DE3203472C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verdampfungsgekühltes induktives elektrisches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US-PS 32 01 727 = CH-PS 3 73 100).

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Verteiler zur Verteilung eines flüssigen dielektrischen Kühlmittels in einem solchen Gerät.

Bekanntermaßen läßt sich eine wirksame Kühlung in­ duktiver elektrischer Geräte wie beispielsweise Trans­ formatoren, Drosselspulen und dergl. durch Verdampfung einer dielektrischen Flüssigkeit bewerkstelligen, bei­ spielsweise von Perfluordibutyläther oder Perfluor­ cycloäther, deren Siedepunkt innerhalb des normalen Betriebstemperaturbereiches des Geräts liegt und die während des Betriebes des Geräts mit dessen wärmeer­ zeugendem Teil in Berührung gebracht wird, um durch die erzeugte Wärme verdampft zu werden und dadurch das Gerät zu kühlen. Der dabei entstehende Dampf wird dann wieder kondensiert und unter Wiederholung des eben beschriebenen Zyklus erneut dem wärmeerzeugenden Geräteteil zugeführt.

Um bei diesem Kühlverfahren eine wirksame Kühlung des induk­ tiven elektrischen Geräts sicherzustellen, ist es natürlich wichtig, daß das flüssige Dielektrikum in möglichst gleich­ förmiger Verteilung dem wärmeerzeugenden Teil des Geräts zu­ geführt wird. Zu dieser möglichst gleichförmigen Flüssig­ keitsverteilung finden bisher Verteilersysteme Anwendung, wie sie beispielsweise aus den US-PS 32 01 727 und 41 29 845 bekannt sind.

Die US-PS 32 01 727 (= CH-PS 3 73 100) schlägt vor, bei einem Transformator ein als Schirmplatte bzw. Schirmring bezeich­ netes Bauteil, das gewöhnlich zur Herbeiführung einer gleich­ förmigeren Verteilung von Stoßspannungen über den Hoch­ spannungswindungen dient, als Flüssigkeitsverteiler zu ver­ wenden. Diese Schirmplatte besteht aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit und auch ausreichender mechanischer Festigkeit, beispielsweise Stahl oder Aluminium, um die Transformatorwicklungen zu tragen. In der Schirmplatte ist mindestens ein Verteilerkanal gebildet, in welchen ein flüssiges Kühlmittel eingeleitet wird, und unterhalb dieses Verteilerkanals sind in der Schirmplatte Austrittsöffnungen zur Verteilung dieses flüssigen Kühlmittels über die Wicklung vorgesehen, durch welche das Kühlmittel aus dem Verteiler­ kanal austritt. Diese bekannte Anordnung kann aber, weil die Schirmplatte aus Metall besteht, zu Isolationsproblemen und außerdem infolge von Wirbelströmen zu mindestens örtlichen Überhitzungsproblemen führen.

Die US-PS 41 29 845 schlägt eine andere Konstruktion vor, nämlich die Verwendung einer gesonderten, von Schirmplatten oder dgl. getrennten Verteilerkonstruktion. Diese besteht aus einer Rohrleitung aus Isoliermaterial, die mit isolierenden Abstandshaltern an der Unterseite einer ebenfalls isolierenden Scheibe gehaltert ist. Diese Rohrleitung hat Austrittsöffnungen, durch welche Kühlmittel auf den darunter befindlichen, sich erwärmenden Teil des zu kühlenden elektrischen Geräts austritt. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie kompliziert und teuer in Herstellung und Montage ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühl­ mittelzuführung zu einem verdampfungsgekühlten induktiven elektrischen Gerät im Hinblick auf eine wirtschaftliche Bau­ weise und auf die Vermeidung von isolationstechnischen Problemen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Anordnung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Funktionen einer Schirmplatte und eines Kühlmittelverteilers in vorteil­ hafter Weise miteinander kombiniert. Die schlauchartige Tasche, welche die Schirmplatte umgibt, führt auch noch zu einer Verbesserung der Kapazität zwischen der Schirmplatte und dem benachbarten Endabschnitt der Wicklung, weil die in der schlauchartigen Tasche befindliche Flüssigkeit die rela­ tive Dielektrizitätskonstante der Anordnung vergrößert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bezüglich der Weiterbildung nach Anspruch 4 ist anzumerken, daß die darin genannte Konstruktion der Schirmplatte mit einem starren Kernkörper aus dielektrischem Werkstoff und einer diesen Kernkörper umschließenden metallischen Schicht, die mit der Wicklung elektrisch verbunden ist, aus der US-PS 33 76 530 an sich bekannt ist.

Einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt

Fig. 1 einen Vertikalhalbschnitt durch einen gasisolierten verdampfungs­ gekühlten Transformator in der Ebene I-I in Fig. 1,

Fig. 2 einen Horizontalabschnitt durch den Transformator,

Fig. 3 einen Horizontalabschnitt durch einen Teil des Transformators in der Ebene III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt in der Ebene IV-IV in Fig. 8,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt in der Ebene V-V in Fig. 8,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 4 durch ein Gerät nach einem weiteren Aus­ führungsbeispiel,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 5 durch das Gerät nach dem weiteren Aus­ führungsbeispiel,

Fig. 8 einen Vertikalschnitt in der Ebene VIII-VIII in Fig. 2,

Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch ein Gerät nach einem noch weiteren Ausführungsbeispiel, bei welchem Merkmale der Konstruk­ tionen nach den Fig. 4 und 6 kom­ biniert sind, und

Fig. 10 einen Vertikalschnitt in der Ebene X-X in Fig. 9.

Die in Fig. 1 dargestellte Transformatorkonstruktion weist einen Stapel von Scheibenspulen 10 auf, die einen Kern 12 aus magnetischem Material umschließen. Der aus den Scheibenspulen 10 mit jeweils dazwischen radial ver­ laufenden isolierenden Abstandshaltern 14 bestehende Spulen­ stapel ist auf einem unteren Tragrahmen 16 abgestützt. Ober­ halb des Spulenstapels sind eine Anzahl von radialen Ab­ standshaltern 18 und ein Druckring 20 angeordnet, die mittels eines oberen Rahmens 22 unter Druck gehalten werden. Die untereinander verbundenen Scheibenspulen 10 bilden zusammen eine Hochspannungswicklung 26 des Transformators. Ähnliche Scheibenspulen 24 bilden zusammen eine Niederspannungs­ wicklung des Transformators.

Zwischen den Abstandringen 18 und den obersten Scheibenspulen 10 und 24 befindet sich ein Kühlmittel­ verteiler, bestehend aus einer Schirmplatte mit einem starren inneren Kernkörper 28 (Fig. 4 und 5), einer sta­ tischen Schirmfolie 30 und einem isolierenden Überzug 32, und aus einer Tasche 34. Der Kernkörper 28 und der Über­ zug 32 haben abgerundete Ränder. Die Schirmplatte dient zur besseren elektrischen Feldverteilung, um bei Spannungs­ stößen einen Hochspannungsüberschlag zu vermeiden, der sonst möglicherweise in einem Hochspannungsgerät auf­ treten könnte. Der Kernkörper 28 ist aus einem di­ elektrischen Werkstoff hergestellt, beispielsweise aus Hartpapier-Schichtpreßstoff. Die Schirmfolie 30 ist als Metallfolie ausgebildet, die den Kernkörper 28 voll­ ständig umschließt.

Der isolierende Überzug 32 besteht aus einem di­ elektrischen Werkstoff, beispielsweise Aramidpapier oder Kreppapier, und umschließt die aus dem Kernkörper mit der Schirmfolie gebildete Anordnung vollständig. Die aus dem Kernkörper 28, der Schirmfolie 30 und dem isolie­ renden Überzug 32 gebildete Schirmplatte bildet einen starren Ring, der mit Ausnahme eines Spalts 36 (Fig. 2) ununterbrochen verläuft und vollständig von der Tasche 34 umschlossen ist, die als schlauchartiges Bauteil aus einem geeigneten flexiblen Werkstoff ausgebildet ist, beispiels­ weise aus einem Elastomer oder dergl., der mit dem ver­ wendeten flüssigen Kühlmittel verträglich ist. Aufgrund ihrer flexiblen Ausbildung paßt sich die Tasche einwirken­ den inneren oder äußeren Kräften an und bildet daher ein in hohem Maße zufriedenstellendes Bauteil zur Verteilung des dielektrischen Kühlmittels über den oben beschriebenen Scheibenspulenstapeln.

Die Tasche 34 ist mit einem Kühlmitteleinlaß 38 (Fig. 3) versehen, der als nach außen geführter Rohran­ satz der Tasche ausgebildet ist und zur Aufnahme einer Kühlmittelzuleitung, beispielsweise eines Zuleitungs­ rohres 40 dient, das mit einer das dielektrische Kühl­ mittel, beispielsweise ein Fluorcarbon oder Perchlor­ äthylen, liefernden Kühlmittelquelle verbunden ist. Der innenliegende Endteil des Rohres 40 verläuft durch den Spalt 36 zwischen den beiden Umfangsenden der ringförmigen Schirmplatte 28, 30, 32 und ist mit einer Anzahl von Aus­ trittsöffnungen 42 versehen, durch welche das Kühlmittel in die Tasche 34 austritt, wie durch Pfeile 44 angedeutet ist. Mittels Stiften 46 (Fig. 3), die in die Umfangsenden des Überzugs 32 hineinragen, ist das innenliegende Ende des Rohres 40 in dem Spalt 36 fixiert. Zwischen dem Kühlmitteleinlaß 38, der Tasche 34 und dem Rohr 40 sind strömungsmitteldichte Verbindungen 48, 50 hergestellt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich der aus dem Kernkörper 28, der statischen Platte 30, dem Über­ zug 32 und der flexiblen Tasche 34 gebildete Verteiler zwischen radialen Abstandhaltern 52 und 54, die wie die Speichen in dem Rad in der Wicklungsanordnung des Trans­ formators angeordnet sind, wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Verteiler ruht auf den Abstand­ haltern 54 (siehe Fig. 8), so daß unterhalb des Ver­ teilers zwischen den Abstandhaltern 54 freie Zwischen­ räume verbleiben. In den Auflagebereichen des Ver­ teilers auf den Abstandhaltern 54 wird die Tasche 34 gegen die Unterseite des isolierenden Überzugs 32 ange­ drückt, wie in Fig. 8 bei 34 a sichtbar ist, während in den Zwischenräumen zwischen den Abstandhaltern 54 die Tasche durchhängt, wie bei 34 b sichtbar ist. Mindestens im Bereich der Zwischenräume zwischen den Abstandhal­ tern 54 ist die Tasche mit Austrittsöffnungen 56 (Fig. 4, 5 und 8) versehen, die entweder durch einfache Löcher in der Tasche 34 oder durch in solche Löcher einge­ setzte Spritzdüsen gebildet sind, und durch welche das flüssige Kühlmittel, welches durch das Rohr 40 in die Tasche eingeleitet wird, auf die darunterliegenden Spulen austritt, um sich auf den Spulenoberflächen zu verteilen und unter dem Einfluß der Schwerkraft allmählich auf die unteren Spulen zu gelangen.

In den Durchgangsbereichen 34 b der Tasche zwischen den Abstandhaltern 54 (Fig. 4) bildet die Tasche zwischen sich und der Unterseite des Überzugs 32 einen als Flüssig­ keitsleitung dienenden Hohlraum, durch welchen das Kühl­ mittel zu den einzelnen Austrittsöffnungen 56 gelangt. An den Auflagestellen des Verteilers auf den radialen Abstandhaltern 54, wo die Tasche zwischen den Abstand­ haltern und dem Überzug 32 eingeklemmt ist, baucht sich die Tasche radial einwärts und auswärts aus, wie in Fig. 5 bei 34 c und 34 d sichtbar ist, so daß dort als Kühlmittelleitung dienende Hohlräume 60, 62 entstehen, welche die Hohlräume 58 in den einzelnen Durchgangsbereichen 34 b miteinander verbinden. Infolgedessen wirkt die flexible Tasche 34 als Kühlmittelverteilerleitung zwischen dem Zuleitungsrohr 40 und den verschiedenen Austrittsöffnungen 56, womit eine verbesserte Verteilung der Kühlflüssig­ keit über den Spulenwindungen (Fig. 2) während des Be­ triebs des Transformators erreicht wird.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt, in welchen gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen wie bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Verteiler keine flexible Tasche auf, wie beim vorbeschriebenen Ausführungs­ beispiel, sondern statt dessen enthält der starre innere Kernkörper 28 darin konzentrisch verlaufende Kühlmittel­ kanäle 64 und 66 und nach unten ausmündende Austritts­ öffnungen 68, welche den Austrittsöffnungen 65 des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels entsprechen. Die Austrittsöffnungen 68 münden in die Zwischenräume zwischen den radialen Abstandhaltern 54, und die Kanäle 64 und 66 stehen mit Auslässen 70, 72 des Zuleitungsrohres 40 in Verbindung. Mit Ausnahme der fehlenden Tasche 34 und der Kühlmittelleitungskomponenten 64, 66, 68, 70, 72 entspricht diese Anordnung zur Zuführung und Verteilung eines dielektrischen Kühlmittels in allen anderen Merk­ malen dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel.

Ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt, in welchen wiederum gleiche bzw. entsprechende Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen sind. Dieses letztere Ausführungsbei­ spiel kombiniert Merkmale der beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, indem hier der Verteiler sowohl eine flexible Tasche 34 als auch in dem Kernkörper ge­ bildete Kühlmittelkanäle 64, 66 mit Austrittsöffnungen 68 aufweist. Die dielektrische Kühlflüssigkeit fließt durch die Austrittsöffnungen 68 in die Tasche 34, aus welcher sie durch die Austrittsöffnungen 56 auf die Spulen 10, 24 gelangt.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die statische Schirmfolie 30 elektrisch mit einer der Wicklungen verbunden, beispielsweise durch einen Leiter 74 mit der Wicklung 26. Darüber hinaus sind bei allen Ausführungsbeispielen die aufeinanderfolgenden Lagen der Hochspannungswicklung 26 durch einen Leiter 76 und der Niederspannungswicklung 24 durch einen Leiter 78 in her­ kömmlicher Weise miteinander verbunden.

Zusammenfassend beinhaltet die Erfindung eine Anordnung, die eine geerdete Abschirmung, eine Kühl­ flüssigkeitsverteilung, Isolation, Kapazität und mechanische Halterung der Wicklungen bietet. Die be­ vorzugten Ausführungsbeispiele weisen eine mit Über­ größe gefertigte und daher die statische Schirmplatte lose umschließende schlauchartige Tasche auf, die an den entsprechenden Bereichen perforiert ist, um ein flüssiges Dielektrikum über den Spulenwindungen zu verteilen. Ge­ wünschtenfalls können weitere Verteilungsmaßnahmen durch Anordnung innerer Kanäle im Kernkörper der statischen Schirmplatte Anwendung finden.

Claims (5)

1. Verdampfungsgekühltes induktives elektrisches Gerät mit einer Wicklungsanordnung, die mindestens eine elektrische Wicklung (26) und eine dieser zugeordnete und in deren Achs­ richtung über ihr angeordnete statische Schirmplatte (28, 30, 32) aufweist, und mit einer ein verdampfbares flüssiges Dielektrikum enthaltenden Kühlflüssigkeitsquelle (40), wobei die Schirmplatte einen Verteilerkanal aufweist, der einen mit der Kühlflüssigkeitsquelle (40) verbundenen Kühlflüssigkeits­ einlaß (38; 64 bis 72) sowie Austrittsöffnungen (56) zur Ver­ teilung der Kühlflüssigkeit über der Wicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte (28, 30, 32) von einer bezüglich des Schirmplattenquerschnitts mit Übergröße ausgebildeten flexiblen, schlauchartigen Tasche (34) umschlossen ist und zusammen mit dieser den Verteilerkanal bildet, wobei zwischen der Schirmplatte und der diese lose umschließenden Tasche gebildete Hohlräume als Flüssigkeits­ verteilerleitung dienen, und wobei die Austrittsöffnungen (56) unterhalb der Schirmplatte in der Tasche gebildet sind (Fig. 1 bis 5 und 8 bis 10).

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitseinlaß (38) an der Tasche (34) gebildet ist (Fig. 1 bis 5 und 8).

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß inner­ halb der Schirmplatte (28, 30, 32) mindestens ein mit den Kühlflüssigkeitseinlaß (70, 72) verbundener Leitungs­ kanal (64, 66) gebildet ist, der durch Austritts­ öffnungen (68) mit dem Innenraum der Tasche (34) in Verbin­ dung steht (Fig. 9 und 10).

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmplatte einen starren Kernkörper (28) aus dielektrischem Werkstoff, eine diesen Kernkörper umschließende metallische Schicht (30), die mit der Wicklung elektrisch verbunden ist, und eine diese metallische Schicht umschließende Isolation (32) auf­ weist, und daß der Leitungskanal (64, 66) in dem starren Kernkörper gebildet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Verteiler (28 bis 34) auf radialen Abstandhaltern (54) aufliegt, die Teile der Wicklungsanordnung bilden, und daß die Tasche (34) in den zwischen den Abstandhaltern gelegenen Bereichen (34 b) durchhängt und in den Auflagebereichen auf den Abstandhaltern radial ausgebaucht ist, derart, daß die Durchhang- und Ausbauchungsbereiche (58, 60, 62) zusammen die Verteilerleitung bilden.