aufgelegt und verschraubt wird. Insbesondere bei Verwendung eines Innenflansches sind in diesem Sacklöcher angebracht, in die die Befestigungsschrauben zum dichten Aufschrauben des Deckels 6 eingeschraubt werden.

[0012] Der Deckel 6 kann aber auch mit der Umfangswand 5 oben dicht verschweißt sein, was als bevorzugte Ausführungsform angesehen wird.

[0013] Erfindungsgemäß ist der Deckel 6 auf der Innenseite 7 mit inneren Kühlrippen 8 und auf der Außenseite 9 mit äußeren Kühlrippen 10 versehen. Die Höhe h der Kühlrippen 8, 10 beträgt etwa 10 % bis 20 %, insbesondere etwa 12 % bis 15 % oder Höhe H des Gehäuses 3. Der Abstand A der Kühlrippen 8, 10 voneinander beträgt etwa ein Drittel bis ein Sechstel der Höhe h derselben, insbesondere etwa ein Viertel bis ein Fünftel, wobei der Abstand A der inneren Kühlrippen 8 vor­zugsweise kleiner ausgeführt ist als derjenige der äußeren Kühlrippen 10. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Fig. 11 verwiesen.

[0014] Vorzugsweise besteht zumindest der Deckel 6 aus einem im Vergleich zu Stahl gut wärmeleitenden Material, wie Alu­minium, Aluminiumlegierungen, beispielsweise Al Si Mg oder aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen. Hierdurch kann die Wärme­ableitung gegenüber der Ausführung eines Deckels etwa aus Stahl um das drei- bis sechsfache gesteigert werden. Der Deckel 6 und die Kühlrippen 8, 10 können aus Einzelteilen, beispielsweise aus einer Platte 11 und U-förmig gebogenen Blechen 12 bestehen (vgl. Fig. 8 bis 11) oder diese Teile 11, 8 und 10 können als Gußteil ausgebildet sein, wie sich aus Fig. 3 ergibt.

[0015] Auch die Umfangswand 5 und ggf. auch der Boden 4 des Gehäuses 3 können aus Aluminium oder aus einer Aluminium­legierung oder aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung be­stehen. Aus Fertigungsgründen besteht aber der Boden 4 in der Regel aus druckfestem Stahlblech.

[0016] Zur noch besseren Wärmeabführung ist der Deckel 6 und sind die Kühlrippen 10 an der Außenseite 9 des Deckels, ggf. auch die Kühlrippen 8 auf der Innenseite 7 des Deckels mit einer die Wärmeabstrahlung fördernden Farbe, insbesondere mit einer tiefschwarzen Farbe oder Masse versehen.

[0017] Bei der Herstellung des Deckels 6 aus Aluminium kann dieser Deckel eloxiert und entsprechend eingefärbt sein.

[0018] Das Gehäuse 3 besitzt in der Draufsicht vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt oder es ist der Form des Eisen­kerns 1 wenigstens annähernd angepaßt, also vorzugsweise rechteckig oder oval, wobei im letzteren Falle die Längs­seiten 13 des Gehäuses 3 gerade und die Stirnseiten 14 bei­spielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein können. Die Einleitungen 15 und Ausleitungen 16 für die Wicklungs­systeme 2 sind an der Umfangswand 5, vorzugsweise auf ein­ander gegenüberliegenden Längsseiten 13 vorgesehen. Dies ergibt sich insbesondere aus den Fig. 4 bis 6.

[0019] Auf der Bodeninnenseite 17 ist eine U-förmige Schiene 18 befestigt, an der der Eisenkern 1 mit seinem unteren Joch­schenkel 19 gelagert oder befestigt ist. Um eine Über­tragung der Geräusche des Eisenkernes 1 auf das Gehäuse 3 zu vermeiden, jedenfalls aber stark zu dämpfen, ist vor­zugsweise der untere Jochschenkel 19 in der U-Schiene 18 in einer vorzugsweise ebenfalls U-förmigen Gummizwischen­lage 20 gehaltert.

[0020] Zur Erzeugung einer Gaszirkulation nach Art einer Zwangs­zirkulation des im Gehäuse 3 vorzugsweise unter einem Druck von etwa 1.500 bis 3.000 Hektopascal stehenden Isoliergases, insbesondere Schwefelhexafluorid, und damit zur besseren Wärmeabführung sind im Gehäuse 3 auf zumindest zwei einan­der gegenüberliegenden Seiten des Eisenkerns 1 senkrecht stehende, schlecht wärmeleitende, also insbesondere nicht­metallische, isolierende Leitplatten 21 im Abstand von den Aktivteilen des Transformators 1, 2 und auch im Abstand von der Innenseite 22 des Gehäuses 3 und auch im Abstand vom Boden 4 und vom Deckel 6 vorgesehen. Vorzugsweise bestehen die Leitplatten 21 aus Preßspan oder aus einem geeigneten Kunststoff, wie beispielsweise faserverstärktem Epoxid-, Polyester- oder Polyurethanharz. Als Eisenkern 1 ist ins­besondere ein Mehrschenkelkern, beispielsweise ein Drei­schenkel-Mantelkern, vorgesehen. Vorzugsweise sind zumindest die inneren Kühlrippen 8, gegebenenfalls auch die äußeren Kühlrippen 10 des Deckels 6 senkrecht zur Längsebene L-L des Eisenkernes 1 angeordnet, während die Leitplatten 21 parallel zu dieser Längsebene L-L verlaufen. Hierdurch er­hält man eine gute Wärmeübertragung auf die inneren Kühl­rippen 8.

[0021] Die Umfangswand 5 besteht vorzugsweise aus glattem Material, beispielsweise aus einer entsprechend geformten Metallplat­te. Zur Versteifung der Umfangswand 5 können an der Außen­seite 23 derselben gemäß den Figuren 2, 4, 6 oder 7 senk­recht angeordnete Versteifungsprofile 24, beispielsweise in Form von U-Schienen oder dgl. vorgesehen sein, die mit einem Schenkel 25 an der Außenseite 23 bzw. an der Umfangs­wand 5 befestigt sind.

[0022] Ebenso sind vorzugsweise gemäß den Fig. 2, 3, 6 und 7 an der Unterseite 26 des Bodens 4 Versteifungsprofile 24 mit einem Schenkel 25 am Boden 4 befestigt. Diese Versteifungsprofi­le 24 dienen ebenfalls zur Belüftung des erfindungsgemäßen Transformators von unten her, weil dadurch ein ausreichen­der Bodenabstand gebildet wird.

[0023] Zur Aufstellung bzw. Verwendung des erfindungsgemäßen Trans­formators 1, 2 im Freien kann oberhalb der äußeren Kühlrip­pen 10 ein Sonnenschutzdach 27 im Abstand von diesen äuße­ren Kühlrippen 10 vorgesehen sein. Dieses Sonnenschutz­dach 27 ist vorzugsweise wannenförmig ausgestaltet, bildet also im Längsschnitt einen langgestreckten U-Bügel, dessen Schenkel 28 die äußersten Kühlrippen 10.1 bzw. 10.2 mit Ab­stand umgreifen. Diese Ausgestaltung des Sonnenschutzdaches 27 ergibt sich aus Fig. 6.

[0024] Vorteilhaft ist es auch, wenn die äußeren Kühlrippen 10 länger ausgebildet sind als die inneren Kühlrippen 8, wie sich aus den Fig. 2, 8 und 10 ergibt. Ferner erstrecken sich die äußeren Kühlrippen 10 vorteilhaft über eine größe­re Länge X des Deckels 6 als die inneren Kühlrippen 8, die sich lediglich über die Länge Y erstrecken, wie sich aus den Fig. 8, 9, 10 und 11 ergibt.

[0025] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­findung sind die Wicklungssysteme 2, insbesondere die Ober­spannungswicklung, als senkrecht stehende Zylinderspulen ausgeführt. Dies bedeutet, daß zwischen den einzelnen Wick­lungslagen oder Wicklungsgruppen ein vorbestimmter Abstand verbleibt. Die so gebildeten zylindrischen Kanäle sind vom Isoliergas durchströmbar, so daß auch durch diese konstruk­tive Ausgestaltung die Wärmeabführung verbessert wird.

[0026] Weiterhin sind auch Träger der Wicklungssysteme 2 im Abstand vom Eisenkern 1 vorgesehen, so daß auch in diesen Bereichen im wesentlichen zylindrische Kanäle gebildet sind, die vom Isoliergas durchströmbar sind. Auch diese konstruktive Aus­gestaltung ermöglicht eine weitere Optimierung der Abführung der Verlustwärme im Bereich der Eisenkernschenkel.

[0027] Auch wenn der erfindungsgemäß gasisolierte Transformator vorzugsweise als Freilufttransformator vorgesehen ist, so eignet sich dieser wegen der erhöhten Wärmeabführung über den Deckel und die geräuscharme Ausführung besonders auch als Innenraumtransformator, weil störende Fremdgeräusche für Fremdbelüftung oder dgl. vermieden werden.

[0028] Als gasförmige Isoliermittel kommen bevorzugt elektrone­gative Gase, insbesondere Schwefelhexafluorid, in Betracht. Aber auch inerte Gase, wie Stickstoff, sind mit Vorteil einsetzbar.

Ansprüche

1. Gasisolierter Transformator, dessen Aktivteile (Eisenkern und Wicklungen) in einem metallischen, mit Kühlrippen versehenen Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) aus einem Boden (4), einer mit dem Boden (4) dicht verbundenen Umfangswand (5) und aus einem gasdicht aufgebrachten Deckel (6) besteht und daß die Kühlrippen (8, 10) ausschließlich am Deckel (6) und zwar sowohl auf der Innenseite (7) als auch auf der Außenseite (9) des Deckels (6) vorgesehen sind.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (6) aus gut wärmeleitendem Material, wie Aluminium, Kupfer oder aus Legierungen dieser Materialien besteht.

3. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Umfangswand (5) und ggf. auch der Boden (4) des Gehäuses (3) aus Aluminium, oder aus einer Aluminium­legierung, insbesondere aus einer Aluminium-Kupferlegierung besteht bzw. bestehen.

4. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Bodens (4) eine U-förmige Schiene (18) angebracht ist, in der der Eisenkern (1) mit seinem unteren Jochschenkel (19), ggf. unter Verwendung einer Gummizwischenlage (20) gelagert oder befestigt ist.

5. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf zwei gegenüber­liegenden Seiten des Eisenkernes (1) senkrecht stehende, schlecht wärmeleitende Leitplatten (21) im Abstand zu den Aktivteilen (1, 2) des Transformators, im Abstand von der Innenseite (22) der Umfangswand (5) sowie auch im Abstand zum Boden (4) und zum Deckel (6) vorgesehen sind.

6. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die inneren Kühl­rippen (8) des Deckels (6) senkrecht zur Längsebene (L-L) und die Leitplatten (21) parallel zur Längsebene (L-L) des Eisenkernes (1) angeordnet sind.

7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kühlrippen (10) länger als die inneren Kühlrippen (8) sind.

8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längserstreckung (X) der äußeren Kühlrippen (10) größer ist als die Längserstreckung (Y) der inneren Kühlrippen (8).

9. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand (A) benachbarter Kühlrippen (10, 8) an der Außenseite (9) des Deckels (6) größer ist als an der Innenseite (7) des Deckels (6).

10. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) der Kühlrippen (8, 10) etwa 10 % bis 20 % der Höhe (H) des Gehäuses (3) be­trägt.

11. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der Kühlrip­pen (8, 10) voneinander etwa ein Drittel bis etwa ein Sechstel der Höhe (h) derselben entspricht.

12. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dessen Oberspannungs­wicklungen (2) als senkrecht stehende Zylinderspulen ausge­bildet sind, daß die einzelnen Wicklungslagen im Abstand voneinander angeordnet und die so gebildeten Kanäle vom Isoliergas durchströmbar sind, und daß schließlich der Träger der Oberspannungswicklung (2) im Abstand vom Eisen­kern (1) angeordnet ist und auch der so gebildete Kanal vom Isoliergas durchströmbar ist.

Zeichnung