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Title:
TRANSFORMER, ESPECIALLY A RESIN-ENCAPSULATED TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/031761
Kind Code:
A1
Abstract:
Air-cooled transformers usually have a higher-voltage winding (3) consisting of a number of coils (16), with a plastic film (18) as a turn and/or layer insulation. According to the invention, the plastic film (18) inside the top coil (16) is thermally more resistant than the plastic film (18) in the bottom coil (16) in accordance with the respective thermal load of the top and bottom coil (16) during operation, in order to improve economical efficiency.

Inventors:
DEDELMAHR RUDOLF (DE)
ALBER FRIEDRICH (DE)
Application Number:
PCT/DE1999/003766
Publication Date:
June 02, 2000
Filing Date:
November 24, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
DEDELMAHR RUDOLF (DE)
ALBER FRIEDRICH (DE)
International Classes:
H01F27/32; (IPC1-7): H01F27/32
Domestic Patent References:
WO1998034244A11998-08-06
Foreign References:
US4523171A1985-06-11
EP0265612A11988-05-04
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 285 (E - 287) 26 December 1984 (1984-12-26)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 004, no. 133 (E - 026) 18 September 1980 (1980-09-18)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Oberspannungswicklung (3) aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich über einander liegenden Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) als Windungsisolierung, dadurch gekennzeichnet, daß abgestimmt auf die jeweilige thermische Belastung der ober sten und der untersten Spule (16) im Betrieb die Kunststoff folie (18) innerhalb der obersten Spule (16) thermisch fester ist als die Kunststofffolie (18) in der untersten Spule (16).
2. Tansformator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die thermi sche Festigkeit der Kunststofffolie (18) innerhalb der Ober spannungswicklung (3) von der untersten bis zur obersten Spu le (16) gestuft zunimmt.
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kunst stofffolien (18) unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und die gleichen Ab messungen aufweisen.
4. Transformator nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die der obersten Spule (19) benachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule (19) aufweisen und daß die der untersten Spule (19) be nachbarten Spulen (19) Kunststofffolien (18) mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule (19) aufwei sen.
5. Transformator nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die im mitt leren Bereich der Oberspannungswicklung (3) angeordneten Spu len (16) jeweils mit einer Kunststofffolie (18) isoliert sind, deren thermische Festigkeit zwischen denen der Kunst stofffolien (18) im oberen und im unteren Teil der Oberspan nungswicklung liegen.
6. Transformator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Spulen (16) mit Kunststofffolie (18) gleicher thermischer Festsigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen sind.
7. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens eine der Kunststofffolien (18) zweischichtig ist.
Description:
Beschreibung Transformator-insbesondere Giessharztransformator Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere Giessharztransformator, mit Luftkühlung und mit einer Ober- spannungswicklung aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteten, räumlich übereinander liegenden Spulen mit Kunststofffolie als Windungsisolierung.

Luftgekühlte Transformatoren werden in letzter Zeit verbrei- tet eingesetzt, weil sie ein hervorragendes aktives und pas- sives Verhalten im Brandfall aufweisen. Das trifft vor allem auf Transformatoren zu, deren Wicklungen in Giess-harzblöcke eingeschlossen sind, die infolge ihres hohen Füllstoffanteils praktisch nicht brennbar sind.

Die Luftkühlung hat aber relativ hohe Temperaturen sowohl in den einzelnen Windungen als auch in der Wicklung insgesamt zur Folge, denn die Kunststofffolien und das Giessharz haben eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus ist auch die Wärmeübertragung von Giessharz und des Kühlmittels Luft um Größenordnungen niedriger als die von einer Kühl- flüssigkeit. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß auch innerhalb der Wicklung selbst ein verhältnismäßig großes Temperaturgefälle auftritt, wobei vor allem die Temperatur im oberen Bereich der Wicklung deutlich höher ist als in deren unterem Bereich. Infolgedessen müssen zur gegenseitigen Iso- lierung der Windungen in den Spulen der Wicklung sehr hoch- wertige und dementsprechend teuere Kunststofffolien einge- setzt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Windungsisolierung, insbesondere in der Oberspan- nungswicklung von luftgekühlten Transformatoren, zu reduzie- ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß abge- stimmt auf die jeweilige thermische Belastung der obersten und der untersten Spule im Betrieb die Kunststofffolie inner- halb der obersten Spule thermisch fester ist als die Kunst- stofffolie in der untersten Spule.

Vorzugsweise nimmt die thermische Festigkeit der Kunststoffo- lie innerhalb der Oberspannungswicklung von der untersten bis zur obersten Spule gestuft zu.

Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindungen bestehen die Kunststofffolien unterschiedlicher thermischer Festigkeit aus unterschiedlichen Werkstoffen und weisen die gleichen Ab- messungen auf.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die der obersten Spule benachbarten Spulen Kunststofffolien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die oberste Spule auf und die der untersten Spule benachbarten Spulen weisen Kunststofffo- lien mit denselben thermischen Festigkeiten wie die unterste Spule auf.

Bevorzugtermaßen sind die im mittleren Bereich der Oberspan- nungswicklung angeordneten Spulen jeweils mit einer Kunst- stofffolie isoliert, deren thermische Festigkeit zwischen de- nen der Kunststofffolien im oberen und im unteren Teil der Oberspannungswicklung liegen.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind Spulen mit Kunststofffolie gleicher thermischer Festigkeit in einem gemeinsamen Giessharzblock eingeschlossen.

Vorzugsweise ist mindestens eine der eingesetzten Kunststoff- folien zweischichtig.

Erfindungsgemäß ausgeführte Trockentransformatoren sind sehr vorteilhaft, weil sie genauer an tatsächlich zu berücksichti-

gende thermische Belastungen anpaßbar sind, so daß eine Über- dimensionierung der thermischen Festigkeit vermeidbar ist, ohne daß besondere Fertigungseinrichtungen, wie beispiels- weise neue Giessformen, erforderlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt FIG 1 einen Trockentransformator mit in Giessharz eingegosse- ner Wicklung in perspektivischer Darstellung und einem aufgeschnittenen Wicklungssatz und FIG 2 eine Einzelheit bei X in sehr stark vergrößertem Maß- stab.

Ein dreischenkliger Eisenkern trägt auf jedem seiner Kern- schenkel 1 einen Wicklungssatz aus je einer Unterspannungs- wicklung 2 und einer Oberspannungswicklung 3. Die Kernschen- kel 1 sind durch ein unteres Joch 4 sowie ein oberes Joch 5 miteinander verbunden. Die Kernschenkel 1 sind ebenso wie die Joche 4 und 5 aus ca. 0,35 mm dicken Transformatorblechla- mellen geschichtet. Die Kernschenkel 1 werden von Bandagen 6 zusammengepreßt. Dabei umfassen die Bandagen 6 gleichzeitig Zugdeckplatten 7 von denen je eine jeweils vorn und hinten an jedem der Kernschenkel 1 anliegt. Die Zugdeckplatten 7 dienen der Aufnahme von schenkelachsparallelen Zugkräften und sind in Längsträger 8 eingehängt, von denen je zwei das obere bzw. das untere Joch 5 bzw. 4 durch Schraubenbolzen 11 quer zu de- ren Schichtebenen zusammenpressen. Die unteren Längsträger 8 ruhen auf Querträgern 9 eines Fahrgestells mit Rollen 10.

Die in Giessharz eingegossenen Unterspannungswicklungen 2 und Oberspannungswicklungen 3 stützen sich aber Klötze 12 mit ei- ner elastischen Auflage an den Längsträgern 8 ab. Durch die elastische Auflage sind der Eisenkern und die Wicklungen schwingungsmechanisch voneinander entkoppelt. Die Oberspan- nungswicklungen 3 sind über Kupplungen 13 elektrisch im Drei- eck zusammengeschaltet und aber Anschlußfahnen 14 an ein Mit-

telspannungsnetz anschließbar. In jedem der Wicklungssätze wird zwischen der Unterspannungswicklung 2 und der jeweils konzentrisch hierzu angeordneten zugeordneten Oberspannungs- wicklung 3 ein Hauptstreukanal gebildet, in dem ein Isolier- stoffzylinder 15 angeordnet ist.

Die Oberspannungswicklung 3 ist aus Spulen 16 zusammenge- setzt, die aus spulenbreitem Metallband 17 (FIG 2), bei- spielsweise aus Aluminium, gewickelt ist, wobei zur elektri- schen Isolierung zwischen aufeinanderliegenden Windungen min- destens eine Kunststofffolie 18 liegt. Die Kunststofffolie 18 ist einerseits aus wirtschaftlichen Gründen so dünn wie mög- lich, muß aber andererseits eine sichere Windungsisolierung gewährleisten.

Im Betrieb wird der Transformator durch die in ihm auftreten- den Verluste aufgeheizt, die in Wärme umgewandelt werden.

Diese Wärme wird nach außen abgeleitet und von der Luft in der Umgebung aufgenommen. Die so erwärmte Luft steigt nach oben und von unten strömt kühlere Luft nach, so daß sich ein am Transformator von unten nach oben bewegender Kühlluft- strom bildet. Demzufolge werden die unten in der Oberspan- nungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von kühler Luft und die oben in der Oberspannungswicklung 3 liegenden Spulen 16 von bereits aufgeheizter Luft gekühlt, so daß die oben liegenden Spulen 16 eine höhere Endtemperatur erreichen, für die ihre thermische Festigkeit ausgelegt sein muß. Die thermische Fe- stigkeit des Metallbandes 17 wird dabei im Nennbetrieb bei weitem nicht erreicht. Dagegen liegt die vorgenannte Endtem- peratur im Bereich der thermischen Festigkeit der Kunststoff- folie 18, an die deshalb hohe Anforderungen gestellt sind, die häufig nur besondere und teuere Folien erfüllen.

Gemäß der Erfindung wird nun beispielsweise durch Versuch oder Rechnung die thermische Belastung der untersten und obersten Spule ermittelt und für die oberste und die ihr nach unten folgenden Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer

darauf ausgerichteten hohen thermischen Festigkeit einge- setzt. Wie Versuche gezeigt haben, steigt die Temperatur in der Oberspannungswicklung 3 ausgehend von der untersten Spule 16 linear bis zur obersten Spule 16 an. Da bisher in allen Spulen 16 einer Wicklung die gleiche Kunststofffolie 18 ein- gesetzt wurde, war diese im größten Teil der Oberspannungs- wicklung 3 überdimensioniert. Nach der Erfindung wird nun vorgeschlagen, für die unteren Spulen 16 eine Kunststofffolie 18 mit einer geringeren thermischen Festigkeit einzusetzen als in den oberen Spulen 16. Im Hinblick auf die Temperatur- verteilung genügt es beispielsweise für die Spulen 16 in der unteren Hälfte der Oberspannungswicklung 3, wenn die thermi- sche Festigkeit für den Mittelwert der jeweils für die unter- ste und für die oberste Spule ermittelten Temperatur ausge- legt wird.

Innerhalb ein und derselben Oberspannungswicklung 3 einge- setzte Kunststofffolien 18 haben unabhängig von ihrer thermi- schen Festigkeit die gleichen Abmessungen. Zur Vermeidung von Verwechslungen von Kunststofffolien 18 sind diese durch einen Kennfaden oder ein Kennband gekennzeichnet. Außerdem ist es zweckmäßig, Spulen 16 mit gleichen Kunststofffolien jeweils in denselben Giessharzblock einzugießen. Dabei wird jeweils die höchste für eine Spule 16 in einem Giessharzblock zu er- wartende Endtemperatur ermittelt und dementsprechend eine Kunststofffolie 18 mit der erforderlichen thermischen Festig- keit eingesetzt. Dadurch werden vor allem bei großen luftge- kühlten Transformatoren bei Aufteilung der Oberspannungswick- lung 3 in drei oder mehr Giessharzblöcke erhebliche wirt- schaftliche Vorteile erzielt.