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CN103093931A - 地下变压器 - Google Patents

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CN103093931A
CN103093931A CN2012104400714A CN201210440071A CN103093931A CN 103093931 A CN103093931 A CN 103093931A CN 2012104400714 A CN2012104400714 A CN 2012104400714A CN 201210440071 A CN201210440071 A CN 201210440071A CN 103093931 A CN103093931 A CN 103093931A
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B.韦伯
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Abstract

本发明的名称为地下变压器，涉及一种地下变压器(10，50)，所述地下变压器包含分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)和至少一个电气绕组(14,16,54,56,58,60,62,64)，所述变压器芯沿着臂轴(76,78,80)贯穿所述电气绕组。在变压器芯(12,42,52,92,112,114)的两个轴向末端区域(82,84)中，分别设置与所述变压器芯(12,42,52,92,112,114)以机械方式相互作用的保持装置(18,20,66,68,70,72,74,94,116)，所述保持装置被配置用于这种拉力应力。在臂轴(76,78,80)几乎水平取向的情况下，所述地下变压器(10,50)可以悬挂地由所述保持装置(18,20,66,68,70,72,74,94,116)承载。

Description

地下变压器
技术领域
本发明涉及一种地下变压器(Unterflur-Transformator)，所述地下变压器包含分层的变压器芯和至少一个电气绕组，所述变压器芯沿着臂轴贯穿所述电气绕组。 
背景技术
众所周知，相应的有线供电网可供传输电能使用。根据待传输的电功率，所述供电网例如具有380kV，110kV或者10kV的额定电压，其中典型地使用50Hz或者60Hz的网络频率。为固定用电器供电的供电网典型地构造成3相的，因此包括3根电源线的如下系统可供使用，其中在对称状态下，在彼此之间相移分别为120°时，电流和电压的绝对值相等。 
移动用电器(verbraucher)(例如铁路或者电车)的能量供应系统典型地构造成单相，也就是说，经由单根电源线进行供电，其中然后经由金属导轨实现返回导线。在无轨巴士的情况下，由于不存在可以用作返回导线的轨道，通常设置两根电源线。普遍地，至少在欧洲，在这种应用下，网络频率是16 2/3，25，50或者60赫兹，在一些情况下(如城市内火车（S-bahn）的情况下)，偶尔还使用直流电压。 
为转换典型的交流电压(从10kV直到15kV)，设置移动式变压器，所述移动式变压器例如被集成到旅客列车的地下区域内。 
由于地下布置，所述移动式变压器尤其在高度方面只有很有限的空间可供使用并且通常被实施为油浸变压器。在此，油一方面被用作冷却剂，用于导走在运行中产生的废热，又被用作绝缘剂，通过所述绝缘剂可以实现更小的绝缘距离并因此实现紧凑的结构。 
然而，在此缺点是，出于机械的原因，这种变压器通常只可以被直立地布置，即具有垂直取向的臂轴，这与在地下区域中的扁平空间提供相悖。此外，出于安全原因，如有可能，在交通工具中应该避免作为可燃介质的油。水平(liegend)布置显然更好地使用可供使用的空间提供，然而出现水平绕组的压力负荷的机械问题，通过所述水平绕组支撑芯重量。公知具有干式变压器的实施变型，然而所述干式变压器由于绕组的压力负荷问题同样被直立地布置，其中，此处由于不存在油还必须提供增强的制冷。 
发明内容
基于现有技术状况，本发明的任务是说明一种用于移动应用的水平(liegend)布置的干式变压器。 
所述任务通过开头提到的这种干式变压器解决。所述干式变压器特征在于，在变压器芯的两个轴向末端区域中，分别设置与所述变压器芯以机械方式相互作用的保持装置，所述保持装置被配置用于这种拉力应力，使得在臂轴几乎水平取向的情况下，所述地下变压器可以悬挂地由所述保持装置承载。 
本发明的基本思想在于，对于悬挂的布置设置所述地下变压器，其中所述保持装置被直接连结(angreifen)在所述变压器芯的两个轴向端部，并且避免经由所述变压器芯沿臂轴贯穿的至少一个电气绕组传递(Abtragung)所述芯重量。否则，在水平布置的情况下，即，应该在径向(也就是说，在水平的安装位置布置绕组的情况下，垂直向下的方向)为压应力设置中空圆柱形绕组。尤其，在干式变压器直立的情况下沿着臂轴设置的冷却通道不能承受例如直至几吨的负重，因为在典型的直立布置下，仅仅绕组自身的重量必须经由所述绕组传递(abzutragen)，其中冷却通道然后被垂直取向并且最后不受任何负重。 
按照根据本发明的地下变压器的有利实施形式，分层变压器芯的相邻层沿着至少一个臂轴彼此接合（verkleben）。在根据本发明的地下变压器的芯的相应长形实施例下，在两个轴向的芯端部处有悬挂件的情况下，可能导致芯臂的弯曲，所述芯臂的弯曲不仅由变压器芯的自身重量导致而且由绕组的重量导致。通过变压器芯的分层实施例，在水平布置中，变压器芯横向于臂轴的承重能力与实心的芯相比下降，其中，另一方面，为避免涡流损耗，芯的层叠不可避免。相邻层叠层(尤其是在变压器臂区域内的)的接合提高了臂的机械稳定性。在所有层叠层彼此接合的情况下，变压器臂的承重能力近似地对应于实心的非层叠的实施例的承重能力。因此可以有利地实现根据本发明的地下变压器的长形实施形式，例如以等于3到6倍芯宽度的芯长度，而无弯曲问题。 
另一根据本发明的用于稳定所述变压器芯、尤其是所述变压器芯的臂的可能性在于，分层的变压器芯沿着至少一个臂轴具有至少一个稳定板。所述稳定板的厚度与芯叠片相比是增加的，例如是芯叠片厚度的3到10倍或者是几个毫米。根据稳定板材料的选择，同样在此出现涡流，然而另一方面，由于稳定板在臂横截面上的部分小，所述涡流几乎可以被忽视。然而，非磁化且非导电的材料(例如复合材料)是可能的，有利地，所述复合材料的特征是重量小，这尤其在移动的应用中有利。 
在导电材料的情况下，尤其是钢或者铝应该被用作稳定板的原始材料，其中钢具有提高的强度并且铝具有减小的重量。为尽可能多地利用可供使用的臂横截面，所述至少一个稳定板与分层的变压器芯的外边界邻接。通过将至少一个稳定板围绕臂轴弯曲，实现芯臂的进一步稳定。与轮廓承载体(Profiltr?gern)类似，由此提高了稳定板的有效厚度并因此提高了稳定板的抗弯强度。稳定板与实际的变压器芯或者变压器臂的额外接合实现进一步提高的强度。 
根据本发明的另一实施形式，所述稳定板由具有弹簧特性的材料(例如由弹簧钢)制造。由所述材料制造的稳定板在空载状态下沿着臂轴向上弯曲。弹簧系数选择成使得在所述稳定板的表面上布置芯臂时，通过芯臂的自身重量，将所述稳定板按压到水平方向。通过稳定板的这种预应力达到额外的支撑作用和防冲击的阻尼作用。 
按照前述权利要求之一的根据本发明的地下变压器的有利扩展形式，至少一层用树脂浸渍的纤维粗纱缠绕在至少一个芯臂周围。例如，带状玻璃纤维粗纱被考虑为纤维粗纱，环氧树脂被考虑为树脂。在硬化状态下，树脂浸渍的玻璃纤维粗纱构成高强度的复合材料，所述复合材料理想地沿着其整个轴向延伸部分包围相应芯臂并且因此给予所述芯臂高的强度。为达到足够高的强度，有利地，例如1mm厚度的薄层是足够的，使得磁性可用的芯横截面不被显著减小。此外，这种复合材料的特征是重量小。 
根据另一本发明变型，所述至少一个保持装置具有阻尼元件。这尤其对于例如在铁路车辆中的移动应用下的使用有利。在此，由于铁路车辆的前进运动，摇晃状或者冲击般的运动一再发生，所述运动经由保持装置传输到地下变压器。通过阻尼器降低对变压器的冲击负荷以及对保持装置的冲击负荷，并且所述变压器可以被配置用于相应较小的机械应力。例如，由弹性的塑料或者橡胶制成的元件适合用作阻尼器。可以如此布置所述元件，使得它们或者受压应力或者受拉应力。如果所述保持装置例如被实施为螺纹杆，在所述螺纹杆上借助于夹紧装置悬挂地固定所述变压器芯，那么阻尼元件能够被容易地集成到相应螺纹杆的中断点(Unterbrechungsstelle)内，使得所述螺纹杆然后受拉应力。 
根据另一本发明变型，变压器芯沿着臂轴贯穿多个轴向相邻的电气绕组，其中在相邻的绕组之间设置至少一个另外的保持装置，所述至少一个另外的保持装置与所述变压器芯相互作用。通过在同一芯臂上轴向相邻地布置多个分别中空圆柱形的绕组段，在相应的轴向间距下，在相应芯臂上提供机械啮合可能性(Eingriffmoeglichkeit)。根据本发明，应该将所述轴向间距选择成使得可以在如此产生的例如5cm到10cm的间隙中布置与所述变压器臂相互作用的保持装置。因此，为所述变压器臂提供另一负荷支撑点，例如同样像在芯的两个轴向端部处的负荷支撑点一样，所述另一负荷支撑点由位于其之上的承载结构承载。由此，有利地降低所述变压器臂的弯曲应力。不言而喻，每个变压器臂多个额外的负荷支撑点也是可能的。在由多个绕组段构成一个电气绕组的情况下，应该选择合适的电气实施形式，例如同类高压绕组段的串联电路和多个同类低电压段的并联电路。 
根据本发明，绕组段可以被容易地划分成多个芯臂，例如2个或者3个，其中，优选地，所述芯臂或者其臂轴被平行取向。因此，产生类似直角平行六面体的地下变压器基本形状，所述形状对应于在车辆的地下区域内的同样类似直角平行六面体的空间提供，使得以尤其有效的方式利用可供使用的空间。 
所提到的根据本发明的地下变压器的优点还涉及轨道车辆，所述轨道车辆具有地下区域，在所述地下区域内，按照权利要求1到11之一所述的地下变压器布置成悬挂在承载结构上，所述承载结构位于所述地下变压器之上。不言而喻，这同样适用于非铁路上行驶的(nicht schienengebundene)车辆，例如无轨巴士或者类似的。 
从其它从属权利要求可以推断出其它有利的扩展可能性。 
附图说明
应该根据图中示出的实施例进一步描述本发明、其它实施形式和其它优点 
图1示出示例性地下变压器的剖面，
图2示出分层的变压器臂的横截面，
图3示出第二示例性地下变压器的俯视图，
图4示出包括保持装置的第一示例性芯区域的剖面，以及
图5示出包括保持装置的第二示例性芯区域的剖面。
具体实施方式
图1示出示例性地下变压器10的剖面。所述地下变压器10包含被水平布置的、总共包括两根臂的变压器芯12，在所述两根臂周围布置第一中空圆柱形绕组14和第二中空圆柱形绕组16。所述绕组14，16分别具有3个中空圆柱形绕组段，所述圆柱形绕组段在径向上通过冷却通道隔开且相互交错。借助两个保持装置18，20将变压器芯12在其一个轴向末端悬挂地保持，其中在其另一个轴向末端同样设置两个相应的保持装置，而所述两个保持装置在图中未示出。将所述保持装置18，20实施为螺纹杆，通过相应钻孔状凹口引导所述螺纹杆在其下端穿过以层叠的方式(geblecht)实施的变压器芯12。螺纹杆18，20与变压器芯12的摩擦锁定的(kraftschluessig)连接借助于两个夹具26，28实现，所述夹具以防松螺母的方式将所述变压器芯12夹紧在其上下两侧之间。所述变压器被布置在类似直角平行六面体的外壳30内，所述外壳一方面用于对所述变压器的机械保护，另一方面也用于沿着绕组14，16引导冷却空气。而在本图中未示出相应的冷却系统。在本例中，间壁32被布置在变压器左半部和变压器的右半部之间，其中在未示出的后面区域中设置如此构成的管道之间的过渡部，使得导致U形地引导冷却空气穿过变压器外壳32。不经由外壳32传递变压器芯重量或者线圈重量。 
图2示出分层的变压器臂42的横截面40，所述变压器臂就其方面而言具有多个被布置在芯层48，49内的电绝缘叠层。在变压器臂42的上侧设置围绕变压器臂42的臂轴弯曲的、由铝制成的稳定板44，所述稳定板与所述变压器臂42接合。通过稳定板44的弯曲形成轮廓，其给予稳定板44提高的抗弯曲稳定性，因此给予与所述稳定板相连的变压器臂42提高的抗弯曲稳定性。在下侧设置相应的稳定板46。稳定板44，46弯曲的形状适合于绕组的中空圆柱形内部空间，所述绕组未示出并且环绕所述变压器臂40，使得稳定板44，46没有造成有效芯横截面面积的重大损失。 
图3示出第二示例性水平地下变压器50的俯视图。所述地下变压器50具有变压器芯52，所述变压器芯总共有3个沿着相应臂轴76，78，80平行延伸的芯臂。在每个芯臂上分别布置两个相邻的中空圆柱形绕组54，56，58，60，62，64，所述绕组由所述芯臂贯穿，其中在各个绕组对之间形成缝隙状轴向中间区域86，在所述中间区域处实现以机械方式接入到变压器芯52。如同在轴向中间区域86内一样，在变压器芯的同样可以机械方式接入的轴向末端区域82，84处分别设置3个保持装置部件66，68，70，72，74，所述变压器芯悬挂地被固定在所述保持装置部件处。所述保持装置部件66，68，70，72，74被实施为棒状并且通过在横截面方面与所述保持装置部件匹配的钻孔被引导穿过所述变压器芯并且与所述变压器芯以机械方式连接，例如利用实施为棒状的保持装置部件66，68，70，72，74在其相应下部区域内的盘状加厚部分(telleraehnlichen Verdickung)(未示出)。可选地，在所述变压器芯52上侧设置锁定装置(Fixiervorrichtung)。 
图4示出包括保持装置94的第一示例性芯区域92的剖面90。在这段内，所述变压器芯悬挂地被固定在承载结构100处。所述保持装置94具有可受到拉力的阻尼器96，所述阻尼器96例如用略有弹性的塑料制成。在这种情况下，在被实施为螺纹杆类的保持结构94和承载结构之间的连接通过钻孔和保持装置98进行，所述螺纹杆被引导穿过所述钻孔，所述保持装置例如是固定在螺纹杆上的螺母。所述保持装置98在其下部区域中被实施为U形，夹紧示出的芯区域横截面92的叠层并且因此构成与变压器芯的摩擦锁定的连接。 
图5示出第二示例性芯区域112，114的剖面110，所述芯区域包括被实施为T形的悬挂的保持装置116，所述保持装置在其两个T棒处分别从下方支撑芯臂112，114。保持装置116的这种例子尤其在轴向划分的绕组的情况下有利，其中在此在相邻绕组之间的轴向中间区域内实现对芯臂的额外支撑。T形保持装置116在其上部区域中被引导穿过承载结构122(例如轨道车辆的底部)的钻孔并且借助于固定部件120被保持在此，所述承载结构122位于变压器芯之上。在所述固定部件120和承载结构122的上侧之间设置可受到压力的阻尼器118，所述阻尼器有利地抑制承载结构122的冲击到变压器芯上的传输，使得以机械方式降低所述变压器及其保持结构116的负荷，尤其是甚至在轨道车辆振动不可避免的情况下。同样，也抑制例如由操作引起的变压器的50Hz振荡到轨道车辆的传递。 
参考标记列表 
10           示例性地下变压器的剖面
12            第一变压器芯
14            第一变压器芯的第一绕组
16            第一变压器芯的第二绕组
18            第一变压器芯的第一保持装置
20            第一变压器芯的第二保持装置
22            第一保持装置的阻尼器
24            第二保持装置的阻尼器
26            第一保持装置的夹具
28            第二保持装置的夹具
30            变压器外壳
32            间壁
40            分层的变压器臂的横截面
42            分层的变压器臂
44            上部的稳定板
46            下部的稳定板
48            第一芯层
49            第二芯层
50            第二示例性地下变压器的俯视图
52            第二变压器芯
54            第二变压器芯的第一绕组
56            第二变压器芯的第二绕组
58            第二变压器芯的第三绕组
60            第二变压器芯的第四绕组
62            第二变压器芯的第五绕组
64            第二变压器芯的第六绕组
66            第一保持装置的第一部分
68            第一保持装置的第二部分
70            第一保持装置的第三部分
72            第二保持装置的第一部分
74            第三保持装置的第一部分
76            第一臂轴
78            第二臂轴
80            第三臂轴
82            第一轴向末端区域
84            第二轴向末端区域
86            轴向中间区域
90            包括保持装置的第一示例性芯区域的剖面
92            变压器芯轭
94            第一保持装置
96            第一保持装置的阻尼器
98            第一固定部件
100          第一承载结构
110          包括保持装置的第二示例性芯区域的剖面
112          第一变压器芯臂
114          第二变压器芯臂
116          第二保持装置
118          第二保持装置的阻尼器
120          第二固定部件
122          第二承载结构。

Claims (13)

1.一种地下变压器(10,50)，所述地下变压器包含分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)和至少一个电气绕组(14,16,54,56,58,60,62,64)，所述变压器芯沿着臂轴(76,78,80)贯穿所述至少一个电气绕组，其特征在于，在所述变压器芯(12,42,52,92,112,114)的两个轴向末端区域(82,84)处，分别设置与所述变压器芯(12,42,52,92,112,114)以机械方式相互作用的保持装置(18,20,66,68,70,72,74,94,116)，所述保持装置被配置用于这种拉力应力，使得在臂轴(76,78,80)几乎水平取向的情况下，所述地下变压器(10,50)可以由所述保持装置(18,20,66,68,70,72,74,94,116)悬挂地承载。
2.按照权利要求1的地下变压器，其特征在于，所述分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)的相邻层(48,49)沿着至少一个臂轴(76,78,80)彼此接合。
3.按照权利要求1或者2的地下变压器，其特征在于，所述分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)沿着至少一个臂轴(76,78,80)具有至少一个稳定板(44,46)。
4.按照权利要求3的地下变压器，其特征在于，所述至少一个稳定板(44,46)是钢板或者铝板。
5.按照权利要求3或者4的地下变压器，其特征在于，所述至少一个稳定板(44，46)与所述分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)的外边界邻接。
6.按照权利要求5的地下变压器，其特征在于，所述至少一个稳定板(44,46)绕着所述臂轴(76,78,80)弯曲。
7.按照权利要求5的地下变压器，其特征在于，所述至少一个稳定板(44，46)沿着所述臂轴(76,78,80)弯曲。
8.按照权利要求3到7之一的地下变压器，其特征在于，所述稳定板(44,46)至少在部分区域中与所述分层的变压器芯(12,42,52,92,112,114)接合。
9.按照前述权利要求之一的地下变压器，其特征在于，至少一层用树脂浸渍的纤维粗纱缠绕在至少一个臂周围。
10.按照前述权利要求之一的地下变压器，其特征在于，至少一个保持装置(18,20,66,68,70,72,74,94,116)具有阻尼元件(22,24,96,118)。
11.按照前述权利要求之一的地下变压器，其特征在于，由所述变压器芯(12,42,52,92,112,114)沿着臂轴(76,78,80)贯穿轴向相邻的多个电气绕组(54,56;58,60;62,64)，其中在相邻的绕组之间设置至少一个另外的保持装置(72,116)，所述至少一个另外的保持装置与所述变压器芯(12,42,52,92,112,114)相互作用。
12.按照前述权利要求之一的地下变压器，其特征在于，设置多个平行的臂轴(76,78,80)。
13.轨道车辆，其特征在于，所述轨道车辆具有地下区域，在所述地下区域内，将根据权利要求1到12之一所述的地下变压器(10,50)布置成悬挂在所述地下变压器(10,50)之上的承载结构(100,112)上。
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